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1、第一节 细菌,1,1）概念：,细胞质膜（cytoplasmic membrane）又称质膜（plasma membrane）、细胞膜（cell membrane） 或内膜（inner membrane），是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜，厚约78nm。,磷脂（占20%30%）,蛋白质（占50%70%）,细胞膜,2. 细胞膜,2,2）观察方法,质壁分离后结合鉴别性染色在光学显微镜下观察；,原生质体破裂；,超薄切片电镜观察；,电镜观察到的细胞质膜，是在上下两暗色层之间夹着一浅色中 间层的双层膜结构，这与细胞膜的化学组成有关。,3,3）细胞膜的化学组成与结构模型
2、,（1）磷脂,亲水的极性端,疏水的非极性端,4,在极性头的甘油C3上，不同种微生物具有不同的R基，如： 磷脂酸、 磷脂酰甘油、 磷脂酰乙醇胺、 磷脂酰胆碱、 磷脂酰丝氨酸 或磷脂酰肌醇等。,非极性尾则由长链脂肪酸通过酯键连接在甘油的C1和C2位上组成，其链长和饱和度因细菌种类和生长温度而异。,5,在生理温度下，脂肪酸末端排列成固定的晶格。,不饱和脂肪酸的双键可导致膜结构的变形。当磷脂分子中二者同时存在时，在一定条件下就阻碍了形成晶格结构所需要的有秩序排列。,6,膜的流动性很大程度上取决于不饱和脂肪酸的结构和相对含量。细胞膜上长链脂肪酸的链长和饱和度因细菌种类和生长温度而异，通常生长温度要求越高
3、的种，其饱和度也越高，反之则低。,7,具有酶促作用的周边蛋白（peripheral protein）或膜外蛋白(extrinsic protein),具运输功能的整合蛋白（integral protein）或内嵌蛋白（intrinsic protein）,8,膜蛋白约占细菌细胞膜的50%70%，比任何一种生物膜都高，而且种类也多。 -细胞膜是一个重要的代谢活动中心。,9,（2）液态镶嵌模型（fluid mosaic model）,膜的主体是脂质双分子层；,脂质双分子层具有流动性；,整合蛋白因其表面呈疏水性，故可“溶”于脂质双分子层的疏水性内层中；,周边蛋白表面含有亲水基团，故可通过静电引力与脂
4、质双分子层表面的极性头相连；,脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合；,脂质双分子层犹如一“海洋”，周边蛋白可在其上作“漂浮” 运动，而整合蛋白则似“冰山”状沉浸在其中作横向移动。,1972年，辛格（J.S.Singer）和尼科尔森（G.L.Nicolson）,10,液态镶嵌模型,11,液态镶嵌模型,12,（3）甾醇类物质,真核生物细胞膜中一般含有胆固醇等甾醇，含量为5%-25%,原核生物与真核生物的最大区 别就是其细胞膜中一般不含胆 固醇，而是含有hopanoid,甾醇的一般结构,由磷脂分子形成的双分子膜中加入甾醇类物质可以提高膜的稳定性,13,hopanoid类甾醇，其作用被认为也是稳定
5、细胞膜的结构,90%的化石燃料的前体物质是kerogen（油原，或称油母岩质）,Kerogen中细菌特有的hopanoid类甾醇占有很高的比例,Kerogen是由于细菌的活动而形成,在地下沉积物中细菌特有的hopanoid类甾醇的含量高达1011-12吨，与目前地球上存在的活的生物（living organisms）体内含有的有机碳的含量总和相当。,hopanoid被认为是地球上含量最丰富的生物分子,14,4）细胞膜的生理功能,选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送；,是维持细胞内正常渗透压的屏障；,合成细胞壁和糖被的各种组分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、荚膜多糖等）的重要基地；,膜上含
