课件：微生物细胞.ppt

第一章 原核生物的形态、构造和功能,第一节 原核微生物概述 第二节 原核微生物的主要类群,2019,-,1,（二）. 细菌的结构,2019,-,2,4、细胞质及其内含物,细胞质cytoplasm：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。,2019,-,3,4、细胞质及其内含物,贮藏性颗粒 磁小体megnetosome 气泡 gas vacuoles 羧化体 carboxysome,2019,-,4,贮藏性颗粒,细菌细胞质中含有各种颗粒状内含物，它们大多数为细胞贮藏物，颗粒状内含物的多少因细菌的种类、菌龄及培养条件不同而改变。 主要有：异染粒、聚羟丁酸、肝糖粒、淀粉粒、脂肪粒、硫粒和液泡等等。,2019,-,5,内含物异染粒 metachromatic,异染粒：又叫迂回体、转菌素，是普遍存在的贮藏物，主要成分是多聚偏磷酸盐。 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。,2019,-,6,异染粒,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,-,7,内含物聚羟丁酸颗粒 (ploy- -hydroxybutyra 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。是生物材料，降解塑料，医用手术针线等。,2019,-,8,PHB,将产碱杆菌（Alcaliglgenes spp）PHB基因转入拟南芥，可以在转基因拟南芥中大量产PHB，其产量达到了叶子鲜重的1%，有望利用微生物基因在植物中生产出可降解的生物塑料原料，治理“白色污染”。,2019,-,9,PHA-polyhydroxyalkanoate,聚羟链烷酸,2019,-,10,内含物-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。,2019,-,11,2019,-,12,内含物-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,-,13,磁小体 megnetosome,1975,由（R P Blakemore)首先发现，目前所知的趋磁细菌主要为水生螺菌属(Aquaspirillum)和嗜胆球菌属（Bilophococcus)。 成分为Fe3O4，外层有一层膜包围，形状为平行六面体或者六棱柱体。 功能：导向作用。 应用：磁性定向药物或者抗体，生物传感器等等。,2019,-,14,磁小体 megnetosome,2019,-,15,气泡 gas vacuoles,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。,气泡的功能： 调节细胞比重，以使其漂浮在合适的水层中。 气泡吸收空气，空气中的氧气可供代谢需要。 例：许多光合细菌和水生细菌、盐杆菌常含有气泡。,2019,-,16,羧化体 carboxysome,又称羧酶体，是某些化能自养细菌菌体中含有的一类多角型的内含物。大小和噬菌体差不多，约10nm，内含1,5-二磷酸核酮糖羧化酶，在自养细菌固定CO2中起关键作用。,2019,-,17,（二）. 细菌的结构,（i）、基本结构包括： 细胞壁、细胞膜、细胞质、核区、核糖体等 （ii）、特殊结构包括： 荚膜、鞭毛、纤毛、芽孢等。,2019,-,18,（ ii ）特殊结构,1、芽孢 spore 2、糖被 glycocalyx 3、鞭毛 flagellum 4、纤毛 fimbria 5、 孢囊 cyst,2019,-,19,1、芽孢,定义：某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成的一个圆形或者椭圆型、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体，称为芽孢 （endospore或者spore）。