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Transcription

1

2 微生物第 二 原核生物 : 三菌 三体 章 细胞生物 原核微生物形态 真核生物 : 真菌 单细胞藻类 原生动物 非细胞生物 : 病毒 亚病毒

3 第 二 章 第一节细菌 原核微生物形态 第二节 第三节 第四节 第五节 放线菌 蓝细菌 古细菌 其他原核微生物

4 第二章原核微生物形态 1 微生物细胞 引 子 一 原核生物和真核生物细胞比较 细胞的含义 : 生命活动的基本单位 构成生物体最基本的结构和功能单位 由膜包围的能进行独立繁殖的最小原生质团

5 第二章原核微生物形态 一切有机体都是由细胞构成, 细胞是构成有机体的基本单位 细胞具有独立的 有序的自控代谢体系, 细胞是代谢与功能的基本单位 没有细胞就没有完整的生命

6 第二章原核微生物形态 2 微生物细胞的功能 营养功能 : 吸收营养物质 转化 合成, 产能, 排除废弃物 ; 生长功能 : 生长和分裂 ; 分化 : 形态和功能的变化, 甚至出现特殊结构 ; 信号传导 : 微生物之间及与其它生物间通过化学信号交流 ; 进化 : 细胞适应环境条件而不断地进化

7 第二章原核微生物形态 Prokaryotic Cell (Bacillus( megaterium)

8 第二章原核微生物形态 Eukaryotic Cell (L-Cell)

9 第二章原核微生物形态 真核细胞 原核细胞

10 第二章原核微生物形态 Candida albicans (Eukaryotic Cell)

11 第二章原核微生物形态 二 原核细胞和真核细胞结构的区别 1 原核微生物和真核微生物原核微生物细胞无细胞核, 只有原核或拟核 ; 真核微生物细胞的主要特征是有细胞核和细胞器及复杂的内膜系统 ; 病毒属于非细胞类生物

12 第二章原核微生物形态 2 原核细胞和真核细胞的区别 1) 核 核膜 染色体 原核生物细胞无核膜, 有一个明显的核区, 核区集中了主要遗传物质, 由一条与类组蛋白相联系的双链 DNA 构成 的染色体组成 真核生物细胞则是由一条或一条以上的双链 DNA 与组蛋白等结合成的染色体, 并由核膜包围

13 第二章原核微生物形态 2) 代谢场所 原核细胞没有独立的内膜系统, 与代谢有关的酶如呼吸酶合成酶等位于细胞膜上, 因此它的能量代谢在质膜上进行 真核细胞不仅有独立的内膜系统, 还有细胞骨架, 呼吸酶在线粒体中, 有专用的细胞器来完成各项生理功能, 如线粒体 叶绿体

14 第二章原核微生物形态 3) 核糖体的大小和分布 原核细胞的核糖体大小为 70S, 常以游离状态或多聚体状态分布于细胞质中 真核细胞的核糖体大小为 80S, 可以游离状态存在于细胞或结合于内质网上 线粒体和叶绿体内有各自在结构上特殊的核糖体

15 The 70S prokaryotic ribosome consists of a 50S and a 30S subunit. "S" refers to a unit of density called the Svedberg unit. 70S Ribosome During Translation

16 原核生物和真核生物遗传的和细胞组装上的主要差别 原核生物 遗传物质和复制的组装 DNA 在细胞质中游离 只有一个染色体 DNA 与类组蛋白连系 含有染色体外的遗传物质, 称为质粒 在 mrna 中没有发现内含子 细胞分裂以二等分裂方式, 只有无性繁殖 遗传信息传递可通过接合 转导 转化发生 真核生物 DNA 在膜包围的核中, 只有一个核仁 多于一个染色体, 每个染色体是双拷贝 ( 双倍体 ) DNA 与组蛋白连系 只在酵母中发现质粒 所有基因中都发现内含子 细胞分裂为有丝分裂 遗传信息交换发生在有性繁殖过程, 减数分裂导致产生单倍体细胞 ( 配子 ), 它们能融合

17 原核生物和真核生物遗传的和细胞组装上的主要差别 ( 续 ) 原核生物 细胞的组装 质膜含有 hopanoids 脂多糖和磷壁酸 能量代谢与细胞质膜连系 光合作用与细胞质中膜系统和泡囊连系 由一根蛋白鞭毛丝构成鞭毛 核糖体 -70S 肽聚糖的细胞壁 ( 只有真细菌有, 古细菌中是不同的多聚体 ) 真核生物 质膜含有固醇 多数情况在线粒体中发生 藻类和植物细胞中存在叶绿体 蛋白质合成和寻靶作用与内膜 粗糙内质网膜和高尔基体相连系 有膜的泡囊如溶酶体和过氧化物酶体有微管骨架存在 鞭毛有 9+2 微管排列的复杂结构 核糖体 -80S( 线粒体和叶绿体的核糖体是 70S) 多糖的细胞壁, 一般或者是纤维素或者是几丁质

18 第二章原核微生物形态 第一节细菌 一 细菌的形状和大小二 细菌的细胞构造三 细菌的繁殖和菌落的形成四 常见的细菌类群

19 第二章原核微生物形态 一 细菌的形状和大小 1 细菌的基本形态 (1) 球状 球菌 (2) 杆状 杆菌 (3) 螺旋状 螺旋菌

20 第二章原核微生物形态 (1) 球菌 细胞呈球状或椭圆形 根据细胞分裂后新细胞所保持的空间排列方式, 分为以下几种情形 : 单球菌 尿素微球菌 双球菌 肺炎双球菌 链球菌 溶血链球菌 四联球菌 四联微球菌 八叠球菌 尿素八叠球菌 葡萄球菌 金黄色葡萄球菌

21 Arrangements of Cocci

22 Electron Micrograph of Neisseria gonorrhoeae, a Diplococcus

23 Streptococcus pyogenes Note gram-positive (purple) cocci in chains (arrows).

24 Electron Micrograph of Streptococcus pyogenes, a Streptococcus

25 Tetrad Arrangement

26 Sarcina Arrangement

27 Electron Micrograph of cocci

28 第二章原核微生物形态 (2) 杆菌 (bacillus) 杆菌细胞呈杆状或圆柱形 有长杆菌 短杆菌

29 Single Rod (Bacillus)

30 Scanning Electron Micrograph of Pseudomonas aeruginosa

31 Streptobacillus Arrangement

32 第二章原核微生物形态

33 第二章原核微生物形态 (3) 螺旋菌 细胞呈弯曲杆状的细菌统称为螺旋菌 包括 : 弧菌 : 偏端单生鞭毛或丛生鞭毛螺旋菌 : 两端都有鞭毛

34 Spiral Forms

35 Electron Micrograph of Vibrio cholerae, a Vibrio Caption:-- Vibrio cholerae - Gram-negative, facultatively anaerobic, curved (vibrio-shaped), rod prokaryote; causes Asiatic cholera.

