微生物学(PPT格式课件)第一章 原核

1、第一章 原核生物 （Procaryotes）,指一大类细胞核无核膜包裹,只存在称作核区的裸露DNA的原始单细胞生物。包括真细菌和古生菌两大类。 根据外表特征把原核生物分为六种类型 细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体、衣原体。,第一节 细菌,细菌的定义 细菌与人类的关系,一、细胞的形态构造及其功能,（一）形态和染色 1.形态 球形 杆形 螺旋形 其它形状 丝状 三角形 方形等,球菌(Sphericalcoccus),杆菌 (bacillus),肠道杆菌,棒状杆菌,螺旋菌（spirilla）：弧菌、螺菌、螺旋体,螺旋体 是一类细长、柔软、弯曲呈螺旋状、运动活泼的单细胞型微生物。 在生物学上的

2、位置介于细菌与原生动物之间。在分类学上由于更接近于细菌而归属在细菌的范畴。,幽门螺杆菌,2.大小、重量,典型的大肠杆菌 长2um；宽0.5um；重10-12克； 1500个细胞的长径相连，相当于一个芝麻大 120个向相连，有一根人发的粗细； 109个细胞才有1mg重； 最大的细菌 纳米比亚嗜硫珠菌 （Thiomargarita namibiensis） 最小的细菌 纳米细菌（nanobacteria）,颤蓝菌属,巨大芽孢杆菌,大肠杆菌,肺炎球菌,嗜血流感菌,纳米细菌,3.染色,3.染色,抗酸性染色,检查抗酸细菌(如结核分支杆菌、麻风杆菌等)的一种特殊染色法。 先以浓石炭酸复红加温初染，随即以盐

3、酸、酒精或硫酸脱色，最后用美蓝液复染。如属于抗酸性细菌呈红色，如属于一般细菌呈蓝色。 其机理是分支杆菌等抗酸性细菌的细胞壁富含脂质，能抵抗盐酸酒精的脱色，而染上红色的外观。,一般构造,特殊构造,（二）构造,1.一般构造,(1)细胞壁 定义 是位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被，主要由肽聚糖构成，有固定外形和保护细胞等多种功能。 功能（P12）,细胞壁结构 G+ 和G-的细胞壁的构造不同,1) G+细菌的细胞壁结构（Staphylococcus aureus）,细胞壁厚； 化学成分简单（由肽聚糖和磷壁酸组成）； 肽聚糖(Peptidoglycan)的结构 真细菌细胞壁中的特有成分； 由大量小分子

4、单体聚合而成； 单体组成 双糖单位 N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸通过-1，4糖苷键相连接； 四肽尾 肽桥 甘氨酸五肽,-1，4糖苷键 可被溶菌酶水解,L-Ala,D-Glu,L-Lys,D-Ala,单体间的连接,磷壁酸,是结合在G+细菌细胞壁上的一种酸性多糖; 可分为两类：壁磷壁酸和膜磷壁酸 功能（P14）,细胞壁薄； 层次多、成分复杂； 外膜 脂多糖 外膜蛋白（20多种） 脂蛋白 孔蛋白 磷脂 内膜 肽聚糖,2） G-细菌的细胞壁结构,2） G-细菌的细胞壁结构,G-细菌单体间的连接,G+细菌和G-细菌肽聚糖单体结构的比较,G+细菌和G-细菌细胞壁的比较,革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌的细

5、胞壁结构和成分间的差别导致： 染色反应不同； 形态、构造、化学成分、生理生化和致病性等的不同； 革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌一系列生物学特性的比较（P16）,3）革兰氏染色的方法和机制,革兰氏染色的机制（P18） 基于细菌细胞壁特殊化学组分基础上的一种物理原因。,革兰氏染色法,4）古生菌的细胞壁,古生菌又称古细菌(Archaebacteria)，或 称古菌(Archaea)，是一个在进化途径上很早就 与真细菌和真核生物相互独立的生物类群，如产甲烷菌(Methanobacterium)和大多数嗜极菌(Extremophile)。,在古生菌中除Thermoplasma（热原体属)无细胞壁外，其他

6、都具有与真细菌功能相似的细胞壁，然而细胞壁的成分与真细菌差别甚大，已知的一些古生菌细胞壁中没有真正的肽聚糖，而是由多糖（假肽聚糖）、糖蛋白或蛋白质构成。,古生菌的细胞壁结构,由多糖组成，结构与细菌肽聚糖不同之处： 双糖骨架是由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸以-1，3-糖苷键（不被溶菌酶水解）交联而成； 肽尾是由L-Glu、L-Ala和L-Lys 3个L型氨基酸组成； 肽桥由1个L-Glu 组成。,甲烷杆菌属（Methanobacterium）的细胞壁,5）缺壁细菌(Cell wall deficient bacteria),(2)细胞膜（cell membrane）,1)定义 紧贴在细