,2019,-,20,1、芽孢,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 梭状属 Clostridium 芽孢乳杆菌属 Sporolactobacillus 芽孢八叠球菌属 Sporosarcina 孢螺菌属 Sporospirillum,2019,-,21,芽孢形态及在细胞中的位置,各种芽孢在细胞中的位置、形状和大小是一定的，在分类鉴定上有一定意义。,2019,-,22,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%.,2019,-,23,2019,-,24,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,-,25,芽孢的抗热机制：,目前尚不清楚，但可能与以下因素有关，如含水量低、壁厚而致密，芽孢中的酶分子量小，比较耐热。也有人认为芽孢抗热与DPA有关。 渗透调节皮层膨胀学说:芽孢衣对水分和阳离子渗透性差；皮层渗透压高，造成吸水膨胀，核心高度失水。,2019,-,26,研究芽孢意义,分类鉴定指标。 提高筛选效率。 菌种保藏。 灭菌指标。,2019,-,27,伴孢晶体（parasporal crystal）,定义：少数芽孢杆菌，如Bacillus thuringiensis（苏云金芽孢杆菌）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称为伴胞晶体。 伴胞晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目昆虫的幼虫有毒杀作用，因此可以用做生物农药。,2019,-,28,2019,-,29,2、糖被 glycocalyx,定义：某些细菌生活在一定的条件下，会在细胞壁外表面形成一层松散的厚度不定的粘膜状物质。不易着色。,2019,-,30,根据形状和厚度,荚膜 capsule 或大荚膜 macrocapsule ：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 microcapsule ：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 ： 多个细菌共有一个荚膜。,2019,-,31,荚膜的组成和功能,组成：因种而异，除水外，主要是多糖（包括同型多糖和异型多糖），此外还有多肽，蛋白质，糖蛋白等。 生理功能： 保护作用：避免干旱损伤，防噬菌体吸附和裂解，防白细胞吞噬。 储藏养料以备营养缺乏时重新利用。 作为透性屏障或离子交换系统，保护细菌免受重金属离子的毒害。 表面附着作用。 细胞间的信息识别作用。 堆积代谢废物。 作为主要表面抗原，是有些病原菌的毒力因子。,2019,-,32,荚膜 capsule,荚膜水分含量超过90，其菌体在固体培养基上形成表面湿润、有光泽、黏液状的光滑型（smooth），S型菌落。 不产荚膜的细菌形成表面相对干燥的粗糙型（rough）R型菌落。,2019,-,33,2019,-,34,荚膜与生产实践的关系,应用：荚膜也可以成为有价值的材料。如：肠膜状明串珠菌的葡聚糖荚膜已用于生产代血浆的主要成分右旋糖酐和葡聚糖凝胶制剂； 从野菜黄单胞菌荚膜提取黄原胶，它是优良的食品添加剂，又是石油开采中优良的压浆剂；用产菌胶团的菌进行污水处理等； 危害：食品变质发粘；增强致病力；造成严重龋齿等。,2019,-,35,3、鞭毛 flagellum,某些细菌表面由细胞内生出的细长、波曲、毛发状的结构。鞭毛具有运动功能，一般认为鞭毛靠鞭毛丝旋转而动，它们是细菌的“运动器官”。 鞭毛的长度： 一般为1520 m，最长可达70 m 。 鞭毛的直径：为0.010.02 m. 不同细菌的鞭毛数目和着生位置不同，鞭毛数目一般一至数十条。,2019,-,36,鞭毛的着生方式：,周生,2019,-,37,A flagellum is a molecular motor,2019,-,38,GG差别,2019,-,39,鞭毛的观察：,电镜 特殊鞭毛染色，在光学显微镜下观察 半固体穿刺培养 从固体培养基上的菌落形态判断,2019,-,40,菌落特征,一般情况下： 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。 