原核微生物的形态、结构与功能精美课程.ppt

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1、原核微生物的形态、结构与功能,【目的要求】要求重点掌握原核微生物与真核微生物的区别，细菌、放线菌的形态结构及其它主要特征。了解原核生物分类和鉴定有关概念及分类的主要依据。【重 点】细菌、放线菌的形态结构及其生理功能、菌落概念；原核生物分类和鉴定有关概念及分类的主要依据【难 点】细菌细胞结构与功能、菌落特征,原核细胞,真核细胞,原核细胞和真核细胞的区别,第 一 节细菌bacteria,细菌是一类细胞细短、结构简单、细胞壁坚韧、主要以二分裂方式繁殖，水生性较强的单细胞原核微生物。,一、细菌个体的基本形态 细菌的主要形态为球状、杆状、螺旋状，分别称为球菌、杆菌和螺旋菌。食品相关的微生物主要为球菌和杆

2、菌。,1、球菌（coccus）,链球菌,双球菌,葡萄球菌,八叠球菌,四联球菌,普通杆菌,芽孢杆菌,双歧杆菌,2、杆菌（bacillus）,3、螺旋菌(spirilla),霍乱弧菌,螺菌,异常形态,畸形化学、物理因素刺激，阻碍细胞发育引起形态异常变化 衰颓形培养时间过长，细胞衰老，养分缺乏或由于自身代谢产物积累过多等引起异常形态，此时细菌繁殖终止，形体膨大构成液泡，染色力弱，有时菌体虽然存在而实际已死。,异常形态为暂时的，放于新鲜培养基，合适培养条件下可恢复。,结核杆菌正常形态,结核杆菌异常形态,二、细菌个体的大小,测量：显微镜测微尺 单位：m,一些细菌的大小,注意 螺旋菌长度非真正长度；一般不

3、超过几m 大小值为平均值或代表值。一般测量大小时，取适宜条件下生长的幼龄菌；比较大小时，应采用同一方法，同一染料。,细菌大小测量结果的影响因素,细菌个体大小有很大差异所用固定、染色方法不同，结果就可能不一致。细菌在干燥固定时，细胞明显收缩，结果只能是近似值；一般影响形状变化的因素也影响个体大小，如幼龄菌比成熟菌、老龄菌大得多，宽度变化不大。细胞大小还可能与代谢产物的积累或培养基中渗透压增加有关。,三、细菌细胞的结构与功能,单细胞、非丝状 原核结构 基本结构：细胞壁、细胞膜、细胞质及内含物、核质体特殊结构：有些细菌有芽孢、荚膜、鞭毛等,1、细胞壁（cell wall）,主要功能 保持细胞特定形态

4、；协助鞭毛运动；与细菌的抗原性、致病性、对噬菌体的敏感性密切相关；具有一定屏障作用，对大分子或有害物质起阻拦作用；是细胞的正常分裂增殖所需；与细菌革兰氏染色反应相关。,证实细胞壁存在的依据：染色、质壁分离、制成原生质体、电镜观察,革兰氏阳性细胞：细胞壁厚、单层、含 特有的磷壁酸，肽聚糖含量高、含有类脂质少,革兰氏阴性细胞：细胞壁薄、多层，含脂多糖、脂蛋白等，肽聚糖含量低、类脂质含量高,革兰氏阳性和阴性细菌一些特性的比较,细胞壁的化学组成,主要成分是肽聚糖、磷壁酸、脂多糖和外膜蛋白等 肽聚糖(peptidoglycan)肽聚糖是真细菌细胞壁中特有成分，又称胞壁质或粘肽、粘质复合物，是一类大分子复

5、合物，由三部分组成：双糖单位、短肽“尾”、肽“桥”。以下以金黄色葡萄球菌(G+)为例说明,G+细菌细胞壁肽聚糖的单体结构,双糖单位,短肽“尾”,-1,4糖苷键溶菌酶识别位点,G-菌与G+菌肽聚糖的比较（以E.coli为例）四肽侧链中的第三个氨基酸分子是m-DAP，不是L-Lys没有肽桥D-Ala m-DAP,磷壁酸(teichoic acid)磷壁酸是G+细菌细胞壁中特有的一种酸性多糖，又称磷壁酸质或垣酸，按它们在细胞壁上的结合部位不同分为：壁磷壁酸、膜磷壁酸。,磷壁酸的主要生理功能,浓缩镁离子G+特异表面抗原调节自溶素的活力噬菌体特异吸附受体保证致病菌与宿主的粘连,脂多糖（lipoppoly