7、胞壁内侧的一层由磷脂和蛋白质组成的柔软、富有弹性的半透性薄膜； 不含甾醇； 2)细胞膜的结构 1972年Singer和Nicolson提出的液态镶嵌模型 其主要内容 P18,3) 细胞膜的生理功能（P19）,2003年美国科学家彼得阿格雷和罗德里克麦金农获得了诺贝尔化学奖表彰他们在细胞膜通道方面做出的贡献。,阿格雷得奖是由于发现了细胞膜水通道。 目前，科学家发现水通道蛋白广泛存在于动物、植物和微生物中，人体内的水通道有11种。,阿格雷,如在人的肾脏中，通常一个成年人每天要产生170升的原尿，这些原尿经肾脏肾小球中的水通道蛋白的过滤，其中大部分水分被人体循环利用，最终只有约1升的尿液排出人体。,

8、麦金农的贡献主要是在细胞膜离子通道的结构和机理研究方面。 1988年，他利用X射线晶体成像技术获得了世界第一张离子通道的高清晰度照片； 它可以让科学家观测到离子在进入离子通道前、进入离子通道中和进入离子通道后的状态。,麦金农,阿格雷和麦金农对水通道和离子通道的研究意义重大； 很多疾病，如一些神经系统疾病和心血管疾病就是由于细胞膜通道功能紊乱造成的； 对细胞膜通道的研究可以帮助科学家寻找具体的病因，并研制相应的药物； 利用不同的细胞膜通道，可以调节细胞的功能，从而达到治疗疾病的目的。,Morphology of a gram-positive bacterial cell,由细胞膜内褶形成的一种

9、囊状结构，其内充满着层状或管状的泡囊； 多见于革兰氏阳性细菌，每个细胞含一个至数个，革兰氏阴性细菌中不甚明显； 着生部位可在表层或深层 表层与某些酶的分泌有关; 深层与DNA复制及细胞分裂有关。,4）间体,5）古生菌的细胞膜,与细菌细胞膜的不同 疏水尾由长链烃组成（异戊二烯的重复单位四聚体植烷）； 亲水头与疏水尾通过醚键连接； 膜的结构有单分子层或单、双混合膜； 甘油分子的C3位上连接的基团（R）与细菌和真核生物不同； 含有多种独特的脂类（细菌红素、番茄红素、胡萝卜素、视黄醛等）。,古生菌磷脂的分子结构,真细菌菌磷脂的分子结构,(3)细胞质（cytoplasm）,被细胞膜包围着的除核区以外的一

10、切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。 主要成分 水（约为80%） 核糖体 细胞内含物 细胞质内一些形状较大的颗粒状构造，如贮藏物、羧酶体、气泡等； 与真核生物不同 细胞质不流动 核糖体是70S 内含物成分不同,贮藏物的作用,它是微生物合理利用营养物质的一种调节方式； 它 以多聚体的形式存在，有利于维持细胞内环境的平衡，避免不适合的pH，渗透压等的危害； 它在细菌细胞中大量积累，是重要的自然资源。,PHB,sulfur globules,Polyphosphate granule,（4）核质体核区、拟核、核基因组,定义 原核生物特有的无核膜包裹、无固定形态的原始细胞核。,结构 Feulgen或Gi

11、emsa染色 大型环状的双链DNA分子，一般不含蛋白质,功能 负载细菌遗传信息的物质基础。,第一个测定完成全基因组序列的独立生活的生物是Haemophilus influenzae； 第一个测定完成全基因组序列的自养生活的生物是古生菌； 第一个测定完成全基因组序列的真核生物是Saccharomyces cerevisiae；,细菌、古生菌与真核生物若干特性比较,2.细菌的特殊构造,glycocalyx,endospore,flagella,fimbriae,Sex-pili,（1）糖被(glycocalyx),定义 包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的透明胶状物质。 糖被的类型,成分（P23

