原核生物的形态构造和功能市公开课获奖课件

1、原核生物：细胞核无核膜包裹，只有裸露DNA原始单细胞生物，即广义细菌。包括真细菌和古生菌。据外表特性可分为六类：细菌（狭义）、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体。第一章：原核微生物形态、结构和功效第1页第1页Cncnc-micro 细菌（bacteria）放线菌(actinomycetes）)蓝细菌(cyanobacteria)其它几种原核微生物(others)第2页第2页细菌是一类细胞体积小、结构简朴、细胞壁坚韧、以二分裂方式繁殖和水生性较强原核微生物。应用：工业、农业、医药、环境保护、国防等。危害：人、动物、植物传染病、食物和工农业产品腐烂变质。细菌（Bacteria）第3页第3页

2、细菌形态观测细菌办法细菌细胞大小细菌细胞结构细菌繁殖方式Cncnc-micro细菌群体形态细菌形态结构及其功效第4页第4页细菌细胞形态:依据细胞分裂方向及分裂后各子细胞空间排列状态不同,可分为以下几个:Cncnc-micro球菌(Coccus)杆菌(Bacillus)螺旋菌(Spirlla)其它形状细菌第5页第5页球菌(coccus)Cncnc-micro单球菌双球菌四联球菌八叠球菌葡萄球菌链球菌第6页第6页.单球菌（显微镜下示意图）单球菌(single coccus)第7页第7页.双球菌（显微镜下示意图）双球菌(double coccus)第8页第8页 上：显微镜效果 下：电 镜 照 片 四

3、联球菌(Micrococcus lactis)第9页第9页八叠球菌(Sarcina ureae)八叠球菌（显微镜下示意图）第10页第10页 葡萄球菌左：电镜照片右：显微镜下金黄色葡萄球菌葡萄球菌(Staphylococcus aureus)第11页第11页链球菌链球菌（显微镜下示意图）第12页第12页链球菌（电镜照片）第13页第13页显微镜下杆菌杆菌(bacillus)第14页第14页短杆菌长杆菌梭状芽孢杆菌杆菌(bacillus) 第15页第15页 电子显微镜下结核菌 （绿色就是结核杆菌）杆菌动物宿主细胞感染杆菌濒临死亡 电镜照片第16页第16页链杆菌第17页第17页链显微镜下链杆菌第18页

4、第18页螺旋菌（Spirlla) 弧菌 (vibrio) 螺菌（spirllum） 螺旋体(spirochaeta)依据其弯曲情况分为:第19页第19页显微镜下螺旋菌第20页第20页 幽门螺旋菌左：显微数码摄像右：结构示意图第21页第21页柄细菌其它形状细菌柄细菌(Caulobacter bacterroides)变形菌Different ShapesFig. 4.11Different ShapesFig. 4.11第22页第22页观测细菌办法观测工具观测办法Cncnc-micro第23页第23页观测工具（tools）普通光学显微镜暗视野显微镜相差显微镜荧光显微镜电子显微镜 microorg

5、anisms can be observed using a microscope第24页第24页钩端螺旋体(暗视野显微镜) 相差显微镜实拍图:细菌 第25页第25页荧光抗体染色：大肠杆菌电子显微镜下大肠杆菌第26页第26页Cncnc-micro用显微镜观测细菌办法活体观测染色观测压滴法悬滴法菌丝埋片法第27页第27页细菌染色法死菌正染色负染色：简朴染色法判别染色法 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测Cncnc-micro第28页第28页甲菌乙菌初染结晶紫媒染碘液脱色乙醇复染沙黄紫色（G）红色（

