微生物學(xué)(PPT格式課件)第一章 原核

1、第一章 原核生物 （Procaryotes）,指一大類細胞核無核膜包裹,只存在稱作核區(qū)的裸露DNA的原始單細胞生物。包括真細菌和古生菌兩大類。 根據(jù)外表特征把原核生物分為六種類型 細菌、放線菌、藍細菌、支原體、立克次氏體、衣原體。,第一節(jié) 細菌,細菌的定義 細菌與人類的關(guān)系,一、細胞的形態(tài)構(gòu)造及其功能,（一）形態(tài)和染色 1.形態(tài) 球形 桿形 螺旋形 其它形狀 絲狀 三角形 方形等,球菌(Sphericalcoccus),桿菌 (bacillus),腸道桿菌,棒狀桿菌,螺旋菌（spirilla）：弧菌、螺菌、螺旋體,螺旋體 是一類細長、柔軟、彎曲呈螺旋狀、運動活潑的單細胞型微生物。 在生物學(xué)上的

2、位置介于細菌與原生動物之間。在分類學(xué)上由于更接近于細菌而歸屬在細菌的范疇。,幽門螺桿菌,2.大小、重量,典型的大腸桿菌 長2um；寬0.5um；重10-12克； 1500個細胞的長徑相連，相當(dāng)于一個芝麻大 120個向相連，有一根人發(fā)的粗細； 109個細胞才有1mg重； 最大的細菌 納米比亞嗜硫珠菌 （Thiomargarita namibiensis） 最小的細菌 納米細菌（nanobacteria）,顫藍菌屬,巨大芽孢桿菌,大腸桿菌,肺炎球菌,嗜血流感菌,納米細菌,3.染色,3.染色,抗酸性染色,檢查抗酸細菌(如結(jié)核分支桿菌、麻風(fēng)桿菌等)的一種特殊染色法。 先以濃石炭酸復(fù)紅加溫初染，隨即以鹽

3、酸、酒精或硫酸脫色，最后用美藍液復(fù)染。如屬于抗酸性細菌呈紅色，如屬于一般細菌呈藍色。 其機理是分支桿菌等抗酸性細菌的細胞壁富含脂質(zhì)，能抵抗鹽酸酒精的脫色，而染上紅色的外觀。,一般構(gòu)造,特殊構(gòu)造,（二）構(gòu)造,1.一般構(gòu)造,(1)細胞壁 定義 是位于細胞最外的一層厚實、堅韌的外被，主要由肽聚糖構(gòu)成，有固定外形和保護細胞等多種功能。 功能（P12）,細胞壁結(jié)構(gòu) G+ 和G-的細胞壁的構(gòu)造不同,1) G+細菌的細胞壁結(jié)構(gòu)（Staphylococcus aureus）,細胞壁厚； 化學(xué)成分簡單（由肽聚糖和磷壁酸組成）； 肽聚糖(Peptidoglycan)的結(jié)構(gòu) 真細菌細胞壁中的特有成分； 由大量小分子

4、單體聚合而成； 單體組成 雙糖單位 N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸通過-1，4糖苷鍵相連接； 四肽尾 肽橋 甘氨酸五肽,-1，4糖苷鍵 可被溶菌酶水解,L-Ala,D-Glu,L-Lys,D-Ala,單體間的連接,磷壁酸,是結(jié)合在G+細菌細胞壁上的一種酸性多糖; 可分為兩類：壁磷壁酸和膜磷壁酸 功能（P14）,細胞壁??； 層次多、成分復(fù)雜； 外膜 脂多糖 外膜蛋白（20多種） 脂蛋白 孔蛋白 磷脂 內(nèi)膜 肽聚糖,2） G-細菌的細胞壁結(jié)構(gòu),2） G-細菌的細胞壁結(jié)構(gòu),G-細菌單體間的連接,G+細菌和G-細菌肽聚糖單體結(jié)構(gòu)的比較,G+細菌和G-細菌細胞壁的比較,革蘭氏陽性細菌和革蘭氏陰性細菌的細

