高中生物-原核微生物课件.ppt

第一章原核生物的形态 构造和功能 原核生物 即广义的细菌 指一大类细胞核无核膜包裹 只存在称作核区的裸露DNA的原始单细胞生物 包括真细菌和古生菌两大类 其中除少数属古生菌外 多数的原核生物都是真细菌 第一节细菌细菌 bacteria 是一类细胞细而短 细胞直径约0 5 m 长度约0 5 5 m 结构简单 细胞壁坚韧 多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物 一 细菌的形状构造及其功能 球状 杆状 螺旋状 一 形态和染色 1 球菌 coccus 球菌一词来源于希腊字kokkos 意思是浆果 被用作球形细菌的专有名词 单球菌双球菌链球菌四联球菌八叠球菌葡萄球菌 球菌 1 单球菌细胞分裂沿一个平面进行 分裂后的细胞分散而单独存在 代表菌 尿素小球菌 Micrococcusureae 2 双球菌细胞分裂沿一个平面进行 分裂后的细胞成对排列 代表菌 肺炎双球菌 Diplococcuspneumoniae ScanningElectronMicrographofStreptococcuspneumoniae 3 链球菌细胞分裂沿一个平面进行 分裂后的细胞呈链状排列 代表菌 溶血性链球菌化脓性链球菌 Streptococcuspyogenes coccoidprokaryote dividing GroupAstrep SEMx56 000 DrDennisKunkel UniversityofHawaii Usedwithpermission GroupAstreptococcus S pyogenes 粪链球菌 Enlterococcusfaecalis Streptococcusmutans Gramstain CDC Dr RichardFacklam 4 四联球菌细胞分裂按两个互相垂直的平面进行 分裂后每四个细胞在一起呈田字形排列 代表菌 四联小球菌 Micrococcustetragenus Deinococcusradiodurans 异常球菌属 5 八叠球菌细胞分裂按三个互相垂直的平面进行 分裂后每八个细胞一起呈立方形排列 代表菌 藤黄八叠球菌 Sarcinalutea 6 葡萄球菌细胞分裂面是任意的 分裂后多个球菌在一起呈葡萄状排列 代表菌 金黄色葡萄球菌 Staphylococcusaureus 金黄色葡萄球菌 Staphylococcusaureus 金黄色葡萄球菌 Staphylococcusaureus 2 杆菌 杆菌 Bacillus 英文字由拉丁文baculus一字演化而来 意思是棍或棒形 用以指棍或棒形的细菌 细胞形态 短杆状 球杆状 长杆菌 梭状芽孢杆菌 细胞排列方式 巨大芽孢杆菌 Bacillusmegaterium 产气荚膜梭菌 Clostridiumperfringenes 大肠杆菌 Escherichiacoli TransmissionelectronmicrographofEscherichiacoliO157 H7 Scanningelectronmicrographsillustratingexternalfeaturesoftherod shapedbacteriumE coli 枯草杆菌生产淀粉酶北京棒状杆菌生产谷氨酸苏云金杆菌生产杀虫剂根瘤菌生产细菌肥料乳酸杆菌生产乳酸醋酸杆菌生产醋酸短杆菌生产肌苷酸 工农业生产中常用的杆菌 鼠疫耶尔森氏菌炭疽芽孢杆菌伤寒沙门氏菌痢疾志贺杆氏菌白喉棒杆菌铜绿色假单胞菌结核分枝杆菌麻风杆菌 引起疾病的致病菌 弧菌 螺菌 螺旋体 3 螺旋菌 spirilla 弧菌 vibrio 螺旋不满一环 菌体呈弧形或逗号状代表菌 霍乱弧菌 Vibriocholerae 霍乱弧菌 霍乱弧菌 Vibriocholerae Vibriocholerae vibrio shapedprokaryotethatcausescholera x15 575 螺菌 spirillum 螺旋满2 6环的小型 坚硬的螺旋状细菌代表菌 减少螺菌 