微生物学-第二章-原核微生物课件.ppt

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1、第二章 原核微生物,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。,原核微生物：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）和古生菌（archaea）两大类。广义的细菌。,第一章 原核微生物,一、细菌,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

2、。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。,细菌（Bacteria）的形态

3、构造及其功能,1,（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,3,（三）细菌的繁殖,（二）细菌的细胞结构1、一般结构2、特殊构造,2,1、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,引自Gregory N.Stephanopoulos，2003,球菌(coccus),细胞呈球形或椭圆形，细胞分裂后产生的新细胞，常保持一定的空间排列方式排列方式可作为分类鉴定的依据。据此又把球菌分为以下类型：,引自Gregory N.Stephanopoulos，2003,金黄色葡萄球菌 Staphylococc

4、us aureus,淋病奈瑟氏球菌 Neisseria gonorrhoeae,肺炎链球菌 Streptococcus pneumoniae,引自Gregory N.Stephanopoulos，2003,杆菌(bacillus),杆状的细菌称为杆菌。,杆状细菌的排列方式常因生长阶段和培养条件而发生变化，一般不作为分类依据。,引自Gregory N.Stephanopoulos，2003,结核分枝杆菌 Mycobacterium tuberculosis,芽孢杆菌 Bacillus,Clostridium,铜绿假单胞菌（绿脓杆菌）Pseudomonas aeruginosa,引自Gregory

5、 N.Stephanopoulos，2003,炭疽病的病原菌-炭疽杆菌 Bacillus anthracis,引自Gregory N.Stephanopoulos，2003,螺旋菌（Spirlla),螺旋状的细菌称为螺旋菌。,引自Gregory N.Stephanopoulos，2003,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。

6、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。,引自周德庆微生物学教程 第二版,细菌的其他形态,引自Gregory N.Stephanopoulos，2003,环境条件的变化会导致异常形态：,物理、化学因子的刺激,培养时间过长,阻碍细胞正常发育,细胞衰老,营养缺乏,自身代谢产物积累过多,异常形态,正常形态,环境条件恢复正常,细菌电子显微镜照片,2、细菌细胞的大小,

7、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,引自周德庆，2003,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

8、）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,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

9、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,革蓝氏染色法,The gram stain,制片 干燥 固定 染色 水洗 干燥 镜检,结晶紫初染 碘液媒染 酒精脱色 番红复染,引自Gregory N.Stephanopoulos，2003,C.Gram于1884年发明的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。,引自Gregory N.Stephanopoulos，2003,细菌细胞由外向里依次有鞭毛、菌（纤）毛、荚膜、细胞壁、细胞膜、细胞质，细胞质

10、中又有液泡、储存性颗粒、核质等。,（二）细菌的细胞构造,细菌的结构,引自沈萍，2003,一般构造：一般细菌都有的构造,特殊构造：部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造,Cell structure,引自周德庆，2003,（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,1）G+阳性细菌细胞壁(厚壁菌门),G+细菌细胞壁厚度大（2080nm）、

11、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%）。,引自周德庆，2003,A、肽聚糖（粘肽、胞壁质、粘质复合物）,肽聚糖是真细菌细胞壁的特有成分。结构：（以G+细菌金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus为例）肽聚糖是聚合物，由肽和聚糖两部分组成肽聚糖网格状分子，交织成一个致密的网套覆盖在整个细胞上。肽：包括四肽尾和肽桥；聚糖：由NAG（N-乙酰葡萄糖胺）和NAM（N-乙酰胞壁酸）两种单糖相互间隔连接成的长链。每一个肽聚糖单体由3个部分组成。,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

12、子；右：单体的分子构造。箭头示溶菌酶的水解点,引自周德庆，2003,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）,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

13、+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。,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）,引自周德庆，2003,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

14、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。,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,引自周德庆，2003,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

15、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。,引自路福平，2005,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,引自路福平，2005,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

16、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

17、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VB

18、12、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。,引自路福平，2005,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）古生菌的细胞壁,古生菌（Archaea 古细菌、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

19、、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。,引自路福平，2005,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

20、，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

21、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。,引自Talaro K.P.，2005,（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

22、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。,引自路福平，2005,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。,引自路福平，2005,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

23、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

24、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。,引自路福平，2005,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

25、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

26、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。,引自路福平

27、，2005,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,

28、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。,引自路福平，2005,（4）核区（nuc

29、lear 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。,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

30、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）,引自周德庆，2005,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

31、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,引自路福平，2005,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

32、合，连为一体，组成共同的荚膜并包围细菌细胞形成的结构。,引自路福平，2005,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,细菌间的信息识别作用,堆积代谢废物,危 害,由于荚膜细菌的大量繁殖，常使糖厂的糖液发粘变质，酒类、牛奶、面包等饮料和食品发粘变质。最常见的是肠膜状明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）G+，球或椭球状，固体培养基上常呈链状排列）。,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,（2）鞭毛（Flagellum),生

33、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,引自路福平，2005,在暗视野中观察其水浸片或悬滴标本,引自路福平，2005,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,引自路福平，2005,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

