原核微生物细菌

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灞恶雷
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1 第二章原核微生物的形态构造和功能

2 原核微生物概念指一大类细胞核无核膜包裹, 只存在称作核区的裸露 DNA 的原始单细胞生物, 包括真细菌 (eubacteria) 和古生菌 (archaea) 两大类群其中除少数属古生菌外, 多数的原核生物都是真细菌四菌四体细菌放线菌蓝细菌原核微生物古生菌立克次氏体支原体衣原体螺旋体

3 原核细胞和真核细胞的区别原核细胞真核细胞原核细胞细胞核有明显核区, 无核膜核仁细胞器无线粒体, 能量代谢和许多物质代谢在质膜上进行核糖体分布在细胞质中, 沉降系数为 70S 真核细胞有核膜, 核仁有线粒体, 能量代谢和许多合成代谢在线粒体中进行分布在内质网膜上, 沉降系数为 80S

4 The prokaryotic cell 1. Their genetic material (DNA) is not enclosed within a membrane and they lack other membrane bounded organelles 2. Their DNA is not associated with histidine 3. Their cell wall almost always contain the complex polysaccharide peptidoglycan 4. They are very small!!

5 Size: Most bacteria fall within a range from 0.2 to 2.0 um in diameter and from 2 to 8 um in length A cyanobacterium 8 x 50 um A rod-shaped prokaryote is typically about 1-5 micrometers (μm) long and about 1 μm wide Microorganisms in general are very small and are completely invisible to the naked eye.

6 size comparison of microorganisms Meters Visibility scale Relative size of Microbes Naked eye Prokaryotes Eukaryotes Light microscope Electron microscope Viruses

7 观察细菌的方法观察工具观察方法

8 观察工具 (tools) 普通光学显微镜暗视野显微镜相差显微镜荧光显微镜电子显微镜 microorganisms can be observed using a microscope

9 用显微镜观察细菌的方法活体观察压滴法悬滴法菌丝埋片法染色观察

10 染色观察

11 第一节细菌细菌 (bacteria): 是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

12 分布温暖潮湿和富含有机物质的地方人体肠道中皮肤上粘液里死去的有机体内土壤中水中地层下空气中极端环境中 : 万米深海底部几万米高空中地层下, 冰川温泉无孔不入无处不有

13 重要性害处 : 引起疾病引起食物和工农业产品腐烂变质益处 : 发酵生产 : 氨基酸核苷酸酶制剂乙醇丙酮丁醇有机酸及抗生素等 ( 酸奶醋 ) 农业上 : 杀虫菌剂细菌肥料沼气发酵饲料青贮固氮医药上 : 菌苗类毒素代血浆和许多医用酶类分解消化食物环保和国防上物质循环

14 一细菌的形态与结构 ( 一 ) 细菌细胞的形态形大状小排列状态

15 1. Shape: Bacteria have a few basic shapes Spherical coccus Rod-shaped bacillus spirallum

16 Other shapes:

17 2 细菌细胞的大小细菌的大小测量方法是 : 显微测微尺细菌的大小测量单位是 : µm( 微米 ) 1 微米 =1/1000 毫米

18 是弯曲长度, 不是真正长度, 真正长度用圈数和 Φ 来计算

19 (1) 杆菌 (bacillus) 19

20 杆菌种类多, 作用也最大工业中用的大多是杆菌 : 枯草杆菌淀粉酶蛋白酶北京棒杆菌谷氨酸味精苏云金杆菌细菌杀虫剂

21 枯草杆菌炭疽芽孢杆菌结核分枝杆菌白喉棒状杆菌双歧杆菌破伤风梭菌

22 (2) 球菌球 22

23 23

24 单球菌双球菌链球菌

25 四联球菌

26 八叠球菌

27 葡萄球菌

28 (3) 螺旋菌细胞呈弧状或螺旋状一般单生, 能运动螺旋菌的旋转圈数和螺距大小因种类而异弧菌 : 菌体只有一个弯曲, 其程度不足一圈, 形似 C 字或逗号, 鞭毛偏端生螺旋菌 : 菌体回转如螺旋, 螺旋数目和螺距大小因种而异,1~6 周鞭毛二端生细胞壁坚韧, 菌体较硬

29 霍乱弧菌 (V.cholerae)

30 ( 二 ) 细菌细胞的结构芽孢基本结构 ( 一般结构不变结构 ) 细胞壁细胞膜细胞质核区特殊结构 ( 可变结构 ) 鞭毛菌毛性菌毛指一般细菌都有的结构内含物糖被 ( 包括荚膜和粘液层 ) 把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