6、saccharide,LPS）G细菌细胞壁中所特有，处于细胞外壁层，属于类脂多糖类物质，主要成分由三部位组成：,O-特异性多糖侧链,核心多糖,类脂A,脂多糖的主要生理功能,致病物质基础提高钙镁离子浓度决定G-表面抗原决定族的多样性噬菌体特异吸附受体,外壁层蛋白主要有：基质蛋白、外壁蛋白、脂蛋白,革兰氏染色原理：第一步：结晶紫使菌体着上紫色第二步：碘和结晶紫形成大分子复合物，分子大，能被细胞壁阻留在细胞内。第三步：酒精脱色，细胞壁成分和构造不同，出现不同的反应。,G+菌：细胞壁厚，肽聚糖含量高，交联度大，当乙醇脱色时，肽聚糖因脱水而孔径缩小；细胞壁上基本不含脂类，乙醇处理对于其通透性影响小，故结

7、晶紫-碘复合物被阻留在细胞内，细胞不能被酒精脱色，仍呈紫色。G-菌：肽聚糖层薄，交联松散，乙醇脱色不能使其结构收缩，因其含脂量高，乙醇将脂溶解，缝隙加大，结晶紫-碘复合物溶出细胞壁，酒精将细胞脱色，细胞无色，沙黄复染后呈红色。,细胞壁缺陷型细菌,缺壁细菌,生理功能 1、控制物质运输；2、细菌能量代谢的中心；3、合成细胞壁各组分和荚膜成分的基地；4、传递信息；5、鞭毛基体着生点，为鞭毛运动提供能量。,2、细胞膜（cell membrane）,主要化学组成：磷脂、蛋白质,细胞质膜流动镶嵌模型,特点 不具备核膜、核质和核仁；一个裸露在细胞质中环形双链DNA分子。生理功能 贮存、传递遗传信息；调控细胞

8、的全部生命活动。,3、核区（nuclear region）,与其它生物细胞质主要区别是 其核糖核酸含量高，其嗜碱性强，易被碱性、中性染料着色，老龄菌细胞中核糖核酸常被作为氮磷来源被利用，核酸含量低，着色力差。,4、细胞质（protoplast）及内含物,质粒（plasmid)游离于原核生物染色体外具有独立复制能力的小型共价闭合环状DNA分子，它所携带的遗传信息是细菌生命活动非必需的，常表达特殊形状。种类R因子、F因子、细菌素质粒特点可自我复制、稳定遗传；非必需；可转移；可整合；可重组；可消除,1、细菌鞭毛（flagella)细菌在菌体上附有细长并呈波状弯曲的丝状物，是细菌的运动器官。,四、特殊

9、结构,细菌鞭毛着生位置,鞭毛的主要功能,细菌的运动器官，有鞭毛的细菌能运动，无鞭毛的细菌不能运动。鉴定细菌。与细菌的致病性关系密切，有报道鞭毛能帮助细菌黏附在肠黏膜上，因而与细菌的侵袭力有关。环境条件不良时，会使细菌丧失生长鞭毛的能力,鞭毛的观察,电镜观察 采用镀银染色，使染料堆积在鞭毛上加粗，光镜观察 半固体琼脂穿刺培养 采用悬滴法、暗视野映光法观察 菌落形态观察,鞭毛的化学成分主要为蛋白质，有些还含有多糖、类脂等。,包被于某些细菌分泌到细胞壁外的一层厚度不定的黏液性物质，对菌体具抗干燥及其他保护作用,2、糖被(glycocalyx),糖被的化学组成一般为多糖，少数为蛋白质或多肽，或者是多糖

