微生物第二章-原核生物

第二章原核微生物 一 古菌的特点 1 古菌的形态2 古菌的细胞结构3 代谢4 呼吸类型5 繁殖方式与繁殖速度6 生活习性 第二章原核微生物 1 古菌的形态古菌的细胞形态有球形 杆状 螺旋形 耳垂性 盘状 不规则形状 多形态等 有的很薄 扁平 有的有精确的方角和垂直的边构成直角几何形态 有的以单细胞存在 有的呈丝状体或团聚体 2 古菌的细胞结构古菌的细胞结构与细菌是不同的 大多数古菌的细胞壁不含有二氨基庚二酸和胞壁酸 组合多为脂蛋白 蛋白质为酸性的 脂类是非皂化性甘油二醚的磷脂和糖脂的衍生物 第二章原核微生物 3 代谢代谢有多样性 在代谢过程中有特殊的辅酶 如绝对厌氧的产甲烷菌有辅酶M F420 F430等 古菌中有异样型 自养型和不完全光合作用3种类型 4 呼吸类型多为严格厌氧 兼性厌氧 少数为好氧 第二章原核微生物 5 繁殖方式与繁殖速度以细胞分裂的方式繁殖 但繁殖速度较慢 6 生活习性大多数生活在极端环境 如 高盐分 极热 极酸和绝对厌氧的环境中 它有特殊的代谢途径 第二章原核微生物 二 古菌的分类按照古菌的生活习性和生理特点 古菌可分为三大类型 产甲烷菌 嗜热嗜酸菌 极端嗜盐菌 1984年 伯杰氏系统细菌学手册 5大群 产甲烷古菌 古生硫酸盐还原菌 极端嗜盐古菌 无细胞壁古细菌 极端嗜热的代谢硫古细菌2001年 古细菌域分类为泉古生菌门和广古生菌门 第二章原核微生物 1 泉古生菌门大多数泉古生菌极端嗜热 嗜酸 代谢硫 大多生长在含硫地热水或土壤中 其下有1纲3目 5科 22属 其代表属特征见表2 1 第二章原核微生物 2 广古生菌门有7纲 甲烷杆菌纲 甲烷球菌纲 盐杆菌纲 热原体纲 古生球菌纲 甲烷嗜高热纲 9目 15科 48属 其代表属特征见表2 2 1 产甲烷菌产甲烷菌与其他微生物 水解菌 产酸菌 协同作用 能使有机物甲烷化 产生具有经济价值的生物能物质 甲烷 产甲烷菌是严格厌氧菌 现把它分为3目 7科 19属 70种 第二章原核微生物 2 4 第二章原核微生物 产甲烷菌的细胞结构有细胞封套 包括细胞壁 表面层 鞘和荚膜 细胞质膜 原生质和核质 且细胞封套有4种 产甲烷菌分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌 两者的细胞壁结构和化学组成有所不同 这也是与细菌的区别点 产甲烷菌的作用在自然界或粪便与污水处理厂剩余污泥的厌氧消化 有机固体废物厌氧堆肥或填埋中 可与水解菌和产酸菌等协同作用 将有机物降解成为氢气 二氧化碳 乙酸 并甲烷化 产生有经济价值的清洁燃料和生物能源 甲烷 第二章原核微生物 产甲烷菌的培养方法产甲烷菌是专性厌氧菌 它的分离和培养等操作均需要在特殊的环境和用特殊的技术进行 方法有多种 但目前最好的是厌氧手套箱 由4部分组成 附有手套的密闭透明薄膜箱 附有两个可开启的可抽真空的金属空气隔空箱 真空泵 氢和高纯氮的供应系统 第二章原核微生物 2 极端嗜盐菌这类菌对NaCL有特殊的适应性和需要性 栖息在高盐环境 通常极端嗜盐菌的要求盐浓度下限为1 5mol L 约9 大多数为2 4mol L 约12 23 甚至高达5 5mol L 32 达饱和状态 有的种类也能在低盐浓度下生长 极端嗜盐菌的细胞呈链状 杆状或球状 革兰氏阴性或阳性 好氧或兼性厌氧 化能有机营养型 嗜中性或嗜盐性 嗜中温或轻度嗜热 生长温度可高达到55摄氏度 细胞壁不含二氨基庚二酸和胞壁酸 