微生物教程yyd微生物的形态构造.pptx
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1、第二章 原核微生物的形态构造 原核微生物主要有六大类:细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体。l l第一节 细菌l l第二节 放线菌(actinomycetes)l l第三节 蓝细菌(cyanobacteria)l l第四节 支原体,立克次氏体和衣原体第一节 细菌l l 细菌是一类细胞细而短(D约0.5m,L为0.55m),结构简单,细胞壁坚韧,二分裂繁殖,且水生性较强的原核微生物。l l 细菌生存在我们周围的环境中,我们可以通过气味、手感、视觉等察之。细菌不都是有害的,相反多数是有益的。一、细胞的形态构造及其功能l l(一)形态和染色 基本形态有球状、杆状、和螺旋状三大类,分别称球
2、菌、杆菌和螺旋菌。l l1.球菌(coccus)单球菌、双球菌、四联球菌、八叠球菌、链球菌和葡萄球菌等。它们是以分裂及分裂后的排列方式区分的。球 菌双球菌双球菌链球菌链球菌四联球菌四联球菌八叠球菌八叠球菌葡萄球菌葡萄球菌l l2.杆菌(bacillus)短杆(球杆)菌、棒杆菌、梭杆菌、梭菌、弯月状、分枝状、竹节状(两端平截)等,按杆菌的排列又有链状、栅栏状、八字状及有鞘衣的丝状等。杆 菌球杆菌球杆菌链杆菌链杆菌棒状杆菌棒状杆菌分枝杆菌分枝杆菌l l3.螺旋菌 有弧菌和螺菌(spirillavibriospirillum),这类菌体积小,坚硬,环数由单环到26环,而旋转周数在6环以上,体大而柔软
3、的螺旋状细菌,我们称其为螺旋体(spirochoeta)l l自然界的细菌,最常见的是杆菌、其次是球菌,螺旋状的少见。近年又发现了三角形、方形和圆盘形的细菌。螺形菌弧菌弧菌只有一个弯曲只有一个弯曲螺菌螺菌有若干个弯曲有若干个弯曲弧弧 菌菌螺螺 菌菌细菌的大小以微米(m,106m)表示,亚细胞构造用纳米(nm,109m)表示。细菌小而透光,需放大并染色才易于观察。l l 细菌的染色方法很多,有单染色和复染色多种,其中Grams染色法最重要,该法由丹麦G.Gram于1884年创立,简要操作分初染、媒染、脱色和复染四步,最终凡被染成紫色的称革兰氏阳性菌,用 G表示,染成红色的称革兰氏阴性菌,用G表示
4、。l l 这一方法几乎可将所有细菌分为G和G菌两类,所以在分类鉴定上十分重要。关于其原理与细菌细胞壁的形成结构有关,待后述。l l(二)构造 细菌细胞的构造:l l 所有细菌都具有的一般构造和某些细菌特有的特殊构造1.细胞壁;细胞壁;2.细胞膜;细胞膜;3.核质体;核质体;4.间体;间体;5.贮藏物;贮藏物;6.细胞质;细胞质;7.芽孢;芽孢;8.鞭毛;鞭毛;9.菌毛;菌毛;10.性菌毛;性菌毛;11.荚膜;荚膜;12.粘液层粘液层 l l个别情况下细胞壁缺损或无细胞壁的细菌有:个别情况下细胞壁缺损或无细胞壁的细菌有:l l原生质体(原生质体(protoplastprotoplast)一般由溶
