普通微生物-贾乐01 第一节细菌

1、微生物根据不同进化水平和性状上的明显差别可分为：原核生物、真核微生物、非细胞型生物。,第一章 原核生物的形态、构造和功能,原核生物是指一大类细胞核无核膜包裹，只有称作核区的裸露DNA的原始的单细胞生物。主要有：细菌、放线菌、蓝细菌；支原体、立克次氏体和衣原体。,第一节 细 菌,关键词： 细菌 形态、结构、功能 繁殖,定义： 细菌是微生物世界里的一个大家族，是一类细胞细而短、结构简单、细胞壁坚韧、以二等分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。,一般形态及细胞结构 （一）大小 （二）个体形态与排列 （三）细胞的结构,1、细胞壁（重点：结构与功能） 2、细胞质膜（重点：结构与功能） 4、特殊的休眠构造芽

2、孢 （基本特性和耐热机制，利用伴孢晶体作为生物杀虫剂） 5、糖被（重点：基本特点及与生产、科研的关系） 6、鞭毛（基本结构及推动细菌运动的特点）,一、细菌细胞大小： 数量级：微米级（m ）； 表示方法：0.50.5-5 m（宽 长，直径） ； 重量：10-12g细胞，即10亿个细胞重约1mg； 注意事项： a、染色方法不同，测量结果差别可能很大； b、菌龄、培养条件等因素也会影响测量结果。,二、细菌的菌体形态 细菌的基本形状为球状、杆状、螺旋状 也有些细菌具有其它的特殊形态。,葡萄球菌,（二）杆菌(bacillus) 形态基本呈杆状。分为长杆菌、短杆菌、球杆菌等。 一般两端钝圆，少数两端平截，

3、有的略呈尖型。 杆菌永远沿着与其菌体长轴垂直的方向分裂，多数分裂后立即分散，单个存在，少数分裂后连接成链状称为链杆菌。 杆菌的大小（宽长）一般为0.2-1.250.5-5.0微米;,（三）螺旋菌(spirilla) 大小一般为0.3-1.01.0-50微米，若螺旋不足一环称为弧菌（vibrio），满26环的小型、坚硬的螺旋状细菌称为螺菌（spirochaeta）,而旋转周数多（通常超过6环）、体长而柔软的螺旋状细菌则专称螺旋体（spirochaeta）。,观察工具（tools）,microorganisms can be observed using a microscope,细菌染色法,死菌

4、,正染色,负染色：,简单染色法,鉴别染色法,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,染色观察,三、细胞的结构,一般构造：一般细菌都有的构造,特殊构造：部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造,（一）细菌细胞的一般构造 1、细胞壁和革兰氏染色 （1） 细胞壁是位于细胞最外层的一层厚实、坚韧的外被，主要由肽聚糖构成。在一般光学显微镜下不易观察到，可通过染色、质壁分离等方法处理再在光学显微镜下观察或用电镜观察。 （2）细胞壁(cell wall)的功能 a.固定细胞外形和提高机械强度； b.为细胞生长、

5、分裂和鞭毛运动所必需； c.阻拦大分子有害物质进入细胞； d.与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性有关。,（3）细胞壁缺损的或无细胞壁的细菌 原生质体：指在人工条件下用溶菌酶除尽原有细胞壁 或用青霉素抑制细胞壁的合成后，所留下的仅由细胞膜包裹着的脆弱细胞，一般由革兰氏阳性菌形成。 球状体或原生质球：指还残留着部分细胞壁的原生质体，一般由革兰氏阴性菌形成； L型细菌：狭义上讲，专指在实验室中通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷菌株。 支原体,1、细胞壁,4）革兰氏染色与细胞壁：,（4）革兰氏阳性和阴性细菌的比较,革兰氏阳性菌：,肽聚糖层次多、厚,机械抗性强,对溶菌酶、青霉素敏感,不含类

6、脂和脂蛋白,不形成内毒素,革兰氏染色阳性,1、细胞壁,4）革兰氏染色与细胞壁：,（4）革兰氏阳性和阴性细菌的比较,革兰氏阴性菌：,肽聚糖层次少、薄,机械抗性差,对溶菌酶、青霉素不敏感,类脂、脂蛋白组成外膜,内毒素,革兰氏染色阴性,1、细胞壁,（4）革兰氏染色与细胞壁：,（1）革兰氏染色,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。,革兰氏阳性菌产气荚膜梭菌（ 800）,革兰氏阴性菌大肠杆菌（ 500）,2、细胞膜(cell membrane) 性质与结构：细胞膜位于细胞壁内侧，紧包住细胞质，厚7.5-10nm，柔软而有弹性，约占细胞干重的10-30%，主要成分为6

