第八章 细菌(1-3)VIP

.,第十一章细菌学概论,细菌放线菌其它原核生物,.,细菌的形态和结构1、大小及基本形态2、形态鉴定3、细胞结构细菌的营养与生长繁殖细菌的代谢与分布（自学）细菌的感染与致病性,细菌（bacteria）一类有独特细胞壁，并以无性二分裂法繁殖的单细胞原核细胞型微生物。,.,0.51mm（直径）,0.21mm（直径）X180mm（长度）,0.31mm（直径）X150mm（长度是菌体两端点之间的距离，而非实际长度),第一节细菌的形态和结构一、大小及基本形态,杆状,螺旋状,球状,.,基本形态：1、球状,.,金黄色葡萄球菌,.,淋病奈瑟氏球菌,.,肺炎链球菌,.,2、杆状,.,枯草芽孢杆菌,地衣芽孢杆菌,.,铜绿假单胞菌（绿脓杆菌）,.,炭疽病的病原菌-炭疽杆菌,.,破伤风梭菌,.,3、螺旋状,弧菌,螺旋菌,螺旋体菌,.,特殊形态的细菌,.,异常形态,物理、化学因子的刺激,培养时间过长,阻碍细胞正常发育,细胞衰老,营养缺乏,自身代谢产物积累过多,异常形态,正常形态,环境条件恢复正常,结核杆菌的正常形态,结核杆菌的异常形态,.,染料,中性溶液中细菌细胞带负电荷。碱性染料（basicdye）其阳离子部分为发色基团，可与细胞中带负电的组分结合。如Crystalviolet（结晶紫）,Safranin（沙黄）,Methyleneblue（美兰，亚甲基蓝）等。,二、形态鉴定,.,.,涂片,干燥,固定,染色1min,水洗、吸干,镜检,简单染色,制备涂片标本染色,.,步骤：涂片固定酸性复红初染3%醋酸酒精脱色美蓝复染镜检,抗酸染色法,结果:抗酸菌红色；非抗酸菌蓝色。,.,步骤：,结果:阳性菌紫色阴性菌红色,由丹麦医生HansChristianGram于1884年创立。,革兰氏染色法（GramStain）,G菌：细胞壁厚，肽聚糖结构致密，交联度大，当乙醇脱色时，肽聚糖脱水而网孔缩小，故保留结晶紫-碘复合物在细胞膜上,呈紫色。G菌：肽聚糖层薄，交联松散，乙醇脱色不能使其结构收缩，其脂含量高,乙醇将脂溶解，缝隙加大，结晶紫-碘复合物溶出细胞壁，稀释复红复染后呈红色。,稀释复红复染,革兰氏染色原理,.,Figure1-AGramstainofGram+Staphylococcuscells.,Figure2-GramstainofGram-E.colicells,.,负染色,.,基本结构细胞壁细胞膜（间体）细胞质核质（质粒）,特殊结构（一）荚膜(capsule)（二）鞭毛(flagella)（三）菌毛(fimbria，pilus)（四）芽胞(spore),三、结构,.,G+和G-细胞壁共有成份肽聚糖G+和G-细胞壁的主要区别细胞壁的主要功能细胞壁缺损型细菌,细胞壁,.,肽聚糖是由N乙酰胞壁酸（NAM）和N乙酰葡糖胺（NAG）(以-1,4糖苷键交替连接)以及短肽侧链（连接于NAM上）组成的亚单位聚合而成的大分子聚合物。相连主链上的短肽侧链通过一条肽桥、或直接相连，从而形成网状分子结构。,细胞壁的基本骨架肽聚糖（共有成分）,G+菌肽聚糖单体,G-菌肽聚糖单体,内消旋二氨基庚二酸(m-DAP)（只在原核微生物细胞壁上发现）,.,没有特殊的肽桥，只形成较为疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套,G+菌肽聚糖,G-菌肽聚糖,.,肽聚糖的特点,为原核生物所特有(古细菌例外)D-型氨基酸和DAP在真核细胞中未发现,.,革兰氏阳性细胞：细胞壁厚、单层、含特有的磷壁酸,革兰氏阴性细胞：细胞壁薄、多层，含脂多糖、脂蛋白等外膜,.,膜磷壁酸:与菌细胞原生质膜的脂类结合。,磷壁酸(teichoicacid)革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成分，主要成分：甘油型磷壁酸或核糖醇型磷壁酸。,壁磷壁酸:含量多，通过共价键与肽聚糖分子结合,并延伸到肽聚糖分子表面,带有负电荷。,.,主要生理功能：,增强细胞膜对二价阳离子的吸收,提高细胞膜表面酶的活性,贮藏磷元素；,增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、避免被白细胞吞噬以及抗补体的作用；,构成细胞壁的表面抗原成分；,噬菌体的特异性吸附受体；,调节细胞内自溶素(autolysin)的活力，防止细胞因自溶而死亡。,可作为细菌分类、鉴定的依据,.,外膜(outermembrane):由脂多糖、磷脂和脂蛋白等组成。,脂蛋白(lipoprotein)：通过共价键使外膜层牢固地连接在肽聚糖内壁层上。外膜蛋白(outermembraneprotein)：嵌合在LPS和磷脂层外膜上，可对进入外膜层的物质进行选择。,周质空间(periplasmicspace,periplasm):进出细胞的物质的重要中转站和反应场所.,.,脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）,由类脂A、核心多糖和O-特异侧链（或称O-多糖或O-抗原）三部分组成。