36 Scanning Electron Micrograph of Leptospira interrogans

37 第二章原核微生物形态

38 第二章原核微生物形态 细菌特殊形态 柄细菌 肾形菌 臂微菌 网格硫细菌 贝日阿托氏菌 ( 丝状 ) 具有子实体的粘细菌等是特殊形态的细菌

39 第二章原核微生物形态 细菌大小的度量单位 : 以 m 为单位 细菌大小的表示 : 球菌, 一般以直径来表示 杆菌和螺旋菌, 以长和宽来表示 如 m 细菌大小的测定 : 在显微镜下使用显 微测微尺测定 2 细菌的大小

40 第 细菌大小的测量 二章原核微生物形态

41 第二章原核微生物形态 细胞 二 细菌细胞的结构 质膜外结构细胞膜原生质体细胞质细胞核

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43 构第本结构特殊结二章原核微生物形态 ( 一 ) 细胞壁 基( 二 ) 细胞膜 ( 三 ) 细胞质及其内含物 ( 四 ) 原核和质粒 ( 五 ) 鞭毛和菌毛 ( 六 ) 芽孢 ( 七 ) 细胞外层

44 第二章原核微生物形态 ( 一 ) 细胞壁 (cell wall) 1 概念 2 功能 3 革兰氏染色 4 化学组成与超微结构

45 第二章原核微生物形态 1 细胞壁的概念是细胞质膜外面具有一定硬度和韧性的一层壁套, 使细胞保持一定形状, 保障其在不同渗透压条件下生长, 即使在不良环境中也能防止胞溶作用

46 第二章原核微生物形态 细菌细胞壁由肽聚糖构成 ; 肽聚糖是 N- 乙酰氨基葡萄糖 (NAG) 和带有交替排列的 D- 型或 L- 型氨基酸侧链的 N- 乙酰胞壁酸 (NAM) 的多聚体 Prokaryotic Cell (Bacillus megaterium)

47 Structure of Peptidoglycan

48 Animation Illustrating the Assembly of Peptidoglycan Building Blocks

49 Animation Illustrating the Role of Autolysin and Transpeptidase Enzymes

50 Animation Illustrating the Role of Penicillins in Blocking Transpeptidase Enzymes

51 Animation Illustrating the Role of Vancomycin in Blocking Transpeptidase Enzymes

52 A Peptidoglycan Monomer The peptidoglycan monomer in E. coli, most gramnegative bacteria, and many grampositive bacteria. These monomers join together to form chains and the chains are then joined by crosslinks between the tetrapeptides to provide strength.

53 第二章原核微生物形态 2 细菌细胞壁的生理功能 保护原生质体免受渗透压引起破裂的作用 ; 维持细菌的细胞形态 ( 可用溶菌酶处理不同形态的细菌细胞壁后, 菌体均呈现圆形得到证明 ); 细胞壁是多孔结构的分子筛, 阻挡某些分子进入和保留蛋白质在间质 ( 革兰氏阴性菌细胞壁和细胞质之间的区域 ); 细胞壁为鞭毛提供支点, 使鞭毛运动

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55 第二章原核微生物形态 细菌染色法 细菌染色活菌染色死菌染色正染色负染色普通染色特殊染色简单染色法复杂染色法芽孢染色法荚膜染色法细胞壁染色法抗酸染色革兰氏染色

56 第二章原核微生物形态 3 细菌细胞革兰氏染色 1884 年革兰姆 克里斯琴 (Christian Gram) 发明 ; 细菌常被分成两类 :G + 和 G - 染色反应的差别是由于两类细菌的细胞壁结构的差异引起

57 Procedures of Gram Staining

58 第 Gram positive or Gram negative? 二章原核微生物形态

59 Gram Stain of Staphylococcus aureus

60 Gram Stain of Escherichia coli

61 A Gram Stain of a Mixture of Gram-Positive and Gram-Negative Bacteria

62 第二章原核微生物形态 1)G+ 细菌细胞壁组成 革兰氏阳性细菌细胞壁具有较厚 (30~40nm) 而致密的肽聚糖层, 多达 20 层, 占细胞壁的成分 60~90%, 它同细胞膜的外层紧密相连 ; 有的革兰氏阳性细菌细胞壁中含有磷壁酸 (teichoi-acid), 即胞壁质 (murein) 多糖 革兰氏阳性细菌有单一的膜称作细胞膜 ( 或原生质膜 ), 周围被厚的肽聚糖层包围 (20~80nm) 革兰氏阴性细菌只有一薄层肽聚糖 (1~3nm), 但是在肽聚糖层外边, 仍有另一层外膜, 作为另外的屏障

63 第 Schematic diagram of bacterial cell walls 二章原核微 生物形态 Bacteria can be divided into two major groups, called gram-positive and gram-negative. The original distinction between gram-positive and gram-negative was based on a special staining procedure, the Gram stain

64 Teichoic acids and lipoteichoic acids are arranged in the overall wall structure of gram-positive Bacteria

65 Structure of a Gram-Positive Cell Wall The Gram-positive cell wall appears as dense layer typically composed of numerous rows of peptidoglycan, and molecules of lipoteichoic acid, wall teichoic acid and surface proteins.

