第二章微生物形态、结构及功能—细菌.ppt

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1、第二章 微生物形态、结构与功能,2,古生菌在进化谱系上与真细菌及真核生物相互并列，且与后者关系更近，而其细胞构造却与真细菌较为接近，同属于原核生物,3,第一节 细菌（bacteria,一、细胞的形态构造及其功能,4,一）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,5,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,6,双球菌,细胞沿一个平面分裂，新个体成对排列. 如肺炎双球菌 (Diplococcus pneumoniae,7,链球菌,细胞沿一个平面进行分裂，新个体不但可保

2、持成对的样子，并可连成链状. 如： 乳链球菌（Streptococcus lactis） 无乳链球菌（Streptococcus agalactiae) 溶血链球菌（Streptococcus hemolyticus,8,四联球菌,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 tetragenus,9,八叠球菌,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. 如藤黄八叠球菌 （Sarcina ureae,10,葡萄球菌,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

3、萄球菌（Staphylococcus aureus) 白色葡萄球菌（Staphylcoccus albus,11,2、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,12,枯草芽孢杆菌,地衣芽孢杆菌,13,铜绿假单胞菌 （绿脓杆菌,14,结核分枝杆菌,15,炭疽病的病原菌 -炭疽杆菌,16,破伤风梭菌,17,一、细胞的形态构造及其功能,一）形态和染色,3、螺旋状,弧菌,螺旋菌,螺旋体菌,18,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,19,螺旋菌,菌体回转如螺旋，螺 旋数目和螺距大小因

4、种而异。鞭毛二端生 细胞壁坚韧，菌体较 硬,20,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,21,4、大小与重量,细菌的大小测量单位是m,22,5、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,革兰氏染色法,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,23,二）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的,24,1、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

5、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（cell wall,不同细菌细胞壁的化学组成和结构不同，通过革兰氏染色法可将所有的细菌分为革兰氏阳性（G+）和革兰氏阴性（G,25,革兰氏阳性的细胞壁成分,26,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40-90,27,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10,28,革兰氏阴性的细胞壁成分,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、脂蛋白、肽聚糖,29,G-肽聚糖，仅占细胞壁干重的5-10%。肽聚糖结构与G+基本

6、相同，但短肽尾中的号位上L-Lys往往被其他二氨酸取代 ，肽桥组成不同,30,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,31,G+ 细菌与G -细菌细胞壁的比较,32,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,33,用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染,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,用一种与结晶紫具有不同颜色的碱性染料对 涂片进行复

7、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,34,35,古生菌的细胞壁,These Archaea species live in extreme heat near deep sea vents,36,大多为嗜极菌 除热原菌属没有细胞壁以外，其余都具有与真细菌功能相似的细胞壁 细胞壁中含有假肽聚糖、糖蛋白或蛋白质,37,1,3糖苷键不被溶菌酶水解,N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸交替连接而成，连在后一氨基糖上的肽尾由L-glu、L-ala和L-lys三个L型氨基酸组成，肽桥则由L-glu一个氨基酸组成,38,细胞壁缺陷细菌,39,a

8、. L型细菌（L-form of bacteria,细菌在某些环境条件下（实验室或宿主体内）通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷变异型,大肠杆菌、变形杆菌、葡萄球菌、链球菌、分枝杆菌和霍乱弧菌等20多种细菌中均有发现，被认为可能与针对细胞壁的抗菌治疗有关,特点,40,b. 原生质体（protoplast,在人为条件下，用溶菌酶处理或在含青霉素的培养基中培养而抑制新生细胞壁合成而形成的仅由一层细胞膜包裹的，圆球形、对渗透压变化敏感的细胞，一般由革兰氏阳性细菌形成,特点,41,c. 球状体(sphaeroplast,采用上述同样方法，针对革兰氏阴性细菌处理后而获得的残留部分细胞壁（外壁层）的

9、球形体。与原生质体相比，它对外界环境具有一定的抗性，可在普通培养基上生长,42,细胞壁主要功能,固定细胞外型、提高机械强度； 为细胞生长、分裂和鞭毛运动所必需； 阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子进入细胞； 赋予细菌特有的抗原性、致病性及对抗生素和噬菌体的敏感性,43,2）细胞膜与间体,细胞膜概念,细胞质膜（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78nm，由磷脂（占20%30%）和蛋白质（占50%7

