课件：第二章、原核微生物.ppt

第二章 原核微生物,【学习目标】 掌握细菌、放线菌的形态结构、繁殖方式； 熟悉革兰染色的原理、染色方法以及细菌、放线菌的菌落特征； 了解细菌、放线菌在食品生产中的应用； 了解蓝细菌的形态、繁殖和食品中的应用。,2019,-,1,微生物的主要类群,原核微生物：四菌三体 细胞型 真核微生物:真菌、单细胞藻类、原生动物 现代生物学将 微生物分为 病毒 非细胞型 亚病毒:朊病毒、类病毒、卫星病毒,2019,-,2,第一节 细菌,原核微生物是指一大类没有核膜和核仁，仅含有一个由裸露的DNA分子构成的原始核区的单细胞生物。,2019,-,3,细菌 放线菌 真细菌 蓝细菌 支原体 衣原体 立克次氏体 原核微生物 古细菌（古菌、古生菌）,2019,-,4,细菌,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，水生性较强的单细胞原核微生物。 1、细菌的形态与排列方式 2、细菌细胞的大小 3、细菌细胞的结构与功能 4、细菌的繁殖 5、细菌的培养特征,2019,-,5,一、细菌的形态与排列方式,1、形态： 基本形态：球状、杆状、螺旋状。 细胞的形态明显地影响着细菌的行为及其稳定性。 自然界存在的细菌中，杆菌最为常见，球菌次之，螺旋菌最少。,2019,-,6,(1)、球菌,球菌呈球形或近似球形。 以典型的二分裂殖方式繁殖,分裂后产生的新细胞常保持一定的空间排列方式.根据细胞分裂的方向及分裂后的各子细胞的空间排列状态不同,分为六类： 单球菌 双球菌 链球菌 四联球菌 八叠球菌 葡萄球菌,2019,-,7,单球菌,单球菌：又称微球菌、小球菌。细胞沿一个平面进行分裂，新个体子细胞分散而单独存在，如尿素微球菌。,2019,-,8,双球菌,双球菌：细胞沿一个平面分裂，子细胞成双排列。如肺炎双球菌、脑膜炎双球菌。,2019,-,9,链球菌,链球菌：细胞沿一个平面分裂，子细胞呈链状排列。如溶血链球菌、乳链球菌。,2019,-,10,四联球菌,四联球菌：细胞按两个互相垂直的平面分裂，子细胞常常以四个菌体呈田字形排列。如四联加夫基菌。,2019,-,11,八叠球菌,八叠球菌：细胞沿三个互相垂直的平面分裂，子细胞常以八个菌体有规则地堆叠在一起，呈立方体（魔方)状。如尿素八叠球菌。,2019,-,12,葡萄球菌,葡萄球菌：细胞分裂无定向，在多个不同方向的平面上分裂后，很多个球菌无规则地堆集在一起，呈葡萄串状。如金黄色葡萄球菌。,2019,-,13,(2)、杆菌,细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较稳定，而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化 。 杆菌的形态：短杆状、长杆状、棒杆状、梭状、梭杆状、月亮状、分枝状、竹节状等； 按杆菌细胞的排列方式则有链状、栅状、“八”字状以及有鞘衣的丝状等,2019,-,14,杆菌细胞两端的形态特征,2019,-,15,2019,-,16,短杆菌,长杆菌,梭状芽孢杆菌,2019,-,17,工业生产中所用的细菌大多是杆菌。 如枯草芽孢杆菌、北京棒状杆菌、苏云金杆菌、根瘤菌等等。 也有不少致病菌，如伤寒沙门氏菌、痢疾志贺氏菌等。,2019,-,18,2019,-,19,2019,-,20,（3）螺旋菌,菌体呈螺旋状，根据细胞弯曲程度和螺旋数目分三种 弧菌：菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，形似“C”字或逗号，鞭毛偏端生。如霍乱弧菌(寄生性弧菌-蛭弧菌) 螺菌：菌体回转如螺旋，螺旋数目和螺距大小因种而异。弯曲26圈，鞭毛二端生。细胞壁坚韧，菌体较硬。 螺旋体菌：菌体弯曲在6圈以上，体长而柔软，无鞭毛，用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。大多数是致病菌。