环境工程微生物学第二章-原核微生物.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一节 真细菌（Eubacteria）,一、一般形态及细胞结构,（一）个体形态和排列,（二）大小,（三）细胞的结构,1、细胞壁,2、细胞膜,3、,细胞质和内含物,4、核区,5、特殊的休眠构造芽孢,6、细菌细胞壁以外的构造 糖被,7、细菌细胞壁以外的构造 鞭毛,8、细菌细胞壁以外的构造 菌毛,9、细菌细胞壁以外的构造 性毛,微生物,（病毒）,古生菌（Archaea）,细菌（Bacteria）,真菌（,酵母、霉菌、蕈菌等,）、,单细胞藻类、,原生动物等,非细胞型,细胞型,原核微生物,真核微生物,（,Eukarya,）,又称真细菌（eubacteria），包括普通细菌、放线菌、蓝细菌、,支原体、立克次氏体和衣原体等,古生菌在进化谱系上与真细菌及真核生物相互并列，且与后者关系,更近，而其细胞构造却与真细菌较为接近，同属于原核生物。,细菌,古生菌,真核生物,一、一般形态及细胞结构,（一）个体形态和排列,1、球状,细胞个体呈球形或椭圆形，不同种的球菌在细胞分,裂时会形成不同的空间排列方式，常被作为分类依据。,一、一般形态及细胞结构,（一）个体形态和排列,1、球状,金黄色葡萄球菌,淋病奈瑟氏球菌,肺炎链球菌,一、一般形态及细胞结构,（一）个体形态和排列,2、杆状,细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较稳定，,而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。,杆状细菌的排列方式常因生长阶段和培养条件而发生,变化，一般不作为分类依据。,一、一般形态及细胞结构,（一）个体形态和排列,一、一般形态及细胞结构,（一）个体形态和排列,球杆菌,枯草芽孢杆菌,地衣芽孢杆菌,铜绿假单胞菌,（绿脓杆菌）,结核分枝杆菌,炭疽病的病原菌,-炭疽杆菌,破伤风梭菌,一、一般形态及细胞结构,（一）个体形态和排列,3、螺旋状,弧菌,螺旋菌,螺旋体菌,弧菌：,菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，,形似“C”字或逗号，鞭毛偏端生。,霍乱弧菌,(寄生性弧菌-蛭弧菌),螺旋菌：,菌体回转如螺旋，螺旋,数目和螺距大小因种而,异。鞭毛二端生。细胞,壁坚韧，菌体较硬。,螺旋体菌：,菌体柔软，用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。,梅毒密螺旋体,一、一般形态及细胞结构,（一）个体形状,和,排列,细菌基本形态,一、一般形态及细胞结构,（一）个体形状,和,排列,4、其它形状,1）,柄杆菌（prosthecate bacteria）,（一）个体形状和排列,2）,星形细菌（star-shaped bacteria）,3）,方形细菌（square-shaped bacteria）,（,Stella,）,（Haloarcula）,4、其它形状,第一节 真细菌（Eubacteria）,一、一般形态及细胞结构,（一）个体形态和排列,（二）大小三）细胞的结构,1、细胞壁,2、细胞膜,3、,细胞质和内含物,4、核区,5、特殊的休眠构造芽孢,6、细菌细胞壁以外的构造 糖被,7、细菌细胞壁以外的构造 鞭毛,8、细菌细胞壁以外的构造 菌毛,9、细菌细胞壁以外的构造 性毛,(二)细菌大小,1、范围,最小：,与无细胞结构的病毒相仿（50 nm；）,最大：,肉眼可见（0.75 mm）；,(二)细菌大小,1、范围,费氏刺骨鱼菌,(0.08 mm x 0.6 mm),(,Epulopiscium fishelsoni,),比大肠杆菌大100万倍,（1985年发现）,德国科学家H.N.Schulz等1999年在纳米比亚海岸的海底沉积物中,发现的一种硫磺细菌（sulfur bacterium），其大小可达0.75 mm，,Thiomargarita namibiensis,-“纳米比亚硫磺珍珠”,The Largest Bacterium:Scientist Discovers New Bacterial Life Form Off The African Coast,A single cell of Thiomargarita photographed next to a fruit fly.The head of the fly and the white cell have about the same diameter(0.5 mm).,(二)细菌大小,1、范围,（,nanobacteria）,（50 nm）,最大和最小细菌的个体大小悬殊：,（,Thiomargarita namibiensis）,（0.75mm）,一、一般形态及细胞结构,细菌大小,1、范围,（二）大小,1、范围,光学显微镜物镜的特性,在对细菌进行光学显微镜观察时，油镜最常使用，也最为重要。