细菌形态和生理.ppt

细菌学总论,原核细胞型微生物狭义概念：单指细菌（如葡萄球菌、链球菌、肺炎球菌等）广义概念：所有原核细胞型微生物（细菌、支原体、立克次体、衣原体、螺旋体、放线菌）,第一节 细菌的形态、结构与分类,一、细菌的大小与形态观察细菌常用光学显微镜，其大小用测微尺在显微镜下进行测量，以微米(m)为单位。不同种类的细菌大小不一，同一种细菌也因菌龄和环境因素的影响而有差异。细菌按其外形，主要有,球菌（coccus）杆菌（bacillus）螺形菌（spiral bacterium）,形态与结构,细菌的大小与形态,细菌的测量单位：,微米(m),细菌的形态,球菌,杆菌,螺菌,弧菌,螺形菌,1.球菌(coccus),脑膜炎奈瑟菌,双球菌(diplococcus),链球菌(streptococcus),葡萄球菌(straphylococcus),四联球菌(tetrad),八叠球菌(sarcina),2.杆菌(bacillus),杆状或球杆状，不同杆菌的大小、长短、粗细很不一致。多数长2-5um，宽0.5-1um,杆菌的形态多样,杆菌的形态多样,分枝杆菌,双歧杆菌,3.螺形菌(spiral bacterium),细菌的多形性,细菌在不适宜的环境条件下，基本形态往往发生变化，常出现梨形、气球形、分枝形等不规则的形态，称为细菌的多形性。,二、细菌的结构,基本结构：细胞壁、细胞膜、细胞质、核质,特殊结构：荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞,形态与结构,（一）细胞壁(cell wall)是位于细菌细胞最外层，包绕在细胞膜周围，无色透明、坚韧而富有弹性的膜状结构。平均厚度为12-30nm，组成较复杂，并随不同菌种而异。,（一）基本结构,两类细菌细胞壁的共同组分为肽聚糖，但各有其特殊组分。,革兰染色法（Gram Stain）：涂片 风干 固定 结晶紫 碘液 95%乙醇 复红,1革兰阳性菌肽聚糖(peptidoglycan)聚糖骨架、四肽侧链、五肽交联桥（三维立体结构）,革兰阳性菌肽聚糖组成1、聚糖骨架 N-乙酰葡糖胺(G)N-乙酰胞壁酸(M)2、四肽侧链（L-丙、D-谷、L-赖、D-丙）3、五肽交链桥（5个甘氨酸组成）肽聚糖层厚，形成坚韧的三维立体网架结构,革兰阳性菌细胞壁肽聚糖经这样的三级链接，构成了交叉的、机械强度相当大的空间框架结构，交联率为75%，坚固而致密。这种三维立体结构的肽聚糖在革兰阳性菌中高达50层，为其细胞壁主要成分。,2革兰阴性菌肽聚糖(peptidoglycan)聚糖骨架、四肽侧链（二维平面结构）,革兰阴性菌肽聚糖组成1、聚糖骨架 N-乙酰葡糖胺(G)N-乙酰胞壁酸(M)2、四肽侧链（L-丙、D-谷、M-二氨基庚二酸DAP、D-丙）缺乏五肽交链桥仅有二维结构，肽聚糖层少，结构松散。,革兰阴性菌细胞壁肽聚糖由于缺乏交联桥，只能形成二维平面结构，而且交联率低，只有25%，故多数侧链呈游离状。这种二维平面的肽聚糖在革兰阴性菌中只有12层，只作为其细胞壁的组成成分之一。,细菌细胞壁中基本成分:肽聚糖革兰阳性菌、革兰阴性菌肽聚糖组成与数量不同，因此在许多理化性状、致病性、染色性上均有差异。此外，革兰阳性菌、阴性菌细胞壁中还有各自的特殊成分。,革兰阳性菌：磷壁酸,革兰阴性菌：外膜,3革兰阳性菌细胞壁特殊组分磷壁酸(teichoic acid),化学结构：由核糖醇和甘油残基经磷酸二酯键连接组成长链，穿插于肽聚糖中类别：壁磷壁酸-与细胞壁中肽聚糖中N-乙酰胞壁酸连接；膜磷壁酸-与细胞膜相连；作用：具有抗原性，储存磷元素；提高细胞膜酶的活性；有一定致病作用,磷壁酸为革兰阳性菌特有成分,4革兰阴性菌细胞壁特殊组分外膜(outer membrane)又称外壁层,外膜由脂质双层、脂蛋白、脂多糖三部分组成，是G-菌细胞壁中主要成分。,外膜位于肽聚糖外侧，由内向外由脂蛋白、脂质双层和脂多糖三部分组成。