,2019,-,21,2019,-,22,2019,-,23,特殊形态的细菌：如丝状的亮发菌，长有附属丝的红微菌，还有一些三角形、方形、圆盘形、星形、梨状等特殊形态的细菌。,2019,-,24,细菌形态的多变性,环境因素：培养温度、培养时间、培养基成分、渗透压、pH值等条件。 典型的菌体形态：一般以在适宜条件下培养1824小时的培养物。 陈旧老化培养基或不适宜的环境中常出现不规则的形态，称为衰退型。,2019,-,25,2、细菌细胞的大小,一般细菌的大小范围： 球菌：以直径表示 0.5 2m （直径） 杆菌：以宽度(或直径）长度表示 0.5 1 m（直径） 1 5m（长度） 螺旋菌：以宽度(或直径）弯曲长度表示 0.25 1.7 m（直径） X 2 60 m（长度） (弯曲长度是菌体两端点之间的距离，而非实际长度),2019,-,26,2019,-,27,典型细菌的大小：大肠杆菌0.52m,大型菌：费氏刺骨鱼菌(0.08 mm x 0.6 mm)比大肠杆菌大100万倍（1985年发现）,2019,-,28,德国科学家H. N. Schulz等1997年在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌，大小可达0.321.00 mm“纳米比亚硫磺珍珠” 小型菌：芬兰学者1998年报道了一种最小的细菌纳米细菌，其细胞直径仅为大肠杆菌的1/10（50nm)左右。,2019,-,29,细菌细胞的大小受下列因素影响： 染色固定方法 环境条件,2019,-,30,二、细菌的细胞结构,基本结构（一般细菌共有）包括： 细胞壁、细胞膜、核区、细胞质及其内含物（核糖体、气泡和储藏物）。 特殊结构（某些细菌特有）包括： 荚膜、鞭毛、纤毛、芽孢等,2019,-,31,大肠杆菌,2019,-,32,2019,-,33,1、一般结构 (1)、细胞壁,细胞壁是位于菌体的最外层，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%。,2019,-,34,证实细胞壁存在的方法： 细菌超薄切片的电镜直接观察 质、壁分离与适当的染色，可以在光学 显微镜下看到细胞壁 机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁 制备原生质体，观察细胞形态的变化,2019,-,35,细菌超薄切片的电镜直接观察,2019,-,36,质、壁分离与适当的染色，可以在光学显微镜下看到细胞壁,2019,-,37,细胞壁的功能,固定细胞外形，提高机械强度，使其免受渗透压等外力损伤 屏障保护功能，阻拦大分子有害物质 为细胞的生长、分裂和鞭毛的着生、运动所必需 赋予细胞的特定抗原性、致病性和对抗生素及噬菌体的敏感性,2019,-,38,细菌形体太小以及菌体细胞大多较为透明，为了方便观察与研究，需要借助一些染色方法。,2019,-,39,革兰氏染色法,革兰氏染色法是1884年丹麦医生Hans Christian Gram发明的一种细菌细胞的复合染色法。根据染色反应可以将真细菌分为两大类革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。 原因在于两类细菌细胞壁的组成及结构不同。,2019,-,40,革兰氏染色法的步骤,基本步骤： 涂片固定草酸铵结晶紫初染鲁哥氏碘液媒染95%乙醇脱色 番红复染 结果: 革兰氏阳性菌紫色； 革兰氏阴性菌红色。,2019,-,41,阳性菌,阴性菌,2019,-,42,金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的革兰氏染色,金黄色葡萄球菌,大肠杆菌,2019,-,43,革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌细胞壁成分比较,2019,-,44,细胞壁的基本骨架肽聚糖,肽聚糖： 又称粘肽、胞壁质或粘质复合物，是真细菌细胞壁中的特有成分 是由 N乙酰胞壁酸（NAM）和N乙酰葡糖胺（NAG）以及少数氨基酸短肽链组成的亚单位聚合而成的大分子复合体。 