《微生物学原核》PPT课件.ppt

第一章 原核微生物的形态、构造和功能,吕杰 科技大厦西配楼212Email:,原核生物（prokaryotes）,指一大类细胞核无核膜包裹，只存在称作核区的裸露DNA的原始单细胞生物，包括真细菌（eubacteria）和古菌（archaea）两大类。广义的细菌。原核生物包括细菌、放线菌、立克次氏体，支原体、衣原体及蓝细菌。,原核：没有完整的细胞核，只是一个拟核（明显核区），无核膜、核仁，无分化的细胞器，不进行有丝分裂。真核：有完整的核，有核膜、核仁，有分化的细胞器，进行有丝分裂。,原核微生物的类群 光能：蓝细菌“三菌”化能：细菌 放线菌“三体”人工培养基：支原体 专门寄生：立克次氏体 衣原体,第一节 细菌,概述细菌细胞（个体）的形态构造及其功能细菌的群体形态,细菌（Bacteria）的形态构造及其功能,（一）形态和染色1、细菌的个体形态2、细菌的大小3、细菌的染色（二）细菌的细胞结构1、一般结构2、特殊构造（三）细菌的繁殖,概述,1、细菌（bacteria）指真细菌。一类细胞细短（约0.5m，长度约0.55m）、结构简单、细胞壁坚韧、多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。2、细菌在自然界的分布 细菌是微生物的一大类群，在自然界分布广、种类多。到处寄生和腐生，尤其温暖潮湿、富含有机物的地方。大量细菌活动、生长繁殖形成肉眼可见菌落、菌苔，粘稠，具臭、酸败等气味；液体中生长会使液体变混浊、或产生沉淀、或液面漂浮白色气沫。,头发和手指上的细菌,3、细菌与人类的关系,与人类生产生活关系十分密切，有害也有利。（1）害：人和动、植物多种传染病的病原微生物，引起食品、工农业产品腐烂变质。（2）利：是微生物学的主要研究对象，并被广泛应用于食品生产、工业（化工、石油开采、冶金）、农业（杀虫剂、细菌肥料、沼气发酵、饲料青贮）、医学（抗生素、菌苗、类毒素、代血浆、医用酶类）、环境保护（三废处理）、环境监测（气象、考古）、生物工程等各个方面、是科学研究中重要的实验对象。,1、细菌的个体（细胞）形态,球菌(Coccus)杆菌(Bacillus)螺旋菌(Spirlla)其他形状的细菌,（一）形态和染色,细菌的形态,细菌的形态,球菌,杆菌,螺形菌,弧菌,螺菌,1球菌Coocus,菌体呈球形或近似球形的细菌。（1）单球菌（2）双球菌（3）链球菌（4）四联球菌（5）八叠球菌（6）葡萄球菌,细菌裂殖,二分裂法,繁殖方式：,八叠球菌,葡萄球菌,链球菌,（1）单球菌(single coccus),分裂后的细胞分散而单独存在的球菌。如尿素小球菌,（2）双球菌(double coccus),由一个平面分裂，分裂后两个菌体成对排列的称为双球菌。如肺炎双球菌。,diplococci,streptococci,（3）链球菌,由一个平面分裂，分裂后的菌体呈链状排列的称为链球菌。如乳链球菌。,（4）四联球菌(Micrococcus lactis),由两个互相垂直的平面分裂，分裂后每四个菌体呈田形的称为四联球菌。如四联小球菌。,tetracocci,（5）八叠球菌(Sarcina ureae),由3个互相垂直的平面分裂，分裂后每8个菌体呈立方形排列的称为八叠球菌。如乳酪八叠球菌。,sarcinae,staphylococci,（6）葡萄球菌(Staphylococcus aureus),分裂面不规则，分裂后许多菌体无规则地堆积在一起，呈葡萄串状的称为葡萄球菌。如金黄色葡萄球菌。,2杆菌 Bacillus(Bacterium),杆状的细菌。是细菌中种类最多的。长杆菌（1）杆菌的长短不同 短杆菌 球杆菌等 棒状杆菌（2）菌体某个部位是否膨大 梭状杆菌 无芽孢杆菌（3）芽孢有无 芽孢杆菌,杆菌,杆菌(bacillus),杆菌的形态多样,杆菌(bacillus),杆菌的形态多样,分枝杆菌,双歧杆菌,棒状杆菌,菌体一端膨大，如北京棒状杆菌,梭状杆菌,菌体中间膨大，如丙酮丁醇梭菌,芽孢杆菌,枯草芽孢杆菌,地衣芽孢杆菌,芽孢杆菌,显微镜下的杆菌,链杆菌,显微镜下的链杆菌,杆菌(bacillus),不同杆菌的大小、长短、粗细很不一致。,螺旋菌：细胞呈弯曲杆状的细菌统称螺旋菌。螺旋菌细胞壁坚韧，菌体较硬，常以单细胞分散存在，不同种的细胞个体，在长度、螺旋数目和螺距等方面有显著区别。据此可再分为两种形态。,1）弧菌 菌体只有一个弯曲，其程度不是一圈，犹如C字，或似逗号，如霍乱弧菌。