,（内 外）,脂多糖（由内向外）,脂质A,一种糖磷脂，是内毒素的毒性成分，无种属特异性,脂多糖由三部分组成：,核心多糖,有种属特异性，同一菌属细菌核心多糖相同,特异多糖,即革兰阴性菌的菌体抗原（O抗原），具有种的特异性，此糖如果缺失，细菌菌落将发生SR变异,G+菌与G-菌细胞壁的比较,细胞壁 革兰阳性菌革兰阴性菌 强度 较坚韧 较疏松 厚度 20-80nm 10-15nm肽聚糖层数 可多达50层 1-2层肽聚糖含量 50%-80%5%-20%磷壁酸 有 无 外膜 无 有,细胞壁的破坏物质,青霉素、头孢菌素和溶菌酶的杀菌作用主要作用于+菌。G-菌肽聚糖含量少，有外膜保护，青霉素 和溶菌酶对其作用微弱。,细 胞 壁,G+和G-菌的差异及与细胞壁的关系,细菌细胞壁缺陷型或L型(bacterial L form)：细胞壁受损后仍能生长和分裂的细菌。在一般环境中不能耐受菌体内的高渗透压而将会涨破死亡。在高渗环境下，仍可存活。革兰阳性菌细胞壁缺失后，原生质仅被一层细胞膜包住原生质体(protoplast)。革兰阴性菌肽聚糖层受损后尚有外膜保护原生质球(spheroplast)。某些L型仍有一定的致病力，通常引起慢性感染。,细菌细胞壁缺陷型（细菌L型）,细菌L型呈高度多形性，大小不一。着色不匀，无论其原为革兰阳性或阴性菌，形成L型大多染成革兰阴性。,(1)细菌L型的形态和染色性,细菌L型生长缓慢，营养要求高，对渗透压敏感，普通营养基上不能生长，培养时必须用高渗的含血清的培养基。细菌L型在高渗的含血清的培养基上生长后形成三种类型的菌落。,（2）细菌L型的培养特性和菌落形态,丝状菌落,颗粒型菌落,油煎蛋样菌落 典型的L型菌落,维持菌体固有的形态保护细菌抵抗低渗环境参与菌体内外的物质交换菌体表面带有多种抗原分子，可诱发机体的免疫应答。,细胞壁的功能,二、细菌的结构,基本结构：细胞壁、细胞膜、细胞质、核质,特殊结构：荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞,形态与结构,细菌细胞膜的结构与真核细胞者基本相同，由磷脂和多种蛋白质组成，但不含胆固醇。细菌细胞膜的功能与真核细胞者类似，主要有物质转运、生物合成、分泌和呼吸等作用。细菌细胞膜可形成一种特有的结构，称为中介体。,（二）细胞膜(cell membrane),中介体：是部分细胞膜内陷、折叠、卷曲形成的囊状物，多见于革兰阳性菌。其功能类似于真核细胞的线粒体，故亦称为拟线粒体(chondroid)。扩大了细胞膜的表面积，为细菌提供大量能量。,中介体(mesosome),二、细菌的结构,基本结构：细胞壁、细胞膜、核质,特殊结构：荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞,形态与结构,细胞质,细胞质,细胞膜包裹的溶胶状物质。是细菌进行新陈代谢的主要场所。有水、蛋白质、脂类、核酸及少量糖和无机盐组成,细胞质内含有许多重要结构,常见有：,核糖体,质粒,胞质颗粒,与真核细胞不同，抗菌素作用部位,染色体外遗传物质，与遗传变异有关,异染颗粒等，可鉴别细菌,（三）细胞质(cytoplasm),细菌合成蛋白质的场所，蛋白质亚基2个（大50s+小30s）组成70s（真核80s 60s+40s）,核糖体,由蛋白质和rRNA组成,概念：是细菌染色体以外的遗传物质，存在于细胞中，为双股环状DNA，控制细菌某些性状，可自我复制，与细菌的遗传变异有关。并非细菌生命活动所必需，可随机获得和丢失；医学上重要质粒：R质粒：耐药性质粒 F质粒：致育性质粒 Vi质粒：毒力质粒,质粒 plasmid,功能：胞质颗粒大多为贮藏营养物质的场所。化学本质：包括多糖、脂类、多磷酸盐等。特点：这些颗粒常随菌种、菌龄及环境而异。例如：白喉杆菌 异染颗粒 有利于细菌鉴定（RNA、多偏磷酸盐，嗜碱，着色深，位于菌体两端，特殊染色可与菌体不同的着色）。,异染颗粒,胞质颗粒（内含物 inclusion)：细菌细胞内的一些颗粒状内含物，多数为能源性储藏物。