课件：第一章原核微生物的形态结构.ppt

微生物的种类,具有细胞结 构的微生物,非细胞 微生物：病毒,原核微生物： （由原核细胞构成）,真核微生物 （由真核细胞构成）,真菌 显微藻类 原生动物,细菌,草履虫,水绵,放线菌,2019,-,1,第一章 原核生物的形态、结构和功能,第一节 细菌（bacteria） 第二节 放线菌(actinomycetes） 第三节 蓝细菌(cyanobacteria) 第四节 支原体、立克次氏体、衣原体,-,第一章 原核生物的形态、结构和功能,第一节 细 菌（bacteria） 细菌：一类细胞细短、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生物。,-,（一）形态和染色 （二）构造 （三）细菌的繁殖,第一节、细菌（Bacteria）,一、细菌的形态构造及其功能,-,自然界中哪种最多？,最多,其次,最少,-,a.球菌(coccus),单球菌 双球菌 四联球菌 八叠球菌 葡萄球菌 链球菌,分裂方向 分裂后相互间的连接方式,2019,-,6,2019,-,7,2019,-,8,双球菌（显微镜下示意图）,双球菌(double coccus),2019,-,9,链球菌,2019,-,10,上：显微镜效 下：电镜照片,四联球菌(Micrococcus lactis),2019,-,11,-,12,左：电镜照片 右：显微镜下的金黄色葡萄球菌,葡萄球菌(Staphylococcus aureus),2019,-,13,2019,-,14,短杆菌,2019,-,15,大肠杆菌,2019,-,16,2019,-,17,链杆菌,2019,-,18,梭状芽孢杆菌,2019,-,19,c.螺旋菌（Spirilla),弧菌 (vibrio),螺菌(spirillum）,螺旋体(spirochaeta),2019,-,20,霍乱弧菌,2019,-,21,螺菌,2019,-,22,螺旋体,2019,-,23,幽门螺旋菌,左：显微数码摄像,右：结构示意图,2019,-,24,2019,-,25,细菌细胞的大小,迄今为止最大的细菌： 纳米比亚嗜硫珠菌（Thiomargarita namibiensis） 迄今为止最小的细菌： 纳米细菌（nanobacteria）,2019,-,26,细菌细胞的大小,细胞的大小是细菌分类特征,不同细菌细胞大小不同,同一细菌的不同菌龄细胞大小不同,细菌细胞大小还与营养等因素相关,细胞大小的测量结果只是近似值或平均值,2019,-,27,如何观察细菌？,(1) 观察工具 (2) 观察方法,2019,-,28,(1)观察工具（tools）,普通光学显微镜,暗视野显微镜,相差显微镜,荧光显微镜,电子显微镜,2019,-,29,(2)观察方法,活体观察 染色观察,2019,-,30,细菌染色法,死菌,正染色,负染色：,简单染色法,鉴别染色法,革兰氏染色法,抗酸性染色法,芽孢染色法,荚膜染色法等,活菌: 用美蓝或TTC（氯化三苯基四唑）等作活菌染色,姬姆萨染色法,染色观察,2019,-,31,鞭毛,菌毛,性菌毛,芽孢,微荚膜,荚膜,粘液层,糖被,特殊构造,细胞壁,细胞膜,间体,核区,内含物,一般构造,细菌细胞的模式构造,核糖体,2019,-,32,2019,-,33,1.细菌细胞的一般构造,细胞壁 细胞膜 细胞质和内含物,2019,-,34,a.细胞壁的功能,固定细胞外形 协助鞭毛运动 保护细胞免受外力的损伤 为正常细胞分裂所必需 阻拦有害物质进入细胞 与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性密切相关,2019,-,35,G+细菌与G细菌细胞壁构造的比较,革兰氏阳性细菌（G+）,革兰氏阴性细菌（G）,2019,-,36,G G细胞壁成分的比较,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（-20）,含量较高,G,G,-,1)革兰氏阳性的细胞壁,-,图1-3 G+细菌肽聚糖立体结构示意图,1）G+细菌的细胞壁,2019,-,39,图1-4 G+细菌肽聚糖的单体图解,2019,-,40,G+细菌细胞壁的构造：磷壁酸,2019,-,41,2019,-,42,磷壁酸的主要生理功能,浓缩细胞周围的Mg+ 贮藏元素 调节细胞内自溶素的活力 作为噬菌体的特异性吸附受体 赋予G+细菌特异的表面抗原 增强某些致病菌对宿主细胞的粘连,2019,-,43,2)革兰氏阴性的细胞壁,G-细胞壁的组成和结构比G+更复杂。主要成份为：脂多糖、磷脂、脂蛋白、肽聚糖。,2019,-,44,G-有肽聚糖，仅占细胞壁干重的5-10%。