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1、第二章 原核微生物,教学提示： 重点掌握细菌细胞的形态、构造和主要功能，掌握其群体形态（特别是菌落）特征及细菌学研究方法（如显微镜技术及制片染色技术等） 掌握放线菌的典型形态特征及与人类生产生活的关系 了解蓝细菌、古生菌及其他原核生物的典型特征。,知识回顾,1.微生物 2.微生物学 3.微生物学之父巴斯德的贡献 4.科赫原则,微生物,细菌Bacteria 古生菌Archaea,真菌（酵母、霉菌、蕈菌等） 单细胞藻类、原生动物等,非细胞型：病毒,细胞型,原核微生物,真核微生物,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。,第一节
2、 细菌（bacteria）,1 细胞的形态构造及其功能,1.1 形态和染色,球状,杆状,螺旋状,基本形态,（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。,第一节 细菌（bacteria）,1 细胞的形态构造及其功能,（2）杆状,细胞呈杆状或圆柱状，一般其粗细（直径）和两 端形状(如圆钝、平直或尖锐等）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。,第一节 细菌（bacteria）,1 细胞的形态构造及其功能,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,（3）
3、螺旋状,弧菌,螺旋菌,螺旋体菌,1 细胞的形态构造及其功能,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,（4）大小与重量,细菌的大小测量单位是um,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在显微镜下观察清晰。,革兰氏染色法,细菌染 色方法,鉴别染色法,简单染色法,负染色：,正染色：,死菌,活菌,
4、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,1.2 细菌细胞的结构,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,1.2.1 细菌细胞的一般构造,细胞壁（cell 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%,1.2.1.1 细胞壁（cell wall),不同细菌细胞壁的化学组成和结构不同，通过革兰氏染色法可将所有的细菌分为革兰氏阳性（G+）细菌和革兰氏阴性（G- ）细菌。,(1)革兰氏阳性细菌的细胞壁成分,G+菌细胞壁化学组成以肽聚糖(peptidoglycan)为
5、主。这是原核微生物所特有的成份，占细胞壁物质总量的50-90%。,(2)革兰氏阴性细菌的细胞壁成分,G-细菌细胞壁的组成和结构比G+菌更复杂。主要成份为：脂多糖、磷脂、脂蛋白、肽聚糖。,G-菌也有肽聚糖，仅占细胞壁干重的5-10%。肽聚糖结构与G+菌相同，但组成有异：短肽尾的号位上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、磷脂和若干种外膜蛋白。,(3)G+ 细菌与G -细菌细胞壁的比较,(4)革兰氏染色方法,C.Gram（革兰）于1884 年发明的一种鉴别不同类 型细菌的染色方法非常 著名的、有用的、在细菌 鉴定中必须用到的方法
6、。,1用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染1min,2用碘溶液进行媒染1min ，其作用是提高染料和细胞间的相互作用，从而使二者结合得更牢固。,3用乙醇或丙酮冲洗进行脱色20-30s 。在经历脱色后仍将结晶紫保留在细胞内的为革兰氏阳性细菌，而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉，细胞呈无色。,4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5min 。例如沙黄，它使原来无色的革兰氏阴性细菌最后呈现桃红到红色，而革兰氏阳性细菌继续保持深紫色,革兰氏染色的机制：,简而言之，不同细菌的染色差异（G+或G-）是由于细胞壁 化学成分的差异而引起了物理特性（脱色能力）的不同。 具体而言： G+：细胞壁厚，肽聚
7、糖高，交联度大，当乙醇脱色时，肽聚糖因脱水而网孔收缩，故结晶紫-碘复合物被阻留在细胞内，细胞不脱色，仍呈紫色。 G-：细胞壁薄，肽聚糖低，含脂类高，乙醇将脂类分解，缝隙加大，故结晶紫-碘复合物流出细胞壁，细胞脱色，用碱性红色染色（沙黄）后呈紫色。,(5)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（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,a.L型细菌（L-form of bacteria）,细菌在某些环境条件下（实验室或宿主体内）通过 自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷变异型。,大肠杆菌、变形杆菌、葡萄球菌、链球
8、菌、分枝杆菌和霍乱弧菌等20多种细菌中均有发现，被认为可能与针对细胞壁的抗菌治疗有关,特点：,没有完整而坚韧的细胞壁，细胞呈多形态；,有些能通过细菌滤器，故又称“滤过型细菌”,对渗透敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋”似 的小菌落（直径在0.1mm左右）；,b.原生质体（protoplast）,在人为条件下，用溶菌酶处理或在含青霉素的培养基中培养而 抑制新生细胞壁合成而形成的仅由一层细胞膜包裹的，圆球形、 对渗透压变化敏感的细胞，一般由革兰氏阳性细菌形成。,特点：,对环境条件变化敏感，低渗透压、振荡、离心甚至通气等都易引起其破裂。,有的原生质体具有鞭毛，但不能运动，也不被相应 噬菌体所感染；,在
