微生物学课件第一章 原核生物的形态、构造和功能 第一节 细菌（1）.ppt

原核生物 真核生物 非细胞微生物,,,真细菌 古生菌,微生物,原核生物,原核生物（prokaryotes）即广义的细菌， 指一大类细胞核无核膜包裹的，只存在称作 核区（nuclear region）的裸露 DNA 的原始单细 胞生物。,原核生物,,真细菌 古生菌,原核生物,细菌（狭义的） 放线菌 蓝细菌 支原体 立克次氏体 衣原体,,,,三菌,三体,细 菌（bacteria）,第一节,,细菌（bacteria）是一类细胞细短、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。,细菌的存在 ？ Where? When ?,Anywhere? Anytime ?,适宜生长的环境条件: 温度，湿度，pH，营养,1.培养 2.可观察的形态 群体（菌落，菌苔） 个体（显微镜）,How to find and detect ?,一、细胞的形态构造及其功能,球状（coccus）,杆状（rod）,螺旋状（spirillum）,,基本形态,（一）形态和染色,球状,杆状,螺旋状,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。,1. 球菌,球菌,单球菌 双球菌 链球菌 四联球菌 八叠球菌 葡萄球菌,,例如，尿素微球菌、 藤黄微球菌等。,单球菌：细胞沿一个平面进行 分裂，分裂后的子细 胞分开单独存在。,藤黄微球菌,双球菌：细胞沿一个平面 进行分裂，分裂 后的子细胞成双 成对排列。,例如，肺炎双球菌、 脑膜炎双球菌、 奈瑟氏淋病双球菌等。,链球菌：细胞沿一个平面 进行分裂，分裂 后的子细胞排列 成链状。,例如， 乳链球菌、 肺炎链球菌、 恶臭链球菌等。,四联球菌： 细胞沿两个互相垂直的平面 进行分裂，分裂后子细胞连 在一起成“田”字。,例如， 四联微球菌、 四联消化链球菌等。,四联微球菌,四联球菌,八叠球菌： 细胞沿三个互相垂直的平面 进行分裂，八个子细胞叠成 一个立方体。,例如， 尿素八叠球菌、 藤黄八叠球菌等。,藤黄八叠球菌,八叠球菌,葡萄球菌： 细胞分裂方向不定，子细胞 不规则地集在一起，像一串 串葡萄。,例如， 金黄色葡萄球菌、 白色葡萄球菌、 表皮葡萄球菌等。,金黄色葡萄球菌,葡萄球菌,分裂行为与球菌形态关系,,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。,2. 杆菌,单杆菌 双杆菌 链状杆菌 球杆菌,杆菌,,杆状细菌的排列方式与形态,,（1）结核分枝杆菌,（2）炭疽杆菌,（3）破伤风梭菌,注意： 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。,杆菌的两端有的笔直, 有的弯曲, 杆菌两端的情况在分类上很重要。,有的像刀切一样整齐 例如，炭疽杆菌 有的钝圆 例如，枯草杆菌 有的呈梭状 例如，肉毒梭菌,杆菌两端：,螺旋状的细菌， 称为螺旋菌。,3. 螺旋菌,弧菌,螺旋菌,螺旋体,,螺旋菌,弧菌：菌体只有一个弯曲，形似 C 字或逗号,螺旋菌：菌体回转如螺旋,螺旋体：螺旋数大于6环,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。,例：霍乱弧菌、逗号弧菌,螺旋菌：菌体回转如螺旋， 螺旋数2～6环, 鞭毛二端生, 细胞壁坚韧， 菌体较坚硬。,例：干酪螺菌,螺旋体：螺旋数大于6环， 菌体柔软，无鞭毛， 大多数是致病菌。,梅毒密螺旋体,例：黄疸出血热群钩端螺旋体,,,1）柄杆菌（prosthecate bacteria）,2）星形细菌（star-shaped bacteria ）,3）方形细菌（square-shaped bacteria）,4）异常形态,4. 特殊形态,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， 并有特征性的细柄。,1）柄杆菌（prosthecate bacteria）,（Genus Stella 星状菌属）,2) 星形细菌（star-shaped bacteria ）,（Haloarcula 盐盒菌属 ）,3) 方形细菌（square-shaped bacteria）,4）异常形态,畸形：细胞在理化因素的刺激下，细胞发育 受到阻碍，从而形态异常。,衰颓型：培养时间过长，营养贫乏或自身代谢 产物浓度过高等原因使细胞异常。,畸形：细胞在理化因素的刺激下， 细胞发育受到阻碍，从而形态异常。