第二章 原核微生物.ppt

第二章原核微生物,第二节细菌（Bacteria),第三节古细菌(Archaeobacteria),第一节原核微生物的分类和鉴定,通过本章学习，要求掌握：1、真细菌、放线菌、蓝细菌、古生菌的形态特点及各类群代表微生物的主要特点及应用价值。2、原核微生物分类，命名的基本知识。重点：原核微生物的分类依据及代表种类的特征。难点：代表原核微生物的拉丁学名和主要特点。,微生物分类学(Taxonomy),是一门按微生物类群的亲缘关系把它们安排成条理清楚的各种分类单元或分类群(Taxon)的科学。,分类学的任务,域（Domain）门（PhylumorDivision）纲（Class）目（Order）科（Family）属（Genus）种（Species）,种是最基本的分类单位。可在分类单元之间科加入亚门、亚纲等次要分类单位。种以下又可分为亚种、变种、菌株等。,细菌域变形菌门-变形菌纲肠杆菌目肠杆菌科埃希氏菌属大肠杆菌种,划分“种”的前提:1.要特征明显，没有中间类型2.要求特征固定。,微生物的种具有如下特征:1.形态、生理特征相同。2.有共同的起源。3.是分类的基本单位，也是进化的单位。4.是繁殖的单位，同种才能产生后代，不同的种不能产生后代。5.种有遗传的稳定性，同时也存在变异性。,种与其它分类级的区别:1.它是繁殖的基本单位。2.它是分类的基本单位。,亚种种的进一步细分单元，是正式分类单元中最低的分类等级。指菌种在某一个特征上与模式种有明显而稳定的差异，但又不足以区分为新种。如金黄色葡萄球菌的厌氧亚种（Staphylococcusaureussubsp.anaerbius）。,菌株（strain）从自然界中分离得到的任何一种微生物的纯培养物都可以称为微生物的一个菌株，指同种微生物不同来源的纯培养物即单个分离物的纯培养后代；用实验方法（诱变等）所获得的某一菌株的变异型，也可以称为一个新的菌株，以便与原来的菌株相区别。,微生物的命名按国际命名法命名，即Linna所创立的“双名法”。每一种微生物都用属与种命名，由2个拉丁词文字组成。属名和种名用斜体表达。属名在前，拉丁名词表示微生物构造、形态、某科学家名字等，描述微生物的主要特征。第一字母大写。种名在后，用小写字母。用拉丁形容词表示，描述微生物的色素、形状、来源、病名、地名、某科学家的名字等。在种名后，附上命名者的姓和命名年份。,例如:BacillussubtilisCohn1872;属名种名定名人定名时间,如果发现了一个原核生物，通过初步研究只知属于哪一个属，不知是何种时可用下列方式表示：属名+sp.(单数)或spp(复数)。如Nocardiasp.Nocardiaspp.,亚种的表示法:用三名组合表示:属名+种名+subsp.+亚种名Bacilluscereussubsp.mycoides蜡状芽孢杆菌蕈状亚种。,如果命名对象是新种，需在种名后加n.sp(即novospecies)；,（一）传统分类法（二）分子分类法（三）多相分类法,（一）传统分类法,根据菌株的形态特征、培养特征及生理生化特征等表现型特征进行分类的方法，这是微生物分类鉴定中通常采用的方法。,1、常规方法,2、数值分类法,用数理统计方法来处理细菌的各种特征,求出相似值,以其相似性的大小决定细菌在分类学中的关系,并把它们分为各个类群。,数值分类的原则：根据尽可能多的性状分类，以揭示单位间的真实关系分类时视每个性状为同等重要，以避免分类者的主观偏见，使结果比较客观、明确而且可以重复；按性状的相似度归为等同分类单元或分类群的表现群或表元。