《原核生物》课件.ppt

1、第一章 原核微生物,第一节 细菌（bacteria）,一、细胞的形态构造及其功能,（一）形态和染色,球状,杆状,螺旋状,基本形态,一、细胞的形态构造及其功能,（一）形态和染色,1、球状,细胞个体呈球形或椭圆形，不同种的球菌在细胞分 裂时会形成不同的空间排列方式，常被作为分类依据。,一、细胞的形态构造及其功能,（一）形态和染色,2、杆状,细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较 稳定，而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较 大变化。,枯草芽孢杆菌,地衣芽孢杆菌,铜绿假单胞菌 （绿脓杆菌）,结核分枝杆菌,炭疽病的病原菌 -炭疽杆菌,破伤风梭菌,一、细胞的形态构造及其功能,（一）形态和染色,3、

2、螺旋状,弧菌,螺旋菌,螺旋体菌,弧菌：,菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈， 形似“C”字或逗号，鞭毛偏端生。,蛭弧菌,霍乱弧菌,螺旋菌：,菌体回转如螺旋，螺 旋数目和螺距大小因 种而异。鞭毛二端生 细胞壁坚韧，菌体较 硬。,螺旋体菌：,菌体柔软，用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。,梅毒密螺旋体,细菌的大小,球菌的大小以细胞的直径来度量， 杆菌和螺旋菌则是用宽长来表示。 球菌的直径一般是0.51.0 m ，金黄色葡萄球菌为0.81.0 m 。 杆菌的宽度一般为0.51.0 m ，长度为宽度的一倍或几倍。 如大肠杆菌的大小为0.40.7 m 1.03.0 m 。 螺旋菌的宽度一般为0.51.

3、0 m ，长度因其螺旋的数目而不同。 如有13个螺旋的小螺菌的大小为0.51.0 m 2.03.0m 。,单位都是用m,最大的细菌：纳米比亚嗜硫珠菌 直径为0.321.00mm,最小的细菌：纳米细菌 直径为50nm,大小的测量方法,显微镜测微尺,显微照相后根据放大倍数进行测算,5、染色,由于细菌细胞微小又透明，一般先要经过染色才能作显微观察,革兰染色法,细菌染色,鉴别染色法,简单染色法,负染色：,正染色,死菌,活菌,抗酸性染色法,芽孢染色法,姬姆萨染色法,荚膜染色法,用美蓝或TTC等作活菌染色,（二）细胞的结构,一般结构：一般细菌都有的构造,特殊结构：部分细菌具有的或 一般细菌在特殊环境下才有

4、的,1、细菌细胞的一般构造,细胞壁（cell wall）是位于细胞表面，内侧紧贴细 胞膜的一层较为坚韧，略具弹性的细胞结构。约占干 重的1025%,1）细胞壁（cellwall),不同细菌细胞壁的化学组成和结构不同，通过革兰染色法可将所有的细菌分为革兰阳性（G+）和革兰阴性（G-）。,(1)革兰阳性的细胞壁成分,G+菌细胞壁化学组成以肽聚糖(peptidoglycan)为主。这是原核微生物所特有的成份，占细胞壁物质总量的40-90%。,磷壁酸又名垣酸，是大多数G+菌所特有的成分， 约占细胞壁成分的10%。,(2)革兰阴性的细胞壁成分,G-细胞壁的组成和结构比G+更复杂。主要成份为：脂多糖、磷脂

5、、脂蛋白、肽聚糖。,G-有肽聚糖，仅占细胞壁干重的5-10%。肽聚糖结构与G+相同，但短肽尾中的号位上L-Lys往往被其他二氨酸取代,外壁层是G细菌细胞壁所特有的结构,它位于壁的最外层，化学成分为脂多糖、磷脂和若干种外蛋白。,G G细胞壁成分的区别,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,(3)G+ 细菌与G -细菌细胞壁的比较,(4)革兰染色,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。,用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染

6、,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。,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阳性细 菌，而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉，细 胞呈无色。,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 革兰阴性细菌最后呈现桃红到红色，而革 兰阳性细菌继续保持深紫色,肽聚糖,肽聚糖,磷壁酸,脂磷壁酸,细胞质膜,细胞质膜,NAM：N-乙酰胞壁酸 NAG：N-乙酰葡糖胺,肽,脂多糖,类脂A,O-特异性外链,脂蛋白,外膜,细胞壁的结构 （ G+细菌与G细菌细胞壁构造的比较）,革兰氏阳性细菌（G+）,革兰氏阴性细菌