,二、细菌的结构,基本结构：细胞壁、细胞膜、核质,特殊结构：荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞,形态与结构,细胞质,（四）核质(nuclear material),细菌是原核细胞，不具有成形的核。细菌的遗传物质称为核质或拟核。无核膜、核仁和有丝分裂器。由裸露双股DNA回旋卷曲成疏松网状结构，有少量RNA和组蛋白样的物质。功能与真核细胞的染色体相似决定细菌各种遗传性状。,二、细菌的结构,基本结构：细胞壁、细胞膜、核质,特殊结构：荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞,形态与结构,细胞质,二.特殊结构,（一）荚膜(capsule),概念：某些细菌胞壁外围绕一层较厚的粘液性物质，称为荚膜。为疏水性多糖或蛋白质的多聚体，用理化方法去除后并不影响菌细胞的生命活动。,形成条件：动物体内、营养丰富的培养基内（荚膜的形成与环境条件有密切关系。）化学成分：多糖或多肽应用：鉴别细菌（荚膜的有无、抗原性）,染色性：荚膜对一般碱性染料亲和力低，不易着色。普通染色菌体周围未着色的透明圈 特殊染色染上与菌体不同的颜色。,抗吞噬作用：是病原菌的重要毒力因子粘附作用：与致病性有关抗有害物质的损伤作用：如溶酶体、补体,荚膜的功能-与细菌的致病性有关,（二）鞭毛(flagellum),许多细菌在菌体上附有细长并呈波状弯曲的丝状物，称为鞭毛，是细菌的运动器官。鞭毛需用电子显微镜观察，或经特殊染色法使鞭毛增粗后才能在光镜下看到。,鞭毛菌分类,单毛菌,双毛菌,丛毛菌,周毛菌,鞭毛是运动器官。有鞭毛的细菌能主动运动，使细菌做趋向性运动。鞭毛有抗原性。鞭毛的成分为鞭毛蛋白，并且具有高度的特异性，称为鞭毛抗原（H抗原），可作为细菌分类、分型的依据；鉴别细菌：鞭毛（动力）的有无、数目、位置、排列、抗原性有的细菌其鞭毛与致病性有关（穿透粘膜表面粘液层，利于细菌粘附于上皮细胞）。,鞭毛的功能,（三）菌毛（pilus或fimbriae）,概念：许多革兰阴性菌和少数革兰阳性菌菌体表面存在着一种比鞭毛更细、更短而直硬的丝状物，与细菌的运动无关。（电镜观察）种类及功能 普通菌毛ordinary pilus性菌毛sex pilus（F菌毛）由F质粒编码普通菌毛 多，短而细 粘附，致病性菌毛 少，粗、长、中空 遗传物质传递,芽胞：有些G+细菌在某些条件下，胞质浓缩在菌体内形成一个圆形或卵圆形小体，外包绕很厚的壳，即为芽胞。细菌形成芽胞后，代谢处于休眠状态；在外界环境适宜时，芽胞又可发芽形成菌体，进行生长繁殖。芽孢折光性强、壁厚、不易着色，经特殊染色光镜下可见,（四）芽胞(spore),形成条件：营养缺乏（细菌维持生命的特殊形式）保存全部生命必需物质：核酸、酶、合成菌体成分的结构休眠状态，无新陈代谢 可发芽 1个细菌1个芽胞1个细菌 细菌繁殖体 芽胞休眠体每种细菌形成一种类型芽胞,芽胞的大小、形状、位置等随菌种而异，有重要的鉴别意义。,芽孢的意义,芽胞的抵抗力强，可在自然界中存在多年，是重要的传染源。但芽胞并不直接引起疾病，只有发芽成为繁殖体后，才能迅速大量繁殖而致病。芽胞抵抗力强，故应以杀灭芽胞作为可靠的灭菌指标。高压蒸汽灭菌法是杀灭芽孢最有效的方法。芽胞抵抗力强的原因：(1)芽胞含水量少，蛋白质受热后不易变性。(2)芽胞具有多层致密的厚膜，理化因素不易透入。(3)含有的DPA与钙结合的盐能提高芽胞中各种酶的稳定性。,芽胞的意义,第二节 细菌的营养与生长繁殖,一、化学组成,占细胞总重量75%-90%,碳、氢、氮、氧、磷、硫等,钾、钠、铁、镁、钙等,肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸等,水：,有机物：,无机离子：,特有成分：,细菌的理化性状,二、物理性状,细菌的营养,一、细菌的营养类型 1.自养型 2.异养型 腐生型；寄生型。病原菌都是异养菌。