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1、第二章第二章 微生物细胞的构造与分裂微生物细胞的构造与分裂本章内容：本章内容：微生物的细胞构造与功能微生物的细胞构造与功能细胞分裂细胞分裂真核微生物的生活史真核微生物的生活史原核微生物原核微生物无核膜包无核膜包围，只需裸露，只需裸露DNA，无有，无有丝分裂，短少分裂，短少由膜包由膜包围的其他的其他细胞器胞器如如线粒体、内粒体、内质网、叶网、叶绿体等的原始体等的原始单细胞生物。胞生物。真核微生物真核微生物细胞核有核膜包胞核有核膜包围成一个成一个明确的核，能明确的核，能进展有展有丝分分裂，裂，还具有由膜包具有由膜包围的其的其他他细胞器的生物。胞器的生物。 细菌细胞构造与功能细菌细胞构造与功能v普通
2、构造：如细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体、核糖体等，是普通构造：如细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体、核糖体等，是一切细菌都有的构造一切细菌都有的构造v特殊构造：主要有鞭毛、菌毛、性菌毛、糖被和芽孢等，并非一特殊构造：主要有鞭毛、菌毛、性菌毛、糖被和芽孢等，并非一切细菌都有的构造切细菌都有的构造普通构造：普通构造：普通普通细菌都菌都有的构造有的构造特殊构造：特殊构造：部分部分细菌具菌具有的或普通有的或普通细菌在特殊菌在特殊环境下才有境下才有的构造的构造细菌细胞壁细菌细胞壁cell wall:cell wall:细胞壁的功能：胞壁的功能： 细胞壁胞壁赋予予细胞以硬度和外胞以硬度和外形，形，为细胞生胞生
3、长、分裂和鞭毛运、分裂和鞭毛运动所必需，并能阻所必需，并能阻拦某些大分子物某些大分子物质进入入细胞，胞，维护细胞免受有害物胞免受有害物质的的损伤，它，它还决决议了了细菌具有特定菌具有特定的抗原性、致病性以及的抗原性、致病性以及对抗生素和抗生素和噬菌体的敏感性等特有的生理功能。噬菌体的敏感性等特有的生理功能。 G G与与GG细菌菌cwcw的方式构造的方式构造 细胞壁是位于菌体的外胞壁是位于菌体的外层，内，内侧紧贴细胞膜的一胞膜的一层无色透明，无色透明，坚韧而有而有弹性的构造。性的构造。细胞壁胞壁约占占细胞胞干重的干重的10%25%10%25%。主要由。主要由肽聚糖构聚糖构成。成。 肽聚糖肽聚糖概
4、念：概念：肽聚糖是由聚糖是由 N乙乙酰胞壁酸胞壁酸NAM和和N乙乙酰葡糖胺葡糖胺NAG以及短以及短肽链主要是四主要是四肽组成的成的亚单位聚位聚合而成的大分子聚合物。合而成的大分子聚合物。细胞壁的根本骨架胞壁的根本骨架肽聚糖聚糖肽肽聚糖网格状构造聚糖网格状构造聚糖网格状构造聚糖网格状构造革革革革兰兰氏阳性菌氏阳性菌氏阳性菌氏阳性菌肽肽聚糖聚糖聚糖聚糖单单体体体体 NAG 与 NAM 残基以-1,4糖苷键交替衔接，构成聚糖的骨架主链；一组一样的短肽侧链接于NAM上；相连主链上的短肽侧链经过一条肽桥、或直接相连，从而构成网状分子构造。肽聚糖聚糖单体体网状构造网状构造G+菌肽聚糖单体G菌肽聚糖单体溶菌
5、酶对细胞壁的作用溶菌酶对细胞壁的作用可切断可切断NAMNAM和和NAGNAG之之间的的11，4 4糖苷糖苷键，引起引起细菌裂解。菌裂解。 对GG菌，在菌，在EDTAEDTA存存在下，受溶菌在下，受溶菌酶作用。作用。 溶菌溶菌酶处置后的菌置后的菌细胞胞应保管在弱高渗保管在弱高渗0.1 0.2M0.1 0.2M蔗糖液蔗糖液中。中。青霉素对细菌细胞壁的作用青霉素对细菌细胞壁的作用 Penicillium Penicillium与转肽酶结合，而使该酶失活，与转肽酶结合，而使该酶失活，抑制了侧链末端的丙氨酸与五肽桥的衔接，破坏了抑制了侧链末端的丙氨酸与五肽桥的衔接，破坏了细菌细胞壁的完好性即抑制肽聚糖的