7、（G）,为什么通过革兰染色G+呈兰色，G-呈红色？,G菌:细胞壁中含有较多类脂质，肽聚糖层较薄、交联度低， 故用乙醇或丙酮脱色时溶解了类脂质，增加了细胞壁的通透性， 使初染的结晶紫和碘的复合物易于渗出，结果细菌就被脱色， 再经复红复染后就成红色。 G+菌:细胞壁中肽聚糖层厚且交联度高，类脂质含量少，经脱 色剂处理后使肽聚糖层的孔径缩小，通透性降低，故细菌仍保 留初染时的颜色。,(6)细胞壁缺陷细菌：,缺壁突变L型细菌 实验室或宿 主体内形成 基本去尽原生质体（G+） 缺 壁 人工去壁 细 菌 部分去除球状体（G-） 在自然界长期进化中形成支原体,2）、细胞膜与间体,（1）细胞概念：,细胞质膜（

8、cytoplasmic membrane），又称质膜 （plasma membrane）、细胞膜（cell membrane）或内膜 （inner membrane），是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞 质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜，厚约78 nm，由磷脂（占20%30%）和蛋白质（占50%70%） 组成。,（2）细胞膜的化学组成与结构模型：,a. 磷脂,亲水的极性端,疏水的非极性端,（3）细胞膜的生理功能：,选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送；,是维持细胞内正常渗透压的屏障；,合成细胞壁和糖被的各种组分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、 荚膜多糖等）的重要基地；,膜上含有氧化磷

9、酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶系， 是细胞的产能场所；,是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位；,细胞质的主要成分为核糖体、贮藏物、多种酶类和中间代 谢物、质粒、各种营养物和大分子的单体等，少数细菌还 有类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等。,3）、细胞质和内含物,（1）概念：,细胞质（cytoplasm）是细胞质膜包围的除核区外 的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。含水量约 80%。,核蛋白体是细胞质中的一种核糖核蛋白的颗粒状物质，由核糖核酸(60%)和蛋白质(40%)组成，常以游离状态或多聚核糖状态分布于细胞质中。其沉降系数均 为70s。它是蛋白质的合成场所。,4)核蛋白体(ribosom

10、es),5）贮藏物(reserve materials)：,如异染颗粒、类脂质、肝糖、淀粉、空泡等 或者细菌的代谢产物如硫磺粒、碳酸钙等。,贮藏物是一类由不同化学成分累积而成的不溶性沉淀颗粒，主要功能是贮存营养物。,2、细菌细胞的特殊结构,1）、荚膜（capsule）,（1) 概念,包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的 胶状物质。荚膜按其有无固定层次、层次厚薄又可 细分为荚膜（capsule或macrocapsule，大荚膜）、 微荚膜(microcapsule)、粘液层(slimelayer)和菌胶团 (zoogloea)。,荚膜,粘液层,菌胶团,（2）特点,主要成分是多糖、多肽或蛋白质，

11、尤以多糖居多。 经特殊的荚膜染色，特别是负染色（又称背景染色） 后可在光学显微镜清楚地观察到它的存在。,b. 产生糖被是微生物的一种遗传特性，其菌落特征及血 清学反应是是细菌分类鉴定的指标之一。,c. 荚膜等并非细胞生活的必要结构，但它对细菌在环境 中的生存有利。,d. 细菌糖被与人类的科学研究和生产实践有密切的关系。,（3）功能,保护细菌免受干燥的影响； 贮藏养料，以备营养缺乏时重新利用； 与病原菌的毒性密切相关； 能抵抗吞噬细胞的吞噬,2）、 鞭毛(flagellum,复flagella),（1) 概念,某些细菌细胞表面着生的一至数十条长丝状、螺旋形的附属物， 具有推动细菌运动功能，为细菌

12、的“运动器官”。,鞭毛的有无和着生方式,单端鞭毛,端生丛毛,两端生鞭毛,周生鞭毛,（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：鞭毛染色和暗视野显微镜,根据培养特征判断：半固体穿刺、菌落（菌苔）形态,3）、菌毛(fimbria，复数fimbriae),长在细菌体表的纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质类附 属物，具有使菌体附着于物体表面的功能。,每个细菌约有250300条菌毛。 有菌毛的细菌一般以革兰氏阴 性致病菌居多，借助菌毛可把 它们牢固地粘附于宿主的呼吸 道、消化道、泌尿生殖道等的 粘膜上，进一步定植和致病。,3.1）