2）螺菌 菌体回转如螺旋状，螺旋26环，小型、坚韧的螺旋状细菌。螺旋数目和螺矩大小因种而异。,3）螺旋体 螺旋6环以上，体大而柔软。螺旋体是介于细菌与原生动物之间的单细胞原核微生物，细胞非常细长、螺旋状、柔软而且易弯曲、无鞭毛，但能作特殊的弯曲扭动或象蛇一样的运动，繁殖方式为二分裂。在自然界存在的细菌中，杆菌最为常见；球菌次之；螺旋状的最少。,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,螺菌,螺旋菌,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,弧菌,霍乱弧菌（V.cholerae）,革兰染色阴性,单鞭毛,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。,螺旋菌,左：显微数码摄像,右：结构示意图,幽门螺旋菌,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,螺旋体菌,螺旋菌,显微镜下的螺旋菌,螺旋体,螺旋体是一类细长、柔软、弯曲呈螺旋状、运动活泼的单细胞型微生物。在生物学上的位置介于细菌与原虫之间。与细菌的相似之处是：具有与细菌相似的细胞壁，内含脂多糖和胞壁酸，以二分裂方式繁殖，无定型核（属原核型细胞），对抗生素敏感；与原虫的相似之处有：体态柔软，胞壁与胞膜之间绕有弹性轴丝，借助它的屈曲和收缩能活泼运动，易被胆汁或胆盐溶解。在分类学上由于更接近于细菌而归属在细菌的范畴。致病:黄疸出血性钩端螺旋体（也可使鼠、狗、猪等致病）、梅毒螺旋体、回归热螺旋体、奋森氏螺旋体等。,显微镜下的螺旋菌,细菌的其他形态,澳大利亚和荷兰的微生物学家在研究目前还没有正式命名的喜盐细菌方面获得了重要成果，这些细菌是英国科学家恩托尼韦尔斯比(AnthonyWalsby)于1980年在以色列死海附近发现的。从那时起生物学家进行大量试验，想在实验室中培育这些盐生细菌，但是直到现在才成功做到这一点。研究人员发现，要使喜盐细菌正常生长在培养液中必需具有特别高浓度的盐分，应不低于18%，并且盐分浓度的增加与细菌种群的生长成正比。现已查明，喜盐细菌的繁殖十分缓慢，要使细菌种群加倍需要几昼夜时间，而普通细菌只需要20分钟即可使自已的数量加倍。,喜盐细菌的外形特别引人注目，它酷似正方形，正方形的边长约为15微米。现在微生物学家在为细菌命名，荷兰研究人员建议命名为Haloquadratumwalsbyi，以纪念这不平常细菌的首先发现者。另外，有些科学家认为，在实验室中培育的盐生细菌要能与木星轨道上木卫二和木卫三拥有的细菌类似，如果那里真的存在细菌，则它们应生活在富含镁盐的空气中，因为Haloquadratumwalsbyi能很好地适应镁盐。,畸形 物理化学因素异常形 营养条件 衰颓形：菌龄,会变化的细菌形态,细菌的形态在幼龄以及生长条件适宜的条件下，整齐正常。否则会出现异常形态。,细菌电子显微镜照片,2、细菌细胞的大小,普通光学显微镜下用测微尺测细菌大小,细菌菌体微小，大小随种类不同差别很大，有的与最大的病毒粒大小相近，在光学显微镜下勉强可见，有的与藻类细胞差不多，几乎肉眼就可辩认，但多数细菌属于二者之间。测量细菌大小的常用单位是微米(micrometer m)。,最小的细菌只有50nm，最大的可长达200500m，但一般不超过几微米。以E.coli（0.5m3m）为例：120个细胞“并肩”排列，约一根头发丝的宽度（60m）；1500个细胞头尾衔接起来仅3毫米；109 个E.coli细胞重1mg。,不同细菌大小的比较,细菌细胞大小的表示方法,（1）球菌大小以直径表示：多为0.51m。（2）杆菌以长和宽表示：杆菌直径与球菌相似，长度均为直径的几倍。0.21.250.78m。（3）螺旋菌以长和宽表示：0.31150m（长度是菌体两端间的距离，而不是真正的长度）。,细菌细胞大小的重要生物学意义,不同细菌细胞大小不同,细胞的大小是细菌分类特征,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,微生物学,同种细菌大小受菌令、环境因素等条件影响，幼令比成熟或老龄菌大得多，长度受菌令影响更强烈，其他生长条件或多或少都会影响菌体大小，渗透压的影响更直接。因此测量菌体的大小要注意：培养时间；培养条件；所用染色方法（不同染料附着在细胞上的多少不同）。