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1、第3章 微生物类群与 形态结构,生物工程学院车振明,微生物,（病毒）,古生菌(Archaea) 细菌(Bacteria),真菌(酵母、霉菌、蕈菌等)、单细胞藻类、原生动物等,非细胞型,细胞型,原核微生物,真核微生物(Eukarya),又称真细菌(eubacteria),包括:普通细菌、放线菌、蓝细菌、枝原体、立克次氏体和衣原体等,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。,Eubacteria （真细菌）,Archaebacteria（古细菌）,Eukarya 真核微生物,第一节 真细菌（Eubacteria）,一、一般形态
2、及细胞结构,（一）个体形态和排列,球状,杆状,螺旋状,基本形态,一、一般形态及细胞结构,（一）个体形态和排列,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。,金黄色葡萄球菌,淋病奈瑟氏球菌,肺炎链球菌,一、一般形态及细胞结构,（一）个体形态和排列,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。,杆状细菌的排列方式常因生长阶段和培养条件而发生变化，一般不作为分类依据。,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、一
3、般形态及细胞结构,（一）个体形态和排列,3、螺旋状,弧菌,螺旋菌,螺旋体菌,(参见P347),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。,霍乱弧菌,寄生性弧菌-蛭弧菌,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,一、一般形态及细胞结构,（一）个体形状和排列,4、其它形状,1)柄杆菌（prosthecate bacteria）,细胞上有柄(stalk)、菌丝(hyphae）、附器(appendages)等细胞质伸出物,细胞呈杆状或梭状,并有
4、特征性的细柄.一般生活在淡水中固形物的表面,其异常形态使得菌体的表面积与体积之比增加,能有效地吸收有限的营养物；,（一）个体形状和排列,2)星形细菌（star-shaped bacteria ）,3)方形细菌（square-ahaped bacteria）,（Stella）,（Haloarcula）,4、其它形状,（一）个体形状和排列,4、其它形状,4）异常形态,环境条件的变化：,物理、化学 因子的刺激,培养时间过长,阻碍细胞正常发育,细胞衰老,营养缺乏,自身代谢产物 积累过多,异常形态,正常形态,环境条件恢复正常,（二）大小,1、范围,（参见 P 33，最小和最大的细菌）,最小：,与无细胞结
5、构的病毒相仿 （50 nm）,最大：,肉眼可见（0.75 mm）,（二）大小,1、范围,费氏刺骨鱼菌 (0.08 mm x 0.6 mm) (Epulopisciumfishelsoni) 比大肠杆菌大100万倍（1985年发现）,德国科学家H. N. Schulz等1999年在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺 细菌(sulfur bacterium),其大小可达0.75 mm,Thiomargarita namibiensis，-“纳米比亚硫磺珍珠”,（二）大小,1、范围,（nanobacteria）（50 nm）,最大和最小细菌的个体大小悬殊：,（Thiomargarita nam
6、ibiensis）（0.75mm）,10亿 100 亿倍,一、一般形态及细胞结构,（二）大小,1、范围,（二）大小,1、范围,光学显微镜物镜的特性,在对细菌进行光学显微镜观察时，油镜最常使用，也最为重要。,（二）大小,1、范围,一般细菌的大小范围：,0.5 1 mm （直径）,0.2 1 mm (直径) X 1 80 mm(长度),0.3 1 mm (直径) X 1 50 mm(长度) (长度是菌体两端点之间的距离,而非 实际长度),（二）大小,2、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,（二）大小,2、细菌大小测量结果的影响因素,个体差异；,干燥、固定后的菌体会一般由于脱水而
7、比活菌体缩短1/3-1/4；,染色方法的影响，一般用负染色法观察的菌体较大；,幼龄细菌一般比成熟的或老龄的细菌大；,环境条件，如培养基中渗透压的改变也会 导致细胞大小的变化。,（参见 P 31）,（三）细胞的结构,（见P39）,一般构造： 一般细菌都有的 构造,特殊构造： 部分细菌具有的 或一般细菌在特 殊环境下才有的 构造.,（三）细胞的结构,1、细胞壁,1）概念：,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。,（三）细胞的结构,1、细胞壁,2）证实细胞壁存在的方法：,1）细菌超薄切片的电镜直接观察；,2）质、壁分离与适当的染色，可以在光
8、学显微镜下看到细胞壁；,3）机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁；,4）制备原生质体，观察细胞形态的变化；,（三）细胞的结构,1、细胞壁,3）细胞壁的功能：,1）固定细胞外形和提高机械强度；,2）为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；,3）渗透屏障,阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分 子物质(分子量大于800)进入细胞,保护细胞免 受溶菌酶、消化酶和青霉素等有害物质的损伤;,4）细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素 和噬菌体的敏感性的物质基础；,（参见P38）,（三）细胞的结构,1、细胞壁,4）革兰氏染色与细胞壁：,（参见P26）,（1）革兰氏染色,细菌 染色法,死菌,活菌:,正染色,负染色:,用美蓝
9、或TTC(氧化三苯基四氮唑)等 作活菌染色,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 姬姆萨染色法,荚膜染色法等,1、细胞壁,4）革兰氏染色与细胞壁：,（1）革兰氏染色,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。,（参见P46）,4）革兰氏染色与细胞壁：,（1）革兰氏染色,1、用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染,2、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使二者结合得更固。,3、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
