第2章原核细菌2010-9.ppt

第二章 原核微生物,The Prokaryotes,一大类细胞核无核膜包裹，只有被称作核区的裸露DNA的单细胞生物, 亦即广义的细菌。 原核微生物的主要类群： 根据形态特征：细菌（狭义，典型代表菌）、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体、衣原体和螺旋体。（三菌四体） 根据生理生化和分子生物学特征：真细菌和古生菌 。,什么是原核微生物?,本章主要内容,第1节 细菌（Bacteria） 第2节 放线菌（Actinomycetes） 第3节 蓝细菌（Cyanobacteria） 第4节 古生菌（Archaeobacteria） 第5节 其它原核微生物（Other Prokaryotes）,目的要求,通过本章学习，要求掌握： 细菌、放线菌、蓝细菌形态特征 重点： 细菌细胞壁的结构及革兰氏染色原理。 难点： 代表原核微生物的主要特点。,狭义细菌：指一类细胞细短、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。,第一节 细菌 (Bacteria),1、有害影响: 动植物致病菌,引起食物和物 品腐烂变质等。 2、有益作用: 细菌发酵产品的生产，农业杀 虫菌剂、细菌肥料生产，细菌浸矿，微 生态制剂，污水处理等。,细菌对人类社会生活的影响：,一、个体形态 二、大小 三、结构 四、繁殖与群体形态 五、工业上重要细菌的形态、 特性及其应用,第一节 细菌 (Bacteria),第一节 细菌 (Bacteria),一、细菌个体形态 细菌的基本形态有三种: 球状 杆状 螺旋状 分别称为球菌、杆菌和螺旋菌。 杆菌为最常见，球菌次之，螺旋状最少。,(一)球菌 (coccus),细胞呈球形或椭圆形，分裂后常呈一定的空间排列形式，其排列形式在分类学上有一定的意义:有6种排列 单、双、链、四联、八叠、葡萄状,Arrangement of Spherical Bacterial Cells,diplococci,streptococci,tetracocci,sarcinae,staphylococci,Sphericalcoccus,分裂后的细胞分散而单独存在的球菌。如尿素微球菌(Micrococcus ureae),单球菌,1、单球菌,分裂后两个球菌成对排列的为双球菌。 如肺炎双球菌 (Diplococcus pneumoniae),双球菌,2、双球菌,分裂是沿一个平面进行，分裂后细胞排列成链状。 如发酵酸奶的乳链球菌 （Streptococcus lactis）,链球菌,3、链球菌,分裂是沿两个相垂直的平面进行，分裂后每四个细胞在一起呈田字形。 如四联微球菌 （Micrococcus etragenus）,四联球菌,4、四联球菌,按三个互相垂直的平面进行分裂后，每八个球菌在一起成立方体形。 如藤黄八叠球菌（Sarcina ureae),八叠球菌,5、八叠球菌,分裂面不规则，多个球菌聚在一起，像一串串葡萄。 如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus),葡萄球菌,6、葡萄球菌,(二)杆菌 (rod),杆菌的细胞呈杆状或圆柱状。短粗、细长，两端平截、略尖、半圆。 杆菌分裂面只有一个。 杆菌是细菌中种类最多的一群细菌，生产中所应用的细菌也大多是杆菌。,Bacilli divide only across their short axis, so there are fewer groupings of bacilli than of cocci.,Rod-shaped Bacteria,Diplobacilli,streptobacilli,Single bacillus,Coccobacillus,短杆菌,长杆菌,梭状芽孢杆菌,电子显微镜下的结核菌 （绿色的就是结核杆菌）,杆菌,杆菌,动物宿主细胞感染杆菌濒临死亡,动物宿主细胞感染杆菌濒临死亡,电镜照片,杆菌细胞两端的形态特征,(三)螺旋菌(spiral-shaped bacteria),菌体呈螺旋状的原核生物，根据螺旋的数目和特征分为 弧菌 螺（旋）菌 螺旋体。,弧菌：菌体弯曲、螺旋不足一环的叫弧菌，如霍乱弧菌(Vibrio cholerae)。一端生丛生鞭毛。