原核微生物的形態(tài)結構

1、第一章：原核微生物形態(tài)結構,第一節(jié)細菌（bacteria）第二節(jié)放線菌(actinomycetes）第三節(jié)藍細菌(cyanobacteria)第四節(jié)其他幾種原核微生物(others),1.細菌的形態(tài)2.觀察細菌的方法3.細菌細胞的大小4.細菌的細胞構造5.細菌的繁殖方式,一、細菌（Bacteria）,6.細菌的群體形態(tài),細菌的形態(tài)構造及其功能,1.細菌細胞形態(tài),球菌(Coccus)桿菌(Bacillus)螺旋菌(

2、Spirlla)其他形狀的細菌,a.球菌(coccus),單球菌雙球菌四聯(lián)球菌八疊球菌葡萄球菌鏈球菌,單球菌（顯微鏡下示意圖）,單球菌(single coccus),雙球菌（顯微鏡下示意圖）,雙球菌(double coccus),,上：顯微鏡效下：電鏡照片,四聯(lián)球菌(Micrococcus lactis),,八疊球菌(Sarcina ureae),八疊球菌（顯微鏡下示意圖）,左：電鏡照片右：顯微鏡下的金黃色葡萄球菌,,,

3、,,葡萄球菌(Staphylococcus aureus),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,鏈球菌,鏈球菌（顯微鏡下示意圖）,鏈球菌（電鏡照片）,,,,,,顯微鏡下的桿菌,b.桿菌(bacillus),c.螺旋菌（Spirlla),顯微鏡下的螺旋菌,d.幽門螺旋菌,,左：顯微數(shù)碼攝

4、像,右：結構示意圖,2.觀察細菌的方法,(1) 觀察工具(2) 觀察方法,(1)觀察工具（tools）,普通光學顯微鏡,暗視野顯微鏡,相差顯微鏡,熒光顯微鏡,電子顯微鏡,(2)觀察方法,活體觀察染色觀察,細菌染色法,死菌,正染色,負染色：,簡單染色法,鑒別染色法,革蘭氏染色法,抗酸性染色法,芽孢染色法,莢膜染色法等,活菌: 用美藍或TTC（氯化三苯基四唑）等作活菌染色,,姬姆薩染色法,染色觀察,,,,3.細菌細胞的大小,細胞的大小

5、是細菌分類特征,不同細菌細胞大小不同,同一細菌的不同菌齡細胞大小不同,細菌細胞大小還與營養(yǎng)等因素相關,細胞大小的測量結果只是近似值或平均值,,4.細菌細胞的結構,細菌細胞的結構,細胞壁細胞壁以內(nèi)的構造—原生質體細胞壁以外的構造,①細胞壁（cell wall),a.細胞壁的結構b.細胞壁的功能c.細胞壁的化學組成d.細胞壁與革蘭氏染色e.無壁細胞與原生質體,a.細菌細胞壁（cell wall）的結構,,,b.細胞壁的功能,固定

6、細胞外形協(xié)助鞭毛運動保護細胞免受外力的損傷為正常細胞分裂所必需阻攔有害物質進入細胞與細菌的抗原性、致病性和對噬菌體的敏感性密切相關,,c.細胞壁化學組成,,高等植物 纖維素,霉菌 幾丁質,酵母 甘露聚糖，葡聚糖,細菌,,肽聚糖,,N－乙酰葡萄糖胺N－乙酰胞壁酸短肽,脂多糖,磷壁酸,G＋` G－細胞壁成分的區(qū)別,,Cncnc-micro,,成 分,肽聚糖,磷壁酸,類脂質,蛋白質,占細胞

7、壁干重的%,含量很高（30-95）,含量較高（<50）,一般無（<2）,0,含量很低（5-20）,0,含量較高（-20）,含量較高,G＋,G－,,,,,,,d.細胞壁與革蘭氏染色,,,原生質體（左側為大腸桿菌的原生質體，右側為桿狀的大腸菌）,e.無壁細胞與原生質體,缺壁細菌,實驗室中形成,自然界長期進化中形成：支原體,自發(fā)缺壁突變：L型細菌,人工方法去壁,徹底除盡：原生質體,部分去除：球狀體,,,,細胞壁以內(nèi)的構造—原生質

8、體,1.細胞膜（cell membrane）2.細胞質和內(nèi)含物(cytoplasm andinclusion body) 3.核區(qū)(nuclear region or area)4.特殊的休眠構造—芽孢(endospore,spore),a:內(nèi)嵌蛋白;b、c:內(nèi)嵌蛋白或整合蛋白d:外周蛋白;e:多酶復合體;f:脂雙分子層,1.細胞膜,f,細菌染色體DNA的復制模式,,,,,,,,,,,,細胞膜的功能,控制細胞內(nèi)、外的物質的運送、

