《原核生物》课件.ppt
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1、第一章 原核微生物,第一节 细菌(bacteria),一、细胞的形态构造及其功能,(一)形态和染色,球状,杆状,螺旋状,基本形态,一、细胞的形态构造及其功能,(一)形态和染色,1、球状,细胞个体呈球形或椭圆形,不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式,常被作为分类依据。,一、细胞的形态构造及其功能,(一)形态和染色,2、杆状,细胞呈杆状或圆柱形,一般其粗细(直径)比较稳定,而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。,枯草芽孢杆菌,地衣芽孢杆菌,铜绿假单胞菌(绿脓杆菌),结核分枝杆菌,炭疽病的病原菌-炭疽杆菌,破伤风梭菌,一、细胞的形态构造及其功能,(一)形态和染色,3、螺旋状,弧
2、菌,螺旋菌,螺旋体菌,弧菌:,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,螺旋菌:,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。,螺旋体菌:,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,细菌的大小,球菌的大小以细胞的直径来度量,杆菌和螺旋菌则是用宽长来表示。球菌的直径一般是0.51.0 m,金黄色葡萄球菌为0.81.0 m。杆菌的宽度一般为0.51.0 m,长度为宽度的一倍或几倍。如大肠杆菌的大小为0.40.7 m 1.03.0 m。螺旋菌的宽度一般为0.51.0 m,长度因其螺旋的数目而不同。如有
3、13个螺旋的小螺菌的大小为0.51.0 m 2.03.0m。,单位都是用m,最大的细菌:纳米比亚嗜硫珠菌 直径为0.321.00mm,最小的细菌:纳米细菌 直径为50nm,大小的测量方法,显微镜测微尺,显微照相后根据放大倍数进行测算,5、染色,由于细菌细胞微小又透明,一般先要经过染色才能作显微观察,革兰染色法,细菌染色,鉴别染色法,简单染色法,负染色:,正染色,死菌,活菌,抗酸性染色法,芽孢染色法,姬姆萨染色法,荚膜染色法,用美蓝或TTC等作活菌染色,(二)细胞的结构,一般结构:一般细菌都有的构造,特殊结构:部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的,1、细菌细胞的一般构造,细胞壁(cell
4、wall)是位于细胞表面,内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧,略具弹性的细胞结构。约占干重的1025%,1)细胞壁(cellwall),不同细菌细胞壁的化学组成和结构不同,通过革兰染色法可将所有的细菌分为革兰阳性(G+)和革兰阴性(G-)。,(1)革兰阳性的细胞壁成分,G+菌细胞壁化学组成以肽聚糖(peptidoglycan)为主。这是原核微生物所特有的成份,占细胞壁物质总量的40-90%。,磷壁酸又名垣酸,是大多数G+菌所特有的成分,约占细胞壁成分的10%。,(2)革兰阴性的细胞壁成分,G-细胞壁的组成和结构比G+更复杂。主要成份为:脂多糖、磷脂、脂蛋白、肽聚糖。,G-有肽聚糖,仅占细胞壁干重的5
5、-10%。肽聚糖结构与G+相同,但短肽尾中的号位上L-Lys往往被其他二氨酸取代,外壁层是G细菌细胞壁所特有的结构,它位于壁的最外层,化学成分为脂多糖、磷脂和若干种外蛋白。,G G细胞壁成分的区别,成 分,肽聚糖,磷壁酸,类脂质,蛋白质,占细胞壁干重的%,含量很高(30-95),含量较高(50),一般无(2),0,含量很低(5-20),0,含量较高(-20),含量较高,G,G,(3)G+细菌与G-细菌细胞壁的比较,(4)革兰染色,C.Gram(革兰)于1884年发明的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。,用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染,用碘溶液进行媒染,其作用是提高染料和细 胞间的相互作用从而
