微生物的类群及形态（细菌）

第二章 微生物的类群及形态结构,第一节 细菌形态结构 第二节 放线菌形态结构 第三节 支原体、衣原体、 立克次氏体、螺旋体 第四节 真菌形态结构,本章教学目的和要求,1.通过本章的学习掌握原核微生物和真核微生物包括的内容及其形态特征。 2.掌握各类微生物的繁殖方式及其生活史。,原核生物,真核生物,原核生物和真核生物细胞,第一节 细 菌（bacteria),细菌: 是一类细胞短小、结构简单、胞壁坚韧、多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核微生物。,一、细菌的基本特征,细菌属于原核生物、单细胞结构、非丝状。 基本结构包括：细胞壁、细胞膜、细胞质及内含物。 有些细菌有芽孢、荚膜、鞭毛等特殊结构。,细菌细胞的基本结构特征,单球菌（coccus),细胞分裂沿一个平面进行，新个体分散而单独存在.,双 球 菌（Diplococcus),双球菌,细胞沿一个平面分裂，新个体成对排列. 如肺炎双球菌 (Diplococcus pneumoniae),四联球菌,细胞分裂是沿两个相垂直的平面进行，分裂后每四个细胞特征性地连在一起，呈田字形.,八 叠 球 菌（Sarcina ）,细胞按三个互相垂直的平面进行分裂后，每八个球菌特征性地连在一起成立方体形.,链 球 菌（Streptococcus),细胞沿一个平面进行分裂，新个体不但可保持成对的样子，并可连成链状 如：乳链球菌 （Streptococcuslactis）,链球菌,葡 萄 球 菌（Staphylococcus）,细胞无定向分裂，多个新个体形成一个不规则的群体，犹如一串葡萄。,（2） 杆 菌,杆菌在细菌中种类最多，长短差别很大。有的呈丝状，有的近乎球菌，有的呈纺锤形，有的呈明显分支。杆菌的两端常呈各种不同形状。,芽 孢 杆 菌,双 歧 杆 菌,（3 ）弧菌（ vibrio) 和 螺旋菌（spirilla),（4）细菌的特殊形态,柄细菌、肾形菌、臂微菌、网格硫细菌、贝日阿托氏菌(丝状)、具有子实体的粘细菌等是特殊形态的细菌。,影响细菌形态的因素,培养时间 培养温度 培养基成分 浓度 pH值,2. 细菌细胞的大小,长度单位：微米(m) 测量方法：球菌：直径 杆菌：长、宽 螺菌：长、宽、螺距 通常 球菌：直径0.2 1.5 m， 杆菌: 长1 5 m, 宽0.5 1 m。 例如：E.coli：平均长度：2 m ；宽度0.5m 1500个大肠杆菌头尾相接等于3mm; 109个大肠杆菌重1 mg.,细菌大小举例,三、细菌细胞的构造,一般构造：如细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体、核糖体等，是所有细菌都有的构造。 特殊构造：主要有鞭毛、菌毛、性菌毛、荚膜和芽孢等，并非所有细菌都有的构造。,1. 细菌细胞的基本构造,（1）细胞壁（cell wall) 细胞壁的位置 细胞壁是位于菌体的外层，内侧紧贴细胞膜的一层无色透明，坚韧而有弹性的结构。细胞壁约占细胞干重的10%25%。 细胞壁的主要成分 肽聚糖 肽聚糖是由N乙酰胞壁酸（NAM）和N乙酰葡糖胺（NAG）以及短肽链（主要是四肽）组成的亚单位聚合而成的大分子聚合物。 细胞壁的主要功能 1.固定细胞外形、提高机械强度。2.为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必须。3.阻拦大分子有害物质进入细胞。4.赋予细菌特定的抗原性及对抗生素和噬菌体的敏感性。,肽聚糖网格状结构,细胞壁与革兰氏染色,革兰氏染色的方法和原理 初染：结晶紫使菌体着上紫色； 媒染：碘和结晶紫形成脂溶性大分子复合物，分子大，能被细胞壁阻留在细胞内； 脱色：酒精脱色，细胞壁成分和构造不同，出现不同的反应； 复染：沙黄复染，增加脱色菌与背景的反差并区别于未脱色菌； 革兰氏染色结果 通过革兰氏染色将细菌分为革兰氏阳性菌（复染后为紫色）和革兰氏阴性菌（复染后为红色)。 