原核微生物的形态,结构与功能.ppt

1、第二章：细菌的形态和构造,细菌（bacteria） 放线菌(actinomycetes）) 蓝细菌(cyanobacteria) 其他几种原核微生物(others),细菌的形态 观察细菌的方法 细菌细胞的大小 细菌的细胞构造 细菌的繁殖方式,细菌（Bacteria）,细菌的群体形态,细菌的形态构造及其功能,第一节：细菌的外形和大小,球菌(Coccus) 杆菌(Bacillus) 螺旋菌(Spirlla) 其他形状的细菌,细菌的细胞形态,球菌(coccus),单球菌 双球菌 四联球菌 八叠球菌 葡萄球菌 链球菌,球菌,单球菌（显微镜下示意图）,单球菌(single coccus),单球菌,双球菌

2、（显微镜下示意图）,双球菌(double coccus),双球菌,上：显微镜效果 下：电 镜 照 片,四联球菌(Micrococcus lactis),四联球菌,(Sarcina ureae),八叠球菌（显微镜下示意图）,八叠球菌,葡萄球菌,左：葡萄球菌电镜照片 右：显微镜下的金黄色葡萄球菌,葡萄球菌(Staphylococcus aureus),葡萄球菌,链球菌（显微镜下示意图）,链球菌,链球菌（电镜照片）,链球菌,链球菌（电镜照片）,链球菌,显微镜下的杆菌,杆菌(bacillus),电子显微镜下的结核菌 （绿色的就是结核杆菌）,杆菌,动物宿主细胞感染杆菌濒临死亡,电镜照片,链杆菌,链杆菌,

3、链,显微镜下的链杆菌,链杆菌,螺旋菌（Spirlla),螺旋菌,显微镜下的螺旋菌,螺旋菌,幽门螺旋菌,左：显微数码摄像,右：结构示意图,柄细菌,其他形状的细菌,柄细菌(Caulobacter bacterroides),变形菌,Different Shapes,Fig. 4.11,Fig. 4.11,观察细菌的方法,观察工具 观察方法,观察工具（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,microorganisms can be observed using a microscope,活体观察 染色观察,显微镜观察细菌,细菌染色法,死菌,正染色,负染色：,

4、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,染色方法,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（G-）,革兰氏染色步骤示意图,细胞壁与革兰氏染色,细菌电子显微镜照片,细菌细胞的大小,普通光学显微镜下用测微尺测细菌大小,细菌细胞大小,细菌细胞的大小,细胞的大小是细菌分类特征,不同细菌细胞大小不同,同一细菌的不同菌龄细胞大小不同,细菌细胞大小还与营养等因素相关,细胞大小的测量结果只是近似值或平均值,2。1。2,细菌细胞的结构,细胞壁 细胞壁以内的构造

5、原生质体 细胞壁以外的构造,细菌细胞结构,（cell wall),细胞壁的结构 细胞壁 的功能 细胞壁 的化学组成 细胞壁与革兰氏染色 无壁细胞与原生质体,细胞壁,细菌 （cell wall）的结构,细胞壁的结构,细胞的表面纹理（革兰氏阳性菌）,G+细胞表面纹理,细菌的表面纹理（革兰氏阴性菌）,G细胞表面纹理,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,细胞壁抛面结构,细胞壁的功能,固定细胞外形,协助鞭毛运动,保护细胞免受外力的损伤,为正常细胞分裂所必需,阻拦有害物质进入细胞,与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性 密切相关,细胞壁功能,高等植物 纤维素,霉菌

6、 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,磷壁酸,细胞壁化学组成,G G细胞壁成分的区别,Cncnc-micro,成 分,肽聚糖,磷壁酸,类脂质,蛋白质,占细胞壁干重的%,含量很高（30-95）,含量较高（50）,一般无（2）,0,含量很低（5-20）,0,含量较高（-20）,含量较高,G,G,磷壁酸结构,磷壁酸的功能,因带负电荷，故可与环境中的Mg等阳离子结合，提高这些离子的浓度，以保证细胞膜上一些合成酶维持高活性的需要。,保证革兰氏阳性致病菌与其宿主间的粘连,赋于革兰氏阳性细菌以特异的表面抗原,提供某些噬菌体以特异的吸附受体,贮藏磷原素,调