注：鞭毛的有无和着生方式在细菌分类和鉴定中意义很大。,2019,-,41,1100转/秒,2019,-,42,4、纤毛（或线毛、菌毛、伞毛） fimbria,某些菌体表面存在的短而多的附属物。 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。,2019,-,43,性菌毛 pili,向受体菌传递遗传物质，有的性菌毛还是噬菌体的特异性吸附受体。只有1至少数几根，一般见于G-细菌的雄性菌株（即供体菌）中。,2019,-,44,5、 孢囊 cyst,细菌外面沉积数层保护膜形成。 抗干燥、不抗热。 某些固氮菌、粘细菌。,2019,-,45,第一节 原核微生物概述,一. 细菌的形态、结构及其功能 二. 细菌的繁殖 三. 细菌的群体特征,2019,-,46,二、细菌的繁殖：二分裂为主,2019,-,47,2019,-,48,2019,-,49,2019,-,50,2019,-,51,2019,-,52,三. 细菌的群体特征,固体培养 液体培养基 半固体培养,2019,-,53,固体培养,菌落 colony：在固体培养基上,由单个细胞繁殖形成的肉眼可见的子细胞群体。 菌苔:大量细胞密集生长,结果长成的各“菌落”连接成一片。,2019,-,54,菌落的特征：,不同的微生物种类，其菌落特征不同。同一种菌在不同培养条件下菌落特征也不尽相同。 包括大小、形状、颜色、边缘、质地、透明度、光泽、表面、湿润度等。,2019,-,55,2019,-,56,细菌的群体形态 菌落形态 菌落的大小(mm) 形状: 隆起形状: 边缘:,铜绿假单孢,粘质沙雷氏菌,沙门氏菌,费氏志贺氏菌,2019,-,57,固体斜面培养 液体培养基 半固体培养,2019,-,58,第一节 原核微生物概述,一. 细菌的形态、结构及其功能 二. 细菌的繁殖 三. 细菌的群体特征,2019,-,59,第二节 原核微生物的主要类群,放线菌Actinomycetes 蓝细菌 cyanobacteria 古细菌 archaebacteria 支原体 mycoplasma 衣原体 chlamydia 立克次氏体 rickettsia,2019,-,60,第二节 原核微生物的主要类群,放线菌Actinomycetes 蓝细菌 cyanobacteria 古细菌 archaebacteria 支原体 mycoplasma 衣原体 chlamydia 立克次氏体 rickettsia,2019,-,61,放线菌,一、简介 二、放线菌的形态构造 三、放线菌的繁殖 四、放线菌的菌落特征 五、放线菌的主要属,2019,-,62,一、放线菌简介,Actinomycetes 是一类具有丝状分枝的单细胞，主要以外生孢子的形式繁殖，革兰氏阳性，与细菌同属原核微生物。放线菌菌菌落中的菌丝常从一个中心向四周辐射状呈放射状生长，并因此而得名。放线菌有特殊的土霉味。,2019,-,63,一、放线菌简介,介于细菌和真菌之间的单细胞生物. 一方面,放线菌的细胞构造和细胞壁的化学组成与细菌相似,与细菌同属原核生物,2019,-,64,另一方面,放线菌菌体呈纤细的菌丝状,而且分枝,又以外生孢子的形式繁殖,这些特征又与霉菌相似. 放线菌菌落中的菌丝常从一个中心向四周辐射状生长,因此叫放线菌. 土腥味素：骆驼寻找水源的线索,2019,-,65,天蓝色链霉菌味素 骆驼的鼻子对这种气味特别灵敏。 在沙漠中只有含有水分土壤才会滋生各种菌类，并形成这种气味,2019,-,66,2019,-,67,放线菌分布：,主要存在于含有机质丰富的中性或偏碱性的土壤中，在空气、淡水和海水等处也有一定的分布。(含水量较低、有机物丰富、呈微碱性的土壤中。估计每克土壤中约含放线菌孢子107个) 放线菌的生活类型：腐生（多数） 寄生（少数）,2019,-,68,放线菌的应用：,1、能产生大量的、种类繁多的抗生素，到目前为止，已分离得到的放线菌产生的抗生素达4000种以上。 2、生产维生素和酶 3、进行甾体转化、烃类发酵和污水处理 4、某些放线菌具有固氮作用。 5、放线菌具有较强的分解复杂有机物的能力，对于土壤肥力的提高也有重要作用。