,正常形态：短杆状,畸形：丝状、 纺锤状、 链锁状,,温度变化,例如：醋酸杆菌,衰颓型：培养时间过长，营养贫乏或自身代谢 产物浓度过高等原因使细胞异常。,正常形态：杆状,衰颓型：分支状,,过熟,例如：奶酪杆菌,,结核杆菌的正常形态,结核杆菌的异常形态,不同的形态,细胞大小表示：直径×长 单位：m,细菌大小测量: 显微测微尺,细菌的大小 the size of bacteria,一般细菌的大小范围：,0.5 ～ 1 m (直径),0.2 ~ 1 m(直径)×1 ~ 80 m(长度),0.3 ~ 1 m(直径)×1 ~ 50 m(长度),细菌细胞的大小,费氏刺尾鱼菌 (Epulopiscium fishelsoni) (80 m ×200~600  m) 体积比大肠杆菌大100万倍（1985年发现）,费氏刺尾鱼菌,草履虫,德国 Schulz 等 1997 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)，以H2S为生。,纳米比亚嗜硫珠菌 Thiomargarita namibiensis 细胞直径0.3~1 mm (迄今发现最大的细菌！),（nanobacteria）（50 nm）,最大和最小细菌的个体大小悬殊：,（Thiomargarita namibiensis） （0.3~1 mm）,,10亿 ～ 100 亿倍,（二）构造,细菌的一般构造,细菌的特殊构造,细胞壁 细胞膜 细胞质 核区,鞭毛 菌毛 性菌毛 糖被 芽孢,,,细菌细胞的结构,一般细菌都具有的 构造称一般构造，包括：,1. 细菌细胞的一般构造,细胞壁 细胞膜 细胞质 核区,细菌细胞的结构,细胞壁是位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧，略具弹性的细胞结构。,（1）细胞壁（cell wall）,细胞壁（cell wall）,细胞壁的功能,细胞壁的化学组成与结构,细胞壁的观察,,,,细胞壁的观察方法： A 质壁分离＋染色 B 电镜观察,细胞壁的观察,,细菌细胞壁 （质壁分离＋染色）,细菌超薄切片电镜照片 （图示细胞壁与细胞膜）,为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需;,渗透屏障，阻拦大分子有害物质进入细胞;,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。,细胞壁的功能,固定细胞外形，提高机械强度;,,,细胞壁的化学组成与结构,革兰氏染色法 细胞壁化学组成与结构 革兰氏染色的机理 青霉素的作用,,细菌细胞染色法,细菌染色法,死菌,正染色,革兰氏染色法 抗酸性染色法 芽孢染色法 姬姆萨染色法,鉴别染色法,简单染色法,活菌,负染色：荚膜染色法等,,,,,用美蓝（亚甲蓝）或TTC（氯化三苯基四氮唑）等作活菌染色,革兰氏染色法是细菌细胞 的复合染色法，是由丹麦医生 Hans Christian Gram 于1884年创立的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。,革兰氏染色法,2.结晶紫对菌液涂片进行初染;,3.用碘溶液进行媒染，染料和细胞间结合得更牢；,4.用乙醇或丙酮进行冲洗脱色；,5.用碱性染料番红进行复染。,A. 革兰氏染色步骤,1.培养物常规涂片、干燥和固定;,,,,,1.制片,2.初染,3.媒染,4.脱色,5.复染,,,,,,初染,甲菌,,,,,,,,,,,乙菌,,结晶紫,媒染,碘液,脱色,乙醇,复染,番红,紫色（G＋）,红色（G-）,革兰氏染色步骤示意图,,,,单菌染色结果（G+或 G-）,B. 革兰氏染色结果及细菌分类,混合菌染色结果（G+和 G-）,G＋细菌与G－细菌细胞壁成分比较,G+和 G- 细胞壁结构比较（立体模型）,G+和 G- 细胞壁结构比较（平面模型）,革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁构造的比较,特点: 厚度大（20～80 nm）,1）G+细菌的细胞壁,化学组分简单: 一般只含90%肽聚糖 (peptidoglycan)和10% 磷壁酸(teichoic acid)。,① 肽聚糖,,② 磷壁酸,,,革兰氏阳性菌细胞壁结构,① 肽聚糖（peptidoglycan）,肽聚糖又称粘肽（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，结合在G+细胞壁上的一种酸性多糖。