江大微生物学课件2-A.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 细菌 Bacteria,原核生物 Prokaryotes,指一大类细胞核无核膜包裹，只有称作为核区（nuclear region）的裸露DNA的原始单细胞生物。,包括：真细菌 eubacteria,古细菌 archaea,细菌是一类细胞细而短、结构简单、细胞壁坚韧、以二等分裂方式繁殖和水生性较强的原核微生物。,在分类学上，细菌属于原核生物界（Procaryotae）,细菌门(Bacteriophyta)，真细菌纲(Eubacteriae)，真细菌亚纲(Eubacteria),一.细菌的形态与大小,1细菌的细胞形态,基本形态,球菌 coccus,杆菌 bacillus,螺旋菌 spirilla,螺旋菌的种类,弧 菌 Vibrio,螺旋菌 Spirilla,（螺旋体 Spirochaeta）,coccus,bacillus,vibrio,细菌的异常形态：,由于环境条件或菌龄引起的不规则的形态，如细胞膨大、或出现梨形、或产生分支、或细胞拉长 等。,畸形：由于化学的或物理的因素的刺激，阻碍了细胞的发育而引起的异常形态。,衰颓形：由于培养时间过长，细胞衰老，营养缺乏，代谢排泄物浓度积累过高使细胞衰老而引起的异常形态。,2、细菌细胞的大小 用,m,m表示,大小,球菌：,f,0.21.5,m,m,杆菌：宽长,小型：0.20.40.71.5,m,m,中型：0.51.02.03.0,m,m,大型：1.01.53.08.0,m,m,螺旋菌：宽长 0.31.0150,m,m,3,测定方法：,测微尺测定，投影或照相测定,影响大小测定的因素,测定方法,菌龄（主要影响长度）,细胞的干重：10,-12,10,-13,g,个,二.细菌细胞的构造,一般构造：,为所有的细菌细胞所共有，一般为生命所必需。,细胞壁、细胞膜、类核、间体、细胞质、核糖体、颗粒状内含物,特殊构造：,只存在于某些细菌、甚至是某特定的生理阶段，赋予细胞特殊功能、一般为生命非必需。,鞭毛、伞毛、纤毛、荚膜、芽孢,细胞构造,（一）一般构造,1细胞壁 cell wall,（1）定义：细胞壁是位于细胞表面、内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧、略具弹性的结构,（2）生理功能,固定细胞外形,保护细胞免受机械和渗透压等外力的损伤,为鞭毛运动提供支点,对大分子物质的屏障作用,赋予细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性,（3）化学组成,肽聚糖、磷壁酸、类脂质（脂多糖、脂蛋白、磷脂）及蛋白质等,肽聚糖(,peptidoglycan),双糖单位 N-乙酰葡糖胺(NAG),N-乙酰胞壁酸(NAM),四肽尾,肽桥,S.aureus,S.aureus,磷壁酸,teichoic acid,G,+,细胞壁特有的一种酸性多糖,主要种类,甘油磷壁酸、核糖醇磷壁酸,脂多糖,（lipopolysaccharide，LPS）,G,-,细菌细胞壁特有的类脂多糖物质,结构复杂,类脂A：2个N-乙酰葡糖胺,5个长链脂肪酸,LPS 核心多糖：,O特异侧链：,（4）细胞壁的结构,G,+,细胞壁：一层，10-50(20-80)nm，含90%的肽聚糖和10%的磷壁酸,G,-,细胞壁：2层,内壁层：2-3nm，肽聚糖,外壁层/外膜：8-10nm，由脂多糖、磷脂和外膜蛋白构成,周质空间(periplasmic space),（5）原生质体及球形体,原生质体 Protoplast,细菌被完全除去细胞壁后所剩下的部分。,球形体/原生质球 Spheroplast,细菌被部分除去细胞壁后所剩下的部分。,制备方法：溶菌酶(lysozyme)处理,2.细胞膜：(cell membrance),定义：是一层紧贴在细胞壁内侧，包围着细胞质的柔软、脆弱、富有弹性半透性薄膜。厚度78nm,功能,选择透性,维持细胞内正常渗透压的屏障,在细胞的呼吸过程中起关键作用,与细胞膜、细胞壁及荚膜的合成有关,鞭毛基体的着生部位和旋转的供能部位,化学组成,磷脂(20-30%),蛋白质(50 70%),少量糖蛋白、糖脂(约2%),磷脂：磷脂酰胆碱,磷脂酰丝氨酸,磷脂酰乙醇胺等,膜蛋白：外周蛋白,peripheral protein,整合蛋白,integral protein,结构：液态镶嵌模型 fluid mosaic model,要点：,由两层磷脂分子构成膜的骨架，亲水的极性端朝外，疏水的非极性端朝内；,膜蛋白可以结合在膜的表面，也可以由外侧伸入膜的内部，或贯穿整个膜；,膜具有亲水小孔，由整合蛋白贯穿膜而构成；,膜具有流动性，包括蛋白质的横向流动，脂类的横向流动及翻斤头式的纵向运动；,膜的外表面结合有树杈状的多糖链-糖脂,3.