天津科技大学海洋学院 微生物学 第一章原核微生物的形态结构

第一章：原核微生物形态结构 原核微生物： 仅含一个DNA分子的原始核区而无核 膜包裹的原始单细胞微生物。 包括：真细菌、古生菌 第一章：原核微生物形态结构 第一节细菌（bacteria） 第二节放线菌(actinomycetes） 第三节蓝细菌(cyanobacteria) 第四节其他几种原核微生物(others) 1.细菌的形态 2.观察细菌的方法 3.细菌细胞的大小 4.细菌的细胞构造 5.细菌的繁殖方式 一、细菌（Bacteria） 6.细菌的群体形态 细菌的形态构造及其功能 4.细菌细胞的结构 细菌细胞的结构 细胞壁 细胞壁以内的构造原生质体 细胞壁以外的构造 b.细胞壁的功能 1. 固定细胞外形 2. 协助鞭毛运动 3. 保护细胞免受外力的损伤 4. 为正常细胞分裂所必需 5. 阻拦有害物质进入细胞 6. 与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的 敏感性密切相关 c.细胞壁化学组成 高等植物 纤维素 霉菌 几丁质 酵母 甘露聚糖，葡聚糖 细菌 肽聚糖 N乙酰葡萄糖胺 N乙酰胞壁酸 短肽 脂多糖 磷壁酸 G G细胞壁成分的区别 成 分 肽聚糖 磷壁酸 类脂质 蛋白质 占细胞壁干重的% 含量很高（30-95） 含量较高（50） 一般无（2） 0 含量很低（5-20） 0 含量较高（11-22） 含量较高 G G d.细胞壁与革兰氏染色 复染 沙黄 紫色（G） 红色(G-) 甲菌 乙菌 初染 结晶紫 媒染 碘液 脱色 乙醇 原生质体（左侧为大肠杆菌的原生质体，右侧为杆状的大肠菌） e.无壁细胞与原生质体 用溶菌酶处理细胞或在培养基中加入青霉素、甘 氨酸或丝裂霉素 C 等因子，便可破坏或抑制细胞 壁的形成，成为细胞壁缺陷细菌，通常包括原生 质体、原生质球和细菌 L-型。 原生质体：在革兰氏阳性细菌培养物中加溶菌酶 或通过青霉素阻止其细胞壁的正常合成而获得的 完全缺壁细胞称原生质体。 原生质球：指细胞壁未被全部去掉的细菌细胞， 它呈圆球状，可以人为地通过溶菌酶或青霉素处 理革兰氏阴性细菌而获得。 细菌 L- 型：是细菌在某些环境条件下因基因突变 而产生的无壁类型。 自然界长期进化中形成：支原体 缺壁 细菌 实验室中形成 自发缺壁突变：L型细菌 人工方法去壁 彻底除尽：原生质体 部分去除：球状体 为微生物学工作者提供另一种类型的生物学实 体，用原生质体融合新技术，可培育新的优良 菌种。 细胞壁以内的构造原生质体 1）细胞膜（cell membrane） 2）细胞质和内含物(cytoplasm andinclusion body) 3）核区(nuclear region or area) 4）特殊的休眠构造芽孢 (endospore,spore) a:内嵌蛋白;b、c:内嵌蛋白或整合蛋白d:外周蛋 白;e:多酶复合体;f:脂双分子层 1）细胞膜 a b c d e f 厚约 8nm,主要为脂类 (20%30%) 与蛋白质 (50%70%) 及少量多糖（2%） 细胞膜的功能 控制细胞内、外的物质运送、交换 维持细胞内正常渗透压以保证屏障作用； 合成细胞壁各种组分和荚膜等大分子的场所； 进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地； 许多酶和电子传递链组分的所在部位； 鞭毛着生点和提供其运动所需的能量等。 