66 第二章原核微生物形态 2) G- 细菌细胞壁组成 外膜革兰氏阴性细菌的外膜上含有许多 独特的结构 : 把外膜与肽聚糖层连接起来的布朗 (Braun s) 脂蛋白 ; 使营养物被动运输通 过膜的 [ 膜 ] 孔蛋白和起保护细胞作用的脂多糖 (LPS) 脂多糖也称为内毒素, 对哺乳动物有高度毒性

67 第 二 章 原 G - 细菌细胞壁外膜的基本成分是脂 多糖, 此外还有磷脂 多糖和蛋白质 核 微 生 外膜被分为脂多糖层 ( 外 ) 磷脂 层 ( 中 ) 脂蛋白层 ( 内 ) 物 形 态

68 Structure of a Gram-Negative Cell Wall

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70 第 二 章原核微生物形 肽聚糖层 G - 细菌细胞壁肽聚糖层很薄, 约有 2-3nm 厚 它与外膜的脂蛋白层相连 周质空间周质空间 (periplasmic space, 即壁膜间隙 ) 是革兰氏阴性细菌细胞膜与外膜两膜之间的一个透明的区域 态

71 第 二章原核微生物形 周质空间含有与营养物运输和营养物进入有关的蛋白质, 如营养物进入细胞的蛋白 ; 营养物运输的酶, 如蛋白 [ 水解 ] 酶 ; 细胞防御有毒化合物的酶, 如破坏青霉素的 - 内酰胺酶 革兰氏阳性细菌以上这些酶常分泌到胞外周围, 革兰氏阴性细菌则依靠它的外膜, 保持这些酶与菌的紧密结合 态

72 G + 与 G - 菌的细胞壁的特征比较 特征 肽聚糖 类脂 外膜 壁质间隙 细胞状态 酸消化的效果 对染料和抗生素的敏感性 G + 细菌层厚极少缺很薄僵硬原生质体很敏感 G - 细菌层薄脂多糖有较厚僵硬或柔韧原生质球中度敏感

73 第二章原核微生物形态 ( 二 ) 细胞膜 1 概念 2 成分与结构 3 功能 4 内膜结构

74 第二章原核微生物形态 1 概念

75 第二章原核微生物形态 Membranes contain both lipids and proteins, although the exact proportions of lipid and protein vary widely. The cytoplasmic membrane, a highly selective barrier, is constructed principally of lipid, within which certain proteins are embedded.

76 第二章原核微生物形态 2 成分与结构 原生质膜 ( 细胞膜 ) 埋藏在磷脂双分 子层中的是有各种功能的蛋白, 包括转运蛋白 能量代谢中的蛋白和能够对化学刺激检测和反应的受体蛋白 整合蛋白 (integral) 是完全地与膜 连接而且贯穿全膜的蛋白, 所以这些蛋白在此区域中有疏水性氨基酸埋藏在脂中

77 第二章原核微生物形态

78 Diagram of a Cytoplasmic Membrane

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80 第二章原核微生物形态 3 功能 (1) 维持渗透压梯度和溶质的转移 半渗透膜具有选择性的渗透作用, 能阻止高分子通过, 并选择性地逆浓度梯度吸收某些低分子进入细胞 膜有极性膜上有各种与渗透有关的酶, 还可 使两种结构相类似的糖进入细胞的比例不同, 吸收某些分子, 排出某些分子 (2) 参与细胞壁 糖被合成 细胞质膜上有合成细胞壁和形成横隔膜组分的酶

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82 第二章原核微生物形态 (3) 参与呼吸作用等膜内陷形成的中间体含有细胞色素, 中间体与染色体和细胞的分裂有关, 还为 DNA 提供附着点 (4) 参与物质代谢和能量代谢细胞质膜上有琥珀酸脱氢酶 NADH 脱氢酶 细胞色素氧化酶 电子传递系统 氧化磷酸化酶及腺苷三磷酸酶 (ATPase) (5) 为鞭毛提供附着点细胞质膜上有鞭毛基粒, 鞭毛由此长出

83 第二章原核微生物形态 4 内膜结构 (1) 间体 (mesosome): 是从质膜向内伸展的细胞质中主要单位膜结构, 常常同核质相联系, 位于细胞分裂处 间体的功能可能参与呼吸作用 同 DNA 的复制和细胞的分裂有关 (2) 载色体 (chromatophore): 也称为色素体, 是光合细菌进行光合作用的部位, 由单层的与细胞膜相连的内膜所围绕, 主要化学成分是蛋白质和脂类 它们含有菌绿素 胡萝卜素等色素以及光合磷酸化所需的酶系和电子传递体 在绿硫菌科和红硫菌科中的细菌存在 (3) 羧酶体 (carboxysome): 又称为多角体, 是自养细菌所特有的内膜结构, 可能是固定 CO 2 场所 (4) 类囊体 (thylakoid): 由单位膜组成, 含有叶绿素 胡萝卜素等光合色素和有关酶类, 在蓝细菌中为其进行光合作用的场所

84 第二章原核微生物形态 ( 三 ) 细胞质 1 概念 2 细胞质的主要成分 3 核糖体 4 内含物

85 第二章原核微生物形态 1 细胞质概念指除核以外, 质膜以内的原生质 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% 2 细胞质的主要成分细菌细胞质是含水的 含有细胞功能所需的各种分子 RNA 和蛋白质的混合物 细胞质的主要成分是核糖体

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87 第 二章原核微生物形态 3 核糖体 (ribosome) 由一个小的亚基和一个大的亚基组成, 核糖体的亚基是由蛋白质和 RNA 组成的复合物, 是细胞中合成蛋白质的场所 原核细胞中的核糖体, 尽管在形状上和功能上与真核细胞相似, 但是组建核糖体亚基的蛋白质和 RNAs 性质上有差别 古细菌的核糖体与细菌的核糖体 (70S) 同样大小, 但是对于白喉毒素和某些抗生素的敏感性却不同, 而与真核生物的核糖体相似 已证明抗生素对人类是非常有用, 因为抑制细菌蛋白质合成的抗生素, 对真核生物蛋白质合成无效果, 这样就有了选择毒性