6、合成，因细菌细胞壁的完好性即抑制肽聚糖的合成，因此，此， Penicillium Penicillium仅对正在生长着的细菌，且主要仅对正在生长着的细菌，且主要是对是对G+G+菌有效。菌有效。细胞壁缺损型细菌细胞壁缺损型细菌概念：自概念：自发突突变或人或人为得到缺壁得到缺壁细菌。菌。 缺壁缺壁细菌菌实验室或宿主体内构成室或宿主体内构成自然界自然界长期期进化构成化构成支原体支原体缺壁突缺壁突变LL型型细菌菌人工去壁人工去壁根本去尽根本去尽 原生原生质体体G G部分去掉部分去掉 球状体球状体G-G-原生质体：人为用溶菌酶除原生质体：人为用溶菌酶除CWCW或青霉素抑制或青霉素抑制CWCW合成得到合成
7、得到CMCM包裹的球状细胞，普通包裹的球状细胞，普通G G最易构成原生质体。最易构成原生质体。 球状体又称原生质球，指还残留了部分细胞壁尤其是球状体又称原生质球，指还残留了部分细胞壁尤其是G-G-细菌外膜层的原生质体。细菌外膜层的原生质体。共同特点：共同特点： 对环境条件变化敏感；对环境条件变化敏感； 即使有鞭毛，也不能运动；即使有鞭毛，也不能运动； 对噬菌体不敏感；对噬菌体不敏感； 外源基因容易导入，有利于遗传学根本研讨；外源基因容易导入，有利于遗传学根本研讨； 不同菌种或菌株的原生质体间易发生细胞交融，因此可不同菌种或菌株的原生质体间易发生细胞交融，因此可用于杂交育种。用于杂交育种。酵母菌
8、的细胞构造酵母菌的细胞构造与其他真核生物根与其他真核生物根本一样，右图是电本一样，右图是电子显微镜下的酿酒子显微镜下的酿酒酵母细胞构造表示酵母细胞构造表示图。图。酵母菌细胞的构造酵母菌细胞的构造酵母细胞的细胞壁酵母细胞的细胞壁(1)(1)细胞壁构造：胞壁构造：酵母酵母细胞壁呈胞壁呈“三明三明治构造治构造外外层：甘露聚糖：甘露聚糖约占占40%-45%40%-45%，以，以-糖苷糖苷键结合并非一合并非一切酵母菌都有切酵母菌都有) )内内层：葡聚糖：葡聚糖约占占30-40%30-40%，由，由D-D-葡萄糖以葡萄糖以-糖苷糖苷键结合合中中间层：蛋白：蛋白质含含5-10%5-10%，多，多为酶类 细胞
9、壁2 2壁外成分：壁外成分： 有些菌壁外含有由多糖构成的类似荚膜的构造。有些菌壁外含有由多糖构成的类似荚膜的构造。 包括异多糖、甘露聚糖和包括异多糖、甘露聚糖和淀粉类物质。淀粉类物质。 3 3细胞壁的少量胞壁的少量组分分脂脂类(3%-8%)(3%-8%)和几丁和几丁质1%-2%)1%-2%)和灰分和灰分. .蜗牛酶蜗牛酶 ：水解酵母菌细胞壁制备原生质体或水解酵母子囊：水解酵母菌细胞壁制备原生质体或水解酵母子囊壁以释放单倍体子囊孢子。壁以释放单倍体子囊孢子。 霉菌的构造霉菌的构造细胞膜细胞膜液泡液泡内质网内质网细胞壁细胞壁线粒体线粒体细胞核细胞核核糖体核糖体由细胞壁、细胞膜、由细胞壁、细胞膜、细
10、胞质、细胞核、细胞质、细胞核、线粒体、核糖体、线粒体、核糖体、内质网及各种内含内质网及各种内含物肝糖、脂肪滴、物肝糖、脂肪滴、异染粒等等组成。异染粒等等组成。幼龄菌往往液泡小幼龄菌往往液泡小而少，老龄菌具有而少，老龄菌具有较大的液泡。较大的液泡。除少数低等水生霉菌细胞壁含纤维素外除少数低等水生霉菌细胞壁含纤维素外, ,大部分霉菌细胞壁主大部分霉菌细胞壁主要由几丁质组成要由几丁质组成. . 霉菌细胞壁：霉菌细胞壁：霉菌的细胞壁可用蜗牛消化酶等消化霉菌的细胞壁，制备霉菌霉菌的细胞壁可用蜗牛消化酶等消化霉菌的细胞壁，制备霉菌的原生质体。的原生质体。 细胞壁以内的构造略细胞壁以内的构造略 细胞壁以外的