间体（Mesosome)的功能 相当于真核细胞的线粒体 相当于真核细胞的内质网 与细胞壁合成有关 可能与核分裂有关 有学者认为间体是一种赝象 由细胞膜局部内陷折叠而成。 2）细胞质(cytoplasm )和内含 物( inclusion body) 贮藏物(reserve granule 磁小体(megnetosome) 羧酶体(carboxysome) 气泡(gas vocuoles) 核糖体(ribosome) 质粒(circular covalently closed DNA) 糖原：大肠杆菌、克雷伯氏菌、 蓝细菌芽孢杆 菌等 聚羟丁酸： 固氮菌、产碱菌、肠杆菌 氮源类 藻青素：蓝细菌含有 藻青蛋白：蓝细菌含有 磷源（异染粒）：迂回螺菌、白喉棒杆菌和分枝杆菌 含有 硫源：迂回螺菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌 Reserve granule / Reserve materials 碳源及能源类 磁小体(megnetosome) 1975年由R P Blakemore 在趋磁细菌中发现 主要成分是Fe3O4，外被一层磷脂、蛋白或糖蛋 白膜,是单磁畴晶体,无毒,大小20-100nm,每个 细胞有2-20颗 形状为平截八面体、平行六面体或六棱柱体等 实用前景：生产磁性定向药物或抗体，以及制 造生物传感器 羧酶体（carboxysome） 存在于一些自养细菌内的多角形或六角形内含物 大小约10nm（与噬菌体相仿） 内含1，5二磷酸核酮糖羧化酶 在自养细菌的CO2固定中起关键作用 气泡（gas vocuoles） 是许多光合型、无鞭毛水生菌中充满气体的泡囊状 内含物 大小为0.21.0um75nm 内由数排柱形小空泡组成，外有2nm厚的蛋白膜 包裹 每个细胞中含几个或数百个气泡 功能：调节细胞比重以使细菌漂浮在最适水 层中获取光能、O2和营养物质 核糖体（Ribosome) 核糖体 存在于细胞质中沉降系数为70S的核糖核蛋 白颗粒，核糖体 亦称核蛋白体，为多肽和蛋 白质合成的场所。 质粒 染色体 质粒(circular covalently closed DNA ) 一种独立于染色体外，能 进行自主复制的细胞质遗 传因子，主要存在于各种 微生物细胞中。 在遗传工程中可以将细菌 质粒作为基因的运载工具 ，构建新菌株。 质粒功能 与抗药性有关 与有性接合有关 其他质粒：与抗生素，色素合成有关 基因工程中作为目的基因载体 细菌质粒所能控制的性状 细菌质粒性状 大肠杆菌的F因子使宿主产生性纤毛，决定细菌的“性别” 大肠杆菌中的Hty因子决定溶血素的产生 大肠杆菌中的RYB质粒 可使宿主产生限制性内切酶与甲基化酶 许多G-细菌中的R因子抗磺胺药与多种抗生素 金黄色葡萄球菌中的 P1258因子 抗Cd+、Hg+等重金属离子 金黄色葡萄球菌中的 PZA10 产生内毒素B 假单胞菌中的质粒能降解某些复杂的有机物 根癌病农杆菌中的Ti质粒能使感染植株产生根癌病 3)核区（nuclear region or area） 又称核质体、原核、拟核、核基因组(genome） 是一个大型环状DNA分子,长度为0.25-3.00mm 每个细胞所含的核区数一般14个 细菌除在染色体复制时间内呈双倍体外,一般均 为单倍体 细菌芽孢在光学显微镜下的形态及其在胞内的位置 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、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体 由于一个营养细胞内仅生成一个芽孢，无繁殖功能。 