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1、原核微生物,微生物根据不同进化水平和性状上的差别可分为：原核、真核、非细胞型生物。原核微生物：细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次体和衣原体六类。,细菌（真细菌）是一类单细胞、个体微小（细胞直径约0.5m，长度约0.55m）、结构简单、胞壁坚韧、多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物,是给水与废水处理中最重要的一类微生物！,第一节 细菌（Bacteria）,第一节 细菌（Bacteria）,一、细菌个体形态与大小,细菌大小以微米计,细菌的形态：A. 球状 B. 杆状 C.螺旋菌 D. 螺旋体 E. 丝状细菌（仅有少数）,（1）球菌,根据分裂方向及相互间连接方式又分为单球菌、双球菌、链球菌、四
2、联球菌、八叠球菌、葡萄球菌等。是分类的一个依据。,右图自上而下： 双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌,单球菌,葡萄球菌,球菌图片,（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、培养条件不同而有较大变化。,杆菌的几种形态,球杆菌,链杆菌,双杆菌,结核杆菌,炭疽链杆菌,乳酸杆菌,杆菌图片,（3）螺旋菌,弧菌,弧菌：螺旋周数不足一圈细菌,螺菌：26圈小型、坚硬的螺旋状细菌,螺旋体：螺旋周数超6周，体长柔软,（4）丝状细菌,分布在水生境，潮湿土壤和活性污泥中。丝状体是丝状细菌分类的特征。,水处理中的丝状细菌,11,(5)正常形态与异常形态： 正常形态：形态
3、与环境因子相关，如：培养温度，培养时间，培养基的组成；异常形态: 畸形、衰退形。,12,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,13,必须用显微镜观察,细菌的大小（续）,* 球菌（直径）：0.52.0m。 * 杆菌（其长与宽度）：( 0.51.0）m （15）m。 * 螺旋菌(宽度与弯曲长度):(0.251.7)m(260)m。 * 海洋水系中有超微细菌（ultramicrobacteria）或称纳米细菌。可通过0.2m的滤膜，某些海洋系统或土壤中每g(mL)含有10121013个细胞。 * 非洲有特大的细菌叫纳米比亚硫珍珠状菌（Thiomargarita namibiensi
4、s ），它的直径达100300m，有时出现750m的细胞。,一般结构：细胞壁、细胞质膜（细胞膜）、细胞质及其内含物、细胞核物质（拟核）。 特殊结构：芽孢、鞭毛、纤毛、荚膜、粘液层、菌胶团等。,二、细菌的细胞结构,二、细菌的细胞结构,17,细胞壁位于细胞最外的一层厚实，坚韧的外被，主要由肽聚糖构成，有固定外形和保护细胞等多种功能。,几种证实细胞壁存在的方法：染色，质壁分离法，用溶菌酶水解细胞壁，电镜下观察细菌超薄切片。,丹麦医生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。,根据此染色法，细菌可分为革兰氏阳性菌(G+)和革兰氏阴性菌(G-),1. 细胞壁（cell
5、wall）,1.1 细胞壁的化学组成与结构革兰氏阳性菌(G+)和革兰氏阴性菌(G-),1. 细胞壁（cell wall）,位于细胞最外面的一层厚实、坚韧略具弹性的薄膜（外被结构）。,1. 细胞壁（cell wall）,21,G+的细胞壁厚度大（20-80nm)，化学组分简单，一般只含有90的 和10的,G+细胞壁的构造,肽聚糖,磷壁酸,22, G+肽聚糖的结构（以金黄色葡萄球菌为例）,肽聚糖又称粘肽、胞壁质，是真细菌细胞壁所特有的成分，2080nm，有几层-25层左右的网格分子交织成网套覆盖在整个细胞上，由 肽 和 聚糖 两部分组成,23,双糖单位,四 肽 尾,肽 桥,N-乙酰葡糖胺（G）和N