34、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,引自路福平，2005,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,引自路福平，2005,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,鞭毛丝结构图解,

35、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。,大肠杆菌的纤毛,引自路福平，2005,（4）性毛（pilu

36、s,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。,引自周德庆，2003,（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,引自路福平，2005,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、

37、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。,引自路福平，2005,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。,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

38、,含有吡啶2，6二羧酸钙（DPA-Ca）,含有芽孢特有的芽孢肽聚糖,芽孢平均含水40，皮层含水70,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。,引自路福平，2005,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

39、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,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,对鳞翅目、双翅目和鞘翅目的

40、200多种昆虫和动、植物线虫有毒杀作用，对人畜安全、对害虫的天敌和植物无害，有利于环境保护。常用苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis），即“Bt”细菌杀虫剂。,实用意义：细菌杀虫剂生物农药,引自路福平，2005,细菌的其他休眠构造,细菌的休眠构造除上述芽孢外，还有孢囊（cyst,由固氮菌产生）等。,孢囊也是在逆境中产生的休眠体，一个营养细胞仅形成一个孢囊。,和芽孢一样没有繁殖功能。,在适宜条件下，一个孢囊发芽并重新进行营养生长为一个营养细胞。,（三）细 菌 的 繁 殖,一般进行无性繁殖，以裂殖为主，少数种类进行芽殖，个别也有进行有性生殖（如E.coli的接合）。裂殖（f

41、ission）指一个细胞通过分裂而形成两个子细胞的过程。一般细菌进行横分裂，而杆菌进行横分裂和纵分裂。,引自路福平，2005,细 胞 的 分 裂,E.coli 的 裂 殖,引自路福平，2005,复 分 裂,端生单鞭毛的蛭弧菌在宿主体内生长时，会形成不规则的盘曲的长细胞，然后细胞多处同时发生均等长度的分裂，形成多个弧形子细胞。,蛭弧菌生活史的主要阶段,引自路福平，2005,芽 殖（budding bacteria）,在母细胞表面（尤其是一端）先形成一个小突起，待其长大到与母细胞相仿后在相互分离独立生活的一种繁殖方式。凡以这类方式繁殖的细菌统称芽生细菌。包括芽生杆菌属、生丝微菌属、生丝单胞菌属、硝

42、化杆菌属、红微菌属和红假单胞菌属等10余属。,二、细菌群体的形态（细菌的培养特征）,（一）在固体培养基上（内）的群体形态（二）在半固体培养基上（内）的群体形态（三）在液体培养基上（内）的群体形态,几个概念,菌落（colony）：将单个微生物细胞或一小堆同种细 胞接种到固体培养基表面（或内层），如果条件适宜便会迅速生长繁殖，结果形成以母细胞为中心的一小堆肉眼可见的、有一定形态构造等特征的子细胞集团，称为菌落。或者说，来源于一个（堆）细胞的肉眼可见的细胞群体叫做菌落。克隆（clone）：由一个细胞发展而来的菌落叫克隆（纯种细胞群）。菌苔（bacterial lawn）：如果把大量分散的纯种细胞密集

43、地接种在固体培养基的较大表面上，结果长出的大量“菌落”会相互连成一片，即菌苔。,上：固体培养基上链球菌 菌落的电镜扫描图片,（一）在固体培养基上（内）的群体形态,下：固体培养基上细菌菌落中 的细胞形态（电镜照片）,细菌的菌落特征,各种不同细菌在一定的培养条件下形成的菌落具有一定的特征，包括菌落的大小、形状、光泽、颜色、硬度、透明度等等。菌落特征对菌种鉴别有一定意义。,一般特征湿润、较光滑、较透明、较粘稠、易挑取、质地均匀、菌落正反面或边缘与中央部位的颜色一致等。,特殊特征具有鞭毛、芽孢、糖被等特殊构造的细菌，其菌落特征有别于一般细菌。,固体培养基上的细菌菌落,固体培养基表面细菌菌落（照片）,细

44、菌菌落特征（正面观）,细菌菌落特征图（侧面观）,引自路福平，2005,斜面培养基上的菌苔特征,引自路福平，2005,细菌以及其他微生物固体培养（菌落）的应用,可用于微生物的分离、纯化、鉴定、计数等研究和选种、育种等一系列工作中。,细菌在琼脂培养基中穿刺培养的生长特征,（二）在半固体培养上（内）的群体形态,引自路福平，2005,细菌在明胶培养基中穿刺培养并液化明胶的特征,引自路福平，2005,细菌在肉汤培养基中的表面生长特征,絮状,环状,浮膜状,膜状,（三）在液体培养上（内）的群体形态,引自路福平，2005,第二节放线菌(actinomyces),是一类主要呈菌丝状生长和以孢子繁殖的陆生性较强的