6、有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶系，是细胞的产能场所；,是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位；,15,5）间体（mesosome，或中体）,细胞质膜内褶而形成的囊状构造，其中充满着层状或管状的泡囊。多见于G+细菌。,青霉素酶分泌、DNA复制、分配以及细胞分裂有关,“间体”仅是电镜制片时因脱水操作而引起的一种赝像,16,间体(mesosome),17,1）概念,细胞质（cytoplasm）是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。含水量约80%。 细胞质内形状较大的颗粒状构造为内含物，包括各种贮藏物和气泡、羧酶体等。 细胞质功能：细胞质中含有丰富的酶系，是营养物质合
7、成、转化、代谢的场所。,3. 细胞质,18,核糖体 贮藏物 多种酶类和中间代谢物 质粒 各种营养物和大分子的单体等,类囊体 羧酶体 气泡 伴孢晶体等,细胞质的主要成分:,少数细菌还有:,19,2）颗粒状贮藏物（reserve materials）,贮藏物是一类由不同化学成分累积而成的不溶性沉淀颗粒，主要功能是贮存营养物。,20,贮藏物,碳源及能源类,磷源（异染粒）：,糖原：,固氮菌、产碱菌和肠杆菌等,紫硫细菌、丝硫细菌、贝氏硫杆菌等,藻青素：蓝细菌,藻青蛋白：蓝细菌,迂回螺菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌,大肠杆菌、克雷伯氏菌、芽孢杆菌和蓝细菌等,聚-羟丁酸（PHB）：,硫粒：,氮源类,（参见P2
8、1）,21, 聚-羟丁酸（poly-hydroxybutyrate, PHB）,巨大芽孢杆菌 （Bacillus megaterium） 在含乙酸或丁酸的培养基中生长时，细胞内贮藏的PHB可达其干重的60%。,类脂性质的碳源类贮藏物,22,PHB于1929年被发现，至今已发现60属以上的细菌能合成并贮藏。,它无毒、可塑、易降解， 被认为是生产医用塑料、 生物降解塑料的良好原料。,聚-羟丁酸,23,CH3CHOHCH2COOH,H-OCCH2CO-OH,n,(n6),PHB:,24, 多糖类贮藏物,在真细菌中以糖原为多 糖原粒较小，不染色需用电镜观察， 用碘液染成褐色，可在光学显微镜下看到。,淀
9、粉粒,有的细菌积累淀粉粒，用碘液染成深兰色。,糖原粒,多糖类贮藏物,25, 异染粒（metachromatic granules）,颗粒大小为0.51.0m，是无机偏磷酸的聚合物， 一般在含磷丰富的环境下形成。 功能是贮藏磷元素和能量，并可降低细胞的渗透压。,在暗视野显微镜下看到的 迂回螺菌(Spirillum volutans) 异染粒（迂回体）,26, 藻青素（cyanophycin）,一种内源性氮源贮藏物，同时还兼有贮存能源的作用。 通常存在于蓝细菌中。,由含精氨酸和天冬氨 酸残基（1:1）的分枝 多肽所构成，分子量 在25000125000。,27, 硫粒（sulfur globule
10、s）,很多真细菌在进行产能代谢或生物合成时，常涉及对还原性 的硫化物如H2S， 硫代硫酸盐等的氧化。 在环境中还原性硫素 丰富时，常在细胞内 以折光性很强的硫粒 的形式积累硫元素。 当环境中还原性硫 缺乏时，可被细 菌重新利用。,28,微生物储藏物的特点及生理功能：,不同微生物其储藏性内含物不同,（例如厌气性梭状芽孢杆菌只含PHB，大肠杆菌只储藏糖原， 但有些光合细菌二者兼有）,微生物合理利用营养物质的一种调节方式,当环境中缺乏能源而碳源丰富时，细胞内就储藏较多的碳源类内含物， 甚至达到细胞干重的50%，如果把这样的细胞移入有氮的培养基时， 这些储藏物将被作为碳源和能源而用于合成反应。,储藏物