7、节细胞内自溶素（autolysin）的活力防止细胞死亡,磷壁酸功能,脂多糖功能,是革兰氏阴性细菌致病物质内毒素的物质基础,与磷酸相似，也有吸附Mg+、Ca2+等阳离子以提高这些离子在细胞表面的浓度的用；,由于LPS结构的变化，决定了革兰氏阴性细胞表 面抗原决定簇的多样性；,是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。,具有近控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能。,脂多糖功能,细胞壁与革兰氏染色,原生质体（左侧为大肠杆菌的原生质体， 右侧为杆状的大肠杆菌）,缺壁细菌,原生质体（左侧为大肠杆菌的原生质体， 右侧为杆状的大肠杆菌）,缺壁细菌,缺壁 细菌,实验室中形成,自然界长期进化中形成：支原体,自发缺壁

8、突变：L型细菌,人工方法去壁,彻底除尽：原生质体,部分去除：球状体,缺壁细胞的形成,细胞壁以内的构造原生质体,细胞质膜（cell membrane） 细胞质和内含物(cytoplasm and inclusion body) 核区(nuclear region or area) 特殊的休眠构造芽孢(endospore,spore),原生质体,细胞膜,膜蛋白在生物膜中的分布和种类,a:内嵌蛋白；b 、c : 内嵌蛋白或整合蛋白；,d:外周蛋白；e:多酶复合体；f:脂双分子层,f,细胞膜组成,控制细胞内、外的物质的运送、交换,维持细胞内正常渗透压以保证屏障作用；,合成细胞壁各种组分和荚膜等大分子的

9、场所；,进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地；,许多酶和电子传递链组分的所在部位；,鞭毛着生点和提供其运动所需的能量等。,细胞膜的功能,间体（Mesosome)的功能,相当于真核细胞的线粒体,相当于真核细胞的内质网,与细胞壁合成有关,可能与核分裂有关,有学者认为间体是一种赝象,间体功能,细胞质(cytoplasm )和内含物( inclusion body),贮藏物(reserve granule) 磁小体(megnetosome) 羧酶体(carboxysome) 气 泡(gas vocuoles) 核糖体(ribosome) 质粒(circular covalently closed DN

10、A),细胞质和内含物,红色螺菌的,Poly-hydroxybutyrate,PHB,电子显微镜图片,OH,P,O,H,n,H,O,O,异染粒（metachromatic granule）,n=2106,异染粒,（cyanophycin）,CO2,Asp,CO,H3N+,n,Asp,Asp,CO,CO,NH,NH,NH,Arg,Arg,Arg,藻青素,（carboxysome）,存在于一些自养细菌内的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,在自养细菌的CO2固定中起关键作用,羧酶体,（gas vocuoles）,是许多光合型、无鞭毛水生菌中充满气体的泡

11、囊状内含物,大小为0.21.0um75nm,内由数排柱形小空泡组成，外有2nm厚的蛋白膜包裹,每个细胞中含几个或数百个气泡,功能：调节细胞比重以使细菌漂浮在最适水层中获取光能 O2，和营养物质,气泡,核糖体（Ribosome),核糖体,核糖体,核糖体亚基连在,核糖体（Ribosome),多聚核糖体,、,核糖体亚基 释 放,多聚核糖体,质粒 染色体 (Chromosomes),质粒(circular covalently closed DNA ),质粒,R因子 ： 与抗药性有关,F因子：与有性接合有关,其他质粒：与抗生素，色素合成有关,基因工程中作为目的基因载体,质粒功能,（nuclear re

12、gion or area）,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,每个细胞所含的核区数一般14个,细菌除在染色体复制时间内呈双倍体外,一般均为单倍体,核区,细菌芽孢在光学显微镜下的形态及其在胞内的位置,某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、抗逆性极强的休眠体,由于一个营养细胞内仅生成一个芽孢，无繁殖功能,芽孢是生物界中抗性最强的生命体。,芽孢在普通条件下可保持几年至几十年的生活力。,(endospore/spore),芽孢,枯草芽孢杆菌,产芽孢细菌的种类 芽孢的构造 芽孢形成 芽孢萌发