7、0-70%的蛋白质、20-30%的脂类和约2%的多糖。细胞膜所含的脂类均为磷脂。通过质壁分离、选择性染色、原生质体破裂或电子显微镜观察等方法，可以证明细胞膜的存在。细胞膜结构一般采用Singer和 Nicolson提出的液态镶嵌模型。 功能：a. 控制细胞内、外的物质运送、交换； b.维持细胞内正常渗透压的屏障作用； c.合成细胞壁各种组分和荚膜等大分子的场所； d.进行氧化磷酸化和光合磷酸化的产能基地； e.鞭毛的着生点和提供其运动所需的能量等。,中间体（mesosome）：细胞膜内陷形成的层状、管状或囊状的结构。其主要功能可能与DNA的复制和分离、酶和其他蛋白质的分泌、以及细胞分裂时的横隔

8、形成及芽孢的形成有关。,细胞膜：对所有有生命的细胞来说是必需的，对细菌亦然！ 维持细胞内部结构处于稳定且高度有序状态的物理屏障； 细胞重要的代谢活动中心之一；,磷脂 膜蛋白 甾醇类物质,结构特点符合经典的“液态镶嵌模型”理论,不饱和脂肪酸的结构和相对含量变化大 （微生物生理及生态分布的多样性）。,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。,细菌：hopanoid（藿烷类化合物 ） 真核生物：胆固醇,提高膜的稳定性,3）细胞膜的化学组成与结构模型：,（4）甾醇类物质,由磷脂分子形成的双分子膜中加入甾醇类物质可以提高膜的稳定性,真核生物细胞膜中一般含有胆 固醇等甾醇，含量

9、为5%-25%。,原核生物与真核生物的最大区别就是其细胞膜中一般不含胆固醇，而是含有hopanoid（藿烷类化合物 ）。 注意与书上P48 第三段在概念上有差别！,甾醇的一般结构,3）细胞膜的化学组成与结构模型：,（4）甾醇类物质,hopanoid类甾醇，其作用被认为也是稳定细胞膜的结构,90%的化石燃料的前体物质是kerogen（油原，或称油母岩质）,Kerogen中细菌特有的hopanoid类甾醇占有很高的比例,Kerogen是由于细菌的活动而形成,在地下沉积物中细菌特有的hopanoid类甾醇的含量高达1011-12吨，与目前地球上 存在的活的生物（living organisms）体内

10、含有的有机碳的含量总和相当。,hopanoid被认为是地球上含量最丰富的生物分子,3、细胞质（ cytoplasm）及其内含物 细胞质中有许多内含物，主要有： 核糖体：主要由50S大亚基和30S小亚基组成 细胞内含物： 异染颗粒：是细胞内磷素的一种储存形态 聚-羟基丁酸（PHB）颗粒：是类脂物质,4、核区 细菌为原核细胞，无核膜和核仁，在核区中充满深度卷曲、折叠的DNA双螺旋细丝。故称为核质体、类核、拟核或核基因组等。在正常情况下，一个菌体内只有一个核，多集中于菌体中央。处于分裂活泼的细菌，由于DNA复制先于细胞分裂，一个细胞内可见24个核。细菌的核可看成一条染色体，是储存和传递遗传物质的基础

11、。 质粒：在细菌的类核外，有时一个或几个小形、共价、闭合环状的DNA分子，是染色体以外的遗传物质。 质粒成为基因工程中被广泛采用的载体。,(二）细菌细胞的特殊构造 1、糖被(glycocalyx)：某些细菌细胞壁外的较松厚，并具有一定外形的粘液性物质。如果粘液性物质没有明显的边缘，则叫粘液层。如果有个荚膜内含有多个细菌，这种荚膜又称为菌胶团。 成分: 90%的水分，多糖或多肽,糖被（glycocalyx) 糖被的功能 1、保护作用 2、贮藏养料 3、透性屏障和粒子交换系统 4、表面附着作用 5、细菌间信息识别作用 6、堆积代谢废物,鞭毛 (flagellum),鞭毛的构造在革兰氏阴性细菌和革兰

12、氏阳性 细菌中是不相同的 革兰氏阴性细 菌鞭毛结构 革兰氏阳性细菌鞭毛仅由S和M环组成,L环 (连在细胞外壁层LPS部位) P环 (连在内壁的肽聚糖部位) S环 (与周质空间相连) M环 (嵌入在细胞膜上),The Ultrastructure of Bacterial Flagella,鞭毛的着生方式,一端单毛菌（monotrichaete） 一端丛毛菌（lophotrichaete） 两端鞭毛菌（amphitrichaete） 周毛菌 （peritrichaete）,鞭毛的有无是菌种鉴定的一项重要指标。,鞭毛的有无和着生方式具有十分重要的分类学意义,单端鞭毛,端生丛毛,两端生鞭毛,周生鞭毛

