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1、第二章原核微生物 1 草履虫 2 第一节细菌第二节放线菌 3 第一节细菌 一 细菌的个体形态 构造及功能细菌的形态细菌细胞的大小观察细菌的方法细菌的细胞构造细菌的繁殖方式二 细菌的群体形态及培养特征三 细菌的理化特性四 细菌的代谢产物五 工业上常用的细菌 4 1 细菌的形态 5 1 球菌 球菌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 分有 单球菌 双球菌 肺炎球菌 四联球菌 八叠球菌 甲烷球菌 链球菌 葡萄球菌 6 双球菌 四联球菌 八叠球菌 链球菌 葡萄球菌 7 2 杆菌 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
2、培养条件不同而有较大变化 分有 单杆菌 双杆菌和链杆菌 8 单杆菌 双杆菌 链杆菌 球杆菌 9 枯草芽孢杆菌 10 3 螺旋菌 螺旋菌呈螺旋卷曲状 螺纹不满一圈的称为弧菌 弧菌 螺旋菌 螺旋体菌 11 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 脱硫弧菌 脱硫弧菌可在厌氧条件下 利用硫酸盐或者其它氧化态硫化物作为电子受体来分解有机物质 把废水中的有机物分解 产生的物质除了二氧化碳和水之外 还有大量的H2S 12 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 13 4 丝状菌 在水生环境 潮湿土壤污水生物处理的活性污泥中 常有一些
3、丝状菌 细胞排列成丝状 其外包围透明的衣鞘 如纤发菌 发硫菌 贝日阿托菌等 14 细菌的大小以微米 m 计 多数球菌的大小 直径 为0 5 2 0 m 杆菌 长 宽 为 1 5 0 5 1 0 m 螺旋菌 宽度 弯曲长度 为 0 25 1 7 2 60 m 另外 细菌的大小与个体的发育情况有关 刚分裂的新细菌小 随发育逐渐变大 老化后又变小 2 细菌细胞的大小 15 3 观察细菌的方法 1 观察工具 显微镜 2 观察方法 活体菌观察 染色观察 16 细菌染色法 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 染色观察 微生物学 17 G gram于
4、1884年发明的一种鉴别不同类型细菌的方法 革兰氏染色 18 a 用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染 b 用碘液进行媒染 其作用是提高染料和细胞间的相互作用从而使两者结合得更为牢固 c 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氏阳性菌 而革兰氏阴性菌的结晶紫被洗掉 细胞呈现无色 d 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 例如番红或沙黄 它使原来无色的革兰氏阴性菌最后呈现桃红色到红色 而革兰氏阳性菌继续保持紫色 19 革兰氏染色结果镜检 20 21 鞭毛 菌毛 芽孢 微荚膜 荚膜 粘液层 糖被 特殊构造 细胞壁 细胞膜 间体 核区 内含物 一般构造 细菌
5、细胞的模式构造 4 细菌细胞的构造 核糖体 细胞质 22 细菌细胞一般构造 1 细胞壁 2 细胞膜 3 核质体和质粒 4 细胞质及内含物 23 1 细胞壁 细菌细胞壁 cellwall 是位于细胞最外的一层 一般结构 厚实 坚韧的外被 主要成分为肽聚糖 细菌细胞壁可用电子显微镜直接观察细菌的超薄切片 细菌细胞壁绝大多数以肽聚糖为基本成分 但不同细菌 细胞壁在结构和成分上各有自己的特点 24 甲菌 乙菌 初染 结晶紫 媒染 碘液 脱色 乙醇 复染 沙黄 紫色 G 红色 G 革兰氏染色步骤示意图 细胞壁与革兰氏染色 25 G 细菌与G 细菌细胞壁构造的比较 G G 细菌细胞壁厚 化学组成主要是肽聚