,肽聚糖,磷壁酸,细胞膜,G＋,胞壁酸,肽 聚糖,,,肽聚糖,四肽尾 肽桥,N - 乙酰葡糖胺 N - 乙酰胞壁酸,,,厚20~80 nm， 由40层左右的 网格状分子织 成的网套覆盖 在整个细胞上,G+肽聚糖网格状结构,G+细菌细胞壁上特有的化学成分，主要分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。,② 磷壁酸(teichoic acid),与肽聚糖分子间进行共价 结合，含量随培养基成分 而改变，一般占细胞壁质 量的10%，有时接近50%。,膜磷壁酸脂磷壁酸,壁磷壁酸,,磷壁酸种类,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。,,磷壁酸的主要生理功能,1. 通过负电荷浓缩Mg2+，提高细胞膜上合成酶活性；,2. 贮藏磷元素；,6. 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。,5. G+细菌特异表面抗原的物质基础；,4. 噬菌体的特异性吸附受体；,3. 调节细胞内自溶素(autolysin)的活力，防止自溶;,,可作为细菌分类、鉴定的依据,2） G-细菌的细胞壁,① 肽聚糖,② 外膜,,,革兰氏阴性菌细胞壁结构,外 膜,埋藏在外膜层之内， 仅由1～2层肽聚糖网状 分子组成薄层(2~3 nm)， 含量约占细胞壁总重的 10%，故对机械强度的 抵抗力较G+细菌弱。,①革兰氏阴性菌肽聚糖,G－,G－肽聚糖网格状结构,四肽尾的第三个氨基酸分子是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，只形成较为疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套。,G-细菌肽聚糖与G+细菌的区别,,,细胞壁的基本骨架——肽聚糖,G-细菌肽聚糖单体,G+细菌肽聚糖单体,没有特殊的肽桥，只形成较为疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套,,,,内消旋二氨基庚二酸(m-DAP),,大肠杆菌, G-,金黄色葡萄球菌 ,G+,外膜是G-细菌细胞壁所特有的结构，位于G-细菌细胞壁外层，由脂多糖、磷脂和脂蛋白等若干种蛋白质组成，有时也称为外壁。,② 外膜 (outer membrane),脂多糖 磷脂 脂蛋白,,外膜,外膜,肽聚糖,脂多糖,脂蛋白,磷脂,脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）,位于G-细胞壁最外层的一层较厚（8~10 nm）的类脂多糖类物质。,脂多糖 LPS 的结构,脂多糖 LPS 的功能,脂多糖（ LPS ）的结构,类脂 A,核心多糖（core polysaccharide）,O-特异侧链（O-specific side chain）或称O-多糖、O-抗原,脂多糖,,,,,脂多糖的结构,决定了G-细菌细胞表面抗原决定簇的多样性,脂多糖的功能,提高Mg2+、Ca2+等阳离子在细胞表面浓度， 对细胞膜结构起稳定作用,是G-细菌致病物质——内毒素的物质基础,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。,LPS O-特异侧链结构的多变， 决定了G-细菌细胞表面抗原 决定簇的多样性；,如：沙门氏菌属（Salmonella）的抗原型多达2 107种。 这种多变性是G-细菌躲避宿主免疫系统攻击，保持感染成功的重要手段。,LPS 的功能之一,O -多糖侧链,LPS（核心多糖）的负电荷较强，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，对细胞膜结构起稳定作用；,LPS 的功能之二,LPS（类脂A）是G-细菌致病物质 ——内毒素的物质基础,LPS 的功能之三,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。,LPS 的功能之四,LPS 的功能之五,外膜蛋白（outer membrane protein）,嵌合在LPS和磷脂层外膜上的蛋白。有20余种，但多数功能尚不清楚。,外膜蛋白,孔蛋白（porin）,脂蛋白（lipoprotein）,,非特异性孔蛋白,特异性孔蛋白,,孔蛋白是由3个相同相对分子质量（36 000）蛋白亚基组成的一种三聚体跨膜蛋白，中间有一直径约1 nm 的孔道，通过孔的开、闭，可对进入外膜层的物质进行选择。,孔蛋白（porin）,非特异性孔蛋白,特异性孔蛋白,可通过相对分子质量小于800～900的任何亲水性分子。,只容许一种或少数几种相关物质通过，如维生素B12和核苷酸等。