88 第二章原核微生物形 态 70S Ribosome During Translation

89 第二章原核微生物形态 4 内含体 (inclusion bodies) 某些细菌含有与特殊功能相连系的结构, 称作内含体, 在光学显微镜下可观察到 内含体常是储存物, 可与膜结合 : 聚 - - 羟基丁酸盐 (PHB) 颗粒 ; 多聚磷酸盐颗粒 ( 也称异染粒 ); 某些细菌中也能看到脂肪滴 ; 气泡 : 在蓝细菌 ( 蓝绿藻 ) 和生活在水环境中的其它光合细菌内发现的一个有趣的内含体 在细胞内四周排列的由蛋白质构成的气泡, 可提供浮力, 使得细菌漂浮靠近水的表面

90 细菌细胞质中的内含物 内含物 存在于 组成 功能 聚 - 经基丁酸硫滴气泡羧基化体 非单位膜被包裹的 许多细菌 主要是 PHB H2S 氧化细菌和紫硫光合细菌 液状硫 许多水生细菌 自养细菌 罗纹蛋白膜 CO2 固定酶 贮备碳和能源能源浮力固定 CO2 的部位 绿色体 绿色光合细菌 类脂 蛋白 菌绿素 捕光中心 碳氢内含物 磁小体 许多利用碳氢化合物的细菌 许多水生细菌 无膜包裹的 包裹在蛋白质壳中内含物 磁铁颗粒 能源 趋磁性 多聚葡糖苷 许多细菌 高分子葡萄糖聚合物 碳源和能源 多聚磷酸盐 许多细菌 高分子磷酸盐聚合物 磷酸盐贮藏物 藻青素 (cyanophycin) 许多蓝细菌 精氨酸和天冬氨酸的多肽 氮源 藻胆蛋白体 许多蓝细菌 捕光色素和蛋白质 捕捉光能

91 第二章原核微生物形态 ( 四 ) 原核和质粒 1 原核 (nucleoid) 2 质粒 (p1asmids)

92 第二章原核微生物形态 1 原核 (nucleoid) 细菌的 DNA 在细胞质中为单个环状染色体 双链结构, 无核膜包围, 在电子显微镜中常可看到细胞内分离的核区, 称为拟核 细菌的 DNA 位于细胞质中, 由一个染色体构成, 不同种的细菌之间染色体大小不同 其 DNA 是环状 致密超螺旋, 与组蛋白相类似的蛋白质结合 古细菌的染色体和细菌的染色体类似, 是一个单个环状的 DNA 分子, 大小通常小于大肠杆菌的 DNA

93 第二章原核微生物形态 Prokaryotic Cell (Bacillus megaterium)

94 第二章原核微生物形态 Electron Micrograph of Nucleoid DNA

95 第二章原核微生物形态 Function The nucleoid is the genetic material of the bacterium. Genes located along the DNA are transcribed into RNA which, in the case of mrna, is then translated into protein at the ribosomes. In other words, DNA determines what proteins and enzymes an organism can synthesize and, therefore, what chemical reactions it is able to carry out.

96 第二章原核微生物形态 2 质粒 (p1asmids) 某些细菌还含有染色体外的小分子环状 DNA 称作质粒 其上携带的基因对细菌正常生活并非必需, 但在某些情况下对细胞有利, 如抗生素抗性质粒 质粒常以不同大小的环状双螺旋存在, 它可以独立复制, 也可整合到染色体上

97 第二章原核微生物形态 质粒的类型 1 致育因子 (fertility factor, F 因子 ) 又称 F 质粒, 一种与大肠杆菌的有性生殖现象 ( 接合作用 ) 有关质粒 携带 F 质粒的菌株称为 F + 菌株 ( 相当于雄性 ), 无 F 质粒的菌株称为 F - 菌株 ( 相当于雌性 ) F 质粒整合到宿主细胞染色体上的菌株称为高频重组菌株 (high frequence recombination, 简称 Hfr)

98 第二章原核微生物形态 由于 F 因子能以游离状态 (F + ) 和以与染色体相结合的状态 (Hfr) 存在于细胞中, 所以又称之为附加体 (episome) F 质粒在大肠杆菌的接合作用 (conjugation) 中起主要作用 当 Hfr 菌株上的 F 因子通过重组回复成自主状态时, 有时可将其相邻的染色体基因一起切割下来, 而成为携带某一染色体基因的 F 因子, 例如 F-lac F-gal F-pro 等 因此将这些携带不同基因的 F 因子统称为 F, 带有这些 F 因子的菌株也常用 F 表示

99 第二章原核微生物形态 2 抗性因子 (resistance-factor,r 因子 ) 另一类普遍而重要的质粒, 主要包括抗药性和抗重金属二大类, 简称 R 质粒 带有抗药性因子的细 菌有时对于几种抗生素或其它药物呈现抗性 例如 R1 质粒 (94kb) 可使宿主对下列五种药物具有抗性 : 氯霉素 (Chlorampenicol,Cm) 链霉素 (Streptomycin,Sm) 磺胺 (Sulfonamide,Su) 氨苄青霉素 (Ampicillin,Ap) 卡那霉素 (Kanamycin,Km) 并且负责这些抗性的基因是成簇地存在于 R1 抗性 质粒上

100 第二章原核微生物形态 许多 R 质粒能使宿主细胞对许多金属离子呈现抗性, 包括碲 (Te 6+ ) 砷(As 3+ ) 汞 (Hg 2+ ) 镍(Ni 2+ ) 钴(Co 2+ ) 银 (Ag + ) 镉(Cd 2+ ) 等 在肠道细菌中发现的 R 质粒, 约有 25% 是抗汞离子的, 而铜绿假单胞菌中约占 75% 3Col 质粒 4 毒性质粒 (virulence plasmid) 5 代谢质粒 (metabolic plasmid) 6 隐秘质粒 (cryptic plasmid)

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102 第二章原核微生物形态 Plasmid Prokaryotic cells have small extrachromosomal genetic elements called plasmids.

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107 第二章原核微生物形态 Function Plasmids code for synthesis of a few proteins not coded for by the nucleoid. For example, R-plasmids, found in some gram-negative bacteria, often have genes coding for both production of a conjugation pilus (discussed later in this unit) and multiple antibiotic resistance. Through a process called conjugation, the conjugation pilus enables the bacterium to transfer a copy of the R-plasmids to other bacteria, making them also multiple antibiotic resistant and able to produce a conjugation pilus. In addition, some exotoxins, such as the tetanus exotoxin and Escherichia coli enterotoxin discussed later in this unit under Bacterial Pathogenicity, are also coded for by plasmids.