31 1 细胞壁 (cell wall) 概念细胞壁是位于细胞最外一层厚实坚韧并富有弹性的外被, 主要由肽聚糖构成, 具有固定细胞外形和保护细胞不受损伤等多种生理功能

32 细胞壁的主要主要功能 1 固定细胞外形和提高机械强度, 从而使其免受渗透压等外力的损伤 ; 2 为细胞的生长分裂和鞭毛运动所必需, 失去了细胞壁的原生质体, 也就丧失了这些重要功能 ; 3 阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质 ( 相对分子质量大于 800) 进入细胞, 保护细胞免受溶菌酶消化酶和青霉素等有害物质的损伤 ; 4 赋予细菌具有特定的抗原性致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性

33 (1) 细胞壁 (cell wall) 的构造与化学组成高等植物纤维素细胞壁化学组成霉菌几丁质酵母甘露聚糖, 葡聚糖细菌肽聚糖磷壁酸类脂质蛋白质 N- 乙酰葡萄糖胺 N- 乙酰胞壁酸短肽

34 (1) 细胞壁 (cell wall) 的构造与化学组成革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁构造的比较

35 (1) 细胞壁 (cell wall) 的构造与化学组成细胞质膜肽聚糖外壁层 Gram positive bacteria, G + Gram negative bacteria, G 细菌的细胞壁

36 1 革兰氏阳性细菌肽聚糖单体的结构肽聚糖单体双糖单位四肽尾肽桥聚糖 ( 链 )

37 金黄色葡萄球菌的肽聚糖四肽及交联情况 Gly 4 位肽桥为 5 个甘氨酸 (Gly) 位相连 n 3 位 1 双糖单位,N-, 乙酰葡萄胺与 1 个 N- 乙酰胞壁酸 ;2; 四肽尾或四肽侧链, 丙氨酸 (L) L) 谷氨酸 (D) D) 赖氨酸 (L) L) 丙氨酸 (D) D);3 肽桥或肽间桥, 甘氨酸五肽

38 G + 菌细胞壁化学组成以肽聚糖 (peptidoglycan) 为主是原核微生物所特有的成份, 占细胞壁物质总量的 40~90% NAG NAM β-1,4- 糖苷键四肽尾肽桥 G + 细菌肽聚糖立体结构 ( 局部 )

39 革兰阳性菌细胞壁特殊组分磷壁酸分支菌酸 M 蛋白葡萄球菌 A 蛋白

40 磷壁酸 (teichoic acid)( ( 又名垣酸 ) 革兰氏阳性细菌细胞壁所特有的成分它是由多个 (8~50 个 ) 核糖醇或甘油以磷酸二酯键连接而成的一种酸性多糖壁磷壁酸两种类型 ( 和细胞壁中肽聚糖的 N- 乙酰胞壁酸连结 ) 膜磷壁酸 ( 即脂磷壁酸 ) ( 由甘油磷酸链分子与细胞膜上的磷脂进行共价结合后形成 )

41 细胞壁形态与结构特殊组分 : 膜磷壁酸磷壁酸壁磷壁酸膜磷壁酸壁磷壁酸

42 ( 金黄色葡萄球菌芽胞杆菌属 ) 磷壁酸有五种类型, 主要为甘油磷壁酸和核糖醇磷壁酸两类 ( 干酪乳杆菌 )

43 磷壁酸的主要生理功能为 : 1 其磷酸分子上较多的负电荷可提高细胞周围 Mg 的浓度, 进入细胞后就可保证细胞膜上一些需 Mg 2+ 的合成酶提高活性 ; 2 贮藏磷元素 ; Mg 2+ 3 增强某些致病菌对宿主细胞的粘连避免被白细胞吞噬以及抗补体的作用 ; 4 赋予革兰氏阳性细菌以特异的表面抗原 ; 5 可作为噬菌体的特异性吸附受体 ; 6 能调节细胞内自溶素的活力, 借以防止细胞因自溶而死亡

44 2 革兰氏阴性的细胞壁成分脂多糖 O- 特异侧链核心多糖外膜磷脂类脂 A 革兰氏阴性菌细胞壁肽聚糖周质空间脂蛋白 G - 细菌细胞壁的特点是 : 厚度较 G + 细菌薄, 层次较多, 成分较复杂肽聚糖层很薄 ( 仅 2-3nm), 故机械强度较 G + 细菌弱

45 大肠杆菌E.coli 肽聚糖中的肽桥肽键二氨基庚二酸差别 :1: 四肽尾的第 3 个氨基酸为内消旋二氨基庚二酸 meso~dap ~DAP); );2 没有特殊的肽桥, 其前后两个单体间的联系仅由甲四肽尾的第 4 个氨基酸 D- 丙氨酸的羧基与乙四肽尾第 3 氨基酸 meso~dap 的氨基直接连接而成

