第二章-原核微生物a

1、课后复习题, 体积小，面积大； 吸收多，转化快； 生长旺，繁殖快； 适应强，易变异； 分布广，种类多。,体积小面积大最基本，营养物质吸收面、代谢废物的排泄面和环境信息的交换面，决定了其它4个基本特性。,微生物有哪五大共性？,1.多头绒泡菌能够按照日本铁路系统分布图来寻找食物，拥有强大的计算和移动能力，26个小时之内可以遍布日本所有铁路车站。,Science,2010,2. 功效、可靠性以及成本上都堪比真实世界的东京铁路网的基础设施,Physarum polycephalum 多头绒泡菌,创建出类似的地方公路和铁路的副本,数学模型引导的全新高效算法， 计算机科学等领域,第二章 原核微生物,定义：

2、 原核微生物指一大类细胞核无核膜包裹，只含有称作核区的裸露DNA的原始单细胞生物。,特点：核很原始，发育不全，只是DNA链高度折叠形成的一个核区，没有核膜，核质裸露，叫拟核或似核。没有细胞器，不进行有丝分裂，多以二分裂方式进行繁殖。,原核微生物,真细菌(Eubacteria),古细菌(Archaea),细菌 放线菌 蓝细菌 支原体 衣原体 立克次体,类群：,第二章 原核微生物,三菌,三体,7,第二章 原核微生物,第一节 细菌（Bacteria) 第二节 放线菌（Actinomycetes) 第三节 蓝细菌(Cyanobacteria) 第四节 支原体、衣原体、立克次氏体 第五节 古细菌（Arc

3、haebacteria）,第一节 细 菌,一、细菌的形态 二、细菌的大小 三、细菌细胞的结构与功能 四、细菌的繁殖 五、细菌的群体特征,9,细菌定义),细菌：是一类结构简单、种类繁多、多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核微生物。,细菌是单细胞的原核微生物，每一个细胞都是一个独立生活的个体，往往是许多单细胞群聚而生，以简单的分裂方式进行繁殖传代。,球状,杆状,螺旋状,基本形态,一、细菌的基本形态,显微镜下的细菌,菌体呈球形或近似球形, 根据细胞分裂的方向及分裂后的各子细胞的空间排列状态不同,可将球菌分为以下几种:,1. 球菌(coccus)及其排列状态,单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌

4、、葡萄球菌等。,单球菌(coccus),细胞分裂沿一个平面进行，新个体分散而单独存在。,如尿素微球菌(Micrococcus ureae),双球菌(diplococcus),细胞沿一个平面分裂，新个体成对排列。,如肺炎双球菌(Diplococcus pneumoniae),链球菌(coccus),细胞沿一个平面进行分裂，新个体不但可保持成对的样子，并可连成链状。,如溶血链球菌(Streptococcus hemolyticus),四联球菌(tetracoccus),细胞分裂是沿两个相垂直的平面进行，分裂后每四个细胞特征性地连在一起，呈田字形。,如四联微球菌（Micrococcus tetrag

5、enus）,八叠球菌(sarcina),细胞按三个互相垂直的平面进行分裂后，每八个球菌特征性地连在一起成立方体形。,如尿素八叠球菌（Sarcina ureae),葡萄球菌（streptococcus),细胞无定向分裂，多个新个体形成一个不规则的群体，犹如一串葡萄。,如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus),2. 杆菌及其排列状态,杆菌是细菌中种类最多的类型，因菌种不同，菌体细胞的长短、粗细等都有所差异。 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；按杆菌细胞繁殖后的排列方式则有链状、栅状、“八”字状等。,杆菌(bacillus)：分裂后排列方式不同,双

6、杆菌,链杆菌,杆菌(bacillus):大小及排列方式不同,炭疽杆菌 3-10 m,大肠杆菌 2-3 m,3. 螺旋菌,弧菌（vibrio)：螺旋不满一圈，菌体呈弧形或逗号形 例霍乱弧菌、逗号弧菌 螺旋菌(spirillum)：螺旋满2-6环，螺旋状，例干酪螺菌,弧 菌 螺 菌,梅毒密螺旋体,霍乱弧菌,4、细菌其他形态,柄杆菌,方形细菌,星形细菌,4、细菌其他形态,Microbiol Mol Biol Rev. 2006,环境中的微生物呈现不同的形状,二、细菌的大小,例如：E.coli：平均长度：2m；宽度0.5m 1500个大肠杆菌头尾相接等于3 mm; 109个大肠杆菌重1 mg。,用测微

7、尺在显微镜下进行测量,长度单位：微米(m) 表示：,球菌：直径 杆菌：直径长 螺菌：直径长(螺距),细菌的大小范围,0.5 1 mm （直径）,0.2 1 mm （直径） 1 80 mm（长度）,0.3 1 mm （直径） 1 50 mm（长度） (长度是菌体两端点之间的距离，而非实际长度),（二）大小,1、范围,球菌,杆 菌,费氏刺骨鱼菌 (0.08 mm x 0.6 mm) (Epulopiscium fishelsoni) 比大肠杆菌大100万倍（1985年发现）,大的细菌,德国科学家H.N.Schulz等1997年在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫细菌，其大小0.1 0.3 mm