108 第二章原核微生物形态 ( 五 ) 鞭毛 (flagellum) 鞭毛是从细胞质膜和细胞壁伸出细胞外面的蛋白质组成的丝状体结构, 使细菌具有运动性 鞭毛纤细而具有刚韧性, 直径仅 20nm, 长度达 15~20 m, 可以分为三部分 : 基体 (base body) 钩形鞘 (hook) 和螺旋丝 (helical filament) 具鞭毛的细菌, 鞭毛数目和在细胞表面分布因种不同而有差异, 是细菌鉴定的依据之一 鞭毛有三类 : 单生鞭毛 丛生鞭毛和周生鞭毛 鞭毛与细菌运动有关, 如趋化性和趋渗性等

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111 Bacterial Flagellar Arrangements 单生鞭毛 丛生鞭毛 对生鞭毛 周生鞭毛

112 Monotrichous Flagellum of Vibrio cholerae

113 Transmission Electron Micrograph of Escherichia coli O157:H7

114 Salmonella with a peritrichous arrangement of flagella

115 第二章原核微生物形态 The movement of a procaryotic flagellum results from rotation of its basal body and is similar to the movement of the shaft of an electric motor. Bacterial cells can alter the speed and direction of rotation of flagella and thus are capable of various patterns of motility.

116 Bacterial Chemotaxis

117 第二章原核微生物形态 ( 六 ) 菌毛 (pili) 细菌细胞表面发现的象头发样的特殊的蛋白质表膜附属物, 有几微米长 Bacterial Pili

118 Electron Micrograph of Escherichia coli with Pili

119 Adhesive Tip of Bacterial Pili Binding to Host Cell Receptors

120 Bacteria Altering the Adhesive Tips of Their Pili By genetically altering the adhesive tips of their pili, certain bacteria are able to: 1) adhere to and colonize different cell types with different receptors, and 2) evade antibodies made against the previous pili.

121 Bacterial Adherence with Pili

122 第二章原核微生物形态 性菌毛 (sex pili) 与遗传物质从一个细菌转移到另一个细菌有关, 即在细菌接合交配时起作用 性菌毛比菌毛稍长, 数量少, 只有一根或几根

123 Electron Micrograph of Escherichia coli with a Conjugation Pilus

124 第二章原核微生物形态 ( 七 ) 芽孢 (endospore) 1 概念 2 形态与结构 3 生理特性 4 形成过程

125 第二章原核微生物形态 1 芽孢概念 在一些属包括芽孢杆菌属和梭菌属中产生细菌的芽孢 它们是由细菌的 DNA 和外部多层蛋白质及 肽聚糖包围而构成, 芽孢对干燥和热具有高度抗性

126 Endospore stain of Bacillus megaterium

127 第二章原核微生物形态 2 形态与结构 芽孢结构相当复杂, 最里面为核心, 含核质 核糖体和一些酶类, 由核心壁所包围 ; 核心外面为皮层, 由肽聚糖组成 ; 皮层外面是由蛋白质所组成的芽孢衣 ; 最外面是芽孢外壁 一般含内生芽孢的细菌总称为孢子囊 (sporangium)

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129 第二章原核微生物形态 3 生理特性 芽孢杆菌属和梭菌属产生一种特化的繁殖结构它无繁殖功能, 为抗逆性休眠体 在光学显微镜下用特殊的芽孢 染色 ( 如孔雀绿染色 ) 或通过相 差显微镜能够观察到芽孢 由于芽孢有许多层包围细菌遗传物质的结构, 使得芽孢具有惊人的 对所有类型环境应力的抗性, 例如热 紫外线辐射 化学消毒剂和干燥

130 Endospore stain of Clostridium tetani

131 Electron Micrograph of Clostridium botulinum

132 芽孢形成过程 阶段 0 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ 细菌芽孢形成的阶段 特 营养细胞 DNA 变浓稠 细胞质膜内陷形成芽孢隔膜, 将细胞分成大小不同的两个部分 前阶段形成的较大部分细胞膜继续沿着小的细胞部分延伸并逐步将它包围, 形成具有双层膜的前芽孢 (forespore) 初生皮层在前芽孢的双层膜之间形成, 此时伴有毗啶二羧酸 (DPA) 的合成与钙离子吸收 皮层主要由肽聚糖组成 同时, 在初生皮层形成过程中开始合成外壁 外膜形成 皮层形成, 芽孢继续发育形成具有对热和化学药物等特殊抗性的芽孢, 芽孢成熟 征 营养细胞自溶, 芽孢游离而出

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134 Endospore Cycle, Step 1 Endospore Cycle, Step 2 The nucleoid replicates. Endospore Cycle, Step 4 Each nucleoid becomes surrounded by its own cytoplasmic membrane. Endospore Cycle, Step 3 A spore septum forms.

135 Endospore Cycle, Step 5 The cytoplasmic membrane surrounds the isolated nucleoid, cytoplasm, and membrane from the previous step forming a forespore. Endospore Cycle, Step 6 The forespore is completed and the other molecule of DNA is eventually degraded. Endospore Cycle, Step 8 Another protective layer called the spore coat and composed of protein is synthesized. Endospore Cycle, Step 7

136 Endospore Cycle, Step 9 Sometimes a final layer called the exosporium is added. As the vegetative portion of the bacterium is degraded, the completed endospore is released. Endospore Cycle, Step 10 Endospore Cycle, Step 12 Endospore Cycle, Step 11 The vegetative bacterium now begins to divide by binary fission.