间体 mesosome：,定义：由细胞膜内陷而成的层状、管状或囊状结构。是特化的CM，多见于G,+,细菌,化学组成与结构,与细胞膜相同,生理功能,产生能量的基地,向细胞外分泌消化酶,与细胞横隔的合成有关,4.核质体,(1),位置：,核质体是原核生物所特有的无核膜包裹、无固定形态的原始细胞核。,(2),化学组成：,DNA,(3),结构：,环状、高度折叠缠绕的“超线圈”结构的DNA。即一条染色体。,E.coli,基因组4.64Mb，由4300个基因组成（1997）,B.subtilis,基因组4.21Mb，4100个基因（1997）,(4),生理功能：,贮存和传递遗传信息；细胞的控制中心。,每个细胞中一般有12个核质体，在生长迅速的细胞中也会有24个,5.质粒 plasmid：,游离于原核生物核基因组以外，具有独立复制能力的小型供价闭合环状的DNA分子,结构：circular covalently closed DNA(cccDNA)，由300015000bp，,MW2 10010,6,d。,生理功能：（各种质粒功能不一）,如：F质粒 致育性,R质粒 抗药性,Col质粒 大肠杆菌素合成,质粒DNA分子,质粒的特点,并非细菌生活必需,可通过物理或化学因子处理从细胞中失去,只能从有质粒的细胞中获得,6.细胞质和内含物,（1）细胞质cytoplasm：是细胞质膜包围的除核质体以外的一切半透明、胶体状、颗粒状物质的总称。,主要组成：水、核糖体、贮藏物、酶类、中间代谢产物、质粒、各种营养物质和大分子单体,功能:,为细胞进行新陈代谢提供内在环境,（2）细胞内含物,核糖体 ribosome,分散在细胞质中的沉降系数为70s、由RNA和蛋白质组成的颗粒状结构。,功能：合成蛋白质的场所,贮藏物,主要是一些不同化学分积累而成的不溶性沉淀颗粒。,功能：储存营养物质,碳源及能源类,多糖类：淀粉粒、肝糖粒,类脂：聚-羟丁酸(PHB)粒、脂肪粒,硫粒：,细胞中的硫粒,氮源类,藻青素：,由含精氨酸和天冬氨酸残基的分支多肽构成，蓝细菌,磷源类,异染颗粒：是无机偏磷酸的聚合物,（二）细菌的特殊构造,1、鞭毛 flagellum，flagella,（1）定义：生长在某些细菌（运动细菌）体表面的长丝状、波曲的蛋白质性质的附属物。,（2）着生情况,菌种,着生类型,偏端单生 monopolar monotrichous,两端单生bipolar monotrichous,偏端丛生 lophotrichous,两端丛生amphitrichous,周生 peritrichous,flagella,flagella,生理功能：,细菌的运动器官,观察：,直接法：染色后显微镜下观察,电镜观察,间接法：观察细菌运动情况,如 悬滴法、半固体穿刺培养法,半固体点种培养法，,化学组成：,鞭毛蛋白组成,结构：G,+,菌和G,-,细菌不同,E.coli,鞭毛的结构:,鞭毛丝 10-20nm15-20,m,m,鞭毛钩,基体 L 环:包埋在CW的外壁层中,P环:包埋在CW的内壁层中,S环:位于CM表面,M环:位于CM中或恰好居于CM下,G,+,菌仅有S环和M环,2.伞毛/菌毛 fimbria,fimbriae,长在细菌体表的纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质类附属物。直径3-10nm，250-300条/细胞,化学组成：,菌毛蛋白pilin,结构：,着生于细胞膜上，穿过细胞壁后伸展于体表。3 10100 5000nm。,功能：使菌体附着于物体表面,3、(性)纤毛（Sex-pili,F-pili，pili）,由F质粒DNA编码，存在于具有F质粒的,E.coli,的表面，每个细胞1至几根。,是中空管状物，是细菌接合时DNA转移的通道。,fimbria,pilus,细菌细胞附属物 appendages,鞭毛：flagella,伞毛：fimbrae,性纤毛：sex-pili,4.糖被glycocalyx,（1）包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质。,（2）类型：,大荚膜 macrocapsule/capsule,微荚膜 microcapsule,粘液层 slime layer,菌胶团 zoogloea,（3）化学组成：,水、多糖和/或多肽,（4）功能：,细胞外的营养储存,保护细胞免受干燥的影响,增加病原菌的致病力等,堆积废物,（5）光滑型菌落、粗糙型菌落,（6）注,（7）利用与危害,dextran,xanthan gum,5、芽孢 endospore/spore,（1）某些细菌在其生长发育后期,在细胞内形成一个圆形或椭圆形，壁厚、含水量极低、抗逆性极强的休眠体,。