5、菌酶或一般由溶菌酶或青霉素处理青霉素处理G G菌,制得的仅由细胞膜包裹的细菌,制得的仅由细胞膜包裹的细菌脆弱细胞。完全无细胞壁。菌脆弱细胞。完全无细胞壁。l l球状体或原生质球(球状体或原生质球(sphaeroplastsphaeroplast)还残留还残留部分细胞壁的细菌,一般是部分细胞壁的细菌,一般是G G菌形成。菌形成。l lL L型细菌型细菌 自发突变形成的,可稳定遗传的自发突变形成的,可稳定遗传的细胞壁缺陷菌株。细胞壁缺陷菌株。四种细胞壁缺损细菌:实验室形成的四种细胞壁缺损细菌:实验室形成的 自发缺壁突变:自发缺壁突变:L L型细菌型细菌 人工去壁人工去壁 彻底去除:原生质体彻底去除
6、:原生质体 部分去除:球状体部分去除:球状体 自然界长期进化形成的:支原体自然界长期进化形成的:支原体l l 原生质体与球状体的共同特点:无细胞壁,细胞呈球状,对渗透压十分敏感,有鞭毛的也不能运动,对噬菌体不敏感,细胞不能分裂。l l 细胞壁的功能:固定细胞外形协助细胞运动保护细胞免受外力损伤正常细胞分裂所必须阻拦有害物质进入细胞与抗原性、致病性及对噬菌体的敏感性有关。细胞壁的总构造细胞壁的总构造 革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌细胞革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌细胞壁成分的比较壁成分的比较成分成分 占细胞壁干重的占细胞壁干重的%革兰氏阳革兰氏阳性细菌性细菌革兰氏阴性细菌革兰氏阴性细菌肽聚糖肽聚
7、糖含量很高含量很高(3095)(3095)含量很低(含量很低(520520)磷壁酸磷壁酸含量较高含量较高(5050)0 0类脂质类脂质一般无一般无(22)含量较高(含量较高(2020)蛋白质蛋白质0 0含量较高含量较高l l 革兰氏阳性菌细胞壁,可用典型的金黄色革兰氏阳性菌细胞壁,可用典型的金黄色葡萄球菌代表,它的肽聚糖层厚约葡萄球菌代表,它的肽聚糖层厚约20208080nmnm,由由4040层左右的网状分子所组成,网状的肽聚糖层左右的网状分子所组成,网状的肽聚糖又由大量小分子单位聚合而成,每个肽聚糖单又由大量小分子单位聚合而成,每个肽聚糖单体含三个组分体含三个组分双糖单位即双糖单位即N N乙
8、酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺与与N N乙酰胞壁酸以乙酰胞壁酸以1 1,4 4糖苷键相连糖苷键相连短短肽肽“尾尾”即即L L丙氨酸丙氨酸D D谷氨酸谷氨酸L L赖氨赖氨酸酸D D丙氨酸组成的四肽与丙氨酸组成的四肽与N N乙酰胞壁酸相乙酰胞壁酸相连连肽肽“桥桥”金黄色葡萄球菌的为甘氨酸五金黄色葡萄球菌的为甘氨酸五肽,其氨基端与前一肽聚糖的短肽尾第四个肽,其氨基端与前一肽聚糖的短肽尾第四个D D丙氨酸的羧基相连,而肽桥的羧基端与后一丙氨酸的羧基相连,而肽桥的羧基端与后一肽聚糖单位肽尾第三个肽聚糖单位肽尾第三个L L赖氨酸的氨基相连,赖氨酸的氨基相连,从而使前后两个肽聚糖单体交联起来。从而使前后两个肽聚糖单
9、体交联起来。l l 革兰氏阴性菌细胞壁的肽聚糖,可以用革兰氏阴性菌细胞壁的肽聚糖,可以用E.coliE.coli代表,肽聚糖占细胞壁组分不足代表,肽聚糖占细胞壁组分不足1010,一般由一般由1 12 2层网状分子构成,厚度仅层网状分子构成,厚度仅2 23 3nmnm,结构单位与结构单位与GramGram s s()()菌基本相同,差别菌基本相同,差别仅在于:仅在于:肽尾的第三个氨基酸为内消旋的二肽尾的第三个氨基酸为内消旋的二氨基庚二酸(氨基庚二酸(m mDAPDAP)无特殊的肽桥,前后无特殊的肽桥,前后两个单位相连只是前一个肽尾的第四个两个单位相连只是前一个肽尾的第四个D D丙丙氨酸的羧基与后