,细菌染色法,死菌,正染色,负染色：,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:,姬姆萨染色法,3、细菌的染色,用美蓝或TTC（氯化三苯基四唑）等作活菌染色,革兰氏染色法,1.涂片固定,2.单染结晶紫染液第一次染色 1min,3.媒染碘-碘化钾溶液浸湿30S,4.脱色95%乙醇溶液进行颜色洗脱,5.复染红色的藩红染液第二次染色,呈现第二次染色的效果红色；称革兰氏阴性菌（红阴G-）,细菌呈现第一次染色的效果紫色，革兰氏阳性菌（紫阳G）；,显微镜下的G+与G细菌,显微镜下的G细菌,G+菌细胞壁,G-菌细胞壁,G-菌细胞壁结构图解,请对照两种细菌细胞壁的不同结构，说明为什么染色上会有区别？,（二）细菌细胞的结构,一般构造：细胞壁细胞膜细胞质核区,特殊构造：鞭毛、菌毛、性菌毛糖被（包括荚膜和粘液层）芽孢,细菌细胞的模式结构,（1）细胞壁（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,1、细菌细胞的一般构造,细胞壁,功能提问：哪些功能？固定细胞外形；,保护细胞免受外力的损伤；,阻拦大分子物质进人细胞；,使某些细菌具有致病性及对噬菌体的敏感性。,伤寒杆菌细胞壁中含毒素,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,革兰氏阳性和阴性菌的细胞壁,Peptidoglycan,肽聚糖磷壁酸蛋白质和脂肪,内层：肽聚糖但不含磷壁酸外层；脂蛋白，磷脂，脂多糖,（一）细胞壁 细胞壁与革兰氏染色,机理：95%乙醇的作用：蛋白质变性、脱水、溶脂 革兰氏阳性菌肽聚糖的含量高，网状结构紧密，细胞壁厚，含脂量低，当它被酒精脱色时，引起 细胞壁肽聚糖的网状结构的孔经缩小以至关闭，从而阻止不溶性结晶紫-碘复合物的逸出，故菌 体呈深紫色；,（一）细胞壁 细胞壁与革兰氏染色,而革兰氏阴性菌的细胞壁的肽聚糖的含量低，网层结构疏松且薄，脂含量高，当用酒精脱色时，脂类物质溶解，增加了细胞壁的通透性，结果结晶紫-碘的复合物就被乙醇抽提出来而复染成红色。,革兰氏阳性细菌细胞壁,(壁）磷壁酸,(膜）磷壁酸,革兰氏阴性细菌细胞壁,1）G+阳性细菌细胞壁(厚壁菌门),G+细菌细胞壁厚度大（2080nm）、化学组分简单，细胞壁的化学组成以肽聚糖为主，占壁物质总量的4090；另外结合有其它多糖及一类特殊多聚物磷壁酸（一般10%）。,1）G+阳性细菌细胞壁(厚壁菌门),肽聚糖(peptidoglycan)的结构 每一个肽聚糖是由三部分组成长链大分子（1）双糖单位：N-乙酰葡萄糖胺（G）和 N-乙酰胞壁酸（M）以-1，4糖苷键相互间隔连接而成，聚合而成的线形大分子，构成了肽聚糖的主链分子，即“聚糖”。MGMGMGMG（2）四肽尾或四肽侧链；（3）肽桥,肽桥,G+细菌的肽聚糖单体,G+细菌肽聚糖的单体图解左：简化的单体分子；右：单体的分子构造。箭头示溶菌酶的水解点,多个双糖单位相连形成肽聚糖的多糖 链，NAMNAGNAMNAG，其长度因菌种而异（金黄色葡萄球菌9个、地衣芽孢杆菌79个）。,G细菌（金黄色葡萄球菌）肽聚糖的立体结构（片段）,革兰氏阳性菌的细胞壁 肽聚糖(peptidoglycan)的结构,肽桥 连接前后2个四肽尾分子的桥梁 肽桥的变化很多 目前超过100种 金黄色葡萄球菌肽桥为甘氨酸5肽,肽聚糖分子中的4种主要肽桥类型,G+细菌的肽聚糖层,多个肽聚糖单体相连就形成了肽聚糖网状结构，在G+细菌中75%以上亚单位交叉连接成重复网状结构，这种结构质地坚韧、机械强度大，金葡菌肽聚糖层由40层左右网状分子组成，厚约2080nm。肽聚糖可被溶菌酶破坏；青霉素也可干扰短肽之间肽键的形成从而破坏细胞壁肽聚糖的合成。,B、磷壁质（垣酸）,是结合在G+细菌细胞壁上的一种酸性多糖，磷壁酸是G+细菌细胞壁所特有的成分。化学组成:多元醇（甘油和核糖醇）和磷酸的聚合物，能溶于水。类型:壁磷壁酸：与肽聚糖分子间发生共价结合，以其末端的磷酸二酯键连接于NAM的第六位碳原子上，可能占细胞壁干重的10%50，含量多少与培养基的成分有关。膜磷壁酸（脂磷壁酸）：跨越肽聚糖层并与细胞膜相交连，含量与培养基关系不大。,革兰氏阳性菌的细胞壁 磷壁酸的结构,也称垣酸，是G+菌细胞壁所特有成分；属于高分子酸性多糖；一般占细胞壁含量的10%-50%。