第一章原核生物的形态、构造和功能.ppt

全国及国际奥赛纲要对微生物学理论部分的要求,微生物的细胞生物学：细菌的结构和繁殖、光养和化养生物技术（生物工程学）：发酵（微生物工程）免疫：抗原和抗体、细胞和体液免疫、免疫失调引起的疾病生物系统学原核：细菌门、蓝藻门、原绿藻门、放线菌门、立克次氏体、支原体、衣原体真核：红藻门、褐藻门、绿藻门、裸藻门、金藻门、粘菌门接合菌门、子囊菌门、担子菌门、原生动物病毒：噬菌体、类病毒、病毒的结构和繁殖微生物的特殊代谢途径：生物固氮、有害物质的富集,1,二、微生物学的知识体系,微生物学,生态与多样性,感染与免疫,2,第一章原核生物的形态、构造和功能,第一节细菌第二节放线菌第三节蓝细菌第四节支原体、立克次氏体和衣原体,3,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（nuclearregion）的裸露DNA的原始单细胞生物。（真细菌、古生菌）根据外表特征分为6大类三菌三体细菌（狭义的）放线菌蓝细菌支原体立克次氏体衣原体,4,第一节细菌（Bacteria）,是一类细胞细短（直径0.5um、长度0.5-5um)、结构简单、胞壁坚韧、多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。分布作用有害、有益,一、细菌的形态构造及其功能,（一）形态和染色细菌的三种基本形态细菌的大小细菌染色法(二）构造1、细菌细胞的一般构造2、细菌细胞的特殊构造,6,细菌的三种基本形态球状、杆状及螺旋状,数量：杆菌最为常见，球菌其次，螺旋菌较少。,球菌（Coccus）,根据分裂的方向及分裂后的排列方式分为：单球菌双球菌链球菌四联球菌八叠球菌葡萄球菌,单球菌,分裂后的细胞分散而单独存在的球菌.如尿素微球菌(Micrococcusureae),双球菌,分裂后两个球菌成对排列的为双球菌.如肺炎双球菌(Diplococcuspneumoniae),链球菌,分裂是沿一个平面进行，分裂后细胞排列成链状.如乳链球菌（Streptococcuslactis）,四联球菌,分裂是沿两个相垂直的平面进行，分裂，分裂后每四个细胞在一起呈田字形.如四联微球菌（Micrococcustetragenus）,八叠球菌,按三个互相垂直的平面进行分裂后，每八个球菌在一起成立方体形.如藤黄八叠球菌（Sarcinaureae),葡萄球菌,分裂面不规则，多个球菌聚在一起，像一串串葡萄。如金黄色葡萄球菌（Staphylococcusaureus),杆菌（Bacillus）,杆菌的形态：短杆状、长杆状、棒杆状、梭状杆状、月亮状、竹节状等；,杆菌是细菌中种类最多的类型,大肠杆菌E.coli.,肺结核分支杆菌,沙门氏杆菌,炭疽热杆菌,螺旋菌（Spirilla）,弧菌（vibrio)螺菌（spirillum）螺旋体（spirochaeta),Unusuallyshapedbacteria,细菌的大小,测量方法：测微尺长度单位：微米（um)表示方法：球菌：直径(微米)杆菌：宽X长(微米)螺菌：宽X长(微米),最大细菌Thiomargaritanamibiensis（纳米比亚嗜硫珠菌）,0.32-1.00mm,最小细菌nanobacteria(纳米细菌）,50nm(或0.05um),细菌染色法,微生物染色方法一般分为:单染色法、复染色法。单染色法：用一种染料使微生物染色，但不能鉴别微生物。复染色法：是用两种或两种以上染料，有协助鉴别微生物的作用。故亦称鉴别染色法。常用的复染色法有：革兰氏染色法；抗酸性染色法；特殊染色法（鉴别细胞各部分结构：如芽胞、鞭毛、荚膜、细胞核等）。,（二）构造,1、细菌细胞的一般构造细胞壁（cellwall）,基本成份肽聚糖革兰阳性菌特有成份磷壁酸革兰阴性菌特有成份外膜,（1）G+细菌的细胞壁,肽聚糖占90%磷壁酸占10%,G+细菌肽聚糖（peptidoglycan）,肽聚糖又称粘肽，是真细菌细胞壁特有的成分。由双糖单位、四肽侧链、肽桥（或肽键）组成。,磷壁酸（teichoicacid）,是G+菌细胞壁的特有成分，分壁磷壁酸和膜磷壁酸。磷壁酸是G+菌重要的表面抗原；膜磷壁酸可以粘附宿主细胞，与细菌的致病性有关。,（2）G-细菌的细胞壁,肽聚糖（peptidoglycan）占5-20%外膜（outermembrane）：脂多糖、磷脂、外膜蛋白。