13、 芽孢的耐热机制 研究芽孢的意义 伴孢晶体 细菌的其他休眠构造,芽孢特点,芽孢,菌体 （营养细胞）,产芽孢细菌的种类,孢,孢外壁,芽孢衣,皮 层,芽孢质,芽孢核区,芽孢膜,芽孢壁,核心,细菌芽孢构造的模式图,成熟芽孢的电镜照片,含有吡啶2，6二羧酸（DPA-Ca）,含有芽孢特有的芽孢肽聚糖,芽孢平均含水40，皮层含水70,芽孢中酶的分子量较营养细胞小,芽孢耐热机制,芽孢萌发过程中的形态,细胞芽孢的表面结构,细菌分类、鉴 定中的重要形 态学指标,指导菌种保藏,制定灭菌参数,研究芽孢的意义,苏云金芽孢杆菌和伴孢晶体,少数芽孢杆菌在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体内毒素

14、，称为伴孢晶体。,实用意义： 细菌杀虫剂生物农药,伴孢晶体,细菌的休眠构造除上述芽孢外，还有孢囊（cyst,由固氮菌产生）等。,孢囊也是在逆境中产生的。,孢囊也是在逆境中产生的休眠体。,和芽孢一样没有繁殖功能。,细菌的其他休眠构造,孢 囊,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,芽孢与孢囊的比较,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,细胞壁以外的构造,糖被(glycocalyx),包被

15、于某些细菌细胞壁外 的一层厚度不定的胶状物 质，称为糖被。,糖被的有无、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）,糖被,荚膜成分,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,荚膜成分,荚膜功能,保护作用,贮藏养料,堆积代谢 废物,附着作用,保护细菌免受干旱损坏,防止噬菌体的吸附和裂解,使致病菌免受突破主白细胞吞噬,作为透性屏障或离子交换系介质,细菌间的信息识别作用,荚膜功能,鉴定菌种,提取葡聚糖“代

16、血浆”,胞外多糖：黄原胶用于石油开采,菌胶团用于处理污水,细菌糖被意义,鞭毛（Flagellum),生长在某些细菌体表的长丝状蛋白质附属物，称为鞭毛，其数目为一至数条，具有运动功能。,鞭毛一般长度为1520um直径为 0.01 0.02um,观察鞭毛的方法:染料沉积使之加粗后用显微镜观察:常用电镜观察,判断鞭毛有无的方法:半固体培养基 平板培养菌落边缘,细菌鞭毛显微镜照片,鞭毛的类型,鞭毛的结构,鞭毛,细菌鞭毛的类型,鞭毛类型,鞭毛丝结构图解,：鞭毛蛋白亚基,每周为8-10个亚基,鞭毛蛋白亚基是一种球状蛋白，分子量3-6万,鞭毛丝由直径 4.5nm 的鞭毛蛋白亚基沿央孔 道（直径为20nm）螺

17、旋状缭绕而成。,鞭毛丝结构图解,运动的鞭毛,运动的鞭毛,菌毛（Pilus),（伞毛、纤毛、线毛）,菌毛,菌 毛,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,细菌的鞭毛和菌毛的比较,鞭毛 菌毛比较,性毛（pili,单数pilus）,构造和成分与菌毛相同， 但比菌毛长。,数量仅一至少数几根。,性毛一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌珠中。,其功能是向雌性菌珠（受体菌）传递遗传物质。,鞭毛,菌毛,性毛,糖被,性毛,苏云金杆菌和伴孢晶体电子显微镜图片,DNA结合位点,细菌繁殖方式,细菌繁殖方式,细菌群体的形态（细菌的培养特征）,细

