原核微生物——细菌.ppt

1,第二章 原核微生物,主讲教师: 李 祝 单位：化学与环境工程学院 E-mail: Tel湖北工业大学专业基础课程环境微生物,2,一 研究形态和构造的意义： 形态是入门向导，构造是研究基础 提高定向筛选效率 掌握发酵进程、及时探测杂菌污染 分类鉴定中应用,二 原核微生物的类群 光能：蓝细菌 “三菌” 化能： 细菌 放线菌 “三体” 人工培养基：支原体 专门寄生： 立克次氏体 衣原体,3,第一节 细菌,体小而细 形简而短(球、杆、弧) 是一类 壁坚而韧 单细胞原核生物 二等分裂 分布很广泛,细菌是单细胞原核微生物，个体微小，形态简单，以二等分裂方式繁殖。在自然界中，细菌分布最广、数量最多。,4,Contents,5,一、 细菌的形态和大小,不同细菌的形态可以说是千差万别，丰富多彩，但就单个有机体而言，其基本形态可分为球状、杆状与螺旋状三种. 除了球菌、杆菌、螺旋菌三种基本形态外，还有许多具其他形态的细菌。例如柄杆菌细胞上有柄、菌丝、附器等细胞质伸出物，细胞呈杆状或梭状，并有特征性的细柄；球衣菌能形成衣峭，杆状的细胞呈链状排列在衣鞘内而成为丝状,而支原体由于只有细胞膜，没有纫胞壁，故细胞柔软，形态多变，具有高度多形性。另外，人们还发现了细胞呈星形和方形的细菌.,6,（一） 细菌的形态,细菌的三种基本形态: 球状、杆状和螺旋状,7,细菌的外形与大小,细菌细胞微小而透明，通常用适当染料染色后显微镜观察,图1-1 常见的三种细菌典型形态 A.球菌 B.杆菌 C.弧菌,8,培养时间、培养温度、培养基成分、浓度、pH值等环境条件对细菌形态都有明显的影响。一般处于幼龄阶段和生长条件适宜时，细菌形态正常、整齐，表现出特定的形态。 在较老的培养物中，或不正常的条件下，细胞常出现不正常形态，尤其是杆菌，有的细胞膨大，有的出现梨形，有的产生分枝，有时菌体显著伸长以至呈丝状等异常形态。 有的细菌则是多形态的，有周期性的生活史，如粘细菌可形成无细胞壁的营养细胞和子实体。,影响细菌形态的因素：,9,（二）细菌的大小,细菌大小的测定： (1)测量： 测微尺 (2)长度单位：微米(m) (3)表示： 球菌：直径 杆菌： 宽长 螺菌： 宽、长、螺距,10,（二）细菌的大小,11,通常球菌直径：0.2 1.5 m， 杆菌:长1 5 m, 宽0.5 1 m。 例如：大肠杆菌：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. 由于菌种不同，细菌的大小存在很大的差异；对于同一个菌种，细胞的大小也常随着菌龄变化。另外，对于同一个菌种染色前后其细胞大小都有所不同。所以，有关细菌大小的记载，常是平均值或代表性数值。,（二）细菌的大小,12,细菌细胞的大小,13,二、细菌的细胞结构,基本结构包括： 细胞壁、细胞膜、细胞质、核区、间体、核糖体、气泡和储藏物。 特殊结构包括： 荚膜、鞭毛、纤毛、芽孢。,14,细菌细胞由外向里依次有鞭毛、菌（纤）毛、荚膜、细胞壁、细胞膜、细胞质，细胞质中又有液泡、储存性颗粒、核质等。,细菌的结构,15,1.细胞壁,1）功能： 固定细胞外形；,保护细胞免受外力的损伤；,阻拦大分子物质进人细胞；,使某些细菌具有致病性及对噬菌体的敏感性。,16,革兰氏染色法 细胞壁化学组成与结构 革兰氏染色的机理 青霉素的作用及应用,2）细胞壁的化学组成与结构,17,革兰氏染色法是细菌细胞的复合染色法，由丹麦医生Hans Christian Gram于1884年创立。 基本步骤： 涂片固定 结晶紫初染1min 碘液媒染1min95%乙醇脱色0.5min 番红复染min 结果: 革兰氏阳性菌紫色； 革兰氏阴性菌红色。