环境中的微生物细菌1

,第二章 环境中的微生物,主要内容,第一节 微生物类群与生物三域第二节 真细菌第三节 古细菌第四节 真菌第五节藻类（自学）和原生动物第六节 非细胞型微生物（自学）第七节 微生物的分类、鉴定和保藏,一、微生物及其类群,细小的肉眼看不见的生物称微生物。,非细胞生物原核生物部分真核生物（真菌、藻类、原生动物）,微生物,第一节 微生物类群与生物三域,1、特征序列或序列印记（signature sequence）,通过对r RNA全序列资料的分析比较（特别是采用计算机）发现的在不同种群水平上的特异特征性寡核苷酸序列，或在某些特定的序列位点上出现的单碱基印记。,特征序列有助于迅速确定某种微生物的分类归属，或建立新的分类单位。,二、生物三域特征,2、系统发育树(phylogenetic tree),通过比较生物大分子序列差异的数值构建的系统树称为分子系统树，其特点是用一种树状分枝的图型来概括各种(类)生物之间的亲缘关系。,16 S r RNA系统发育树,3、建立16 S r RNA系统发育树的意义,a）使生物进化的研究范围真正覆盖所有生物类群；,传统生物进化研究主要基于复杂的形态学和化石记载，因此多限于研究后生生物，而后者仅占整个生物进化历程的1/5,b）提出了一种全新的正确衡量 生物间系统发育关系的方法；,c）对探索生命起源及原始生命的发育进程提供了线索和理论依据；,d）突破了细菌分类仅靠形态学和生理生化特性的限制，建立了全新的分类理论；,e）为微生物生物多样性和微生物生态学研究建立了全新的研究理论和研究方法，特别是不经培养直接对生态环境中的微生物进 行研究。,4、三（界)域生物的主要特征,三界理论虽然是根据16SrRNA序列的比较提出的，但其他特征的比较研究结果也在一定程度上支持了三界生物的划分。,生物三（界)域：古细菌、真细菌、真核生物主要特征：生物界的发育并不是一个由简单的原核生物发育到 较完全和较复杂的整核生物的过程，明显存三个不同的基因 系统，它们几乎同时从某一起点各自发育而来。,1、细胞的大小和形状,（2）形状：球状、杆状和螺旋状。,（1）大小：直径或宽度0.5-2.0um 真核细胞：2-200um. ,第二节 真细菌,一、细菌（一） 细菌的形态与大小,（二）细菌细胞结构与功能,细胞壁,细胞质,质膜,原生质体,基本结构,特殊结构,鞭毛芽孢荚膜,细胞结构,细菌模式图,1、细胞壁包在细菌细胞表面、内侧紧贴细胞质膜的、较为坚韧、略具弹性的结构。,壁厚度,20-80nm(G+菌),10nm(G-菌),（二）细菌细胞结构与功能,细胞壁的功能：保护作用、鞭毛运动的支点、细胞壁的化学成分与细菌的抗原性、致病性及对噬菌体的敏感性有关,(1)革兰氏阳性菌的细胞壁,化学组成：肽聚糖（两种氨基糖+氨基酸组成的坚韧的多聚体结构）,磷壁酸（teichoic-acid）：核糖醇(Ribitol)或甘油(Glyocerol)残基经由磷酸二键互相连接而成的多聚物,携带负电荷，与维持细胞形态和某些酶活性所必需的阳离子结合，储存阳离子。控制细胞的生长、调节细胞功能,(2)革兰氏阴性菌的细胞壁,O 侧链,核心多糖,类脂A,磷脂,O side chain,Core polysaccharide,Lipid A,脂多糖的化学结构,低聚糖的重复单位,庚糖、半乳糖、2酮基3脱氧辛酸,脂化葡萄糖胺二糖PP-脂肪酸,两类细胞壁的特征比较,革兰氏染色反应（1884，丹麦，GRAM）,C.Gram 丹麦医生步骤： 涂片固定； 结晶紫初染1min； 碘液媒染1min； 95%乙醇脱色0.5min； 番红复染2min。 结果: 阳性菌紫色； 阴性菌红色。,革兰氏染色程序和结果,（3）细胞壁缺陷型细菌 原生质体：革兰氏阳性细菌以溶菌酶或青霉素处理后失 去正常细胞壁的细胞 原生质球：利用上述方法部分去掉细胞壁后的细胞 细菌L-型 ：由于基因突变所导致的细胞壁缺陷细菌细胞 周质间隙：细胞壁和细胞膜之间的空间,2、细胞质膜及内膜系统(1)细胞质膜：质膜、细胞膜a.质膜的组成及结构组成：是由磷脂分子和蛋白质组成。结构：,b.质膜的功能,.渗透屏障的功能。,.参与细胞壁的生物合成(载体脂类）,.参与能量的产生(电子传导系统）,(2) 内膜系统A 中间体：(mesosome) 存在于细胞质中一个或数个较大的、不规则的由细胞 质膜内陷而成的、管状的、囊状的物质。