分为两类：壁磷壁酸和膜磷壁酸,磷壁酸,G+菌特有成分,革兰氏阳性菌的细胞壁 磷壁酸的结构,壁磷壁酸：与肽聚糖分子（M）共价结合 膜磷壁酸：分子穿过肽聚糖分子层直接与 细胞膜上的磷脂进行共价结合形成,磷壁酸(teichoic acids)结构,甘油磷壁酸的结构模式（左）及其单体（虚线范围内）的分子结构（右）,磷壁酸的功能,、磷壁酸带负电苛，可与环境中的Mg2+等阳离子结合，提高细胞表面这些离子的浓度，以保证细胞膜上一些合成酶维持高活性的需要。、保证致病菌与宿主间的粘连避免被白细胞吞噬，并有抗补体的作用。、赋于G+菌以特异的表面抗原，因而可用于菌种鉴定。、提供某些噬菌体以特异的吸附受体位点。、调解细胞内自溶素的活力，以防止细胞因自溶而死亡。、贮藏元素。,革兰氏阳性菌的细胞壁 磷壁酸的结构,化学结构由两大类型组成：（1）甘油磷酸重复单位（2）核糖醇磷酸重复单位（一种微生物一般只含一种）,1革兰氏阳性菌的细胞壁 磷壁酸的结构,G细菌CW的组成和结构比G+细菌更为复杂，层次较多，但比G+菌细胞壁薄，肽聚糖层很薄（23nm），故机械强度较G+细菌弱。,2）革兰氏阴性细菌（薄壁菌门）细胞壁,A、内壁层,紧贴细胞膜厚约2 3nm由肽聚糖组成，肽聚糖的含量占细胞壁的10%弱，一般由12层肽聚糖网状分子组成。肽聚糖多糖链结构与G+细菌基本相同。差别为（以Escherichia.coli为例）：a、四肽尾中的L赖AA往往被二氨庚二酸（m-DAP）取代。b、没有特殊的肽桥，前后两 单体间的连接仅通过短肽尾上D-Ala上的-COOH与m-DAP的-NH2直接相连。交连程度只有30%，形成较稀疏、机械强度较差的肽聚糖网套。,G-细菌E.coli肽聚糖结构（局部）左：肽桥的连接方式；右：网的一部分,MN乙酰胞壁酸GN乙酰葡糖胺,G细菌与 G细菌肽聚糖的组成不同,肽尾第三氨基酸不同,G 赖氨酸,G 二氨基庚二酸,G，M都是1，4糖苷键连接,肽桥,G：不同形式,G：肽键,G+(a)和G-(b)细菌肽聚糖网的比较,B、外壁层（外膜）,是G-细菌细胞壁所特有的结构，位于细胞壁的最外层。如大肠杆菌中肽聚糖层的外部，表面不规则。主要成份为脂多糖、磷脂和若干种外膜蛋白。某些细菌的抗原性致病性以及对噬菌体的敏感性均与这些成份有关。,脂多糖（Lipolysaccharide，LPS）的组成,LPS,类脂A：2个N乙酰葡糖胺及5个长链脂肪酸,核心多糖区,内核心区,3个2酮3脱氧辛糖酸,3个L甘油甘露庚糖,外核心区：5个己糖（Hex），包括葡糖胺、半乳糖、葡萄糖,O特异侧链：多个4Hex单位，内含半乳糖、鼠李糖 甘露糖、阿比可糖(Abq)等,外膜的功能,、控制细胞的透性、吸附Mg2+、Ca2+等并提高这些离子在细胞表面的浓度；、由于LPS结构的变化，决定细胞壁抗原多样性（沙门氏菌属表面抗原类型2107个），可用于传染病的诊断和病原的地理定位；、是G-病原菌致病物质内毒素的物质基础，类脂A是内毒素的毒性中心；、是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。,LPS要维持其结构的稳定性需要足量的Ca2+存在，如果用螯合剂去除Ca2+，LPS就会解体，内壁层肽聚糖层暴露，可被溶菌酶水解，产生细胞壁缺陷细菌。,外壁层中的蛋白质,20余种蛋白，主要有：,孔蛋白（基质蛋白）：其上有充水孔道，横跨 外壁层，使外壁层具有分子筛的作用、可控制某些物质（分子量小于800900的亲水性营养物质）进入外膜，有特异性与非特异性两种。,外膜蛋白（外壁蛋白）：是一类特异性的运送蛋白或载体，可把较大的分子如VB12、核糖降解物、麦芽寡糖、铁色素等输送入细胞内。,脂蛋白：具有使外膜层与内壁肽聚糖层紧密相连的功能。,周质空间（壁膜空间）,位于细胞壁与细胞膜之间的狭窄空间，G+、G-细菌均具有。内含多种蛋白质，如蛋白酶、核酸酶、运送某些物质进入细胞内的结合蛋白、受体蛋白等。,3）古菌的细胞壁,古菌（Archaea 古菌）主要包括一些独特生态类型的原核生物如产甲烷菌及大多数嗜极菌（极端嗜盐菌、极端嗜热菌、热原体属等）。在古细菌中，除热原体属(Thermoplasma)没有细胞壁外，其余都具有与真细菌功能相似的细胞壁。但化学成分差别较大，其细胞壁不含真正的肽聚糖，而含假肽聚糖、糖蛋白或蛋白质。,Methanobacterium的假肽聚糖,结构与肽聚糖相似。具体差别:多糖骨架:是由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸以-1，3-糖苷键交替连接而成；肽尾:由L-Glu、L-Ala、L-Lys3个L型氨基酸组成；肽桥:由L-Glu一个氨基酸组成。