,（二）大小,1、范围,一般细菌的大小范围：,0.5 1,m,m（直径）,0.2 1,m,m（直径）,X 1 80,m,m（长度）,0.3 1,m,m（直径）,X 1 50,m,m（长度）,(长度是菌体两端点之间的距离，而非实际长度),（二）大小,2、测量方法,显微镜测微尺,显微照相后根据放大倍数进行测算,（二）大小,2、细菌大小测量结果的影响因素,个体差异；,干燥、固定后的菌体会一般由于脱水而比活菌体缩短1/3-1/4；,染色方法的影响，一般用负染色法观察的菌体较大；,环境条件，如培养基中渗透压的改变也会导致细胞大小的变化。,第一节 真细菌（Eubacteria）,一、一般形态及细胞结构,（一）个体形态和排列,（二）大小,（三）细胞的结构,1、细胞壁,2、细胞膜,3、,细胞质和内含物,4、核区,5、特殊的休眠构造芽孢,6、细菌细胞壁以外的构造 糖被,7、细菌细胞壁以外的构造 鞭毛,8、细菌细胞壁以外的构造 菌毛,9、细菌细胞壁以外的构造 性毛,（三）细胞的构造,特殊构造：部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造,一般构造：一般细菌都有的构造,（三）细胞的结构,1、细胞壁,1）概念：,细胞壁（cell wall）是位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的,一层较为坚韧，略具弹性的细胞结构。,（三）细胞的结构,1、细胞壁,2）证实细胞壁存在的方法：,（1）细菌超薄切片的电镜直接观察；,（2）质、壁分离与适当的染色，可以在光学显微镜下看到细胞壁；,（3）机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁；,（4）制备原生质体，观察细胞形态的变化；,（三）细胞的结构,1、细胞壁,3）细胞壁的功能：,（1）固定细胞外形和提高机械强度；,（2）为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；,（3）渗透屏障，阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质,（分子量大于800）进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、,消化酶和青霉素等有害物质的损伤；,（4）细菌特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的,敏感性的物质基础；,（三）细胞的结构,1、细胞壁,4）革兰氏染色与细胞壁：,简单染色法,正染色 革兰氏染色法,鉴别染色法 抗酸性染色法,芽孢染色法,死菌 姬姆萨染色法,细菌染色法 负染色：荚膜染色法等,活菌：用美蓝或 TTC（氧化三苯基四氮唑）等作活菌染色,（1）革兰氏染色,1、细胞壁,4）革兰氏染色与细胞壁：,（1）革兰氏染色,C.Gram（革兰）于1884年,发明的一种鉴别不同类型,细菌的染色方法1、细胞壁,4）革兰氏染色与细胞壁：,（1）革兰氏染色,1、用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染1-2min,2、用碘溶液进行媒染1-2min，其作用是提高染料和细,胞间的相互作用从而使二者结合得更牢固。,3、用乙醇或丙酮冲洗脱色45s。在经历脱色后,仍将结晶紫保留在细胞内的为革兰氏阳性细,菌，而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉，细,胞呈无色。,4、用一种与结晶紫具有不同颜色的碱性染料对,涂片复染2-3min。例如沙黄，它使原来无色的,革兰氏阴性细菌最后呈现桃红到红色，而革,兰氏阳性细菌继续保持深紫色,1、细胞壁,4）革兰氏染色与细胞壁：,（1）革兰氏染色,1、细胞壁,4）,革兰氏染色与细胞壁,1）革兰氏染色,表3-1 革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁成分的比较,1、细胞壁,4）,革兰氏染色与细胞壁,：,（2）革兰氏阳性细菌的细胞壁,特点：厚度大（2080nm）,化学组分简单，一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸。,1、细胞壁,4）,革兰氏染色与细胞壁,：,（2）革兰氏阳性细菌的细胞壁,肽聚糖(peptidoglycan),磷壁酸（teichoic acid）,又称粘肽(mucopeptide)、胞壁质(murein)或粘质复合物,(mucocomplex)，是真细菌细胞壁中的特有成分。,结合在革兰氏阳性细菌细胞壁上的一种酸性物质,1、细胞壁,4）,革兰氏染色与细胞壁,：,（2）革兰氏阳性细菌的细胞壁,A、肽聚糖,由四个氨基酸分子按L型,与D型交替方式连接而成,双糖单位中的-1,4-糖苷键很容易被,溶菌酶(lysozyme)所水解，从而引起,细菌因肽聚糖细胞壁的“散架”而死亡。,1、细胞壁,4）,革兰氏染色与细胞壁,：,（2）革兰氏阳性细菌的细胞壁,A、肽聚糖,厚约2080nm，由40层左右的网格状分子交织成,的网套覆盖在整个细胞上。,双糖单位,1、细胞壁,4）,革兰氏染色与细胞壁,：,（,2）革兰氏阳性细菌的细胞壁,A、肽聚糖,目前所知的肽聚糖已超过100种，,在这一“肽聚糖的多样性”中，主,要的变化发生在肽桥上。,1、细胞壁,4）,革兰氏染色与细胞壁,：,（2）革兰氏阳性细菌的细胞壁,B、磷壁酸,革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成分，主要,成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。,二价阳离子，特别是高浓度的Mg,2+。,的存在，对于保持膜的,硬度，提高细胞膜上需Mg,2+,的合成酶的活性极为重要。,1、细胞壁,4）,革兰氏染色与细胞壁,：,（2）革兰氏阳性细菌的细胞壁,B、磷壁酸,主要生理功能：,细胞壁形成负电荷环境，增强细胞膜对二价阳离子的吸收；,贮藏磷元素；,1、细胞壁,4）,革兰氏染色与细胞壁,：,（2）革兰氏阳性细菌的细胞壁,B、磷壁酸,主要生理功能：,增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、避免被白细胞吞噬以及抗补,体的作用；,革兰氏阳性细菌特异表面抗原的物质基础；,噬菌体的特异性吸附受体；,可作为细菌分,类、鉴定的依据,1、细胞壁,4）,革兰氏染色与细胞壁,：,（,3）革兰氏阴性细菌的细胞壁,肽聚糖,外膜,外膜蛋白,周质空间,Cytoplasm,Cytoplasm,Periplasm,The envelope of Gram-bacteria and Gram+bacteria,Gram-,Gram+,脂多糖,肽聚糖,蛋白,原生质膜,1、细胞壁,4）,革兰氏染色与细胞壁,：,（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁,A、肽聚糖,埋藏在外膜层之内，是仅由12层肽聚糖网状分子,组成的薄层(23nm)，含量约占细胞壁总重的10%，,故对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。,没有特殊的肽桥，只形成较为疏稀,、机械强度较差的肽聚糖网套,1、细胞壁,4）,革兰氏染色与细胞壁,：,（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁,B、外膜(outer membrane),位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层，由,脂多糖、磷脂和脂蛋白等组成的膜，,有时也称为外壁。,1、细胞壁,4）,革兰氏染色与细胞壁,：,（,3）革兰氏阴性细菌的细胞壁,B、外膜(outer membrane),脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）,位于革兰氏阴性细菌细胞壁最外层,的一层较厚（810nm）的类脂多糖,类物质，由类脂A、核心多糖(core,polysaccharide)和O-特异侧链（,O-specific side chain，或称O-多糖,或O-抗原）三部分组成。,（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁,B、外膜(outer membrane),脂多糖的主要功能,LPS结构的多变，决定了革兰氏阴性细菌细胞表面抗原决定簇,的多样性；,根据LPS抗原性的测定，,沙门氏菌属(,Salmonella,)的,抗原型多达2107种，一般,都源自O-特异侧链种类的,变化。,（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁,B、外膜(outer membrane),脂多糖的主要功能,LPS负电荷较强，与磷壁酸相似，也有吸附Mg,2+,、Ca,2+,等阳离,子以提高其在细胞表面浓度的作用，对细胞膜结构起稳定作用。