,脂多糖的主要功能:G细菌的表面抗原；吸附Mg2+、Ca2+等阳离子；内毒素的物质基础（主要为类脂A）；噬菌体的吸附受体,.,革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较,.,革兰阳性菌和革兰阴性菌一些特性的比较,.,细胞壁的功能：,（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、消化酶和青霉素等有害物质的损伤；,（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；,.,溶菌酶对细胞壁的作用,可切断NAM和NAG之间的1，4糖苷键，引起细菌裂解。,.,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，抑制了短肽之间的交联，使肽聚糖的合成中断（对G+菌，抑制侧链末端的丙氨酸与五肽桥的连接），因此，Penicillium仅对正在生长着的细菌，且主要是对G+菌有效。,.,细胞壁缺陷细菌：,缺壁突变L型细菌实验室或宿主体内形成基本去尽原生质体（G+）缺壁细菌人工去壁部分去除圆球体（G-）在自然界长期进化中形成支原体,spheroplast,L-form,protoplast,Mycoplasma,细胞壁缺损型细菌的特点：1、对环境敏感：渗透压、震荡、离心，易溶菌2、有鞭毛，而不能运动3、不被噬菌体感染（因为失去吸附位点）,.,细菌L型呈高度多形性，大小不一。着色不匀，无论其原为革兰阳性或阴性菌，形成L型后大多染成革兰阴性。,细菌L型的形态和染色性,蜡样芽胞杆菌L型的镜下形态（多形性）,.,细菌L型生长缓慢，营养要求高，对渗透压敏感，普通营养基上不能生长，培养时必须用高渗的含血清的培养基。形成三种类型的菌落。,细菌L型的培养特性和菌落形态,.,原生质体（protoplast）用溶菌酶或青霉素处理，形成的细胞壁完全缺陷的细胞，一般由革兰氏阳性细菌形成。,特点：对环境条件变化敏感；在适宜条件（如高渗培养基）可生长繁殖、恢复成有细胞壁的正常结构;易导入外源遗传物质，是研究遗传规律和育种的良好材料。,圆球体(spheroplast)革兰氏阴性细菌用溶菌酶或青霉素处理后获得的残留部分细胞壁的球形体。特点：与原生质体相比，它对外界环境具有一定的抗性，可在普通培养基上生长。,.,（二）细胞膜（cellmembrane，CM）,1、概念：又称质膜（plasmamembrane）、细胞质膜（cytoplasmicmembrane），是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜，厚约78nm，由磷脂（占20%30%）和蛋白质（占50%70%）组成。,观察分离方法：（1)质壁分离(2)选择性染色(3)电镜技术(4)溶菌酶处理,.,2、细胞膜的化学组成与结构模型：,1）磷脂,亲水的极性端,疏水的非极性端,.,（2）膜蛋白,2）具运输功能的整合蛋白（integralprotein）或内嵌蛋白（intrinsicprotein）,具有酶促作用的周边蛋白（peripheralprotein）或膜外蛋白(extrinsicprotein),膜蛋白约占细菌细胞膜的50%70%，比任何一种生物膜都高，而且种类也多。-细胞膜是一个重要的代谢活动中心。,.,液态镶嵌模型(fluidmosaicmodel),认为：膜是由球形蛋白与磷脂按照二维排列方式构成的流体镶嵌式，流动的脂类双分子层构成了膜的连续体，而蛋白质象孤岛一样无规则地漂流在磷脂类的海洋当中。,1972年Singer和Nicolson提出的细胞膜液态镶嵌模型,.,3、细胞膜的生理功能：,选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送；,是维持细胞内正常渗透压的屏障；,合成细胞壁和糖被的各种组分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、荚膜多糖等）的重要基地；,膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶系，是细胞的产能场所；,是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位；,.,间体（mesosome，或中体）：,细胞质膜内褶而形成的囊状构造，其中充满着层状或管状的泡囊。多见于革兰氏阳性细菌。,青霉素酶分泌、DNA复制、分配以及细胞分裂（参与隔膜形成）有关,“间体”仅是电镜制片时因脱水操作而引起的一种赝像,.,细胞质的主要成分为核糖体、贮藏物、多种酶类和中间代谢物、质粒、各种营养物和大分子的单体等，少数细菌还有类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等。,三）细胞质和内含物,1）概念：,细胞质（cytoplasm），又称原生质（protoplasm）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%。,.,2）颗粒状内含物,气泡,聚羟基丁酸,硫粒,糖原,碳源及能源,藻青素,氮源类,异染粒,磷源类,储藏物,羧酶体,颗粒状内含物,.,聚-羟丁酸(poly-hydroxybutyrate,PHB),PHB于1929年被发现，至今已发现60属以上的细菌能合成并贮藏。PHB不溶于水,易被脂溶性染料(如苏丹黑)着色。许多好氧菌和光合厌氧菌都含有PHB。,它无毒、可塑、易降解，被认为是生产医用塑料、生物降解塑料的良好原料。