,4）缺壁细菌,1、原生质体protoplast：人工条件下用溶菌酶除去细胞壁或用青霉素抑制细胞壁合成后，所留下的部分。一般由G+形成。2、球形体spheroplast：残留部分细胞壁，一般由G-形成。有一定抗性。特点：对渗透压敏感；长鞭毛也不运动；对噬菌体不敏感；细胞不能分裂等。,4）缺壁细菌,3、细菌 L型：一种由自发突变形成的变异型，无完整细胞壁，在固体培养基表面形成“油煎蛋”状小菌落。4、支原体：长期进化形成。,缺壁细菌,实验室中形成,自然界长期进化中形成：支原体,自发缺壁突变：L型细菌（G+或G-）,人工方法去壁,彻底除尽：原生质体（G+）,部分去除：球状体（G-）,4）缺壁细菌,A、L型细菌（L-form of bacteria）因发生自发突变而成为缺壁细菌，由英国Lister研究所的学者于1935年发现，故称“L”型细菌。特点：原为杆状细胞的念珠状链杆菌发生自发突变后，细胞膨大、对渗透压敏感、在固体培养基上形成“油煎蛋”似的小菌落。,B、原生质体（protoplast）在人为条件下，用溶菌酶除尽原有细胞壁或用青霉素抑制新生细胞壁合成后，所得到的仅有一层细胞膜包裹的圆球状渗透敏感（脆弱）细胞。G+细菌最易形成原生质体。应用：不同菌种或菌株的原生质体间易发生细胞融合，可用于杂交育种；原生质体比正常细菌更易导入外源遗传物质，有利于遗传学基本原理的研究。,C、球状体（sphaeroplast 原生质球）还残留部分细胞壁（尤其是G细菌外膜层）的原生质体。,D、支原体（Mycoplasma）是在长期的进化过程中形成的、适应自然生活条件的无细胞壁的原核生物。特点：细胞膜中含有一般原核生物所没有的甾醇，因此即使缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强度。菌落较小（1mm左右），“油煎蛋”型。,5）细胞壁与革兰氏染色,除支原体和细胞壁缺陷细菌外外，几乎所有的原核生物都具有坚韧的细胞壁，通过革兰氏染色法可将它们分为G+和G两大类。G氏染色是基于细菌细胞壁特殊化学组分基础上的一种物理原因。,细胞壁与革兰氏染色,机理：95%乙醇的作用：蛋白质变性、脱水、溶脂 革兰氏阳性菌肽聚糖的含量高，网状结构紧密，细胞壁厚，含脂量低，当它被酒精脱色时，引起 细胞壁肽聚糖的网状结构的孔经缩小以至关闭，从而阻止不溶性结晶紫-碘复合物的逸出，故菌 体呈深紫色；,细胞壁与革兰氏染色,而革兰氏阴性菌的细胞壁的肽聚糖的含量低，网层结构疏松且薄，脂含量高，当用酒精脱色时，脂类物质溶解，增加了细胞壁的通透性，结果结晶紫-碘的复合物就被乙醇抽提出来而复染成红色。,6）细胞壁与原核生物分类,（2）细胞膜（cell membrane 细胞质膜、质膜、内膜）,是紧靠在细胞壁内侧，围绕在细胞质外面的一层柔软、脆弱而富有弹性的半透性薄膜。厚约78nm，其主要化学成分为磷质（占2030%）与蛋白质（占5070%）。观察与分离 通过质壁分离、选择性染色、原生质体破裂或电子显微镜 观察，都可证明细胞膜的存 在。,细胞膜(cell membrane)模式结构图,基本成分：由磷脂双分子层与蛋白质组成。原核生物细胞膜上除支原体外，一般不含胆固醇等甾醇，与真核生物恰恰相反。,磷脂,每一个磷脂分子由一个带正电荷且能溶于水的极性头（磷酸端）和一个不带电荷、不溶于水的非极性端（烃端）所构成。两个极性头分别朝向内外两表面，呈亲水性；两个非级性端的疏水尾则埋入膜的内层，于是形成了一个磷脂双分子层。在常温下，磷脂双分子层呈液态。,蛋白质,细胞膜上的蛋白无规则的，以不同深度分布于膜的磷脂层中。整合蛋白（intergral protein 内嵌蛋白）：不对称于膜的一侧或穿过全膜或埋藏在磷脂双分子层内，具运输功能，有时分子内还存在运输通道。周边蛋白（peripheral protein 膜外蛋白）：分布于膜的内外表面，具有酶促作用。膜中的蛋白质和磷脂，不论数量和种类均随菌体生理状态而变化。,细胞膜的功能(是细胞重要的代谢活动中心),选择性地控制细胞内、外的物质的运送、交换；,维持细胞内正常渗透压的结构屏障；,合成细胞壁各种组分和荚膜等大分子的场所；,许多酶和电子传递链组分的所在部位，进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地；,鞭毛着生点和提供其运动所需的能量等。,间体,由细胞膜内褶形成的一种管状、层状或囊状结构，一般位于细胞分裂部位或其邻近。是特化的细胞膜，当去掉细胞壁，间体会伸展成细胞膜。在G+菌中间体较明显。