10、一个肽尾第三位的氨酸的羧基与后一个肽尾第三位的m mDAPDAP的氨的氨基相连。基相连。l l 由于G与G菌肽聚糖单体结构的差异以及其间相互联系的不同,因此交联而成的肽聚糖网的结构和致密度就有明显的差别。l l 革兰氏阳性菌特有的成分是磷壁酸革兰氏阳性菌特有的成分是磷壁酸(teichoic acidteichoic acid),由两种类型,其一为壁磷壁),由两种类型,其一为壁磷壁酸,与肽聚糖共价结合,可用稀酸或稀碱提取,酸,与肽聚糖共价结合,可用稀酸或稀碱提取,其量为壁重的其量为壁重的5050(或细胞干重的(或细胞干重的1010),量的),量的多少与培养成分有关。其二为膜磷壁酸多少与培养成分有
11、关。其二为膜磷壁酸(脂磷壁酸脂磷壁酸),由甘油磷酸链分子与膜上磷脂共价结合,量与,由甘油磷酸链分子与膜上磷脂共价结合,量与培养条件关系不大,可由培养条件关系不大,可由4545的热酚水提取,也的热酚水提取,也可用热水从脱脂的冻干细菌中提取。可用热水从脱脂的冻干细菌中提取。l l 磷壁酸又分甘油型与核糖醇型两类型,它的主要功能有带负电,可吸Mg2等阳离子,保证了膜上酶的活性保证Grams(+)菌(A族链球菌)与宿主的粘联G菌表面的特异抗体某些噬菌体的特异受体。l l Grams()菌特有的是脂多糖(LPS)结构,位于细胞最外层,厚810nm的类脂多糖类物质,它由类脂A、核心多糖和O特异侧链组成。功
12、能有四:G菌致病物质内毒素的基础类似磷壁酸的作用能吸附 Ca2、Mg2等阳离子决定表面抗原(决定簇)的多样性,如沙门氏菌属有21077种噬菌体的吸附受体。l l Grams()菌外壁层的蛋白质有三种基质蛋白,可通过小分子的糖类(双糖)、氨基酸、短肽和离子等,起分子筛作用外壁蛋白是受体或运输蛋白、以运送较大分子的维生素等脂蛋白,作用是使外壁层附着在内壁层的肽聚糖上。l l 周质空间或壁膜空间:指位于细胞膜与细胞壁之间的狭窄间隙,G与G菌均有。l l 革兰氏染色机制(由实验课解决):是由革兰氏染色机制(由实验课解决):是由细胞壁的特殊化学组分决定的。初染(结晶紫)细胞壁的特殊化学组分决定的。初染(
13、结晶紫)和媒染(碘液)后,壁及膜均着上了结晶紫与和媒染(碘液)后,壁及膜均着上了结晶紫与碘的大分子复合色(紫),在乙醇脱色时,碘的大分子复合色(紫),在乙醇脱色时,G G+菌因细胞壁原肽聚糖含量高,交联致密,所以菌因细胞壁原肽聚糖含量高,交联致密,所以经乙醇脱水而明显收缩,加之无类脂,故壁上经乙醇脱水而明显收缩,加之无类脂,故壁上无孔隙,使紫色阻留于细胞壁中,而无孔隙,使紫色阻留于细胞壁中,而G G-菌因壁菌因壁薄,肽聚糖含量少,交联散,乙醇作用后,肽薄,肽聚糖含量少,交联散,乙醇作用后,肽聚糖孔不易收缩,又加之类脂量高,乙醇溶出聚糖孔不易收缩,又加之类脂量高,乙醇溶出后留有孔隙较大,使紫色复
