原核微生物的形态、结构和功能课件.ppt

第一节 细菌（bacteria）,一、一般形态及细胞结构,（一）个体形态和排列,（二）大小,（三）细胞的结构,1、细胞壁,2、细胞膜,3、细胞质和内含物,4、核区,5、特殊的休眠构造芽孢,6、细菌细胞壁以外的构造 糖被,7、细菌细胞壁以外的构造 鞭毛,8、细菌细胞壁以外的构造 菌毛 9、细菌细胞壁以外的构造 性毛,二、 细菌的繁殖 ( P27 ),细菌繁殖方式,芽生细菌(budding bacteria),二分裂(binary fission),杆菌二分裂过程模式图,格形暗网菌(P. clatratiforme)通过三分裂形成网眼,三、 细菌的群体形态 ( P28 ),菌落 (colony),- 在固体培养基上（内）以母细胞为中心的一堆肉眼可见的，有一定形态、构造等特征的子细胞集团。,1、在固体培养基,菌苔 (bacterial lawn),细菌菌落特点：,一般湿润、较光滑、较透明、较粘稠、易挑起、质地均一等。,个体形态与群体形态之间存在明显相关性,无鞭毛、不能运动的球菌通常形成形成较小、较厚、边缘圆整的半球形菌落；有鞭毛、运动能力强的菌则形成较大而平坦、边缘多缺刻、不规则的菌落,有糖被的菌，菌落通常大、透明、蛋清状；有芽孢的细菌往往外观粗糙、“干燥”、不透明、多褶,细菌在琼脂和明胶穿刺培养中的生长,2、在半固体培养基,3、在液体培养基,第二节 其它真细菌,一、放线菌二、支原体、立克次氏体和衣原体三、粘细菌四、蛭弧菌五、蓝细菌,一、放线菌,（一）概念,在形态上具有分枝状菌丝、菌落形态与霉菌相似，以孢子进行繁殖。,“介于细菌与丝状真菌之间又接近细菌的一类丝状原核生物”,近代生物学技术,放线菌实际上是属于细菌范畴内的原核微生物，只不过其细胞形态为分枝状菌丝。,第二节 其它真细菌,一、放线菌,（一）概念,放线菌是一类主要呈丝状生长和以孢子繁殖的革兰氏染色阳性的一类原核微生物，属于真细菌范畴。,（二）形态与结构,单细胞，大多由分枝发达的菌丝组成；菌丝直径与杆菌类似，约1m；细胞壁组成与细菌类似，革兰氏染色阳性（少数阴性）；细胞的结构与细菌基本相同， 按形态和功能可分为营养、气生和孢子丝三种。,链霉菌的形态、构造模式图,一、放线菌,（二）形态与结构,1、营养菌丝,匍匐生长于培养基内，吸收营养，也称基内菌丝。一般无隔膜，直径0.2-0.8 mm，长度差别很大，有的可产生色素。,2、气生菌丝,营养菌丝发育到一定阶段，伸向空间形成气生菌丝，叠生于营养菌丝上，可覆盖整个菌落表面。在光学显微镜下观察，颜色较深，直径较粗（1-1.4 mm），有的产色素。,3、孢子丝,气生菌丝发育到一定阶段，其上可分化出形成孢子的菌丝，即孢子丝，又称产孢丝或繁殖菌丝。其形状和排列方式因种而异，常被作为对放线菌进行分类的依据。,一、放线菌,（二）形态与结构,一、放线菌,（二）形态与结构,营养菌丝匍匐生长于培养基内，吸收营养,营养菌丝发育到一定阶段，伸向空间形成气生菌丝,气生菌丝发育到一定阶段，其上可分化出形成孢子的菌丝，即孢子丝,一、放线菌,（二）形态与结构,一、放线菌,（二）形态与结构,一、放线菌,（二）形态与结构,一、放线菌,孢子在适宜的条件下萌发，长出1-3个芽管,（三）生长与繁殖,营养菌丝,气生菌丝,繁殖菌丝（孢子丝）,孢子丝释放孢子,一、放线菌,（三）生长与繁殖,繁殖方式,无性孢子,菌丝断裂,横隔孢子孢囊孢子分生孢子厚壁孢子,存在多种孢子形成方式,常见于液体培养中，工业发酵生产抗生素时都以此法大量繁殖放线菌,细菌的芽孢是休眠体，而放线菌的孢子是繁殖体,一株产天蓝色色素放线菌,放线菌液体发酵形成的菌丝球,一、放线菌,（四）菌落形态,菌落形态,能产生大量分枝和气生菌丝的菌种（如链霉菌）,不能产生大量菌丝体的菌种（如诺卡氏菌）,菌落质地致密，与培养基结合紧密，小而不蔓延，不易挑起或挑起后不易破碎。