6、使二者结合得更牢固。,用乙醇或丙酮冲洗进行脱色。在经历脱色后 仍将结晶紫保留在细胞内的为革兰阳性细 菌,而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉,细 胞呈无色。,用一种与结晶紫具有不同颜色的碱性染料对 涂片进行复染。例如沙黄,它使原来无色的 革兰阴性细菌最后呈现桃红到红色,而革 兰阳性细菌继续保持深紫色,肽聚糖,肽聚糖,磷壁酸,脂磷壁酸,细胞质膜,细胞质膜,NAM:N-乙酰胞壁酸 NAG:N-乙酰葡糖胺,肽,脂多糖,类脂A,O-特异性外链,脂蛋白,外膜,细胞壁的结构(G+细菌与G细菌细胞壁构造的比较),革兰氏阳性细菌(G+),革兰氏阴性细菌(G),为什么通过革兰染色G+呈兰色,G-呈红色?,G菌:细胞壁
7、中含有较多类脂质,肽聚糖层较薄、交联度低,故用乙醇或丙酮脱色时溶解了类脂质,增加了细胞壁的通透性,使初染的结晶紫和碘的复合物易于渗出,结果细菌就被脱色,再经复红复染后就成红色。G+菌:细胞壁中肽聚糖层厚且交联度高,类脂质含量少,经脱色剂处理后使肽聚糖层的孔径缩小,通透性降低,故细菌仍保留初染时的颜色。,(6)细胞壁缺陷细菌:,缺壁突变L型细菌 实验室或宿 主体内形成 基本去尽原生质体(G+)缺壁 人工去壁细菌 部分去除球状体(G-)在自然界长期进化中形成支原体,2)、细胞膜与间体,(1)细胞概念:,细胞质膜(cytoplasmic membrane),又称质膜(plasma membrane)
8、、细胞膜(cell membrane)或内膜(inner membrane),是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜,厚约78nm,由磷脂(占20%30%)和蛋白质(占50%70%)组成。,(2)细胞膜的化学组成与结构模型:,a.磷脂,亲水的极性端,疏水的非极性端,(3)细胞膜的生理功能:,选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送;,是维持细胞内正常渗透压的屏障;,合成细胞壁和糖被的各种组分(肽聚糖、磷壁酸、LPS、荚膜多糖等)的重要基地;,膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶系,是细胞的产能场所;,是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位;,细
9、胞质的主要成分为核糖体、贮藏物、多种酶类和中间代谢物、质粒、各种营养物和大分子的单体等,少数细菌还有类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等。,3)、细胞质和内含物,(1)概念:,细胞质(cytoplasm)是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。含水量约80%。,核蛋白体是细胞质中的一种核糖核蛋白的颗粒状物质,由核糖核酸(60%)和蛋白质(40%)组成,常以游离状态或多聚核糖状态分布于细胞质中。其沉降系数均为70s。它是蛋白质的合成场所。,4)核蛋白体(ribosomes),5)贮藏物(reserve materials):,如异染颗粒、类脂质、肝糖、淀粉、空泡等或者细菌的代谢
10、产物如硫磺粒、碳酸钙等。,贮藏物是一类由不同化学成分累积而成的不溶性沉淀颗粒,主要功能是贮存营养物。,2、细菌细胞的特殊结构,1)、荚膜(capsule),(1)概念,包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质。荚膜按其有无固定层次、层次厚薄又可细分为荚膜(capsule或macrocapsule,大荚膜)、微荚膜(microcapsule)、粘液层(slimelayer)和菌胶团(zoogloea)。,荚膜,粘液层,菌胶团,(2)特点,主要成分是多糖、多肽或蛋白质,尤以多糖居多。经特殊的荚膜染色,特别是负染色(又称背景染色)后可在光学显微镜清楚地观察到它的存在。,b.产生糖被是微生物的一
11、种遗传特性,其菌落特征及血 清学反应是是细菌分类鉴定的指标之一。,c.荚膜等并非细胞生活的必要结构,但它对细菌在环境 中的生存有利。,d.细菌糖被与人类的科学研究和生产实践有密切的关系。,(3)功能,保护细菌免受干燥的影响;贮藏养料,以备营养缺乏时重新利用;与病原菌的毒性密切相关;能抵抗吞噬细胞的吞噬,2)、鞭毛(flagellum,复flagella),(1)概念,某些细菌细胞表面着生的一至数十条长丝状、螺旋形的附属物,具有推动细菌运动功能,为细菌的“运动器官”。,鞭毛的有无和着生方式,单端鞭毛,端生丛毛,两端生鞭毛,周生鞭毛,(2)观察和判断细菌鞭毛的方法,电子显微镜直接观察,鞭毛长度:1