9、适宜条件（如高渗培养基）可生长繁殖、形成菌 落，形成芽孢。及恢复成有细胞壁的正常结构。,比正常有细胞壁的细菌更易导入外源遗传物质，是 研究遗传规律和进行原生质体育种的良好实验材料。,c.球状体(sphaeroplast),采用上述同样方法，针对革兰氏阴性细菌处理后而获 得的残留部分细胞壁（外壁层）的球形体。与原生质 体相比，它对外界环境具有一定的抗性，可在普通培 养基上生长。,1.2.1.2 细胞膜与间体,（1）细胞膜概念：,细胞质膜（cytoplasmic membrane），又称质膜 （plasma membrane）、细胞膜（cell membrane）或内膜 （inner membra
10、ne），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78 nm，由磷脂（占20%30%）和蛋白质（占50%70%） 组成。,（2）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；,（4）间体（mesosome，或中体）：,细胞质膜内褶而形成的囊状构造， 其中充满着层状或管状的泡囊。 多见于革兰氏阳性细菌。,青霉素酶分
11、泌、DNA复制、分配以及细胞分裂有关,“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。,1.2.1.3 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%。,核糖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。,(2)核糖体(ribosom
12、es),（3）贮藏物(reserve materials)：,聚-羟丁酸(poly-hydroxybutyrate, PHB),巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）在含乙酸或 丁酸的培养基中生长时， 细胞内贮藏的PHB可达其 干重的60%。,类脂性质的碳源类贮藏物,贮藏物是一类由不同化学成分累积而成的不溶性颗粒沉淀，主要功能是贮存营养物。,多糖类贮藏物,在真细菌中以糖原为多 糖原粒较小，不染色需用电镜观察， 用碘液染成褐色，可在光学显微镜下观察到。,糖原粒 淀粉粒,有的细菌积累淀粉粒，可用碘液染成深兰色。,异染粒(metachromatic granules),颗粒大小为0.
13、51.0m，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。,在暗视野显微镜下看到的迂回螺菌(Spirillum volutans)中的异染粒（迂回体）,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。,由含精氨酸和天冬氨 酸残基（1:1）的分枝 多肽所构成，分子量 在25000125000。,硫粒（sulfur globules）,很多真细菌在进行产能代谢或生物合成时,常涉及对还原性的硫化物如H2S、 硫代硫酸盐等的氧化。 在环境中还原性硫素丰富时,常在细胞内以折光性很强的硫粒的形式积累
14、硫元素。 当环境中环境中还原性硫缺乏时,可被细菌重新利用。,（4）气泡（gas vocuoles）,许多光合营养型、无鞭毛运动的水生细菌中存在的充 满气体的泡囊状内含物，大小为0.21.0m75nm， 内由数排柱形小空泡组成，外有2nm厚的蛋白质膜包 裹。,功能：调节细胞比重以使细胞漂浮在最适水层中获取光能、O2和营养物质,1.2.1.4 核区（nuclear region or area）,原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的原始细胞核,知识回顾,1、细菌形态、大小（重量、长度） 2、阳性菌和阴性菌的细胞壁差别 3、革兰氏染色机制 4、缺壁细菌,1.2 细菌细胞的结构,一般结构：一般细菌
15、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,材料：青霉素G的抗菌作用快而强，低浓度抑菌，高浓度杀菌。其抗菌谱较窄，主要对革兰氏阳性及阴性球菌、革兰氏阳性杆菌、螺旋体及放线菌有强大的抗菌作用。对革兰氏阴性杆菌的作用较弱。对结核杆菌、真菌、立克次氏体、病毒等均无效。细菌对青霉素G可产生耐药性，尤其是金黄色葡萄球菌的耐药性较为常见。青霉素G毒性很低，最主要的不良反应是过敏反应。 1、请将本材料中提到的微生物（下标线标示的）按照细胞水平进行分类； 2、结合所学的微生物学知识，阐述青霉素的药理； 3、阐述耐药性产生的可能遗传机制及生化机制；,答： 1原核细胞型微生物：细菌、螺旋体
16、、放线菌、立克次氏体(1) 真核细胞型微生物：真菌(1) 非细胞型微生物：病毒(1) 2、无论是G+细菌还是G-细菌细胞壁中都有肽聚糖成分。(1)青霉素的作用是抑制肽聚糖合成最后阶段的交联作用转肽反应，不论G+细菌还是G-细菌都是一样，只不过具体作用位点不同。这样，细菌不能形成完整的细胞壁而裂解死亡。(2)由于G-细菌外膜的通透屏障作用，使青霉素不易达到它的作用靶位，从而使G-细菌对青霉素不敏感(1) 3 遗传机制：自发突变加药物选择(1)；细胞间抗药性的基因转移(1) 生化机制：产生使抗生素结构改变的酶(即钝化酶) (1)；作用靶位的改变(1)；细胞通透性的改变(1),1.2.2.1 鞭毛(flagellum,复flagella),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”。,1.2.2
