微生物课件-原核PPT课件.pptx

1,第一章原核生物的形态、构造和功能,华东理工大学继续教育学院课程微生物学,.,第二节放线菌,第四节立克次氏体、支原体、衣原体,目录,第一节细菌,第三节蓝细菌,3,微生物,非细胞微生物（病毒和亚病毒因子）,细胞结构,真核微生物,原核微生物,细菌(Bacteria),古生菌(Archaea),又称真细菌（eubacteria），主要包括普通细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体6种类型,古生菌在进化谱系上与真细菌及真核生物相互并列，且与后者关系更近，而其细胞构造却与真细菌较为接近，同属于原核生物。,第一节细菌,4,定义狭义上：一类细胞细短（直径约0.5m,长度0.55m）、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。广义上：所有原核生物。,一、细菌的形态、构造及其功能,5,球状杆状螺旋状其他形态（如丝状、三角形、方形等）,6,1.球菌,7,球菌根据其分裂的方向及随后相互间的连接方式可分为单球菌、双球菌、四联球菌、八叠球菌、链球菌和葡萄球菌等。,8,细胞分裂后，新个体分散而单独存在，是单球菌，如尿素微球菌（Micrococcusureae）。,9,Streptococuus（链球菌）,肺炎链球菌,.,金黄色葡萄球菌,.,淋病奈瑟氏球菌,.,2.杆菌,13,14,杆菌的细胞外形较为复杂，常用短杆状、棒杆状、梭状、梭杆状、分枝状等，并且杆状细菌的生长方式随着细菌的生长状态和培养条件会发生变化，一般不作为分类依据。,圆杆菌,链杆菌,圆杆菌链杆菌,.,铜绿假单胞菌（绿脓杆菌）,.,结核分枝杆菌,.,炭疽病的病原菌-炭疽杆菌,.,3.螺旋菌的3种类型,19,螺旋不足一环的螺旋状细菌，为弧菌,满26环的小型、坚硬的螺旋状细菌，为螺菌,旋转周数多（多于6环），体长而柔软的螺旋状细菌为螺旋体,20,弧菌,螺旋菌,螺旋体,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。,(寄生性弧菌-蛭弧菌),霍乱弧菌,.,22,23,螺旋菌,螺旋体菌,24,梅毒密螺旋体,4、其它形状,1）,柄杆菌,细胞上有柄（stalk）、菌丝（hyphae）、附器（appendages）等细胞质伸出物，细胞呈杆状或梭状，并有特征性的细柄。一般生活在淡水中固形物的表面，其异常形态使得菌体的表面积与体积之比增加，能有效地吸收有限的营养物；,.,2）丝状细菌,.,4.其他形态,27,3）方形细菌4）星形细菌,二、细菌的大小,28,细菌的大小一般用m衡量，而其亚细胞结构则用nm作单位。一般，球菌的直径为0.51.0m，杆菌为（0.51.0）m（1.03.0）m.螺旋菌0.31mm（直径）150mm（长度）(长度是菌体两端点之间的距离，而非实际长度)一般用大肠杆菌作为代表，它的细胞平均长度约2m，宽度约0.5m。,29,一些原核细胞的大小和体积,较大的细菌,30,1985年发现费氏刺骨鱼菌(0.08mmx0.6mm)(Epulopisciumfishelsoni)比大肠杆菌大100万倍,31,最大的细菌：德国HNSchulz等发现硫细菌（sulfurbacterium）：0.321mmThiomargaritanamibiensis，纳米比亚嗜硫株菌,32,最小的细菌,来自劳伦斯贝克利国家实验室和加州大学贝克利分校的科学家第一次捕捉到了一种“极小细菌”的显微成像，科学家相信这些生物代表了地球生命可能的最小尺寸极限。,科学家分析原核生物理论最小直径100nm，小于该直径的可能不具有繁殖能力。,基于综合电子显微镜成像以及对该细菌的DNA描述，研究人员发现这种细菌非常微小，它的体积平均为0.009立方微米，意味着150个极小细菌相才当于一个大肠杆菌。