芽孢是生物界中抗性最强的生命体。 芽孢在普通条件下可保持几年至几十年的生活力。 4)芽孢(endospore/spore) 枯草芽孢杆菌 产芽孢细菌的种类 芽孢的构造 芽孢形成 芽孢的耐热机制 研究芽孢的意义 伴孢晶体 细菌的其他休眠构造 芽孢 Spores 芽孢 产芽孢细菌的种类 菌体 （营养细胞） 细菌芽孢构造的模式图 孢外壁 芽孢衣 皮层 芽孢质 芽孢核区 芽孢膜 芽孢壁 核心 芽孢的形成过程 质膜内陷 前芽孢双 层膜形成 合成DPA 皮层 合成 芽孢 裂解 DNA浓缩 形成束状 孢衣 合成 芽孢的耐热机制 1.是由芽孢化学组成的特点决定的 2.含有吡啶2，6二羧酸（DPA-Ca） 3.含有芽孢特有的芽孢肽聚糖 4.芽孢平均含水40，皮层含水70 5.芽孢中酶的分子量较营养细胞小 研究芽孢的意义 细菌分类、鉴定中的重要形态学指标 指导菌种保藏 制定灭菌参数 苏云金芽孢杆菌和伴孢晶体 少数芽孢杆菌在形成芽孢的同时，会 在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱 溶性蛋白晶体内毒素，称为伴孢 晶体。 实用意义： 细菌杀虫剂生物农药 细菌的其他休眠构造 细菌的休眠构造除上述芽孢外，还有孢 囊（cyst,由固氮菌产生）等。 孢囊也是在逆境中产生的。 孢囊也是在逆境中产生的休眠体。 和芽孢一样没有繁殖功能。 细胞壁以外的构造 糖被（glycocalyx） 鞭毛 (flage,复flaglla) 菌毛（fimbria,复fimbriae ） 性毛（pili,单数pilus） 鞭毛 菌毛 性毛 糖被 糖被(glycocalyx) 细菌负染后相差显微镜图片（示荚膜） 包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质。 荚膜功能 保护作用 贮藏养料 堆积代谢废物 附着作用 保护细菌免受干旱损坏 防止噬菌体的吸附和裂解 使致病菌免受突破主白细胞吞噬 作为透性屏障或离子交换系介质 细菌间的信息识别作用 细菌糖被实用意义 鉴定菌种 提取葡聚糖“代血浆” 胞外多糖：黄原胶用于石油开采 菌胶团用于处理污水 鞭毛（ Flagellum) 生长在某些细菌体表的长丝 状蛋白质附属物，称为鞭毛 ，其数目为一至数条，具有 运动功能。 鞭毛一般长度为1520um 直径为0.01 0.02um 观察鞭毛的方法:染料沉积使之加粗 后用显微镜观察:常用电镜观察 判断鞭毛有无的方法:半固体培养 基 平板培养菌落边缘 细菌 鞭毛 显微 镜照 片 电镜下的大肠杆菌（示鞭毛） 细菌鞭毛的类型 两端单生 单端从生 单端单生 周生 两端丛生 菌毛（Pilus) （伞毛、纤毛、线 毛） 功能： 作为噬菌体的吸附位点 作为附着到哺乳动物细胞或其他物体的工具 鞭毛 菌毛 性毛 糖被 性毛（pili,单数pilus） 构造和成分与菌毛相同， 但比菌毛长。 数量仅一至少数几根。 性毛一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌珠中。 其功能是向雌性菌珠（受体菌）传递遗传物质。 鞭毛 菌毛 性毛 糖被 DNA结合位点 细菌繁殖方式 少数种类如柄细菌分裂后产生一个有柄不运动和一个无柄有 鞭毛的子细胞，称为异形分裂。