10、多肽的复合体影响糖被形成的因素遗传因素、环境条件如营养因素,采用负染色法观察,糖被的种类荚膜、粘液层、微荚膜菌胶团,荚膜的主要功能及生产中的应用,主要功能对细菌菌体具有保护作用 菌体以外的贮存物质，当营养缺乏时，可提供营养 某些细菌由于荚膜的存在而具有毒性 可使菌体附着于某些物体的表面 生产中的应用从肠荚膜状的明串珠菌的荚膜中提取葡聚糖，制备右旋糖酐（代血浆）；从黄单胞菌的荚膜中可提取黄原胶。,某些细菌在一定生理时期，在细胞内形成的可抗不良环境的休眠体，又称为内生孢子。染色后观察,3、细菌芽孢（spore),产芽孢的细菌主要有：好氧性芽孢杆菌属厌氧性梭状芽孢杆菌属微好氧性的芽孢乳杆菌属球菌中产

11、芽孢的只有芽孢八叠球菌属。影响芽孢形成的因素遗传因素、环境条件如营养缺乏、不适温度等。,芽孢的特性,对高温、干燥、辐射、化学药物有强大的抵抗力。含水量低、壁厚而致密，通透性差，不易着色，折光性强。芽胞内新陈代谢几乎停止，处于休眠状态，但保持潜在萌发力。一个芽孢形成一菌体，一个营养细胞内形成一芽孢，非繁殖形式,芽孢的耐热性,含水量低、含有DPA-Ca、耐热性的酶、致密的芽孢壁等渗透调节皮层膨胀学说芽孢衣对于水分和离子的阻隔性高；芽孢皮层的离子强度高，渗透压大；芽孢核心高度失水。,细菌芽孢形成过程,芽孢杆菌的生活史,14 营养细胞分裂繁殖数代49芽孢的形成和发芽,成熟的营养细胞,细胞分裂,两个子细

12、胞,子细胞生长,成熟细胞内形成芽孢,成熟的芽孢,芽孢从营养细胞内放出,芽孢萌发,幼小的营养细胞,芽孢的研究价值,分类鉴定根据芽孢的有无、芽孢形状、大小、位置不同确定灭菌条件有利于菌种筛选的效率有利于菌种的长期保存,五、细菌的繁殖,无性繁殖 同形分裂、异形分裂，少数可以进行芽殖有性繁殖 少数细菌种类存在出现频率很低的有性接合。以无性的裂殖为主要繁殖形式,杆菌二分裂过程模式图,六、细菌的培养特征,细菌菌落(cocoly)单个微生物细胞接种到适宜固体培养基上，在适宜环境条件下细胞迅速生长繁殖，形成一个肉眼可见一定形态的子细胞群体称为菌落(colony)。大量同一纯种的细胞密集接种在固体培养基上，长成

13、的子细胞群体称为菌苔(lawn)。,特征包括菌落的大小、形态、侧面观察菌落隆起程度、边缘形态、表面形态、表面光泽、质地、颜色与透明度等。,细菌菌落特征,一般为湿润，较光滑，较透明，较粘稠，易挑取，质地均匀，菌落正反面，边缘与中央颜色一致等。,无鞭毛：较小，较厚，边缘极其圆整有鞭毛：大而扁平，形状不规则，边缘多缺刻；运动能力强的出现树根状，甚至能移动。有荚膜：十分光滑，呈透明蛋清状，形状较大。产芽孢：很不透明或有干燥感（芽孢折光率强）表面粗糙有褶皱感（细胞裂后常连成长链状），外形及边缘不规则。,细菌的斜面培养特征,细菌的液体培养特征,观察表面状况、混浊程度、沉淀状况、气泡、色泽,注意：,不同菌种

14、其菌落特征不同，同一菌种因不同生活条件其菌落也不尽相同，但同一菌种在相同培养条件下，所形成的菌落形态是一致的。大小、形态受培养空间限制，应观察菌落分布稀疏、孤立的菌落。,第 二 节放线菌actinomycetes,概念一类呈丝状生长、主要以孢子繁殖、陆生性强、大多数为G+的原核微生物。在分类学中的位置原核生物界 细菌门 真细菌纲 线菌亚纲 放线菌目,一、放线菌个体形态,基质菌丝(Substrate mycelium）吸收营养，排泄废物。有的产色素，色淡气生菌丝(Aerial mycelium)伸展出培养基表面，弯曲，有的产色素，色深孢子丝(Reproductive mycelium)由气生菌丝