11、以多聚体的形式存在，有利于维持细胞内环境的平衡，避免不适合的pH、渗透压等的危害。,（例如羟基丁酸分子呈酸性，而当其聚合成聚-羟丁酸（ PHB）就成为 中性脂肪酸了，这样便能维持细胞内中性环境，避免菌体内酸性增高。）,储藏物在细菌细胞中大量积累，还可以被人们利用！,29,3）磁小体（megnetosome）,趋磁细菌细胞中含有的大小均匀、数目不等的Fe3O4颗粒，外有一层磷脂、蛋白或糖蛋白膜包裹。,30,功能是导向作用，即借鞭毛游向对该菌 最有利的泥、水界面微氧环境处生活。,实用前景，包括生产磁性定向药物或抗体，以及制造生物传感器等,31,4）羧酶体（carboxysome）,一些自养细菌细胞
12、内的 多角形或六角形内含物,其大小与噬菌体相仿，约10nm，内含1,5-二磷酸核酮糖羧化酶，在自养细菌的CO2固定中起着关键作用。,（参见P21）,32,采用免疫电镜技术观察蓝细菌 cyanobacterium Chlorogloeopsis fritischii 中的羧酶体,33,5）气泡（gas vocuoles）,许多光合营养型、无鞭毛运动的水生细菌中存在的充满气体的泡囊状内含物，大小为0.21.0m75nm，内由数排柱形小空泡组成，外有2nm厚的蛋白质膜包裹。,34,调节细胞比重以使细胞漂浮在最适水层中获取光能、O2和营养物质。,专性好氧的盐杆菌属（Halobacterium）的细菌，
13、却生活在含氧极少的饱和盐水中，它们细胞中气泡显著，其作用被认为是使菌体浮于盐水表面，以保证细胞更接近空气。,有些厌氧性光和细菌利用气泡集中在水下10-30米深处，这样既能吸收适宜的光线和营养进行光和作用，又可以避免直接与氧接触。,蓝细菌生长时依靠细胞内的气泡而漂浮于湖水表面，并随风聚集成块，常使湖内出现“水花”。,气泡的功能：,35,气泡的膜只含蛋白质而无磷脂。二种蛋白质相互交连，形成一个坚硬的结构，可耐受一定的压力。膜的外表面亲水，而内侧绝对疏水，故气泡只能透气而不能透过水和溶质。,36,光合细菌进行光合作用的部位 相当于绿色植物的叶绿体,6）载色体 （Chromatophore）,37,7
14、）核糖体（ribosome）,38,8）质粒（plasmid）,移到第八章“微生物遗传”,39,（参见P22）,细菌的细胞核是一个拟核（nucleoid），实际上是一条环状的裸露的DNA链，所以也称染色质体（chromatinic body）或细菌染色体（bacterial chromosome）。,4. 核区（nuclear region or area）,40,原核生物所特有的 无核膜结构、 无固定形态的 原始细胞核。,41,现代同位素放射性显影术 重金属投影术 电镜,用富尔根（Feulgen）染色法或姬姆萨（Giemsa）染色法，在普通光学显微镜下可看到核区。,核区是一个反差极弱的区域，
15、没有核膜，内含丝状物，即DNA分子。,观察,42,静止期的细菌，其核呈球形、棒状或哑铃状，在正常情况下，一个菌体细胞里只有一个核；而细胞生长旺盛时，DNA复制先于分裂，则细胞里会含有24个核。,在细胞分裂时，核呈H、X和Y形。,43,（参见P25）,1）概念,某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体，称为芽孢（endospore或spore，偶译“内生孢子”）。,5. 特殊的休眠构造芽孢,44,常规加压蒸汽灭菌的条件：121，15 min以上 115，30 min以上,2）细菌芽孢的特点,整个生物界中抗逆性最强的生命体，是否能消灭芽孢是衡量各
16、种消毒灭菌手段的最重要的指标。,芽孢是细菌的休眠体，在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞；产芽孢细菌的保藏多用其芽孢。,产芽孢的细菌多为杆菌，也有一些球菌。芽孢的有无、形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标。,芽孢与营养细胞相比化学组成存在较大差异，容易在光学显微镜下观察。（相差显微镜直接观察；芽孢染色）,45,Shape,location and relative size to the spore of parent cell,46,47,在杆菌中能形成芽孢的种类较多，在球菌和螺旋菌中只有少数菌种可形成芽孢。 产生芽孢的几个属： (Bacillus)芽孢杆菌属 (Clostr
