《原核生物》PPT课件 (2)

第二讲原核生物细菌放线菌其它原核生物细菌个体大小和形态（细菌的形态学检查）细菌细胞的结构细菌的繁殖与培养特征返回大小的测量方法:显微镜测微尺显微照相后根据放大倍数进行测算迄今为止所知的个体最大的细菌，则是德国科学家H.N.Schulz等最近在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌（sulfurbacterium），其大小一般在0.1~0.3mm，但有些可达0.75mm，能够清楚地用肉眼看到芬兰科学家EOKajander等发现了一种能引起尿结石的纳米细菌（nanobacteria），其细胞直径最小仅为50nm（1mm=1000nm），甚至比最大的病毒更小一些。这种细菌分裂缓慢，三天才分裂一次，是目前所知最小的具有细胞壁的细菌。球菌杆菌螺旋菌特殊形态的细菌细菌的异常形态结核杆菌的正常形态结核杆菌的异常形态单球菌细胞分裂沿一个平面进行，新个体分散而单独存在.如:尿素微球菌(Micrococcusureae)球菌(coccus)双球菌(diplococcus)细胞沿一个平面分裂，新个体成对排列.如:肺炎双球菌(Diplococcuspneumoniae)链球菌(streptococcus)细胞沿一个平面进行分裂，新个体不但可保持成对的样子，并可连成链状.如:溶血链球菌(Streptococcushemolyticus)四联球菌(tetrad)细胞分裂是沿两个相垂直的平面进行，分裂后每四个细胞特征性地连在一起，呈田字形.如:四联微球菌（Micrococcustetragenus）八叠球菌(sarcina)细胞按三个互相垂直的平面进行分裂后，每八个球菌特征性地连在一起成立方体形.如:藤黄八叠球菌（Sarcinaureae)葡萄球菌(Staphylococcus)细胞无定向分裂，多个新个体形成一个不规则的群体，犹如一串葡萄。如：金黄色葡萄球菌（Staphylococcusaureus)不同杆菌的大小、长短、粗细很不一致炭疽芽胞杆菌3-10μm大中大肠埃希菌2-3μm小布鲁菌0.6-1.5μm杆菌Bacillus(Bacterium)杆菌的排列方式多样杆菌端部特征两端齐平两端尖细一端膨大两端钝圆根据其弯曲情况分为：弧菌（vibrio)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。螺旋菌(spirillum)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(spirochaeta)菌体柔软，用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。染料①碱性染料（basicdye）—带正电染料。其阳离子部分为发色基团，可与细胞中带负电的组分结合。如Crystalviolet,Safranin,Methyleneblue等。②酸性染料（Aciddye）—带负电染料。其阴离子部分为发色基团，可与细胞中带正电的组分结合。如Eosin,Congored,Acidfuchsin等。③脂溶性染料—如Sudanblack。多数染料都是中性有机盐。据着色基的不同可分为以下类型：活菌染色简单染色法抗酸染色复杂染色法普通染色芽孢染色法荚膜染色法鞭毛染色法特殊染色正染色负染色死菌染色细菌染色涂片干燥固定染色1min水洗、吸干镜检步骤：涂片固定酸性复红初染3%醋酸酒精脱色美蓝复染镜检结果:抗酸菌———红色；非抗酸菌——蓝色。步骤：由丹麦医生HansChristianGram于1884年创立。Gram+StaphylococcusGram–,E.coli负染色1.概念：细胞膜是紧贴细胞壁内侧包围细胞质的一层柔软，富有弹性的半透明薄膜。2.观察分离方法：（1)质壁分离(2)选择性染色(3)电镜技术(4)溶菌酶处理细胞膜（cytoplasmicmembraine）1972年Singer和Nicolson提出的细胞膜液态镶嵌模型细胞膜的结构与化学组成细胞膜液态镶嵌模型认为：膜是由球形蛋白与磷脂按照二维排列方式构成的流体镶嵌式，流动的脂类双分子层构成了膜的连续体，而蛋白质象孤岛一样无规则地漂流在磷脂类的海洋当中。