Spirillumminus 幽门螺旋菌 红螺菌属 Rhodospirillum 螺旋体 spirochaeta 旋转周数多 通常超过6环 体长而柔软的螺旋状细菌则专称螺旋体 显微镜下的螺旋体 苍白密螺旋体 Treponemapallidum 球菌 杆菌 螺旋菌是细菌在最适宜的环境条件下呈现的典型形态 当环境条件改变时 细菌的形态也会发生改变 环境条件 培养温度 时间 培养基的pH 盐类的浓度 代谢产物幼龄及条件适宜正常形态 老龄或条件不适宜形态改变 细菌的大小 量度单位微米 m 表示方法细胞宽 长球菌0 5 1 m 直径 杆菌0 5 1 1 5 m弧菌0 3 0 5 1 5 m螺旋菌0 3 1 1 50 m 最小和最大的细菌 最小的细菌1998年芬兰科学家E Kajander等发现了一种能引起尿结石的纳米细菌 nanobacteria 其细胞直径为0 2 0 5 m 最小的仅50nm或0 05 m 最新研究已证实 2008 所谓的 纳米细菌 并不是生物体 它仅是存在于动物血液 尿液或细胞培养物中的纳米级矿物质 碳酸钙 羟基磷灰石 颗粒自然地吸收周围的蛋白质成分而形成的细菌状晶体颗粒 最大的细菌 1997年德国等国的科学家在非洲西部大陆架土壤中发现了一种迄今为止的最大细菌 纳米比亚嗜硫珠菌 Thiomargaritanamibiensis 它的细胞直径为0 32 1 00mm 能够清楚地用肉眼看到 最大的细菌 这种硫细菌生活在几乎没有氧气的海底环境 细胞基本上全部由液体组成 利用吸收到体内的硝酸盐和硫化物获得维持生命的能量 这些积累在细胞内的硫化物使细菌呈白色 甚至像珍珠一样 因此将这种细菌命名为 纳米比亚嗜硫珠菌 Thiomargaritanamibiensis 纳米比亚硫磺珍珠 细菌的特殊形态 细菌染色法 死菌 正染色 负染色 简单染色法 鉴别染色法 革兰氏染色法 抗酸性染色法 芽孢染色法 荚膜染色法等 活菌 用美蓝或TTC 氯化三苯基四唑 等作活菌染色 姬姆萨染色法 染色观察 细菌的革兰氏染色法 革兰氏染色法 Gramstaining 是微生物学中常用的一种染色方法 该染色法由丹麦医生 ChristianGram 于1884年创立 故名 主要步骤 初染 媒染 脱色 复染 ChristianGram 结晶紫初染 全部细胞紫色 碘液媒染 全部细胞紫色 乙醇脱色 G 菌无色G 菌紫色 番红复染 G 菌红色G 菌紫色 革兰氏染色各步骤时细菌的外观 革兰氏阴性菌 革兰氏阳性菌 显微镜下的G 细菌 显微镜下的G 与G 细菌 革兰氏染色的意义 可把几乎所有的细菌分成两大类 是分类鉴定菌种时的重要指标 G 菌代表菌 大肠杆菌 E coli G 菌代表菌 金黄色葡萄球菌 Staphylococcusaureus G 菌和G 菌在细胞结构 成分 形态 生理 生化 遗传 免疫 生态和药物敏感性等方面呈现出明显差异 因此任何细菌只要先通过革兰氏染色 即可提供很多其他重要的生物学特性方面的信息 二 细菌细胞的结构 1 细菌细胞的一般构造 荚膜 capsule 有明显的外缘和一定的形状 厚约200nm 较紧密地结合与细胞壁外 又称大荚膜或 真 荚膜 通过液体震荡培养或离心便可得到荚膜物质 荚膜的功能 保护作用 保护细菌免受干旱损伤 防止噬菌体的吸附和裂解 保护其免受宿主吞噬细胞的吞噬 贮备养料 以备营养缺乏时重新利用 作为透性屏障或离子交换系统 可保护细菌免受重金属离子的毒害 是某些病原菌必须的粘附因子 如引起牙病的唾液链球菌和变异链球菌依靠其荚膜粘附在牙齿表面 引起龋齿 细菌间的信息识别作用 堆积某些代谢废物 产荚膜细菌在固体培养基上形成的菌落表面湿润 有光泽 粘液状 称为光滑型菌落 S型菌落 鞭毛 flagellum 生长在某些细菌体表的长丝状 波曲的蛋白质附属物 称为鞭毛 其数目为一至数十根 具有运动功能 鞭毛的长度可超过菌体若干倍 但直径很细 一般不超过细胞直径的1 20左右 约为0 01 0 02 m 芽孢 endospore 芽孢 spore 是某些细菌在其生长发育后期 在细胞内形成的一个圆形或椭圆形 厚壁 含水量低 