46 外膜是G 细菌细胞壁所特有的结构它位于壁的最外层化学成分为脂多糖磷脂和脂蛋白等若干种外蛋白 O-特异侧链脂多糖孔蛋白核心多糖类脂A 磷脂双分子层脂蛋白肽聚糖周质空间

47 脂多糖 (lipopolysaccharide LPS )

48 脂多糖 (lipopolysaccharide LPS ) 主要功能有 : 1 类脂 A 是革兰氏阴性细菌致病性内毒素的物质基础 ; 2 与磷壁酸相似, 也有吸附 Mg 2+ Ca 2+ 等阳离子以提高这些离子在细胞表面浓度的作用 ; 3 由于 LPS 结构的变化, 决定了革兰氏阴性细菌细胞表面抗原决定簇的多样性 ; 4 是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体 ; 5 具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能例如, 它可透过若干种较小的分子 ( 嘌呤嘧啶双糖肽类和氨基波等 ), 但能阻拦溶菌酶抗生素 ( 青霉素等 ) 去污剂和某些染料等较大分子进入细胞膜

49 革兰氏阳性和阴性细面细胞壁成分的比较成分革兰氏阳性细菌占细胞壁干重的 % 革兰氏阴性细菌肽聚糖含量很高 (50-95) 含量很低 (~10) 磷壁酸含量较高 (<50) 0 类脂质一般无 (<2) 含量较高 (~20) 蛋白质 0 含量较高

50 G +` G - 肽聚糖的组成不同肽尾第三氨基酸不同 G +: 赖氨酸 G -: 二氨基庚二酸 G,M 都是 ß-1,4- 糖苷键连接肽桥交联度 G + :5 个甘氨酸 G - : 肽键 G + : 75% 交联, 结构紧密 G - : 25% 交联, 结构松散

51 3 古生菌的细胞壁在甲烷杆菌科 (Methanobacteriaceae) 中的甲烷杆菌属 (Methanobacterium) 和甲烷短杆菌属 (Merhanobrevibacter) 等极大多数 G + 古生菌的细胞壁中, 在电子显微镜下, 只显示出一电稠密层, 厚约 15~20nm CW 为拟胞壁质或杂多糖..... 类型 Ⅰ CW CM CPL

52 β-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( 谷氨酸 ) L-ala( 丙氨酸 ) 和 L-lys ( 赖氨酸 ) 三个 L 型氨基酸组成, 肽桥则由 L-glu 一个氨基酸组成不含胞壁酸和 D 型氨基酸

53 CELL WALLS OF ARCHAEBACTERIA ( Differences from eubacteria ) The archaebacteria do not contain peptidoglycan in their cell walls as occurs in eubacteria. N-acetylmuramic acid and D-amino acids are not found in the cell walls of archaebacteria. The bonds between the carbohydrates in pseudopeptidoglycan are β 1-3 instead of'β1-4 as in peptidoglycan.

54 Some archaebacteria have walls composed of pseudopeptidoglycan, which resembles the peptidoglycan of eubacteria but contains N- acetyltalosaminuronic acid instead of N- acetylmuramic acid and L-amino acids instead of the D-amino acids in eubacterial cell walls.

55 类型 Ⅱ 只存在于革兰氏阳性的炽热甲烷嗜热菌中, 在坚硬的拟胞壁质外还有由蛋白质亚基排列而成的表层蛋白质亚基 SL CW CM CPL 类型 Ⅱ

56 蛋白和糖蛋白许多古细菌的细胞壁是由六角形规则排列的蛋白质或糖蛋白的亚单位所组成嗜盐杆菌 (Halobacterium halobium) 的细胞壁厚约 13 nm, 由六角形规则排列的糖蛋白亚单位形成一层类型 Ⅲ SL 蛋白质或糖蛋白亚基 CM CPL

57 类型 Ⅳ 最复杂, 除了在单个细胞外包有一个电子致密的弹性层, 还有蛋白原纤维鞘将若干个细胞连在一起这类结构见于甲烷螺菌属和甲烷丝菌属类型 Ⅳ SH CW CM CPL

58 (2) 细菌的革兰氏染色 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

59 理论与实践意义通过这一染色, 几乎可把所有的细菌分成革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌两个大类, 因此它是分类鉴定菌种时的重要指标又由于这两大类细菌在细胞结构成分形态生理生化遗传免疫生态和药物敏感性等方面都呈现出明显的差异, 因此任何细菌只要通过简单的革兰氏染色, 就可提供不少其他重要的生物学特性方面的信息