13、、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。,性毛一般见于革兰阴性细菌的雄性菌株（即供体菌）中，其功能 是向雌性菌株（即受体菌）传递遗传物质。有的性毛还是RNA噬菌 体的特异性吸附受体。,4）、特殊的休眠构造芽孢,（1）概念,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，称为芽孢（endospore或spore，偶译“内生孢子”）。,（2）细菌芽孢的特点,整个生物界中抗逆性最强的生命体，是否能消灭芽孢是衡量 各种消毒灭菌手段的最重要的指标。,芽孢是细菌的休眠体，在适宜的条件下可以重新转变成为营 养态细

14、胞；产芽孢细菌的保藏多用其芽孢。,产芽孢的细菌多为杆菌，也有一些球菌。芽孢的有无、形态、 大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标。,芽孢与营养细胞相比化学组成存在较大差异，容易在光学显微 镜下观察。（相差显微镜直接观察；芽孢染色）,（4）芽孢的耐热机制,芽孢与母细胞相比不论化学组成、细微结构、生理功能等方面都完全不同（表3-3）,渗透调节皮层膨胀学说,芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差,皮层的离子强度很高，产生极高的渗透压夺取 芽孢核心的水分，结果造成皮层的充分膨胀。,核心部分的细胞质却变得高度失水， 因此，具极强的耐热性。,（5）伴孢晶体（parasporal crystal）,少数芽孢

15、杆菌，例如苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)在 其形成芽孢的同时，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，称为伴孢晶体。,伴孢晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫有毒杀作用， 因而可将这类产伴孢晶体的细菌制成有利于环境保护的生 物农药细菌杀虫剂。,特点：不溶于水，对蛋白酶类不敏感；容易溶于碱性溶剂。,三、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,三、细菌的群体形态,（一）、在固体培养基上（内）的群体形态

16、,细菌的菌落特征,菌落：生长在固体培养基上，来源于一个细胞、肉眼可见的微生物细胞群体,菌苔：当菌体在固体培养基表面密集生长时，多个菌落相互连接成一片。,（二）、在半固体培养基上（内）的群体形态,根据明胶液化层中呈现的不同形状判断某细菌是否产 蛋白酶 根据半固体直立柱表面和穿刺线上细菌群体的生长状 态和有否扩散现象判断该菌的运动能力,（三）、在液体培养基上（内）的群体形态,四微生物的生长代谢与繁殖,一、微生物的化学组成,主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙等,微量元素：锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜等,占细菌细胞干重的97%,干物质 10%-30%,水分：70%-90%,有机成分：90%以上

17、,（蛋白质、糖、脂、核酸和维生素）,无机成分：3%-10%,细胞的化学成分,二、微生物的营养要素,五要素：碳源、氮源、生长因子、无机盐和水,营养物质按照它们在机体中的生理作用不同，可以将它们区分成五大类。,1.碳源,在微生物生长过程中能为微生物提供碳素来源的物质,碳源谱,有机碳,无机碳,异养微生物,自养微生物,目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主要是单糖、淀粉、麸皮、米糠等。,对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源是兼有能源功能营养物。,微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇、脂类、烃、CO2及碳酸盐等。,凡是能被用来构成菌体物质中或代谢产物中氮素来源的营养物质称为氮源。,2.氮源,氮

18、源谱,有机氮,无机氮,NH3 铵盐 硝酸盐 N2,蛋白质 核酸 氨基酸 尿素,氨基酸自养型生物：能利用尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮气的生物,氨基酸自异养型生物：能利用尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮气的生物,常用的蛋白质类氮源包括蛋白胨、鱼粉、蚕蛹、黄豆饼粉、玉米浆、牛肉浸膏、酵母浸膏等,按氮源的不同生物可分为：,3.生长因子,生长因子：那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成的或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物,微 生 物 生长因子 需要量（ml-1 III型肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）胆碱 6ug 金黄色葡萄球菌（Staphylococcus