其成分主要含脂蛋白 其荚膜含20 类脂 第二章原核微生物 3 热源体热原体目有2科2属 热原体属和嗜酸菌属热原体属的细胞无细胞壁 含大量二甘油四乙醚 脂多糖 糖蛋白 嗜热嗜酸 呈球状 能运动嗜酸菌属也无细胞壁 质膜外有S层其形态呈不规则球形 4 古生硫酸盐还原菌呈不规则类球形 G 菌 由糖蛋白亚单位组成细胞壁 极端嗜热 最适生长温度83 长在海底热流火山口 厌氧菌 第二章原核微生物 5 嗜热嗜酸菌包括古生硫酸还原菌和极端嗜热菌特点是 专性嗜热 好氧 兼性或严格厌氧 G 菌 杆状 丝状或球状 最适生长温度在70 105 之间 嗜酸性和嗜中性 自氧或异氧生长 大多数种是硫代谢菌 第二章原核微生物 三 环境保护和环境工程领域研究古菌的意义极端微生物对极端环境有很强的适应性和需要性 对极端微生物基因组的研究有助于从分子水平研究极限条件下微生物的适应性 加深对生命本质的认识 环境工程中 在处理极端废水时 都要事先将极端废水调整到合适的范围后再进行微生物处理 目前如果缺少这些过程 往往不能获得满意的处理效果 对于粪便和高浓度有机废水的厌氧消化处理中的产甲烷菌研究较多 但对其他极端环境的古菌研究较少 第二章原核微生物 第二节细菌域 第二章原核微生物 一 细菌的个体形态与大小细菌有四种形态 1 球状球菌2 杆状杆菌3 螺旋状螺旋菌4 丝状丝状菌 第二章原核微生物 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 第二章原核微生物 不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式 常被作为分类依据 分有 单球菌 双球菌 肺炎球菌 四联球菌 八叠球菌 甲烷球菌 链球菌 葡萄球菌 第二章原核微生物 杆菌细胞呈杆状或圆柱状 菌体直或稍弯 粗短或细长 末端钝圆 尖 膨大或平裁状 直径在0 5 1um 1 5um 宽径 长 第二章原核微生物 单杆菌 球杆菌 链杆菌 双杆菌 第二章原核微生物 螺旋菌螺旋菌呈螺旋卷曲状 螺纹不满一圈的称为弧菌 弧菌 螺旋菌 螺旋体菌 第二章原核微生物 丝状菌丝状菌分布在水生境 潮湿的土壤和活性污泥中 丝状体是丝状菌分类的特征 第二章原核微生物 细菌大小细菌的大小以微米 m 计 多数球菌的大小 直径 为0 5 2 0 m 杆菌 长 宽 为 1 5 0 5 1 0 m 螺旋菌 宽度 弯曲长度 为 0 25 1 7 2 60 m 第二章原核微生物 第二章原核微生物 另外 细菌的大小在个体发育过程中有变化 细菌的宽度大小变化小 细菌大小的变化与代谢产物的积累和渗透压增加有关 第二章原核微生物 二 细菌的细胞结构 鞭毛 菌毛 芽孢 微荚膜 荚膜 粘液层 糖被 特殊构造 细胞壁 细胞膜 间体 核区 内含物 一般构造 细菌细胞的模式构造 1 2细菌细胞的结构 核糖体 细胞质 第二章原核微生物 细胞壁细菌细胞壁 cellwall 是位于细胞最外的一层 一般结构 厚实 坚韧的外被 主要成分为肽聚糖 细菌细胞壁可用电子显微镜直接观察细菌的超薄切片 细菌细胞壁绝大多数以肽聚糖为基本成分 但不同细菌 细胞壁在结构和成分上各有自己的特点细菌分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌两大类 两者的化学组成和结构式不同的 第二章原核微生物 G 细菌与G 细菌细胞壁构造的比较 G 第二章原核微生物 