,弧菌,螺旋菌：菌体弯曲、螺旋26环、小型、坚硬、借鞭毛运动的叫螺旋菌，两端均生鞭毛。,螺旋菌,显微数码摄像,结构示意图,螺旋体：旋转周数超过6环、体长而柔软、借轴丝收缩运动的专称螺旋体。如梅毒密螺旋体(Treponema pallidium),螺旋体,Vibrio，Spirillum and Spirochete,Some bacteria are shaped like long rods twisted into spirals or helices; they are called vibrios (like commas or incomplete spirals), spirilla if rigid and spirochetes when flexible.,vibrio,spirillum,spirochete,螺旋体,螺旋菌,弧菌,(四)特殊形态,细菌的三种基本形态：球状、杆状和螺旋状 还有特殊形态：柄、肾形、网格状等,细菌的特殊形态,(五)细菌个体形态与环境条件,当环境条件不适合某细菌生长时，会导致细菌产生异常形态。 例如巴氏醋杆菌(Acetobacter pasteurium)当培养温度改变时，菌体会由短杆状变为纺锤状、丝状或链锁状。,影响细菌形态的因素 培养时间、培养温度、培养基成分、浓度、pH值等环境条件对细菌形态都有明显的影响。,处于幼龄阶段和生长条件适宜时，细菌形态正常、整齐，表现出特定的形态。 在较老培养物中，或不正常条件下，细胞常出现异常形态，尤其是杆菌，有的细胞膨大，有的出现梨形，有的产生分枝，有时菌体显著伸长以至呈丝状等异常形态。,若将它们转移到新鲜培养基中或适宜的培养条件下又可恢复原来的形态！,细菌大小的测定 测量： 测微尺 长度单位：微米(m) 表示方法： 球菌：直径 杆菌：宽×长 螺菌：宽、长、螺距,二、细菌大小,细菌大小表示,球菌: 通常在 0.51m 杆菌: 0.51 × 15m 螺旋菌: 0.31 × 150m,细菌的大小受培养时间的影响，通常幼龄菌体比老菌体要大，也受测定方法的影响，测活菌的大小要比测染色涂片的大小大1/31/4。,最小的细菌：纳米细菌(nanobacteria)，直径只有50 nm，比最大的病毒还小。一种引起尿结石。 最大的细菌：纳米比亚嗜硫珠菌（Thiomargarita namibiensis），直径为0.321.0 mm。迄今为止的最大细菌。肉眼可见。,细菌的观察,细菌细胞需经过染色才能作显微镜观察 经过革兰氏染色，将各种细菌分成两大类： 最终染成紫色为革兰氏阳性G 最终染成红色为革兰氏阴性G 为什么呢？,细菌细胞的模式构造,三、细菌的结构,细菌细胞的构造分一般构造和特殊构造 一般构造：一般细菌都具有的构造。包括细胞壁、细胞膜、细胞质和核区。 特殊构造：仅在部分细菌中才有的或在特殊环境条件下才形成的构造。如：鞭毛、菌毛、性菌毛、糖被和芽孢等。,(一) 细胞壁（cell wall）,细胞壁概念：位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被，主要成分为肽聚糖，具有固定外形和保护细胞不受损伤等多种生理功能。,细菌细胞壁的组成成分： 细菌细胞壁基本成分：肽聚糖 革兰氏阳性细菌G、 革兰氏阴性细菌G 古生菌中还各有自己的特点,革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌细胞壁的构造,1、 G细菌细胞壁,G细胞壁：厚度大（2080 nm） 化学组分：90 %肽聚糖、10 %磷壁酸,革兰氏阳性的细胞壁成分,肽聚糖：又称粘肽、胞壁质或粘质复合物，是真细菌细胞壁中的特有成分。 定义：由聚糖骨架与肽尾和肽桥相互交联形 成坚硬的网状结构。,聚糖： N-乙酰葡糖胺（G）和N-乙酰胞壁酸 （M）以-1,4-糖苷键连接成长链骨架 肽尾：由四个氨基酸组成四肽尾与M连接 肽桥：5个甘氨酸组成5肽桥，连接2个四肽 尾，甲3乙4 。,表 肽聚糖分子中的四种主要肽桥类型,类型 甲肽尾上连接点 肽桥 乙肽连接点 例,I 第四氨基酸 -CO.NH-直接相连 第三氨基酸 E. coli (G-) II 第四氨基酸 -(Gly)5 第三氨基酸 S. aureus (G+) III 第四氨基酸 -(肽尾)12- 第三氨基酸 M. luteus (G+) IV 第四氨基酸 -D-Lys- 第二氨基酸 C. poinsettiae(G+),结合在G细菌细胞壁上的一种酸性多糖，主要化学成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。