60 细胞壁与革兰氏染色甲菌紫色 (G + ) 初染媒染脱色复染结晶紫碘液乙醇沙黄乙菌红色 ( G - )

62 革兰氏染色的机制通过结晶紫液初染和碘液媒染后, 在细菌的细胞膜内可形成不溶于水的结晶紫与碘的复合物 ; G + 细菌由于其细胞壁较厚肽聚糖网层次多和交联致密, 故遇脱色剂乙醇 ( 或丙酮 ) 处理时, 因失水而使网孔缩小, 再加上它不含类脂, 故乙醇的处理不会溶出缝隙, 因此能把结晶紫与碘的复合物牢牢留在壁内, 使其保持紫色 ; 反之, G - 细菌因其细胞壁薄外膜层类脂含量高肽聚糖层薄和交联度差, 遇脱色剂乙醇后, 以类脂为主的外膜迅速溶解, 这时薄而松散的肽聚糖网不能阻挡结晶紫与碘复合物的溶出, 因此细胞退成无色 ; 这时, 再经沙黄等红色染料复染, 就使 G - 细菌呈现红色, 而 G + 细菌则仍保留最初的紫色 ( 实为紫加红色 ) 了

63 The difference between gram-positive and gram-negative bacteria is due to the physical nature of their cell walls. If the cell wall is removed from gram-positive bacteria, they become gram negative.

64 The Mechanism of Gram Staining The peptidoglycan seems to act as a permeability barrier preventing loss of crystal violet. Gramnegative peptidoglycan is very thin, not as highly cross-linked, and has larger pores. Alcohol treatment also may extract enough lipid from the gram negative wall to further increase its porosity. For these reasons, alcohol more readily removes the purple crystal violet-iodine complex from gram-negative bacteria.

65 Procedures of Gram Staining

66 Gram positive or Gram negative?

67 (3) 细胞壁缺损型自发缺壁突变 :L 型细菌缺壁细菌实验室中形成人工方法去壁彻底除尽 : 原生质体部分去除 : 球状体自然界长期进化中形成 : 支原体

68 Protoplast Formation Peptidoglycan be destroyed by certain agents for instance lysozyme, that breaks the 1,4-glycosidic bonds between N- acetylglucosamine and N-acetylmuramic acid in the molecule.

69 Morphology of a gram-positive bacterial cell

70 2 细胞膜 (cell membrane) 细胞膜的基本成分是由两层磷脂分子整齐地排列而成的磷脂双分子层内嵌蛋白 ( 整合蛋白 ) 周边蛋白 ( 膜外蛋白 ) 液态镶嵌模型

71 2 细胞膜 (1) 细胞膜概念 : 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 7~8 nm, 由磷脂 ( 占 20%~30%) 和蛋白质 ( 占 50%~70%) 组成

72 液态镶嵌模型 (fluid mosaic model) 1 膜的主体是脂质双分子层 ; 2 脂质双分子层具有流动性 ; 5 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 ; 4 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 ; 5 脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合 : 6 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

73 (3) 细胞膜的生理功能 : 1 选择性地控制细胞内外的营养物质和代谢产物的运送 ; 2 维持细胞内正常渗透压的屏障 ; 3 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 ; 4 膜上合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 ; 5 分泌细胞壁和荚膜的成分 ( 孔蛋白脂蛋白多糖 ) 胞外蛋白 ( 各种毒素细菌溶菌素 ) 胞外酶 ( 青霉素酶蛋白酶淀粉酶等 ) 6 参与 DNA 的复制和子细胞的分离 ; 7 鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位 ;

74 3 内膜系统许多革兰氏阳性细菌光合细菌硝化细菌甲烷氧化细菌以及固氮菌等的细胞膜内凹延伸或折叠成为形式多样的内膜系统如间体载色体羧酶体

75 (1) 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

76 (2)) 载色体在紫色光合细菌中, 由细胞膜内褶形成的一种管状层状或囊状载色体在绿色光合细菌中, 细胞膜下有许多不与细胞膜连着的膜囊绿体它们的膜上有光合色素和电子传递部分, 是进行光合作用的场所相当于绿色植物的叶绿体这类类囊系统也常称类囊体

77 (3)) 羧酶体 (carboxysome( carboxysome) 存在于一些自养细菌某些硫杆菌细胞内的多角形或六角形内含物, 由单层膜 ( 非单位膜 ) 围成大小约 10nm( 与噬菌体相仿 ) 内含 1,5 二磷酸核酮糖羧化酶在自养细菌的 CO 2 固定中起关键作用