9、交換,維持細胞內(nèi)正常滲透壓以保證屏障作用；,合成細胞壁各種組分和莢膜等大分子的場所；,進行氧化磷酸化或光合磷酸化的產(chǎn)能基地；,許多酶和電子傳遞鏈組分的所在部位；,鞭毛著生點和提供其運動所需的能量等。,間體（Mesosome)的功能,相當于真核細胞的線粒體,相當于真核細胞的內(nèi)質網(wǎng),與細胞壁合成有關,可能與核分裂有關,有學者認為間體是一種贗象,2.細胞質(cytoplasm )和內(nèi)含物( inclusion body),貯藏物(reserv

10、e granule磁小體(megnetosome)羧酶體(carboxysome)氣泡(gas vocuoles)核糖體(ribosome)質粒(circular covalently closed DNA),,糖原：大腸桿菌、克雷伯氏菌、 藍細菌芽孢桿菌等,聚－ß－羥丁酸： 固氮菌、產(chǎn)堿菌、腸桿菌,氮源類,,藻青素：藍細菌含有,藻青蛋白：藍細菌含有,磷源（異染粒）：迂回螺菌、白喉棒桿菌和分枝桿菌含有,硫源：迂回螺菌

11、菌、白喉棒桿菌、結核分枝桿菌,,Reserve granule / Reserve materials,碳源及能源類,磁小體(megnetosome),1975年由R P Blakemore 在趨磁細菌中發(fā)現(xiàn),主要成分是Fe3O4外被一層磷脂、蛋白或糖蛋白膜,是單磁疇晶體,無毒,大小20-100nm,每個細胞有2-20顆,形狀為平截八面體、平行六面體或六棱柱體等,實用前景：生產(chǎn)磁性定向藥物或抗體，以及制造生物傳感器,羧酶體（carbo

12、xysome）,存在于一些自養(yǎng)細菌內(nèi)的多角形或六角形內(nèi)含物,大小約10nm（與噬菌體相仿）,內(nèi)含1，5—二磷酸核酮糖羧化酶,在自養(yǎng)細菌的CO2固定中起關鍵作用,氣泡（gas vocuoles）,是許多光合型、無鞭毛水生菌中充滿氣體的泡囊狀內(nèi)含物,大小為0.2—1.0um×75nm,內(nèi)由數(shù)排柱形小空泡組成，外有2nm厚的蛋白膜包裹,每個細胞中含幾個或數(shù)百個氣泡,功能：調(diào)節(jié)細胞比重以使細菌漂浮在最適水層中獲取光能、O2和營養(yǎng)物質,

13、,,核糖體（Ribosome),核糖體,,,核糖體亞基連在,核糖體（Ribosome),多聚核糖體,、,,,,,,,,核糖體亞基 釋 放,,,,,,,質粒染色體,,質粒(circular covalently closed DNA ),質粒功能,R因子：與抗藥性有關,F因子：與有性接合有關,其他質粒：與抗生素，色素合成有關,基因工程中作為目的基因載體,,3.核區(qū)（nuclear region or area）,又稱核質體、原核、擬核

14、、核基因組(genome）,是一個大型環(huán)狀DNA分子，長度為0.25-3.00mm,每個細胞所含的核區(qū)數(shù)一般1—4個,細菌除在染色體復制時間內(nèi)呈雙倍體外,一般均為單倍體,細菌芽孢在光學顯微鏡下的形態(tài)及其在胞內(nèi)的位置,某些細菌在其生長發(fā)育后期，在細胞內(nèi)形成一個圓形或橢圓形、厚壁、含水量極低、抗逆性極強的休眠體,由于一個營養(yǎng)細胞內(nèi)僅生成一個芽孢，無繁殖功能,芽孢是生物界中抗性最強的生命體。,芽孢在普通條件下可保持幾年至幾十年的生活力。,4.

15、芽孢(endospore/spore),枯草芽孢桿菌,產(chǎn)芽孢細菌的種類芽孢的構造芽孢形成芽孢萌發(fā)芽孢的耐熱機制研究芽孢的意義伴孢晶體細菌的其他休眠構造,芽孢,芽孢,產(chǎn)芽孢細菌的種類,菌體 （營養(yǎng)細胞）,,,,,,,,,,細菌芽孢構造的模式圖,芽孢,孢外壁,,,芽孢衣,皮層,芽孢質,芽孢核區(qū),芽孢膜,芽孢壁,核心,,,,,,,,,,,,,,,,,芽孢的形成過程,,,,芽孢萌發(fā),萌發(fā)過程中的芽孢,芽孢的耐熱機制,1.是由芽