,革兰氏染色法：,18,革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌细胞壁成分比较,细胞壁的化学组成与结构,19,青霉素的作用,作用于肽聚糖肽桥的联结，即抑制肽聚糖的合成，故仅对生长着的菌有效，主要是G+菌。,细菌可作为重金属吸附剂使用？与细菌细胞壁的哪些性质有关？开发与应用情况如何？,20,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。 细胞膜的化学组成,蛋白质 主要包括 磷脂 糖类 少量核酸,2、细胞膜,21,1972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,细胞膜的结构,22,细胞内外物质交换和运送。 在原核微生物中,参与生物氧化和能量产生。 与细胞壁及荚膜的合成有关（酶）。 是鞭毛着生的位点。 间体的形成,细胞膜的功能：,23,间体： 由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 间体的功能: 参与隔膜形成 与核分裂有关 类线粒体功能,24,拟核：由大型环状双链DNA纤丝不规则地折叠或缠绕而构成的无核膜、核仁的区域。这是原核生物与真核生物一个主要的区别之处。,细菌DNA： 长度：一般为：13mm 例：大肠杆菌的DNA长约1mm。 生长迅速的细菌在核分裂之后细胞往往来不及分裂,所以细胞中常有24个核，而生长缓慢的细菌细胞中一般只有12个核，不在染色体复制时期一般是单倍体。 功能：负载遗传信息。,拟核,3、拟核nucleoid（或核质体、核区）,25,质粒：细菌染色体外的遗传物质，由共价闭合环状双链DNA分子组成 分子量约为100 106 D.携带1100个基因, 一个菌细胞可有一至数个质粒。,质粒的特点： 可自我复制，稳定遗传。对生存不是必要的。复制与染色体分开，但同步进行。 不同质粒携带不同遗传信息。 无质粒细菌可通过接合、转化、转导等方式获得，不能自发产生。 例：细菌抗药性因子、大肠杆菌的F因子。 质粒应用:基因工程，体外重组.,26,4、核糖体： 是分散在细胞质中的颗粒状结构，由核糖体核酸（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。,27,细胞质：是在细胞膜内除核区以外的细胞物质。细胞质是无色、透明、粘稠状物质。主要成分为水，蛋白质，核酸，脂类、少量糖和无机盐。,细胞质功能： 细胞质中含有丰富的酶系，是营养物质合成、转化、代谢的场所。,5、细胞质及其内含物,28,颗粒状贮藏物(reserve materials)：,贮藏物是一类由不同化学成分累积而成的 不溶性沉淀颗粒，主要功能是贮存营养物。,贮藏物的种类很多,表解如下:,29,贮藏物,碳源及能源类 氮源类 磷源(异染粒),糖原:大肠杆菌、克雷伯氏菌、芽孢 杆菌和蓝细菌等 聚-羟丁酸(PHB):固氮菌、产碱菌 和肠杆菌等 硫粒:紫硫细菌、丝硫细菌、贝氏硫 杆菌等,藻青素：蓝细菌 藻青蛋白：蓝细菌,迂回螺菌、 白喉棒杆菌、结核分枝杆菌,30,6.荚膜,是某些细菌在新陈代谢过程中形成的，分泌于细胞壁外的粘液状物质。,多出现在“中老年细菌”外围 功能： 储备粮； 生物吸附菌胶团,多糖 、糖蛋白,水生生物的共性 含水率在9098，极难染色；,单染后墨汁背景衬托法观察,31,1)主要成分是多糖、多肽或蛋白质,尤以多糖居多.经特殊的荚膜染色，特别是负染色(又称背景染色)后可在光学显微镜清楚地观察到它的存在。,2)产生糖被是微生物的一种遗传特性,其菌落特征及血清学反应是是细菌分类鉴定的指标之一。,32,往往长度超过菌体若干倍，但直径很细。,7.鞭毛,鞭毛的着生方式和数目是细菌分类鉴定的重要指标。,功能： 细菌藉鞭毛趋避运动,化学成分主要是？ 