,G-细菌肽聚糖（peptidoglycan）,由双糖单位、四肽侧链、肽键组成。大肠杆菌E.coli,与G+细菌肽聚糖的区别,1、四肽尾的第三位氨基酸被m-DAP代替；2、无特殊肽桥，肽尾间通过肽键直接相连；3、交联结构较为疏松。,青霉素及溶菌酶的作用部位,外膜,脂多糖、磷脂、外膜蛋白。,36,脂多糖（lipopolysaccharideLPS）,位于磷脂外侧，是G菌的内毒素，由内向外依次由类脂A、核心多糖和O-特异侧链组成。类脂A:内毒素的毒性成分;核心多糖:构成G-菌的属特异性抗原;O-特异侧链:构成G-菌的菌体抗原，也称为O抗原.,磷脂,与细胞膜化学组成类似，与物质交换有关。,38,外膜蛋白,脂蛋白：孔蛋白：,G-细菌与G+细菌一系列生物学特性的比较,革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌细胞壁结构比较,古生菌（Archaea）的细胞壁（略）,包括产甲烷菌以及大多数嗜极菌如极端嗜盐菌、极端嗜热菌等古生菌的细胞壁中不含肽聚糖，由假肽聚糖、糖蛋白、蛋白质组成假肽聚糖：产甲烷杆菌,42,细胞壁革兰氏染色,43,抗酸性染色法,检查抗酸细菌(如结核杆菌、麻风杆菌、分支杆菌等)的一种特殊染色法。常用的是先以浓石炭酸复红加温初染，随即以盐酸酒精或硫酸水脱色，最后用美蓝液复染。如属于抗酸细菌，呈红色，因菌体有抗御酸类脱色的特性，故能保持初染的红色。如属于一般细菌，则呈蓝色，因菌体无抗酸能力，初染的红色被酸类所脱去，故被复染成蓝色。,抗酸性染色原理,分支杆菌的细胞壁有特殊的脂类物质分枝菌酸，分支菌酸厚且呈蜡质，可以抵御酸性酒精的脱色作用。,缺壁细菌,实验室中形成,自然界长期进化中形成：支原体,自发缺壁突变：L型细菌（L-formofbacteria）,人工方法去壁,彻底除尽：原生质体（protoplast）,部分去除：球状体（sphaeroplast）,缺壁细菌(cellwalldeficientbacteria）,细胞壁的功能,维持细菌的固有外形，保护细胞免受渗透压等外力的损伤；为细菌的生长、分裂和鞭毛运动所必需；阻拦大分子有害物质进入细胞；与细菌的抗原性和对噬菌体的敏感性密切相关。,47,细菌细胞的一般构造细胞膜（cellmembrane）,与真核细胞膜的不同点：不含胆固醇、形成间体。间体（mesosome，或中体）：细菌细胞膜内陷形成的中隔，可增加细胞膜的表面积，参与细菌的呼吸、生物合成和细菌分裂。,细胞膜的功能,1、物质交换：选择性通透作用，摄取营养，排出代谢产物。2、生物合成：细菌无细胞器，合成酶位于细胞膜。粘肽、磷壁酸、磷脂、脂多糖、荚膜、鞭毛等多种菌体成分在细胞膜上合成。3、呼吸作用：各种呼吸酶，包括细胞色素、脱氢酶等均在细胞膜上，相当于真核细胞的线粒体，是细菌能量代谢的场所。4、协助鞭毛运动。,49,细菌细胞的一般构造细胞质和内含物,细胞质化学组成：主要成分是水、蛋白质、核酸、脂类，少量糖类和无机盐。内含物如大量核糖体、胞浆颗粒以及质粒。,50,核糖体（ribosome),是分散在细胞质中的颗粒状结构，由核糖体核酸（占60%）和蛋白质（占40%）组成。细菌的核糖体沉降系数为：70s，由50s大亚基和30s小亚基构成。功能：是细胞合成蛋白质的机构。,51,胞浆粒状,聚-羟基丁酸（poly-hydroxybutirate，PHB）：,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。,异染颗粒,多聚偏磷酸盐的聚合物,功能：贮存磷元素和能量，降低渗透压。,羧酶体,又称羧化体，是存在于一些自养细菌细胞内的多角形或六角形内含物。与CO2的固定有关。,55,细菌细胞的一般构造核区（nuclearregion）,由裸露的双股DNA盘绕组成，没有组蛋白包绕，也没有核膜包裹，因此叫核质，或称为拟核。,质粒,是细菌染色体外的遗传物质，由双股环状DNA构成。重要的常见质粒有F质粒、R质粒等。,细菌细胞的特殊构造糖被（glycocalyx）,主要成分：多糖，少数为多肽（或复合型）。荚膜微荚膜黏液层菌胶团,荚膜（capsule或macrocapsule),功能：抗吞噬抗不良环境粘附作用等。,细菌细胞的特殊构造鞭毛,鞭毛是细菌的运动器(长15-20um,直径0.01-0.02um），主要成分为蛋白质，构成细菌的H抗原。