肽聚糖单体：是由NAG 、 NAM 、肽尾、肽桥构成。,2019,-,45,2019,-,46,磷壁质,又称磷壁酸，垣酸，革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成分，是结合在G+细胞壁上的一种酸性多糖,主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。,2019,-,47,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。,2019,-,48,革兰氏阳性菌的细胞壁,肽聚糖: 占4090% ,不同菌种中肽聚糖(肽链)组分不同。,磷壁质：占10%。G+菌所特有,其主链由数十个磷酸甘油或磷酸核糖醇组成,有的还有由DAla和还原糖组成的侧链。,2019,-,49,革兰氏阴性菌细胞壁,外壁层：位于肽聚糖层的外部。 脂多糖 脂蛋白 包括 蛋白质层 基质蛋白 外壁蛋白 磷脂,内壁层：紧贴胞膜,仅由12层肽聚糖分子构成,占细胞壁干重5 10%,无磷壁酸。,2019,-,50,革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌细胞壁结构比较,2019,-,51,2019,-,52,革兰氏染色的机理,第一步：结晶紫使菌体着上紫色 第二步：碘和结晶紫形成大分子复合物，分子大，能被细胞壁阻留在细胞内。 第三步：酒精脱色，细胞壁成分和构造不同，出现不同的反应。 G+ 菌：细胞壁厚，肽聚糖含量高，交联度大，当乙醇脱色时，肽聚糖因脱水而孔径缩小，故结晶紫-碘复合物被阻留在细胞内，细胞不能被酒精脱色，仍呈紫色。 G菌：肽聚糖层薄，交联松散，乙醇脱色不能使其结构收缩，因其含脂量高,乙醇将脂溶解，缝隙加大，结晶紫-碘复合物溶出细胞壁，酒精将细胞脱色，细胞无色，番红或沙黄复染后呈红色。,2019,-,53,（2）细胞膜,又称质膜、细胞质膜 或内膜，是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜，厚约78 nm。,2019,-,54,观察方法,质壁分离后结合鉴别性染色在光学显微镜下观察 原生质体破裂 超薄切片电镜观察 电镜观察到的细胞质膜，是在上下两暗色层之间夹着一浅色中间层的双层膜结构，这与细胞膜的化学组成有关。,2019,-,55,细胞膜的化学组成,蛋白质 主要包括 磷脂 糖类 少量核酸,2019,-,56,细胞膜的组成,2019,-,57,细胞膜的结构模型,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， “溶”于脂质层疏水性内层中； 周边蛋白表面含有亲水基团， 通过静电引力与脂质双分子层 表面的极性头相连,2019,-,58,细胞膜的功能,选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送； 是维持细胞内正常渗透压的结构屏障； 合成细胞壁和糖被的各种组分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、荚膜多糖等）的重要基地； 膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶系，是细胞的产能场所； 是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位；,2019,-,59,（3）细胞质及其内含物,细胞质是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。 流体部分：含水约80%，其中水溶物质主要为可溶性酶类和核糖核酸（RNA)。 