类似真核细胞线粒体的功能B 类囊体（thylakoid):蓝细菌细胞中 单位膜组成的光合色素和有关酶 组成的光合作用场所C 载色体（chromatophore):非放氧光合细菌细胞色素、 酶和电子传递体组成的光合作用场所,3 细胞质包含在细菌细胞质膜以内的所有部分称细胞质,（1）核蛋白体（或核糖体）：直径10nm，沉降系数为70s的颗粒，由核糖核酸(RNA)和蛋白质组成。功能：蛋白质合成场所,（2）细胞质内含物,A 气泡（水生细菌）B 异染颗粒 蓝色侵染呈紫红色。 化学本质偏磷酸盐的聚合物。 功能 磷源和能源性贮藏物(与生物脱磷有关),C 聚-羟基丁酸（简称 PHB）颗粒 功能能量的贮存物;调节pHD 糖原和淀粉粒E 硫粒 某些化能自养型硫细菌，贮存的能源物质，,通常，一种细菌只含有一种或两种内含颗粒。,细菌细胞质中的内含物,4.拟核原核、类核或染色质区处于细胞质中部的絮状的区域。含一个染色体及质粒。附加体：附着在染色体的质粒。 功能：细菌遗传信息的物质基础。,5、荚膜（capsule)在一定营养条件下，部分细菌能够向细胞外分泌一些胶粘性的物质，并附着在细胞的表面，这类物质称之为荚膜。产夹膜细菌形成S型菌落不产夹膜细菌形成R型菌落,.使细胞免受干燥的危害。,a.荚膜的组分多糖和多肽,b.荚膜的主要功能：,III荚膜多糖信号物质,.病原菌的荚膜与致病能力有关,c.活性污泥中的菌胶团 不同细胞的荚膜连在一起，形成一个内含多个菌体的胶团，称菌胶团,负染后墨汁背景衬托法观察,往往长度超过菌体若干倍，但直径很细。,6.鞭毛,鞭毛的着生方式和数目是细菌分类鉴定的重要指标。,功能 细菌藉鞭毛趋避运动,化学成分主要是？蛋白质,7.菌毛,纤细、中空、短直、数量较多（250根300根） 相当于各类禽兽的体表的毛发，如兔毛、狗毛、鸭毛等等，故称为菌毛。,主要与吸附营养物、有性生殖有关,或称性丝，每一个有性细菌有1根4根，参与细菌有性生殖时细菌间传递遗传物质。,菌毛,性菌毛,8.芽孢,1多层结构功能由内至外，依次为芽孢外壁,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、椭圆形或圆柱形的休眠体，称为芽孢。,一层或几层芽孢衣,主要成分是角蛋白，非常致密，通透性差，能够阻止各类化学物质包括杀菌剂的进入；,由蛋白质、脂类和糖组成,类似于“蚕结茧变蛹”,皮层 很厚，主要成分为芽孢特有的肽聚糖，其中含有一种特殊的物质吡啶二羧酸以及大量的Ca2+，二者形成了一种极为耐热的凝胶状物质，使得芽孢菌异常抗热，在沸水中芽孢也可存活数小时。, 芽孢质中含水量极低，细胞内代谢极为缓慢，处于休眠状态。,1.细菌繁殖细菌的繁殖方式很多，主要是以无性的二分裂繁殖,(三）细菌的繁殖及其种群特征,形成横隔，尚未分裂的球菌,（2）菌落,定义固体培养基上的各种菌类的“村落”。固体培养基固体状态的培养细菌的基质有的是天然物质，如土豆、馒头及其他各种固体食物，微生物学研究中多使用人工制作的固体琼脂培养基。,向“营养汤”中加入琼脂(约2)加热到100，然后再冷却就制成了人工固体培养基。,常用的固体培养基容器称为培养皿。,培养皿通常称平板细菌在培养基上生长，会形成各种颜色和外观的菌落。,纯化的菌落是菌种鉴定、通过诱变技术或基因工程改良的前提。,菌落形态,菌落的特征主要由各种微生物特殊的遗传特性决定，同时也与培养基成分及培养条件有关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。,菌落描述,a.隆起特征描述 b.边缘特征描述 c.表面特征描述,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糙；具有芽孢的细菌菌落表面常有褶皱并且不透明。,细菌菌落具有一些共同的特征：小、湿润、粘稠、与基质结合松散，易被剥离，质地均匀，各部位颜色一致。但不同的细菌菌落也具有自己特有的特征。,霉菌（真菌）菌落,啤酒红酵母菌 （真菌）菌落,（四）环境中常见的细菌,1、革兰氏阴性菌2、革兰氏阳性菌3、放线菌,螺旋体球菌杆菌螺菌,需氧兼性厌氧,球菌乳酸菌杆菌（有芽孢、无芽孢）假丝状杆菌,按形态及与氧的关系分,球菌,球菌就是球形的细菌，它是这类细菌的总称，细胞呈球形或椭圆形。l 单球菌2 双球菌3链球菌4 四联球菌5八叠球菌6 葡萄球菌,图1-2,1.球菌类,八叠球菌,四联球