微生物第一章.ppt

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1、第一章 原核微生物,微生物,古生菌（Archaea） 细菌（Bacteria）,真菌（酵母、霉菌、蕈菌等）、 单细胞藻类、 原生动物等,非细胞型：病毒,细胞型,原核微生物,真核微生物,古生菌在进化谱系上与真细菌及真核生物相互并列，且与后者关系更近，而其细胞构造却与真细菌较为接近，同属于原核生物。,第一节 细菌（bacteria）,一、细胞的形态构造及其功能,（一）形态和染色,球状,杆状,螺旋状,基本形态,一、细胞的形态构造及其功能,（一）形态和染色,1、球状,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。,一、细胞的形态构造及其功能,（一）形态和

2、染色,2、杆状,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。,枯草芽孢杆菌,地衣芽孢杆菌,铜绿假单胞菌 （绿脓杆菌）,结核分枝杆菌,炭疽病的病原菌 -炭疽杆菌,破伤风梭菌,一、细胞的形态构造及其功能,（一）形态和染色,3、螺旋状,弧菌,螺旋菌,螺旋体菌,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。,蛭弧菌,霍乱弧菌,螺旋菌：,菌体回转如螺旋，螺 旋数目和螺距大小因 种而异。鞭毛二端生 细胞壁坚韧，菌体较 硬。,螺旋体菌：,菌体柔软，用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。,梅毒密螺旋体,4、大小与重量,细菌

3、的大小测量单位是um,大小的测量方法,显微镜测微尺,显微照相后根据放大倍数进行测算,5、染色,由于细菌细胞微小又透明，一般先要经过染色才能作显微观察,革兰氏染色法,细菌染色,鉴别染色法,简单染色法,负染色：,正染色,死菌,活菌,抗酸性染色法,芽孢染色法,姬姆萨染色法,荚膜染色法,用美蓝或TTC等作活菌染色,（二）细胞的结构,一般结构：一般细菌都有的构造,特殊结构：部分细菌具有的或 一般细菌在特殊环境下才有的,1、细菌细胞的一般构造,细胞壁（cell wall）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。约占干 重的1025%,1）细胞壁（cell wall),不同细菌细

4、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-）。,(1)革兰氏阳性的细胞壁成分,G+菌细胞壁化学组成以肽聚糖(peptidoglycan)为主。这是原核微生物所特有的成份，占细胞壁物质总量的40-90%。,磷壁酸又名垣酸，是大多数G+菌所特有的成分， 约占细胞壁成分的10%。,(2)革兰氏阴性的细胞壁成分,G-细胞壁的组成和结构比G+更复杂。主要成份为：脂多糖、磷脂、脂蛋白、肽聚糖。,G-有肽聚糖，仅占细胞壁干重的5-10%。肽聚糖结构与G+相同，但短肽尾中的号位上L-Lys往往被其他二氨酸取代,外壁层是G细菌细胞壁所特有的结构它位于壁的最外

5、层，化学成分为脂多糖、磷脂和若干种外蛋白。,(3)G+ 细菌与G -细菌细胞壁的比较,(4)革兰氏染色,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。,用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染,用碘溶液进行媒染，其作用是提高染料和细 胞间的相互作用从而使二者结合得更牢固。,用乙醇或丙酮冲洗进行脱色。在经历脱色后 仍将结晶紫保留在细胞内的为革兰氏阳性细 菌，而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉，细 胞呈无色。,用一种与结晶紫具有不同颜色的碱性染料对 涂片进行复染。例如沙黄，它使原来无色的 革兰氏阴性细菌最后呈现桃红到红色，而革 兰氏阳性细菌继续保持深紫色,(5)古生菌的细胞壁,T

6、hese Archaea species live in extreme heat near deep sea vents.,大多为嗜极菌 除热原菌属没有细胞壁以外，其余都具有与真细 菌功能相似的细胞壁 细胞壁中含有假肽聚糖、糖蛋白或蛋白质,-1,3糖苷键不被溶菌酶水解,N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸交 替连接而成，连在后一氨基糖上的肽尾由 L-glu、L-ala和L-lys三个L型氨基酸组成， 肽桥则由L-glu一个氨基酸组成。,(6)细胞壁缺陷细菌：,缺壁突变L型细菌 实验室或宿 主体内形成 基本去尽原生质体（G+） 缺 壁 人工去壁 细 菌 部分去除球状体（G-） 在自然界长期进

