第二章 原核微生物.ppt

1,细菌是大家比较熟悉的名字，因为有很多疾病是它们引起的，如鼠疫杆菌、霍乱弧菌、破伤风杆菌、肺炎双球菌等致病菌对人类有害；那些腐败菌常引起食物和工农业产品腐烂变质，并散发出特殊的臭味或酸败味。,鼠疫杆菌,第一节细菌,2,但是，大多数细菌是和人类和平共处的，对人类不仅无害而且有益，能给人类带来很大好处。例如：人们利用谷氨酸棒杆菌制造食用味精，用乳酸菌生产酸乳，用苏云金杆菌生产杀虫剂，以及借助细菌来冶炼金属、净化污水、制作使庄稼增产的细菌肥料等。,3,细菌（Bacteria）的特点,1原核细胞微生物仅有原始的核物质，没有核仁与核膜分化。2无细胞器。3透明或半透明，需经染色观察。4单细胞，细菌的形态就是细胞的形态。,4,细菌细胞的外表特征可从形态、细胞间排列方式和大小3方面加以描述。主要有球状、杆状和螺旋状。,球菌,杆菌,螺旋菌,自然界中哪种最多？,最多,其次,最少,5,贝日阿托氏菌,丝状污泥膨胀,丝状：构成活性污泥的骨架,6,细胞无定向分裂，多个新个体形成一个不规则的群体，犹如一串葡萄。如：金黄色葡萄球菌（Staphylococcusaureus)白色葡萄球菌（Staphylcoccusalbus),各种排列方式的球菌只是它的一个“种”的特征，具体到某种特定细菌的细胞，并不一定完全按照特定方式排列，只是特征性排列方式占优势。,细菌是单细胞生物,不管何种排列方式，其中的每一个细胞都是一个独立的生活个体。,7,螺旋状的细菌称为螺旋菌。根据其弯曲情况分为：弧菌（vibrio)：螺旋不满一圈，菌体呈弧形或逗号形例：霍乱弧菌螺菌(spirillum)：螺旋满26环，螺旋状例：干酪螺菌螺旋体(spirochaeta)：旋转周数在6环以上，菌体柔软。例：梅毒密螺旋体,8,细菌的特殊形态：柄细菌、肾形菌、臂微菌、网格硫细菌、贝日阿托氏菌(丝状)、具有子实体的粘细菌、三角形、方形等特殊形态的细菌。细菌的形态可作为细菌鉴定的重要依据之一。,9,影响细菌形态的因素：培养时间、培养温度、培养基成分、浓度、pH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.若将它们转移到新鲜培养基中或适宜的培养条件下又可恢复原来的形态。,10,（二）细菌的大小,长度单位：微米(m),例如：大肠杆菌：平均长度：2m；宽度0.5m1500个大肠杆菌头尾相接等于3mm;109个大肠杆菌重1mg.,11,二、细菌的结构,12,13,（一）细胞壁cellwall:,细胞壁是位于菌体的外层，坚韧而有弹性的结构。细胞壁约占细胞干重的10%25%。,由于其结构和成分的不同，经染色后会出现两种不同的结果G、G-，它是菌种鉴定的一个重要指标。,14,细菌是透明或半透明，染色后宜于观察。,革兰氏染色法（Gramstain)：细菌的鉴别性染色：是一种经验染色法。是丹麦医生革兰（HansChristianGram)于1884年采用。,为什么染色,HansChristianJoachimGram(18531938),15,16,17,革兰氏染色法（GramStain）,结果:阳性菌紫色阴性菌红色,18,青霉素对细菌细胞壁的作用,Penicillium与转肽酶结合，而使该酶失活，抑制了侧链末端的丙氨酸与五肽桥的连接，破坏了细菌细胞壁的完整性（即抑制肽聚糖的合成），因此，Penicillium仅对正在生长着的细菌，且主要是对G+菌有效。,这两类细菌在细胞的成分，生理、生化、抗药性方面都有很大差异，因此，任何细菌经G染色后，就可以掌握它许多生物学方面的特征，为利用、控制甚至消灭细菌通过了依据。,19,肽聚糖(peptidoglycan):,20,G-,内壁层：紧贴胞膜,12层肽聚糖分子,占细胞壁干重510%,无磷壁酸。,21,革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌细胞壁成分比较,共有组分肽聚糖特有组分G磷壁酸G脂多糖,22,G+肽聚糖厚交联紧密乙醇脱色肽聚糖脱水水网孔径小,革兰氏染色原理,23,细胞壁的功能:,1、保护原生质体;2、决定细菌的基本形态；3、决定了革兰氏染色的性质；4、具有分子筛作用（屏障作用）阻拦大分子物质进入细胞。5、为鞭毛运动提供支点；,24,1、细胞膜（Cytoplasmicmembran),（1）细胞膜的位置,（2）细胞膜的作用,（3）细胞膜的结构和化学成分,（二）原生质体,25,1）位置：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。约占细胞干重的10,细胞膜的化学组成,26,结构：1972年Singer和Nicolson提出的细胞膜液态镶嵌模型（枣糕模型）：磷脂两层，蛋白质一层,要点：脂类双分子层构成了膜的基本骨架，磷脂分子的运动使细胞膜具有流动性蛋白质以多种方式分布于膜的两侧或磷脂层中。