6、G-）革兰氏染色环节示意图细胞壁与革兰氏染色革兰氏染色由丹麦医生C.Gram于1884年创建 第29页第29页细菌电子显微镜照片细菌细胞大小(1)长度单位：微米(m)(2)表示： 球菌：直径 杆菌：宽长 螺菌：宽、长、螺距 通常球菌直径：0.21.5m杆菌: 长15m, 宽0.51m第30页第30页细菌细胞大小细胞大小是细菌分类特性不同细菌细胞大小不同同一细菌不同菌龄细胞大小不同细菌细胞大小还与营养等原因相关细胞大小测量结果只是近似值或平均值第31页第31页2。1。2细菌细胞结构第32页第32页 细菌细胞结构细胞壁细胞壁以内结构原生质体细胞壁以外结构Cncnc-micro第33页第33页细胞壁

7、（cell wall)Cncnc-micro细胞壁结构细胞壁 功效细胞壁 化学构成细胞壁与革兰氏染色无壁细胞与原生质体第34页第34页细胞壁结构:最外一层厚实、坚韧外被。主要成份是肽聚糖。第35页第35页肽聚糖细胞质膜外壁层Gram positive bacteria, G+Gram negative bacteria, G细菌细胞壁(粉红色以外部分)Cell Walls of BacteriaPeptidoglycan is found only in bacteria第36页第36页肽聚 糖质 膜外壁层周质空间革兰氏阳性革兰氏阴性细胞壁抛面结构第37页第37页细胞壁功效固定细胞外形和提升机

8、械强度，使其免受渗入压等外力损伤为细胞生长、分裂和鞭毛运动所必需阻拦大分子有害物质进入细胞 赋予细菌特定抗原性以及对抗生素和噬菌体敏感性Cncnc-micro第38页第38页 细 胞 壁化学构成高等植物 纤维素 霉菌 几丁质酵母 甘露聚糖，葡聚糖 细菌肽聚糖N乙酰葡萄糖胺N乙酰胞壁酸短肽脂多糖Cncnc-micro磷壁酸第39页第39页Structure of peptidoglycan N-acetyl glucosamineN-acetylmuramic acidb-(1,4) linkagesL-alanineD-glutamic acidmeso-diaminopimelic acid

9、D-alaninepeptide bondCH3-CH- C=0 CH2OHOCH2OHOOHONH HC-C-CH3 C=0 nNH COOH-C-H (CH2 )2 C=0 NH H-C- (CH2)-NH2 NH C=0 CH3-C-H COOH L-AlaD-GluL-LysD-AlaG+细胞壁 肽聚糖单体结构MG DPA（二氨基庚二酸）革兰氏阴性菌细胞壁肽聚糖一个重复单位第40页第40页第41页第41页肽聚糖（Peptidoglycan)结构中短肽连接形式G-细菌G+细菌第42页第42页E.coli(左）与C.poinsettiae(右）肽聚糖中肽桥第43页第43页 类型 甲肽尾上连

10、接点 肽 桥 乙肽尾上连接点 实 例第4氨基酸第4氨基酸第4氨基酸第4氨基酸-CONH-(Gly)5-(肽尾）12-D-Lys-第3氨基酸第3氨基酸第3氨基酸第2氨基酸E.coli (G-)S.aureus(G+)M.luteus(G+)C.poinsettiae(G+)肽聚糖分子中4种主要肽桥类型第44页第44页 NAG与NAM残基以-1,4糖苷键交替连接，形成聚糖骨架(主链)；一组相同短肽侧链接于NAM上；相邻主链上短肽侧链通过一条肽桥相连，从而形成网状分子结构。肽聚糖单体网状结构G+菌肽聚糖单体第45页第45页G G肽聚糖组成不同肽尾第三氨基酸不同G 赖氨酸G 二氨基庚二酸G，M都是1，

11、4糖苷键连接肽桥G：5个甘氨酸G：肽键Cncnc-micro第46页第46页磷壁酸（teichoic acid） 占壁干重40-50%。是以磷酸多元醇分子重复结构单位为主链（骨架）阴离子多聚物。在多数情况下，磷壁酸分子中磷酸多元醇是磷酸甘油，或磷酸核糖醇，因此，依据主链组成不同能够将磷壁酸分为两大类：磷酸甘油型磷壁酸核糖醇型磷壁酸第47页第47页第48页第48页磷壁酸功效因带负电荷，故可与环境中Mg等阳离子结合，提升这些离子浓度，以确保细胞膜上一些合成酶维持高活性需要。确保革兰氏阳性致病菌与其宿主间粘连赋于革兰氏阳性细菌以特异表面抗原提供一些噬菌体以特异吸附受体Cncnc-micro贮藏磷原素