颗粒部分：主要是核糖体、贮藏物、载色体、质粒等，少数细菌还有类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等。,2019,-,60,核糖体,2019,-,61,颗粒状贮藏物,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。,2019,-,62,微生物储藏物的特点及生理功能,不同微生物其储藏性内含物不同。 微生物合理利用营养物质的一种调节方式。 储藏物以多聚体的形式存在，有利于维持细胞内环境的平衡，避免不适合的pH，渗透压等的危害。,2019,-,63,异染粒,是普遍存在的贮藏物，主要成分是多聚偏磷酸盐。 异染粒大小和结构:大小为0.51m ，是多聚偏磷酸盐的聚合物，分子呈线状。 功能：贮存磷元素和能量，降低渗透压。 多聚偏磷酸盐对某些染料有特殊反应,产生与所用染料不同的颜色,因此得名异染颗粒. 例:异染粒遇甲基胺蓝变紫红色. 含异染粒的细菌种类:棒状杆菌和某些芽孢杆菌等.,2019,-,64,聚羟丁酸（PHB),聚羟丁酸颗粒是许多细菌细胞质内常含有的碳源类储藏物.PHB不溶于水,易被脂溶性染料(如苏丹黑)着色。 功能:贮存碳源、能源和降低渗透压。 许多好氧菌和光合厌氧菌都含有聚羟丁酸颗粒。,2019,-,65,硫粒,是硫元素的贮藏体。,形成：取决于环境硫化物含量,当环境中S含量高时，在体内积累；当缺S时,氧化成硫酸被菌利用。 功能： a.好氧硫细菌的能源 b.厌氧硫细菌的电子供体,2019,-,66,肝糖粒和淀粉粒:都是-1,4或-1,6糖苷键的葡萄糖聚合物。这些贮藏物通常较均匀地分布在细胞质内，颗粒较小。 若这类贮藏物大量存在时，用碘使对其染色，肝糖粒能被碘液染成红色，淀粉粒被碘成蓝色。 脂肪粒：脂肪粒的折光性较强，它可被脂溶性染料染色；细胞生长旺盛时，脂肪粒增多，细胞遭破坏后，脂肪粒可游离出来。 液泡：许多活细菌细胞内有液泡，液泡主要成分是水和可溶性盐类，被一层脂蛋白的膜包围。可用中性红染色使之显现出来。液泡具有调节渗透压的功能，还可与细胞质进行物质交换。,2019,-,67,气 泡,由蛋白质膜构成的充满气体的泡状物。有些细菌细胞质中含有几个或多个气泡。 气泡的膜只含蛋白质而无磷脂。二种蛋白质相互交连， 形成一个坚硬的结构，可耐受一定的压力。膜的外表面亲水，而内侧绝对疏水，故气泡只能透气而不能透过水和溶质。 气泡的功能： 调节细胞比重，以使细胞漂浮在最适水层中获取光能、氧气和营养物质。,2019,-,68,伴孢晶体,少数芽孢杆菌，例如苏云金杆菌在其形成芽孢的同时，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。特点：不溶于水，对蛋白酶类不敏感；容易溶于碱性溶剂。,2019,-,69,伴孢晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫有毒杀作用细菌杀虫剂。,2019,-,70,（4）原核（拟核、核区）,原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的、原始细胞核。 细菌的细胞核是一个拟核，实际上是一条环状的裸露的DNA链，所以也称核质体、染色质体或细菌染色体。无核膜结构、无固定形态。 核区是细菌等原核生物负载遗传信息的主要物质基础。,2019,-,71,用富尔根染色法或姬姆萨染色法，在普通光学显微镜下可看到核区,2019,-,72,质 粒,质粒是细菌核区以外的遗传物质，能独立复制，为共价闭合环状双链DNA。 质粒的存在与否不影响细菌的生长繁殖，一般只控制次要性状。如致育性、抗药性、降解性等。 质粒应用:基因工程，体外重组.,2019,-,73,2、特殊结构 （1）荚 膜,又称糖被，包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的透明胶状物质。 