,27,a)高度选择透过性膜，控制细胞内外物质（营养物质和代谢废物）的运送、交换；b)维持细胞内正常渗透压的渗透屏障作用；c)含有生命活动的多种酶类，参与细胞壁、荚膜等的生物合成；能量代谢的中心f)提供鞭毛的着生点并提供鞭毛运动所需能量。,细胞膜的功能：,28,2.细胞质(cytoplast)：细胞膜内处核质外的无色透明的粘稠胶体,(3)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。,水（大部分）,其次为蛋白质、RNA、脂、糖、盐呈酸性可用碱性或中性染料染色,（1）成分：,（2）特点：,A.菌幼小，无色透明均一胶状物，富含RNA衰老，不均一、有液泡、颗粒物,B.无细胞器,29,（1）原核生物的核糖体,80S,60S,40S,70S,3、内含物,由RNA（60%）和蛋白质（40%）构成,30,（2）内含颗粒(inclusin),概念营养过剩时形成的细胞内储藏物。外源营养缺少时，内含物被降解利用。,1）异染粒：普遍存在的贮藏物，主要成分是多聚偏磷酸盐。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.功能：贮存磷元素和能量，降低渗透压。如生物除磷中的“不动杆菌”在有氧条件下可大量摄取周围环境中的P，并转化为多聚偏磷酸盐，以异染粒形式储存。,31,2）聚羟丁酸颗粒(PHB):细菌特有,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。,32,3）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。如贝氏硫杆菌和发硫细菌。,33,4）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褐色，淀粉粒被碘成蓝色。功能：储存碳源和能源。,34,5)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。常见于光合细菌和水生细菌。气泡的功能：调节细胞比重，加大菌体的浮力,借气泡漂浮能力，以使其漂浮在合适的水层中，使无鞭毛菌在合适的环境中生长。气泡吸收空气，空气中的氧气可供代谢需要。,35,4.核质体(nuclearbody;nucleoid)-拟核,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，功能：负载遗传信息,决定主要性状。,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,36,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,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：细菌抗药性因子质粒应用:基因工程，体外重组.,37,（三）细菌的特殊结构,1.质粒（plasmid）2.荚膜（capsule）3.芽孢（sporeorendospore）4.鞭毛（flagella）5.菌毛（纤毛）（pili）,38,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。有一定外形，很厚，相对稳定附着在细胞壁外。是细胞构造的一部分。含水率在9098，极难染色负染色法多糖、糖蛋白,多出现在“中老年细菌”外围功能？储备粮；,粘液层(slimelayer)：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。,39,多个菌体外面的荚膜物质互相融合，连为一体，组成共同的荚膜，菌体包埋其中，即成为菌胶团,菌胶团吸附物（物质、其他微生物）活性污泥,形成菌胶团的生物作用,群体合作、阻挡原生动物的吞噬,衣鞘:丝状菌表面的黏液层或荚膜硬化,形成的透明坚韧的壳,40,（1）荚膜、菌胶团等的形成是微生物的遗传特征之一，是“种”的特征。但不是细菌的必要结构，失去荚膜的菌株照样能够生活。(2)荚膜的形成与组成明显受培养基成分和培养条件的影响（与环境密切相关）。,41,在废水处理中发挥重要作用。活性污泥性能的好坏,主要根据菌胶团多少、大小及结构的紧密度、性能来确定。新生菌胶团有较强的吸附能力和氧化分解能力，为了使废水处理能够达到较好效果，需要菌胶团结构紧密，吸附能力强，且吸附后沉降性能好，此时必须满足菌胶团对营养及环境的要求。,42,区分新老菌胶团,新生的菌胶团：颜色较浅，无色透明，有旺盛的生命力，氧化分解有机物的能力强。