细胞壁的结构 G 细菌与G 细菌细胞壁构造的比较 革兰氏阳性细菌 G 革兰氏阴性细菌 G 肽聚糖 外膜 肽聚糖 第二章原核微生物 细菌细胞壁功能 1 保护原生质体免受渗透压引起的破裂作用 2 维持细菌的形态 溶菌酶处理不同形态的菌体细胞壁后 菌体均呈球状 3 细胞壁为多孔结构的分子筛 可以阻挡某些分子的进入 4 细胞壁为鞭毛提供支点 使鞭毛运动 第二章原核微生物 原生质体原生质体包括细胞质膜 细胞质及内含物 拟核 第二章原核微生物 细胞质膜 主要由磷脂双分子层和蛋白质构成 第二章原核微生物 第二章原核微生物 细胞膜的生理功能 是维持细胞内正常渗透压的屏障 选择性地控制细胞内 外的营养物质和代谢产物的运送 含有合成细胞壁和形成横膈膜组分的酶 合成细胞壁重要基地 膜内陷形成中间体 含有细胞色素 参与呼吸作用 膜上含有进行能量代谢的酶系 在细胞质膜上进行物质代谢和能量代谢 是细胞的产能场所 细胞质膜上有鞭毛基粒 是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位 第二章原核微生物 细胞质和内含物 细胞质 cytoplasm 是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明 胶状 颗粒状物质的总称 含水量约80 细胞质的主要成分为核糖体 内含颗粒 拟核 多种酶类和中间代谢物 各种营养物等 第二章原核微生物 细胞质内含物 核糖体是细胞质中的一种核糖 核蛋白的颗粒状物质由核糖核酸RNA 60 和蛋白质 40 组成 常以游离状态或多聚核糖状态分布于细胞质中 它是蛋白质的合成场所 第二章原核微生物 细胞质内含物 内含颗粒贮藏物是一类由不同化学成分累积而成的不溶性沉淀颗粒 当细菌生长到成熟阶段 因营养过剩而形成 主要功能是贮存营养物 如多聚磷酸盐颗粒 淀粉粒等 第二章原核微生物 拟核原核生物所特有的 无核膜结构 无固定形态的原始细胞核 没有核膜和核仁 它由DNA高度折叠组成 例如 大肠杆菌体长为1 2微米 但其DNA长度为1100微米 等于菌体的1000倍 由于高度折叠而只占菌体的很小一部分 拟核携带着细菌的全部遗传信息 其功能就是 决定着细菌的遗传性状和传递遗传信息 是重要的遗传物质 第二章原核微生物 第二章原核微生物 荚膜 粘液层 菌胶团 衣鞘 荚膜 有些细菌在细胞壁外面存在被外多糖 如果具有较好结构也不易洗掉 称为荚膜 如果薄并且容易消失称为粘液层 荚膜的成分一般为多糖 少数是蛋白质或多肽 也有多糖与多肽复合型 第二章原核微生物 荚膜的化学组成 含水率在90 98 其他有机组分为多糖或多肽 多数 水 多糖少数 水 多肽正是由于含水很多 荚膜很难在显微镜下被清晰观察到 但又很难被染料着色 为了观察清楚 人们想出了一个好办法 第二章原核微生物 荚膜的功能 1 具有荚膜的S 型肺炎链球菌毒力强 有助于侵入人体 2 具有保护功能 免受噬菌体的吞噬 免受干燥影响 3 当缺乏营养时 可作为碳源和能源 有的可作氮源 4 具有生物吸附作用 在污水生物处理中可将水中的有机物吸附到菌体上 第二章原核微生物 粘液层 有些细菌不产生荚膜 仍分泌粘液的多糖 其疏松的粘附在菌体细胞壁表面上 与外界没有明显的边缘 在污水处理中也有一定的生物吸附功能 第二章原核微生物 菌胶团 有些细菌由于遗传特性 细菌按一定的方式互相粘结在一起 并被一个公共的荚膜包围形成一定形状的细菌集团 称作菌胶团 