78 4 细胞质 (cytoplasm ) 和内含物 ( inclusi (1) 核糖体 (ribosomes) 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

79 细菌核糖体约一万个, 一般 5 个连在一起, 串联在 mrna 上以多聚体形式存在链霉素等抗生素作用于 30S 亚基, 红霉素氯霉素等作用于大亚基, 抑制细菌蛋白质的合成对人的 80S(40S+60S) 核糖体不起作用, 故对人体无害

80 (2)) 贮藏性颗粒

81 (2)) 贮藏性颗粒 1 聚 -β- 羟丁酸 (poly-β-hydroxybutyrate, PHB) 是细菌所特有的类脂性质的碳源和能源类贮藏物 ; 单层膜折射大小变化很大 ; 用亲脂染料苏丹黑染色后, 在光学显微镜下清晰可见, 不易被普通碱性染料染色 ; 具有贮藏能量碳源和降低细胞内渗透压等作用 ; 由生物合成的高聚物, 具有无毒可塑和易降解等特点, 因此是用于制造医用塑料和快餐盒等的优质原料

82 2 异染粒 (metachromatic granules) 又称迂回体或捩转菌素, 是以无机偏磷酸盐为主要成分的一种无机磷储备物, 嗜碱性或嗜中性用兰色染料如甲苯胺蓝或甲烯蓝染色时不呈兰色而呈紫红色 ( 引起碱性染料所染颜色发生改变 ), 故称异染粒功能 : 具有贮藏磷元素和能量以及降低细胞渗透压等作用异染颗粒

83 3 多糖类贮藏物糖原粒淀粉粒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有的细菌积累淀粉粒, 用碘液染成深兰色

84 4 硫粒 (sulfur globules) 某些氧化硫的细菌细胞在富含 H 2 S 的环境中, 可积累有具强折光性的硫滴 ; 系通过氧化硫化氢而形成, 可作储备物, 需要时可被细菌再利用如紫硫细菌紫色细菌绿色细菌蓝细菌

85 (3) 气泡 (gas vocuoles) 许多不放氧光合细菌和盐细菌无鞭毛运动的水生细菌 ( 如蓝细菌水华鱼腥藻盐杆菌属玫瑰色可变杆菌 ) 中存在的充满气体的泡囊状特殊结构功能 : 具有调节细胞比重, 以使共漂浮在最适水层中的作用, 借以获取光能氧和营养物质

(4) 磁小体 (megnetosome) 1975 年由 R P BlakemoreD 在趋磁细菌中发现主要成分是 Fe 3 O 4 外被一层磷脂蛋白或糖蛋白膜, 是单磁畴晶体, 无毒, 大小 20

86 (4) 磁小体 (megnetosome) 1975 年由 R P BlakemoreD 在趋磁细菌中发现主要成分是 Fe 3 O 4 外被一层磷脂蛋白或糖蛋白膜, 是单磁畴晶体, 无毒, 大小 nm, 每个细胞有 2 20 颗形状 : 平截八面体平行六面体或六棱柱体等功能 : 导向作用, 即借助鞭毛游向泥水界面微氧环境处生活实用前景 : 生产磁性定向药物或抗体, 以及制造生物传感器磁细菌中磁小体

87 5 核区 (nuclear( region or area) 核区是原核生物所特有的无核膜包裹无核仁无固定形态的原始细胞核又称核质体原核拟核核基因组 (genome) 化学成分是一个大型环状 DNA 分子, 主要为 DNA, 还有少量 RNA 和蛋白质, 但无组蛋白

88 6 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蛋白质附属物, 具有推动细菌运动功能, 为细菌的运动器官鞭毛一般长度为 15 20um 直径为 um 细菌鞭毛显微镜照片

90 鞭毛的构造

91 鞭毛的构造鞭毛鞭毛丝 (H 抗原 ) 鞭毛蛋白亚基螺旋排列的中空圆柱体鞭毛钩连接鞭毛丝与基体基体鞭毛杆同心环系 ( 两组 ) L 环 ( 位于胞壁外膜 ) P 环 ( 位于肽聚糖层 ) S 环 ( 位于细胞膜表面 ) M 环 ( 位于细胞膜内 ) Mot 蛋白 : 驱动 S-M 环快速旋转 ; Fli 蛋白 : 控制鞭毛的正转或逆转 G + 菌无 Mot 蛋白 Fli 蛋白

92 The Ultrastructure of Bacterial Flagella

93 鞭毛的主要成分是蛋白质, 另有少量的多糖或脂类鞭毛蛋白占细胞蛋白的 2%, 为 ~ 40000Da 鞭毛蛋白是一种抗原物质, 鞭毛抗原又称 H 抗原由于各细菌的鞭毛蛋白的氨基酸组成不同而抗原性质不同, 通过血清学反应进行分类鉴定鞭毛的功能主要是运动