16、孢化學組成的特點決定的2.含有吡啶－2，6 －二羧酸（DPA-Ca）3.含有芽孢特有的芽孢肽聚糖4.芽孢平均含水40％，皮層含水70％5.芽孢中酶的分子量較營養(yǎng)細胞小,研究芽孢的意義,細菌分類、鑒定中的重要形態(tài)學指標,指導菌種保藏,制定滅菌參數(shù),,,,蘇云金芽孢桿菌和伴孢晶體,,,少數(shù)芽孢桿菌在形成芽孢的同時，會在芽孢旁形成一顆菱形或雙錐形的堿溶性蛋白晶體—δ內(nèi)毒素，稱為伴孢晶體。,實用意義：細菌殺蟲劑—生物農(nóng)藥,細菌的其他休

17、眠構造,細菌的休眠構造除上述芽孢外，還有孢囊（cyst,由固氮菌產(chǎn)生）等。,孢囊也是在逆境中產(chǎn)生的。,孢囊也是在逆境中產(chǎn)生的休眠體。,和芽孢一樣沒有繁殖功能。,孢囊,,細胞內(nèi)濃縮并外包多（4～10余層）蛋白質、肽聚糖（近G＋菌）抗熱、輻射及藥物等無特殊貯藏物芽孢桿菌屬、梭菌屬,,,芽孢與孢囊的比較,細胞壁以外的構造,糖被（glycocalyx）鞭毛 (flage,復flaglla)菌毛（fimbria,復fimbriae

18、）性毛（pili,單數(shù)pilus）,鞭毛,菌毛,性毛,糖被,,,糖被(glycocalyx),細菌負染后相差顯微鏡圖片（示莢膜）,,莢膜成分,,多糖,,純多糖,雜多糖,多肽和多糖,蛋白質,,葡聚糖,纖維素,果聚糖,,多肽,海藻酸,透明質酸,聚-D-谷氨酸,……,,莢膜功能,保護作用,貯藏養(yǎng)料,堆積代謝廢物,附著作用,保護細菌免受干旱損壞,防止噬菌體的吸附和裂解,使致病菌免受突破主白細胞吞噬,作為透性屏障或離子交換系介質,細菌間的信息識

19、別作用,,鑒定菌種,提取葡聚糖—“代血漿”,胞外多糖：黃原膠用于石油開采,菌膠團用于處理污水,鞭毛（Flagellum),生長在某些細菌體表的長絲狀蛋白質附屬物，稱為鞭毛，其數(shù)目為一至數(shù)條，具有運動功能。,鞭毛一般長度為15—20um直徑為0.01 —0.02um,觀察鞭毛的方法:染料沉積使之加粗后用顯微鏡觀察:常用電鏡觀察,判斷鞭毛有無的方法:半固體培養(yǎng)基 平板培養(yǎng)菌落邊緣,細菌鞭毛顯微鏡照片,鞭毛的類型,鞭毛的結構,電鏡下的大腸桿

20、菌（示鞭毛）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,細菌鞭毛的類型,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,鞭毛絲結構圖解,：鞭毛蛋白亞基,,每周為8-10個亞基,鞭毛蛋白亞基是一種球狀蛋白，分子量3-6萬,鞭毛絲由直徑 4.5nm 的鞭毛蛋白亞基沿央孔道（直徑為20nm）螺旋狀繚繞而成。,菌毛（Pilus),（傘毛、纖毛、線毛）,,菌毛,,菌毛蛋白0.007-0.009×0.5-20

21、um由菌毛蛋白亞基卷成中1-數(shù)百根空螺旋附著，接合細胞質許多G－桿菌和球菌,,細菌的鞭毛和菌毛的比較,性毛（pili,單數(shù)pilus）,構造和成分與菌毛相同，但比菌毛長。,數(shù)量僅一至少數(shù)幾根。,性毛一般見于革蘭氏陰性細菌的雄性菌珠中。,其功能是向雌性菌珠（受體菌）傳遞遺傳物質。,鞭毛,菌毛,性毛,糖被,,,,,,,,,DNA結合位點,細菌繁殖方式,,,,,,,,,細菌群體的形態(tài)（細菌的培養(yǎng)特征）,細菌的菌落特征,細菌的其它

22、培養(yǎng)特征,細菌的菌落特征,細菌菌落細菌細胞的電子顯微鏡圖片,固體培養(yǎng)基表面細菌菌落（照片）,細菌菌落特征,細菌菌落特征正面圖,返回鞭毛,細菌在瓊脂培養(yǎng)基中穿刺培養(yǎng)的生長特征,細菌在半固體培養(yǎng)上的培養(yǎng)特征,細菌在肉湯培養(yǎng)基中的表面生長特征,絮狀,環(huán)狀,浮膜狀,膜狀,放線菌(actinomyces),,,,,什么是放線菌,放線菌的形態(tài)構造,放線菌的繁殖,放線菌的菌落特征,放線菌的生理,放線菌與人類生活,放線菌是一類具有絲狀與枝細胞的細菌,