7、化中形成枝原体,a.L型细菌（L-form of bacteria）,细菌在某些环境条件下（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。,因英国李斯德（Lister）预防研究所首先发现而得名 （1935年，念珠状链杆菌 Streptobacillus moniliformis）,大肠杆菌、变形杆菌、葡萄球菌、链球菌、分枝杆菌和霍乱弧菌等 20多种细菌中均有发现，被认为可能与针对细胞壁的抗菌治疗有关。,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0.1mm左右）；

8、,b.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而 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，一般由革兰氏阳性细菌形成。,特点：,对环境条件变化敏感，低渗透压、振荡、离心甚至 通气等都易引起其破裂；,有的原生质体具有鞭毛，但不能运动，也不被相应 噬菌体所感染；,在适宜条件（如高渗培养基）可生长繁殖、形成菌 落，形成芽孢。及恢复成有细胞壁的正常结构。,比正常有细胞壁的细菌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。,c.球状体(sphaeroplast),采用上述同样方法，针对革兰氏阴

9、性细菌处理后而获 得的残留部分细胞壁（外壁层）的球形体。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。,2）、细胞膜与间体,（1）细胞概念：,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78 nm，由磷脂（占20%30%）和蛋白质（占50%70%） 组成。,（2）细胞膜的化学组成与结构模型：,a. 磷脂,亲水的极性端,疏水的非极性端,b. 液态镶嵌模型(flui

10、d 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）,（3）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

11、分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、 荚膜多糖等）的重要基地；,膜上含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；,（4）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。 多见于革兰氏阳性细菌。,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,细胞质的主要成分为核糖体、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，少数细菌还 有类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等。,3）、细胞质和内含物,（1）概念：,细胞质（cytoplasm

12、）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%。,核糖体是细胞质中的一种核糖核蛋白的颗粒状物质， 由核糖核酸(60%)和蛋白质(40%)组成，常以游离状 态或多聚核糖状态分布于细胞质中。其沉降系数均 为70s。它是蛋白质的合成场所。,(2)核糖体(ribosomes),（3）贮藏物(reserve materials)：,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,贮藏物是一类由不同

13、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。,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。,糖原粒 淀粉粒,有的细菌积累淀粉粒，用碘液染成深兰色。,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）,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

14、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。,硫粒（sulfur globules）,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。 当环境中环境中还原性硫缺乏时,可被细菌重新利用。,（4）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。,功能：调节细胞比重以使细胞漂浮在最适水层中获

15、取光能、O2和营养物质,4）、核区（nuclear region or area）,原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的原始细胞核,2、细菌细胞的特殊结构,1）、糖被（glycocalyx）,（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(slimelayer)和菌胶团 (zoogloea)。,荚膜,粘液层,菌胶团,（2）特点,主要成分是多糖、多肽或蛋白质，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

16、显微镜清楚地观察到它的存在。,b. 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。,c. 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。,d. 细菌糖被与人类的科学研究和生产实践有密切的关系。,（3）功能,保护细菌免受干燥的影响； 贮藏养料，以备营养缺乏时重新利用； 与病原菌的毒性密切相关； 能抵抗吞噬细胞的吞噬,2）、 鞭毛(flagellum,复flagella),（1) 概念,某些细菌细胞表面着生的一至数十条长丝状、螺旋形的附属物， 具有推动细菌运动功能，为细菌的“运动器官”。,鞭毛的有无和着生方式,单端鞭毛,端生丛毛,两端生鞭毛,周

17、生鞭毛,（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,3）、菌毛(fimbria，复数fimbriae),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。,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。,4）、性毛(pili,单数pilus),构造和成分与菌毛相同，但比菌毛长，数量仅一

18、至少数几根。,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。,5）、特殊的休眠构造芽孢,（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”）。,（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

19、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）,（3）芽孢的形成与芽孢的萌发过程,（4）芽孢的耐热机制,芽孢与母细胞相比不论化学组成、细微结构、生理功能等方面都完全不同（表3-3）,渗透调节皮层膨胀学说,芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差,皮层的离子强度很高，产生极高的渗透压夺取 芽孢核心的水分，结果造成皮层的充分膨胀。,核心部分的细胞质却变得高度失水， 因此，具极强的耐热性。,（6）伴孢晶体（parasporal crystal）,少数芽孢杆菌，例如苏云金芽孢杆菌(Bacillus