,最大和最小细菌的个体大小,33,Thiomargaritanamibiensis，纳米比亚嗜硫株菌（0.75mm）,Nanobacteria，纳米细菌（100nm）,三、细菌的细胞结构,34,细菌细胞的结构图,35,36,1、细胞壁,定义：在细胞最外层、多孔性的、具有一定屏障作用的外壁，水和某些化学物质可以通过，但对大分子物质有阻拦作用化学组成：肽聚糖等,37,怎样证实细胞壁的存在?,（1）细菌超薄切片的电镜直接观察；（2）适当的质、壁染色，可以在光学显微镜下看到细胞壁；（3）机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁；（4）制备原生质体，观察细胞形态的变化；,38,细胞壁的功能怎样?,（1）固定细胞外形和提高机械强度；,（2）为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；,（3）渗透屏障，阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质（分子量大于800）进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、消化酶等有害物质的损伤；,（4）细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性的物质基础；,有报道说大肠杆菌的膨压(turgor)可达2个大气压(相当于汽车内胎的压力),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。,.,革兰氏染色原理,.,（1）革兰氏阳性菌的细胞壁,41,厚度大，化学组分简单，一般含60%95%的肽聚糖和10%30%的磷壁酸。,肽聚糖，又称黏肽、胞壁质或黏质复合物，是真细菌细胞壁的特有成分。由肽和聚糖两部分组成，其中的肽包括四肽尾和肽桥两种，而聚糖则是由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸两种单糖相互间隔连成的单链。,42,43,肽聚糖分子中的4种主要的肽桥类型,44,结合在G细菌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。,磷壁酸的主要生理功能：通过负电荷浓缩阳离子，以提高细胞膜上合成酶的活力；储藏元素；调节细胞内自溶素的活力，防止细胞自溶而死亡；为噬菌体的特异性吸附受体；赋予细菌特有的表面抗原，以用来菌种的鉴别。,磷壁酸,（2）革兰氏阴性菌的细胞壁,45,厚度薄，层次多，成分复杂。机械强度较G弱。,G细菌的典型代表是大肠杆菌，其肽聚糖层埋藏在外膜脂多糖层（LPS）之内。,46,G细菌肽聚糖单体结构与G细菌基本相同，仅两点有差异：四肽尾的第三个氨基酸不是L-Lys，而是被m-DAP所代替；没有特殊的肽桥，前后两单体间的连接通过甲肽尾的第四氨基酸（D-Ala）与乙肽尾的第三个氨基酸（m-DAP）的氨基直接相连。,内消旋二氨基庚二酸,47,外膜,外膜,又称“外壁”，是G细菌细胞壁特有的结构，化学成分为脂多糖、磷脂和若干外膜蛋白。脂多糖，是细胞壁最外层的一层较厚（810mm）的类脂多糖类物质；外膜蛋白，指嵌合在脂多糖层和磷脂层外膜上的蛋白。,脂多糖的结构如下：,LPS,核心多糖,类脂A:2个N-乙酰葡糖胺+5个不同的长链脂肪酸,O-特异侧链：多个己糖单位，内含葡萄糖、半乳糖等,内核心区,外核心区：5个己糖（包括葡糖胺、半乳糖、葡萄糖）,3个2-酮-3-脱氧辛糖酸（KDO）,3个L-甘油-D-甘露庚糖（Hep）,革兰氏阳性菌：,肽聚糖层次多、厚,机械抗性强,对溶菌酶、青霉素敏感,不含类脂和脂蛋白,不形成内毒素,革兰氏染色阳性,革兰色阳性菌和阴性菌对比,.,革兰氏阴性菌：,肽聚糖层次少、薄,机械抗性差,对溶菌酶、青霉素不敏感,类脂、脂蛋白组成外膜,内毒素,革兰氏染色阴性,革兰色阳性菌和阴性菌对比,.,50,（3）抗酸细菌的细胞壁,抗酸细菌是一类细胞壁中含大量分枝菌酸等蜡质的特殊G细菌。