12、调整细胞内自溶素（autolysin）活力预防细胞死亡第49页第49页LPS类脂A：2个N乙酰葡糖胺及5个长链脂肪酸关键多糖区O特异侧链：多个4Hex单位，内含半乳糖、鼠李糖 甘露糖、阿比可糖(Abq)等内关键区3个2酮3脱氧辛糖酸3个L甘油甘露庚糖外关键区：5个己糖（Hex），包括葡糖胺、 半乳糖、葡萄糖 脂多糖（Lipolysaccharide)构成Cncnc-microROR1、R2普通为3羟基豆蔻酸CH2OROCH2PO4PO4NH|R1NH|R2OR1、6O特异侧链关键多糖R可有3种： 月桂酸基 棕榈酸基 豆蔻酰豆蔻酸基类脂A是G-内毒素基础第50页第50页脂多糖功效是革兰氏阴性细菌

13、致病物质内毒素物质基础与磷酸相同，也有吸附Mg+、Ca2+等阳离子以提升这些离子在细胞表面浓度用；由于LPS结构改变，决定了革兰氏阴性细胞表面抗原决定簇多样性；是许多噬菌体在细胞表面吸附受体。Cncnc-micro含有控制一些物质进出细胞部分选择性屏障功效。第51页第51页G G细胞壁成份区别Cncnc-micro成 分肽聚糖磷壁酸类脂质蛋白质占细胞壁干重%含量很高（30-95）含量较高（50）普通无（106-羟基丁酸（PHB）：通常在显微镜下，显现为一个折光性很强小体。碳源类贮藏物，不溶于水，含有贮藏能量、碳源和减少细胞内渗入压作用。可制作易降解且无毒医用塑料器皿和外科用手术针及缝线。第67

14、页第67页OHPO HnHO O异染粒（metachromatic granule）n=2106异染粒：成份：多聚偏磷酸盐。功效：贮藏磷元素和能量，并可减少细胞渗入压。第68页第68页藻青素（cyanophycin）：属于氮素贮藏物，同时还含有贮藏能源作用。 CO2AspCOH3N+nAspAspCOCONHNHNHArgArgArg第69页第69页磁小体(megnetosome)Cncnc-micro1975年由R P BlakemoreD 在趋磁细菌中发觉主要成份是Fe3O4 外被一层磷脂、蛋白或糖蛋白膜,是单磁畴晶体,无毒,大小20100nm,每个细胞有2 20颗形状为平截八面体、平行六

15、面体或六棱柱体等功效 导向作用，即借助鞭毛游向泥、水界面微氧 我 环境处生活实用前景： 生产磁性定向药物或抗体，以及制造生物传感器第70页第70页羧酶体（carboxysome）Cncnc-micro存在于一些自养细菌内多角形或六角形内含物大小约10nm（与噬菌体相仿）内含1，5二磷酸核酮糖羧化酶在自养细菌CO2固定中起关键作用第71页第71页气泡（gas vocuoles）Cncnc-micro是许多光合型、无鞭毛水生菌中充斥气体泡囊状内含物大小为0.2-1.0um75nm内由数排柱形小空泡构成，外有2nm厚蛋白膜包裹每个细胞中含几种或数百个气泡功效：调整细胞比重以使细菌漂浮在最适水层中获取