,2019,-,69,放线菌的危害：,1、少数放线菌对人类构成危害，某些放线菌菌种引起动物放线菌病（皮肤、脑、肺和足部感染），某些Nocardia（诺卡氏菌属）引起人和动物的诺卡氏菌病；还有少数放线菌能引起植物病害。 2、有的放线菌能使水和食品变味，或破坏棉毛织品和纸张等。,2019,-,70,二、放线菌的形态构造,大部分放线菌由分枝状的菌丝组成，菌丝大多无隔膜，属单细胞。 菌丝的粗细与细菌中的杆菌宽度相近（1m左右）。 细胞壁含胞壁酸、二氨基庚二酸，不含几丁质、纤维素；革兰氏阳性。,2019,-,71,二、放线菌的形态构造,(一)菌丝： 根据形态和功能不同可分为： 基内菌丝（营养菌丝） 气生菌丝 孢子丝。,2019,-,72,基质和气生菌丝,2019,-,73,(一)菌丝基内菌丝,培养基内匍匐生长的菌丝，无隔， 约 0.2-0.8m。 通常会产生水溶性或脂溶性色素. 功能：吸收营养，所以又称营养菌丝。,2019,-,74,(一)菌丝气生菌丝,由营养菌丝长出培养基外，伸向空间的菌丝。略粗于基丝0.5-1.2m，也有色素产生。 功能：气生菌丝生长到一定阶段可分化出繁殖结构，即孢子丝。,2019,-,75,(一)菌丝孢子丝,概念：可以形成孢子的菌丝（具分类价值） 功能:繁殖。 形态：直、波曲、螺旋 着生方式：丛生、轮生,2019,-,76,放线菌孢子丝类型：,垂直,单轮(无螺旋),弯曲,丛生,松环、初级螺旋钩状,松螺旋,紧螺旋,单轮(有螺旋),双轮(无螺旋),双轮(有螺旋),2019,-,77,放线菌孢子丝类型：,单轮生,螺旋状,2019,-,78,孢子,形态： 有圆、卵圆、柱状等。 表面：或光滑或粗糙；有的还带有毛刺、鞭毛。 色素： 因种而异。,2019,-,79,三、放线菌的繁殖,放线菌主要通过形成无性孢子的方式进行繁殖，也可借菌丝断片（液体培养时）进行繁殖。 无性孢子主要有以下三种： 分生孢子、孢囊孢子和横隔孢子。,2019,-,80,1.分生孢子(conidiospores):,在气生菌丝顶端形成成串或单个孢子，菌丝分裂形成。,2019,-,81,2、孢囊孢子,在气生菌丝顶端或基内菌丝顶端膨大或盘卷缠绕形成孢子囊，在孢子囊内形成孢囊孢子。,2019,-,82,3、横隔孢子,基内菌丝或气生菌丝横隔分裂形成，孢子常为球杆状，体积大小相似，又称节孢子或粉孢子,2019,-,83,2019,-,84,放线菌的生活史,2019,-,85,四、放线菌的菌落特征,1.液体静止培养 表面常形成一层膜 2、固体培养基培养 菌落特征：质地致密、干燥、多皱、小而不蔓延、不易挑起，表面有放射状沟纹。,2019,-,86,菌落形状：随菌种不同分为两类,一类以链霉菌为代表，其早期菌落类似细菌，后期由于气生菌丝和分生孢子丝的形成而变成表面干燥，粉粒状，并常有辐射皱折，菌落一般较小，质地较密，不宜挑起，并常有各种不同的颜色。 另一类以诺卡氏菌为代表，一般只有基质菌丝，菌落结构松散，粘着力差，易于挑起，也有特征性的颜色。放线菌的菌落没有霉菌菌落那么大和疏松。,2019,-,87,Colonies of Streptomyces sp.,2019,-,88,Colonies of Streptomyces sp.,2019,-,89,Streptomyces lividans 1326,变铅青链霉菌,2019,-,90,五、放线菌的主要属,1、链霉菌属(Streptomyces) 产生许多著名的抗生素，如链霉素、红霉素、四环素等。 2、诺卡氏菌属（ Nocardia ） 烃类发酵，污水处理 ，产生抗生素（如万古 霉素、头孢菌等） 3、小单孢菌属（Micromonospora) 可产生多种抗生素，如庆大霉素、利福霉素等。 4、放线菌属（Actinomyces) 多为致病菌。,2019,-,91,第二节 原核微生物的主要类群,放线菌Actinomycetes 蓝细菌 cyanobacteria 古细菌 archaebacteria 支原体 mycoplasma 衣原体 chlamydia 立克次氏体 rickettsia,2019,-,92,蓝细菌 cyanobacteria,概念：也称蓝藻或蓝绿藻，是一类含有叶绿素a、能以水作为供氢体和电子供体、通过光合作用将光能转变成化学能、同化CO2为有机物质的光合细菌。 