6、糖 占75 的肽聚糖亚单位交错相连 形成致密三维网格结构G 细菌的细胞壁很薄 结构包括内壁层 外壁层和肽聚糖层 肽聚糖含量极少 只有10 且为疏松二维平面结构 26 四肽尾五肽桥聚糖链 NAG和NAMNAG N 乙酰葡糖胺NAM N 乙酰胞壁酸 肽聚糖 G 细胞壁肽聚糖 27 四肽链和甘氨酸五肽及糖链骨架相互交联 形成了紧密编织 质地坚硬和机械度高的多层三维空间结构 G 细胞壁 肽聚糖 28 青霉素作用位点 溶菌酶作用位点 29 双糖单位中的 1 4 糖苷键很容易被溶菌酶 lysozyme 所水解 从而引起细菌因肽聚糖细胞壁的 散架 而死亡 G 细胞壁肽聚糖的青霉素和溶菌酶作用点 青霉素作用于
7、四肽尾和五肽桥的连接点 影响五肽桥和四肽尾的交联 从而阻断相邻肽聚糖间的连接 30 肽聚糖1 2层四肽尾第三个氨基酸为内消旋二氨基庚二酸 m DAP L AlaD Glum DAPD Ala没有特殊肽桥 两单体连接前一四肽尾的第四个氨基酸D Ala羧基与后一个四肽尾第三氨基酸m DAP氨基直接连接 G 细胞壁肽聚糖 31 革兰氏阴性菌肽聚糖 32 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 肽聚糖 肽聚糖 外膜 33 为什么通过革兰氏染色G 呈兰色 G 呈红色 脱色剂 95 乙醇为脂溶剂 外壁层内壁层都是脂质膜 肽聚糖层较薄 因此乙醇可以破坏G 的
8、外壁层 肽聚糖层和内壁层 于是被乙醇溶解的结晶紫和碘的复合物从细胞中渗漏出来 当再用藩红复染时 显现红色 但在G 细胞中 肽聚糖很厚 又是三维网格结构 乙醇使厚的肽聚糖层脱水 导致孔隙变小 由于结晶紫和碘的复合物分子较大 不能通过细胞壁 保持紫色 34 细菌细胞壁功能 1 维持细胞外形2 保护细胞免受渗透裂解3 阻止大分子物质进入细胞4 细胞壁为鞭毛提供支点 使鞭毛运动 35 2 细胞质膜 是紧贴在细胞壁内的一层半透性膜 主要由磷脂双分子层和蛋白质构成 磷脂分子 水溶性甘油和磷酸 难溶于水的脂肪酸 36 具有流动性的磷脂分子构成膜的基本骨架 蛋白不同程度地贯穿或镶嵌于双层磷脂分子间 并可以在双
9、分子层中做侧向运动 由此组成具有一定流动性的膜结构 37 细胞膜的生理功能 控制细胞内外物质 营养物质和代谢废物 的运送 细胞膜上有电子传递系统和参与氧化还原反应及能量产生的酶类 因此细胞膜是物质代谢和能量代谢的重要部位 细胞质膜上有鞭毛基粒 是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位 38 3 核质 功能 负载遗传信息 1 核质体 原核生物特有的无核膜结构的原始细胞核 又称原始核或拟核 2 质粒细菌染色体外的共价闭合环状双链DNA分子 携带1 200个基因 一个菌细胞可有一至数十个质粒 质粒携带某些特殊的基因 控制至育性 抗药性 抗生素 降解性的表达 39 细菌质粒的有无对细菌的生存并无影响
10、但它携带了许多基因 有的质粒所带基因与耐药性有关 称为耐药性质粒 R因子 它能使宿主细胞抗多种抗生素或有毒化学品如农药和重金属等 有的质粒与细菌有形接合有关 称为致育因子F因子 还有一些化学物质分解有关 称为降解质粒 质粒既能自我复制 稳定地遗传 又可以插入细菌染色体上或者与其携带的外援DNA片段共同复制 它既可以单独转移 又可以携带染色体一起转移 因此 质粒已经成为遗传工程中重要的运载工具 作为目的基因的载体 特别是降解质粒因与环境保护关系密切 近年来受到广大学者的关注 40 质粒应用于环境治理 一个经典的例子就是美国生物学家克拉巴蒂采用连续融合法 将解芳烃 解萜烃和解多环芳烃的质粒 分别移
11、植到一种解脂烃的细菌细胞内 构成的新菌株只需要几个小时就能降解原油中的60 的烃 而天然菌株需要1年以上 41 质粒应用 42 4 细胞质和内含物 细胞质是细胞膜以内除了核物质以外的无色透明的黏稠状胶体 化学成分是蛋白质 核酸 脂类 多糖 无机盐和水 幼龄菌的细胞质稠密 均匀 富含核糖核酸 RNA 嗜碱性强 易被碱性染料染色 且着色均匀老龄菌因缺乏营养 RNA被细菌用作氮源和磷源 因而含量降低 故着色不均匀 因此可通过染色是否均匀来判断细菌的生长状态 细胞质中含有核糖体 气泡和其它颗粒状内含物等 43 1 核糖体 又称核蛋白体 是分散在细胞质中的亚显微颗粒状结构 由核糖核酸 RNA 和蛋白质组