14、合物溶出细胞壁,后留有孔隙较大,使紫色复合物溶出细胞壁,细菌此时无色,再经沙黄等红色染料复染,又细菌此时无色,再经沙黄等红色染料复染,又可获得新的颜色红色,而可获得新的颜色红色,而G G+仍为紫色。仍为紫色。l l(2)细胞膜与间体 细菌细胞膜也同其它生物膜一样,属单位膜的液态镶嵌模型,但蛋白质种类及数量均多,而脂类较少,功能较复杂:控制细胞内外物质运输、交换维持渗透压,起屏障作用合成细胞壁各种成分(LPS、肽聚糖、磷壁酸)和荚膜等。l l 间体:由细胞膜内褶形成的一种管状、层状或囊状结构,一般位于细胞分裂部位或其临近,其功能主要是促进细胞间隔的形成并与遗传物质的复制及其相互分离有关l l(3
15、)细胞质 被细胞膜包围的,除核质体以外的一切透明、胶状、颗粒状物质的总称。l l其主要成分有其主要成分有:l l贮藏物贮藏物 聚聚-羟丁酸(羟丁酸(PHBPHB)许多细菌内可以经常见到的碳许多细菌内可以经常见到的碳源类贮藏物、不溶于水,可贮藏能量、碳源和降低细胞内的渗透源类贮藏物、不溶于水,可贮藏能量、碳源和降低细胞内的渗透压,压,PHBPHB可制成无毒易降解的医用塑料器皿和外科用的手术针及缝可制成无毒易降解的医用塑料器皿和外科用的手术针及缝线。线。l l异染粒异染粒 又称迂回体或棙转菌素,是无机偏磷酸的聚合物。功又称迂回体或棙转菌素,是无机偏磷酸的聚合物。功能是贮藏磷元素和能量,并可降低渗透
16、压。能是贮藏磷元素和能量,并可降低渗透压。l l藻青素和藻青蛋白(一种辅助光合色素)藻青素和藻青蛋白(一种辅助光合色素)常见于蓝细菌,属常见于蓝细菌,属内源性氮源贮藏物,还有贮藏能源的作用。内源性氮源贮藏物,还有贮藏能源的作用。l l羧化羧化(酶酶)体体 在化能自养细菌中含有的多角形细胞内含物,大小在化能自养细菌中含有的多角形细胞内含物,大小似噬菌体,内含似噬菌体,内含1,51,5二磷酸核酮糖羧化酶,在自养菌中起固定二磷酸核酮糖羧化酶,在自养菌中起固定COCO2 2的作用。的作用。l l气泡气泡 许多光合营养型无鞭毛运动的水生细菌细胞内含有为数许多光合营养型无鞭毛运动的水生细菌细胞内含有为数众
17、多的充满气体的小泡囊,具有调节细胞比重使其漂浮于合适的众多的充满气体的小泡囊,具有调节细胞比重使其漂浮于合适的水层中的作用。水层中的作用。l l(4)核质体(nuclear body)为原核生物特有的无核膜结构的原始细胞核,又叫核区、类核、拟核或核基因组,是一环状大型DNA分子,长0.253mm。l l(1 1)荚膜()荚膜(capsulecapsule)某些细菌细胞壁外存在着一层厚某些细菌细胞壁外存在着一层厚度不定的胶状物质。按其厚度又分微荚膜、荚膜和粘液层。度不定的胶状物质。按其厚度又分微荚膜、荚膜和粘液层。有的细菌会产生有一定性状的大型粘胶物,称为菌胶团有的细菌会产生有一定性状的大型粘胶
18、物,称为菌胶团(zoogloeazoogloea),),其实是细菌群体共用的荚膜。其实是细菌群体共用的荚膜。l l 荚膜的含水量很高,经脱水和特殊染色(用碳黑墨水进行负染色)后可在光镜下看到(证实方法)l l 荚膜主要成分是多糖、多肽或蛋白质,以多糖居多l l 荚膜并非细菌生存的必须结构,其功能有:保护细菌免受干燥损伤,并可使菌体免受宿主白细胞的吞噬贮藏养料,在营养缺乏时重新利用蓄积某些代谢废物帮助细菌附着于适当的物体表面。l l 荚膜与生产实验关系密切,如用肠膜明串珠菌产生的荚膜提取葡聚糖制备代血浆,又如产荚膜菌染污的糖液、酒类等饮料粘度变大,不易过滤,对生产不利。l l(2 2)鞭毛与菌毛