8、，有些可达0.75mm。体积比费氏刺骨鱼菌大100倍。,最大的细菌,Thiomargarita namibiensis “纳米比亚硫磺珍珠”,（nanobacteria）(50 nm),细菌的个体大小悬殊,（Thiomargarita namibiensis） (0.75 mm),三、细菌细胞的结构与功能,基本结构（或一般结构）,特殊结构,细菌细胞结构,一般构造：一般细菌都具有的构造，如细胞壁、细胞膜、细胞质、核区、核糖体等；,细菌细胞结构,特殊构造：部分细菌才有的或在特殊环境下才形成的构造，主要有鞭毛、菌毛、性菌毛、糖被和芽孢等,1. 细胞壁(cell wall),细胞壁是位于菌体的最外层，

9、内侧紧贴细胞膜的一层无色透明，坚韧而有弹性的结构。(高渗特殊染色、电镜）,细胞壁的功能：,（1）固定细胞外形和提高机械强度，使其免受渗透压 等外力的损伤；,（2）是细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；,（3）阻拦大分子有害物质(某些抗生素和水解酶)进入 细胞；,（4）赋予细菌特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的 敏感性；,据报道，大肠杆菌的膨压可达2个大气压，相当于汽车内胎,证实细胞壁存在的方法：,（1）细菌超薄切片的电镜直接观察；,（2）质、壁分离与适当的染色，可以在光学显微镜下 看到细胞壁；,（3）机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁；,（4）制备原生质体，观察细胞形态的变化；,革兰氏染色法:

10、,C. Gram（革兰）于1884年发明的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。丹麦细菌学家,革兰氏染色,革兰氏阳性细菌,革兰氏阴性细菌,革兰氏染色过程,结果:阳性菌紫色 阴性菌红色,革兰氏染色,1、用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染,2、用碘溶液进行媒染，其作用是提高染料和细 胞间的相互作用从而使二者结合得更牢固。,3、用乙醇或丙酮冲洗进行脱色。在经历脱色后 仍将结晶紫保留在细胞内的为革兰氏阳性细 菌，而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉，细 胞呈无色。,4、用一种与结晶紫具有不同颜色的碱性染料对 涂片进行复染。例如沙黄，它使原来无色的 革兰氏阴性细菌最后呈现桃红到红色，而革 兰氏阳性细菌继续保持深紫色

11、,Gram + Staphylococcus,Gram E. coli,2.细菌细胞壁的结构,革兰氏阳性菌细胞壁 革兰氏阴性菌细胞壁,外 膜,厚度大(2080 nm)， 化学组分简单。,厚度薄，层次较多,成分较复杂,(1) G+细菌细胞壁,G+细菌的细胞壁,肽聚糖(peptidoglycan)(90%),磷壁酸(teichoic acid)(10%)阳性菌特有,肽聚糖又称粘肽、胞壁质或粘质复合物，是真细菌细胞壁中的特有成分。,磷壁酸：一种酸性多糖,a. 肽聚糖,金黄色葡萄球菌为代表,肽聚糖分子由肽与聚糖两部分组成，其中的肽包括四肽尾和五肽桥两种，聚糖由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸相互间隔连

12、接而成，呈长链骨架。,双糖单位中的-1,4-糖苷键很容易被溶菌酶所水解，从而引起细菌因细胞壁肽聚糖的“散架”而死亡。,肽聚糖单体由三部分组成： (1)双糖单位 (2)四肽尾 (3)肽 桥,由四个氨基酸分子按L型 与D型交替方式连接而成,双糖单位,葡萄球菌肽桥由甘氨酸组成，连接前后两个四肽尾，肽桥氨基酸的变化形成了肽聚糖的多样性,b. 磷壁酸,一种酸性多糖，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸，磷壁酸抗原性很强，是革兰氏阳性菌的重要表面抗原。,按结合部位,壁磷壁酸,膜磷壁酸(脂磷壁酸),壁磷壁酸: 与肽聚糖分子间进行共价结合，含量会随培养基成分而改变,膜磷壁酸: 跨越肽聚糖层并与细胞膜相交联的,磷壁酸