因其被酸性复红染色后，不能像其他G细菌被盐酸乙醇脱色，故称抗酸细菌。,在抗酸细菌细胞壁的外层，是一层厚实、无定形的蜡质，使营养物质、染料、抗菌药物难以进入，故其生长缓慢，对药物的抵抗力高。,抗酸细菌细胞壁的类脂含量可达60%，而肽聚糖的含量则很低，故反应在染色反应上虽呈G特性，但在壁的构造上类似G-细菌（其类脂外壁层相当于G-细菌的LPS层）。,古生菌又称古细菌(Archaebacteria)或称古菌,是一个在进化途径上很早就与真细菌和真核生物相互独立的生物类群,主要包括一些独特生态类型的原核生物,其细胞壁中都不含真正的肽聚糖,而含假肽聚糖、糖蛋白或蛋白质。,51,（4）古生菌的细胞壁,假肽聚糖pseudopeptidoglycan)的结构虽与肽聚糖相似,但其多糖骨架则是由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸(N-acetyltalosaminouronicacid)以-1,3-糖苷键(不被溶菌酶水解)交替连接而成,连在后一氨基糖上的肽尾由L-Glu、L-Ala和L-Lys3个L型氨基酸组成,肽桥则由L-Glu1个氨基酸组成。,虽然细胞壁是一切原核生物的最基本构造,但在自然界长期进化中和在实验室菌种的自发突变中都会产生少数缺细胞壁的种类;此外,在实验室中,还可用人为方法通过抑制新生细胞壁的合成或对现成细胞壁进行酶解而获得人工缺壁细菌。,52,（5）缺壁细菌,实验室中形成,部分去除：球状体,彻底除尽：原生质体,缺壁细菌,人工方法去壁,自然界长期进化中形成：支原体,自发缺壁突变：L型细菌,53,L型细菌(L-formofbacteria):由英国李斯特(Lister)研究所的学者于1935年发现,故称“L”型细菌。当时发现一株杆状细菌Streptobacillusmoniliformis(念珠状链杆菌)发生自发突变，成为细胞膨大、对渗透敏感、在固体培养基上形成“油煎蛋”似的小菌落,经研究,它是一种细胞壁缺损细菌。原生质体(protoplast):指在人为条件下,用溶菌酶除尽原有细胞壁或用青霉素抑制新生细胞壁合成后,所得到的仅有一层细胞膜包裹的圆球状渗透敏感细胞。球状体(sphaeroplast):又称原生质球,指还残留了部分细胞壁(尤其是G-细菌外膜层)的原生质体。支原体(Mycoplasma):是在长期进化过程中形成的、适应自然生活条件的无细胞壁的原核生物,因为它的细胞膜中含有一般原核生物所没有的甾醇,故即使缺乏细胞壁,其细胞膜仍有较高的机械强度。,缺壁细菌,2.细胞膜,54,细胞膜(cellmembrane)又称细胞质膜(cytoplasmicmembrane)、是一层紧贴在细胞壁内侧,包围着细胞质的柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜,厚约78nm。成分：由磷脂(占20%30%)和蛋白质(占50%70%)组成。细胞膜的主要成分是磷脂,而膜是由两层磷脂分子整齐地对称排列而成的。其中每一个磷脂分子由极性头(磷酸端)和非极性尾(烃端)所构成。两个极性头分别朝向内外两表面,呈亲水性,而两个非极性端的疏水尾则埋入膜的内层,于是形成了一个磷脂双分子层。结构：流动镶嵌模型,55,磷脂双分子层,56,细胞膜的磷脂,在极性头的甘油3C上，不同种微生物具有不同的R基，如磷脂酸、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱、磷脂酰丝氨酸或磷脂酰肌醇等。