,间体（Mesosome)的功能,相当于真核细胞的线粒体,与细胞壁合成有关，促进细胞间隔（细胞分裂时）的形成,与遗传物质的复制（在此双链DNA解链并开始复制）及其相互分开有关,有学者认为间体是一种赝象,古细菌的细胞膜,磷脂的组成：头部为甘油，尾由长链烃（异戊二烯的重复单位）组成亲水头与疏水尾通过醚键连接（-C-O-C-）连接成甘油二醚或甘油四醚细胞膜中存在独特的单分子层、或单、双分子层混合膜甘油分子C3上可连接多种与真细菌和真核细胞膜上不同的独特基团细胞膜上含有多种独特脂类（细菌红素、和胡萝卜素、番茄红素、视黄醛和耐醌等）,（3）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 DNA),细胞质：被细胞膜包裹的除核质体外的一切无色透明，粘稠的胶状，颗粒状物质总称为细胞质。成分：由蛋白质，核酸（DNA和RNA），核糖体，贮藏物，各种酶类，中间代谢产物，脂类，多糖，气泡，无机盐和水等等组成，内有大量内含物。,糖原：大肠杆菌、克雷伯氏菌、蓝细菌芽孢杆菌等,聚羟丁酸：固氮菌、产碱菌、肠杆菌,氮源类,藻青素：蓝细菌含有,藻青蛋白：蓝细菌含有,磷源（异染粒）：迂回螺菌、白喉棒杆菌和分枝杆菌含有,硫源：迂回螺菌菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌,贮藏物(reserve granule),碳源及能源类,红色螺菌的电子显微镜图片,聚羟丁酸（Poly-hydroxybutyrate,PHB）,是一种存在于许多细菌细胞质内的类脂性质的碳源类贮藏物，具有贮藏能量、碳源和降低细胞内渗透压等作用。具无毒、可塑和易降解等特点，正大力开发用于制造医用塑料、快餐盒等。,PHB,H,C,H,H3,C,C,C,H,H,H,O,O,O,n,n106,OH,P,O,H,n,H,O,O,异染粒（metachromatic granule）,n=2106,异染粒（迂回体、捩转菌素）：是无机偏磷酸的聚合物，可用美兰或甲苯胺兰染成红紫色。具有贮藏磷元素和能量、降低细胞渗透压等作用。,磁小体(megnetosome),在少数水生螺菌属、嗜胆球菌属等趋磁细菌中发现,主要成分是Fe3O4，外被一层磷脂、蛋白或糖蛋白膜,无毒,大小20100nm,每个细胞有220颗,形状为平截八面体、平行六面体或六棱柱体等,功能：导向作用，即借助鞭毛引导细菌游向泥、水界面微氧环境处生活,实用前景：生产磁性定向药物和抗体，以及制造生物传感器,羧酶体（carboxysome，羧化体）,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,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,气泡（gas vocuoles）,是许多光合型、无鞭毛水生菌中充满气体的泡囊状内含物,大小为0.2 1.0um75nm,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,核糖体亚基连在,核糖体（Ribosome),细胞内合成蛋白质的场所。,核质体（核区）,原核生物所特有的原始细胞核。细菌的核质体是一个大型环状的双链DNA分子，长度025mm3mm，为细菌遗传物质，卷曲折叠于核区。核区没有外膜（这是原核生物与真核生物一个主要的区别之处）,核质体,核质体,核膜,（4）核区（nuclear region 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 3.00 mm每个细胞所含的核区数一般1 4个,少数有2025个核质体（褐球固氮菌）。快速生长时核区体积可达细胞体积的20。静止时期的细胞核多呈哑铃形，球形；分裂过程中常出现H、X、Y形。细菌除在染色体复制时间内呈双倍体外,一般均为单倍体。功能：是负载细菌遗传信息的物质基础。