二、细菌的营养物质 碳、氮、无机盐、生长因子和水三、营养物质的吸收与转运 简单扩散：高浓度 低浓度 促进扩散：高浓度 低浓度，载体蛋白参与 主动运输：低浓度 高浓度，载体蛋白参与 基团转移：运输过程中发生化学修饰,对氧气要求：专性需氧菌 微需氧菌 兼性厌氧菌 专性厌氧菌 耐氧菌对CO2要求：5%CO2,水碳源氮源无机盐生长因子 有些细菌需要,4、对气体要求,3、PH pH,2、温度 37,1、营养物质,细菌的生长繁殖的条件,1.细菌个体的生长繁殖 细菌以二分裂法进行无性繁殖，多数细菌每2030分钟繁殖一代，少数细菌如结核杆菌的代时为1820小时。,二、细菌的生长繁殖,2.细菌群体的生长繁殖规律 迟缓期 对数期 稳定期 衰亡期（lag phase）（logarithmic phase）（stationary phase）（decline phase）,细菌生长曲线意义,迟缓期：细菌代谢活跃，但不繁殖。对数期：细菌快速繁殖，数目呈几何级数增加；细菌形态、染色性、生理活性最典型、对抗生素最敏感。细菌鉴定选用此期为佳。稳定期：活菌数和死菌数几乎相等，代谢产物形成较多。衰亡期：细菌总数下降，代谢逐渐停滞。,生长特点 迟缓期 对数期 稳定期 衰亡期维持时间 1-4h 8-18h 24h左右 24小时之后活菌数量 稳定增加少 对数增长 维持平衡 逐步减少 生长速率 迟缓 最大速率 速率降低 死亡增加细胞代谢 非常活跃 活性高 活性稳定 活性降低，而稳定 衰老适用范围 培养初期 形态、染色 产生外毒素 不用于研究 药物敏感 抗生素，芽胞 保存菌种,细菌各个生长时期的比较,第三节 细菌的代谢,包括：分解代谢和合成代谢 特点：1.代谢活跃；2.代谢类型多样化。,一、细菌分解性代谢产物及生化反应 1.细菌对糖和蛋白质的分解;2.细菌的生化反应 糖发酵实验；VP实验(V)；甲基红实验(M)；枸橼酸盐利用实验(C)；吲哚实验（I）；硫化氢试验；根据细菌具有不完全相同的酶，分解不同营养物质的特点，用生化方法来鉴定细菌,I M Vi C试验 大肠埃希菌+-产气杆菌-+,1.热原质；2.毒素与侵袭性酶 3.色素；4.抗生素 5.细菌素；6.维生素,二、细菌的合成代谢产物,即 G-菌细胞壁中脂多糖，注入机体能引起发热反应。特点：耐高温（耐受121 20分钟）去除方法：吸附法、蒸馏法、高温干烤,热原质(pyrogen),细菌致病中重要物质毒素外毒素 exotoxin 内毒素 endotoxin（二者区别在致病性章中详述）侵袭性酶细菌在机体内生长时产生如透明质酸酶、卵磷脂酶等,毒素和侵袭性酶,色素 分为水溶性色素、脂溶性色素，有助于细菌的鉴定。抗生素 某些微生物在代谢过程中产生的能抑制或杀死其它病原微生物（或肿瘤细胞）的物质。细菌素 由一些菌株产生的具有抗菌作用的蛋白质，但抗菌谱窄，只能作用于同种或近缘关系的菌种，故只能用于细菌的分型。维生素 如大肠杆菌可合成VitB、K等,细菌的人工培养,培养基,用人工方法配制而成的，专供微生物生长繁殖使用的混合营养物制品,常用培养基种类,厌氧培养基,基础培养基,选择培养基,鉴别培养基,营养培养基,是最常见的培养方法，主要在平板和斜面培养基上接种；用于细菌的分离、纯化、鉴定、保存、计数等研究和选种和育种等实际工作。菌落：在固体培养基上由单个细菌大量繁殖所形成的细菌群体，称为菌落。菌苔：菌落在固体培养基上连成一片的纯培养物称为菌苔，常用于菌种的保存。,细菌的生长情况-固体培养法,固体培养基中（三种菌落）,光滑型菌落（S型）,菌苔,粗糙型菌落（R型）,粘液性型菌落（M型）,细菌的生长情况-液体培养法,主要用于细菌收集、获得发酵产物、菌种的鉴定等.培养方式有静止培养和震荡培养（需氧菌采用震荡培养）。静置培养有三种生长方式。,沉淀生长,混浊生长,表面生长,好养和兼性厌氧菌,专性需氧菌,耐氧菌,混浊生长,沿穿刺线生长,有鞭毛细菌,无鞭毛细菌,细菌的生长情况-半固体培养法,主要观察细菌的运动性、测定某些生化反应等,人工培养细菌的用途,医学中的应用,工农业生产中的应用,基因工程中的应用,感染性疾病的诊断,细菌学研究,生物制品的制备,制造各种产品,处理垃圾,制造菌肥农药等,表达重组DAN制备产品,