5、胞壁結(jié)構(gòu)和成分間的差別導(dǎo)致： 染色反應(yīng)不同； 形態(tài)、構(gòu)造、化學(xué)成分、生理生化和致病性等的不同； 革蘭氏陽性細菌和革蘭氏陰性細菌一系列生物學(xué)特性的比較（P16）,3）革蘭氏染色的方法和機制,革蘭氏染色的機制（P18） 基于細菌細胞壁特殊化學(xué)組分基礎(chǔ)上的一種物理原因。,革蘭氏染色法,4）古生菌的細胞壁,古生菌又稱古細菌(Archaebacteria)，或 稱古菌(Archaea)，是一個在進化途徑上很早就 與真細菌和真核生物相互獨立的生物類群，如產(chǎn)甲烷菌(Methanobacterium)和大多數(shù)嗜極菌(Extremophile)。,在古生菌中除Thermoplasma（熱原體屬)無細胞壁外，其他

6、都具有與真細菌功能相似的細胞壁，然而細胞壁的成分與真細菌差別甚大，已知的一些古生菌細胞壁中沒有真正的肽聚糖，而是由多糖（假肽聚糖）、糖蛋白或蛋白質(zhì)構(gòu)成。,古生菌的細胞壁結(jié)構(gòu),由多糖組成，結(jié)構(gòu)與細菌肽聚糖不同之處： 雙糖骨架是由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔羅糖胺糖醛酸以-1，3-糖苷鍵（不被溶菌酶水解）交聯(lián)而成； 肽尾是由L-Glu、L-Ala和L-Lys 3個L型氨基酸組成； 肽橋由1個L-Glu 組成。,甲烷桿菌屬（Methanobacterium）的細胞壁,5）缺壁細菌(Cell wall deficient bacteria),(2)細胞膜（cell membrane）,1)定義 緊貼在細

7、胞壁內(nèi)側(cè)的一層由磷脂和蛋白質(zhì)組成的柔軟、富有彈性的半透性薄膜； 不含甾醇； 2)細胞膜的結(jié)構(gòu) 1972年Singer和Nicolson提出的液態(tài)鑲嵌模型 其主要內(nèi)容 P18,3) 細胞膜的生理功能（P19）,2003年美國科學(xué)家彼得阿格雷和羅德里克麥金農(nóng)獲得了諾貝爾化學(xué)獎表彰他們在細胞膜通道方面做出的貢獻。,阿格雷得獎是由于發(fā)現(xiàn)了細胞膜水通道。 目前，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)水通道蛋白廣泛存在于動物、植物和微生物中，人體內(nèi)的水通道有11種。,阿格雷,如在人的腎臟中，通常一個成年人每天要產(chǎn)生170升的原尿，這些原尿經(jīng)腎臟腎小球中的水通道蛋白的過濾，其中大部分水分被人體循環(huán)利用，最終只有約1升的尿液排出人體。,

8、麥金農(nóng)的貢獻主要是在細胞膜離子通道的結(jié)構(gòu)和機理研究方面。 1988年，他利用X射線晶體成像技術(shù)獲得了世界第一張離子通道的高清晰度照片； 它可以讓科學(xué)家觀測到離子在進入離子通道前、進入離子通道中和進入離子通道后的狀態(tài)。,麥金農(nóng),阿格雷和麥金農(nóng)對水通道和離子通道的研究意義重大； 很多疾病，如一些神經(jīng)系統(tǒng)疾病和心血管疾病就是由于細胞膜通道功能紊亂造成的； 對細胞膜通道的研究可以幫助科學(xué)家尋找具體的病因，并研制相應(yīng)的藥物； 利用不同的細胞膜通道，可以調(diào)節(jié)細胞的功能，從而達到治療疾病的目的。,Morphology of a gram-positive bacterial cell,由細胞膜內(nèi)褶形成的一種

9、囊狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)充滿著層狀或管狀的泡囊； 多見于革蘭氏陽性細菌，每個細胞含一個至數(shù)個，革蘭氏陰性細菌中不甚明顯； 著生部位可在表層或深層 表層與某些酶的分泌有關(guān); 深層與DNA復(fù)制及細胞分裂有關(guān)。,4）間體,5）古生菌的細胞膜,與細菌細胞膜的不同 疏水尾由長鏈烴組成（異戊二烯的重復(fù)單位四聚體植烷）； 親水頭與疏水尾通過醚鍵連接； 膜的結(jié)構(gòu)有單分子層或單、雙混合膜； 甘油分子的C3位上連接的基團（R）與細菌和真核生物不同； 含有多種獨特的脂類（細菌紅素、番茄紅素、胡蘿卜素、視黃醛等）。,古生菌磷脂的分子結(jié)構(gòu),真細菌菌磷脂的分子結(jié)構(gòu),(3)細胞質(zhì)（cytoplasm）,被細胞膜包圍著的除核區(qū)以外的一