,老化的菌胶团：吸附了许多杂质，颜色较深，看不到细菌单体，像一团烂泥似的，生命力较差。,43,有些细菌产生的荚膜对人类是有益的，有些是有害的，比如引起龋齿的唾液链球菌，变异链球菌等会将蔗糖转化为果聚糖，是一种荚膜物质，使细菌易于黏附于牙齿表面，细菌发酵产生乳酸，腐蚀牙齿珐琅质，造成龋齿。（2）食品放久了会发粘，拉丝用途：（3）荚膜也可成为有价值的材料，现在医药行业上利用明串珠菌将蔗糖转化为荚膜物质葡聚糖，可进一步用于血浆替代品中的一种主要成分左旋糖苷的生产。（4）有些细菌分泌的黏液层还是良好的食品添加剂，以增加食品的粘度和口味。,44,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、椭圆形或圆柱形的空泡状的休眠体，称为芽孢。这也是细菌“种”的特征。,2.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。芽孢体是这些细菌在外界条件比如T、pH等不适宜的情况下所形成的休眠体，借助光学显微镜可观察到。这个休眠体对不良环境有极强的抗性。,45,一般说来，普通细菌在7080时煮沸10min就死亡，而芽孢杆菌在120140时还能生存几小时，普通细菌在5苯酚溶液中很快死亡，而芽孢能耐受15天之久。,炭疽芽孢杆菌,46,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、孢子壁和核心.,芽孢平均含水量低,约40%.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。皮层体积大，比较致密，主要含芽孢肽聚糖、DPACa。,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。,47,芽孢的特性:1.有很强的抗热、抗干燥、抗辐射、抗化学药物能力。2.新陈代谢几乎停止，处于休眠状态。3.芽孢只是一个休眠体，而不是繁殖体，一个芽孢萌发只产生一个营养个体。,不同的芽孢菌芽孢的位置和形状也有所不同：,48,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。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。但在给水工程中，芽孢菌的去除也需要特别注意。,49,3.鞭毛,长度往往超过菌体若干倍，但直径很细。,鞭毛的着生方式和数目是细菌分类鉴定的重要指标。,大部分杆菌和所有螺旋菌都具有鞭毛，一般只有在电镜下可以观察到，但是我们可借助鞭毛染色法使染料沉积在鞭毛上，从而人为的加粗鞭毛后，利用光学显微镜观察。,50,鞭毛是这些细菌的“运动器官”，鞭毛的运动引起菌体的运动，鞭毛运动与细菌的趋避性运动有关。,趋避性运动：,化学趋避性运动氧趋避性运动光趋避性运动,如将细菌培养在具有弱光的液体培养基中，然后用强光照射某一区域，1030min后，通过鞭毛的运动，细菌都会集中到强光区域。,细菌的鞭毛并不是细菌生命活动所必须的，极易脱落，也会因遗传变异而丧失。,51,菌毛(繖毛、伞毛）,纤细、中空、短直、数量较多，与细菌的致病性有关，不是细菌的运动器官，而是在细菌遗传物质的传递中起作用。又称“性纤毛”。,52,三、细菌的培养特征,（一）细菌在固体培养基上菌落特征1菌落的含义这里所说的菌落就是有许许多多的细菌或其他种类的微生物在固体培养基上，聚集形成的集和体。由于细菌个体很小，单个细菌的生长繁殖不能用肉眼直接观察，所以通常采用群体生长的结果即菌落的特征来描述。,53,2菌落特征把细菌生长必需的营养物质如糖、无机氮有机氮以及其他物质溶解于水，调整好合适的pH就制成了液体培养基，向其中加入琼脂(约2)加热到100，然后再冷却就制成了固体培养基。常用的固体培养基容器称为培养皿。,细菌在培养基上生长，会形成各种颜色和外观的菌落。菌落的外观特性与培养条件和细菌自身的生长遗传特性有关。,54,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。,菌落形态,55,不同的细菌菌落具有自己特有的特征。如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造；具有芽孢的细菌菌落表面常有褶皱并且不透明。,56,一个菌落可以是一个或多个细胞繁殖而来，如果一个菌落是有一个细菌繁殖而来，则它是一个纯种细胞群。纯化的菌落是实现菌种鉴定、通过诱变技术或基因工程改良的前提，因而细菌纯化是微生物实验中最为基本的技术，有关方法我们将通过实验学习掌握。,57,古菌的特征：,形态：古菌的细胞很薄，扁平。