,细菌DNA环状和超螺旋状,Example of E.coli cell,There are over 50 supercoiled domain in the E.coli chromosome.The total amount of DNA is about 4600 kb.If the total DNA is opened and linearized,it would be 1 mm in length.The the cell is only about 2-3 um long.So to package this much DNA into the cell requires that the DNA be highly supercoiled.,Electron micrograph of an isolated nucleoid released from E.coli.,2、细菌细胞的特殊构造,糖被鞭毛菌毛性菌毛芽孢和休眠构造,（1）糖被（glycocalyx）,包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的透明胶状物质。糖被的有无、厚度和菌种的种类、遗传性有关，还和环境尤其是营养条件有关。,糖被(glycocalyx),包被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）,糖被的种类,荚膜（capsule 大荚膜）：一般厚约200nm，具一定外形，相对稳定地附着于细胞壁外，与细胞结合力较强。微荚膜（microcapsule）：厚200nm以下，具有一定外形，与细胞表面结合紧密。粘液层（slime layer）：比荚膜疏松，无明显边缘，且可向周围环境扩散，并能增加培养基的粘度（尤其液体培养时）。粘结物：粘液层仅局限于细胞的一端并通过它特异性地附着于物体表面。,荚膜成分（荚膜含水量很高）,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,分离与观察,荚膜可通过离心培养液而沉降，粘液层扩散到培养基中，使培养液呈凝胶状，不流动，离心不沉降。经特殊染色（负染色法）后，可在光学显微镜下观察到。,细菌的荚膜,荚膜细菌群体特征,菌落：光滑型菌落，表面湿润、光泽、粘液状。菌胶团（zoogloea）：通常的情况下，有荚膜的细菌在每个菌体表面包围一层荚膜。但有的细菌，多个荚膜相互融合，连为一体，组成共同的荚膜并包围细菌细胞形成的结构。,糖被的功能,保护作用,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,贮藏养料,作为透性屏障或离子交换系介质,附着作用（龋齿-唾液链球菌）,细菌间的信息识别作用,堆积代谢废物,鉴定菌种,提取葡聚糖“代血浆”,胞外多糖：黄原胶用于石油开采,菌胶团用于处理污水,（物以类聚）多个菌体通过共同的荚膜胶联形成的团块菌胶团。,形成菌胶团的典型细菌为动胶菌属的细菌。菌胶团吸附物（物质、其他微生物）活性污泥,形成菌胶团的生物作用？,群体合作、阻挡原生动物的吞噬,（2）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1520m直径为0.01 0.02m,观察鞭毛的方法:染料沉积使之加粗后用显微镜观察，电镜直接观察,判断鞭毛有无的方法:半固体培养基、平板培养菌落边缘、悬滴法,细菌鞭毛显微镜照片,在暗视野中观察其水浸片或悬滴标本,肉眼观察固体培养基的培养物-扩散,细菌在琼脂培养基中穿刺培养的生长特征上：固体斜面下：固体柱,细菌在平板培养基中的生长特征,产鞭毛细菌种类,螺旋菌和弧菌普遍生有鞭毛（弧菌多为偏端单生鞭毛或丛生鞭毛，螺旋菌的两端都有鞭毛）杆菌中假单胞菌属（Pseudomonas）都生有单端丛生鞭毛，其余的有周生鞭毛或不生鞭毛除运动球菌属外，球菌一般无鞭毛,细菌鞭毛的类型,鞭 毛 构 造,原核生物（包括古细菌）的鞭毛都有共同的构造：基体、钩形鞘和鞭毛丝3部分组成鞭毛由细胞质膜上鞭毛基粒长出G-细菌的鞭毛：,G+细菌的鞭毛构造,与G-细菌的鞭毛构造稍有区别，基体仅有S和M环,返回鞭毛,每周为8 10个亚基,鞭毛蛋白亚基是一种球状或卵球状蛋白，分子量3万-6万。细胞质内合成后输送至鞭毛游离端进行自装配。,鞭毛丝由直径 4.5nm 的鞭毛蛋白亚基沿中央孔道（直径为20nm）螺旋状缭绕而成,返回鞭毛,鞭毛丝结构图解,鞭毛菌的运动“栓菌”实验,通过鞭毛的旋转引起菌体的运动。速度极高，一般2080m/秒，甚至100m。极生鞭毛菌的速度超过周毛菌。,鞭 毛 的 实 践 意 义,细菌分类鉴定的重要依据。鞭毛着生的位置和数目是细菌种的特征，具有分类鉴定的意义。鞭毛蛋白是一种很好的抗原物质，不同鞭毛上氨基酸组成有很大区别，故可通过血清学反应进行分类鉴定。,（3）菌毛（Pilus伞毛、纤毛、线毛),长在细菌体表的纤细、中空、短直且数量较多的蛋白质类附属物。直径约310nm，数量250 300条，多存在于G-致病菌中。