94 (2) 鞭毛的运动鞭毛推动细菌运动的特点 (1) 速度鞭毛具有很高的运动速度, 一般每秒可移动 20~ 80μm 例如铜绿假单胞菌每秒移动 55.8μm, 是其体长的 20~30 倍, 最高可达每秒 100μm( 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 )

95 (3)) 鞭毛与趋性趋性生物体对其环境中的不同物理化学或生物因子作有方向性的应答运动称为趋性若生物向着高梯度方向运动, 就称正趋性, 反之则称负趋性按环境因子性质的不同, 趋性又可细分为趋化性趋光性趋氧性和趋磁性等多种鞭毛的功能是运动, 这是原核生物实现其趋性 (taxis) 即趋向性的最有效方式

96 光趋避运动或趋光性 (phototaxis): 有的细菌能区别不同波长的光而集中在一定波长光区内光合细菌有正趋光性先培养在具有弱光的液体培养基中, 用强光照射某一区域, 通过分钟, 通过鞭毛运动, 集中在强光照射区需氧菌有正趋氧性, 厌氧菌呈负趋氧性

97 化学趋避运动或趋化性 (chemotaxis): 细菌对某化学物质敏感, 通过运动聚集于物质的高浓度区域或低浓度区域大肠杆菌等对天冬酰胺丝氨酸葡萄糖与麦芽糖等化学物有正趋化性, 对有害物质呈负趋化性趋磁运动或趋磁性 (magnetotaxis), 趋磁细菌根据磁场方向进行分布

98 7 菌毛 (filus/fimbriae) 菌毛 : ( 曾有纤毛散毛伞毛线毛或顺毛等译名 ) 许多革兰阴性菌和少数革兰阳性菌菌体表面存在着一种比鞭毛更细更短而直硬的中空数量较多的蛋白质类丝状附属物, 具有使菌体附着于物体表面的功能

99 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至少数几根性毛一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌株中其功能是向雌性菌珠 ( 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

100 菌毛性毛

101 8 糖被 (glycocalyx) 概念某些细菌在一定的营养条件下向细胞外分泌的包被于细胞壁外的一层厚度不定透明粘性胶状物质

102 分类按其有无固定层次层次厚薄又可细分为 : 荚膜或大荚膜 (Macrocapsule) 有一定外形, 厚约 200nm, 粘性较大, 稳定 ; 微荚膜 (Microcapsule) 厚度在 200nm 以下, 与细胞接合较紧, 不易观察到 ; 粘液层 (Slime layer) 较疏松, 无明显形状, 可悬浮于基质中, 增加培养液黏度 ; 菌胶团 (Zoogloea) 包裹在细菌群体上 ;

103 荚膜粘液层大荚膜 : 较厚, 有一定形状和明显的外形, 较紧密地结合于细胞壁外负染后在光学显微镜可观察到微荚膜 : 较薄, 与细胞表面结合也较紧密, 不能用光学显微镜观察到, 但可用血清学方法显示易被胰蛋白酶消化菌胶团 ( 多菌共膜 ): 是细菌群体的共同荚膜粘液层 : 与细胞表面结合较松散, 没有明显边界, 常扩散到培养基中, 使液体培养基粘度增加菌胶团

104 荚膜功能保护作用保护细菌免受干旱损坏 ; 防止噬菌体的吸附和裂解 ; 使致病菌免受宿主白细胞吞噬贮藏养料, 以备营养缺乏时重新利用 ; 作为透性屏障或离子交换系介质 ;

105 荚膜功能表面附着作用 ( 病原菌必须的黏附因子 ); 细菌间的信息识别作用 ; 为表面抗原, 与病原菌的毒性密切相关 ; 堆积代谢废物 ;

106 9 菌鞘 (sheath)( 由球衣菌分泌的薄而透明紧包在菌链外侧的管状物观察 : 当菌鞘内细胞游去而变空时用相差显微镜和染色易看到

107 10 附器附器细菌革兰氏阴性菌 ; 附器菌柄菌丝等 ; 附器结构 : 小于成熟细胞, 内含细胞质, 外包细胞壁, 有核糖体, 偶尔还有 DNA; 多数水生 ; 分裂特点 : 不等分裂

108 普氏绿臂菌游离臂微菌有多个 (2~8) 菌柄柄杆菌一个柄双鞘不粘柄菌有两个菌柄生丝微菌 1~2 个菌丝状伸出物

109 11 芽胞 (spore) 伴孢晶体 (parasporal crystal) 与其他

110 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 ) (1) 芽孢 (endospore/spore)