11、构造略细胞壁以外的构造略 核质体核质体(nuclear body;nucleoid)(nuclear body;nucleoid)细菌菌DNADNA：长度：普通度：普通为：0.253mm0.253mm例例 ： 大大 肠 杆杆 菌菌 的的 DNADNA长 约 1mm1mm。生生长迅迅速速的的细菌菌在在核核分分裂裂之之后后细胞胞往往往往来来不不及及分分裂裂, ,所所以以细胞胞中中常常有有2424个个核核质体体，而而生生长缓慢慢的的细菌菌细胞胞中中普普通通只只需需1212个个核核区区，不不在在染色体复制染色体复制时期普通是期普通是单倍体。倍体。功能：功能：负载遗传信息。信息。又叫核区、拟核、类核等，
12、由大型环状双链又叫核区、拟核、类核等，由大型环状双链DNADNA纤丝不规那么纤丝不规那么地折叠或缠绕而构成的无核膜、核仁的区域地折叠或缠绕而构成的无核膜、核仁的区域 质粒质粒(plasmids)(plasmids) 细菌染色体外的共价菌染色体外的共价闭合合环状双状双链的小型的小型DNADNA分分子分子量子分子量约为100 106 D. 100 106 D. 一个菌一个菌细胞可有胞可有一或多个一或多个质粒粒, ,每个每个质粒上有几十个基因粒上有几十个基因 。Structure of a bacterium highlighting the bacterial plasmid.质粒的特点：质粒的特
13、点：1 1、可以在细胞质中独立于染色体之外即以、可以在细胞质中独立于染色体之外即以游离形状存在，也可以插入到染色体上以游离形状存在，也可以插入到染色体上以附加体的方式存在；附加体的方式存在；2 2、在细胞分裂时，可以不依赖于细菌染色体、在细胞分裂时，可以不依赖于细菌染色体而独立进展自我复制，也可以插入到细菌染而独立进展自我复制，也可以插入到细菌染色体中与染色体一道进展复制；色体中与染色体一道进展复制；3 3、质粒可以经过转化或接协作用而由一个细、质粒可以经过转化或接协作用而由一个细胞转移到另一个细胞，使两个细胞都成为带胞转移到另一个细胞，使两个细胞都成为带有质粒的细胞；有质粒的细胞；4 4、质
14、粒对于细胞生存并不是必要的。、质粒对于细胞生存并不是必要的。质粒已作为基因工程中的克隆载体质粒已作为基因工程中的克隆载体质粒的种类质粒的种类: :1、大肠杆菌的F因子2、细菌抗药质粒R因子3、大肠杆菌素质粒Col因子4、降解质粒5、Ti质粒第二节第二节 细胞分裂细胞分裂任何生物细胞的生命都是有一定限制的，要延续细胞生任何生物细胞的生命都是有一定限制的，要延续细胞生命必需进展细胞分裂，细胞分裂是实现生物体生长、繁命必需进展细胞分裂，细胞分裂是实现生物体生长、繁衍以及世代之间物质与机能延续性的一种必要方式。衍以及世代之间物质与机能延续性的一种必要方式。细胞分裂细胞分裂无丝分裂无丝分裂有丝分裂有丝分
15、裂减数分裂减数分裂一、细胞的有丝分裂一、细胞的有丝分裂 有丝分裂是细胞分裂的主要方式。有丝分裂是细胞分裂的主要方式。 多细胞生物体的细胞由有丝分裂而增多，即有丝分裂是生多细胞生物体的细胞由有丝分裂而增多，即有丝分裂是生物体的体细胞分裂，分裂结果使生物体变粗、变长、变大。物体的体细胞分裂，分裂结果使生物体变粗、变长、变大。 有丝分裂使细胞核和细胞质各分成两半。细胞核的分裂在有丝分裂使细胞核和细胞质各分成两半。细胞核的分裂在染色体开场分裂前曾经复制成一倍。染色体数目的正确分裂染色体开场分裂前曾经复制成一倍。染色体数目的正确分裂是有丝分裂的关键，而细胞质的分裂不一定非常正确。是有丝分裂的关键，而细胞
