微生物第二章

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1、第二章 原核生物的形态结构,2.1 细菌 2.2 放线菌 2.3 蓝细菌,2.1 细菌,2.1.1 细菌概述 2.1.2 细菌的形态和大小 2.1.3 细菌细胞壁的结构和生化组成 2.1.4 细菌的其它细胞结构 2.1.5 细菌的特殊细胞结构 2.1.6 细菌的繁殖和菌落,2.1.1 细菌概述,细菌（bacterium）的传统概念：细胞细短、有细胞壁、胞壁坚韧并含有肽聚糖、以二分裂殖方式繁殖、水生性较强的一类原核生物； 细菌超界中的多数分类群属于传统的细菌，也有许多分类群不属于细菌； 细菌的现代分类学概念：指归属于细菌超界的所有生物分类群；它们既有相似的16S rRNA序列特征，也有各自独特的

2、序列特征和其它生物学特征；,原核生物（prokaryote）：由原核细胞构成的生物，都是单细胞的低等生物； 原核细胞：细胞内没有细胞器，结构相对简单的细胞； 细胞器：细胞内由生物膜包裹，具有一定结构和生理功能的小体； 原核生物的分类地位： 古生菌超界：5门（phylum），200多种； 细菌超界：29门，4700多种以上；,原核生物,细菌超界（Bacteria ）（一）,Actinobacteria （放线菌门）细菌与放线菌 Aquificae （产水菌门）细菌 Armatimonadetes Bacteroidetes （拟杆菌们）细菌 Chlorobi （绿菌门）细菌 Caldiseric

3、a Chlamydiae （衣原体门）衣原体 Lentisphaerae （黏胶球形菌门） Verrucomicrobia （疣微菌门）,细菌超界（二）,Chloroflexi （绿弯菌门）细菌 Chrysiogenetes （产金菌门）细菌 Cyanobacteria （蓝细菌门）蓝细菌 Deferribacteres （脱铁杆菌门）细菌 Deinococcus-Thermus （异常球菌-栖热菌门）细菌 Dictyoglomi （网团菌门）细菌 Elusimicrobia Acidobacteria （酸杆菌门）细菌 Fibrobacteres （纤维杆菌门）细菌 Firmicutes （

4、厚壁菌门）细菌,细菌超界（三）,Fusobacteria （梭杆菌门）细菌 Gemmatimonadetes （芽单胞菌门） Nitrospirae （硝化螺菌门）细菌 Planctomycetes （浮霉菌门） Proteobacteria （变形菌门）细菌 Spirochaetes （螺旋体门）螺旋体 Synergistetes （互养菌门） Tenericutes （软壁菌门） 支原体 Thermodesulfobacteria （热脱硫菌门）细菌 Thermotogae （热袍菌门）细菌,细菌共有的基本特性之一：细胞细短； 使用光学显微镜观察细菌个体形态，测量细菌细胞大小，是微生物研究

5、的基本方法之一； 不同细菌在个体形态和大小、细胞排列方式上表现出一定的特性和规律性，是区分和识别不同的细菌的常用方法之一； 形态学研究的主要目的就是区分和识别不同物种；,2.1.2 细菌的形态和大小,普通光学显微镜的结构,目镜倍数：10；16 物镜倍数： 搜索物镜 4； 低倍镜 10； 高倍镜 40； 油镜 100； 放大倍数：目镜和物镜放大倍数相乘；,显微镜的有效放大倍数取决于物镜的分辨率； 分辨率：可分辨的两点之间的最小距离；,l：光源波长 n sin q：数值孔径值 q：物镜镜口角的半数 n：物镜与样本之间介质的光折射率,低倍镜,高倍镜,显微镜物镜的分辨率,放大倍数 数值孔径 焦深 工作

6、距离 分辨率,各种物镜的参数,选用蓝色滤光片，使照射光波长（l）最短；,介质选用香柏油，使折射率（n）达到最大： n空气=1.0； n水=1.33；n香柏油=1.52 油镜的镜口角半数（q）大，工作距离短，数值孔径值最大为1.4，最高分辨率：0.18mm,正确使用油镜,细菌的三种基本形态,常见细菌呈现三种基本形态： 球状：球菌 杆状：杆菌 螺旋状： 弧菌：弯曲不足一圈 螺菌：螺旋26圈 许多细菌的属名都以形态特征命名；,许多球菌因为细胞分裂后暂时不分开，而在显微镜下呈现特定的空间排列特征： 分裂面平行：双球菌、链球菌； 分裂面垂直：四联球菌、八叠球菌； 分裂面角度无规则：葡萄球菌；,球菌的空间