,两个概念：表观群：指建立在表现型特征基础上的类群运作分类单位：指分类研究的个体，一般指菌株,(1)选择菌株和待测性状分类单位可以是菌株,也可以是种,在数值分类中把最低的分类单位称为运算单位(OTU)。传统分类所使用的特征均可作为数字分类的特征，单项特征数目不少于50-60个。(2)性状编码所测的性状状态记录转变为计算机能识别运算的符号，+特征记1，-特征记0。(3)相似性计算将特征资料输入计算机计算相似性。(4)进行簇群分析也叫聚类分析，按相似性系数的大小进行分群聚类，以揭示各OUT间的关系。(5)输出聚类结果,数值分类可归纳为以下五个步骤:,相似性计算：,在原核生物分类中，常用Ssm(匹配系数)和Sj(相似系数)表示。Ssm=(a+d)/(a+b+c+d)Sj=a/(a+c+b),a，表示两个OTU的性状编码皆为“1”的个数；b，表示一个OTU为“1”，另一个OTU为“0”的性状个数；c，表示一个OTU为“0”，另一个OTU为“1”的性状个数；d，表示两个OTU皆为“0”的性状个数。,将各运算单位(OTU)之间的匹配系数排列出矩阵图,输出结果：,（二）分子分类法,是在分子水平上对生物个体的信息大分子DNA、RNA和蛋白质进行研究，将获得的遗传型信息用于对生物个体的分类鉴定。,1、G+C摩尔百分比分析（G+C）,(G+C)值是微生物(除少数以RNA为遗传物质的病毒)的一个基本遗传特征，即使个别基因突变，碱基组成也不会发生明显变化.常以DNA中鸟嘌呤（G）加胞嘧啶（C）的摩尔（mol）数的百分比来表示：(G+C)(mol)(G+C)100(A+T)十(G+C)(mol),原核微生物DNA(G+C)mol为2080。真核微生物DNA(G+C)mol为3060。,同种不同菌株G+Cmol%差异应在4-5%以下。同属不同种的G+Cmol%差异应小于10-15%，通常小于10%,(G+C)相同或相近的微生物并非必然亲缘关系密切，也就是说，并非一定就是相同或相近的种属。但(G+C)值有明显差异的微生物肯定不会属于同一个种。,G+C%的测定方法:,A、化学测定法,B、熔解温度(Tm)法,当DNA在一定温度下开始解链时，在260nm处吸收光谱明显增加，达到一定的温度后DNA全部解链，吸收光谱不再增加。,将25时DNA吸收光密度定为A25，测定不同解链温度的光密度定为At，以AtA25为纵坐标，加热温度为横坐标，作图,即可得出一条S形曲线,曲线的中点即为Tm值。,先用酶水解DNA，用纸层析分离核苷酸碱基，然后洗脱和定量单个碱基。,2、DNA-DNA杂交,测定两菌株DNA碱基顺序的相似性(同源性)来判断其亲缘关系,基本原理：,同源性60%为同一个种同源性70%为同一个亚种同源性20-60%为同属不同种,（三）多相分类法,采用现代分类的多种方法，综合表现型和遗传型信息对原核微生物进行分类鉴定和系统发育研究的过程。,选择多相分类法应考虑：,细胞全基因组背景而不仅仅考虑少数几个特征,对高度相似或差异很大的菌株都有效,快速、重复性好,世界上比较权威的细菌分类系统有三个：前苏联克拉西尼柯夫系统法国的普雷沃系统美国的伯杰氏系统,伯杰氏鉴定细菌学手册(BergeysManualofDeterminativeBacteriology),美国宾夕法尼亚大学的细菌学教授伯杰(D.Bergey)(1860-1937),1957年第七版后，越来越广泛地吸收了国际上细菌分类学家参加编写(如1974年第八版，撰稿人多达130多位，涉及15个国家；现行版本撰稿人多达300多人，涉及近20个国家)，所以它的近代版本反映了出版年代细菌分类学的最新成果，因而逐渐确立了在国际上对细菌进行全面分类的权威地位。