10、切半透明、膠狀、顆粒狀物質(zhì)的總稱。 主要成分 水（約為80%） 核糖體 細胞內(nèi)含物 細胞質(zhì)內(nèi)一些形狀較大的顆粒狀構(gòu)造，如貯藏物、羧酶體、氣泡等； 與真核生物不同 細胞質(zhì)不流動 核糖體是70S 內(nèi)含物成分不同,貯藏物的作用,它是微生物合理利用營養(yǎng)物質(zhì)的一種調(diào)節(jié)方式； 它 以多聚體的形式存在，有利于維持細胞內(nèi)環(huán)境的平衡，避免不適合的pH，滲透壓等的危害； 它在細菌細胞中大量積累，是重要的自然資源。,PHB,sulfur globules,Polyphosphate granule,（4）核質(zhì)體核區(qū)、擬核、核基因組,定義 原核生物特有的無核膜包裹、無固定形態(tài)的原始細胞核。,結(jié)構(gòu) Feulgen或Gi

11、emsa染色 大型環(huán)狀的雙鏈DNA分子，一般不含蛋白質(zhì),功能 負載細菌遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)。,第一個測定完成全基因組序列的獨立生活的生物是Haemophilus influenzae； 第一個測定完成全基因組序列的自養(yǎng)生活的生物是古生菌； 第一個測定完成全基因組序列的真核生物是Saccharomyces cerevisiae；,細菌、古生菌與真核生物若干特性比較,2.細菌的特殊構(gòu)造,glycocalyx,endospore,flagella,fimbriae,Sex-pili,（1）糖被(glycocalyx),定義 包被于某些細菌細胞壁外的一層厚度不定的透明膠狀物質(zhì)。 糖被的類型,成分（P23

12、） 一般為多糖，少數(shù)為蛋白質(zhì)、多肽或多糖與多肽復(fù)合型； 功能 保護作用； 貯藏養(yǎng)料； 作為透性屏障和離子交換系統(tǒng)； 表面附著作用； 堆積代謝廢物； 細菌間的信息識別作用 應(yīng)用 用于菌種鑒定； 用作藥物和生化試劑（Leuconostoc mesenteroides）； 用作工業(yè)原料(Xanthomonas campestris)； 用于污水的生物處理(Zoogloea),（2）鞭毛(flagellum or flagella),某些細菌長在體表的長絲狀、波曲的蛋白質(zhì)附屬物。其數(shù)目為一至數(shù)十條，具有運動功能，成分為蛋白質(zhì)。 觀察鞭毛的方法,在暗視野中通過對細菌水浸片的觀察,鞭毛的結(jié)構(gòu) 由基體、鉤形

13、鞘和鞭毛絲組成；,G-細菌的鞭毛結(jié)構(gòu) 以 E.coli 為例,鞭毛運動的機制 “旋轉(zhuǎn)論”or“揮鞭論”?,“拴菌”試驗（tethered-cell experiment） P25,鞭毛的著生方式,偏端單生,兩端單生,偏端叢生,兩端叢生,周生,側(cè)生,（3）菌毛(fimbria),定義 粘連的功能； 以G-致病菌居多； 無基體構(gòu)造，直接生于細胞膜上,（4）性菌毛（pilus ） 多見于G-的雄性菌株 向雌性菌株傳遞DNA片段；,() 芽孢（endospore),抗逆性極強的休眠構(gòu)造(抗熱、抗輻射、抗壓等)； 枯草芽孢桿菌，在沸水中可存活1小時； 肉毒梭狀芽孢桿菌要經(jīng)5-10h才被殺死； 芽孢的形態(tài)

14、和著生位置,無繁殖功能；,能形成芽孢的細菌種類,Bacillus Aerobic,Clostridium Anaerobic,Bacillus subtilis,芽孢的結(jié)構(gòu),產(chǎn) 芽 孢 細 菌,芽孢囊：是產(chǎn)芽孢菌的營養(yǎng)細胞外殼,芽 孢,孢外壁：主要含脂蛋白，透性差(有的無),芽孢衣：主要含疏水性角蛋白，抗酶解、抗藥物，多價陽 離子難通過,皮層：主要含芽孢肽聚糖及DPA-Ca，體積較大，滲透 壓高，含水量大,核心,芽孢壁：含肽聚糖，可發(fā)展成新的細胞壁,芽孢質(zhì)膜：含磷脂、蛋白質(zhì)，可發(fā)展為新細胞的膜,芽孢質(zhì)：含DPA-Ca、核糖體、RNA和酶類,核區(qū)：含DNA,endospore formation