细胞膜功能选择通透性，控制细胞内外物质运输；维持细胞内外渗透压；合成肽聚糖、LPS、磷壁酸、荚膜等的场所；呼吸产能；含多种酶系；鞭毛着生点，提供细菌运动所需的能量。间体(mesosome)：细胞膜内褶形成的一种管状、层状或串状物，一般位于细胞分裂的部位或附近。间体的功能：参与隔膜形成与核分裂有关类似线粒体功能也有科学家认为“间体”仅是电镜制片时因脱水操作而引起的一种赝像！细胞质功能：细胞质中含有丰富的酶系，是营养物质合成、转化、代谢的场所。细胞膜内除核质体外的一切半透明、胶状、颗粒状物质可总称为细胞质。其主要成分有：核糖体、贮藏物、各种酶类、中间代谢物及质粒等,少数细菌还存在有伴胞晶体或气泡等。细胞质内形状较大的颗粒状构造为内含物，包括各种贮藏物和气泡、羧酶体等。核糖体（ribosome)是分散在细胞质中的颗粒状结构，由核糖体核酸（占60%）和蛋白质（占40%）组成。链霉素红霉素颗粒状内含物（granularinclusion）气泡聚β－羟基丁酸硫粒糖原碳源及能源藻青素氮源类异染粒磷源类储藏物羧酶体颗粒状内含物异染粒（metachromaticgranule）颗粒大小为0.5～1.0mm，是无机偏磷酸的聚合物，一般在含磷丰富的环境下形成。功能是贮藏磷元素和能量，并可降低细胞的渗透压。OHPOHnHOOn=2~106聚-β-羟基丁酸（PHB）颗粒类脂性质的碳源类贮藏物不溶于水，可溶于氯仿，具有贮藏能量、碳源和降低细胞内渗透压的作用。藻青素（cyanophycin）一种内源性氮源贮藏物，同时还兼有贮存能源的作用。通常存在于蓝细菌中。硫粒（sulfurglobules）是硫元素的贮藏体功能：a.好氧硫细菌的能源b.厌氧硫细菌的电子供体形成：当环境中H2S含量高时，在体内积累S；当H2S不足时,S氧化成硫酸盐，以提供被菌细胞生命活动所需能量：H2S→S→SO4-2淀粉粒和肝糖:都是α-1,4或α-1,6糖苷键的葡萄糖聚合物。这些贮藏物通常较均匀地分布在细胞质内，颗粒较小。若这类贮藏物大量存在时，用碘使对其染色，肝糖粒能被碘液染成红色，淀粉粒被碘成蓝色。脂肪粒：脂肪粒的折光性较强，它可被脂溶性染料染色；细胞生长旺盛时，脂肪粒增多，细胞遭破坏后，脂肪粒可游离出来。肝糖、淀粉粒、脂肪滴气泡（gasvocuoles）由蛋白质膜构成的充满气体的泡状物。有些细菌细胞质中含有几个或多个气泡。常见于光合细菌和水生细菌。气泡的功能：调节细胞比重，加大菌体的浮力,借气泡漂浮能力，以使其漂浮在合适的水层中，使无鞭毛菌在合适的环境中生长。气泡吸收空气，空气中的氧气可供代谢需要。例：许多光合细菌和水生细菌、盐杆菌常含有气泡。磁小体(megnetosome)趋磁细菌细胞中含有的大小均匀、数目不等的Fe3O4颗粒，外有一层磷脂、蛋白或糖蛋白膜包裹。功能：导向作用，即借助鞭毛游向泥、水界面微氧环境处生活羧酶体(carboxysome)一些自养细菌细胞内的多角形或六角形内含物，其大小与噬菌体相仿，约10nm，内含1,5-二磷酸核酮糖羧化酶，在自养细菌的CO2固定中起着关键作用。长度：一般为：1—3mm；生长迅速的细菌在核分裂之后细胞往往来不及分裂,所以细胞中常有2—4条染色体，而生长缓慢的细菌细胞中一般只有1—2条染色体，不在染色体复制时期一般是单倍体。功能：负载遗传信息。核区（nuclearregionorarea）又称核质体、原核、拟核、核基因组(genome）细菌染色体外的共价闭合环状双链DNA分子．分子量约为２〜100×106D.携带1〜100个基因,一个菌细胞可有一至数十个质粒。质粒的特点可以在细胞质中独立于染色体之外（即以游离状态）存在，也可以插入到染色体上以附加体的形式存在；在细胞分裂时，可以不依赖于细菌染色体而独立进行自我复制，也可以插入到细菌染色体中与染色体一道进行复制；质粒可以通过转化、转导、或接合作用而由一个细胞转移到另一个细胞，使两个细胞都成为带有质粒的细胞；质粒对于细胞生存并不是必要的。