分为 壁磷壁酸：与肽聚糖分子进行共价结合的， 其含量会随培养基成分而改变。 膜（脂）磷壁酸：跨越肽聚糖层并与细胞膜 相交联的。,磷壁酸（垣酸）,肽聚糖,肽聚糖,脂磷壁酸,细胞质膜,细胞质膜,NAM：N-乙酰胞壁酸 NAG：N-乙酰葡糖胺,肽,脂多糖,类脂A,O-特异性外链,脂蛋白,外膜,G+细菌与G细菌细胞壁构造的比较,革兰氏阳性细菌（G+）,革兰氏阴性细菌（G）,磷壁酸的主要生理作用： 浓缩Mg2+，提高细胞膜上一些合成酶的活力 贮藏元素。 调节细胞内自溶素的活力，借以防止细胞因 自溶而死亡。 是某些噬菌体的特异性吸附受体。 赋予G特异的表面抗原，可用于菌种鉴定。 增强某些致病菌(如A族链球菌)对宿主细胞 的粘连，避免被白细胞吞噬，并有抗补体的 作用。,组成：肽聚糖和外壁层即外膜 外膜：脂多糖、磷脂和脂蛋白 特点：厚度较G细菌薄，层次较多， 成分较复杂，肽聚糖层很薄 （仅23 nm），机械强度弱。,2、G细胞壁,G细菌细胞壁成分大肠杆菌 E.coli为典型代表,G肽聚糖：聚糖骨架和四肽尾，无肽桥， 埋藏在外膜脂多糖（LPS）层之内。 四肽尾：第3 个氨基酸为m-DAP，2肽互连 甲4乙3,独有：为G细胞壁所特有，位于壁的最外层 化学成分：脂多糖、磷脂和外膜蛋白 脂多糖：类脂A、核心多糖、O特异侧链， 壁抗原决定族， G致病物质内毒 素的物质基础,G外壁层,G+ 细菌与G细菌细胞壁的比较p16,3 、古生菌细胞壁,古菌细胞壁成分：假肽聚糖、糖蛋白或蛋白质 假肽聚糖：多糖骨架与肽尾和肽桥交联 多糖骨架：N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗糖胺 糖醛酸以-1, 3-糖苷键连接 肽尾： L-Glu、L-Ala和L-Lys 3个L型 肽桥：L-Glu 1个氨基酸。连接2肽尾， 甲3乙3,假肽聚糖,4、细胞壁缺损,几类细胞壁缺损或无细胞壁的细菌类型： 原生质体(protoplast)：人工用溶菌酶除尽壁或用青霉素抑制新生细胞壁的合成得到圆球状渗透敏感细胞，G+，原生质体融合研究。 球状体或原生质球(sphaeroplast)：指还残留部分细胞壁（尤其是G细菌外膜层）的原生质体。,L型细菌：L型细菌应专指那些在实验室中通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷菌株。1935年时，在英国李斯特(Lister) 发现的，取Lister研究所的第一字母 “L”，故称L型细菌。,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）；, 支原体：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。 其细胞膜中含有甾醇，其膜仍有较高机械强度,5、革兰氏染色,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。 不同细菌细胞壁的化学 组成和结构不同，通过 革兰氏染色法可将所有 的细菌分为革兰氏阳性 （G+）和革兰氏阴性 （G-）。,初染：结晶紫在细菌膜内形成紫色 媒染：碘液在细菌膜内与结晶紫可形成不 溶于水的复合物。菌体呈深紫色,革兰氏染色反应及原理,脱色处理：乙醇或丙酮脱色 G：因壁厚，肽聚糖网层次多、交联致密，遇脱 色剂处理时，会失水使网孔缩小，其不含脂 类，故不会溶出缝隙，结晶紫与碘复合物牢 牢留在壁内，菌体保持紫色。 G：因璧薄、外层类脂含量高，肽聚糖薄、交联 度差，遇脱色剂处理时，以类脂为主的外膜 迅速溶解，薄而松散的肽聚糖不能阻挡紫-碘 复合物的溶出，细胞退成无色。再经番红染 色，G就被染成红色。,革兰氏染色G+（紫色），G-（红色）,1000×油镜 革兰氏染色G+（紫色），G-（红色）,1000×油镜 革兰氏染色G+（紫色），G-（红色）,本节思考题,1、原核生物的概念、类群及典型代表菌？ 2、细菌的形态、大小、基本结构及特殊结构？ 3、革兰氏阳性菌和阴性菌细胞壁的异同点？古 细菌细胞壁的组成？ 4、肽聚糖的概念、化学成分及结构？ 5、革兰氏染色反应及原理？,Good bye,