20、 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。,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。,特点：不溶于水，对蛋白酶类不敏感；容易溶于碱性溶剂。,（6）伴孢晶体（parasporal crystal）,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）,吸附于上皮细胞，引起渗透性丧失，肠道穿孔,肠道中的碱性溶液进入血液，后者 pH升高，昆虫全身麻痹而死亡,细菌主要是通过无性繁殖产生后代。其繁殖方式是二分裂

21、，简称裂殖。 细菌的繁殖过程分为三个连续步骤： 核的分裂和隔膜的形成； 横隔壁形成； 子细胞分裂。 另外有的细菌还存在：三分裂和复分裂。,二、细菌的分裂,（三）细菌的繁殖,1、裂殖 （fission）,1）、二分裂（binary fission）,三、细菌的群体形态,（一）、在固体培养基上（内）的群体形态,（二）、在半固体培养基上（内）的群体形态,根据明胶液化层中呈现的不同形状判断某细菌是否产 蛋白酶 根据半固体直立柱表面和穿刺线上细菌群体的生长状 态和有否扩散现象判断该菌的运动能力,（三）、在液体培养基上（内）的群体形态,（一）概念,在形态上具有分枝状菌丝、菌落形态与霉菌相似，以孢子进行繁殖

22、。,“介于细菌与丝状真菌之间又接近细菌的一类丝状原核生物”,近代生物学技术,放线菌实际上是属于细菌范畴内的原核微生物， 只不过其细胞形态为分枝状菌丝。,放线菌是具有菌丝、以孢子进行繁殖、革兰氏染色阳性的一类 原核微生物，属于真细菌范畴。,第二节 放线菌（Actinomyces）,（二）形态与结构,单细胞，大多由分枝发达的菌丝组成； 菌丝直径与杆菌类似，约1mm； 细胞壁组成与细菌类似，革兰氏染色阳性（少数阴性）； 细胞的结构与细菌基本相同， 按形态和功能可分为营养、气生和孢子丝三种。,1、营养菌丝,匍匐生长于培养基内，吸收营养，也称基内菌丝。一般无隔膜， 直径0.2-0.8 mm，长度差别很大

23、，有的可产生色素。,2、气生菌丝,营养菌丝发育到一定阶段，伸向空间形成气生菌丝，叠生于营养 菌丝上，可覆盖整个菌落表面。在光学显微镜下观察，颜色较深 ，直径较粗（1-1.4 mm），有的产色素。,3、孢子丝,气生菌丝发育到一定阶段，其上可分化出形成孢子的菌丝，即孢 子丝，又称产孢丝或繁殖菌丝。其形状和排列方式因种而异，常 被作为对放线菌进行分类的依据。,（三）生长与繁殖,繁殖方式,无性分生孢子,菌丝断裂,常见于液体培养中，工业发酵 生产抗生素时都以此法大量繁 殖放线菌,细菌的芽孢是休眠体，而放线菌的孢子是繁殖体,（四）菌落形态,菌落形态,能产生大量分枝和气生菌丝的菌种（如链霉菌）,不能产生大量

24、菌丝体的菌种（如诺卡氏菌）,菌落质地致密，与培养基结合紧密，小而不 蔓延，不易挑起或挑起后不易破碎。,粘着力差，粉质，针挑起易粉碎,（五）分布特点及与人类的关系,放线菌常以孢子或菌丝状态极其广泛地存在于自然界，土壤 中最多，其代谢产物使土壤具有特殊的泥腥味。,能产生大量的、种类繁多的抗生素（其中90%由链霉菌产生）,有的放线菌可用于生产维生素、酶制制；此外，在甾体转化、 石油脱蜡、烃类发酵、污水处理等方面也有应用,少数寄生型放线菌可引起人、动物（如皮肤、脑、肺和脚部感染）、 植物（如马铃薯和甜菜的疮痂病）的疾病。,第三节 蓝细菌（Cyanobacteria）,1、概念,也称蓝藻或蓝绿藻（blu