16、质的分裂不一定非常正确。有丝分裂的过程按如下几个时期进展：间期、前期、中期、后期、末期二、细胞的减数分裂二、细胞的减数分裂减数分裂是生物个体数添加，它是有丝分裂的一种减数分裂是生物个体数添加，它是有丝分裂的一种特殊方式。特殊方式。这种分裂是二倍细胞变成单倍细胞或生殖细胞成熟这种分裂是二倍细胞变成单倍细胞或生殖细胞成熟时的一种分裂方式，它要进展延续二次的分裂。时的一种分裂方式，它要进展延续二次的分裂。在二次分裂中，染色体仅分裂一次，而细胞那么分在二次分裂中，染色体仅分裂一次，而细胞那么分裂二次，结果产生裂二次，结果产生4个子细胞，使每个子细胞的染色个子细胞，使每个子细胞的染色体数目减少一半。体数
17、目减少一半。对高等生物来讲，生殖细胞的前身是二倍的卵母和精母细对高等生物来讲，生殖细胞的前身是二倍的卵母和精母细胞。要构成单倍的精子和卵子必需经过减数分裂方能进展胞。要构成单倍的精子和卵子必需经过减数分裂方能进展结合、遗传而成二倍的体细胞，否那么倍数会不断添加，结合、遗传而成二倍的体细胞，否那么倍数会不断添加，生物就无法维持其遗传稳定性。生物就无法维持其遗传稳定性。对低等生物，如衣藻、真菌等有性世代的有性生殖过程中对低等生物，如衣藻、真菌等有性世代的有性生殖过程中的合子是二倍体，而它们的孢子和营养体植株、菌丝体的合子是二倍体，而它们的孢子和营养体植株、菌丝体是单倍的。由于这些生物有性世代的二倍
18、体阶段是很短是单倍的。由于这些生物有性世代的二倍体阶段是很短的，也必需进展减数分裂回到单倍体世代。的，也必需进展减数分裂回到单倍体世代。减数分裂的过程：第一次分裂，染色体和细胞都分裂。第减数分裂的过程：第一次分裂，染色体和细胞都分裂。第二次分裂，染色体不分裂仅细胞分裂。二次分裂，染色体不分裂仅细胞分裂。减数分裂的意义：减数分裂的意义： 各种生物由于减数分裂和两性细胞结合受精作用各种生物由于减数分裂和两性细胞结合受精作用过程的交替进展，使染色体数目和遗传性状有规律过程的交替进展，使染色体数目和遗传性状有规律地坚持相对稳定；地坚持相对稳定； 在减数分裂过程中，经过同源非姐妹染色体单体之间的在减数分
19、裂过程中，经过同源非姐妹染色体单体之间的交换和重组，引起变异的发生，这为杂交育种提供了实际交换和重组，引起变异的发生，这为杂交育种提供了实际和实际根底，在生物界的遗传和进化上具有重要意义。和实际根底，在生物界的遗传和进化上具有重要意义。第三节第三节 真核微生物的生活史真核微生物的生活史生活史：生物在生长发育一个循环周期中的一系列变化。生活史：生物在生长发育一个循环周期中的一系列变化。例如，丝状真菌从一种孢子开场，经过一定的生长繁衍，包例如，丝状真菌从一种孢子开场，经过一定的生长繁衍，包括无性繁衍和有性繁衍两个阶段，最后有产生同一种孢子，括无性繁衍和有性繁衍两个阶段，最后有产生同一种孢子，这一循
20、环称为丝状真菌的生活史。这一循环称为丝状真菌的生活史。高等动植物只需有性生殖，从性细胞受精后，经过生长发育，高等动植物只需有性生殖，从性细胞受精后，经过生长发育，直至生命终了。直至生命终了。低等生物包括真核微生物繁衍后代，经过有性生殖、无低等生物包括真核微生物繁衍后代，经过有性生殖、无性生殖或准性生殖来完成的。性生殖或准性生殖来完成的。u生物在整个生活周期中可以从形状、细胞功能和染色体生物在整个生活周期中可以从形状、细胞功能和染色体倍数变化的几个方面来完成它们的生长发育过程，但不同倍数变化的几个方面来完成它们的生长发育过程，但不同生物其生活史在以下几方面的表现是不同的。生物其生活史在以下几方面