12、520m;直径:0.010.02m,光学显微镜下观察:鞭毛染色和暗视野显微镜,根据培养特征判断:半固体穿刺、菌落(菌苔)形态,3)、菌毛(fimbria,复数fimbriae),长在细菌体表的纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质类附属物,具有使菌体附着于物体表面的功能。,每个细菌约有250300条菌毛。有菌毛的细菌一般以革兰氏阴性致病菌居多,借助菌毛可把它们牢固地粘附于宿主的呼吸道、消化道、泌尿生殖道等的粘膜上,进一步定植和致病。,3.1)、性毛(pili,单数pilus),构造和成分与菌毛相同,但比菌毛长,数量仅一至少数几根。,性毛一般见于革兰阴性细菌的雄性菌株(即供体菌)中,其功能是向雌性菌
13、株(即受体菌)传递遗传物质。有的性毛还是RNA噬菌体的特异性吸附受体。,4)、特殊的休眠构造芽孢,(1)概念,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,称为芽孢(endospore或spore,偶译“内生孢子”)。,(2)细菌芽孢的特点,整个生物界中抗逆性最强的生命体,是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标。,芽孢是细菌的休眠体,在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞;产芽孢细菌的保藏多用其芽孢。,产芽孢的细菌多为杆菌,也有一些球菌。芽孢的有无、形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标。,芽孢与营养细胞相比化学组成存在较
14、大差异,容易在光学显微镜下观察。(相差显微镜直接观察;芽孢染色),(4)芽孢的耐热机制,芽孢与母细胞相比不论化学组成、细微结构、生理功能等方面都完全不同(表3-3),渗透调节皮层膨胀学说,芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差,皮层的离子强度很高,产生极高的渗透压夺取芽孢核心的水分,结果造成皮层的充分膨胀。,核心部分的细胞质却变得高度失水,因此,具极强的耐热性。,(5)伴孢晶体(parasporal crystal),少数芽孢杆菌,例如苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)在其形成芽孢的同时,会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体内毒素,称为伴孢晶体。,伴孢晶体对2
15、00多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫有毒杀作用,因而可将这类产伴孢晶体的细菌制成有利于环境保护的生物农药细菌杀虫剂。,特点:不溶于水,对蛋白酶类不敏感;容易溶于碱性溶剂。,三、观察工具(tools),普通光学显微镜,暗视野显微镜,相差显微镜,荧光显微镜,电子显微镜,microorganisms can be observed using a microscope,三、细菌的群体形态,(一)、在固体培养基上(内)的群体形态,细菌的菌落特征,菌落:生长在固体培养基上,来源于一个细胞、肉眼可见的微生物细胞群体,菌苔:当菌体在固体培养基表面密集生长时,多个菌落相互连接成一片。,(二)、在半固体培养基上(内)
16、的群体形态,根据明胶液化层中呈现的不同形状判断某细菌是否产 蛋白酶 根据半固体直立柱表面和穿刺线上细菌群体的生长状 态和有否扩散现象判断该菌的运动能力,(三)、在液体培养基上(内)的群体形态,四微生物的生长代谢与繁殖,一、微生物的化学组成,主要元素:碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙等,微量元素:锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜等,占细菌细胞干重的97%,干物质10%-30%,水分:70%-90%,有机成分:90%以上,(蛋白质、糖、脂、核酸和维生素),无机成分:3%-10%,细胞的化学成分,二、微生物的营养要素,五要素:碳源、氮源、生长因子、无机盐和水,营养物质按照它们在机体中的生理作用不同,可以
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