糖被按其有无固定层次、层次厚薄又可细分为大荚膜、微荚膜、粘液层和菌胶团。,2019,-,74,大荚膜,在细胞壁外具有一定外形，厚度大约200 nm，而且相对稳定的附着在壁外。荚膜与细胞结合不牢固，通过振荡或离心可将荚膜与细胞分开。,2019,-,75,微荚膜,厚度不到200 nm，而且与细胞结合比较紧密。 微荚膜用光学显微镜看不到，但可用血清方法证实它的存在,很容易被胰蛋白酶消化。,2019,-,76,粘液层,量大而且与细胞表面的结合比较松散，比较容易变形。所以常扩散到培养基中，在液体培养基中会使培养基的粘度增加。,2019,-,77,菌胶团,能将许多菌体粘合在一起形成分支状的大型黏胶物。是细菌菌体共同糖被。,2019,-,78,荚膜的功能,保护作用 致病功能 吸附作用 贮藏养料 堆积代谢废物,2019,-,79,荚膜的应用,用于菌种鉴定 用做药物和生化试剂肠膜明串珠菌葡聚糖 用作工业原料野油菜黄单胞菌黄原胶 用于污水的生物处理生枝动胶菌菌胶团,2019,-,80,（2）芽孢,某些杆菌和个别球菌在生长发育的后期，有细胞内形成一个圆形成椭圆形、壁厚、含水量低、抗逆性强的休眠体构造。,2019,-,81,芽孢的特性,具有很强的抗热、抗干燥、抗辐射、抗化学药物能力。 含水量低、壁厚而致密，通透性差,不易着色。 新陈代谢几乎停止，处于休眠状态。 一个芽孢萌发产生一个个体。,2019,-,82,芽孢的类型,芽孢的类型：主要有7种 居中不膨大、近端不膨大、居中膨大、近端膨大、端生膨大、端生球形、纺锤形,2019,-,83,芽孢的结构,2019,-,84,芽孢的形成,大多数：营养物质缺乏、有害代谢物积累过多时 少数：(如苏云金杆菌）营养丰富、温度、氧气均适宜时,2019,-,85,研究芽孢的意义,芽孢的有无、形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标。 芽孢的耐热性是衡量各种消毒灭菌手段的重要指标： 肉类原料：肉毒梭菌 外科器材：破伤风梭菌、产气荚膜梭菌 实验室和发酵工业：嗜热脂肪梭菌,2019,-,86,（3）鞭毛,有些细菌在菌体表面长有的长丝状、波曲的蛋白质附属物。 直径：1020nm 数目：一至数十条 功能：运动。这是原核生物实现趋向性的有效方式。,2019,-,87,趋向性,化学趋避运动或趋化作用： 细菌对某化学物质敏感，通过运动聚集于该物质的高浓度区域或低浓度区域。 光趋避运动或趋光性： 有的细菌能区别不同波长的光而集中在一定波长光区内。 趋磁运动或趋磁性： 趋磁细菌根据磁场方向进行分布。,2019,-,88,鞭毛的观察方法,电子显微镜直接观察 光学显微镜下观察：鞭毛染色和暗视野显微镜 根据培养特征判断：半固体穿刺、菌落（菌苔）形态 。 一般情况下： 穿刺线周围有混浊的扩散区，可能有鞭毛。 菌落形状大，薄且不规则，边缘极不平整，可能有鞭毛。菌落十分圆滑，边缘平整且相对较厚，可能没有鞭毛,2019,-,89,鞭毛的类型,单毛菌: 在菌体一端或两端各着生一根鞭毛，多做直线运动； 丛毛菌: 在菌体一端或两端各着生一束鞭毛，多做摇摆运动； 周毛菌： 菌体周身有许多鞭毛，常作翻转运动,2019,-,90,周生,2019,-,91,鞭毛的化学组成,主要由鞭毛蛋白构成，还含有少量的多糖、脂类和核酸等。 鞭毛起源于细胞质膜内侧的基粒。 细胞质区内有一个颗粒状小体，此小体为基粒，鞭毛自基粒长出穿过细胞壁延伸到细胞外部。,2019,-,92,鞭毛的结构,鞭毛丝 鞭毛 鞭毛钩 基体,2019,-,93,（4）纤毛,又称线毛、菌毛、伞毛 某些菌体表面存在的纤细、中空、短直的蛋白质附属物。 直径：310nm 数目：250300根 功能：吸附或传递遗传物质,2019,-,94,2019,-,95,三、细菌的繁殖,一般为无性繁殖，二分裂法。 同形裂殖：裂殖后形成的子细胞大小相等。 异形裂殖：分裂产生两个大小不等的子细胞。,2019,-,96,细菌分裂过程,核分裂 形成