137 第二章原核微生物形态 ( 八 ) 糖被 (glycocalyx) 1 概念 细胞表面常常被多糖或 ( 蛋白 ) 表膜物质所覆盖, 按其密度称为荚膜 (capsule) 或粘液层 多糖层有时称为糖萼 ( 多糖包被 ) 这些细胞的外层结构起保护细胞免受干燥和有毒化合物的损害, 也使细菌附着于物体表面 2 功能 对细菌表面起渗透屏障作用 ; 保护细胞免受吞噬 ; 保护细胞免受干燥损伤 ; 帮助细菌附着到物体表面

138 第二章原核微生物形态 Capsule stain of Enterobacter aerogenes

139 第二章原核微生物形态

140 第二章原核微生物形态 三 细菌的繁殖和菌落的形成 ( 一 ) 细菌的繁殖方式 ( 二 ) 细菌的菌落特征 ( 三 ) 菌落特征描述 ( 四 ) 影响菌落特征的因素

141 第二章原核微生物形态 ( 一 ) 细菌的繁殖方式当细菌从周围环境中吸收了营养物质后, 发生一系列的合成反应, 把进入的营养物质转变成为新的营养物质 DNA RNA 蛋白质 酶及其它大分子, 之后细胞开始了形成两个新细胞的过程, 称为繁殖

142 第二章原核微生物形态 1 裂殖 : 裂殖是细菌最普遍 最主要的繁殖方 式, 通常表现为横分裂

143 第二章原核微生物形态 2 分裂过程 裂和隔膜形成 ; 横隔壁形成 ; 子细胞分离

144 细菌繁殖示意图 球菌分裂电镜图

145 第二章原核微生物形态 3 菌落 (colony) 单个微生物在适宜的固体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, 称为菌落 当固体培养基表面众多菌落连成一片时, 便成为菌苔 (1awn)

146 第 (3) 液体培养基 二 章 原 核 (1) 平板培养 微生物形态 (2) 固体斜面培养 (4) 半固体培养

147 第二章原核微生物形态 各种细菌在一定条件下形成的菌落具有一的稳定性和专一性特征, 称为菌落特征 菌落特征是衡量菌种纯度 辨认和鉴定菌种的重要依据 菌落特征包括大小, 形状, 隆起形状, 边缘情 况, 表面状态, 表面光泽, 质地, 颜色, 透明 度等 ( 二 ) 菌落特征 ( 三 ) 菌落特征描述

148

149 第二章原核微生物形态 ( 四 ) 影响菌落特征的因素 细胞结构和生长行为 ; 邻近菌落影响菌落的大小 ; 培养条件, 尤其是培养基成分 枯草芽孢杆菌 (Bacillus subtilis) 大肠杆菌 (Escherichia coli) 乳酸杆菌 (Lactobacillus) 丙酮丁醇梭菌 (Clos. acetobutyleum) 肠膜明串珠菌 (Leuconostoc mesenteroides) 醋酸杆菌 (Acetobacter) 棒状杆菌 (Corynebacterium) 短杆菌 (Brevibacterium) 黄单孢菌 (Xanthomonas)

150 第二章原核微生物形态 第二节放线菌 一 放线菌与人类生活及生产的关系二 形态结构三 菌落特征四 繁殖方式五 几种常见的放线菌

151 第二章原核微生物形态 一 放线菌与人类生活及生产的关系 细菌的一个大类群, 为革兰氏阳性 多为腐生, 少数为寄生 寄生型放线菌会引起放线菌病和诺卡氏病 能产生大量的 种类繁多的抗生素 世界上绝大多数的抗生素由放线菌产生 二 形态结构 放线菌菌体为单细胞, 大多数由分枝发达的菌丝组成 根据放线菌菌丝的形态和功能分为营养菌丝 气生菌丝和孢子丝三种.

152

153 第二章原核微生物形态

154 第二章原核微生物形态 Various types of sporebearing structures on the streptomyces The cross section of an actinomycete colony showing the substrate mycelium and aerial mycelium with chains of conidiospores

155 第二章原核微生物形态 1 营养菌丝 又称为初级菌丝体 一级菌丝体或基内菌丝, 匍匐生长于培养基内, 主要生理功能是吸收营养物 营养菌丝一般无隔膜 ; 直径 0.2~0.8 m; 长度差别很大 ; 短的小于 100 m, 长的可达 600 m. 有的产生色素 : 黄 橙 红 紫 蓝 绿 灰 褐 黑等, 包括脂溶性和水溶性, 脂溶性色 素局限于菌丝, 水溶性色素可在培养基中扩散

156 第二章原核微生物形态 2 气生菌丝 又称为二级菌丝体 营养菌丝体发育到一定时, 长出培养基外并伸向空间的菌丝为气生菌丝

157 第二章原核微生物形态 3 孢子丝当气生菌丝发育到一定程度, 其上分化出可形成孢子的菌丝即为孢子丝, 又名产孢丝或繁殖菌丝

158 第二章原核微生物形态 三 菌落特征 放线菌的菌落由菌丝体组成, 一般圆形 初期光平, 后期产生皱褶 在光学显微镜下观察, 菌落周围具有辐射状菌丝

159 第二章原核微生物形态 由大量产生分枝的和气生菌丝的菌种所形成的菌落, 如链霉菌 特点 : 菌落小而不蔓延, 质地致密, 表面呈紧密的绒状, 坚实, 干燥, 多皱, 与培养基结合紧密, 不易挑取, 或挑起后不易破碎 有时气生菌丝体呈同心圆环状, 大量孢子布满整个菌落表面后, 形成絮状, 粉状或颗粒状的典型放线菌菌落 有的产生色素 由不产生大量菌丝的种类形成, 如诺卡氏菌 特点 : 菌落粘着力差, 结构呈粉质状, 用针挑取 则粉碎

160 第二章原核微生物形态 四 繁殖方式 放线菌主要通过形成无性孢子的方式进行繁殖, 也可利用菌丝片断进行繁殖 放线菌生长到一定阶段, 一部分菌丝形成孢子丝, 孢子丝成熟便分化形成许多孢子, 称为分生孢子 孢子呈白 黄 绿 淡紫 粉红 蓝 褐 灰等颜色

161 第二章原核微生物形态 五 几种常见的放线菌诺卡氏菌链霉菌小单孢菌游动放线菌

162 第二章原核微生物形态 第三节蓝细菌 (cyanobacteria) 一 蓝细菌形态二 蓝细菌细胞生理特性三 蓝细菌的繁殖四 常见的蓝细菌类群

163 第二章原 核微生物形态 一 蓝细菌形态 蓝细菌形态差异极大, 有单细胞和丝状体两类形态 细胞的直径从 0.5~1 m 到 60 m, 丝状体的长度差异很大 多个体聚集在一起, 可形成肉眼可见的很大的群体