有精确的方角和垂直的边构成直角几何形态的细胞。细胞结构：大多数古菌的细胞壁组分大多数是蛋白质，蛋白质呈酸性。古菌有鉴别性的特征之一是在原生质膜中脂类的性质不像细菌的脂类由酯键连接甘油，而和真核生物一样由醚键连接甘油代谢：古菌在代谢过程中有许多特殊的酶，因此古菌代谢类型呈多样性。呼吸类型：多数古菌为严格厌氧、兼性厌氧，部分专性好氧，无完全光合型。,58,繁殖：古菌的繁殖速度较慢，所以进化速度也比细菌慢。生活习性：多生活于一些生存条件十分恶劣的极端环境中，如高盐、极热、极酸和绝对厌氧的环境。,遗传物质：DNA:与细菌的染色体相似，由不含核膜的单个环状DNA分子构成。核糖体：同细菌的核糖体RNA同样大小，但在某些特性上，它们与真核生物的核糖体相似。如对抗生素链霉素和氯霉素的抗性及对白喉毒素的敏感性。,59,细菌和古菌的差异,60,古菌的生长环境古菌类群包括能够在极端环境中生存的细菌，如：热泉(例如硫化叶菌属Sulfolobus和热球菌属Pyrococcus)高盐(盐杆菌属Halobacterium)产甲烷菌如甲烷杆菌属(Methanobacterium)，产生甲烷。,61,第三节蓝细菌（Cyanobacteria）,也称蓝藻或蓝绿藻（blue-greenalgae），近年来发现，它是藻类中唯一的原核生物，但是它具有光合色素，包括叶绿素a、藻蓝素、胡萝卜素等，可进行光合作用。,是已知的最古老生物，在三十六亿年前出现。蓝细菌被认为是地球上生命进化过程中第一个产氧的光合生物，对地球上从无氧到有氧转变、真核生物的进化起着里程碑式的作用。,62,蓝细菌常常生长在土壤、岩石上，在树皮上也成片生长，亦有许多种类生长在池塘、湖泊和海洋中。,特点：形态多样，球状、杆状的单细胞，不分枝的丝状体;适应温度广，喜温暖;蓝绿色，黄褐色至红色。,池塘中的蓝藻,63,颤藻,菌体外有胶质的鞘，使多个菌体聚集在一起，因此具有强的抗干旱能力。,64,蓝细菌的繁殖蓝细菌无有性繁殖，以分裂繁殖为主，极少种类有孢子。有的利用藻殖段繁殖。,球状（正在分裂）,65,螺旋藻(Spirulinaplatensis),藻体富含蛋白质、维生素等多种营养物质，制成保健食品能防治营养不良症和增强免疫力。,66,危害：引起池塘“水华”（Waterbloom）,海洋“赤潮”（Redtide）工业废水、生活污水和农田排出的水中含有很多N、P等植物必需的矿质元素，这些植物必需的矿质元素大量地排到池塘和湖泊中，使池塘和湖泊出现富营养化现象。浮游型蓝藻在体内会形成气泡，在池塘、水库或其它含有丰富营养物质和磷酸盐的水体中，会大量繁殖而浮在水面，使水的颜色随藻类的颜色而变化，许多细胞集结在一起形成“水华”或“水花”。如果水体富营养化严重，藻类繁殖过多，则使溶解氧严重缺乏，就会造成水中其它生物如鱼、虾等的死亡。且有些蓝藻在体内会形成气泡时会释放出一种毒素，会对人和动物的神经系统造成损伤，同时使水发出腥臭味。,67,放线菌属细菌的一类，但从进化观点来看属于介乎细菌与真菌一类。是一类具有丝状分枝细胞和无性孢子的G+原核微生物,由于菌落呈放射状而得名。,第四节放线菌(Actinomycetes),放线菌有特殊的土霉味。,68,(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，比营养菌丝粗。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。,基内菌丝（营养菌丝）培养基内匍匐生长的菌丝，无隔，通常会产生水溶性或脂溶性色素.功能：吸收营养，又称营养菌丝,孢子丝:可以形成孢子的菌丝（具有分类价值），功能:无性繁殖。,根据形态和功能不同可分为：,69,孢子丝的形态：,70,孢子在适宜的条件下萌发，长出1-3个芽管,（二）生长与繁殖,营养菌丝,气生菌丝,繁殖菌丝（孢子丝）,孢子丝释放孢子,71,繁殖方式：放线菌主要通过形成无性孢子的方式进行繁殖，当生长到一定阶段时，一部分菌丝形成孢子丝，孢子丝成熟便分化形成许多孢子，称为分生孢子。孢子呈白、黄、绿、淡紫、粉红、蓝、褐、灰等颜色。也可利用菌丝片断进行繁殖：常见于液体培养中，工业发酵生产抗生素时都以此法大量繁殖放线菌,营养型：大多数腐生，少数寄生，多数好氧，绝大多数异养，最适pH78，最适宜的温度为2337。,72,菌落特征质地紧密，表面常呈粉末状或皱褶状，有的则呈紧密干硬的圆形，有些为糊状。颜色各异，正反不同，大多菌落不易用接种环挑起。,73,第六节支原体、立克次氏体和衣原体,立克次氏体（Rickettsia）支原体（Mycoplasma）衣原体（Chlamydia）革兰氏阴性细菌，其大小和特性均介于通常细菌与病毒之间。,74,立克次氏体（Ricket