7、排列特征,藤黄微球菌 （Micrococcus luteus）,酿浓链球菌 （Streptococcus pyogenes）,肠球菌属 （Enterococcus）,金黄色葡萄球菌 （Stephylococcus aureus）,球菌的显微照片,枯草芽孢杆菌（ Bacillus subtilis）,杆菌的光学显微镜照片,不同的杆菌的还可能具有：棒状、梭状、两端钝园、两端平直、短粗、细长等细微形态特征；,杆菌的空间排列特征,某些杆菌进行细胞分裂后，子细胞暂时不分开，而呈现一定的排列特征，是杆菌的鉴别标志之一： 杆菌有链状、栅状和“八”字排列；,深红红螺菌 Rhodospirillum rubru

8、m,运动外硫红螺菌 Ectothiorhodospira mobilis,螺菌的光学显微镜照片,弧菌的显微照片,细菌形态都会随菌龄和环境条件而发生显著变化；一般以良好生长条件下的处于指数生长期的菌体形态为标准；,霍乱弧菌(Vibrio cholerae）,Vibrio sp.,细菌的一般大小,细菌细胞大小在1 mm数量级范围内； 球菌直径： 0.5 1 mm 杆菌、弧菌和螺菌（直径长度）：0.2 1 mm 1 5 mm,一些细菌的大小,2.1.3 细菌细胞壁的结构和生化组成,细菌是单细胞的原核生物，其有细胞壁、胞壁坚韧并含有肽聚糖是其基本特征之一； 所有细菌通过革兰氏染色法染色后，在光学显微镜

9、下呈现两种不同颜色，或者紫红色，或者红色； 由此，将呈现紫红色的称为革兰氏阳性菌，呈现红色的称为革兰氏阴性菌； 细菌细胞壁的结构和组成决定其革兰氏染色反应呈阴性还是阳性； 通过亚细胞结构和生化组成，理解功能和生命活动；,初染：用碱性染料结晶紫对菌液涂片染色12分钟，水洗至无色； 媒染：用碘溶液染1分钟，使碘与细胞内的结晶紫形成复合物，水洗去浮碘； 脱色：用乙醇或丙酮冲洗涂片20秒，水洗，去醇； 复染：用另外一种不同颜色的碱性染料，例如番红，染色12分钟，水洗；镜检丹麦医生C.Cram1884年发明,革兰氏染色法,革兰氏染色反应结果,细胞呈紫红色为革兰氏阳性反应（G+）；细胞呈红色为革兰氏阴性反

10、应（G-）；,革兰氏阳性菌,革兰氏阴性菌,数十层网状肽聚糖覆盖在细胞表面，磷壁酸贯穿肽聚糖层，形成厚约2080nm的细胞壁； 壁磷壁酸：与羟基形成酯键固定在肽聚糖上； 膜磷壁酸：以酯键固定在细胞膜上；,革兰氏阳性菌细胞壁结构和生化组成,细胞壁,细胞膜,肽聚糖是一种多糖，由二糖肽通过b-1,4-糖苷键聚合而成； 二糖肽是肽聚糖的重复单位： 双糖单位：N-乙酰葡萄糖胺与N-乙酰胞壁酸通过b-1,4-糖苷键连接； 四肽尾通过酰胺键与 N-乙酰胞壁酸相连：L-AlaD-GluL-LysD-Ala,肽聚糖（peptidoglycan）,肽聚糖肽尾第3位L-Lys的游离氨基与相邻肽尾第4位D-Ala的游离

11、羧基之间形成酰胺键直接交联；或者通过一段短肽（肽桥、间桥）交联，形成的立体网状结构；,网状肽聚糖,磷壁酸是一类存在于革兰氏阳性菌细胞壁中的高分子阴离子化合物，使细胞壁带负电，并提高细胞壁的强度； 常见的磷壁酸的化学结构是多元醇与磷酸的聚合物： 核糖醇磷壁酸 甘油磷壁酸,甘油型磷壁酸,磷壁酸（teichoic acid）,革兰氏阴性菌细胞壁分为二层： 内壁层：为12层网状肽聚糖，肽尾第三位为二氨基庚二酸（m-DAP），肽尾直接交联，交联度低； 外壁层：由外至内：脂多糖层、磷脂层和脂蛋白层；,革兰氏阴性菌细胞壁结构和生化组成,外壁层上还镶嵌有多种功能蛋白，而非结构蛋白；,脂多糖是带有脂肪酸的多糖，