6、-乙酰胞壁酸（M）以 -1，4糖苷键相连,由4个氨基酸分子按L型与D型交替连接而成,甘氨酸五肽,24,25,26,27, G+磷壁酸的结构（以金黄色葡萄球菌为例）,磷壁酸是结合在G+细菌细胞壁上的一种酸性多糖,按结合部位分,壁磷壁酸,膜磷壁酸,与肽聚糖分子间共价结合 含量随培养基成分而改变 用稀酸或稀碱可以提取,与细胞膜上的磷酯共价结合,含量与培养条件关系不大,用45的热酚水提取,28,按结构分,甘油磷壁酸 核糖醇磷壁酸,功能,带负电荷，与环境中Mg2+结合，提高其浓度，以维持膜的硬度和保证膜上一些合成酶维持高活性的需要 保证G+致病菌与其宿主间的粘连 赋予G+菌特异的表面抗原 提供某些噬菌体
7、特异的吸附受体 储藏P元素 调节细胞内自溶素的活力,29,30,G-细胞壁的构造,（1）肽聚糖,（2）外膜,（3）周质空间,31,G-细菌肽聚糖埋藏在外膜之内，是仅由12层肽聚糖网状分子组成的薄层（2-3nm)含量仅占细胞壁的10，与G+细菌的肽聚糖相比：,(1）肽尾的第3个氨基酸为内消旋二氨基庚二酸（mDAP）（2）没有特殊的肽桥，D-丙氨酸的羧基与mDAP的氨基直接连结而成，只形成疏松的机械强度较差的肽聚糖网套,32,33,外膜位于G-细菌细胞壁的外层，由脂多糖（LPS）、磷脂和若干外膜蛋白等组成,34,类脂A G-内毒素的毒性中心; 核心多糖 三种独特的糖; O-特异侧链 可用血清学法加
8、入鉴定,G的特有的脂多糖（LPS）结构,35,Figure 1.2. Structure of LPS,36,脂多糖(lipopolysaccharid,LPS),37,脂多糖（LPS）的功能,(1) 类脂A是G-细菌致病物质内毒素的物质基础;,（2）与磷壁酸相似，也有吸附Mg2+，Ca2+等阳离子以提高这些离子在细胞表面的浓度；,（3）由于LPS结构的变化，决定了G-细胞表面抗原决定簇的多样性；,38,（4）是许多噬菌体表面的吸附受体；,（5）具有控制某些物质进入细胞的部分选择性屏障。,39,外膜蛋白,指嵌合在LPS和磷脂层外膜上的蛋白，包括脂蛋白、孔蛋白等,40,周质空间（壁膜空间）：位于
9、细胞壁与细胞膜间的狭小间隙，呈胶状，内中含有多种周质蛋白： 水解酶（如蛋白质酶，核酸酶） 合成酶（肽聚糖合成酶） 结合蛋白(具有运送营养物质的作用) 受体蛋白（与细胞的趋化性有关）,41,革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较,1.2 细菌细胞壁的功能 保护细胞免受外力的损伤 维持细菌的细胞形态 阻拦大分子有害物质进入细胞 协助鞭毛运动 赋予细菌特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的敏感性,1. 细胞壁（cell wall）,2.1 细胞质膜(plasma membrane ),2. 原生质体,包括细胞质膜、细胞质及其内含物、细胞核物质。,细胞质膜的结构,紧贴在细胞壁内侧的一层由磷脂和蛋白质组成的柔软、
10、富有弹性的半透性薄膜细胞膜,细胞质膜的蛋白质,具运输作用的整合蛋白（integral protein)或内在蛋白（intrinsic protein）,具酶促作用的周边蛋白（peripheral protein）或膜外蛋白（ extrinsic protein）,脂类是磷脂，由磷酸、甘油、脂肪酸和含氮碱组成,细胞质膜的磷脂,细胞膜的结构：液态镶嵌模型（fluid mosaic model）,1）膜主体是脂质双分子层 ，亲水基团在表面，疏水基团在内部 2）双分子层有流动性 3）蛋白镶嵌或贯穿或浮在表面,1972年，辛格和尼科尔森提出该模型,47,细菌与真核生物在细胞膜上的区别：细菌细胞膜不含甾醇
11、等胆固醇，真核生物的细胞膜含有胆固醇；细菌细胞膜上有电子传递系统，而真核生物的电子传递系统在线粒体内膜上。,48,内膜系统:由细胞膜内陷形成的一些特殊结构。间体：是一种由细胞膜内陷而形成的囊状结构，其中充满着层状或管状的泡囊。多见于革兰氏阳性菌。间体又分隔壁间体（深层）和侧性间体（浅层），深层间体与DNA复制、分配以及细胞分裂有关；浅层侧性间体与胞外酶的分泌（如青霉素酶）有关。也有人认为间体仅是电镜制片时因脱水操作而引起的一种赝象。,49,间体,50,古生菌细胞膜的特点 亲水基和疏水基之间是通过醚键而不是酯键连接的 组成疏水基长链烃是异戊二烯的重复单位，而细菌或真核生物的疏水尾是脂肪酸。 古生