,非极性尾则由长链脂肪酸通过酯键连接在甘油的C1和C2位上组成，其链长和饱和度因细菌种类和生长温度而异。,57,细胞膜的流动镶嵌模型,有关细胞膜的结构与功能的解释,较多的学者仍倾向于1972年由J.S.Singer和G.L.Nicolson所提出的流动镶嵌模型(fluidmosaicmodel),其要点为: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“海洋”,周边蛋白可在其上作“漂浮”运动,而整合蛋白则似“冰山”沉浸在其中作横向移动。,58,细胞膜的功能,控制内外物质运输维持细胞内正常渗透压合成细胞壁和糖被有关成分的场所产能基地鞭毛的着生部位,不同种类细菌的膜在其结构和功能方面存在很大差异。这种差异非常巨大且具有特征性，因此膜化学可被用于对细菌进行鉴定。,59,间体它是一种由细胞膜内褶而形成的囊状构造,其内充满着层状或管状的泡囊。多见于G+细菌。每个细胞含一至数个。着生部位可在表层或深层,前者可能与某些酶如青霉素酶的分泌有关,后者可能与DNA复制、分配及细胞分裂有关。,间体(mesosome,或中体),古生菌的细胞膜,疏水尾由长链烃组成亲水头与疏水尾通过醚键连接独特的单分子层或单、双分子混合层在甘油分子的C3位上，可连接磷酸酯基、硫酸酯基、糖基等与真细菌不同的基团,.,61,3、细胞质（cytoplasm）,细胞质(cytoplasm)是指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。其含水量约为80%。,细胞质的主要成分为核糖体、贮藏物、酶类、中间代谢物、质粒、各种营养物质和大分子的单体等。,62,核糖体(ribosome)：,构成：65%为核糖核酸，35%为蛋白质蛋白质合成的场所原核生物70S真核生物80S核糖体多，蛋白质合成速度快核糖体少，蛋白质合成速度慢,63,4.内含物(inclusionbody）,细胞内含物(inclusionbody)指细胞质内一些形状较大的颗粒状构造。主要包括：贮藏物磁小体羧酶体气泡,64,聚-羟丁酸(poly-hydroxybutyrate,PHB),碳源类贮藏物,不溶于水,而溶于氯仿,可用尼罗蓝或苏丹黑染色,具有贮藏能量、碳源和降低细胞内渗透压等作用。,贮藏物（reservematerials）,65,异染粒(metachromaticgranules),异染粒,又称迂回体，为磷源储藏物，美蓝染成红紫色，是无机偏磷酸的聚合物,分子呈线状。一般在含磷丰富的环境中形成。具有贮藏磷元素和能量以及降低细胞渗透压等作用。,硫粒（sulfurglobules）,一些化能自养菌通过氧化还原性的硫化物如H2S，硫代硫酸盐等产能。环境中硫素丰富时，胞内以折光性很强的硫粒形式积累硫元素。环境中还原性硫缺乏时，硫粒被细菌重新利用。,贮藏物（reservematerials）,66,磁小体(megnetosome),形状为平截八面体、平行六面体或六棱柱体等,成分为Fe3O4,外有一层磷脂、蛋白质或糖蛋白膜包裹,无毒,具有导向功能,即借鞭毛引导细菌游向最有利的泥、水界面微氧环境处生活。趋磁细菌还有一定的实用前景,包括用作磁性定向药物和抗体,以及制造生物传感器等。,67,羧酶体(carboxysome),又称羧化体,是存在于一些自养细菌细胞内的多角形或六角形内含物,大小与噬菌体相仿(约10nm),内含1,5-二磷酸核酮糖羧化酶,在自养细菌的CO2固定中起着关键作用。,68,气泡(gasvacuoles),许多光能营养型、无鞭毛运动水生细菌中的泡囊状内含物,内中充满气体。具有调节细胞比重,以使其漂浮在最适水层中的作用,借以获取光能、氧和营养物质。每个细胞含数个至数百个气泡,它主要存在于多种蓝细菌中。