19、aureus）硫胺素 0.5ng 白喉棒杆菌（Cornebacterium diphtherriae）B-丙氨酸 1.5ug 破伤风梭状芽孢杆菌（Clostridium tetani）尿嘧啶 0-4ug 肠膜状串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）吡哆醛 0.025ug,4.矿质元素,作用,参与微生物中氨基酸和酶的组成；,调节微生物的原生质胶体状态，维持细胞的渗透与平衡,酶的激活剂。,微量元素是指那些在微生物生长过程中起重要作用，而机体对这些元素的需要量极其微小的元素，通常需要量在10-6-10-8mol/L：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。,根据微生物对矿

20、质元素需要量大小可以把它分成,大量元素：Na、K、Mg、Ca、S、P等。,5.水,生理功能主要有,起到溶剂与运输介质的作用；,参与细胞内一系列化学反应；,维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象；,通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构,热的良好导体；,三、细菌的营养类型,1 根据微生物对碳源的要求分类 （1） 自养菌（无机营养菌） （2） 异养菌（有机营养菌） 自养菌和异养菌的区别,自养菌和异养菌的区别,自养菌：从无机物获取营养及能量来合成自身物质，对其他（微）生物不具有或很少具有依赖性（独立性）； 异养菌：必须依赖于其他（微）生物供给其所需的有机营养而寄生生活。,2根据微生物对能量

21、的要求分类,（1）光能菌：指细菌在其营养过程中其所需的能量来源于光能； （2）化能菌：指细菌在营养过程中所需的能量来源于氧化有机物获得。,4.细菌的酶： 细菌具有复杂的酶系统，以完成起生理功能。 胞内酶，如呼吸酶类； 胞外酶，如水解酶类； 诱导酶； 限制性核酸内切酶，被称为分子生物学家的“剪刀”。,5. 细菌的呼吸类型,（1）厌氧呼吸 不能利用分子氧来完成细胞复杂的氧化-还原反应过程的呼吸作用。,（2）需氧呼吸,Return next,需氧呼吸：能利用分子氧来完成细胞复杂的氧化-还原反应过程的呼吸作用。,根据对氧气的需求来分类,厌氧菌 需氧菌 兼性细菌,Return next,七、细菌的代谢过

22、程及代谢产物的综合利用,1.碳水化合物的分解：,细菌能分解碳水化合物的应用,应用于： （1）细菌生化鉴定： 糖发酵实验； M.R.试验：分解葡萄糖产生大量的酸，使pH 值达4.2以下； V.P.试验：分解葡萄糖产生乙酰甲基甲醇； 枸橼酸盐利用实验：能否以枸橼酸盐为唯一碳源，并生成碳酸盐使培养基变碱。 （2）应用与食品工业，如制造酸奶。,（3）应用与酿造业，产生乙酸及芳香物质。 （4）用于饲料工业，如饲料的青贮。 （5）用于化工原料生产，异丙醇、乙酸等多种有机酸。 （6）利用细菌发酵生产沼气等。,2.细菌对蛋白质的分解：,细菌能分解蛋白质的应用,（1）靛基质实验：是否有色氨酸酶，分解色氨酸产 生

23、吲哚； （2）H2S实验：能否分解含硫氨基酸，形成H2S ； （3）明胶液化实验：能否产生使明胶液化的蛋白酶； （4）尿素酶反应：能否产生尿素酶。,二、细菌的生长与繁殖,1.细菌生长的条件： 营养、温度、pH 、渗透压、氧环境等。 培养基：根据生长繁殖条件，合成或配制其所需的营养基质。 2.繁殖方式： 细菌主要是通过无性繁殖产生后代。其繁殖方式是二分裂，简称裂殖。 细菌的繁殖过程分为三个连续步骤： 核的分裂和隔膜的形成； 横隔壁形成； 子细胞分裂。 另外有的细菌还存在：三分裂和复分裂。,（三）细菌的繁殖,1、裂殖 （fission）,1）、二分裂（binary fission）,3. 细菌繁殖

24、与生长曲线,（1）迟缓期（ Lag phase ）：最初静止期，细菌数目不变或由减少； 缓慢生长期，细菌数目增加，形态较大，碱性染色较好，对消毒剂高度敏感；持续2-6小时。 （2）对数生长期(Log phase)：繁殖速度最大，以几何方式增殖，菌体大小典型、染色反应典型，对不良因素、理化因素的抵抗力增加 ；持续6-10小时。,Return next,（3）稳定期(Stationary phase)：生长数与死亡数相当，细菌数目最大，生活力最强，形态可能不一致；持续约8小时。 （4）衰亡期(Phase of decline)：新生菌少于死亡菌，活菌越来越少，形态学上呈现衰老型或退化性，若不移植，