,粘着力差，粉质，针挑起易粉碎,二、放线菌,（四）菌落形态,一、放线菌,（五）分布特点及与人类的关系, 放线菌常以孢子或菌丝状态极其广泛地存在于自然界，土壤中最多，其代谢产物使土壤具有特殊的泥腥味。, 能产生大量的、种类繁多的抗生素（其中90%由链霉菌产生）, 有的放线菌可用于生产维生素、酶制制；此外，在甾体转化、石油脱蜡、烃类发酵、污水处理等方面也有应用, 少数寄生型放线菌可引起人、动物（如皮肤、脑、肺和脚部感染）、植物（如马铃薯和甜菜的疮痂病）的疾病。,马铃薯疮痂病,二、支原体、立克次氏体和衣原体,支原体（Mycoplasma） 立克次氏体（Rickettsia） 衣原体（Chlamydia）革兰氏阴性细菌，其大小和特性均介于通常的细菌与病毒之间。,三、支原体、立克次氏体和衣原体,立克次氏体（Rickettsia）是大小介于通常的细菌与病毒之间，在许多方面类似细菌，专性活细胞内寄生的原核微生物。,（一）立克次氏体（Rickettsia）,1、概念,H.T.Ricketts 1909年，首次发现斑疹伤寒的病原体，并因研究此病而牺牲，1916年人们以他的名字命名这类病原体作为纪念。,二、支原体、立克次氏体和衣原体,（一）立克次氏体（Rickettsia）,2、特性,1）某些性质与病毒相近,专性活细胞寄生物，除五日热（战壕热）立克次氏体（Rickettsia wolhynica）外均不能在人工培养基上生长繁殖。,体内酶系不完全，一些必需的养料需从宿主细胞获得；细胞膜比一般细菌的膜疏松； 可透性膜，使它们有可能容易从宿主细胞获得大分子物质， 但也决定了它们一旦离开宿主细 胞则易死亡,大小介于病毒与一般细菌之间，其中伯氏立克次氏体（Rickettsia burneti）能通过细菌过滤器,一般个体：球状体：0.2-0.5 mm；杆状体：0.3-0.5 x 0.3-2 mm；,二、支原体、立克次氏体和衣原体,（一）立克次氏体（Rickettsia）,2、特性,2）从一种宿主传至另一宿主的特殊生活方式,主要以节肢动物（虱、蜱、螨等）为媒介，寄生在它们的消化道表皮细胞中，然后通过节肢动物叮咬和排泄物传播给人和其他动物。,三、支原体、立克次氏体和衣原体,（一）立克次氏体（Rickettsia）,2、特性,2）从一种宿主传至另一宿主的特殊生活方式,有的立克次氏体酿成严重疾病，如人类的流行性斑疹伤寒、羌虫热、Q热等，并常伴随着灾害、战争和饥饿，曾长期与人类的痛苦、灾难联系在一起。防治：预防为主。,二、支原体、立克次氏体和衣原体,（二）支原体（Mycoplasma）,1、概念,又称类菌质体，是介于一般细菌与立克次氏体之间的原核微生物。,2、特性,1）无细胞壁，只有细胞膜，细胞形态多变；,2）个体很小，能通过细菌过滤器，曾被认为是最小的可独立 生活的细胞型生物。,3）可进行人工培养，但营养要求苛刻，菌落微小，呈典型的 “油煎荷包蛋”形状；,4）一些支原体能引起人类、牲畜、家禽和作物的病害疾病,5）应用活组织细胞培养病毒或体外组织细胞培养时，常被支 原体污染；,球状体：0.2-0.25 mm，最小达0.1 mm；丝状体最长可达150 mm，因细胞柔软且具扭曲性，致使细胞能通过孔径比自身小得多的过滤器。,水稻矮缩病,玉米矮缩病,泡桐丛枝病,二、支原体、立克次氏体和衣原体,（三）衣原体（Chlamydia）,1、概念,（参见P36）,介于立克次氏体与病毒之间，能通过细菌滤器，专性活细胞内寄生的一类原核微生物。,过去误认为“大病毒”，但它们的生物学特性更接近细菌而不同于病毒。,在宿主细胞内观察到的衣原体微菌落（microcolony）,（三）衣原体（Chlamydia）,2、特性,1）细胞结构与细菌类似；,具有类似的细胞壁，细胞壁内也含有胞壁酸、二氨基庚二酸；70S核糖体也是由30S和50S二个亚基组成）,2）细胞呈球形或椭圆形，直径0.2-0.3 mm，能通过细菌滤器；,3）专性活细胞内寄生；,衣原体有一定的代谢活性，能进行有限的大分子合成，但缺乏产生能量的系统，必须依赖宿主获得ATP，因此又被称为“能量寄生型生物”。