说明革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌细胞壁组成成分不同。,G+菌肽聚糖单体,G-菌肽聚糖单体,细菌细胞壁特有成分,1)肽聚糖为原核生物所特有(古细菌例外) 2)D-型氨基酸和DAP在真核细胞中未发现 3)个别菌中DAP（二氨基庚二酸）可为Lys代替,革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌细胞壁成分比较,细胞壁的功能,1、决定了革兰氏染色的性质； 2、决定细菌的基本形态； 3、决定细胞的抗膨压（保护细胞免受渗透压变化的破坏） 4、决定对溶菌酶的敏感性； 5、决定了对青霉素的抗性； 6、为鞭毛运动提供支点； 7、决定细胞的抗原性； 8、决定细菌的毒性（致病性）,细胞壁缺损型细菌,原生质体protoplast 球形体spheroplast L型细菌L-form 原生质体的特点： 1、无细胞壁，为圆球形 2、对环境敏感：渗透压，震荡，离心，易溶菌 3、有鞭毛，而不能运动 4、不被噬菌体感染（因为失去吸附位点）,青霉素对细菌细胞壁的作用,Penicillium与转肽酶结合，而使该酶失活，抑制了侧链末端的丙氨酸与五肽桥的连接，破坏了细菌细胞壁的完整性（即抑制肽聚糖的合成），因此， Penicillium仅对正在生 长着的细菌，且主要是对G+菌有效。,溶菌酶对细胞壁的作用,可切断NAM和NAG之间的-1，4糖苷键，引起细菌裂解。 对G菌，在EDTA存在下，受溶菌酶作用。 溶菌酶处理后的菌细胞应保存在弱高渗（0.1-0.2M）蔗糖液中。,（2）细胞膜(cytoplastic membrane）,位置： 细胞膜是紧贴细胞壁内侧包围细胞质的一层柔软，富有弹性的半透明薄膜。 细胞膜的结构与化学成：1972年Singer和Nicolson提出的细胞膜液态镶嵌模型，认为：膜是由球形蛋白与磷脂按照二维排列方式构成的流体镶嵌式，流动的脂类双分子层构成了膜的连续体，而蛋白质象孤岛一样无规则地漂流在磷脂类的海洋当中。,细胞膜液态镶嵌模型,细胞膜的功能,控制细胞内外物质（营养物质和代谢废物）的运送、交换。 维持细胞内正常渗透压的渗透屏障作用。 合成细胞壁各种组分（LPS、肽聚糖、磷壁酸）和荚膜物质等大分子的场所。 进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地。 参与能量代谢，在细菌中，电子传递链和ATP合成酶均位于细胞膜。 提供鞭毛的着生点并提供鞭毛运动所需能量。,(3)细胞质(cytoplasm) 和细胞内含物(inclusion body),细胞质 位置：被细胞膜包围的除核区以外的一切半透明、胶 体状、颗粒状物质的总称。 与真核生物不同：细胞质是不流动的。 主要成分：核糖体、贮藏物、酶类、中间代谢物、质粒、各种营养物质和大分子单体等，少数细菌有类囊体、羧酶体、气泡和伴孢晶体。,细胞内含物,定义：细胞质内一些形状较大的颗粒状构造。,(4)核 区(nucleoid),特点 不具备核膜、核质和核仁的原核结构； 一个裸露在细胞质中环形双链DNA分子。 生理功能 贮存、传递遗传信息； 调控细胞的全部生命活动。,(5)内膜系统间体(mesosome),间体的位置： 细胞膜内褶形成的一种管状、层状或串状物，一般位于细胞分裂的部位或附近。 间体的功能： 1.参与隔膜形成 2.与核分裂有关 3.类似线粒体功能,（6）核糖体（ribosome),核糖体分散在细胞质中的颗粒状结构，由核糖核酸（占60%）和蛋白质（占40%）组成。,细菌的核糖体 沉降系数为：70s，由50s大亚基和 30s 小亚基构成。 功能：是细胞合成蛋白质的机构。,（7）质粒(plasmids),质粒是细菌染色体外的共价闭合环状双链DNA分子分子量约为100 106 D.