,伯杰氏系统细菌学手册(BergeysManualofSystematicBacteriology),伯杰氏手册是目前进行细菌分类、鉴定的最重要依据，其特点是描述非常详细，包括对细菌各个属种的特征及进行鉴定所需做的实验的具体方法。,（20世纪80年代末期）,伯杰氏鉴定细菌学手册(BergeysManualofDeterminativeBacteriology),伯杰氏系统细菌学手册第二版主要依据16SrRNA序列相似性（也考虑形态和生化特征）将原核生物分为古细菌和细菌2个域，下设26门，41纲，88目，240科，包括1194属，6466种，分为五卷本出版。,3、伯杰氏系统细菌学手册第二版,第一卷，古生菌、深刻分支的和光能营养细菌第二卷，变形杆菌第三卷，低GC含量的革兰氏阳性细菌第四卷，高GC含量的革兰氏阳性细菌第五卷，浮霉状菌、螺旋体、丝杆菌、拟杆菌和梭杆菌,1、球菌(coccus),细胞个体呈球形或椭圆形，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。,双球菌,链球菌,四联球菌,八叠球菌,葡萄球菌,单球菌,2、杆菌(bacillus),细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较稳定，而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。,单杆菌,双杆菌,链杆菌,球杆菌,杆菌是细菌中种类最多的,生产中所应用的细菌也大多是杆菌。,3、螺旋状菌(spiral-shapedbacteria),弧菌,螺旋菌,螺旋体菌,菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，形成C字或逗号，鞭毛偏端生。,菌体弯曲一圈以上，回转如螺旋。鞭毛二端生，细胞壁坚韧，菌体较硬；借鞭毛运动。,菌体柔软，由原生质柱状体、轴丝和外鞘组成，依靠缠绕原生质柱的轴丝伸缩运动。,柄细菌、肾形菌、臂微菌、网格硫细菌、贝日阿托氏菌(丝状)、具有子实体的粘细菌等是特殊形态的细菌。,4、特殊形态的细菌,细菌的大小测量单位是m,杆菌和螺旋菌大小的表示通常用宽长来表示。细菌的大小受培养时间的影响,通常幼龄菌体比老菌体要大,同时也受测定方法的影响,测活菌的大小要比测染色涂片的大小大1/3-1/4。,细菌主要是通过无性繁殖产生后代。,细菌的繁殖方式,细菌分裂过程：菌体伸长核质体分裂，横隔膜形成形成横隔壁子细胞分离,裂殖（fission）是指一个细胞通过分裂形成两个子细胞的过程。,异形分裂:如柄细菌,多次分裂:如蛭弧菌,劈裂:如节杆菌,芽殖:如生丝微菌,是指在母细胞表面先形成一个小突起，待其长大到与母细胞相仿后再相互分离并独立生活的一种繁殖方式。,菌落（colony）是指单个微生物在适宜的固体培养基表面或内部生长、繁殖到一定程度可以形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞生长群体。当固体培养基表面众多菌落连成一片时，便成为菌苔(1awn)。,菌落,菌苔,菌落特征各种细菌在一定条件下形成的菌落具有一定的稳定性和专一性特征。它是衡量菌种纯度、辨认和鉴定菌种的重要依据。,菌落特征包括大小，形状，隆起形状，边缘情况，表面状态，表面光泽，质地，颜色，透明度等。,形状指菌落的外观形状;隆起度菌落切面形态;表面形态菌落表面形态,光滑,粗糙,粉状等。边缘菌落周边形状。光泽表面有无光泽,有荚膜的菌落(称S型)表面有光泽。无荚膜的菌落(称R型)表面无光泽。质地指粘性,脆性等。颜色正反面颜色即气生菌丝及基内菌丝颜色透明度透明、半透明、不透明。表面菌落生长在固体培养基表面的菌落。