16、光能、 O2，和营养物质第72页第72页核区（nuclear region or area）Cncnc-micro又称核质体、原核、拟核、核基因组(genome）是一个大型环状DNA分子。长度为0.25-3.00mm每个细胞所含核区数普通1-4个细菌除在染色体复制时间内呈双倍体外,普通均为单倍体功效：负载遗传信息第73页第73页细菌芽孢在光学显微镜下形态及其在胞内位置一些细菌在其生长发育后期 ， 在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强休眠体由于一个营养细胞内仅生成一个芽孢，无繁殖功效 芽孢是生物界中抗性最强生命体。芽孢在普通条件下可保持几年至几十年生活力。芽孢(endosp

17、ore/spore)第74页第74页枯草芽孢杆菌产芽孢细菌种类芽孢结构芽孢形成芽孢耐热机制研究芽孢意义伴孢晶体细菌其它休眠结构芽孢spores第75页第75页产芽孢细菌种类好氧性芽孢杆菌属厌氧性梭菌属产生芽孢细菌种类不多，主要是革兰氏阳性杆菌芽孢杆菌科两个属： 第76页第76页细菌芽孢结构模式图 孢孢外壁芽孢衣 皮 层 芽孢质芽孢核区芽孢膜芽孢壁关键第77页第77页芽孢形成过程质膜内陷前芽孢双层膜形成合成DPA皮层合成芽孢裂解DNA浓缩形成束状孢衣合成第78页第78页芽孢抗热性在于芽孢衣对多价阳离子和水分透性差及皮层离子强度高，皮层有极高渗入压去夺取关键部分水分，造成皮层充足膨胀，而关键部分形

18、成高度失水状态，因而产生极强耐热性。芽孢耐热机制：渗入调整皮层膨胀学说从皮层成份来看，它含有大量交联度低（6%）、负电荷强芽孢肽聚糖，它与低价阳离子一起引起了皮层高渗入压，可解释芽孢与营养细胞耐热性差别。第79页第79页研究芽孢意义菌种鉴定主要形态学指标 芽孢存在有助于对菌种保藏 可作为衡量消毒灭菌办法主要指标。 肉类罐头：以肉毒梭菌为指标，121维持20分钟以上； 外科器材：以破伤风梭菌和产气荚膜梭菌为指标，121维持10分钟或115维持30分钟； 发酵工业：以嗜热脂肪芽孢杆菌为原则，湿热灭菌条件为121维持15分钟。干热灭菌为150160 维持12小时。 第80页第80页苏云金芽孢杆菌和伴

19、孢晶体少数芽孢杆菌在形成芽孢同时，会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形碱溶性蛋白晶体内毒素，称为伴孢晶体。实用意义：细菌杀虫剂生物农药第81页第81页细菌其它休眠结构细菌休眠结构除上述芽孢外，尚有孢囊（cyst,由固氮菌产生）等。孢囊也是在逆境中产生休眠体。和芽孢同样没有繁殖功效。Cncnc-micro第82页第82页 项目 芽 孢 孢 囊形成方式外壁层次外壁成份抗 性贮 藏 物代 表 菌细胞内浓缩并外包多（410余层）蛋白质、肽聚糖（近G菌）抗热、辐射及药物等无特殊贮藏物芽孢杆菌属、梭菌属细胞壁外层加厚少（3层左右）磷脂、脂多糖（近G菌）抗干旱为主，不抗热聚羟丁酸（PHB）固氮菌属芽孢与孢囊比较第

20、83页第83页细胞壁以外结构糖被（glycocalyx）鞭毛 (flage,复flaglla)菌毛（fimbria,复fimbriae ）性毛（pili,单数pilus）鞭毛菌毛性毛糖被第84页第84页糖被(glycocalyx)包被于一些细菌细胞壁外一层厚度不定胶状物质，称为糖被。糖被有无、厚薄与菌种遗传性有关，还与环境条件（特别是营养）密切相关。糖被按其有无固定层次、层次薄厚又可分为荚膜、微荚膜,粘液层,和菌胶团。细菌负染后相差显微镜图片（示荚膜）第85页第85页荚膜成份多糖纯多糖杂多糖多肽和多糖蛋白质葡聚糖纤维素果聚糖多肽海藻酸透明质酸聚-D-谷氨酸第86页第86页荚膜功效保护作用贮藏养