164 蓝细菌 (cyanobacteria) 形态

165

166 多聚磷酸盐颗粒 蓝藻颗粒体糖原颗粒核区细胞壁细胞膜汽泡羧酶体

167 第二章原核微生物形态 二 蓝细菌细胞生理特性 为原核,G-, 细胞壁与 G- 细菌相似, 由肽聚糖等多粘复合物组成, 并含有二氨基庚二酸, 细胞壁可以分泌许多胶粘物质使一群群的细胞或丝状结合在一起形成胶团或胶鞘 ; 细胞核无核膜 ; 细胞质中有汽泡, 可使细胞漂浮 蓝细菌具有特殊结构 光合器, 光合器有两种不同的构型, 一是位于细胞膜的外膜下面呈一连续层 ; 但大多数是位于类囊体的膜层中 光合器中含有光合作用色素有叶绿素 a 藻胆素和类胡萝卜素 蓝细菌可进行光合作用

168 第二章原核微生物形态 有的蓝细菌有异形胞 (heterocyst), 是蓝细菌进行固氮作用的场所 异形胞内有固氮酶系统, 它可利用 ATP 和还原性物质来还原自由态的氮成为氨 三 蓝细菌的繁殖 蓝细菌无有性繁殖, 以分裂繁殖为主, 极少种类有孢子 有的利用藻殖段繁殖

169 四 常见的蓝细菌类群 类群 色球蓝细菌群 (Chroococacean) 宽球菌细菌群 (Pleurocapsalean) 颤蓝细菌群 (Osciliatorian) 不分枝 异形胞群 (Nonbranching heterocystous) 分枝异形胞群 (Branching heterocystous) 形态 单细胞, 球 杆状 单细胞, 杆状细胞在鞘套内 丝状, 单个细胞在藻丝内 丝状, 不分枝藻丝 丝状, 分枝藻丝 繁殖 二分分裂或芽殖 多重分裂, 产生小繁殖细胞 baeocytes 藻丝断裂 藻丝断裂和静息孢子萌发 藻丝断裂生成连锁体 (himogonia) 和静息孢子萌发

170 第二章原核微生物形态 第四节古细菌 (Archaea) 一 古细菌细胞的结构特点二 细菌和古细菌的差异三 古细菌的生长环境四 古细菌的类群

171 古细菌是根据 16S rrna 寡核苷酸序列分析, 显示出三个主要的生物域 ( 细菌 古细菌和真核生物 ) 之一

172

173

174 第二章原核微生物形态 古细菌细胞壁物质极为多样 : 类似肽聚糖的物质 假肽聚糖 ( 假胞壁质 ), 多糖 蛋白质和糖蛋白 (P16) 有的古细菌细胞壁含假肽聚糖 ( 假胞壁质 ); 而有的古 细菌则是由两个双向的 不完全结晶的蛋白质或糖蛋 白在细胞表面排列而成的表层 ; 其它古细菌在原生质 膜外有厚的多糖的细胞壁 古细菌有鉴别性的特征之一是在原生质膜中脂类的性 质不像细菌的脂类由酯键连接甘油, 而和真核生物一 样由醚键连接甘油, 它们的脂类也是长链和分支的脂 肪酸 一 古细菌细胞的结构特点 1 古细菌的细胞壁和表面

175 第二章原核微生物形态 与细菌的染色体相似, 由不含核膜的单个环 状 DNA 分子构成, 但大小通常小于大肠杆菌 的 DNA 2 古细菌的 DNA 3 古细菌的核糖体 同细菌的核糖体同样大小, 但在某些特性上, 它们与真核生物的核糖体相似 如对抗生素链霉素和氯霉素的抗性及对白喉毒素的敏感性

176 二 细菌和古细菌的差异 特 征 细 菌 古 菌 细胞壁 脂类 甲烷生成过程 有胞壁酸 酯键连接 没有 无胞壁酸 醚键连接 可能有 RNA 多聚酶 起始 trna 核糖体 一个 甲酰甲硫氨酸 链霉素和氯霉素敏感白喉毒素抗性 几个 甲硫氨酸 链霉素和氯霉素抗性白喉毒素敏感

177 第二章原核微生物形态 三 古细菌的生长环境 古细菌类群包括能够在极端环境中生存的细菌, 如 : 热泉 ( 例如硫化叶菌属 Sulfolobus 和热球菌属 Pyrococcus) 高盐 ( 盐杆菌属 Halobacterium) 产甲烷菌如甲烷杆菌属 (Methanobacterium), 产生甲烷 四 古细菌的类群 产甲烷菌 ; 极端嗜盐菌极端嗜热菌 ; 无细胞壁的古细菌

178 第二章原核微生物形态 第五节其他原核微生物一 支原体 (Mycoplasma) 二 立克次氏体 (Rickettsia) 三 衣原体 (Chlamydia)

179 第二章原核微生物形态 一 支原体 (Mycoplasma) 介于细菌 立克次氏体之间 不具细胞壁, 细胞膜含甾醇类 G-, 直径 0.2~0.25um, 可滤过 已知可独立生活的最小的细胞型生物 可人工 培养, 营养要求苛刻, 油煎蛋菌落

180 第二章原核微生物形态 二 立克次氏体 (Rickettsia) 介于细菌 病毒之间, 专性真核活细胞内寄生, 不能人工培养 不滤过, 直径 um, 存在与寄主细胞质和核中 细胞球状或杆状, 不运动 G-, 膜疏松, 酶系统不完全, 不完整的产能代谢, 抵抗性差 三 衣原体 (Chlamydia) 介于立克次氏体 病毒之间 可滤过, 专性活细胞内寄生 G-," 能量寄生物 " 各类原核微生物与病毒比较表

181 第二章原核微生物形态无无有有氧化谷氨酰胺的能力不敏感敏感敏感敏感抗生素无无有有 ATP 系统无无有有大分子合成能力不保持保持保持保持繁殖时个体完整性无有有有细胞膜无有有无细胞壁无有有有核糖体 DNAorRNA DNA&RNA DNA&RNA DNA&RNA 核酸类型无有有有细胞结构病毒衣原体立克次氏体支原体比较项目支原体 立克次氏体 衣原体和病毒的比较