17、idium)梭状芽孢杆菌属 (Sporosarcina)芽孢八叠球菌属,48,3）芽孢的结构,芽孢是一个多层结构：,49,50,芽胞,芽胞囊,51,（1）芽孢的形成,4）芽孢的形成与芽孢的萌发过程,（1）轴丝的形成,（2）隔膜的形成,（3）前孢子的形成,（4）皮层形成,（5）孢子衣的形成,（6）芽孢形成,52,芽孢的形成过程,53,（2）芽孢的萌发,在条件具备的情况下(芽孢萌发的必要条件：水、营养物、温度和O2),芽孢在几分钟内便可萌发，芽孢吸收了水和营养物，体积膨大，皮层破裂，长出芽管，发育成新的营养细胞，与此同时芽孢的特征消失。,54,6）伴孢晶体（parasporal crystal）,
18、少数芽孢杆菌，例如苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)在其形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体内毒素，称为伴孢晶体。,特点：不溶于水，对蛋白酶类不敏感；容易溶于碱性溶剂。,55,伴孢晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫有毒杀作用，因而可将这类产伴孢晶体的细菌制成有利于环境保护的生物农药 细菌杀虫剂。,56,伴孢晶体,鳞翅目幼虫口服,伴孢晶体在肠道迅速溶解（中肠 pH 为9.0-10.5）,蛋白质毒素吸附于中肠上皮细胞，肠道穿孔,肠道中的碱性溶液及菌体、芽孢都 进入血液，使昆虫患败血症而死亡,57,7）细菌的其他休眠构造,粘液孢子(myxos
19、pore) 粘细菌(myxobacteria) 产生,(参见P25),58,孢囊(cyst) 棕色固氮菌 ( Azotobacter vinelandii),59,1) 概念,包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质。糖被按其有无固定层次、层次厚薄又可细分为荚膜（capsule或macrocapsule，大荚膜）、微荚膜(microcapsule)、粘液层(slime layer)和菌胶团(zoogloea)。,6. 细菌细胞壁以外的构造 糖被（glycocalyx）,60,A. 荚膜：在细胞壁外具有一定外形，厚度大约200nm，而且相对稳定的附着在壁外。荚膜与细胞结合不牢固，通过振荡或
20、离心可将荚膜与细胞分开。,B. 微荚膜：如果在细胞壁外的荚膜物质厚度不到200nm，而且与细胞结合比较紧，称为。,微荚膜用光学显微镜看不到，但可用血清方法证实它的存在。很容易被胰蛋白酶消化。,61,C. 粘液层：如果在细胞壁外的粘液状物质很疏松，没有边缘的向四周扩散，使培养基变粘，这类粘物质称。,D. 菌胶团：包裹在细胞群上的胶状物质。,62,63,菌落特征,产荚膜的细菌其菌落表面湿润、有光泽、粘液状的，称为光滑型（smooth）菌落。,无荚膜的细菌其菌落表面干燥、粗糙的，称为粗糙型（rough）菌落。,64,粘液层,荚膜,65,荚膜,粘液层,菌胶团,66,2）特点,（1）主要成分是多糖、多肽
21、或蛋白质，尤以多糖居多。 经特殊的荚膜染色，特别是负染色（又称背景染色） 后可在光学显微镜清楚地观察到它的存在。,67,（4）细菌糖被与人类的科学研究和生产实践有密切的关系。,（2）产生糖被是微生物的一种遗传特性，其菌落特征及血 清学反应是是细菌分类鉴定的指标之一。,（3）荚膜等并非细胞生活的必要结构，但它对细菌在环境 中的生存有利。（详见P 22）,68,1、保护作用：荚膜富含水分，可保护细胞免于干燥；防止噬菌体的吸附和裂解；抵御宿主吞噬细胞的吞噬； 2、储藏养料； 3、透性屏障和离子交换系统 4、表面附着作用； 5、细菌间信息的识别 6、堆积代谢废物,糖被的生理功能,69,70,应用： 荚