,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,（例如厌气性梭状芽孢杆菌只含PHB，大肠杆菌只储藏糖原，但有些光合细菌二者兼有）,微生物合理利用营养物质的一种调节方式,当环境中缺乏能源而碳源丰富时，细胞内就储藏较多的碳源类内含物，甚至达到细胞干重的50%，如果把这样的细胞移入有氮的培养基时，这些储藏物将被作为碳源和能源而用于合成反应。,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。,（例如羟基丁酸分子呈酸性，而当其聚合成聚-羟丁酸（PHB）就成为中性脂肪酸了，这样便能维持细胞内中性环境，避免菌体内酸性增高。）,储藏物在细菌细胞中大量积累，是重要的自然资源。,.,70,5、核区(nuclearbody),又称核质体、原核、拟核或核基因组。指原核生物所特有的无核膜包裹、无固定形态的原始细胞核。用富尔根(Feulgen)染色法可见到呈紫色、形态不定的核区。,71,核区的化学成分是一个大型的环状双链DNA分子,一般不含蛋白质,长度约0.253.00mm,质粒(plasmid)：核外基因(细胞质基因)环状双链小分子片段决定细菌的某些遗传特性独立自我复制，可转移，能携带一定的遗传信息可自行消失,在快速生长的细菌中,核区DNA可占细胞总体积的20%。核区除在染色体复制的短时间内呈双倍体外,一般均为单倍体,72,细菌细胞的特殊构造,不是所有细菌细胞都具有的构造,称作特殊构造,一般指糖被(包括荚膜和粘液层)、鞭毛、菌毛和芽孢等,1、糖被(glycocalyx),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,松散，未固定在壁上：粘液层,在壁上有固定层次,包裹在单个细胞上,层次薄：微荚膜,层次厚：荚膜,包裹在细胞群上：菌胶团,73,荚膜(200nm）,微荚膜(200nm),粘液层(无明显界面),菌胶团（细胞群）,74,糖被的成分一般是多糖,少数是蛋白质或多肽,也有多糖与多肽复合型的。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。,糖被的生物学功能：保护作用贮藏养料作为透性屏障和离子交换系统表面附着作用信息识别作用堆积代谢废物,糖被的应用：,.,76,2、鞭毛(flagellum,复数flagella),生长在某些细菌表面的长丝状、波曲的蛋白质附属物,称为鞭毛。鞭毛的长约1520m,直径为0.010.02m。成分：为蛋白质具有运动功能结构：鞭毛丝钩形鞘基体,77,鞭毛的结构,78,鞭毛的位置和数目具有细菌分类鉴定的意义,鞭毛运动机制：“旋转论”“挥鞭论”,鞭毛生长方式：顶部延伸,1974年，美国学者西佛曼（M.Silverman）和西蒙（M.Simon）曾设计了一个“拴菌”试验(tethered-cellexperiment)，设法把单毛菌鞭毛的游离端用相应抗体牢牢“拴”在载玻片上，然后在光学显微镜下观察细胞的行为。结果发现，该菌是在载玻片上不断打转（而非伸缩挥动），从而肯定了“旋转论”是正确的。,79,3、菌毛(fimbria),普通菌毛性菌毛,80,长在细菌体表的纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质类附属物，具有使菌体附着于物体表面的功能。,每个细菌约有250300条菌毛。有菌毛的细菌一般以革兰氏阴性致病菌居多，借助菌毛可把它们牢固地粘附于宿主的呼吸道、消化道、泌尿生殖道等的粘膜上，进一步定植和致病。,81,性毛(pili),构造和成分与菌毛相同，但比菌毛长，数量仅一至少数几根。,性毛一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌株（即供体菌）中，其功能是向雌性菌株（即受体菌）传递遗传物质。