15、分化产生，可形成孢子,放线菌气生菌丝形态,放线菌的一般特点 放线菌的个体为分枝丝状体，大多数无横隔通常是单细胞的多核原核生物 大多数为G+细胞壁主要为肽聚糖菌丝细，直径与细菌相仿生理特性与细菌相似,二、放线菌的菌落特征,幼龄菌落表面与细菌菌落相似，以Streptomyces为代表的放线菌形成孢子丝后，主要特征有：,干燥、不透明、多皱、质地致密的丝绒状，上有薄层彩色“干粉”；菌落小而不广泛延伸，呈辐射状、难以被接种针挑起；菌落正反面常呈各种颜色，上下颜色常不一致。,另有少数放线菌缺乏气生菌丝或气生菌丝不发达，以Nocardia为代表，菌落一般只有基质菌丝，结构松散，黏着力差，用针挑取易粉碎，有特

16、征色。,三、放线菌的繁殖,主要是通过无性方式进行繁殖菌丝断裂液体培养无性孢子固体培养基分生孢子 孢子丝成熟分化而成孢子放线菌孢子的形成只有横隔分裂而无凝聚方式。孢子囊孢子,分生孢子,孢子囊孢子,放线菌与细菌的比较,四、常见种属,链霉菌属：基质菌丝一般无横隔，气生菌丝较发达孢子丝为长链，单生，呈直、波曲或螺旋状成熟时呈现各种颜色横隔分裂：细胞壁质膜内陷收缩，将孢子丝分隔成许多孢子间隙横隔,诺卡氏菌属：在固体培养基上，只有基质菌丝，没有或只有很薄一层气生菌丝菌丝内有横隔菌丝体弯曲呈树根状或不弯曲横隔分裂：细胞壁和质膜同时内陷，向内缢裂成连串的孢子,小单孢菌属：菌丝无横隔，不形成气生菌丝可在营养菌丝

17、上长出孢子梗菌落小，常呈黄或红色,链孢囊菌属：基质菌丝多分枝，少横隔孢子囊,第 三 节原核微生物分类和鉴定,一、生物分类,目前的微生物分类系统单就细菌分类来说，比较全面的分类系统有三种苏联的克拉西里尼科夫的细菌和放线鉴定；美国人Bread主持编写的“伯杰氏系统细菌学手册”法国人普雷沃的“细菌分类学”。（Bergeys Manual of Determinative Bacteriology）1923年初版，1994年已经发行第九版（Bergeys Manual of Systematic Bacteriology）,二、微生物分类单位和命名 生物分类的基本单位 界、门、纲、目、科、属、种。种是

18、分类单位的最基本单位两个主要的分类单位之间还可添加次要的分类单位，如亚门、亚纲、亚科、亚属、种以下有亚种、变种等。,重要的分类名词 种(Species)代表一群在形态和生理方面彼此非常相似或性状间差别微小的个体 亚种(subspecies)变种(variety)型(form)菌株(strain),学名由拉丁词、希腊词或拉丁化的外来词组成，出版物中排斜体，书写时应在学名下划横线。学名表示方法 双名法：学名=属名种的加词（首次定名人）现名定名人定名年份大肠埃希氏菌Escherichia coli(Migula)Castellani et Chalmers 1919,三名法：学名=属名种的加词（su

19、bsp.或var）亚种（或变种）的加词苏云金芽孢杆菌蜡螟亚种Bacillus thuringiensis subsp.galleriaSP或SPPBacillus sp.一种芽孢杆菌Bacillus spp.若干芽孢杆菌,三、微生物的分类依据（鉴定方法）,分类鉴别方法,经典方法,现代方法,形态,生理、生化反应,生态特性：生长温度、对氧气的需要、宿主种类等,生活史特点,血清学反应,噬菌体敏感性,其他,群体：菌落形态、在半固体或液体培养基中生长状态等,个体：细胞形态、染色反应、各种特殊结构等,营养要求：能量、C、N源、生长因子等,酶：产酶种类、反应特性等,代谢产物：种类、产量、显色反应等,微生物遗传型的鉴定,细胞化学成分的鉴定,统计分类法：借助计算机技术,DNA碱基比例测定,核酸分子杂交法,rRNA寡核苷酸编目分析,全基因组序列测定,下节见,谢谢同学们的支持！,