,.,硫粒是硫元素的贮藏体,功能：a.好氧硫细菌的能源b.厌氧硫细菌的电子供体,形成：当环境中H2S含量高时，在体内积累S；当H2S不足时,S氧化成硫酸盐，以提供被菌细胞生命活动所需能量：,H2SSSO4-2,.,淀粉粒和肝糖: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色，淀粉粒被碘成蓝色。脂肪粒：脂肪粒的折光性较强，它可被脂溶性染料染色；细胞生长旺盛时，脂肪粒增多，细胞遭破坏后，脂肪粒可游离出来。,肝糖、淀粉粒、脂肪滴,.,异染粒(metachromaticgranules),颗粒大小为0.51.0m，是无机偏磷酸的聚合物，一般在含磷丰富的环境下形成。功能是贮藏磷元素和能量，并可降低细胞的渗透压。,在暗视野显微镜下看到的迂回螺菌(Spirillumvolutans)异染粒（迂回体）,藻青素（cyanophycin）一种内源性氮源贮藏物，同时还兼有贮存能源的作用。通常存在于蓝细菌中。,.,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。例：许多光合细菌和水生细菌、盐杆菌常含有气泡。,.,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，不在染色体复制时期一般是单倍体。功能：负载遗传信息。,核质：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。,.,质粒细菌染色体外的共价闭合环状双链DNA分子分子量约为100106D.携带1100个基因,一个菌细胞可有一至数十个质粒。,.,质粒的种类,1、大肠杆菌的F因子2、细菌抗药质粒（R因子）3、大肠杆菌素质粒（Col因子）4、降解质粒5、Vi质粒,.,质粒应用基因克隆的载体,.,包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的粘液状物质称为糖被。糖被按其有无固定层次、层次厚薄可细分为：(大）荚膜：粘液状物质具有一定外形，相对稳定地附着在细胞壁外，厚度：0.2m。微荚膜（microcopsule)：粘液状物质较薄，厚度：0.2m，与细胞表面牢固结合。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。菌胶团(zoogloea):包裹在细胞群体上的胶状物质。,（一）荚膜(capsule),.,荚膜,粘液层,菌胶团,.,2）特点,（1）主要成分是多糖、多肽或蛋白质，尤以多糖居多。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。,（2）产生糖被是微生物的一种遗传特性，其菌落特征及血清学反应是细菌分类鉴定的指标之一。,（3）荚膜等并非细胞生活的必要结构，但它对细菌在环境中的生存有利。,.,荚膜与生产实践的关系,应用：荚膜也可以成为有价值的材料。如：Leucomostocmesenteroides的葡聚糖荚膜已用于生产代血浆的主要成分右旋糖酐和葡聚糖凝胶制剂；从油菜黄单胞菌（Xanthomonascampestris）荚膜提取黄原胶，它是优良的食品添加剂，又是石油开采中优良的压浆剂；用产菌胶团的菌进行污水处理等；通过荚膜的血清学反应进行细菌鉴定（荚膜膨胀试验）。危害：食品变质发粘；增强致病力；造成严重龋齿等。,.,3）荚膜的生理功能,1、荚膜富含水分，可保护细胞免于干燥；2、能抵御吞噬细胞的吞噬，保护菌体免受噬菌体和其他物质（溶菌酶和补体）的侵害；3、为主要表面抗原（K抗原），是有些病原菌的毒力因子；4、是某些病原菌必须的粘附因子；5、贮藏养料，是细胞外碳源和能源的储备物质,.,荚膜与菌落形态,光滑（Smooth,S-)型菌落产荚膜的细菌在固体培养基上形成的菌落表面湿润、有光泽、呈粘液状，称S-型菌落。,粗糙（Rough,R-)型菌落不产荚膜的细菌形成的菌落表面干燥、粗糙、称R-型菌落。,.,.,（二）鞭毛(flagella)某些细菌细胞表面着生的一至数十条长丝状、螺旋形的附属物，具有推动细菌运动的功能，为细菌的“运动器官”。,.,鞭毛的着生方式,鞭毛的有无和着生方式具有十分重要的分类学意义,.,2）观察和判断细菌鞭毛的方法,电子显微镜直接观察,鞭毛长度：1520m；直径：0.010.02m,光学显微镜下观察：鞭毛染色和暗视野显微镜,根据培养特征判断：半固体穿刺、菌落（菌苔）形态血清学反应悬滴法,.,3）鞭毛的结构及其运动机制,.,鞭毛的功能：,1、细菌的运动器官；2、与致病性有关，如穿过黏膜表面覆盖的粘液层，易于黏附到易感细胞的表面等；3、细菌鉴定的指标（鞭毛蛋白的抗原性）,.,（三）菌毛(fimbria，复数fimbriae),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，与细菌的致病、吸附等有关。,.,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。,.,性毛(pili,单数pilus),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。,.,芽胞(spore),1）概念：某些细菌生长到一定阶段在