质粒的种类1、大肠杆菌的F因子2、细菌抗药质粒（R因子）3、大肠杆菌素质粒（Col因子）4、降解质粒5、Vi质粒质粒应用——基因克隆的载体某些细菌细胞壁外的一层粘液性胶状物质。根据糖被的形状和厚度的不同，将荚膜分为三类：荚膜（capsule）：粘液状物质具有一定外形，相对稳定地附着在细胞壁外，厚度：＞0.2µm。粘液层(slimelayer)：粘液物质没有明显的边缘，比荚膜松散,可向周围环境中扩散,增大黏性。菌胶团(zoogloea):包裹在细胞群体上的胶状物质。荚膜（capsule）荚膜粘液层菌胶团荚膜的观察方法荧光显微镜负染色荚膜的化学组成大多数细菌的荚膜是多糖，炭疽芽胞杆菌、鼠疫耶氏菌等少数菌的荚膜为多肽。多糖分子组成和构成的多样化使其结构极为复杂，成为血清学分型的基础。荚膜的形成需要能量，与环境条件有密切关系。有荚膜的细菌形成粘液或光滑菌落，失去荚膜后其菌落变为为粗糙型。荚膜的生理功能1、荚膜富含水分，可保护细胞免于干燥；2、能抵御吞噬细胞的吞噬；3、为主要 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面抗原（K抗原），是有些病原菌的毒力因子；4、能保护菌体免受噬菌体和其他物质（溶菌酶和补体）的侵害；5、是某些病原菌必须的粘附因子；6、贮藏养料，是细胞外碳源和能源的储备物质荚膜与生产实践的关系应用：生产代血浆提取黄原胶进行污水处理等；细菌鉴定。危害：食品变质发粘；增强致病力；造成严重龋齿等。荚膜的形成条件（1）荚膜的形成是微生物的遗传特征之一，是“种”的特征。但不是细菌的必要结构，失去荚膜的菌株照样能够生活。(2)荚膜的形成与组成明显受培养基成分和培养条件的影响（与环境密切相关）。如肠膜明串珠菌(Leuconostomesenterondes)以蔗糖为碳源时合成葡聚糖成分的荚膜。光滑型菌落粗糙型菌落粘液型菌落鞭毛（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15—20um直径为0.01—0.02um观察鞭毛的方法:鞭毛染色后用普通光学显微镜观察电镜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鞭毛的类型鞭毛的结构点击观看演示动画鞭毛运动与细菌的趋避性运动趋避性运动：化学趋避性运动氧趋避性运动光趋避性运动鞭毛丝结构图解：鞭毛蛋白亚基每周为8-10个亚基鞭毛蛋白亚基是一种球状蛋白，分子量3-6万鞭毛丝由直径4.5nm的鞭毛蛋白亚基沿央孔道（直径为20nm）螺旋状缭绕而成。某些菌体表面存在的短而多的附属物。比鞭毛更短、更细，且又直又硬。数量很多，不具有运动功能，但与细菌的致病、吸附等有关菌毛（pili)某些细菌生长到一定阶段或在一定环境条件下，细胞的正常生长和分裂停止，细胞内细胞质浓缩，逐步行成一个圆形、椭圆形或圆柱形的，对不良环境有较强抵抗力的特殊结构，称为芽胞。芽胞成熟后可自行从芽胞囊中释放出来。因芽胞的形成都是在细胞内，故又称内生孢子。芽孢(endospore/spore)产芽孢细菌的种类芽孢的构造芽孢的特性芽孢形成芽孢萌发研究芽孢的意义伴孢晶体Lifecycleofanendospore-formingbacteriumvegetativecellvegetativecellsporulatingcellsporeoutgrowthsporegermination芽孢的形态及着生位置是细菌鉴定的重要指标在杆菌中能形成芽孢的种类较多，在球菌和螺旋菌中只有少数菌种可形成芽孢。产生芽孢的几个属：(Bacillus)芽孢杆菌属(Clostridium)梭状芽孢杆菌属(Sporosarcina)芽孢八叠球菌属能形成芽孢的细菌种类芽孢的外壁层厚而致密，主要成分为脂蛋白，通透性差,不易着色。核心含有大量的DNA、RNA、蛋白质酶等物质，还含有2,6—吡啶二羧酸（DPA）,DPA是芽孢特有的成分。一般以DPA—Ca的形式存在。皮层主要含芽孢肽聚糖、DPA—Ca，皮层体积大，比较致密。芽孢平均含水量低,约40%.芽孢的组成和结构芽孢有多层结构，主要包括孢外壁、芽孢衣、皮层和核心。