肽聚糖结构与G+相似，但短肽尾中的号位上L-Lys往往被其他二氨酸取代,2019,-,45,2019,-,46,革兰氏阴性细菌细胞壁外膜,2019,-,47,G-细菌的细胞壁外膜,外膜,外膜蛋白,脂多糖,类脂A,核心多糖,O-特异侧链,-,革兰阳性菌及革兰阴性菌细胞壁结构的比较,细胞壁 结构 革兰阳性菌 革兰阴性菌 细胞壁强度 较坚硬 较疏松 肽聚糖层数 可达50层 12层 肽聚糖含量 5080% 520% 磷壁酸 有 无 外膜 无 有 五肽交联桥 有（三维结构） 无（二维结构） 革兰染色 阳性（紫色） 阴性（红色） 青霉素和溶菌酶 敏感 不敏感,2019,-,49,3）古生菌的细胞壁,2019,-,50,大多为嗜极菌 除热原菌属没有细胞壁以外，其余都具有与真细 菌功能相似的细胞壁 细胞壁中含有假肽聚糖、糖蛋白或蛋白质,-,-1,3糖苷键不被溶菌酶水解,N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸交 替连接而成，连在后一氨基糖上的肽尾由 L-glu、L-ala和L-lys三个L型氨基酸组成， 肽桥则由L-glu一个氨基酸组成。,-,缺壁 细菌,实验室中形成,自然界长期进化中形成：支原体,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,4）缺壁细菌,-,a.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）；,-,b.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。,-,c.球状体(sphaeroplast),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。,-,(5)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。,2019,-,57,5）革兰氏染色的机制、步骤,-,G,G,2019,-,59,肽聚糖,肽聚糖,脂磷壁酸,细胞质膜,细胞质膜,肽,类脂A,脂蛋白,外膜,为什么通过革兰氏染色G+呈紫色，G-呈红色？,脱色剂-95%乙醇为脂溶剂。G的外膜类脂含量高，肽聚糖 层薄、交联度差，与乙醇后外膜溶解，于是结晶紫和碘的复合 物从缝隙渗漏出来，当再用藩红复染时，显现红色。 但在G+细胞中，乙醇使厚的肽聚糖层脱水，导致孔隙变小， 能把结晶紫和碘的复合物分子留在细胞壁内，保持紫色。,2019,-,60,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,f,2019,-,61,（1）细胞膜的化学组成与结构模型：,a. 磷脂,疏水的非极性端,亲水的极性端,2019,-,62,2019,-,63,2019,-,64,b. 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）,-,细胞膜的功能,控制细胞内、外的物质的运送、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。,支原体细胞膜上含有甾醇，此外，原核生物细胞膜上一般不含甾醇,-,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,“间体”仅是电镜制片时因脱水操作而引起的一种赝像,-,（3）细胞质和内含物,贮藏物(reserve granule 磁小体(megnetosome) 羧酶体(carboxysome) 气泡(gas vocuoles),-,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：迂回螺菌菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌,贮藏物（Reserve materials）,碳源及能源类,-,贮藏物(reserve materials)：,聚-羟丁酸(poly-hydroxybutyrate, PHB),巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）在含乙酸或 丁酸的培养基中生长时， 细胞内贮藏的PHB可达其 干重的60%。,类脂性质的碳源类贮藏物,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(reserve materials)：,聚-羟丁酸的优点 （PHB/PHA）是生物合成的高聚物、无 毒、可塑、易降解 制造医用塑料和快餐盒 克服白色污染,-,异染粒(metachromatic granules),颗粒大小为0.51.0m，是无机偏磷酸的聚合物， 一般在含磷丰富的环境下形成。 功能是贮藏磷元素和能量，并可降低细胞的渗透压。,-,硫粒（sulfur globules）,很多真细菌在进行产能代谢或生物合成时,常涉及对还原性的硫化物如H2S, 硫代硫酸盐等的氧化。 在环境中还原性硫素丰富时,常在细胞内以折光性很强的硫粒的形式积累硫元素。 当环境中环境中还原性硫缺乏时,可被细菌重新利用。,-,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）,许多光合营养型、无鞭毛运动的水生细菌中存在的充 满气体的泡囊状内含物，大小为0.21.0m75nm， 内由数排柱形小空泡组成，外有2nm厚的蛋白质膜包 裹。,功能：调节细胞比重以使细胞漂浮在最适水层中获取光能、O2和营养物质,-,（4）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,-,细菌的染色体和质