13、的生理功能：,(1) 细胞壁形成负电荷环境，增强细胞膜对二价阳离子的吸收，尤其是Mg2+，高浓度的Mg2+对于保持膜的硬度，提高细胞膜上需Mg2+的合成酶的活性极为重要；,(2) 贮藏磷元素；,(3) 增强某些致病菌对宿主细胞的粘连,避免被白细胞吞噬,并有抗补体的作用；,(4) 赋予革兰氏阳性细菌以特异的表面抗原；,(5) 作为噬菌体的特异性吸附受体；,(6) 能调节细胞内自溶素(autolysin)的活力，借以防止细胞因自溶而死亡。,细菌分类 鉴定依据,(2) G-细菌细胞壁,特点：厚度较G+细菌薄，层次较多,成分较复杂,肽聚糖层很薄(仅23 nm),故机械强度较G+细菌弱。,肽聚糖,外膜,

14、周质空间,革兰氏阴性细菌的细胞壁,注：脂多糖是革兰氏阴性细菌细胞外壁层的主要成分，也是革兰氏阴性细菌细胞壁中独有的成分。,外膜蛋白(outer membrane protein),孔蛋白（porins）是由三个相同分子量（36000）蛋白亚基组成的 一种三聚体跨膜蛋白，中间有一直径约1nm的孔道，通过孔的开 、闭，可对进入外膜 层的物质进行选择。,非特异性孔蛋白,特异性孔蛋白,可通过分子量小于800900 的任何亲水性分子,只容许一种或少数几种相关 物质通过，如维生素B12和核 苷酸等。,脂多糖（LPS）作用,类脂A是细菌致病物质内毒素毒素的物质基础（只有在细胞死亡和裂解后才释放出来） 负电荷

15、较强，与磷壁酸相似，也有吸附Mg2+、Ca2+等阳离子以提高其在细胞表面浓度的作用，对细胞膜结构起稳定作用 结构多变，使细菌抗原决定簇呈现多样性。（沙门氏菌2017种） 噬菌体吸附的受体 选择性吸收，如水、气体、嘌呤、嘧啶等。阻拦溶菌酶、青霉素、去垢剂大分子进入。,LPS需借助Ca维持，EDTA去Ca后，LPS解体，肽聚糖暴露，G-细菌就容易被酶破坏,3. 细胞壁的化学组成,革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌细胞壁成分比较,革兰氏染色法原理,G+ 菌：肽聚糖含量高，交联度大，当乙醇脱色时，肽聚糖因脱水而孔径缩小，故结晶紫-碘复合物被阻留在细胞内，细胞仍呈紫色。 G菌：肽聚糖层薄，交联松散，乙醇脱色

16、不能使其结构收缩，因其含脂量高，乙醇将脂溶解，缝隙加大，酒精将细胞脱色，细胞无色，番红复染后呈红色。,细胞壁结构与革兰氏染色的关系,革氏阳性菌与革氏阴性菌之间染色的区别在于细胞壁的物理性质。细胞壁中的肽聚糖本身并不被染上颜色，但它可作为渗透性屏障阻止结晶紫与碘大分子复合物的流失。,革兰氏阳性和阴性细菌的细胞壁比较,革兰氏阳性和阴性细菌的一些生物学特性的比较,抗酸细菌的细胞壁：,分枝杆菌的细胞壁主要分枝菌酸（Mycolic acid）。抗酸细菌被酸性复红初染后，难以被盐酸乙醇脱色，因而再经美兰复染后仍为红色，而一般的细菌脱色成功染成蓝色。,抗酸细菌虽然革兰氏染色结果为阳性，但其细胞壁结构类似阴性

17、菌：肽聚糖含量少，类脂（分枝菌酸和索状因子）含量高（60%），分枝菌酸整齐地在细胞表面排成两层，亲水头在外侧，疏水尾在内测，形成高度有序的膜，外界物质难以透入细胞内部。,4. 缺壁细菌,缺壁细菌,实验室形成,自然界长期进化形成,自发缺壁突变,人工方法去壁,彻底除尽,部分去除,L型细菌,原生质体,球状体,枝原体,细菌细胞壁缺陷型或L型(bacterial L form)：细胞壁受损后仍能生长和分裂的细菌。在一般环境中不能耐受菌体内的高渗透压而将会涨破死亡。在高渗环境下，仍可存活。 革兰阳性菌细胞壁缺失后，原生质仅被一层细胞膜包住原生质体(protoplast)。 还残留了部分细胞壁，革兰阴性菌肽

18、聚糖层受损后尚有外膜保护球状体(spheroplast)。,4. 缺壁细菌,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型大多染成革兰阴性。,(1) 形态和染色性,临床分离葡萄球菌L型,葡萄球菌L型回复后,细菌L型生长缓慢，营养要求高，必须用高渗的培养基。 细菌L型在高渗的培养基上生长后形成三种类型的菌落。,（2）培养特性和菌落形态,丝状菌落,颗粒型菌落,油煎蛋样菌落 （典型L型菌落）,5. 枝原体(Mycoplasma),在长期进化过程中形成的、适应自然生活条件的无细胞壁的原核生物。因它的细胞膜中含有一般原核生物所没有的甾醇，?所以即使缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强度。,（二）细胞膜 (cell membrane),细胞膜液态镶嵌模型,细