45、原核生物。因几乎都呈G+，故又定义为：一类主要呈丝状生长和以孢子繁殖的革兰氏阳性细菌。,放线菌与人类,绝大多数抗生素由放线菌产生,用来生产纤维素酶等、维生素,具固氮作用，用于生产生物菌肥,少数寄生型放线菌可引起动植物病害有的放线菌能破坏棉毛织品和纸张,放线菌的分布与生活方式,放线菌一般分布在含水量较低；有机物丰富和呈微生物碱性的土壤中。孢子数 107个g左右,能看到：北方春季深层黑 土地的白丝,能闻到：泥土特有的“泥腥味”，土腥素（geosmin）。,一、放线菌的形态构造（一）典型放线菌链霉菌的形态构造,细胞呈丝状分枝，菌丝很细、1m。菌丝无隔，呈多核的单细胞状态。菌丝结构:基内菌丝、气生菌丝

46、、孢子丝,链霉菌（Streptomyces）的形态结构（模式图）,引自路福平，2005,基内菌丝（Substrate mycelium)又称营养菌丝（基质菌丝、营养菌丝、一级菌丝），功能是吸收营养与排泄代谢废物，直径 0.21.2um，长度100600um，色素可有可无。,基内菌丝,引自路福平，2005,基内菌丝长到一定时期，长出培养基外，伸向空间的菌丝，直径11.4um,长短不一，形状不一，颜色较深的二级菌丝。,气生菌丝（Aerial mycelium),引自路福平，2005,孢子丝(Reproductive mycelium),当气生菌丝生长发育到一定阶段，气生菌丝上分化出的可形成孢子的菌

47、丝。孢子的形状及在气生菌丝上排列的方式随种而异。,引自路福平，2005,放线菌孢子丝类型,直形,弯曲丛生,成束,单轮生无螺旋,开环钩形原始螺旋形,松螺旋,紧螺旋,螺旋单轮生,无螺旋两级轮生,螺旋两级轮生,引自路福平，2005,孢子丝的形态,引自路福平，2005,孢子的形态,引自路福平，2005,（二）其他放线菌所特有的形态构造,1、基内菌丝会断裂成大量杆菌状体的放线菌2、菌丝顶端形成少量孢子的放线菌3、具有包囊并产生孢囊孢子的放线菌4、具有孢囊并产游动孢子的放线菌,引自路福平，2005,2.2.3放线菌的生活史：,孢子萌发,基内菌丝,气生菌丝菌丝,孢子丝,5 孢子丝分化形成的孢子,二、放线菌的

48、繁殖,放 线 菌 的 生 活 史,引自路福平，2005,放线菌的繁殖方式,在自然条件下，多数形成各种孢子，也有菌丝断裂成孢子状细胞的。,分生孢子：最常见,孢囊孢子,基内菌丝断裂（仅少数）,任何菌丝片段（各种放线菌）,放线菌繁殖方式,借孢子,借菌丝,无鞭毛,有鞭毛,放线菌孢子的形成,以前认为有两种方式：横隔分裂和凝集分裂。仅有横隔分裂一种，通过两种途径进行：1 细胞膜内陷；2 细胞壁和细胞膜同时内陷。,（2）沿横隔断裂形成孢子,（3）成熟孢子,（1）孢子丝中形成横隔,横隔断裂形成孢子的过程,分生孢子繁殖,菌丝断裂成孢子状细胞,此外，液体培养中任何菌丝片段都具有繁殖功能,引自路福平，2005,放线

49、菌的菌落形态,放线菌的菌落特征,放线菌菌落与细菌菌落有明显差异。菌落表面干燥、不透明、呈紧密的绒状或坚实、多皱、上有一薄层彩色“干粉”。菌落周围具放射状菌丝。菌落质地硬而且致密，菌落小而不广泛延伸。接种针难以挑取，有时可挑碎，有时可将整个菌落挑起。由于菌丝和孢子常具不同色素，使菌落正面、背面呈不同色泽，菌落边缘的琼脂平面有变形现象。少数缺乏气生菌丝或气生菌丝不发达的原始放线菌如Nocardia菌落外形与细菌相似。,在液体培养基上（内）,振荡培养 液面与瓶壁交界处粘贴着一层菌苔，液清不混、其中悬浮许多菌丝球、大的菌丝球会沉在瓶底；静置培养 液面与瓶壁交接处有环状、斑状或膜状菌苔，有沉淀。,第三节

50、 蓝细菌（Cyanobacteria 蓝藻、蓝绿藻）,是一类G、无鞭毛、含叶绿素a（无叶绿体）、能进行产氧性光合作用的大型原核微生物。自然界到处都有蓝细菌的存在，有“先锋生物”之称。,蓝细菌生理,是光能自养型生物：只需空气、阳光、水分、少量无机盐,没有有性生殖，以裂殖为之，也可芽生殖，极少数有孢子,已知蓝细菌有20多种具固氮作用。,蓝细菌的形态,球、杆、丝状。直径 通常310m，最大60m（较少）。由二分裂形成的单细胞（粘杆蓝细属）；由复分裂形成的单细胞（皮果蓝细属）；有异形胞的菌丝（鱼腥蓝细菌属）；无异形胞的菌丝（颤蓝细菌属）；分枝状菌丝（飞氏蓝细菌属）。,引自路福平，2005,链杆状,丝状