,（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁,B、外膜(outer membrane),脂多糖的主要功能,类脂A是革兰氏阴性细菌致病物质内毒素的物质基础；,（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁,B、外膜(outer membrane),脂多糖的主要功能,具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能；,许多噬菌体在细胞表面的吸附受体；,1、细胞壁,4）,革兰氏染色与细胞壁,：,（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁,C、外膜蛋白(outer membrane protein),嵌合在LPS和磷脂层外膜上的蛋白。有20余种，但多数功能尚不清楚。,1、细胞壁,4）,革兰氏染色与细胞壁,：,（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁,D、周质空间(periplasmic space,periplasm),又称壁膜间隙。在革兰氏阴性细菌中，一般指其外膜与细胞膜,之间的狭窄空间（宽约1215nm），呈胶状。,周质空间是进出细胞的,物质的重要中转站和反,应场所,1、细胞壁,4）,革兰氏染色与细胞壁,：,（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁,D、周质空间,在周质空间中，存在着多种周质蛋白（periplasmic proteins,）,水解酶类；,合成酶类；,结合蛋白；,受体蛋白；,1、细胞壁,4）,革兰氏染色与细胞壁,：,（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁,D、周质空间,1、细胞壁,4）,革兰氏染色与细胞壁,：,（4）革兰氏阳性和阴性细菌的比较,1、细胞壁,4）,革兰氏染色与细胞壁,：,（4）革兰氏阳性和阴性细菌的比较,1、细胞壁,4）,革兰氏染色与细胞壁,：,（4）革兰氏阳性和阴性细菌的比较,原理:通过结晶紫初染和碘液媒染后，在,细胞壁,内形成了不溶于水的结晶紫与碘的复合物，革兰氏阳性菌由于其细胞壁较厚、肽聚糖网层次较多且交联致密，故遇乙醇或丙酮脱色处理时，因失水反而使网孔缩小，再加上它不含类脂，故乙醇处理不会出现缝隙，因此能把结晶紫与碘复合物牢牢留在壁内，使其仍呈紫色；而革兰氏阴性菌因其细胞壁薄、外膜层类脂含量高、肽聚糖层薄且交联度差，在遇脱色剂后，以类脂为主的外膜迅速溶解，薄而松散的肽聚糖网不能阻挡结晶紫与碘复合物的溶出，因此通过乙醇脱色后仍呈无色，再经沙黄等红色染料复染，就使革兰氏阴性菌呈红色。,1、细胞壁,4）,革兰氏染色与细胞壁,：,（4）革兰氏阳性和阴性细菌的比较,革兰氏染色的原理,（二）细胞的结构,1、细胞壁,5）细胞壁缺陷细菌：,缺壁突变L型细菌,实验室或宿主体内形成 基本去尽原生质体（G,+,）,缺壁细菌 人工去壁,部分去除球状体（G,-,）,在自然界长期进化中形成支原体,1、细胞壁,5）细胞壁缺陷细菌：,（1）L型细菌（L-form of bacteria）,细菌在某些环境条件下（实验室或宿主体内）通过自发突变,而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷变异型。,因英国李斯德（Lister）预防研究所首先发现而得名,（1935年，念珠状链杆菌Streptobacillus moniliformis,）,大肠杆菌、变形杆菌、葡萄球菌、链球菌、分枝杆菌和霍乱弧菌等,20多种细菌中均有发现，被认为可能与针对细胞壁的抗菌治疗有关,。,特点：,没有完整而坚韧的细胞壁，细胞呈多形态；,有些能通过细菌滤器，故又称“滤过型细菌”；,对渗透敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋”似,的小菌落（直径在0.1mm左右）；,1、细胞壁,5）细胞壁缺陷细菌：,（1）L型细菌（L-form of bacteria）,1、细胞壁,5）细胞壁缺陷细菌：,（2）原生质体（protoplast）,在人为条件下，用溶菌酶处理或在含青霉素的培养基中培养而,抑制新生细胞壁合成而形成的仅由一层细胞膜包裹的，圆球形、,对渗透压变化敏感的细胞，一般由革兰氏阳性细菌形成。