182 实验二 食品中大肠菌群的计数 参考 GB

183 一 实验目的 1 了解食品中大肠菌群的测定意义 2 掌握食品中大肠菌群的测定原理和方法

184 二 实验原理 ( 一 ) 大肠菌群介绍大肠菌群并非细菌学分类命名, 而是卫生细菌领域的用语 定义 : 需氧及兼性厌氧 37 能分解乳糖产酸产气的革兰氏阴性无芽胞杆菌 阳性对照菌 : 大肠埃希氏菌 大肠菌群分布较广, 在温血动物粪便和自然界广泛存在 大肠菌群是作为粪便污染指标菌的意义 ( 两条 ) 大肠菌群是评价食品卫生质量的重要指标之一, 目前已被国内外广泛应用于食品卫生工作中

185 ( 二 ) 大肠菌群检验方法: 大肠菌群的检测一般都是按照它的定义进行 目前国家标准中食品大肠菌群的检测有两种方法 : MPN 计数法 ( 第一法 ) 平板计数法 ( 第二法 )

186 三 实验仪器和材料 ( 见讲义 )

187 检样 25g(mL) 样品 +225 ml 稀释液, 均质 四 10 倍系列稀释 选择适宜 3 个连续稀释度的样品匀液, 接种 LST 肉汤管,36 士 1,48h 士 2h 检 验 程 1.MPN 计数法 不产气 产气 BGLB 肉汤管 36 士 1,48h 士 2h 序 不产气 产气 大肠菌群阴性 大肠菌群阳性 查 MPN 表 结果报告

188 大肠菌群发酵管产酸产气结果

189 2. 平板计数法 检样 25g(mL) 样品 +225 ml 稀释液, 均质 10 倍系列稀释 选择 2~3 个连续适宜稀释度的样品匀液, 各取 1 ml 分别加入无菌培养皿内, 倾注 VRBA 培养基, 混匀,36 士 1, 培养 18~24 h 计数典型和可疑菌落 BGLB 肉汤管,36 士 1 培养 24~48h 结果报告

190 大肠菌群在结晶紫中性红琼脂 (VRBA) 上典型特征

191 五 实验结果 1. MPN 计数法的原始记录和结果填入下表中 加样品量 试管编号 初发酵试验 复发酵试验 各管大肠菌群判定 检索表 /[MPN/g(mL)] MPN/100g(mL) 注 : 初发酵试验和复发酵试验结果表示 : 产气用 +, 不产气用 - 表示

192 2. 平板计数法的原始记录和结果填入下表中 皿次 原液 空白 1 2 平均 计数稀释度 计数菌量 证实试验结果 结果报告 /[CFU/g(mL)]

193 六 复习思考题 1 说明食品中大肠菌群测定的安全学意义? 2 为什么食品中大肠菌群检验需要经过复发 酵才能证实?

194 谢谢!

195 FAAS 法测定自来水中镁 一 实验目的二 实验原理 1 原子吸收分光光度计工作原理 2 原子吸收分光光度计工作流程图 3 标准曲线法三 实验仪器与试剂 AA320N 原子吸收分光光度计 ; 空气压缩机 ;Mg 标准溶液 ; 容量瓶等四 实验步骤 1 配制标准溶液 2 调节仪器 3 样品前处理 4 测量五 数据处理 1 记录实验条件 2 计算出自来水中镁含量六 讨论七 思考题

196 一 实验目的 1 学习原子吸收分光光度法的基本原理; 2 了解原子吸收分光光度计的主要结构及其主要部件; 3 熟悉原子吸收分光光度计的操作规程和注意事项; 4 掌握火焰原子吸收分光光度法测定自来水中镁含量; 5 掌握标准曲线法定量分析自来水中镁含量; 6 掌握原子吸收分光光度计工作站的使用

197 1 原子吸收分光光度计工作原理 原子吸收分光光度计是利用基态原子对特征波长光吸收这个原理的一种测量方法 ; 采用空心阴极灯作为光源发射出某一元素特征波长的谱线, 当此光束通过包含基态原子的样品时, 光强度将被部分吸收, 吸收的程度取决于原子的浓度, 这样便可根据光的吸收程度来计算出样品的原子浓度 ; 当光强度为 I 0 的光束通过被测元素原子浓度为 C 的介质时, 光强度减弱至 I, 其服从朗伯比尔定律 : A I lg I 0 KC

198 2 原子吸收分光光度计工作流程

199 3 标准曲线法 配一系列基体相同的不同浓度的标准溶液, 以空白溶液为参比, 在选定的条件下测标准溶液的吸光度 ; 以 A 为纵坐标,c 为横坐标, 绘制 A-c 标准曲线, 在相同条件下, 测样品的 Ax, 从标准曲线求出未知样品中待测元素的含量 ; A C 注意 : 标准溶液与样品的基体组成应尽可能一致, 基体不同可能带来影响 ; 标准溶液浓度应使 A~c 在直线的范围内,c 不能太大, 一般控制 A 在 0.1~ 0.8 之间 ; 测定过程中应保持测定条件不变

200 1 配制标准溶液 镁标准储备溶液浓度 25.00mg/l; 用 50.00ml 容量瓶配制标准溶液 ; 标准溶液配制 V(ml) C(mg/l)

201 2 调节仪器 1 换镁空心阴极灯 ; 2 打开总电源, 打开灯电源开关,F1 界面选中 Mg 元素, 灯电流 (10mA,F2 页面设置 ) 3 调节光路 ( 演示 ); 4 打开通风装置 ; 5 打开空气压缩机 ( 压力 0.3Mpa, 助燃气稳压压力 0.2Mpa, 辅助气流量大约 6.0 升 / 分 ); 6 打开乙炔钢瓶, 调节乙炔分压阀使乙炔压力 (0.05MPa), 调节乙炔流量 ( 约 升 / 分 ); 7 点火 ; 8 样品测量 : 置零 ( 去离子水 ), 每一标准溶液测量三次, 测后可以直接打印样品吸光度值和偏差值 标准曲线 ; 再次测量直接得出样品浓度值 ( 打印 ); 9 文件管理 ( 保存文件 ); 10 关机先关乙炔钢瓶, 再关乙炔分压阀, 乙炔流量阀 关空气压缩机

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