12、是构成G细胞壁特有的生化物质；由三部分组成：,脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）,E. coli LPS 的化学结构,构成LPS中的特异性单糖,辛糖酸：2-酮-3-脱氧辛糖酸（KDO） 庚糖： L-甘油-D-甘露庚糖（Hep）,特异性单糖指在其它亚细胞结构或其它生物组织中稀有的单糖衍生物；LPS含有特异性单糖是其化学结构的特征；,当乙醇脱色时， G细胞壁因失水而网孔缩小，结晶紫与碘复合物被保留在细胞内，使细胞仍呈紫色。红色染料复染后，呈紫红色； 当乙醇脱色时， G细胞壁外膜因脂类含量高而迅速溶解，内膜的肽聚糖层因薄且交联度低，而不能阻挡结晶紫与碘复合物的溶出，使细胞褪成无

13、色。红色染料复染后，呈红色；,革兰氏染色反应的机理,L型细菌：细胞壁缺陷型突变株； 原生质体：用溶菌酶或青霉素处理G+，形成的无细胞壁球状细胞； 球形体：采用上述处理方法处理G-形成的残留细胞壁外壁层的细胞； 原生质体或球形体对渗透压敏感，但可在高渗环境下正常生长，并再生细胞壁；,细胞壁缺陷型细菌,溶菌酶：存在卵清、唾液中，催化肽聚糖-1,4-糖苷键水解。,细菌是原核生物，具有原核细胞的一般结构； 原核细胞主要由细胞膜、细胞质、颗粒状内含物、核糖体和核区等亚细胞结构构成；,1.2.4 细菌的其它细胞结构,所有细胞型生物都有细胞膜，细胞器也有膜包裹，这些膜有共同的基本化学组成结构，统称为生物膜（

14、biomembrane ）； 生物膜的主要生化成分： 脂质：甘油磷脂、鞘磷脂、糖脂、甾醇； 蛋白质：各种大小的蛋白质、糖蛋白、脂蛋白； 生物膜的基本组成为磷脂和蛋白质，但不同来源的生物膜的具体生化组成有很大差异，,生物膜的生化组成,磷脂酰甘油 磷脂酰乙醇胺 磷脂酰胆碱 磷脂酰肌醇 磷脂酰丝氨酸,甘油磷脂的结构和类型,甘油、脂肪酸和磷酸构成磷脂酸；其磷酸连接不同的极性分子形成具有疏水性尾部和亲水性头部的两性磷脂分子；,膜的主体是由具有流动性的脂质双分子层构成，两性脂质分子的极性头朝向表面，疏水的尾部朝内； 膜上镶嵌有多种跨膜蛋白和膜结合蛋白，这些蛋白可在膜的内部和表面作横向移动；,1972年 S

15、. Jonathan Singer Garth Nicholson,生物膜的液态镶嵌模型,细菌细胞膜是厚约510nm的生物膜，构成生物膜双分子层的主要脂质是：磷脂酰乙醇胺和磷脂酰甘油，一般不含甾醇； 膜蛋白约占7080；,细菌的细胞膜,G+细菌细胞壁与细胞膜之间，G_细菌细胞外壁层的磷脂层与细胞膜之间，宽约1215nm的狭窄空间，呈胶状，含多种蛋白，是各种物质进出细胞的中转站；,细菌的周质空间（ periplasm）,细胞膜以内是含水量约70%，呈半透明胶状液体的细胞质，是细菌进行代谢的主要场所； 在细胞质内，存在光学显微镜下不可见的颗粒状的核糖体，平均约2000-15000个，参与蛋白质的合

16、成； 细菌核糖体大小为15nm20nm，沉降系数为70S，其中大亚基为50S，小亚基为30S； 大亚基：23SrRNA、5SrRNA和35种蛋白； 小亚基：16SrRNA和21种蛋白质；,细菌的细胞质与核糖体,细菌细胞质中有一个用富尔根法染色后，在普通光学显微镜下呈紫色的区域，称为核区； 核区是细菌染色体长约0.253.00mm的环状双链DNA，呈无规则状存在的区域；,细菌的核区（nuclear region ）,小结,细菌是单细胞生物，细胞基本结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质、核糖体和核区； 细菌的特征主要表现在形态和细胞壁组成结构上,2.1.5 细菌的特殊细胞结构,除具有原核细胞一般结构外，某些细菌可能还有与自己特殊的生理功能相适应的独特的亚细胞结构，是为细菌的特殊细胞结构； 细胞内特殊结构： 细胞内贮藏颗粒 细胞内功能性小体 芽孢（内生孢子） 细胞外特殊结构： 鞭毛和菌毛 荚膜,