,特点：,对环境条件变化敏感，低渗透压、振荡、离心甚至,通气等都易引起其破裂；,有的原生质体具有鞭毛，但不能运动，也不被相应,噬菌体所感染；,在适宜条件（如高渗培养基）可生长繁殖、形成菌,落，形成芽孢。及恢复成有细胞壁的正常结构。,比正常有细胞壁的细菌更易导入外源遗传物质，是,研究遗传规律和进行原生质体育种的良好实验材料。,1、细胞壁,5）细胞壁缺陷细菌：,（3）球状体(sphaeroplast)，又称原生质球,采用上述同样方法，针对革兰氏阴性细菌处理后而获得的,残留部分细胞壁（外壁层）的球形体。与原生质体相比，,它对外界环境具有一定的抗性，可在普通培养基上生长。,1、细胞壁,5）细胞壁缺陷细菌：,（4）支原体(Mycoplasma),在长期进化过程中形成的、适应自然生活条件的无细胞壁的,原核生物。,因它的细胞膜中含有一般原核生物所没有的甾醇，,所以即使缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强度。,（二）细胞的结构,2、细胞膜,1）概念：,细胞质膜（cytoplasmic membrane），又称质膜,（plasma membrane）、细胞膜（cell membrane）或内膜,（inner membrane），是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞,质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜，厚约78,nm，由磷脂（占20%30%）和蛋白质（占50%70%）,组成。,（二）细胞的结构,2、细胞膜,（二）细胞的结构,2、细胞膜,2）细胞膜的化学组成与结构模型：,（1）磷脂,亲水的极性端,疏水的非极性端,2）细胞膜的化学组成与结构模型：,（1）磷脂,在极性头的甘油3C上，,不同种微生物具有不同,的R基，如磷脂酸、磷,脂酰甘油、磷脂酰乙醇,胺、磷脂酰胆碱、磷脂,酰丝氨酸或磷脂酰肌醇,等。,非极性尾则由长链,脂肪酸通过酯键连,接在甘油的C1和C2,位上组成，其链长,和饱和度因细菌种,类和生长温度而异,。,2）细胞膜的化学组成与结构模型：,（1）磷脂,膜的流动性很大程度上取决于不饱和脂肪酸的结构和相对含量。,细胞膜上长链脂肪酸的链长和饱和度因细菌种类和生长温度而,异，通常生长温度要求越高的种，其饱和度也越高，反之则低。,2）细胞膜的化学组成与结构模型：,（2）膜蛋白,具运输功能的整合蛋白（integral protein）或内嵌蛋白（intrinsic protein）,具有酶促作用的周边蛋白（peripheral protein）或膜外蛋白(extrinsic protein),膜蛋白约占细菌细胞膜的50%70%，比任何一种生物膜都高，,而且种类也多。-细胞膜是一个重要的代谢活动中心。,2）细胞膜的化学组成与结构模型：,（3）液态镶嵌模型(fluid mosaic model),膜的主体是脂质双分子层；,脂质双分子层具有流动性；,整合蛋白因其表面呈疏水性，故可“溶”于脂质双分子层,的疏水性内层中；,周边蛋白表面含有亲水基团，故可通过静电引力与脂质,双分子层表面的极性头相连；,脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合；,脂质双分子层犹如一“海洋”，周边蛋白可在其上作“漂浮”,运动，而整合蛋白则似“冰山”状沉浸在其中作横向移动。,1972年，辛格（J.S.Singer）和尼科尔森（G.L.Nicolson）,2）细胞膜的化学组成与结构模型：,（3）液态镶嵌模型(fluid mosaic model),（二）细胞的结构,2、细胞膜,3）细胞膜的生理功能：,选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送；,是维持细胞内正常渗透压的屏障；,合成细胞壁和糖被的各种组分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、,荚膜多糖等）的重要基地；,膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶系，,是细胞的产能场所；,是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位；,（二）细胞的结构,2、细胞膜,4）间体（mesosome，或中体）：,细胞质膜内褶而形成的囊状构造，,其中充满着层状或管状的泡囊。,多见于革兰氏阳性细菌。,青霉素酶分泌、DNA复制、分配以及细胞分裂有关,（二）细胞的结构,2、细胞膜,4）间体（mesosome，或中体）：,（二）细胞的结构,2、细胞膜,4）间体（mesosome，或中体）：,