13、,（三）细胞的结构,7、细菌细胞壁以外的构造 鞭毛(flagellum,复flagella),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,显微镜下判断：细菌的运动性 培养特征判断：半固体穿刺、菌落（菌苔）形态,（三）细胞的结构,细菌细胞壁以外的构造 鞭毛(flagellum,复flagella),3）鞭毛的结构及其运动机制,问题1：鞭毛如何运动？,鞭毛是如此的细小，根本无法对其运动情况进行直接观察！,（三）细胞的结构,7、细菌细胞壁以外的构造 鞭毛(flagellum,复flagella),3）鞭毛的结构及其运动

14、机制,鞭毛运动机制：“旋转论”（rotation theory） “挥鞭论” （bending theory）,西佛曼（M.Silverman） 和西蒙（M.Simon）的 “拴菌”试验 (tethered-cell experiment),3）鞭毛的结构及其运动机制,有关鞭毛运动的机制曾有过“旋转论”（rotation theory）和“挥鞭论”（bending theory）的争议。1974年，美国学者西佛曼（M.Silverman）和西蒙（M.Simon）曾设计了一个“拴菌”试验(tethered-cell experiment)，设法把单毛菌鞭毛的游离端用相应抗体牢牢“拴”在载玻片上，

15、然后在光学显微镜下观察细胞的行为。结果发现，该菌是在载玻片上不断打转（而非伸缩挥动），从而肯定了“旋转论”是正确的。,3、菌毛 是长在细菌体表的一种纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质附属物，在革兰氏阴性细菌中较为常见。其结构较鞭毛简单，功能是使细菌较牢固地粘连在物体表面上。多为致病菌。 菌毛分为普通菌毛和性菌毛。普通纤毛的主要功能是粘附作用，可使细菌细胞吸附在其他细菌和病毒上，也可附着在哺乳动物细胞或其他物体上。性菌毛比菌毛长，数量较少，一般1-4根，其功能是在不同菌株间交流DNA，也是某些具有高度特异性的噬菌体的吸附部位。,带有性因子（F因子）的细菌具有致育性，为F+菌,4、芽孢（spore

16、s） 某些细菌生长到一定阶段，在细胞内形成一个圆形或圆柱形的对不良环境条件具有较强的抵抗力的休眠体称为芽孢。产生芽孢前的菌体称为营养体。细菌的芽孢都生长在细胞内，又称内生孢子。由于每一细胞仅形成一个芽孢，故无繁殖功能。 （1）芽孢的形状、大小和位置：芽孢呈圆形或椭圆形和短圆柱形，折光性强，壁厚，不易着色，需用强染色剂和加热染色。芽孢的大小及在菌体中的位置随菌种而异，有的比菌体小，有的比菌体大。芽孢的形状、大小和位置对菌种鉴定具有重要的意义。,能产芽孢的细菌属不多，最主要的是属于革兰氏阳性杆菌的两个属好氧性的芽孢杆菌属和厌氧性的梭菌属，球菌中只有八叠球菌属产芽孢，螺菌中的孢螺菌属也产芽孢。,（2

17、）芽孢的形成过程,（3）芽孢的萌发：由休眠状态变成营养状态的细菌的过程，称为芽孢的萌发。萌发的过程主要分活化、出芽和生长三个阶段。活化作用可由短期加热或用低pH、还原剂的处理而引起。,（4）芽孢的抗性原理：细菌芽孢对热、干燥、化学消毒剂、辐射等均表现出很强的抗性，尤其突出的是抗热性。目前比较有代表性的是渗透调节皮层膨胀学说（osmoregulatory expanded cortex theory）。DPA（吡啶二羧酸钙）,在实验室和发酵工业中，湿热灭菌至少要在121维持15分钟才能保证培养基或物件的彻底灭菌。在干热情况下，一般规定物件必须在150-160 下维持1-2小时。 对芽孢深入研究的

18、理论与实践意义： （1）芽孢的有无及形态可作为菌种鉴定的重要的形态学指标； （2）芽孢的存在有利于对菌种的保藏； ( 3 ) 可作为衡量消毒灭菌措施的主要指标。,5、伴孢晶体：少数芽孢杆菌，如苏云金芽孢杆菌在其形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一个菱形、方形或不定形的碱溶性蛋白晶体，称为伴胞晶体。伴孢晶体系一种碱溶性蛋白质毒素，对200多种昆虫尤其是鳞翅目昆虫的幼虫有毒杀作用，因此可将苏云金芽孢杆菌制成细菌杀虫剂。,四、细菌的繁殖和菌落的形成 1、细菌的繁殖：细菌主要的繁殖方式是裂殖。裂殖后形成子细胞与母细胞大小相等，称为同形裂殖，裂殖后形成子细胞与母细胞大小不相等，称为异形裂殖。细菌亦存在有性结合，但发生频率极低。,2、菌落（colony）的形成：在固体培养基的表面或深层，由一个活细胞繁殖起来，形成的肉眼