21、料堆积代谢 废物附着作用保护细菌免受干旱损坏预防噬菌体吸附和裂解使致病菌免受宿主白细胞吞噬作为透性屏障或离子互换系介质细菌间信息辨认作用Cncnc-micro第87页第87页细菌糖被实用意义鉴定菌种提取葡聚糖“代血浆”胞外多糖：黄原胶用于石油开采 菌胶团用于处理污水第88页第88页鞭毛（Flagellum)生长在一些细菌体表长丝状蛋白质附属物，称为鞭毛，其数目为一至数条，含有运动功效。鞭毛普通长度为15-20um直径为0.01-0.02um观测鞭毛办法:染料沉积使之加粗后用显微镜观测:惯用电镜观测判断鞭毛有无办法:半固体培养基 平板培养菌落边沿细菌鞭毛显微镜照片鞭毛类型鞭毛结构第89页第89页

22、Pseudomdnas fluorescens 电镜照片鞭毛第90页第90页细菌线毛与鞭毛电子显微镜图片电镜下大肠杆菌（示鞭毛）第91页第91页细菌鞭毛类型两端单生单端丛生单端单生周 生两端丛生第92页第92页鞭毛丝结构图解：鞭毛蛋白亚基每七天为8-10个亚基鞭毛蛋白亚基是一个球状蛋白，分子量3-6万鞭毛丝由直径 4.5nm 鞭毛蛋白亚基沿央孔道（直径为20nm）螺旋状缭绕而成。第93页第93页鞭毛丝S-M环L环P环鞭毛杆钩形鞘外壁层 肽聚糖层周质空间G细菌鞭毛基体和 钩 形 鞘 结 构细胞膜Fli蛋白Mot蛋白第94页第94页鞭毛功效鞭毛是运动器官。鞭毛有抗原性。有细菌其鞭毛与致病性相关。第

23、95页第95页 运动鞭毛第96页第96页菌毛（Pilus)（伞毛、纤毛、线毛）功效：作为噬菌体吸附位点作为附着到哺乳动物细胞或其它物体工具鞭毛菌毛性毛糖被是长在细菌体表一个纤细、中空、短直、数量较多蛋白质附属物。第97页第97页 项目 鞭 毛 菌 毛成 分大 小结 构数 目功 能着生处菌 种鞭毛蛋白0.010.02270um普通由3股鞭毛蛋白链紧密绞1数百根 成绳状运动通过钩形鞘与细胞壁内鞭毛基体连接许多杆菌和少数球菌菌毛蛋白0.0070.0090.520um由菌毛蛋白亚基卷成中1数百根 空螺旋附着，接合细胞质许多G杆菌和球菌 细菌鞭毛和菌毛比较 第98页第98页性毛（pili,单数pilus

24、）结构和成份与菌毛相同，但比菌毛长。数量仅一至少数几根。性毛普通见于革兰氏阴性细菌雄性菌珠中。其功效是向雌性菌珠（受体菌）传递遗传物质。鞭毛菌毛性毛糖被第99页第99页DNA结合位点细菌繁殖方式形成两个子细胞横隔壁形成核分裂及细胞延长裂殖：横分裂和纵分裂，细菌普通为横分裂多数细菌：对称二等分裂 分裂三阶段过程 第100页第100页细菌群体形态（细菌培养特性）细菌菌落特性细菌其它培养特性Cncnc-micro第101页第101页菌落：由单个微生物细胞在固体培养基表面（或内部）生长繁殖所形成一堆肉眼可见、有一定形态结构子细胞集团，称为菌落。菌苔：由某一纯种大量细胞密集地接种到固体培养基表面，长成各