抗逆性强的休眠构造 因为细菌芽孢的形成都在细胞内 又称内生孢子 endospore 芽孢 每一营养细胞内仅形成一个芽孢 故芽孢无繁殖功能 芽孢是整个生物界中抗逆性最强的生命体 在抗热 抗辐射 抗化学药物和抗静水压力等方面 更是首屈一指 芽孢的抗性 肉毒梭菌的芽孢100 5 0 9 5h115 10 40min121 10min热解糖梭菌营养细胞50 短时间芽孢132 4 4min芽孢的抗紫外线能力一般是其营养细胞的一倍 巨大芽孢杆菌芽孢的抗辐射能力要比大肠杆菌的营养细胞强36倍 产芽孢细菌的类型 G 杆菌 好气性芽孢杆菌属厌气性梭状芽孢杆菌属球菌 芽孢八叠球菌属螺旋菌 孢螺菌属 1 裂殖 fission 指一个细胞通过分裂而形成两个子细胞的过程 对杆状细胞来说 有横分裂和纵分裂两种方式 前者指分裂时细胞间形成的隔膜与细胞长轴呈垂直状态 后者指呈平行状态 一般细菌均呈横分裂 三 细菌的繁殖 二分裂 binaryfission 三分裂 trinaryfission 复分裂 multiplefission 裂殖 典型的二分裂是一种对称的二分裂方式 即一个细胞在其对称中心形成一横隔 进而分裂成两个形态 大小和构造完全相同的子细胞 绝大多数细菌都借这种方式进行繁殖 少数细菌中还存在着不等二分裂的繁殖方式 其结果产生了两个在外形 构造上有明显差别的子细胞 例如柄细菌属的细菌 通过不等分裂产生了一个有柄 不运动的子细胞和另一个无柄 有鞭毛 能运动的子细胞 将单个细菌 或其他微生物 细胞或一小堆同种细胞接种在固体培养基表面 有时为内层 当它占有一定的发展空间并处于适宜的培养条件下时 该细胞就会迅速生长繁殖并形成细胞堆 此即菌落 菌落就是在固体培养基上 内 以母细胞为中心的一堆肉眼可见 有一定形态 构造等特征的子细胞集团 在固体培养基上 内 的群体形态 固体培养基上的细菌菌落 细菌菌落的特征 湿润 粘稠 较光滑 较透明 易挑取 菌体和基质结合不紧密 质地均匀 菌落各部位颜色一致 菌落较小等 第二节放线菌 放线菌 actinomycetes 是一类呈菌丝状生长 主要以孢子繁殖和陆生性强的原核生物 由于它与细菌十分接近 加上至今已发现的80余属 1992年 放线菌都呈革兰氏阳性 因此 也可以将放线菌定义为一类主要呈丝状生长和以孢子繁殖的革兰氏阳性细菌 放线菌的分布 放线菌在自然界分布极广 它存在于土壤 河流 湖泊 海洋 空气 食品 动植物的体表和体内 以土壤中为最多 放线菌特别适宜生长在含水量低 有机物丰富和呈微碱性的土壤中 据测定 每克土壤中 放线菌的孢子数可达107左右 放线菌与人类的关系 放线菌最大的经济价值是能够产生大量的抗生素 至今已报道过的近万种抗生素中 约70 由放线菌所产生 近年来筛选到的许多新的生化药物多数是放线菌的次生代谢产物 放线菌是酶类和维生素 A和B12 的产生菌 弗兰克氏菌属的放线菌可与非豆科植物共生固氮 放线菌与人类的关系 放线菌在纤维素降解 甾体转化 石油脱蜡 烃类发酵以及污水处理等方面也有广泛的应用 在自然界物质循环和提高土壤肥力等方面有着重要的作用 少数寄生型放线菌可引起人 动物和植物的疾病 一 放线菌的形态构造 一 典型放线菌 链霉菌的形态构造链霉菌的细胞呈丝状分枝 菌丝直径很小 与细菌相似 其菌体由分枝的菌丝组成 由于菌丝的连续生长和分枝所以形成网络状菌丝体结构 在营养生长阶段 菌丝内无隔 内含许多核质体 故一般呈单细胞状态 链霉菌菌丝的三种类型 基内菌丝 一级菌丝 气生菌丝 二级菌丝 孢子丝 放线菌 向基质的四周表面和内部伸展的菌丝 较细 颜色较淡 具吸收营养和排泄代谢废物功能 菌丝大小为0 2 0 8 100 600 m 可产生各种不同颜色的色素 水溶性色素可使培养基着色 脂溶性色素可使菌落呈现相应颜色 基内菌丝 一级菌丝 基内菌丝 在基内菌丝上 不断向空间分化出较粗 颜色较深的菌丝 直径1 1 4 m 长度不一 直形或弯曲分枝 有的可产生色素 气生菌丝生长致密 覆盖整个菌落表面 菌丝呈放射状 气生菌丝 二级菌丝 孢子丝 当菌丝逐步成熟时 大部分气生菌丝分化成孢子丝 并通过横割分裂的方式 