18、菌的菌落特征,细菌的其它培养特征,细菌群体形态,细菌的菌落特征,细菌菌落特征,细菌菌落 细菌细胞的电子显微镜图片,固体培养基表面细菌菌落（照片）,Colony morphology,固体培养基表面细菌菌落,菌落中的细胞形态,细菌菌落中的细胞形态 固体培养基上链球菌菌落的电镜扫描图片,菌落中的细胞形态（照片）,菌落中的细胞形态,细菌菌落中的细胞形态 固体培养基上,菌落中的细胞形态（照片）,细菌菌落特征,细菌菌落特征剖面图,菌落特征笸面图,细菌菌落特征,细菌菌落特征正面图,返回鞭毛,菌落特征正面图,细菌在琼脂培养基中穿刺培养的生长特征,细菌在半固体培养上的培养特征,在半固体培养基是的培养特征,细菌

19、在明胶培养基中穿刺培养并液化明胶的特征,在半固体培养基是的培养特征,细菌在明胶培养基中穿刺培养并液化明胶的特征,在半固体培养基是的培养特征,细菌在明胶培养基中穿刺培养并液化明胶的特征,在半固体培养基是的培养特征,细菌在肉汤培养基中的表面生长特征,细菌在肉汤培养基中的表面生长特征,絮状,环状,浮膜状,膜状,在肉汤培养基中的表面生长特征,细菌与环境保护,细菌与环境保护,1 有氧条件下细菌将有机物彻底分解 2 无氧条件下制成甲烷气体作为燃料 3 污水处理原理利用微生物分解有机物,污水处理场,放线菌是一类具有丝状与枝细胞的细菌,有原核,菌丝直径与细菌相仿,细胞壁的主要成分是肽聚糖,放线菌噬菌体的形状与

20、细菌的相似,最适生长PH相近，一般呈微碱性, DNA重组的方式与细菌的相同,核糖体同为70S,对溶菌酶敏感,凡细菌所敏感的抗生素，放线菌也同样敏感,有的放线菌产生有鞭毛的孢子,其鞭毛类型与细菌相同,特点,放线菌的分布与生活方式,放线菌一般分布在含量较低；有机物丰富和呈 微生物碱性的土壤中。 107个g左右,能看到：北方春季深层黑土地的白丝,能闻到：泥土特有的“泥腥味”,分布与生活方式,基内菌丝（Substrate mycelium) 又称营养菌丝，功能是吸收营养，直径 0.2-1.2um长度100600um，色素可有可无。,Cncnc-micro,基内 菌丝,基内菌丝,气生菌丝（Aerial

21、mycelium) 基内菌丝长到一定时期，长出培养基外，伸向空间的菌丝，直径11.4um, 长短不一，形状不一，颜色较深。,Cncnc-micro,气生菌丝,气生菌丝,孢子丝(Reproductive mycelium) 当气生菌丝生长发育到一定阶段，气生菌丝上分化出的可形成孢子的菌丝。 孢子的形状及在气生菌丝上排列的方式随种而异。,孢子丝,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,孢子丝类型,放线菌的菌落形态,菌落质地硬而且致密，菌落小而不广泛延伸,菌落表面呈紧密的绒状或坚实、干燥多皱。,接种针难以挑

22、取，有时可挑碎，有时可将整 个菌落挑起。,Cncnc-micro,菌落形态,老龄菌：幼龄菌菌落与细菌难以区分。 菌落周围具放射状菌丝，,由于菌丝和孢子常具不同色素，使菌落 正面，背面呈不同色泽。,Cncnc-micro,老龄菌,2.2.3放线菌的生活史：,孢子 萌发,基内 菌丝,气生 菌丝菌丝,孢子丝,5 孢子丝分化形成的孢子,放线菌 生活史,放线菌的繁殖,生活史,放线菌的繁殖方式,分生孢子,孢子囊孢子,菌丝断裂,其他方式,繁殖方式,（2）沿横隔断裂形成孢子,（3）成熟孢子,（1）孢子丝中形成横隔,横隔断裂形成孢子的过程,分生孢子繁殖,分生孢子繁殖,孢子囊孢子繁殖,粉红链孢霉孢子囊形成过程,孢