携带1100个基因, 一个菌细胞可有一至数十个质粒。,质粒的特点,1、可以在细胞质中独立于染色体之外（即以游离状态）存在，也可以插入到染色体上以附加体的形式存在； 2、在细胞分裂时，可以不依赖于细菌染色体而独立进行自我复制，也可以插入到细菌染色体中与染色体一道进行复制； 3、质粒可以通过转化、转导、或接合作用而由一个细胞转移到另一个细胞，使两个细胞都成为带有质粒的细胞； 4、质粒对于细胞生存并不是必要的。,2. 细菌细胞的特殊构造 （1）鞭 毛(flagellum),鞭毛的形态、组成与功能 细菌在菌体上附有细长并呈波状弯曲的丝状物，鞭毛极细，需用电子显微镜观察，或经特殊染色法使鞭毛增粗后才能在光镜下看到。 鞭毛是细菌的运动器官。,鞭毛的一般构造,鞭毛的一般构造,鞭毛的四种着生方式,(2)菌毛(fimbria),菌毛又称纤毛、伞毛、线毛。 纤毛比鞭毛更短、更细，且又直又硬。数量很多，不具有运动功能，但与菌的致病性吸附等有关,（3）糖被(glycocalyx)及其类型,糖被是某些细菌细胞壁外的一层粘液性胶状物质。 根据糖被的形状和厚度的不同，分为四类： (大）荚膜（capsule）：粘液状物质具有一定外形，相对稳定地附着在细胞壁外，厚度：0.2m。 微荚膜（microcopsule)：粘液状物质较薄，厚度：0.2m ， 与细胞表面牢固结合。 粘液层(slime layer)：粘液物质没有明显的边缘，比荚膜松散,可向周围环境中扩散,增大黏性。 菌胶团(zoogloea):包裹在细胞群体上的胶状物质。,荚膜的生理功能,1、荚膜富含水分，可保护细胞免于干燥； 2、能抵御吞噬细胞的吞噬； 3、为主要表面抗原（K抗原），是有些病原菌的毒力因子； 4、能保护菌体免受噬菌体和其他物质（溶菌酶和补体）的侵害； 5、是某些病原菌必须的粘附因子； 6、贮藏养料，是细胞外碳源和能源的储备物质,（4）芽孢（endospore, spore）,某些细菌生长到一定阶段或在一定环境条件下，细胞的正常生长和分裂停止，细胞内细胞质浓缩，逐步行成一个圆形、椭圆形或圆柱形的，对不良环境有较强抵抗力的特殊结构，称为芽胞。芽胞成熟后可自行从芽胞囊中释放出来。因芽胞的形成都是在细胞内，故又称内生孢子。,芽胞,芽胞囊,枯草芽孢杆菌,芽孢的组成和结构,芽孢有多层结构，主要包括孢外壁、芽孢衣、皮层和核心：,芽孢的外壁层厚而致密，主要成分为脂蛋白，通透性差,不易着色。 核心含有大量的DNA、RNA、蛋白质酶等物质，还含有2,6吡啶二羧酸（DPA）,DPA是芽孢特有的成分。一般以 DPACa的形式存在。 皮层主要含芽孢肽聚糖、 DPACa，皮层体积大，比较致密。 芽孢平均含水量低,约40%.,芽孢的结构,芽孢的形成过程,轴丝形成 形成前芽孢 前芽孢隔膜形成 前芽孢发育成熟 芽孢形成 芽孢囊裂解,芽孢的特性,1、对高温、干燥、辐射、化学药物有强大的抵抗力。 2、含水量低、壁厚而致密，通透性差,不易着色，折光性强。 3、芽胞内新陈代谢几乎停止，处于休眠状态，但保持潜在萌发力。 4、一个芽孢萌发只产生一个营养状态的细胞。,能形成芽孢的细菌种类,在杆菌中能形成芽孢的种类较多，在球菌和螺旋菌中只有少数菌种可形成芽孢。 产生芽孢的几个属： 芽孢杆菌属(Bacillus) 梭状芽孢杆菌属(Clostridium) 芽孢八叠球菌属(Sporosarcina),伴胞晶体（parasporal crystal）,少数芽孢杆菌，如苏云金芽孢杆菌（ Bacillus thuringiensis ）在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一个菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体（即内毒素）称为伴胞晶体。它的干重可达芽孢囊的约30%，由18种氨基酸组成，大小约0.62.0m。伴胞晶体对20