12、） 一般为多糖，少数为蛋白质、多肽或多糖与多肽复合型； 功能 保护作用； 贮藏养料； 作为透性屏障和离子交换系统； 表面附着作用； 堆积代谢废物； 细菌间的信息识别作用 应用 用于菌种鉴定； 用作药物和生化试剂（Leuconostoc mesenteroides）； 用作工业原料(Xanthomonas campestris)； 用于污水的生物处理(Zoogloea),（2）鞭毛(flagellum or flagella),某些细菌长在体表的长丝状、波曲的蛋白质附属物。其数目为一至数十条，具有运动功能，成分为蛋白质。 观察鞭毛的方法,在暗视野中通过对细菌水浸片的观察,鞭毛的结构 由基体、钩形

13、鞘和鞭毛丝组成；,G-细菌的鞭毛结构 以 E.coli 为例,鞭毛运动的机制 “旋转论”or“挥鞭论”?,“拴菌”试验（tethered-cell experiment） P25,鞭毛的着生方式,偏端单生,两端单生,偏端丛生,两端丛生,周生,侧生,（3）菌毛(fimbria),定义 粘连的功能； 以G-致病菌居多； 无基体构造，直接生于细胞膜上,（4）性菌毛（pilus ） 多见于G-的雄性菌株 向雌性菌株传递DNA片段；,() 芽孢（endospore),抗逆性极强的休眠构造(抗热、抗辐射、抗压等)； 枯草芽孢杆菌，在沸水中可存活1小时； 肉毒梭状芽孢杆菌要经5-10h才被杀死； 芽孢的形态

14、和着生位置,无繁殖功能；,能形成芽孢的细菌种类,Bacillus Aerobic,Clostridium Anaerobic,Bacillus subtilis,芽孢的结构,产 芽 孢 细 菌,芽孢囊：是产芽孢菌的营养细胞外壳,芽 孢,孢外壁：主要含脂蛋白，透性差(有的无),芽孢衣：主要含疏水性角蛋白，抗酶解、抗药物，多价阳 离子难通过,皮层：主要含芽孢肽聚糖及DPA-Ca，体积较大，渗透 压高，含水量大,核心,芽孢壁：含肽聚糖，可发展成新的细胞壁,芽孢质膜：含磷脂、蛋白质，可发展为新细胞的膜,芽孢质：含DPA-Ca、核糖体、RNA和酶类,核区：含DNA,endospore formation

15、,束状染色质形成； 细胞膜内陷，形成前芽孢； 前芽孢双层隔壁形成， 两层隔壁间填充内容物，形成皮层 芽孢衣和皮层合成完成； 芽孢成熟； 芽孢囊裂解，芽孢游离；,1. 渗透调节皮层膨胀学说,2. DPA(吡啶2，6-二羧酸)-Ca,芽孢的耐热机制,思考题： 研究细菌的芽孢有何意义？,研究芽孢的意义,菌种鉴定； 提高菌种的筛选效率，有利于菌种保藏； 衡量消毒灭菌手段的重要指标； 肉类：肉毒梭菌； 外科器材：破伤风梭菌和产气荚膜梭菌； 实验室和发酵工业：嗜热脂肪芽孢杆菌；,伴胞晶体（内毒素）,少数芽孢杆菌，如Bacillus thuringiensis在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成,一颗菱形、方形

16、或不规则型的碱溶性蛋白质晶体，为伴胞晶体。,伴胞晶体的应用,其他的休眠构造：孢囊、粘液孢子、蛭孢囊等,孢囊,是Azotobacter vinelandii（棕色固氮菌）等一些固氮菌在外界缺乏营养的条件下，由整个营养细胞外壁加厚、细胞失水而形成的一种抗干旱但不耐热的圆形休眠体。,裂殖：多数 二分裂：绝大多数细菌 三分裂：绿色硫细菌 复分裂：蛭弧菌 芽殖：少数 硝化杆菌属、芽生杆菌属等10余属细菌,（三）细菌的繁殖,二、细菌的群体形态,在固体培养基上（内）的群体形态 菌落（colony）：P28 菌苔(bacterial lawn) 菌落特征的描述 大小： 形状：圆形、假根状、放射状、不规则； 颜

17、色： 透明程度：透明、不透明、半透明； 隆起状态：低凸、扁平、隆起、乳头状； 边缘情况：整齐、波浪状、锯齿状； 表面状态：光滑、皱褶、同心环； 表面光泽：无光泽、金属光泽； 质地：油脂状、膜状、粘、脆；,圆、整,不、波状,不、叶状,规、放状,细菌菌落表面结构、形态及边缘特征,规、扇状,规、齿状,规、环状,不、毛毯,规、菌丝,不、卷发,不、丝状,不、根状,细菌菌落特征,湿润、较光滑、较透明、较粘稠、易挑取、质地均匀、菌落正反面颜色一致等。,G+细菌与G-细菌生物学特性的比较,一、放线菌的形态构造 链霉菌的形态构造 其他放线菌的形态构造 二、放线菌的繁殖 三、放线菌的群体特征,第二节 放线菌,是一