12、成 细菌的核糖体沉降系数为 70s 由50s大亚基和30s小亚基构成 功能 是细胞合成蛋白质的机构 有别于真核生物60S和40S构成的80S活性单位 故许多有效作用于细菌核糖体的抗生素对人无害 链霉素与红霉素能分别结合30S和50S 干扰菌体蛋白合成从而杀死细菌 44 2 贮藏物 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 当细菌生长到成熟阶段 因营养过剩而形成 主要功能是贮存营养物 如易染粒 聚 羟基丁酸 硫粒 肝糖粒等 当营养不足时 这些贮藏物又会被重新利用 45 异染粒因其可用蓝色的染料 甲苯胺蓝或甲烯蓝 染成紫红色颗粒大小为0 5 1 0 m 是无机偏磷酸的聚合物 一般在含磷丰
13、富的环境下形成 功能是贮藏磷元素和能量 在老龄细菌中 异染粒常被用作碳源和磷源 46 聚 羟丁酸为脂溶性物质 不溶于水 很容易被脂溶性染料苏丹黑着染 在光学显微镜下清晰可见 当缺乏营养时 被用作碳源和磷源 它无毒 可塑 易降解 可以用来生成完全生物降解塑料 称为微生物塑料 CH3 CHOH CH2 COOH 47 硫粒一些硫化菌如 贝日阿托氏菌可以利用H2S作为能源 将其氧化为硫粒积累在菌体 当缺乏营养时 可氧化体内硫粒为SO42 从中获得能量 硫粒具有很好的折光性 在光学显微镜下可轻松看到 48 49 鞭毛 菌毛 芽孢 微荚膜 荚膜 粘液层 糖被 特殊构造 细胞壁 细胞膜 间体 核区 内含物
14、 一般构造 细菌细胞的模式构造 4 细菌细胞的构造 核糖体 细胞质 50 1 荚膜 2 芽孢 3 鞭毛 4 菌毛 细菌细胞的特殊结构 51 1 荚膜 有些细菌在细胞壁外面存在被外多糖 如果具有较好结构也不易洗掉 称为荚膜 如果薄并且容易消失称为粘液层 荚膜 粘液层 菌胶团 荚膜的化学组成 含水率在90 98 其他有机组分为多糖或多肽 主要是多糖正是由于含水很多 荚膜很难在显微镜下被清晰观察到 但又很难被染料着色 为了观察清楚 人们想出了一个好办法 52 负染色法又称衬托法 1 先染菌体 2 再将背景染成黑色 在菌体及背景的衬托下 二者之间会出现透明区 就是荚膜 在显微镜下清晰可见 53 荚膜的
15、功能 1 保护细胞免受干燥的影响 对致病菌来说 可增强其致病力 2 细胞外碳源和能源的贮藏物质3 具有生物吸附作用 在污水生物处理中可将水中的有机物吸附到菌体上 54 粘液层 有些细菌不产生荚膜 仍分泌粘液的多糖 其疏松的粘附在菌体细胞壁表面上 与外界没有明显的边缘 在污水处理中也有一定的生物吸附功能 55 菌胶团 有些细菌由于遗传特性 细菌按一定的方式互相粘结在一起 并被一个公共的荚膜包围形成一定形状的细菌集团 称作菌胶团 形状有 蘑菇形 分支状 球形等 在污水处理中也有一定的生物吸附功能 56 2 芽孢 某些细菌在其生长发育后期或遇到不良环境时 在细胞内形成一个圆形或椭圆形 厚壁 含水量极
16、低 抗逆性极强的休眠体 称为芽孢 所有的芽孢都可以抵挡外界不良环境 它是抵挡外界不良环境的休眠体 57 枯草杆菌芽孢的超薄切片电镜照片 标尺 0 2 m 左 端位 中 近端位 右 中央位 细菌芽孢的各种类型 58 生物杀虫剂 伴孢晶体 少数芽孢杆菌 例如苏云金芽孢杆菌 Bacillusthuringiensis 在其形成芽孢的同时 会在芽孢旁形成一个伴孢晶体 伴孢晶体对200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 伴孢晶体 59 伴孢晶体杀虫机理 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 60 人喝了这种杀虫剂会出现什么后果 安然无恙 61 62 定义 某些细菌细胞表面着生的一至数十条长丝状 螺旋形的丝状附属物 具有推动细菌运动功能 为细菌的 运动器官 3 鞭毛 63 鞭毛很细 需要经过特殊染色法用光镜观察 64 鞭毛的有无和着生方式具有十分重要的分类学意义 单毛菌 丛毛菌 端毛菌 周毛菌