深层菌落生长在固体培养基里面的菌落。底层菌落生长在固体培养基底部的菌落。,平板菌落特征的描述,无鞭毛菌无鞭毛、不能运动的细菌，随着菌落中个体数目的剧增，只能依靠“硬挤”的方式来扩大菌落的体积和面积，形成了较小、较厚及边缘极其圆整的菌落。,鞭毛菌菌落大而扁平、形态不规则和边缘多缺刻。运动能力强的细菌还会出现树根状甚至能移动的菌落。前者如蕈状芽孢杆菌，后者如普通变形杆菌。,荚膜菌菌落十分光滑，并呈透明的蛋清状，形状较大。,芽孢细菌因芽孢引起的折光率变化而使菌落的外形变得很不透明或有“干燥”之感;并因其细胞分裂后常连成长链状而引起菌落表面粗糙、有褶皱感;再加上它们一般都有周生鞭毛，因此产生了既粗糙、多褶、不透明，又有外形及边缘不规则特征的独特菌落。,细菌的液体培养,也是鉴定细菌种类的一个重要特性，细菌的液体培养性状很不一样。,细菌的半固体培养,1）根据明胶液化层中呈现的不同形状判断某细菌是否产蛋白酶,2）根据半固体直立柱表面和穿刺线上细菌群体的生长状态和有否扩散现象判断该菌的运动能力,伯杰氏系统细菌学手册第2卷的全部内容，分为五个纲，记载有443属，共1500多种。,都是革兰氏阴性细菌。,根瘤菌固定大气中的气态氮为植物提供氮素养料；豆科植物的根的分泌物能刺激根瘤菌的生长，同时还为根瘤菌提供保护和稳定的生长条件。,（Rhizobium）,分类：快生型，中生型，慢生型分类标准：酵母粉甘露醇琼脂培养基（YMA）,在根瘤内分化为类菌体存在，常呈棒状、T形,特点：细胞直杆状或者稍微弯曲；端生鞭毛；G-；化能有机营养型细菌；,（Pseudomonas）,铜绿假单胞菌,铜绿假单胞菌在琼脂平板上能产生蓝绿色绿脓素，感染伤口时形成绿色脓液；,无荚膜，无芽孢，能运动的革兰氏阴性菌；,形态不一，成对排列或短链状，为专性需氧菌，最适宜生长温度为37，致病性铜绿假单胞菌在42时仍能生长；,（Pseudomonasaeruginosa）,小杆菌，G-，周生鞭毛，不产芽孢。兼性厌氧，发酵糖类产酸，通常不产气。,大肠杆菌,沙门氏菌,志贺氏菌,（一）概念,也称蓝藻或蓝绿藻（blue-greenalgae），是一类含有叶绿素a、能以水作为供氢体和电子供体、通过光合作用将光能转变成化学能、同化CO2为有机物质的光合细菌。,以前曾归于藻类，现归为原核生物类，因其具有以下特点：、核为原核；、细胞壁含有肽聚糖；、核糖体为70S；、没有单位膜包围的细胞器等特点。,（二）形态结构,形态和大小差异都很大（单细胞和单细胞组成的群体）；常有胶质外套，将多个菌体或细胞聚集在一起；无鞭毛，但能借助于黏液在固体表面滑行；细胞质中存在有气泡，利于菌体漂浮；在蓝细菌丝状体中间隔有比普通细胞稍大且透亮的厚壁细胞，称为异形胞(Heterocyst)。,异型胞是极端分化的细胞，其主要的功能是在有氧的条件下进行生物固氮。,（三）、蓝细菌的特性,原核微生物，属光合微生物。无有丝分裂，细胞壁与革兰氏阴性菌相似。主要进行分裂繁殖。还可在母细胞内分裂形成许多球形小孢子；也有在母细胞顶端以不对称的缢缩分裂形成外生孢子；也有以菌丝断裂释放出同源丝段。有些丝状蓝细菌可形成静息孢子作为休眠体。,蓝细菌的生活特征,光能自养型微生物，可以产氧型光合作用同化；许多种可固定氮素；喜中温，但生存温度范围很宽；恶性繁殖时形成“水华”(Waterbloom)，海洋里形成“赤潮”(Raltide)，产生的藻类毒素可积累在贝类中，人们食用贝类时易发生中毒。,（Clostridium）,菌体杆状,0.61.237um,多数生鞭毛,鞭毛周生。芽胞端生或着生在细胞中央并使菌体膨大成鼓棰状或梭状,多数革兰氏染色阳性,也有革兰氏染色不定的。化能有机营养型。绝大多数是严格厌气的。