22、膜也可以成为有价值的材料。如：Leucomostoc mesenteroides 的荚膜葡聚糖已用于生产代血浆的主要成分右旋糖酐和葡聚糖凝胶制剂； ； 从野油菜黄单胞菌（Xanthomonas campestris）荚膜提取黄原胶，它是优良的食品添加剂，又是石油开采中优良的压浆剂； 用产菌胶团的菌进行污水处理等； 通过荚膜的血清学反应进行细菌鉴定 危害：食品变质发粘；增强致病力；造成严重龋齿等。,S层： 是一层包围在原核微生物细胞壁外、由大量蛋白质或糖蛋白亚基以方块形或六角形方式排列的连续层，类似于建筑物中的地砖。 有的学者认为S层是糖被的一种。 在G+、G-细菌和古生菌中都可找到S层的存在。
23、,1) 概念,（参见P23）,某些细菌细胞表面着生的一至数十条长丝状、波曲的蛋白质附属物，具有推动细菌运动功能，为细菌的“运动器官”。,7. 细菌细胞壁以外的构造 鞭毛(flagellum,复flagella),72,鞭毛的有无和着生方式具有十分重要的分类学意义,单端鞭毛,端生丛毛,两端生鞭毛,周生鞭毛,73,鞭毛的着生方式,74,2）观察和判断细菌鞭毛的方法,电子显微镜直接观察,鞭毛长度：1520m；直径：0.010.02m,光学显微镜下观察：鞭毛染色和暗视野显微镜,根据培养特征判断：半固体穿刺、菌落（菌苔）形态,75,3）鞭毛的结构及其运动机制,革兰氏阴性菌的鞭毛构造,76,G和G的鞭毛结
24、构的区别,77,鞭毛的生长方式是在其顶部延伸,78,4）鞭毛推动细菌运动的特点,（1）速度,一般速度在每秒2080m范围，最高可达每秒100m（每分钟达到3000倍体长），超过了陆上跑得最快的动物猎豹的速度（每分钟1500倍体长或每小时110公里）。,79,（2）方式,细菌以推进方式做直线运动， 以翻腾形式做短促转向运动。,80,（3）细菌的趋避运动,鞭毛的功能是运动，这是原核生物实现其趋性（taxis）即趋向性的最有效方式。,化学趋避运动或趋化作用（chemotaxis）：细菌对某化学物质敏感，通过运动聚集于该物质的高浓度区域或低浓度区域。,光趋避运动或趋光性（phototaxis）：有的细
25、菌能区别不同波长的光而集中在一定波长光区内。,趋磁运动或趋磁性（magnetotaxis），趋磁细菌根据磁场方向进行分布。,81,在螺旋体细胞的表面，长有独特的固定型鞭毛称为周质鞭毛。一般每个细胞上长两对，每对着生在一端，以螺旋方式缠绕在细胞表面，一般仅达细胞长度的2/3，这两对鞭毛都被细胞壁的外膜包裹着。（P30）,长在细菌体表的纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质类附属物，具有使菌体附着于物体表面的功能。,8. 细菌细胞壁以外的构造 菌毛(fimbria，复数fimbriae),83,鞭毛,菌毛,84,每个细菌约有250300条菌毛。有菌毛的细菌一般以革兰氏阴性致病菌居多，借助菌毛可把它们牢
26、固地粘附于宿主的呼吸道、消化道、泌尿生殖道等的粘膜上，进一步定植和致病。,85,构造和成分与菌毛相同，但比菌毛长，数量仅一至少数几根。,9. 细菌细胞壁以外的构造 性毛(pili,单数pilus),86,性毛一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌株（即供体菌）中，其功能是向雌性菌株（即受体菌）传递遗传物质。有的性毛还是RNA噬菌体的特异性吸附受体。,87,裂 殖,芽 殖,繁殖方式,二分裂,三分裂,复分裂,四、细菌的繁殖,主要方式,88,一个细胞通过分裂而形成两个子细胞的过程。,杆状细胞,橫分裂：,纵分裂：,分裂时细胞间形成的隔膜与细胞长轴呈垂直状态。,分裂时细胞间形成的隔膜与细胞长轴呈平行状态。,1.