10、0%）组成,44,细胞膜的化学组成与结构模型,a. 磷脂,45,b. 液态镶嵌模型(fluid mosaic model,1972年，辛格（J.S.Singer）和尼科尔森（G.L.Nicolson,46,Embeded protein,47,细胞膜的生理功能,48,间体（mesosome，或中体,细胞质膜内褶而形成的囊状构造，其中充满着层状或管状的泡囊。多见于革兰氏阳性细菌,青霉素酶分泌、DNA复制、分配以及细胞分裂有关,间体”仅是电镜制片时因脱水操作而引起的一种赝像,49,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、

11、气泡或伴孢晶体等,3）细胞质和内含物,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80,50,核糖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,核糖体(ribosomes,51,贮藏物(reserve materials,i 聚-羟丁酸(poly-hydroxybutyrate, PHB,巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）在含乙酸或 丁酸的培养基中生长时， 细胞内贮藏的PHB可达其 干重的6

12、0,类脂性质的碳源类贮藏物,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,52,ii 多糖类贮藏物,在真细菌中以糖原为多糖原粒较小，不染色需用电镜观察，用碘液染成褐色，可在光学显微镜下看到,糖原粒 淀粉粒,有的细菌积累淀粉粒，用碘液染成深兰色,53,iii 异染粒(metachromatic granules,颗粒大小为0.51.0m，是无机偏磷酸的聚合物，一般在含磷丰富的环境下形成。功能是贮藏磷元素和能量，并可降低细胞的渗透压,在暗视野显微镜下看到的 迂回螺菌(Spirillum volutans) 异染粒（迂回体,54,iv 藻青素（cyanophycin,一种

13、内源性氮源贮藏物，同时还兼有贮存能源的作用，通常存在于蓝细菌中,由含精氨酸和天冬氨 酸残基（1:1）的分枝 多肽所构成，分子量 在25000125000,55,v 硫粒（sulfur globules,很多真细菌在进行产能代谢或生物合成时，常涉及对还原性的硫化物如H2S，硫代硫酸盐等的氧化。 在环境中还原性硫素丰富时，常在细胞内以折光性很强的硫粒的形式积累硫元素。 当环境中还原性硫缺乏时，可被细菌重新利用,56,气泡（gas vocuoles,许多光合营养型、无鞭毛运动的水生细菌中存在的充满气体的泡囊状内含物，大小为0.21.0m75nm，内由数排柱形小空泡组成，外有2nm厚的蛋白质膜包裹,功

14、能：调节细胞比重以使细胞漂浮在最适水层中获取光能、O2和营养物质,57,4）核区（nuclear region or area,原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的原始细胞核,58,2、细菌细胞的特殊结构,1）糖被（glycocalyx,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。糖被按其有无固定层次、层次厚薄又可细分为荚膜（capsule或macrocapsule，大荚膜）、荚膜(microcapsule)、粘液层(slimelayer)和菌胶团(zoogloea,59,荚膜,粘液层,菌胶团,60,特点,主要成分是多糖、多肽或蛋白质，尤以多糖居多。 经特殊的荚膜染色，特别是负染

15、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,61,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 表面附着作用 细胞间的信息识别作用 堆积代谢废物,62,2）鞭毛(flagellum, 复flagella,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，为细菌的“运动器

16、官,63,鞭 毛的着生方式,单端鞭毛,端生丛毛,两端生鞭毛,周生鞭毛,64,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,65,3）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,66,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,67,4）性毛(pili,

17、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,68,5）特殊的休眠构造芽孢,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”,69,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 养态细胞；产芽孢细菌的保藏多用其芽孢,产

18、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,70,芽孢的形成与芽孢的萌发过程,71,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3-3,72,伴孢晶体（parasporal crystal,少数芽孢杆菌，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,特点：不溶于水，对蛋白酶类不敏感；容易溶于碱性溶剂,7

19、3,伴孢晶体,鳞翅目幼虫口服,伴孢晶体在肠道迅速溶解（中肠 pH 为9.0-10.5,吸附于上皮细胞，引起渗透性丧失，肠道穿孔,肠道中的碱性溶液进入血液，后者 pH升高，昆虫全身麻痹而死亡,74,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,二、细菌的分裂,75,三）细菌的繁殖,1、裂殖 （fission,1）、二分裂（binary fission,76,三、细菌的群体形态,一）在固体培养基上（内）的群体形态,77,二）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,78,79,三）在液体培养基上（内）的群体形态