,4）在宿主细胞内生长繁殖具有独特的生活周期，即存在原体和 始体两种形态。,小（小于0.4m)、壁厚、致密、不分裂、具感染性,大（1-1.5m)、壁薄、二分裂、无感染性,具有感染性的原体通过胞饮作用进入宿主细胞，被宿主细胞膜包围形成空泡。,原体逐渐增大成为始体。始体无感染性，但能在空泡中以二分裂方式反复繁殖，形成大量新的原体，积聚于细胞质内成为各种形状的包涵体。,宿主细胞破裂，释放出的原体则感染新的细胞。,（三）衣原体（Chlamydia）,2、特性,1）细胞结构与细菌类似；,2）细胞呈球形或椭圆形，直径0.2-0.3 mm，能通过细菌滤器；,3）专性活细胞内寄生；,4）在宿主细胞内生长繁殖具有独特的生活周期，即存在原体和 始体两种形态。,5）衣原体广泛寄生于人类、哺乳动物及鸟类，少数致病；,沙眼衣原体是人类砂眼的病原体，甚至引起结膜炎、角膜炎、角膜血管翳等临床症状，成为致盲的重要原因。,（三）衣原体（Chlamydia）,2、特性,1）细胞结构与细菌类似；,2）细胞呈球形或椭圆形，直径0.2-0.3 mm，能通过细菌滤器；,3）专性活细胞内寄生；,4）在宿主细胞内生长繁殖具有独特的生活周期，即存在原体和 始体两种形态。,5）衣原体广泛寄生于人类、哺乳动物及鸟类，少数致病；,6）衣原体不耐热，60度10分钟即被灭活，但它不怕低温，冷 冻干燥可保藏多年。对红霉素、氯霉素、四环素敏感。,汤飞凡年首次分离出沙眼衣原体，是世界上发现重要病原体的第一个中国人，也是迄今为止唯一的一个中国人。,支原体、立克次氏体、衣原体与细菌、病毒的比较,三、粘细菌（myxobacteria）,一）、概念,粘细菌又名子实粘细菌，是一类具有最复杂的行为模式和生活史的原核微生物。,二）、生活史,1、营养细胞：杆状、柔软、缺乏坚硬的细胞壁，无鞭毛，产生 粘液，可在固体表面作“滑行”运动，以分裂方式 进行繁殖。,2、子实体：营养细胞发育到一定阶段，在适宜的条件下彼此向 对方移动，在一定位置聚集成团，形成形态各异， 肉眼可见的子实体。,三、粘细菌,单个子实体中可能含有109个或更多由某些营养细胞转变而成的休眠结构，称为粘孢子（mycospore）。,在营养生长阶段如果有足够的养料就不形成子实体,子实体干燥后，可借助风力、水力等到处传播，遇到适宜的环境又萌发成为营养细胞。,三、粘细菌,四、粘细菌,四、粘细菌,能形成子实体是粘细菌区别于其它原核微生物的最主要标志,四、粘细菌,四、蛭弧菌（Bdellovibrio）,（一）概念,寄生于其它细菌并导致其裂解的一类弧菌，其行为类似噬菌体。,（二）特点,1、鞭毛多为偏端单生；,2、生活方式多样：寄生、兼性寄生，极少数腐生。 一般认为后者为突变株；,3、可能成为防治有害细菌的一种有力武器；,五、蛭弧菌,（三）寄生方式,1、高速猛烈碰撞、附着于宿主细胞；,2、100转/秒以上转速“钻孔”、收缩、进入宿主细胞的周质空间，同时失去鞭毛；,3、生长繁殖，并使宿主细胞裂解；,五、蛭弧菌,五、蓝细菌（Cyanobacteria）,1、概念,也称蓝藻或蓝绿藻（blue-green algae），是一类含有叶绿素a、能以水作为供氢体和电子供体、通过光合作用将光能转变成化学能、同化CO2为有机物质的光合细菌。,以前曾归于藻类，因为它和高等植物一样具有光和色素-叶绿素a，能进行产氧型光合作用。,五、蓝细菌,2、特性,1）分布极广；,从热带到两极，从海洋到高山，到处都有它们的踪迹。土壤、岩石、以至在树皮或其它物体上均能成片生长.,许多蓝细菌生长在池塘和湖泊中，在夏、秋两季大量繁殖，并形成胶质团浮于水面，形成“水花”，使水体变色。,2）形态差异极大，有球状、杆状和丝状等形态；,3）细胞中含有叶绿素a，进行产氧型光合作用；,蓝细菌被认为是地球上生命进化过程中第一个产氧的光合生物，对地球上从无氧到有氧的转变、真核生物的进化起着里程碑式的作用。