广泛生活在土壤、水体、动物及排泄物中。,肉毒梭菌,肉毒梭菌是一种生长在缺氧环境下的细菌，其产生的肉毒毒素是目前毒性最强的毒素之一。人们食入和吸收这种毒素后，神经系统将遭到破坏，出现头晕、呼吸困难和肌肉乏力等症状,应用：面部神经麻痹；美容,（Clostridiumbotulinum）,破伤风梭菌,破伤风梭菌（Clostridiumtetani）是引导起破伤风的病原菌，大量存在于人和动物肠道中，由粪便污染土壤，经伤口感染引起疾病。专性厌氧菌，潜伏期一般为7-14天。产生外毒素。,破伤风梭菌,菌体杆状，大小变化很大，0.32.227um，芽胞形态因种而定。多数革兰氏染色阳性，也有革兰氏染色不定的。多数生鞭毛，鞭毛周生。芽胞抗热，能耐80高温10分钟以上。严格好气或微好气。,（Bacillus）,梭菌,芽孢杆菌,小杆菌，不运动，不产芽孢，G+。兼性厌氧，同型乳酸发酵。,（Lactobacillus),（一）概念,放线菌是具有菌丝、以孢子进行繁殖、G+的原核微生物。,（二）形态与结构,菌丝直径与杆菌类似，约1mm；,单细胞，大多由分枝发达的菌丝组成；,基内菌丝或称营养菌丝生于培养基内，吸收营养；,气生菌丝或称二级菌丝伸向空间，形态各异，产生色素；,孢子丝形态和排列各异，形成分生孢子；,分生孢子形状、大小、表面、色素各异。,链霉菌属,气生菌丝,孢子丝,（三）基本特点,分支丝状体，原核微生物革兰氏染色阳性反应不运动大部分腐生菌，少数寄生菌，也有致病菌,（四）菌落形态,1、能产生大量分枝和气生菌丝的菌种（如链霉菌Streptomyces）,2、不能产生大量菌丝体的菌种（如诺卡氏菌Nocardia）,早期菌落类似细菌，后期由于气生菌丝和分生孢子的形成而变成表面干燥，粉粒状并常有辐射状皱折。菌落质地较致密，与培养基结合紧密，小而不蔓延，不易挑起或挑起后不易破碎。,菌落一般只有基质菌丝，结构松散，粘着力差，粉质，易于挑起，也有特征性的颜色。,（五）分布特点及与人类的关系,放线菌常以孢子或菌丝状态极其广泛地存在于自然界，土壤中最多，代谢产物使土壤具有特殊的泥腥味；抗生素的主要产生菌；许多酶和维生素的产生菌；甾体转化、石油脱蜡、污水处理；某些与植物共生固氮少数寄生型放线菌可引起人、动物、植物的疾病。,放线菌主要通过形成无性分生孢子的方式进行繁殖，也可靠菌丝片断进行繁殖。,链霉菌的不同特征孢子丝形态,直的,丛生，弯曲的,成束,单轮生，无螺旋,开环，原始螺旋，钩形,松螺旋,紧螺旋成团,带螺旋单轮生,无螺旋的二级轮生,带螺旋的二级轮生,1、诺卡氏菌属（Nocardia）,在固体培养基上生长时，只有基质菌丝，没有气生菌丝或只有很薄一层气生菌丝，靠菌丝断裂进行繁殖。,2.链霉菌属（Streptomyces）,在固体培养基上生长时，形成发达的基质菌丝和气生菌丝。气生菌丝生长到一定时候分化产生孢子丝。,链霉菌的气生菌丝和基质菌丝有各种不同的颜色，有的菌丝还产生可溶性色素分泌到培养基中，使培养基呈现各种颜色。,链霉菌的许多种类产生对人类有益的抗生素。如链霉素、红霉素，四环素等。,3.小单孢菌属（Micromonospora）,菌丝体纤细，只形成基质菌丝，不形成气生菌丝，在基质菌丝上长出许多小分枝，顶端着生一个孢子，多产抗生素。如庆大霉素就是由降红小单孢菌（M.purpurea）和棘孢小单孢菌(M.echinospora)产生的。,结核分枝杆菌,结核分枝杆菌(M.tuberculosis)，俗称结核杆菌，是引起结核病的病原菌。可侵犯全身各器官，但以肺结核为最多见。细长略带弯曲的杆菌，细胞壁脂质含量较高，约占干重的60%。影响营养物质的吸收，故生长缓慢。在一般培养基中每分裂1代需时1824h