25、最后可能全部死亡。,Return next,细菌的生长曲线,Return next,五细菌的人工培养,培养基是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。,培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础,任何培养基都应该具备微生物生长所需要五大营养要素：,碳源、氮源、无机盐、生长因子、水,任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理；,常规高压蒸汽灭菌： 1.05kg/cm2,121.315-30分钟；0.56kg/cm2,112.615-30分钟,培养基的类型及应用,培养基种类繁多，根据其成分、物理状态和用途可将培养分成多种类型。,按成分不同划分,天然培养基,合成培养基,含用化学成

26、分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物,牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基,化学成分完全了解的物质配制而成的培养基,高氏1号培养基、查氏培养基,半合成培养基,按物理状态不同划分,固体培养基,液体培养基,在液体培养基中加入一定量凝固剂，使其成为固体状态，琼脂含量一般为1.5%-2.0%,琼脂含量一般为0.2%-0.7%,不加任何凝固剂,半固体培养基,固体培养基常用来进行微生物的分离、鉴定、活菌计数及菌种保藏,观察微生物的运动特征、分类鉴定及噬菌体效价滴定,大规模工业生产及在实验室进行微生物的基础理论和应用方面的研究,按用途不同划分,基础培养基,鉴别培养基,含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的

27、培养基,用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基,用于鉴别不同类型微生物的培养基,选择培养基,在基础培养基中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基,微生物产生某种代谢产物，与培养基中的特殊化学物质发生特定的化学反应，产生明显的特征变化,牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基,加富培养基,特殊营养物质包括血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液等,在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的生长，有利于所需微生物的生长,第四节放线菌、支原体、立克次体和衣原体,放线菌 支原体（Mycoplasma） 立克次体（Rickettsia） 衣原体（Chlamydi

28、a） 革兰阴性细菌，其大小和特性均介于通常的细菌与病毒之间。,一、放线菌,放线菌是介于细菌与真菌之间的微生物，其在土壤中最多，因其菌落呈放射状而得名，大多数为腐生菌，仅少数为寄生菌，具有特殊的土腥味。,一、放线菌,1、形态 是单细胞的原核微生物 菌体分支呈丝状，（菌丝结构与细菌基本相同）G+，无横隔，能产生色素，其菌丝分为：基内菌丝、气生菌丝、孢子丝。 菌落呈辐射状或放射状或绒状，坚实、干燥、多皱。,放线菌的形态,放线菌的菌丝,链霉菌的一般形态和构造（模式图）,放线菌的菌落特征,放线菌孢子丝的类型,一、放线菌,2、生理特性 绝大多数为需氧，最适宜温度为3032，致病菌为3740。,一、放线菌,

29、3、致病性及其特性 该类微生物能引起动植物的疾病，但较少见，能产生抗生素，发现的4000多种抗生素中，2/3是由该类微生物产生的。 嗜皮菌病：真菌性皮炎。 放线菌病：牛的下颌骨慢性化脓；猪的乳房炎等。,产抗生素的放线菌菌落特征,二、螺旋体,螺旋体是介于细菌与原生动物之间的原核单细胞微生物，菌体细长弯曲而柔软，原核，横分裂繁殖，其依靠轴丝运动，有的能致病。,1、形态结构 其外形为螺旋状或波浪状，其大小差距大，G-，观察时采用姬姆萨染色法或暗视野观察。,二、螺旋体,二、螺旋体,2、细胞结构,螺旋体,各属螺旋体的形态,密螺旋体的形态及构造,二、螺旋体,3、运动特性 A、屈伸运动 B、旋转运动 C、移行运动,二、螺旋体,4、培养特性 多为厌氧性微生物，钩端螺旋体为需氧性微生物；最适宜温度为2530。,二、螺旋体,5、抵抗力 螺旋体的抵抗力弱，干燥，日光，煮沸，低浓度的化学消毒剂均可很快使其死亡。,三、支原体,支原体是介于细菌与病毒之间的微生物。 既含有DNA又含有RNA；对抗生素敏感；二分裂繁殖；原核单细胞微生物。 没有细胞壁；有的能通过细菌滤器。,三、支原体,1、形态特