构造比鞭毛简单，无基体，直接着生于细胞膜上。,2.菌毛,纤细、中空、短直、数量较多（250根300根）相当于各类禽兽的体表的毛发，如兔毛、狗毛、鸭毛等等，故称为菌毛。,大肠杆菌的纤毛,（4）性毛（pilus,复数 pili 性菌毛）,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中。,其功能是向雌性菌珠（受体菌）传递遗传物质。,鸡毛掸子的作用,或称性丝，每一个有性细菌有1根4根，参与细菌有性生殖时细菌间传递遗传物质。,菌毛,性菌毛,（5）芽孢和其他休眠构造,芽孢(endospore，spore)：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,芽孢特点,具有厚而致密的壁，通透性低。含水率低，一般在40%左右。对理化因素（热、化学药物、辐射、干燥、静水压等）有较强的抗性，不易被杀死，在自然界能长期保存生命。芽孢内的酶处于不活动的休眠状态，芽孢的休眠性能强，常规条件下，一般可保持几年至几十年不死。折光率高，菌落表面干燥、不透明粗糙型菌落。,芽孢的着生位置及芽孢的形状,芽孢位于菌体的中央或末端；形状圆、椭圆、卵圆、圆柱形；、菌体。,枯草芽孢杆菌,细菌芽孢,产 芽 孢 细 菌 的 种 类,种类不多，多存在于G+杆菌中：好氧性的芽孢杆菌属、厌氧性的梭菌束、微好氧性的芽孢乳杆菌属；G+球菌中，仅脲芽孢八叠球菌属；G菌中仅脱硫肠状菌属。,（七）芽孢,1多层结构功能由内至外，依次为芽孢外壁,某些细菌当环境恶劣时，细胞质浓缩凝集，逐步形成一个圆形、椭圆形或圆柱形的休眠体，称为芽孢。,一层或几层芽孢衣,主要成分是角蛋白，非常致密，通透性差，能够阻止各类化学物质包括杀菌剂的进入；,由蛋白质、脂类和糖组成,皮层 很厚，主要成分为芽孢特有的肽聚糖，其中含有一种特殊的物质吡啶二羧酸以及大量的Ca2+，二者形成了一种极为耐热的凝胶状物质，使得芽孢菌异常抗热，在沸水中芽孢也可存活数小时。,芽孢质中含水量极低，细胞内代谢极为缓慢，处于休眠状态。,多层作用使芽孢对高温、干燥、辐射、酸、碱和有机溶剂等杀菌因子具有极强抵抗能力芽孢“复苏”合适的环境中，恢复普通的细胞结构，失去各类抵抗功能。芽孢孢子或种子（孢子：真菌的种子 1多）,能否形成芽孢，芽孢的形状、大小及其在细胞内的位置（如图），是细菌种的特征，在分类鉴定上有一定意义。,结构致密，染料不能渗入，不着色,细菌芽孢构造的模式图,孢外壁,芽孢衣,皮 层,芽孢质,芽孢核区,芽孢膜,芽孢壁,核心,含有吡啶2，6二羧酸（DPA-Ca）,含有芽孢特有的芽孢肽聚糖,芽孢含水量低,芽 孢 耐 热 机 制,芽孢中酶的分子量较营养细胞小,渗透调节皮层膨胀学说芽孢耐热机制（一）,芽孢衣（疏水性角蛋白）对多价阳离子和水分的透性很差；皮层的离子强度很高，会产生极高的渗透压去夺取芽孢核心中的水分，而造成芽孢皮层的膨胀和核心的高度失水；核心部分的生命物质（DNA、RNA、Pr等）处于高度失水状态，各种酶活性降低，因而产生极强的耐热性。,DPA-Ca的存在芽孢耐热机制（二）,在皮层和芽孢质中含有营养细胞所没有的DAP-Ca，占芽孢干重的5 15%；DAP-Ca能稳定芽孢中的生物大分子，DAP-Ca的螯合作用会使芽孢中的生物大分子形成一种耐热性的凝胶，从而增强芽孢的耐热性。当芽孢萌发释放DAP-Ca，耐热性消失。,研究芽孢的理论与实践意义,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,提高菌种筛选率,炭疽芽孢杆菌,.生物恐怖主义者为什么会看中这种细菌呢？首先因为炭疽是一种严重的疾病，分布又非常广泛。.还因为它几乎是一种永不死亡的细菌，-它们能够形成芽孢，因而很不容易死亡。在环境恶劣的时候，细菌内部会有一小部分浓缩起来，在这一部分周围形成几层坚硬的壳。里面的生命活动变得非常缓慢，而壳外面那部分就死亡消失了，这就是芽孢。环境条件一变好，壳里面的部分会像“发芽”一样长出来。,伴孢晶体（parasporal crystal 内毒素）,少数芽孢杆菌（如苏云金芽孢杆菌Bacillus thuringiensis 简称“Bt”）在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形、方形或不规则形的碱溶性蛋白质晶体。干重达芽孢囊的30%左右，由18种氨基酸组成，大小约0.62.0m。,苏云金芽孢杆菌和伴孢晶体,