23、有原核細胞壁的主要成分是肽聚糖有的放線菌產(chǎn)生有鞭毛的孢子,其鞭毛類型與細菌相同，菌絲直徑與細菌相仿放線菌噬菌體的形狀與細菌的相似最適生長PH相近，一般呈微堿性DNA重組的方式與細菌的相同，核糖體同為70S對溶菌酶敏感；凡細菌所敏感的抗生素，放線菌也同樣敏感,放線菌的分布與生活方式,放線菌一般分布在含量較低；有機物豐富和呈微生物堿性的土壤中。107個／g左右,能看到：北方春季深層黑土地的白絲,能聞到：泥土特有的“泥腥味”,放

24、線菌的形態(tài)結構（模式圖）,基內(nèi)菌絲（Substrate mycelium) 又稱營養(yǎng)菌絲，功能是吸收營養(yǎng)，直徑 0.2-1.2um長度100－600um，色素可有可無。,,基內(nèi)菌絲,,氣生菌絲（Aerial mycelium)基內(nèi)菌絲長到一定時期，長出培養(yǎng)基外，伸向空間的菌絲，直徑1－1.4um, 長短不一，形狀不一，顏色較深。,,Cncnc-micro,氣生菌絲,,孢子絲(Reproductive myceli

25、um) 當氣生菌絲生長發(fā)育到一定階段，氣生菌絲上分化出的可形成孢子的菌絲。 孢子的形狀及在氣生菌絲上排列的方式隨種而異。,放線菌孢子絲類型,直形,彎曲叢生,成束,,單輪生無螺旋,開環(huán)鉤形原始螺旋形,松螺旋,緊螺旋,螺旋單輪生,無螺旋兩級輪生,螺旋兩級輪生,放線菌的菌落形態(tài),菌落質地硬而且致密，菌落小而不廣泛延伸,菌落表面呈緊密的絨狀或堅實、干燥多皺。,接種針難以挑取，有時可挑碎，有時可將整個菌落挑起。,,Cncnc-mi

26、cro,老齡菌：幼齡菌菌落與細菌難以區(qū)分。菌落周圍具放射狀菌絲。,由于菌絲和孢子常具不同色素，使菌落正面，背面呈不同色澤。,,Cncnc-micro,2.2.3放線菌的生活史：,,孢子萌發(fā),基內(nèi)菌絲,氣生菌絲菌絲,孢子絲,5 孢子絲分化形成的孢子,放線菌的繁殖,放線菌的繁殖方式,分生孢子,孢子囊孢子,菌絲斷裂,其他方式,（2）沿橫隔斷裂形成孢子,（3）成熟孢子,（1）孢子絲中形成橫隔,橫隔斷裂形成孢子的過程,分生孢子繁殖,放

27、線菌生理,絕大多數(shù)為異養(yǎng)型，能利用不同的碳水化合物。,氮源以Pr,蛋白胨，以及某些氨基酸最合適，硝酸鹽、銨鹽和尿素次之.,一般都需要金屬離子。,大多放線菌是好氣性的。,最適溫度23－370C,放線菌與人類,絕大多數(shù)抗生素由放線菌產(chǎn)生,用來生產(chǎn)纖維素、酶、維生素,具固氮作用，用于生產(chǎn)生物菌肥,少數(shù)寄生型放線菌可引起動植物病害有的放線菌能破壞棉毛織品和紙張,,,鏈桿狀,絲狀聚合體,球狀（正在分裂）,藍細菌的形態(tài),藍細菌生理,是光能自養(yǎng)型

28、生物：只需空氣、陽光、水分、少量無機鹽,沒有有性生殖，以裂殖為之，也可芽殖，極少數(shù)有孢子,已知藍細菌有20多種具固氮作用。 赤潮,其他幾種原核微生物,立克次氏體,支原體,衣原體,立克次氏體（Rickettsia）,是落基山斑疹傷寒的病源體,原核，G -,只能寄生于真核細胞體內(nèi)（多用雞胚培養(yǎng)）,無濾過性(0.3-0.6×0.8-2um),細胞形態(tài)多變,有不夠完整的產(chǎn)能代謝途徑,基因組1.1

29、Mb,834個基因（98年11月公布）,支原體（Mycoplasma）,,支原體的直徑約為150－300nm,缺乏細胞壁,“油煎蛋”狀菌落（0.1-1.0mm）,二等分裂,能在人工培養(yǎng)基上獨立生長,具有氧化型或發(fā)酵型的產(chǎn)能代謝,在好氧或厭氧條件下生長,對能與核糖體、細胞膜結合的表面活性劑、抗生素敏感,基因組很小，0.6-1.1Mb,,,,衣原體（Chlamydia psittaci)在寄主細胞質中的形態(tài),始體,,中間體,,,寄主細胞膜