此外还有通过出芽方式进行 繁殖，如芽生杆菌、生丝微菌 的芽殖，蛭弧菌侵入宿主细菌 细胞的壁与膜间隙生长、分裂、产生多个子细胞的多次分裂 。 细菌细胞的裂殖， 示正在分裂 ， 示已经分裂 细菌群体的形态（细菌的培养特征） 细菌的菌落特征 细菌的其它培养特征 细菌的菌落特征 细菌菌落 细菌细胞的电子显微镜图片 固体培养基表面细菌菌落（照片） 细菌菌落特征 细菌菌落特征正面图 细菌在琼脂培养基中穿刺培养的生长特征 细菌在半固体培养上的培养特征 细菌在肉汤培养基中的表面生长特征 絮状环状浮膜状膜状 放线菌(actinomyces) 什么是放线菌 放线菌的形态构造 放线菌的繁殖 放线菌的菌落特征 放线菌的生理 放线菌与人类生活 放线菌是一类具有丝状与枝细胞的细菌 1. 有原核 2. 细胞壁的主要成分是肽聚糖 3. 有的放线菌产生有鞭毛的孢子,其鞭毛类型与 细菌相同，菌丝直径与细菌相仿 4. 放线菌噬菌体的形状与细菌的相似 5. 最适生长PH相近，一般呈微碱性 6. DNA重组的方式与细菌的相同，核糖体同为 70S 7. 对溶菌酶敏感；凡细菌所敏感的抗生素，放 线菌也同样敏感 放线菌的分布与生活方式 放线菌一般分布在含量较低；有机物丰富和呈 微生物碱性的土壤中。107个g左右 能看到：北方春季深层黑土地的白丝 能闻到：泥土特有的“泥腥味” 放线菌的形态结构（模式图） 基内菌丝（Substrate mycelium) 又称营养菌丝，功能是吸收营养，直径 0.2-1.2um 长度100600um，色素可有可无。 基内 菌丝 气生菌丝（Aerial mycelium) 基内菌丝长到一定时期，长出培养基外，伸 向空间的菌丝，直径11.4um, 长短不一， 形状不一，颜色较深。 气生菌丝 孢子丝(Reproductive mycelium) 当气生菌丝生长发育到一定阶段 ，气生菌丝上分化出的可形成孢子的 菌丝。 孢子的形状及在气生菌丝上排列 的方式随种而异。 放线菌孢子丝类型 直形 弯曲丛生成束 单轮生 无螺旋 开环钩形 原始螺旋形松螺旋 紧螺旋 螺旋单轮生无螺旋两级轮生螺旋两级轮生 放线菌的菌落形态 菌落质地硬而且致密，菌落小而不广泛延伸 菌落表面呈紧密的绒状或坚实、干燥多皱。 接种针难以挑取，有时可挑碎，有时可将整 个菌落挑起。 老龄菌：幼龄菌菌落与细菌难以区分。 菌落周围具放射状菌丝。 由于菌丝和孢子常具不同色素，使菌落 正面，背面呈不同色泽。 2.2.3放线菌的生活史： 孢子 萌发 基内 菌丝 气生 菌丝菌丝 孢子丝 5 孢子丝分化形成的孢子 放线菌的繁殖 放线菌的繁殖方式 分生孢子 孢子囊孢子 菌丝断裂 其他方式 （2）沿横隔断裂形成孢子 （3）成熟孢子 （1）孢子丝中形成横隔 横隔断裂形成孢子的过程 分生孢子繁殖 放线菌生理 绝大多数为异养型，能利用不同的碳水化合物。 氮源以Pr,蛋白胨，以及某些氨基酸最合适， 硝酸盐、铵盐和尿素次之. 一般都需要金属离子。 大多放线菌是好气性的。最适温度2337 放线菌与人类 绝大多数抗生素由放线菌产生 用来生产纤维素、酶、维生素 具固氮作用，用于生产生物菌肥 少数寄生型放线菌可引起动植物病害 有的放线菌能破坏棉毛织品和纸张 链杆状 丝状聚合体 球状（正在分裂） 蓝细菌的形态 蓝细菌生理 是光能自养型生物：只需空气、阳光、水分、 少量无机盐 没有有性生殖，以裂殖为之，也可芽生殖， 极少数有孢子 已知蓝细菌有20多种具固氮作用。 赤潮 其他几种原核微生物 立克次氏体 支原体 衣原体 立克次氏体（Rickettsia） 是落基山