形状有 蘑菇形 分支状 球形等 在污水处理中也有一定的生物吸附功能 第二章原核微生物 特殊的休眠构造 芽孢 某些细菌在其生长发育后期或遇到不良环境时 在细胞内形成一个圆形或椭圆形 厚壁 含水量极低 抗逆性极强的休眠体 称为芽孢 spore 偶译 内生孢子 所有的芽孢都可以抵挡外界不良环境 它是抵挡外界不良环境的休眠体 第二章原核微生物 第二章原核微生物 细菌芽孢的特点 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 产芽孢的细菌多为杆菌 也有一些球菌 芽孢的有无 形态 大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标 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 第二章原核微生物 芽孢与母细胞相比不论化学组成 细微结构 生理功能等方面都完全不同 1 含水率低 38 40 细菌平均含水率在70 90 2 芽孢壁厚而致密 分为三层 外层为蛋白质性质 中层为皮层 由肽聚糖构成 内层为孢子壁 肽聚糖构成 芽孢萌发时 孢子壁形成细胞壁 3 含有耐热性的2 6 吡啶二羧酸 芽孢变成细胞时 2 6 吡啶二羧酸消失 4 含有耐热性的酶 第二章原核微生物 由于芽孢具有上述本领 可以对不良环境 高温 干燥 光线 化学药物有很强的抵抗力 例如 细菌的营养细胞在70 80 时10min就会死亡 可芽孢在120 140 时可生存几个小时 第二章原核微生物 鞭毛由细胞质膜上的鞭毛基粒长出穿过细胞壁伸向外体的一条纤细的波浪状的丝状物叫鞭毛 第二章原核微生物 三 细菌的培养特征1 细菌在固体培养基上的培养特征2 细菌在明胶培养基中的培养特征3 细菌在半固体培养基中的培养特征4 细菌在液体培养基中的培养特征 第二章原核微生物 细菌在固体培养基上的培养特征在不同培养基上细菌会出现具有不同的培养特征 在固体培养基上 称为菌落 菌落 单个微生物接种在固体培养基上 在合适的条件下培养一段时间 生长繁殖形成一堆由无数个个体组成的肉眼可见的群体 菌落特征 大小 形状 光泽 颜色 质地软硬 透明度等 第二章原核微生物 第二章原核微生物 第二章原核微生物 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 细菌在明胶培养基中的培养特征用穿刺接种法将某种在明胶培养基中培养 能产生明胶水解酶水解明胶 不同的细菌将明胶水解成不同形态的溶菌区 依据这些不同形态的溶菌区或溶菌与否可将细菌进行分类 第二章原核微生物 细菌在半固体培养基中的培养特征根据细菌的生长状态判断细菌的呼吸类型和鞭毛有无 能否运到 第二章原核微生物 细菌在液体培养基中的培养特征在液体培养基中 细菌整个个体与培养基接触 可以自由扩散生长 细菌在液体培养基中的培养特征是分类依据之一 第二章原核微生物 四 细菌的物理化学特征 一 细菌表面电荷和等电点细菌表面带负电荷 由细菌表面的蛋白质 两性电解质 的等电点和外界的pH值所决定 二 细菌染色原理及染色方法1 染色原理通过染色 可增加菌体与背景的反差 在显微镜下可清楚地看见菌体的形态 常用的染料是碱性染料 由于细菌表面经常带负电 特殊的染色方法 如 鞭毛染色 负染色法等 2 染色方法染色方法分两大类 简单染色和复合染色 第二章原核微生物 3 革兰氏染色法革兰氏染色的机制有以下两点