,脂蛋白是一种通过共价键使外膜层牢固地连接在肽聚糖内壁层上的蛋白，相对分子质量约为7 200。,脂蛋白（lipoprotein）,周质空间又称壁膜间隙。G+和G-细菌中均有，一般指其细胞壁与细胞膜之间的狭窄空间（宽12~15 nm），呈胶状。,周质空间（periplasmic space, periplasm）,周质空间是进出细胞的 物质的重要 中转站和反 应场所。,在周质空间中，存在着多种周质蛋白（periplasmic protein）。,水解酶类,合成酶类,结合蛋白,受体蛋白,,周质蛋白,革兰氏阳性和阴性细菌的比较,革兰氏阳性菌,革兰氏阴性菌,革兰氏阳性和阴性细菌的比较,G－,G＋,,细菌的细胞壁,肽聚糖仅在细菌中发现 肽聚糖有利于防止由于膨压引起的细胞溶解,革兰氏染色的原理分析,,3）古生菌（Archaea）的细胞壁,古生菌又称古细菌（Archaebacteria）或称古菌，是一个在进化途径上很早就与真细菌和真核生物相互独立的生物类群，主要包括一些独特生态类型的原核生物。,嗜极菌,,极端嗜盐菌 极端嗜热菌 热原体属（ Thermoplasma ）,假肽聚糖（pseudopeptidoglycan）,N-乙酰葡糖胺 N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸,β-1,3-糖苷键,肽尾：L-Glu、L-Ala和L-Lys 3个L型的氨基酸； 肽桥： L-Glu 1个氨基酸。,,4）缺壁细菌,,缺壁细菌,人工去壁,实验室或宿主体内形成,在自然界长期进化中形成——支原体,缺壁突变——L型细菌,基本去尽 — 原生质体(G+),部分去除 — 球状体(G-),,,缺壁细菌,L 型细菌（L- of bacteria）,原生质体（protoplast）,球状体（sphaeroplast）,支原体（Mycoplasma）,,① L 型细菌（L- of bacteria）,专指在某些环境条件下（实验室或宿主体内）通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷变异型。,L 型细菌是英国李斯特（Lister）预防研究所首先于1935年发现而得名。,L型细菌特点,没有完整而坚韧的细胞壁，细胞呈多形态；有些能通过细菌滤器，故又称“滤过型细菌”；对渗透敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋”似的小菌落（直径在0.1 mm左右）。,② 原生质体(protoplast),在人为条件下，用溶菌酶处理或在含青霉素的培养基中培养，抑制新生细胞壁合成而形成的仅由一层细胞膜包裹的、圆球形、对渗透压变化敏感的细胞，一般由G+细菌形成。,原生质体特点,对环境条件变化敏感，易引起其破裂；,有鞭毛，但不能运动，也不被噬菌体感染；,在适宜条件可再生形成菌落；,更易导入外源遗传物质，是研究遗传规律和 进行原生质体育种的良好实验材料。,③ 球状体（sphaeroplast）, 又称原生质球,处理 G- 获得的残留部分细胞壁（外壁层）的球状体。与原生质体相比，它对外界环境具有一定的抗性，可在普通培养基上生长。,④ 支原体（Mycoplasma）,在长期进化过程中形成的、适应自然生活条件的无细胞壁的原核生物。,还没有完呢，请见下节！,肺炎双球菌,细胞体,荚膜,双球菌,吞噬细胞,金黄色葡萄球菌感染炎症,金黄色葡萄球菌 电镜照片,结核分枝杆菌,炭疽病的病原菌 ——炭疽杆菌,背部肌肉痉挛，头后仰出现所谓的“角弓反张”,破伤风毒素侵染症状,,破伤风梭菌 Clostridium tetani,咀嚼肌、四肢和背部痉挛,,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,霍乱病人,菌体回转如螺旋， 螺旋数目和螺距 大小因种而异。 鞭毛为二端生。 细胞壁坚韧， 菌体较硬。,螺旋菌,梅毒密螺旋体,暗视野下的梅毒螺旋体,Ⅱ期梅毒,Ⅲ期(晚期)梅毒,,肽聚糖单体组成,双糖单位,四肽尾,肽桥,,原核生物所特有的己糖,革兰氏阳性细菌肽聚糖的立体结构（片段）,四肽尾,双糖单位,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β-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。,肽桥,肽桥（肽间桥）,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。,磷壁酸 分子结构片段,渗透屏障,