,（2）着生情况：,菌种,在细胞中的位置,形状,大小,芽孢,（3）特点,组成特点:,含水量低,含吡啶2,6-羧酸(DPA),结构特点:,具有厚而致密的孢子外层,折光性强，不易着色,生理特点:,代谢活动极弱或基本停止,对热、辐射及化学物质具有较强抗性,（4）芽孢的构造,孢外壁/芽孢壳spore coat：主要含脂蛋白,芽孢衣/外膜outer membrane：主要含疏水性角蛋白,皮层cortex:主要含芽孢肽聚糖及DPA-Ca,芽孢壁spore wall:含肽聚糖,芽孢膜spore membrane:含磷脂、蛋白质,芽孢质:含DPA-Ca,核糖体,RNA,核区/核质体nuclear body:含DNA,（5）芽孢的形成,DNA浓缩-形成轴丝,细胞膜内陷成芽孢膜-形成前孢子,细胞膜反向包裹前孢子-形成外膜,二层膜间充填肽聚糖，合成DPA-形成皮层,合成芽孢壁及芽孢壳,芽孢囊裂解，芽孢游离外出,（6）芽孢的萌发(germination),由休眠体转变成营养细胞的过程,三个阶段:,活化、出芽、生长,萌发的标志：,芽孢的折光性丧失、对染料的亲和性增加、对热的抗性明显下降。,（7）芽孢的耐热机制,渗透调节皮层膨胀学说,osmoregulatory expanded cortex theory,芽孢的耐热性在于芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差以及皮层的离子强度很高，使皮层产生了极高的渗透压去夺取核心中的水分,造成皮层的充分膨胀和核心的高度失水，失水的核心赋予芽孢极强的耐热性。,皮层中的DPA-Ca稳定芽孢中的大分子，增强芽孢的耐热性,（8）研究芽孢的意义,菌种的分类鉴定的重要形态学指标,提高菌种筛选效率,有利于菌种长期保藏,衡量各种灭菌手段效果的指标,（9）伴孢晶体（parasporal crystal）,少数芽孢杆菌芽孢囊内与芽孢相伴而形成的一颗菱形、方形或不规则形的碱溶性蛋白晶体。即,d内毒素。,用途:,生物农药，它对鳞翅目等的昆虫有毒杀作用。,（10）注意,细菌形成芽孢不是繁殖,形成芽孢是细菌的自我保护,三、细菌的繁殖方式和培养特征,（一）细菌的繁殖,1、无性繁殖裂殖fission：一个细胞通过分裂而形成两个子细胞的过程,二分裂 binary fission：,同形裂殖,：一个细胞在其对称中心形成一隔膜，进而分裂成两个形态、大小和构造完全相同的子细胞,异形裂殖,细菌的繁殖过程,过程：,菌体伸长，核质体分裂,横隔膜及横隔壁形成,子细胞分离,球菌的分裂面及子代的排列,2、细菌的有性接合,E.coli,的性别分化,F,+,菌株（雄性菌株）,F,-,菌株（雌性菌株）,接合过程：,2.细菌的培养特征,菌落colony,由一个或少数几个细胞在固体培养基表面上繁殖而形成的肉眼可见的子细胞的群体。,克隆clone,菌落形态包括,大小、形状、光泽、颜色、透明度、硬度等细菌的菌落特征,菌苔,lawn,在斜面培养基上划线接种细菌后经培养而形成的肉眼可见的子细胞群体。,菌苔形态包括,生长程度、形状、光泽、颜色、透明度等。,其它培养特征,半固体穿刺培养特征,明胶培养基培养特征,液体培养特征,四.细菌的分类,分类依据,目前多用经典分类法，分类依据以生理生化特征为主，以形态特征为辅。,鉴定实例 （自学5558）,菌种纯度检查,镜检和革染氏染色,芽孢染色观察,部分生理试验,分类系统,伯捷氏鉴定细菌学手册,Bergeys Manual of Determinative Bacteriology,伯捷氏系统细菌学手册,Bergeys Manual of Systematic Bacteriology,细菌的简捷分类:P58-59,发酵工业常见常用的细菌,Leuconostoc mesenteroides,肠膜明串珠菌,Pediococcus cerevisiae,啤酒足细菌,Bacillus subtilis,枯草芽孢杆菌,Acetobacter aceti,醋化醋杆菌,Lactobacillus delbrukii,德氏乳杆菌,Steptococcus lactis,乳链球菌,Clostridium acetobutylcum,丙酮丁醇梭菌,Corynebacterum pekinese,北京棒杆菌,Brevibacterium ammoniagenes,产氨短杆菌,Escherichia coli,大肠杆菌,Pseudomonas spp.,假单胞菌,Zymomonas mobilis,运动发酵单胞菌,Brevibacterium lactofermentum,乳糖发酵短杆菌,Brevibacterium flavum,黄色短杆菌,Staphylococcus aureus,金黄色葡萄球菌,Corynebacterium crenatum,钝齿棒杆菌,Bacillus licheniformis,地衣芽孢杆菌,Bifidobacterium spp,.双歧杆菌,