15、,束狀染色質(zhì)形成； 細胞膜內(nèi)陷，形成前芽孢； 前芽孢雙層隔壁形成， 兩層隔壁間填充內(nèi)容物，形成皮層 芽孢衣和皮層合成完成； 芽孢成熟； 芽孢囊裂解，芽孢游離；,1. 滲透調(diào)節(jié)皮層膨脹學(xué)說,2. DPA(吡啶2，6-二羧酸)-Ca,芽孢的耐熱機制,思考題： 研究細菌的芽孢有何意義？,研究芽孢的意義,菌種鑒定； 提高菌種的篩選效率，有利于菌種保藏； 衡量消毒滅菌手段的重要指標； 肉類：肉毒梭菌； 外科器材：破傷風(fēng)梭菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌； 實驗室和發(fā)酵工業(yè)：嗜熱脂肪芽孢桿菌；,伴胞晶體（內(nèi)毒素）,少數(shù)芽孢桿菌，如Bacillus thuringiensis在形成芽孢的同時，會在芽孢旁形成,一顆菱形、方形

16、或不規(guī)則型的堿溶性蛋白質(zhì)晶體，為伴胞晶體。,伴胞晶體的應(yīng)用,其他的休眠構(gòu)造：孢囊、粘液孢子、蛭孢囊等,孢囊,是Azotobacter vinelandii（棕色固氮菌）等一些固氮菌在外界缺乏營養(yǎng)的條件下，由整個營養(yǎng)細胞外壁加厚、細胞失水而形成的一種抗干旱但不耐熱的圓形休眠體。,裂殖：多數(shù) 二分裂：絕大多數(shù)細菌 三分裂：綠色硫細菌 復(fù)分裂：蛭弧菌 芽殖：少數(shù) 硝化桿菌屬、芽生桿菌屬等10余屬細菌,（三）細菌的繁殖,二、細菌的群體形態(tài),在固體培養(yǎng)基上（內(nèi)）的群體形態(tài) 菌落（colony）：P28 菌苔(bacterial lawn) 菌落特征的描述 大?。?形狀：圓形、假根狀、放射狀、不規(guī)則； 顏

17、色： 透明程度：透明、不透明、半透明； 隆起狀態(tài)：低凸、扁平、隆起、乳頭狀； 邊緣情況：整齊、波浪狀、鋸齒狀； 表面狀態(tài)：光滑、皺褶、同心環(huán)； 表面光澤：無光澤、金屬光澤； 質(zhì)地：油脂狀、膜狀、粘、脆；,圓、整,不、波狀,不、葉狀,規(guī)、放狀,細菌菌落表面結(jié)構(gòu)、形態(tài)及邊緣特征,規(guī)、扇狀,規(guī)、齒狀,規(guī)、環(huán)狀,不、毛毯,規(guī)、菌絲,不、卷發(fā),不、絲狀,不、根狀,細菌菌落特征,濕潤、較光滑、較透明、較粘稠、易挑取、質(zhì)地均勻、菌落正反面顏色一致等。,G+細菌與G-細菌生物學(xué)特性的比較,一、放線菌的形態(tài)構(gòu)造 鏈霉菌的形態(tài)構(gòu)造 其他放線菌的形態(tài)構(gòu)造 二、放線菌的繁殖 三、放線菌的群體特征,第二節(jié) 放線菌,是一

18、類呈菌絲狀生長、主要以孢子繁殖和陸生性強的原核生物； G+ ； 是一類具有絲狀分枝細胞的細菌； 細胞壁成分、大小、結(jié)構(gòu)、鞭毛、對抗生素的敏感性等方面與細菌一致； 作用：P29,放線菌(actinomycetes),一、放線菌的形態(tài)和構(gòu)造,鏈霉菌屬 分布最廣； 種類最多； 形態(tài)特征最典型； 與人類關(guān)系最密切；,Streptomyces 的形態(tài)和構(gòu)造模式圖,Streptomyces 的形態(tài)和結(jié)構(gòu),營養(yǎng)菌絲（基內(nèi)菌絲） 氣生菌絲 孢子絲（繁殖菌絲） 孢子絲的形態(tài)多樣； 孢子的形態(tài)多樣； 孢子顏色十分豐富， 孢子表面光滑、褶皺、刺狀或毛發(fā)狀等，因種而異； 孢子絲和孢子的形態(tài)是對放線菌進行分類、鑒定的重