23、子囊形成初期,孢子囊,继续生长,成熟孢子囊,孢子囊形成过程,放线菌生理,绝大多数为异养型，能利用不同的碳水化合物。,氮源以Pr,蛋白胨，以及某些氨基酸最合适， 硝酸盐、铵盐和尿素次之.,一般都需要金属离子。,大多放线菌是好气性的。,最适温度23370C,生理,放线菌与人类,绝大多数抗生素由放线菌产生,用来生产纤维素、酶、维生素,具固氮作用，用于生产生物菌肥,少数寄生型放线菌可引起动植物病害 有的放线菌能破坏棉毛织品和纸张,与人类关系,链杆状,丝状聚合体,球状（正在分裂）,蓝细菌的形态,蓝细菌形态,蓝细菌生理,是光能自养型生物：只需空气、阳光、水分、少量 无机盐,没有有性生殖，以裂殖为之，也可芽

24、生殖，极少数有孢子,已知蓝细菌有20多种具固氮作用。 赤潮,蓝细菌生理,其他与水处理有关的细菌,鞘细菌：一类具特殊形态的细菌。细胞呈丝状排列，被包在鞘膜内，有独特的生活史。 单个细胞杆状，革兰氏染色阳性，偏端丛生鞭毛，能活跃运动，又称游动细胞。 鞘一般由蛋白质、多糖、脂类复合物组成，有的还有锰和铁的沉积物，类似荚膜，紧贴在杆菌链的外围，可防御原生动物和某些细菌的攻击。,鞘上一般有固着器，可附着于固形物上，当水中营养不足时，鞘可随水流动而富集营养。专性需氧菌。 主要分布在含污染物的河流、滤水池、活性污泥等含有机质丰富的流动淡水中。大量生长时，常形成“球衣菌菌花”；也可使活性污泥膨胀，致使难以澄清

25、。包括球衣菌属、纤发菌属、软发菌属、利斯克氏菌属、栅发菌属，泉发菌属和细枝发菌属。,滑行细菌,一类在形态和生理特性呈多样性，而且亲缘关系并不密切的细菌，其共同点是：细胞不借助可见的运动器官而是进行滑行运动。 有些滑行细菌在运动时是沿着长轴在向前旋转，而有的则是只保持细胞的一边与基物表面接触，向前滑行。 不形成子实体，也不能进行光合作用。,光光合细菌,简称PSB)是地球上出现最早、自然界中普遍存在、具有原始光能合成体系的原核生物，是在厌氧条件下进行不放氧光合作用的细菌的总称 没有形成芽孢能力的革兰氏阳性菌，具有细菌叶绿素和类胡萝卜素等光合色素，呈现一定颜色。,(简称PSB)是地球上出现最早、自然

26、界中普遍存在、具有原始光能合成体系的原核生物，是在厌氧条件下进行不放氧光合作用的细菌的总称，,PSB菌广泛存在于各处，能够降解水体中的亚硝酸盐、硫化物等有毒物质，实现充当饵料、净化水质、预防疾病、作为饲料添加剂等功能， 适应性强，能忍耐高深度的有机废水和较强的分解转化能力，对酚、氰等毒物有一定有忍受和分解能力等特点，它的诸多特性，使其在无公害水产养殖中具有巨大的应用价值。,在自然界淡、海水中通常每毫升含有近百个PSB菌。 水产养殖中运用的光合细菌主要是光能异养型红螺菌中的一些品种，例如沼泽红假单胞菌。,其他几种原核微生物,立克次氏体,支原体,衣原体,其他几种原核微生物,立克次氏体（Rickettsia）,是落基山斑疹伤寒的病源体,原核，G -,只能寄生于真核细胞体内（多用鸡胚培养）,无滤过性(o.3-o.6o.8-2um),细胞形态多变,有不够完整的产能代谢途径,基因组1.1Mb,834个基因（98年11月公布）,立克次氏体,枝原体（Mycoplasma）,支原体的直径约为150300nm,缺乏细胞壁,“油煎蛋”状菌落（0.1-1.0mm）,二等分裂,能在人工培养基上独立生长,具有氧化型或发酵型的产能代谢,在好氧或厌氧条件下生长,对能与核糖体、细胞膜结合的表面活性剂、抗生素敏感,基因组很小，0.6-1.1Mb,枝原体,衣原体（Chlamydia psittaci)在寄主细胞质中