27、 裂 殖（fission）,89,（1）二分裂（binary fission）,一个细胞在其对称中心形成一隔膜，进而分裂成两个形态、大小和构造完全相同的子细胞。,对称的二分裂：,不等二分裂：,分裂成两个在外形、构造上有明显差别的子细胞。,二分裂,90,二分裂,91,（2）三分裂（trinary fission）,部分细胞进行成对的“一分为三”方式的三分裂，形成一对“Y”形细胞，随后仍进行二分裂，其结果就形成了特殊的网眼状菌丝体。,92,参见书 P28,93,（3）复分裂（multiple fission）,eg. 蛭弧菌（寄生于细菌细胞中）,当它在宿主细菌体内生长时，会形成不规则的盘曲的长细胞
28、，然后细胞多处同时发生均等长度的分裂，形成多个弧形子细胞。,94,2. 芽 殖（budding）,指在母细胞表面（尤其在其一端）先形成一个小突起，待其长大到与母细胞相仿后再相互分离并独立生活的一种繁殖方式。,凡以这类方式繁殖的细菌，通称为 芽生细菌（budding bacteria）。,95,五、细菌的群体形态,1. 在固体培养基上（内）的群体形态,（1）菌落,菌落是指在固体培养基上（内）以母细胞为中心的一堆肉眼可见的，有一定形态、构造等特征的子细胞集团。,96,97,菌落： 将单个细胞或一小堆同种细胞接种在固体培养基表面（有时是内部），当它占有一定的发展空间并处于适宜的培养条件时，该细胞就会
29、迅速生长繁殖并形成细胞堆，此即菌落（colony）。,98,（2）纯种细胞群或克隆（clone）,（3）菌苔（bacterial lawn）,如果菌落是由一个单细胞繁殖形成的，则它就是一个。,如果把大量分散的纯种细胞密集地接种在固体培养基的较大面积上，结果长出的大量“菌落”已互相连成一片，这就是。,99,主要特征：一般呈现为湿润、较光滑、较透明、较粘稠、易挑取、质地均匀以及菌落正反面或边缘与中央部位颜色一致等。 由于细菌属单细胞生物，细胞较小，一个菌落的细胞间没有形态、功能分化，细胞间充满毛细管水，所以细菌菌落含水量高，并具有其共同的特征。 由于不同细菌在细胞大小、形态、表面结构等方面的差异，
30、它们所形成的菌落就各具特点。菌落的特征包括大小、颜色、透明度、表面状态、质地、边缘形态、隆起形状等。,（2）细菌菌落的特征,100,101,各种微生物在一定条件下形成的菌落，其形态特征有一定的稳定性和专一性，因而可以作为识别、鉴定菌种的一个依据，但也受某些因素的影响：邻近菌落 、培养时间 、培养基成分 、培养温度 菌落在细菌的鉴定、分离纯化、计数以及选种、育种等工作中都有具体的应用。,102,菌落描述,a.隆起特征描述 b.边缘特征描述 c.表面特征描述,没有鞭毛不运动的细菌，特别是球菌，常形成较小、较厚、边缘较整齐的菌落；有鞭毛的细菌则较大而扁平，边缘波状、锯齿状等； 有荚膜的细菌菌落较大并且表面光滑而透明，而没有荚膜的则表面较粗糙； 具有芽孢的细菌菌落表面常有褶皱并且不透明。,103,105,细菌菌落特征,细菌菌落特征正面图,106,2.在半固体培养基上（内）的群体形态 明胶半固体培养基 琼脂半固体培养基 3.在液体培养基上（内）的群体形态,107,细菌在半固体培养基中的生长现象,有动力 现象,无动力 现象,108,细菌在琼脂培养基中穿刺培养的生长特征,细菌在半固体培养上的培养特征,109,110,下节课再见了,111,112,5、特殊的休眠构造芽孢,（参见P53-54）,3）芽孢的形成与芽孢的萌发过程,113,伴孢晶体（parasporal crystal）,114,