25、e-green algae），是一类含有叶绿素a、 能以水作为供氢体和电子供体、通过光合作用将光能转变成化学 能、同化CO2为有机物质的光合细菌。,以前曾归于藻类，因为它和高等植物一样具有光和色素 -叶绿素a，能进行产氧型光合作用。,2、特性,1）分布极广；,2）形态差异极大，有球状、杆状和丝状等形态；,3）细胞中含有叶绿素a，进行产氧型光合作用；,4）具有原核生物的典型细胞结构：,细胞核无核膜，也不进行有丝分裂，细胞壁含胞壁酸 和二氨基庚二酸，革兰氏染色阴性。,5）营养极为简单，不需要维生素，以硝酸盐或氨作为氮源， 多数能固氮，其异形细胞（heterocyst）是进行固氮的场所。,6）分泌粘

26、液层、荚膜或形成鞘衣，因此具有强的抗干旱能力。,7）无鞭毛，但能在固体表面滑行，进行光趋避运动。,8）许多种类细胞质中有气泡，使菌体漂浮，保持在光线最充足 的地方，以利光合作用。,3.蓝细菌的分群,第一群：色球蓝细菌群,第二群：厚球蓝细菌群,第三群：无异形胞丝状蓝细菌群,第四群：有异形胞丝状蓝细菌群,第五群：多分裂的有异形胞丝状蓝细菌群,第四节 支原体、立克次氏体和衣原体,支原体（Mycoplasma） 立克次氏体（Rickettsia） 衣原体（Chlamydia） 革兰氏阴性细菌，其大小和特性均介于通常的细菌与病毒之间。,（一）支原体（Mycoplasma）,立克次氏体（Rickettsi

27、a）是大小介于通常的细菌与病毒之间，在 许多方面类似细菌，专性活细胞内寄生的原核微生物。,（二）立克次氏体（Rickettsia）,1、概念,H.T.Ricketts 1909年， 首次发现斑疹伤寒的 病原体，并因研究此 病而牺牲，1916年人 们以他的名字命名 这类病原体作为纪念。,2、特性,1）某些性质与病毒相近,专性活细胞寄生物，除五日热（战壕热）立克次氏体 （Rickettsia wolhynica）外均不能在人工培养基上生长繁殖。,体内酶系不完全，一些必需的养料需从宿主细胞获得； 细胞膜比一般细菌的膜疏松； 可透性膜，使它们有可能容易从宿主细胞获得大分子物质， 但也决定了它们一旦离开

28、宿主细 胞则易死亡,大小介于病毒与一般细菌之间，其中伯氏立克次氏体 （Rickettsia burneti）能通过细菌过滤器,一般个体：球状体：0.2-0.5 mm；杆状体：0.3-0.5 x 0.3-2 mm；,2）从一种宿主传至另一宿主的特殊生活方式,主要以节肢动物（虱、蜱、螨等） 为媒介，寄生在它们的消化道表皮 细胞中，然后通过节肢动物叮咬和 排泄物传播给人和其他动物。,（三）衣原体（Chlamydia）,1、概念,介于立克次氏体与病毒之间，能通过细菌滤器，专性活细胞内寄 生的一类原核微生物。,过去误认为“大病毒”，但它们的生物学特性更接近细菌而不同于病毒。,在宿主细胞内观察到的 衣原体

29、微菌落（microcolony）,2、特性,1）细胞结构与细菌类似；,具有类似的细胞壁，细胞壁内也含有胞壁酸、二氨基庚二酸； 70S核糖体也是由30S和50S二个亚基组成）,2）细胞呈球形或椭圆形，直径0.2-0.3 mm，能通过细菌滤器；,3）专性活细胞内寄生；,衣原体有一定的代谢活性，能进行有限的大分子合成，但缺 乏产生能量的系统，必须依赖宿主获得ATP，因此又被称为 “能量寄生型生物”。,4）在宿主细胞内生长繁殖具有独特的生活周期，即存在原体和 始体两种形态。,5）衣原体广泛寄生于人类、哺乳动物及鸟类，少数致病；,1956年，我国微生物学家汤飞凡等应用鸡胚卵黄囊接种法， 在国际上首先成功地分离培养出沙眼衣原体。,6）衣原体不耐热，60度10分钟即被灭活，但它不怕低温，冷 冻干燥可保藏多年。对红霉素、氯霉素、四环素敏感。,沙眼衣原体是人类砂眼的病原体，甚至引起结膜炎、角膜炎、 角膜血管翳等临床症状，成为致盲的重要原因。,3、生活史,支原体、立克次氏体、衣原体与细菌、病毒的比较,