有的性毛还是RNA噬菌体的特异性吸附受体。,82,4.芽孢,芽孢(endosporespore):产芽孢的菌有两类好氧：芽孢杆菌属厌氧：梭状芽孢杆菌属特性：含水量低耐热含DPA-Ca,83,（1）芽孢的几个特点,整个生物界中抗逆性最强的生命体，是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标。,芽孢是细菌的休眠体，在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞；产芽孢细菌的保藏多用其芽孢。没有繁殖功能,芽孢与营养细胞相比化学组成存在较大差异，容易在光学显微镜下观察。（相差显微镜直接观察；芽孢染色）,84,（2）显微镜下的芽孢,85,（3）芽孢的构造,86,5.孢囊（cyst）,固氮菌的休眠结构抗逆作用，抗干旱，但并不完全抗热含有PHB，能迅速氧化外源的能源。,87,6.伴孢晶体,伴孢晶体：在形成芽孢的同时形成的晶体内含物为有毒蛋白质一般一个细菌产生一个作为生物农药例：苏云金芽孢杆菌Bacillusthuringiensis）,四、细菌的群体形态,88,固体培养基上半固体培养基液体培养基,89,平板上的菌落,90,半固体培养基中的状态,91,液体培养基中的状态,92,裂殖（大多数）,当一个细菌生活在合适条件下，通过其连续的生物合成和平衡生长，细胞体积、重量不断增大，最终导致了繁殖。,二分裂三分裂复分裂,五、细菌的繁殖,93,芽殖（少数）,母细胞表面形成突起，待其长大到与母细胞相仿后，相互分离并独立生活,94,第二节放线菌,是抗生素的主要产生菌G菌，细胞壁成分为肽聚糖分布情况：土壤中较多，适宜中性或偏碱性环境最佳生长温度：28-30,可以定义为：主要呈菌丝生长和以孢子繁殖的革兰氏阳性细菌,95,放线菌的特点,单细胞，大多由分枝发达的菌丝组成；菌丝直径与杆菌类似，约1mm；细胞壁组成与细菌类似，革兰氏染色阳性（少数阴性）；细胞的结构与细菌基本相同，按形态和功能可分为营养菌丝、气生菌丝和孢子丝三种。,直的,弯曲丛生,成束,开环,钩形原始螺旋形,单轮生无螺旋,松螺旋,紧螺旋,螺旋单轮生,两级轮生,螺旋两级轮生,放线菌孢子丝类型,.,97,放线菌的生殖,98,放线菌的群体形态,99,放线菌的主要类群,1、链霉菌属（streptomyces）2、小单孢菌属（micromonospora）3、诺卡氏菌属（nocardia）4、放线菌属（actinomyces）5、链孢囊菌属（Streptosporangium),100,大小相近生长的pH相近均为原核微生物细胞壁组成均为肽聚糖放线菌为丝状菌,放线菌与细菌的比较,第三节蓝细菌,101,革兰氏阴性有叶绿素但无叶绿体类囊体进行光合作用营养要求不高“先锋生物”有很多具有固氮作用,蓝细菌（cyanobacteria)形态,.,103,第四节立克次氏体、支原体、衣原体,支原体（Mycoplasma）立克次氏体（Rickettsia）衣原体（Chlamydia）革兰氏阴性细菌，其大小和特性均介于通常的细菌与病毒之间。,寄生性,.,104,支原体（Mycoplasma）,定义：无细胞壁、介于独立生活和细胞内寄生生活间的最小型原核生物。,球状体：0.2-0.25mm，最小达0.1mm；丝状体最长可达150mm，因细胞柔软且具扭曲性，致使细胞能通过孔径比自身小得多的过滤器。,105,支原体的特性,1）无细胞壁，只有细胞膜，细胞形态多变；,2）个体很小，能通过细菌过滤器，曾被认为是最小的可独立生活的细胞型生物。,3）可进行人工培养，但营养要求苛刻，菌落微小，呈典型的“油煎荷包蛋”形状；,4）一些支原体能引起人类、牲畜、家禽和作物的病害疾病,106,立克次氏体（Rickettsia）是大小介于通常的细菌与病毒之间，具有一般细菌特征，专性活细胞内