19、要指標；,（一）鏈霉菌（Streptomyces）的形態(tài)構(gòu)造,Various types of spore-bearing structures on the streptomyces,（二）其他放線菌所特有的形態(tài)構(gòu)造,基內(nèi)菌絲斷裂成大量桿菌狀體的放線菌 以諾卡氏菌屬（Nocardia）為代表的原始放線菌 具有發(fā)達的營養(yǎng)菌絲，但多數(shù)無氣生菌絲； 以橫割分裂方式產(chǎn)分生孢子；,菌絲頂端形成少量孢子的放線菌 小單孢菌屬：在基內(nèi)菌絲頂端產(chǎn)一個孢子； 小雙孢菌屬：在氣生菌絲頂端形成2個孢子； 小四孢菌屬：在氣生菌絲頂端形成個4孢子 小多孢菌屬：在氣生菌絲頂端形成2-10個孢子；,（二）其他放線菌所特有的

20、形態(tài)構(gòu)造,具有孢囊并產(chǎn)孢囊孢子的放線菌 孢囊鏈霉菌屬：由孢子絲盤卷成孢囊，內(nèi)部產(chǎn)生多個孢囊孢子；,（二）其他放線菌所特有的形態(tài)構(gòu)造,具有孢囊并產(chǎn)游動孢子的放線菌 游動放線菌屬：氣生菌絲不發(fā)達，在基內(nèi)菌絲上形成孢囊，內(nèi)含許多孢囊孢子；,二、放線菌的繁殖,孢子繁殖 孢子的形成橫割分裂 細胞膜內(nèi)陷許多分生孢子； 細胞壁和細胞膜同時內(nèi)陷 一串分生孢子；,細胞壁和細胞膜同時內(nèi)陷,細胞膜內(nèi)陷,干燥、不透明、表面呈致密的絲絨狀； 顏色十分多樣； 菌落和培養(yǎng)基連接緊密，難以挑取； 菌落的正反面顏色不一致。,三、放線菌的菌落特征,進化歷史悠久（21億17億年前已經(jīng)形成）； 革蘭氏染色陰性； 無鞭毛； 含葉綠素a

21、，但無葉綠體； 能進行產(chǎn)氧性光合作用； 大型原核生物； 分布廣，有“先鋒生物”之美稱； 形態(tài)多樣；,第三節(jié) 藍細菌(Cyanobacteria）,Nonfilamentous cyanobacteria,Filamentous Cyanobacterium Anabaena sp.,The morphological diversity of the cyanobacteria,分支狀菌絲,有異形胞 菌絲,由二分裂形成的單細胞,由復(fù)分裂形成的單細胞,無異形胞 菌絲,藍細菌的構(gòu)造,其構(gòu)造同革蘭氏陰性細菌； 一些水生種類在其壁外有糖被或鞘； 細胞質(zhì)內(nèi)有類囊體（光合作用）、羧酶體（固定CO2）、內(nèi)含

22、物（PHB、藍細菌肽和聚磷酸鹽）和氣泡（水生性種類）； 含兩至多個不飽和脂肪酸；,藍細菌細胞的幾種特化形式,異形胞 固氮功能； 靜息孢子休眠細胞； 鏈絲段繁殖功能； 內(nèi)孢子繁殖功能；,螺旋藻就是藍細菌的一種，原生長在熱帶地區(qū)高濃度堿性鹽湖中。它是生長于水體中的一種微小生物，在顯微鏡下可見其形態(tài)為螺旋絲狀由此得其名； 螺旋藻富含蛋白質(zhì)、亞麻酸、維生素和鋅、鐵、鉀、鈣等礦物質(zhì)，是近年來發(fā)現(xiàn)的營養(yǎng)最豐富、最全面、最均衡的天然食品。 螺旋藻中的營養(yǎng)成分與聯(lián)合國糧農(nóng)組織設(shè)計的人體理想的標準成分幾乎一致，因而受到了聯(lián)合國和世界各地的一致推崇，被譽為 “ 21世紀人類最理想的天然保健食品 ” 。,藍細菌的作用 有益：螺旋藻,有害：赤潮和水華,第四節(jié) 支原體、立克次氏體和衣原體,支原體、立克次氏體和衣原體是三類同屬G-的代謝能力