细菌芽孢构造的模式图孢外壁芽孢壳皮层芽孢质芽孢核区芽孢膜芽孢壁核心芽孢的形成过程★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。★一个芽孢萌发只产生一个营养状态的细胞。芽孢的特性PropertyVegetativecellsEndosporesSurfacecoatsTypicalGram-positivemureincellwallpolymerThicksporecoat,cortex,andpeptidoglycancorewallMicroscopicappearanceNonrefractileRefractileCalciumdipicolinicacidAbsentPresentincoreCytoplasmicwateractivityHighVerylowEnzymaticactivityPresentAbsentMacromolecularsynthesisPresentAbsentHeatresistanceLowHighResistancetochemicalsandacidsLowHighRadiationresistanceLowHighSensitivitytolysozymeSensitiveResistantSensitivitytodyesandstainingSensitiveResistantTableDifferencesbetweenendosporesandvegetativecells芽孢抗热机制目前尚不清楚，但可能与以下因素有关，如含水量低、壁厚而致密，芽孢中的酶分子量小，比较耐热。过去还曾认为芽孢抗热与DPA有关，现在已否认了这种假设。伴胞晶体（parasporalcrystal）少数芽孢杆菌，如Bacillusthuringiensis（苏云金芽孢杆菌）在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一个菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体（即δ内毒素）称为伴胞晶体。它的干重可达芽孢囊的约30%，由18种氨基酸组成，大小约0.6-2.0μm。伴胞晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目昆虫的幼虫有毒杀作用，因此可以用做生物农药。伴孢晶体鳞翅目幼虫口服伴孢晶体在肠道迅速溶解（中肠pH为9.0-10.5）吸附于上皮细胞，引起渗透性丧失，肠道穿孔肠道中的碱性溶液进入血液，后者pH升高，昆虫全身麻痹而死亡研究芽孢的意义细菌分类、鉴定中的重要形态学指标指导菌种保藏制定灭菌参数一般为无性繁殖，二分裂法点击播放多媒体文件DNA结合位点固体培养基平板—菌落斜面—菌苔液体培养基半固体培养基一般都较小，菌落与培养基结合不紧密，用接种针容易挑起，多数表面较光滑、湿润、较粘稠，易挑取，质地均匀，色泽多样。不同的微生物种类，其菌落特征不同。同一种菌在不同培养条件下菌落特征也不尽相同。菌落的特征包括：大小、颜色、透明、表面状态、质地、边缘形态、隆起形状等各种微生物在一定条件下形成的菌落，其形态特征有一定的稳定性和专一性，因而可以作为识别、鉴定菌种的一个依据，但也受某些因素的影响，观察时应加以注意。1、邻近菌落2、培养时间3、培养基成分4、培养温度细菌在固体培养基中的生长情况-菌苔细菌在液体培养基中的生长情况菌膜菌沉淀均匀浑浊对照细菌在半固体培养基中的生长情况1、3：有动力2：无动力常见细菌举例大肠埃希氏杆菌（Escherichiacoli）枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）金黄色葡萄球菌（Staphylococcusaureus）物理性状光学性质半透明体表面积体积小、表面积大带电现象革兰阳性菌pI2~3革兰阴性菌pI4~5半透性细胞壁、膜有半透性渗透压中性环境带负电荷革兰阳性菌20~25大气压革兰阴性菌5~6大气压青霉素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：本讲结束，请及时复习！