111 2 产生芽孢的细菌种类最主要的是革兰氏阳性杆菌 ; 球菌中只有极个别的属才形成芽孢 ; 典型的螺旋菌中, 至今还未发现有产芽孢的代表

112 3 芽胞的大小形状位置随菌种而异, 有重要的鉴别意义肉毒梭菌破伤风梭菌炭疽芽胞杆菌

113 4 芽孢的构造

114 芽孢在普通条件下无任何代谢活力, 可保持几年至几十年的生活力 5 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由于一个营养细胞内仅生成一个芽孢, 无繁殖功能, 芽胞形成后细菌即失去繁殖能力从德国的一个植物标本上分离到保存了 200~300 年的枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌, 而凝结芽孢芽孢是细菌的休眠体杆菌和环状芽孢杆菌的芽孢也已保存了, 在适宜的条件下可以重新转变成为营 50~100 养态细胞 ; 产芽孢细菌的保藏多用其芽孢年之久有些湖底沉积土中的芽孢杆菌经 500~ 1000 年后仍有活力, 更有经 2000 年甚至更长时间产芽孢的细菌多为杆菌, 也有一些球菌芽孢的有无形态仍保持芽孢生命力的记载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 )

115 6 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芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差皮层皮层含有大量的交联度低 (~6%) 负电荷强的芽孢肽聚糖, 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, 具极强的耐热性渗透调节皮层膨胀学说

116 ⑺ 研究芽孢的意义芽孢的存在有利于对这类菌种的筛选和保藏细菌分类鉴定中的重要形态学指标由于芽孢有很强的耐热性和其他抗性, 因此, 是否能杀灭一对肉类原料上的肉毒梭菌灭菌不彻底些代表菌的芽孢就成了衡量各种消毒灭菌措施的主要指标, 在成品罐头中就会繁殖并产生极毒的肉毒素已知它的芽孢在 ph7.0 时要在 100 下煮沸 5.0~ 在外科器材灭菌中 9.5h 才能杀灭制定灭菌参数, 常以破伤风梭菌和产气荚膜梭菌这两类致病性芽孢梭菌的芽孢耐热性作为灭菌彻底程度的指标即在在实验室或在发酵工业中, 如提高到 115, 则以能否杀死在自然界存在的耐热性下进行加压蒸气灭菌则需 ~40min 下加才能杀灭压灭菌最强的嗜热脂肪芽孢杆菌芽孢为标准这种细菌的芽孢在 10min, 而在或在下则仅需下灭菌 30mim 10min 即可杀灭这就要求肉类罐头 120 下进行灭菌时必须在一般需经过在干热情况下 121 温度下维持 20min 以上指导菌种保藏 12min, 才能杀灭由此规定湿热灭菌至少要在芽孢的耐热性更强, 因此, 在干热灭菌时 121, 下维护一般规定物件必须在 15min 才能保证培养基或物件的彻底灭菌 150~160 下维持 1~2h 才行许多产芽孢细菌是强致病菌, 如炭疽芽孢杆菌肉毒梭菌伴随产生有用产物, 如抗生素短杆菌肽杆菌肽

117 8 芽孢的形成产芽孢的细菌当其环境中营养缺乏及有害代谢产物累积时, 就开始形成芽孢

先出现两个核区芽孢形成的各个阶段2 菌体一端两侧细胞膜内陷, 发生不对称分裂, 芽孢隔壁形成其中小体积部分即为前芽孢 (forespore), 含有核物质皮层合成孢衣合成芽孢释放 1 两个核区中的核物质浓缩并融合, 束状染色质形成质膜内陷芽孢隔壁形成轴丝形成 DNA 浓缩形成束状 4

118 先出现两个核区芽孢形成的各个阶段2 菌体一端两侧细胞膜内陷, 发生不对称分裂, 芽孢隔壁形成其中小体积部分即为前芽孢 (forespore), 含有核物质皮层合成孢衣合成芽孢释放 1 两个核区中的核物质浓缩并融合, 束状染色质形成质膜内陷芽孢隔壁形成轴丝形成 DNA 浓缩形成束状 4 在上述两层膜之间充填芽孢肽聚糖, 合成 DPA, 累积钙离子, 产生 DPA-Ca 复合物, 开始形成皮层, 折光率增高, 外壁开始出 7 芽孢囊裂解, 芽孢游离 6 形成芽孢内衣, 皮层合成完成, 芽孢成熟, 抗热性出现 3 前芽孢的双层隔壁形成原皮层形成, 这时抗辐射性提高前芽孢双层膜形成 5 先合成半胱氨酸和疏水氨基酸沉积在膜外表形成芽孢外衣