25、“菌落”连成一片群体，称为菌苔。第102页第102页细菌菌落特性：湿润、较光滑、较透明、较粘稠、易挑取、质地均匀以及菌落正反面或边沿与中央部位颜色一致 第103页第103页细菌菌落细菌细胞电子显微镜图片固体培养基表面细菌菌落（照片）Colony morphology第104页第104页细菌菌落中细胞形态固体培养基上链球菌菌落电镜扫描图片菌落中细胞形态（照片）第105页第105页细菌菌落中细胞形态固体培养基上菌落中细胞形态（照片）第106页第106页细菌菌落特性细菌菌落特性剖面图第107页第107页细菌菌落特性细菌菌落特性正面图返回鞭毛第108页第108页细菌在琼脂培养基中穿刺培养生长特性细菌在

26、半固体培养上培养特性a、丝状 b.有小刺 c.念珠状 d.绒毛状 e.假根状 f.树状第109页第109页细菌在明胶培养基中穿刺培养并液化明胶特性a:不液化；b:火山口状；c：芜菁状；d:漏斗状；e:袋状；f:层状第110页第110页返回鞭毛第111页第111页细菌在肉汤培养基中表面生长特性细菌在肉汤培养基中表面生长特性絮状环状浮膜状膜状第112页第112页放线菌(actinomyces)什么是放线菌放线菌形态结构放线菌繁殖放线菌菌落特性放线菌生理放线菌与人类生活第113页第113页放线菌是一类含有丝状与枝细胞细菌有原核菌丝直径与细菌相仿细胞壁主要成份是肽聚糖放线菌噬菌体形状与细菌相同最适生长

27、PH相近，普通呈微碱性 DNA重组方式与细菌相同核糖体同为70S对溶菌酶敏感凡细菌所敏感抗生素，放线菌也同样敏感有放线菌产生有鞭毛孢子,其鞭毛类型与细菌相同第114页第114页放线菌分布与生活方式放线菌普通分布在含量较低；有机物丰富和呈微生物碱性土壤中。 107个g左右能看到：北方春季深层黑土地白丝能闻到：泥土特有“泥腥味”第115页第115页放线菌形态结构（模式图）气生菌丝孢子丝分生孢子基内菌丝固体基质第116页第116页基内菌丝（Substrate mycelium) 又称营养菌丝，功效是吸取营养，直径 0.2-1.2um长度100600um，色素可有可无。Cncnc-micro基内菌丝第

28、117页第117页气生菌丝（Aerial mycelium) 基内菌丝长到一定期期，长出培养基外，伸向空间菌丝，直径11.4um, 长短不一，形状不一，颜色较深。Cncnc-micro 气生菌丝 第118页第118页孢子丝(Reproductive mycelium) 当气生菌丝生长发育到一定阶段，气生菌丝上分化出可形成孢子菌丝。 孢子形状及在气生菌丝上排列方式随种而异。Cncnc-micro第119页第119页放线菌孢子丝类型直形弯曲丛生成束单轮生无螺旋 开环钩形原始螺旋形松螺旋 紧螺旋螺旋单轮生无螺旋两级轮生螺旋两级轮生第120页第120页放线菌菌落形态菌落质地硬并且致密，菌落小而不广泛延

29、伸菌落表面呈紧密绒状或坚实、干燥多皱。接种针难以挑取，有时可挑碎，有时可将整个菌落挑起。Cncnc-micro第121页第121页老龄菌：幼龄菌菌落与细菌难以区别。 菌落周围具放射状菌丝，因为菌丝和孢子常具不同色素，使菌落正面，后面呈不同色泽。Cncnc-micro第122页第122页2.2.3放线菌生活史：孢子萌发基内菌丝气生菌丝菌丝孢子丝5 孢子丝分化形成孢子放线菌生活史放线菌繁殖第123页第123页放线菌繁殖方式分生孢子孢子囊孢子菌丝断裂其它方式Cncnc-micro第124页第124页（2）沿横隔断裂形成孢子（3）成熟孢子（1）孢子丝中形成横隔横隔断裂形成孢子过程分生孢子繁殖第125页第125页孢子囊孢子繁殖粉红链孢霉孢子囊形成过程孢子囊形成早期孢子囊继续生长 成熟孢子囊第126页第