12、菌细胞膜存在着独特的单分子层膜或单、双分子层混合膜，而细菌或真核生物的细胞膜都是双分子层。单分子层膜多存在于嗜高温的古生菌中，其原因可能是这种膜的机械强度要比双分子层质膜高 在甘油亲水头C3分子上，可以连接多种与其它生物不同的基团。 细胞膜上含有多种独特脂类。,细胞膜的生理功能功能,维持渗透压梯度和溶质的转移 合成细胞壁 膜内陷形成中间体 在细胞质膜上进行物质代谢和能量代谢 鞭毛的着生点和提供其运动所需的能量,2.2 细胞质(cytoplasm)及内含物(inclusion body),(1)细胞质:被细胞膜包围的除核区以外的无色透明、粘稠的复杂胶体。成分为水、蛋白质、核酸、脂质，也有少量的多
13、糖和无机盐。 (2)细胞质内含物: 核糖体 内含颗粒,(1)核糖体,(1) 化学组成：由核糖核酸（RNA）和蛋白质两种化学成分组成。 (2) 染色特性：核糖体易被碱性染料染色，在光镜下细胞质中核糖体丰富的部位嗜碱性较强。 (3) 电镜结构：是近似球形的致密颗粒，直径为20nm。 (4) 功能：合成蛋白质。,54,糖原：大肠杆菌、克雷伯氏菌、 蓝细菌、芽孢杆菌等,聚羟丁酸： 固氮菌、产碱菌、肠杆菌,氮源类,藻青素：蓝细菌含有,藻青蛋白：蓝细菌含有,磷源（异染粒）：迂回螺菌、白喉棒杆菌和结核分枝杆菌含有,硫源：蓝细菌、丝硫细菌、贝日阿托氏菌,Reserve materials / Reserve
14、granule,碳源及能源类,55,(2)贮藏物：主要是贮存营养物质 糖元和淀粉：是细菌的碳源和能源物质，大肠杆菌及许多芽孢杆菌含有。 聚-羟丁酸（PHB）：是许多细菌特有的碳源和能源类贮藏物。它无毒、可塑、易降解，是生产医用塑料、生物降解塑料的好材料。 异染颗粒（迂回体或捩转菌素）：其主要功能是储藏磷酸盐和能量，并可降低渗透压。因此物质能把蓝色染料变为红紫色，故名异染颗粒。迂回螺菌、白喉棒杆菌、分枝杆菌含有。,(3) 拟核(Nucleoid),拟核：原核生物所特有的无核膜和核仁的原始细胞核，亦称细菌染色体。由一条环状双链的DNA分子高度折叠缠绕形成。功能：携带细菌全部遗传信息，决定遗传性状和
15、传递遗传信息。,拟核（nucleoid）,荚膜,(1)荚膜 capsule，粘液层 slime layer,2.3 细菌细胞的特殊结构,59,（1）荚膜 1、概念：有些细菌生活在一定的营养条件下，可向细胞壁表面分泌一层具有一定外形，相对稳定地附着于细胞壁外的粘液状或胶质状物质。产荚膜细菌菌落光滑（S-型），不产荚膜细菌菌落较粗糙（R-型）。 荚膜可用负染色观察 2、菌胶团：有时细菌的荚膜连在一起，成为一团，其中包含多个细菌。 3、粘液层：若细菌细胞壁表面这层粘液状物质比荚膜疏松，而且可向周围环境扩散，无明显界限。这就是粘液层。,荚膜的功能：,荚膜的功能： 增强某些致病菌的侵染力 保护作用：可防
16、止噬菌体吸附和裂解，保护致病菌免受宿主白细胞的吞噬，保护细菌免受干燥的影响 当缺乏营养时，荚膜可被用作碳源、能源 具有生物吸附作用 堆积代谢产物,被一个公共荚膜包围形成一定形状的细菌集团。菌胶团形成的机理，主要有两个：粘液说和含能说。,（1）菌胶团（zoogloea ）,菌胶团图片,63,（2）细菌的休眠结构芽孢 （spore）1)芽孢：某些细菌在其生长发育后期，可在细胞内形成一个圆形或椭圆形、含水量极低的抗逆性很强的休眠体。2)芽孢的属性：一个营养细胞只能形成一个芽孢，一个芽孢也只能产生一个营养体，所以，芽胞是休眠体，而不是繁殖体。3)芽孢的抗逆性：芽胞是生物界抗逆性最强的生命体。具有抗热、抗化学药物、抗辐射和抗静水压等特性。,64,4)产芽孢细菌：主要是好氧性芽孢杆菌属和厌氧型梭菌属。芽孢的有无、芽孢的形态、大小和着生位置是细菌的分类依据之一。5)芽孢的结构：芽孢由孢外壁、芽孢衣（壳）、皮层、原生质体（核心）构成。核心又有芽孢壁、芽孢质膜、芽孢质、芽孢核区组成。,