119 ⑼ 芽孢的萌发遇合适条件, 芽孢吸水膨胀而萌发, 形成营养细胞 ( 新个体 )

120 10 伴孢晶体 (parasporal crystal) 少数芽孢杆菌在形成芽孢的同时, 会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体 δ 内毒素, 称为伴孢晶体苏云金杆菌的伴孢晶体

121 ( 三 ) 细菌的繁殖细胞行无性繁殖 ; 主要为裂殖, 也有芽殖和孢子生殖 ; 很少细菌也有性接合 ( 埃希氏菌志贺氏菌沙门氏菌 )

122 1. 裂殖 (fission) 指一个细胞通过分裂而形成两个子细胞的过程 (1) 二分裂 : 即 1 个母细胞分裂成两个子细胞分裂时, 核 DNA 先复制为两个新双螺旋链, 拉开后形成两个核区在两个核区间产生新的双层质膜与壁, 将细胞分隔为两个, 各含 1 个与亲代相同的核 DNA 每经这样 1 个过程为 1 个世代于适宜条件下, 1 个世代需时 20~30min

123 ( 三 ) 细菌的繁殖 1 裂殖 (fission) 细胞延长 DNA 复制 1) 二分裂 (binary fission) 细胞壁和细胞膜内陷横隔壁形成一分为二成两个细菌

124 不等二分裂柄细菌 (Caulobacter bacterroides) 繁殖前, 鞭毛消失, 在此端长出一柄 ; 细胞伸长, 开始分裂, 形成一个有柄细胞和一个在相对端极生一根鞭毛的细胞 ; 有鞭毛的细胞脱离母体游走而去, 定居在新的固体培养基上后, 进入下一个不等二分裂周期

125 二裂有鞭毛的游走鞭毛消失, 在此端长柄伸长有柄的

126 (2) 三分裂 (trinary fission) 暗网菌属 (Pelodityon) 二分裂大部分细胞进行常规的二分裂繁殖 ; 三分裂部分细胞进行成对地一分为三方式的三分裂二分裂

127 (3)) 复分裂 (mutiple fession) 蛭弧菌 (Bdellovibrio) 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, 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

128 2. 芽殖 (budding) 芽殖是指在母细胞表面 ( 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, 统称芽生细菌 (budding bacteria), 包括芽生杆菌属 (Blastobacter) 生丝微菌属 (Hyphomicrobium) 生丝单胞菌属 (Hyphomonas) 硝化杆菌属 (Nitrobacter) 红微菌属 (Rhodomicrobium) 和红假单胞菌属 (Rhodopseudomonas) 等 10 余属细菌

129 附着向外生出一小突起突起延长成菌丝 (DNA 复制 ) 菌丝顶端形成子芽,DNA 的一个副本进入子芽, 形成横隔芽体脱离母体和菌丝, 成为有鞭毛的子细胞游走, 再固着, 进入下一个出芽繁殖周期

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131 3. 孢子生殖有少数细菌能由 1 个细胞形成许多分裂孢子或节孢子 ( 与真菌的孢子不同, 有的甚小, 以致可通过细菌滤器 )

132 菌落 (colony( colony) 概念三细菌群体的形态单个微生物在适宜的培养基表面或内部生长繁殖到一定程度可以形成肉眼可见的有一定形态结构的子细胞生长群体描述菌落特征时须选择稀疏孤立菌落, 其项目有大小形态隆起边缘表面状况质地颜色透明度等

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134 菌苔 (lawn) 当固体培养基表面众多菌落连成一片时便成为菌苔固体培养基分离方法

135 ( 二 ) 在半固体培养基上 ( 内 ) 的群体形态纯种细菌在半固体培养基上生长时, 会出现许多特有的培养性状, 因此对菌种鉴定十分重要若用明胶半固体培养基作试验, 还可根据明胶柱液化层中呈现的不同形状来判断某细菌有否蛋白酶产生和某些其他特征 : 若使用的是半固体琼脂培养基, 则从直立校表面和穿刺线上细菌群体的生长状态和有否扩散现象来判断该菌的运动能力和其他特性

136 ( 三 ) 在液体培养基上 ( 内 ) 的群体形态

Microsoft PowerPoint - 1.2细菌形态结构

Microsoft PowerPoint - 1.2细菌形态结构细菌的形态与结构 Bacteria: Morphology and Structure 2008 年 9 月刘树林北京大学医学部病原生物学系病理楼 334 室电话 :82802961, 传真 :82802961, slliu@ucalgary.ca 1 细菌的定义 Definition of Bacteria 细菌属于地球