21、的表现是不同的。多细胞的高等动植物是二倍体生物，它们的体细胞为二多细胞的高等动植物是二倍体生物，它们的体细胞为二倍体，经过减数分裂产生两性生殖细胞，即精、卵细胞。倍体，经过减数分裂产生两性生殖细胞，即精、卵细胞。两性细胞相互交融，构成二倍体的受精卵，经过有丝分裂两性细胞相互交融，构成二倍体的受精卵，经过有丝分裂产生许多二倍体的体细胞。产生许多二倍体的体细胞。真核微生物，多数属于单倍体生物。它们的体细胞是单真核微生物，多数属于单倍体生物。它们的体细胞是单倍的，用来接合的两个体细胞不需求进展减数分裂就可以倍的，用来接合的两个体细胞不需求进展减数分裂就可以成为接合子。它们是二倍体的体细胞，经过减数分
22、裂产生成为接合子。它们是二倍体的体细胞，经过减数分裂产生单倍体的有性孢子，有性孢子萌生后产生单倍的营养体。单倍体的有性孢子，有性孢子萌生后产生单倍的营养体。典型担子菌的生活史典型担子菌的生活史 根霉生活史根霉生活史接合孢子孢囊孢子酵母菌有两个类型生活史较为特别。酵母菌有两个类型生活史较为特别。营养体既可以单倍体也可以双倍体方式存在，酿酒酵母营养体既可以单倍体也可以双倍体方式存在，酿酒酵母是这类生活史的代表。是这类生活史的代表。营养体只能以二倍体方式存在，路德类酵母是这类型的代表。营养体只能以二倍体方式存在，路德类酵母是这类型的代表。真菌的生活周期包括无性繁衍、有性繁衍或准性繁衍。有真菌的生活周
23、期包括无性繁衍、有性繁衍或准性繁衍。有性繁衍往往比无性繁衍少得多，只在特定条件下才出现。性繁衍往往比无性繁衍少得多，只在特定条件下才出现。不产生有性孢子的半知菌纲中的真菌，往往以准性繁衍来不产生有性孢子的半知菌纲中的真菌，往往以准性繁衍来完成它们的生活史。完成它们的生活史。有的真菌本身能产生有性孢子，但也有能够进展准性繁衍。有的真菌本身能产生有性孢子，但也有能够进展准性繁衍。霉菌的生殖霉菌的生殖 霉菌的基因重组普通也可以经过有性生殖或准性生霉菌的基因重组普通也可以经过有性生殖或准性生殖过程完成殖过程完成准性生殖是指不经过减数分裂就能导致基因重组的生殖过程准性生殖是指不经过减数分裂就能导致基因重
24、组的生殖过程异核体的构成、二倍体的构成以及体细胞交换和单倍体化异核体的构成、二倍体的构成以及体细胞交换和单倍体化 霉菌的有性生殖有性有性孢子繁衍子繁衍两个性两个性细胞胞结合合产生新个体的生新个体的过程程a a质配：两个性配：两个性细胞胞结合，合，细胞胞质交融，成交融，成为双核双核细胞，每胞，每个核均含个核均含单倍染色体倍染色体n+nn+n。b b核配：两个核交融，成核配：两个核交融，成为二倍体接合子核，此二倍体接合子核，此时核的染色核的染色体数是二倍体数是二倍2n2n。c c减数分裂：具有双倍体的减数分裂：具有双倍体的细胞核胞核经过减数分裂，核中的染减数分裂，核中的染色体数目又恢复到色体数目又恢复到单倍体形状。倍体形状。35 霉菌的准性生殖霉菌的准性生殖菌丝结合菌丝结合 形状上无区别、形状上无区别、遗传特性有差别遗传特性有差别的体细胞之间的体细胞之间 细胞核由一根菌细胞核由一根菌丝进入另一根菌丝进入另一根菌丝构成含两种或丝构成含两种或两种以上基因型两种以上基因型的异核菌丝的异核菌丝 异核体异核体 核交融核交融 杂合双倍体杂合双倍体 有丝分裂过有丝分裂过程中染色体程中染色体之间的交换之间的交换 体细胞交换体细胞交换及单倍体化及单倍体化 准性生殖与有性生殖的比较 体体