着生方式：,鞭毛的构造（以E.coli为例),鞭毛的结构：鞭毛丝鞭毛鞭毛钩基体,62,鞭毛的观察,电镜特殊鞭毛染色，在光学显微镜下观察半固体穿刺培养悬滴法观察从固体培养基上的菌落形态判断菌落形状大，薄且不规则，边缘极不平整，可能有鞭毛。菌落十分圆滑，边缘平整且相对较厚，可能没有鞭毛。,64,“栓菌”试验“旋转论”的证明,细菌细胞的特殊构造菌毛（fimbria）和性毛(pilus）,普通菌毛是细菌的黏附结构。性菌毛是细菌传递遗传物质的结构。,67,细菌细胞的特殊构造芽孢和其他休眠构造,芽孢（endospore,spore)结构：特点：芽孢耐热机制：渗透调节皮层膨胀学说；DPA-Ca,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。产生芽孢的几个属：(Bacillus)芽孢杆菌属(Clostridium)梭状芽孢杆菌属(Sporosarcina)芽孢八叠球菌属,70,细菌细胞的特殊构造伴胞晶体(parasporalcrystal）,伴孢晶体蛋白(Parasporalcrystalprotein)又称d内毒素，是苏云金杆菌(Bacillusthuringiensis)在形成芽孢时，形成的一类对昆虫具有毒杀作用的小分子蛋白质或多肽。晶体蛋白的形状：主要有菱形、方形、长方形、椭圆形、不规则形等。伴孢晶体蛋白在碱性条件下能溶解成原毒素，而原毒素在蛋白酶的作用下可水解成具有杀虫活性的小分子多肽，是苏云金杆菌杀虫的主要活性成分。,71,(三）细菌的繁殖,1、裂殖（fission）2、芽殖（budding）,裂殖（fission）,芽殖（budding）,二、细菌的群体形态,（一）、在固体培养基上（内）的群体形态（二）、在半固体培养基上（内）的群体形态（三）、在液体培养基上（内）的群体形态,75,在固体培养基上（内）的群体形态,菌落概念：菌落特征是细菌分类的依据之一,菌落和菌苔,在半固体培养基上（内）的群体形态,在液体培养基上（内）的群体形态,第二节放线菌（actinomyces）,是一类主要呈丝状生长和以孢子繁殖的陆生性很强的原核生物（G+）。分布：作用：,一、放线菌的形态构造（典型放线菌链霉菌Streptomyces的形态构造）,基内菌丝、气生菌丝、孢子丝。,放线菌的代表属,链霉菌属(Streptomyces)共约1000多种。具有发育良好的菌丝体，菌丝体有基内菌丝、气生菌丝、和孢子丝之分；孢子丝和孢子的形态因种而异。抗生素主要由放线菌产生，而其中90%由链霉菌产生。,82,第三节蓝细菌（Cyanobacteria）,含有叶绿素a、无鞭毛、进行产氧型光合作用的G-大型原核生物。,用途,已知蓝细菌有20多种具固氮作用，故在农业上，尤其是热带，已成为保持土壤氮素营养水平的主要因素。在水稻田中培养蓝细菌作为生物氮肥，可以提高土壤的肥力。临床上它能用于治疗肝硬化、贫血、白内障、青光眼、胰腺炎等疾病，对糖尿病、肝炎也有一定疗效。作为食品和营养品。,84,蓝藻细胞的基本特征：1）中心质：是遗传物质DNA所在的部位，相当于细菌的核区，称为中心质或中央体。,蓝藻细胞模式图,2）光合作用片层是位于细胞质部分的同心环样的膜片层结构，上面规则地排列着直径约35nm的小体，称藻胆蛋白体。,85,藻胆蛋白的作用是将光能传递给叶绿素a。蓝藻不含叶绿素b,所以光合效率比高等植物低。蓝藻的光合作用于细菌不同：蓝藻放出氧气，而光合细菌不能放出氧气。3）细胞内含物蓝藻细胞包含许多各具特点的内含物，包括蓝藻淀粉、脂滴、颗粒体、多磷酸脂体、多角体等。内含物的形态各异，与细胞的生理状态、发育时期和环境因素有关。功能有的是储存养料，有的功能不清。4）细胞表面结构细胞壁电镜观察可见四个结构层次，除了含有和高等植物一样的纤维素成分外，还含有与细菌相似的肽聚糖。胶质层细胞壁外的胶质层也称为鞘。易被碱性燃料着色。鞘对于蓝藻抵抗不良环境很重要。,86,细胞特化形式,异形胞专司固氮功能静息孢子抵御干旱等不良环境链丝缎/连锁体/藻殖段繁殖功能,87,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均属G、代谢能力差，主要营细胞内寄生的小型原核生物。从支原体、立克次氏体到衣原体，寄生性逐步增强，所以是介与细菌与病毒间的一类原核生物。（表1-4）,88,支原体（Mycop