产生成串的分生孢子 孢子丝的形状 链霉菌孢子丝的形状和排列多种多样 有直 波曲 钩状 螺旋状 丛生 轮生等 其中以螺旋状的孢子丝较为常见 而螺旋状孢子丝按其螺旋的松紧 大小 转数和旋向又分为多种 孢子丝是放线菌分类鉴定的重要指标 在自然条件下 多数放线菌通常是借形成各种孢子进行繁殖的 仅少数种类是以基内菌丝分裂形成孢子状细菌进行繁殖的 放线菌处于液体培养基时很少形成孢子 但其各种菌丝片段都有繁殖功能 二 放线菌的繁殖 分生孢子 孢囊孢子 三 放线菌的群体特征 一 在固体培养基上表面质地致密 干燥 不透明 表面呈紧密的丝绒状 上有一层色彩鲜艳的干粉 菌落和培养基的连接紧密 难以挑取 菌落的正反面颜色常常不一致 菌落边缘培养基的平面有变形现象等 第三节蓝细菌 蓝细菌 Cyanobacteria 旧称蓝藻或蓝绿藻 是一类进化历史悠久 革兰氏染色阴性 无鞭毛 含叶绿素a 能进行产氧性光合作用的大型原核生物 蓝细菌的分布 蓝细菌广泛分布在各种河流 湖泊和海洋等水体中 因抗逆境能力较强 所以在温泉和盐湖等一些极端环境中也能生活 它们甚至能通过贫瘠的岩石缝隙而向岩石内生长 是岩石分解和土壤形成的 先驱生物 一些蓝细菌还能与真菌 苔类 蕨类 苏铁科植物 珊瑚甚至一些无脊椎动物共生 色球蓝细菌 念珠蓝细菌 颤蓝细菌丝状体 螺旋鱼腥蓝细菌和铜绿微囊蓝细菌 第四节支原体 立克次氏体和衣原体 支原体 立克次氏体和衣原体是三类属于革兰氏阴性的原始而小型的原核生物 它们的生活方式从既有腐生又有寄生的支原体直至专性细胞内寄生的立克次氏体 因此 它们是介于细菌和病毒间的生物 一 支原体 支原体 Mycoplasma 是一类无细胞壁 介于独立生活和细胞内寄生生活间的最小型原核生物 许多种类是人和动物的致病菌 有些腐生种类生活在污水 土壤或堆肥中 少数种类可污染实验室的组织培养物 支原体 1898年 E Nocard等从患传染性胸膜肺炎的病牛中首次分离到支原体 当时称为胸膜肺炎微生物 PPO 后来 人们从其他动物中陆续分离得到多种类似于PPO的微生物 因此就相应地称作类胸膜肺炎微生物 PPLO 从1955年起 支原体的名词就正式代替了以前的PPO和PPLO了 1967年后 发现在患 丛枝病 的桑 马铃薯等许多植物的韧皮部中也有支原体存在 为了与感染动物的支原体相区分 一般称侵染植物的支原体为类支原体 MLO 或植支原体 支原体 支原体的特点 细胞很小 直径为150 300nm 多数为250nm左右 固光镜下勉强可见 细胞膜含甾醇 比其他原核生物的膜更坚韧 因无细胞壁 固呈G 且形态易变 对渗透压较敏感 对抑制细胞壁合成的抗生素不敏感等 菌落小 直径为0 1 1 0mm 在固体培养基表面呈特有的 油煎蛋 状 以二分裂和出芽等方式进行繁殖 支原体的特点 能在含血清 酵母膏和甾醇等营养丰富的培养基上生长 多数能以糖类作能源 能在有氧或无氧条件下进行氧化型或发酵型产能代谢 基因组很小 仅在0 6 1 1Mb 对能抑制蛋白质生物合成抗生素 四环素 红霉素等 和破坏含甾体的细胞膜结构的抗生素 两性霉素 制霉菌素等 都很敏感 油煎蛋 菌落 二 立克次氏体 立克次氏体 Rickettsia 是一类专性寄生在真核细胞内的革兰氏阴性原核生物 1909年 美国医生H T Ricketts 1871 1910 首先发现落基山斑疹伤寒的独特病原体 并于1910年牺牲于此病 故后人称这类病原菌为立克次氏体 立克次氏体 立克次氏体不仅是动物细胞的寄生者 也寄生在植物细胞中 植物细胞中的立克次氏体被称为类立克次氏体细菌 RLB 已报道过的类立克次氏体已有30多种 立克次氏体的特点 细胞较大 直径在0 3 0 6 0 8 2 0 m 光镜下清晰可见 细胞形态多样 杆状 球状 双球状或丝状等 有细胞壁 G 细胞壁含胞壁酸和二氨基庚二酸 立克次氏体的特点 在真核细胞内营专性寄生 其宿主为虱 蚤 蜱 螨等节肢动物和人 鼠等脊椎动物 以二分裂方式繁殖 每分裂一次约8h 存在不完整的产能代谢途径 不能利用葡萄糖或有机酸 只能利用谷氨酸和谷氨酰胺产能 立克次氏体的特点 对四