18、类呈菌丝状生长、主要以孢子繁殖和陆生性强的原核生物； G+ ； 是一类具有丝状分枝细胞的细菌； 细胞壁成分、大小、结构、鞭毛、对抗生素的敏感性等方面与细菌一致； 作用：P29,放线菌(actinomycetes),一、放线菌的形态和构造,链霉菌属 分布最广； 种类最多； 形态特征最典型； 与人类关系最密切；,Streptomyces 的形态和构造模式图,Streptomyces 的形态和结构,营养菌丝（基内菌丝） 气生菌丝 孢子丝（繁殖菌丝） 孢子丝的形态多样； 孢子的形态多样； 孢子颜色十分丰富， 孢子表面光滑、褶皱、刺状或毛发状等，因种而异； 孢子丝和孢子的形态是对放线菌进行分类、鉴定的重

19、要指标；,（一）链霉菌（Streptomyces）的形态构造,Various types of spore-bearing structures on the streptomyces,（二）其他放线菌所特有的形态构造,基内菌丝断裂成大量杆菌状体的放线菌 以诺卡氏菌属（Nocardia）为代表的原始放线菌 具有发达的营养菌丝，但多数无气生菌丝； 以横割分裂方式产分生孢子；,菌丝顶端形成少量孢子的放线菌 小单孢菌属：在基内菌丝顶端产一个孢子； 小双孢菌属：在气生菌丝顶端形成2个孢子； 小四孢菌属：在气生菌丝顶端形成个4孢子 小多孢菌属：在气生菌丝顶端形成2-10个孢子；,（二）其他放线菌所特有的

20、形态构造,具有孢囊并产孢囊孢子的放线菌 孢囊链霉菌属：由孢子丝盘卷成孢囊，内部产生多个孢囊孢子；,（二）其他放线菌所特有的形态构造,具有孢囊并产游动孢子的放线菌 游动放线菌属：气生菌丝不发达，在基内菌丝上形成孢囊，内含许多孢囊孢子；,二、放线菌的繁殖,孢子繁殖 孢子的形成横割分裂 细胞膜内陷许多分生孢子； 细胞壁和细胞膜同时内陷 一串分生孢子；,细胞壁和细胞膜同时内陷,细胞膜内陷,干燥、不透明、表面呈致密的丝绒状； 颜色十分多样； 菌落和培养基连接紧密，难以挑取； 菌落的正反面颜色不一致。,三、放线菌的菌落特征,进化历史悠久（21亿17亿年前已经形成）； 革兰氏染色阴性； 无鞭毛； 含叶绿素a

21、，但无叶绿体； 能进行产氧性光合作用； 大型原核生物； 分布广，有“先锋生物”之美称； 形态多样；,第三节 蓝细菌(Cyanobacteria）,Nonfilamentous cyanobacteria,Filamentous Cyanobacterium Anabaena sp.,The morphological diversity of the cyanobacteria,分支状菌丝,有异形胞 菌丝,由二分裂形成的单细胞,由复分裂形成的单细胞,无异形胞 菌丝,蓝细菌的构造,其构造同革兰氏阴性细菌； 一些水生种类在其壁外有糖被或鞘； 细胞质内有类囊体（光合作用）、羧酶体（固定CO2）、内含

22、物（PHB、蓝细菌肽和聚磷酸盐）和气泡（水生性种类）； 含两至多个不饱和脂肪酸；,蓝细菌细胞的几种特化形式,异形胞 固氮功能； 静息孢子休眠细胞； 链丝段繁殖功能； 内孢子繁殖功能；,螺旋藻就是蓝细菌的一种，原生长在热带地区高浓度碱性盐湖中。它是生长于水体中的一种微小生物，在显微镜下可见其形态为螺旋丝状由此得其名； 螺旋藻富含蛋白质、亚麻酸、维生素和锌、铁、钾、钙等矿物质，是近年来发现的营养最丰富、最全面、最均衡的天然食品。 螺旋藻中的营养成分与联合国粮农组织设计的人体理想的标准成分几乎一致，因而受到了联合国和世界各地的一致推崇，被誉为 “ 21世纪人类最理想的天然保健食品 ” 。,蓝细菌的作用 有益：螺旋藻,有害：赤潮和水华,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是三类同属G-的代谢能力