蛋白质,33,8. 纤毛（或线毛、菌毛、伞毛）,纤细、中空、短直、数量较多（250根300根） 相当于各类禽兽的体表的毛发，如兔毛、狗毛、鸭毛等等，故称为菌毛。,34,鸡毛掸子的作用,提问：功能？ 主要与吸附营养物、有性生殖有关,或称性丝，每一个有性细菌有1根4根，参与细菌有性生殖时细菌间传递遗传物质。,菌毛,性菌毛,35,9.芽孢,1多层结构功能 由内至外，依次为 芽孢外壁,某些细菌当环境恶劣时，细胞质浓缩凝集，逐步形成一个圆形、椭圆形或圆柱形的休眠体，称为芽孢。,一层或几层芽孢衣,主要成分是角蛋白，非常致密，通透性差，能够阻止各类化学物质包括杀菌剂的进入；,由蛋白质、脂类和糖组成,36,皮层 很厚，主要成分为芽孢特有的肽聚糖，其中含有一种特殊的物质吡啶二羧酸以及大量的Ca2+，二者形成了一种极为耐热的凝胶状物质，使得芽孢菌异常抗热，在沸水中芽孢也可存活数小时。, 芽孢质中含水量极低，细胞内代谢极为缓慢，处于休眠状态。,37,能形成芽孢的细菌种类不多，最主要的是芽孢杆菌属（Bacillus）和梭菌属（Cletridium），它们都是革兰氏阳性菌。,很多都是强致病菌，如肉毒梭菌、破伤风梭菌，有些形成的芽孢膨大，宽度明显超过菌体。,含芽孢的梭菌 芽孢宽度超过菌体，使细胞呈梭状,38,芽孢的形成对于产芽孢菌度过困境有着极为重要的意义，芽孢可在普通条件下保存几年甚至几十年都依然可以复活。 在实验室进行灭菌处理时，由于芽孢最难杀死，灭菌手段主要考虑的是杀灭芽孢； 芽孢菌普遍存在于处理各类有毒废水中，并对水质净化起着十分重要的作用。,39,(二)有性生殖,研究表明各类细菌普遍具有有性生殖能力,雌,雄,1质粒复制转移,40,2部分染色体复制转移,极少数个体可以进行，大约只占0.11%。但这却有着十分重要的生物学意义。,提问：有性生殖意义何在呢？ 种内进化、种间合作共生 特有的抗性基因可以传递给另一些种类的细菌；,41,（三）菌落,定义 固体培养基上的各种菌类的“村落”。 固体培养基固体状态的培养细菌的基质 有的是天然物质，如土豆、馒头及其他各种固体食物，微生物学研究中多使用人工制作的固体琼脂培养基。,向“营养汤”中加入琼脂(约2)加热到100，然后再冷却就制成了人工固体培养基。,常用的固体培养基容器称为培养皿。,42,培养皿通常称平板 细菌在培养基上生长，会形成各种颜色和外观的菌落。,纯化的菌落是菌种鉴定、通过诱变技术或基因工程改良的前提。,43,菌落形态,菌落的特征主要由各种微生物特殊的遗传特性决定，同时也与培养基成分及培养条件有关 当固定培养基成分及培养条件相同时，不同种类微生物形成的菌落特征是固定的，可作为微生物鉴定的重要依据。,44,菌落描述,a.隆起特征描述 b.边缘特征描述 c.表面特征描述,没有鞭毛不运动的细菌，特别是球菌，常形成较小、较厚、边缘较整齐的菌落；有鞭毛的细菌则较大而扁平，边缘波状、锯齿状等； 有荚膜的细菌菌落较大并且表面光滑，而没有荚膜的则表面较粗糙； 具有芽孢的细菌菌落表面常有褶皱并且不透明。,45,细菌菌落具有一些共同的特征：小、湿润、粘稠、与基质结合松散，易被剥离，质地均匀，各部位颜色一致。但不同的细菌菌落也具有自己特有的特征。,啤酒红酵母菌 （真菌）菌落,46,在液体中群体细菌的生存会有哪些形式？ 随密度不同 或者在液体培养基表面形成膜（轻）,或产生絮状沉淀（粘重，如菌胶团、活性污泥）。,47,四、细菌的物理化学性质,1、细菌表面电荷和等电点: 细菌体含有50以上的蛋白质 氨基酸的等电点 两性电解质的性质 细菌的等电点在pH为：25 G+:23 G-:45 培养条件，使细菌表面总是带负电（细胞壁的磷酸壁含有大量酸性较强的磷酸基，更加导致细菌表面带负电）。,48,2、细菌的染色原理和方法,49