注：以前曾归于藻类，能进行产氧型光合作用,2019,-,93,蓝细菌分布,广泛存在于淡水、海水和土壤中。在富营养的湖泊或者水库中常导致“水华”现象。 抗逆境能力较强，在温泉以及盐湖等也能存在 贫瘠的岩石岩石分解土壤形成“先驱生物” 可与真菌、苔类、蕨类、苏铁科植物等共生。,2019,-,94,蓝细菌的分群,第一群：二分裂形成单细胞,2019,-,95,蓝细菌的分群,第二群：复分裂,宽球蓝细菌群,2019,-,96,蓝细菌的分群,第三群：颤蓝细菌群,2019,-,97,蓝细菌的分群,第四群：有异形胞丝状蓝细菌群,异形胞：壁厚、浅色，适于在有氧条件下固氮作用的细胞。,念珠蓝细菌群,2019,-,98,蓝细菌的分群,第五群：多分裂的有异形胞分支丝状,2019,-,99,第二节 原核微生物的主要类群,放线菌Actinomycetes 蓝细菌 cyanobacteria 古细菌 archaebacteria 支原体 mycoplasma 衣原体 chlamydia 立克次氏体 rickettsia,2019,-,100,古生菌,1）认识历程 2）同细菌区别 3）古生菌类群 4）古生菌原因,2019,-,101,1）认识历程,但是古细菌这个名词出现的很晚，大约是70年代才出现的（1977年Woese ：古细菌、真细菌、真核生物 ） 古生菌这个称呼就更晚了，它直到1990年 才被提出来。（1990年Woese避免把古细菌看作细菌一类，把三界改为细菌、古生菌、真核生物）,2019,-,102,2）同细菌区别,古生菌没有真正的细胞核，因此早期人们把它作为细菌的一种。 古生菌中除了热原体属没有细胞壁外，其余都具有与真细菌类似功能的细胞壁，但是其 化学成分相差极大。,2019,-,103,2019,-,104,细胞壁的基本骨架肽聚糖,2019,-,105,3）古生菌类群,(1) 极端嗜盐古生菌 (2) 产甲烷古生菌 (3) 超嗜热古生菌 (4) 热原体（无细胞壁古生菌）,2019,-,106,(1) 极端嗜盐古生菌,2019,-,107,(2) 产甲烷古生菌,2019,-,108,(2) 产甲烷古生菌,2019,-,109,(3) 超嗜热古生菌,能在100度以上的温度中生活，最适生长温度80度左右。多为严格厌氧，多分布在火山地区和海底火山口、海底硫磺热泉及海底热流的喷出口。,2019,-,110,CH1是已分离到的第一株严格嗜压超嗜热古菌,CH1可用于研究深海高温嗜压古菌的压力适应性,Pyrococcus yayanosii CH1概述,-,(3) 超嗜热古生菌,2019,-,112,(4) 热原体,无细胞壁、嗜热、嗜酸、好氧化能有机营养，细胞膜中的脂质为植烷基二甘油四醚。兼性厌氧，在5559度和pH12时生长最好，菌落煎蛋形。,2019,-,113,2019,-,114,4）古生菌原因,时代的不同，地球上的物种也几经变化。但是其中有一类生物几乎没有发生任何改变，那就是古生菌，也即古细菌。 地球形成的早期，环境极其恶劣，高热、高盐、低pH、无氧、充满还原性气体，形成一系列的极端环境，只有适应这极端环境的生物才可能生存。,2019,-,115,第二节 原核微生物的主要类群,放线菌Actinomycetes 蓝细菌 cyanobacteria 古细菌 archaebacteria 支原体 mycoplasma 衣原体 chlamydia 立克次氏体 rickettsia,2019,-,116,支原体（Mycoplasma）,大小通常为0.20.3m，可通过滤菌器。无细胞壁，不能维持固定的形态而呈现多形性。细胞膜中胆固醇含量较多，约占36%，这对保持细胞膜的完整性是必需的，凡能作用于胆固醇的物质（如二性霉素B、皂素等）均可引起支原体膜的破坏而使支原体死亡。,2019,-,117,支原体（Mycoplasma）,肺炎支原体 图片来自/BI330A/,2019,-,118,支原体（Mycoplasma）,2019,-,119,第二节 原核微生物的主要类群,放线菌Actinomycetes 蓝细菌 cyanobacteria 古细菌 archaebacteria 支原体 mycoplasma 衣原体 chlamydi