10、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,（参见P46）,1、细胞壁,4）革兰氏染色与细胞壁：,（1）革兰氏染色,1、细胞壁,4）革兰氏染色与细胞壁：,（1）革兰氏染色,表3-1革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁成分的比较,（参见P39，图3-2）,1、细胞壁,4）革兰氏染色与细胞壁：,（2）革兰氏阳性细菌的细胞壁,特点： 厚度大(2080nm) 化学组分简单， 一般只含90%肽 聚糖和10%磷壁 酸。,1、细胞壁,4）革兰氏染色与细胞壁：,2)革兰氏阳性细菌的细胞壁,肽聚糖(peptidoglycan),磷壁酸(tei
11、choic acid),结合在革兰氏阳性细菌细胞壁上的一种酸性多糖.,又称粘肽(mucopeptide)、胞壁质(murein)或 粘质复合物(mucocomplex),是真细菌细胞壁 中的特有成分。,4）革兰氏染色与细胞壁：,（2）革兰氏阳性细菌的细胞壁,A、肽聚糖:,厚约2080nm,由40层左右的网状分子交织成的网套覆盖在整个细胞上。,原核生物所特有的已糖,双糖单位,4）革兰氏染色与细胞壁：,（2）革兰氏阳性细菌的细胞壁,A、肽聚糖,由四个氨基酸分子按L型 与D型交替方式连接而成,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
12、”而死亡。,4）革兰氏染色与细胞壁：,（2）革兰氏阳性细菌的细胞壁,A、肽聚糖,目前所知的肽聚糖已超过100 种,在这一“肽聚糖的多样性”中, 主要的变化发生在肽桥上.,跨越肽聚糖层 并与细胞膜相 交联的膜磷壁 酸(又称脂磷 壁酸),由甘油 磷酸链分子与 细胞膜上的磷 脂进行共价结合后形成。其含量与 培养条件关系不大.可用45%热酚水 提取,也可用热水从脱脂的冻干细菌中提取。,4）革兰氏染色与细胞壁：,（2）革兰氏阳性细菌的细胞壁,B、磷壁酸:,革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成分，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。,壁磷壁酸,它与 肽聚糖分子间 进行共价结合, 含量会随培养 基成分而改变, 一
13、般占细胞壁 重量的10%,有 时可接近50%. 用稀酸或稀碱 可以提取。,（参见P41）,二价阳离子,特别是高浓度的Mg2+.的存在对于保持膜的硬度,提高细胞膜上需Mg2+ 的合成酶的活性极为重要。,4）革兰氏染色与细胞壁：,（2）革兰氏阳性细菌的细胞壁,B、磷壁酸,（参见P41）,主要生理功能：,细胞壁形成负电荷环境,增强细胞膜对二价 阳离子的吸收；,贮藏磷元素；,增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、避免被 白细胞吞噬以及抗补体的作用；,革兰氏阳性细菌特异表面抗原的物质基础；,噬菌体的特异性吸附受体；,能调节细胞内自溶素(autolysin)的活力， 防止细胞因自溶而死亡。,可作为细菌分 类、鉴
14、定的依据,4）革兰氏染色与细胞壁：,（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁,肽聚糖,外膜,外膜蛋白,周质空间,4）革兰氏染色与细胞壁：,（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁,A、肽聚糖,埋藏在外膜层之内，是仅由12层肽聚糖网状分子 组成的薄层(23nm)，含量约占细胞壁总重的10%， 故对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。,内消旋二氨基庚二酸(m-DAP) (只在原核微生物细胞壁上发现),没有特殊的肽桥,只形成较为稀 疏、机械强度较差的肽聚糖网套,（参见P41）,4）革兰氏染色与细胞壁：,（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁,B、外膜(outer membrane),（参见P41）,位于革兰氏阴性 细菌细胞壁外层,由脂
15、多糖、磷脂和脂蛋白等 若干种蛋白质组成的膜，有时也称为外壁。,4）革兰氏染色与细胞壁：,（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁,B、外膜(outer membrane),脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）,位于革兰氏阴性细菌细 胞壁最外层的一层较厚(810nm)的类脂多糖类物质，由类脂A、核心多糖(core polysaccharide)和O-特异侧链(O-specific side chain，或称O-多糖 或O-抗原)三部分组成。,（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁,B、外膜(outer membrane),脂多糖的主要功能,LPS结构的多变,决定了革兰氏阴性细菌细 胞表面抗原决定簇
16、的多样性；,根据LPS抗原性的测定, 沙门氏菌属(Salmonella)的 抗原型多达2107种,一般 都源自O-特异侧链种类的 变化.这种多变性是革兰氏 阴性细菌躲避宿主免疫系 统攻击,保持感染成功的重 要手段.也可依此用灵敏的 血清学方法对病原菌进行 鉴定,在传染病的诊断 中有其重要意义。,（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁,B、外膜(outer membrane),脂多糖的主要功能,LPS负电荷较强,与磷壁酸相似,也有吸附 Mg2+、Ca2+等 阳离子以提高其 在细胞表面浓度 的作用,对细胞膜 结构稳定作用。,（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁,B、外膜(outer membrane),脂多糖的主要功能,类脂A是革兰氏阴性细菌致病物质内毒素的物质基础；,（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁,B、外膜(outer membrane),脂多糖的主要功能,具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏 障功能；,许多噬菌体在细胞表面的吸附受体；,4）革兰氏染色与细胞壁：,（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁,