,4）具有原核生物的典型细胞结构：,细胞核无核膜，也不进行有丝分裂，细胞壁含胞壁酸和二氨基庚二酸，革兰氏染色阴性。,5）营养极为简单，不需要维生素，以硝酸盐或氨作为氮源， 多数能固氮，其异形细胞（heterocyst）是进行固氮的场所。,6）分泌粘液层、荚膜或形成鞘衣，因此具有强的抗干旱能力。,7）无鞭毛，但能在固体表面滑行，进行光趋避运动。,8）许多种类细胞质中有气泡，使菌体漂浮，保持在光线最充足 的地方，以利光合作用。,第三节 古生菌（Archaea）,1977年，Carl Woese以16S rRNA序列比较为依据，提出独立于真细菌和真核生物之外的生命的第三种形式。,一、概念的提出,在分类地位上与真细菌和真核生物并列为三域（Domain）， 并且在进化谱系上更接近真核生物。,在细胞构造上与真细菌较为接近，同属原核生物。,多生活于一些生存条件十分恶劣的极端环境中， 例如高温、高盐、高酸等。,原名：古细菌（Archaebacteria）； 后改名：古生菌（Archaea）,微生物,（病毒）,古生菌（Archaea）细菌（Bacteria）,非细胞型,细胞型,原核微生物,真核微生物（Eukarya）,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。,Eubacteria （真细菌）,Archaebacteria （古细菌）,二、细胞形态,在显微镜下，古生菌与细菌具有类似的个体形态。,古生菌有扁平直角几何形状的，而细菌从未发现,三、细胞结构,在细胞的结构与功能上，古生菌既有类似真细菌之处，也有类似真核生物之处，还具有一些自己独特的特点。,三、细胞结构,（一）细胞壁,具有与真细菌类似功能的细胞壁；,细胞壁的结构和化学成分均差别甚大；,已研究过的一些古生菌，它们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的。,热原体属(Thermoplasma)没有细胞壁；,三、细胞结构,（一）细胞壁,-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。,三、细胞结构,（二）细胞膜,古生菌的质膜在本质上也是由磷脂组成，但它比真细菌或真核生物具有更明显的多样性。,亲水头（甘油）与疏水尾（烃链）间是通过醚键而不是酯键连接的；,细胞膜的化学组分存在多样性；,古生菌的细胞质膜中存在着独特的单分子层膜或单、双分子层混合膜，而真细菌或真核生物的细胞质膜都是双分子层。,三、细胞结构,（三）细胞质和内含物,无复杂内膜的细胞器；,核糖体为70 S,有些种类的细胞质中具有 有一定功能的颗粒状内含物,产甲烷嗜热菌细胞内的气泡,（四）核区,没有具有核仁、核膜的细胞核,染色体DNA为共价闭合环状,许多古生菌含内含子（intron）,古生菌的特点（与真细菌相比）：（1）细胞膜的类脂特殊。古细菌所含的类脂是不可皂化的，其中的中性类脂以类异戊二烯（isoprenoid）类的烃化物为主，极性类脂则以植烷甘油醚（phytanylglycerolethers）为主。 （2）细胞壁成分独特而多样。有的以蛋白质为主，有的含杂多糖，有的类似于肽聚糖（“假肽聚糖”），但不论是何种成分，它们都不含胞壁酸、D型氨基酸和二氨基庚二酸。 （3）核糖体的16S rRNA其核苷酸顺序独特，既不同于真细菌，也不同于真核生物。 （4）tRNA成分其核苷酸顺序也很特殊，且不存在胸腺嘧啶。 （5）蛋白质合成的起始密码始于甲硫氨酸，与真核生物相同。 （6）对抗生素等的敏感性。对那些作用于真细菌细胞壁的抗生素如青霉素、头孢霉素和D-环丝氨酸等不敏感；对真细菌的转译有抑制作用的氯霉素不敏感；对真核生物的转译有抑制作用的白喉毒素却十分敏感。 （7）生态条件独特。有的是严格厌氧菌，如产甲烷菌；有的是极端嗜盐菌；有的则是嗜热嗜酸菌。,古生菌、真细菌与真核生物的比较,