19、)鞭毛与菌毛l l 鞭毛(鞭毛(flagellumflagellum)某些细菌长在体表的长丝状、某些细菌长在体表的长丝状、波曲的蛋白质附着物,数量由一根至数十根,具有波曲的蛋白质附着物,数量由一根至数十根,具有运动功能。运动功能。l l证明:在电镜下可见鞭毛的存在在光镜下须将鞭毛做特殊染色加粗后方能见到。另外用暗视镜观察水浸片或悬滴片的运动可以推断细菌具有鞭毛再用半固体BL穿刺培养观察固体BL上菌落的边缘也可证明鞭毛有否。l l G G菌(如菌(如E.ColiE.Coli)的鞭毛由鞭毛丝、鞭毛的鞭毛由鞭毛丝、鞭毛钩及鞭毛基体(粒)构成。鞭毛基体有四个盘钩及鞭毛基体(粒)构成。鞭毛基体有四个盘状
20、物构成,分别称为状物构成,分别称为L L环(位于外壁层的环(位于外壁层的LPSLPS中)中)P P环(内壁的肽聚糖层)环(内壁的肽聚糖层)S S环(周质空间)和环(周质空间)和M M环(嵌入细胞膜)四个环中间由鞭毛杆串联,环(嵌入细胞膜)四个环中间由鞭毛杆串联,L L、P P环间有一圆柱体构造,鞭毛杆外侧连一钩环间有一圆柱体构造,鞭毛杆外侧连一钩形鞘(鞭毛钩)其上有长约形鞘(鞭毛钩)其上有长约10102020 m m的鞭毛丝,的鞭毛丝,鞭毛丝由以三股的螺旋方式或平行方式或中间鞭毛丝由以三股的螺旋方式或平行方式或中间方式紧密结合在一起的鞭毛蛋白链组成。方式紧密结合在一起的鞭毛蛋白链组成。l l
21、革兰氏阳性菌的鞭毛结构较为简单,基体仅由S环和M环构成。l l 真核生物的鞭毛结构较复杂,它们都具92结构,即9对外层微管和两根中央微管并有一外膜包裹着的复杂鞭毛。l l 按鞭毛在细胞表面的着生方式将细菌分为一端按鞭毛在细胞表面的着生方式将细菌分为一端单毛菌,一端丛毛菌,两端单毛菌,两端丛毛菌,单毛菌,一端丛毛菌,两端单毛菌,两端丛毛菌,周毛菌和侧生菌。周毛菌和侧生菌。l l 环菌,螺菌和假单胞菌类均长鞭毛,杆菌中有的有鞭毛,有的无。球菌一般无鞭毛,仅个别属,如动性球菌属才有鞭毛。鞭毛具有很高的运动(转动)速度,鞭毛具有分类鉴定的作用。l l 菌毛(fimbriae)也叫纤毛,伞毛,线毛或须毛
22、,是生长在细菌体表的一种纤细、中空、短直,数量较多(250300根)的蛋白附着物,在G菌较多。l l 另外有一种性菌毛(sex-pili),功能是在不同性别菌株间传递遗传物质,或是RNA噬菌体的特异性吸附受体,性菌毛介于鞭毛与菌毛之间,每菌约14根,也多见于G菌中。l l(3)芽孢(endospore,spore)某些细菌在其生长发育后期于细胞内形成的一个圆形或椭圆形的抗逆性休眠体,每个细菌仅能形成一个芽孢,它无繁殖功能。艰难梭菌的芽孢艰难梭菌的芽孢肉肉毒毒梭梭菌菌的的芽芽孢孢l l 芽孢具有极强的抗热、抗干燥、抗辐射、抗化学药品和抗静水压等能力,如肉毒梭菌的芽孢在100沸水中要59.5小时死
23、亡,121要10分钟死亡,芽孢的抗紫外线能力是营养细胞的1倍,巨大芽孢杆菌的芽孢抗辐射能力是E.coli的36倍。l l 芽孢的休眠能力惊人,从几年到几百年,更有甚者达2000年,此时的芽孢几乎不进行任何代谢。l l 产芽孢菌种类不多,主要是G杆菌,即芽孢杆菌科的两个属:好氧的芽孢杆菌属和厌氧的梭菌属,球菌中只有芽孢八叠球菌属,目前尚未发现螺旋菌产生芽孢的。l l芽孢的构造:从外向内的构造有:芽孢的构造:从外向内的构造有:l lA A芽孢囊:是产芽孢菌的营养细胞外壳芽孢囊:是产芽孢菌的营养细胞外壳l lB B孢外壁:位于芽孢的最外层,是细胞的残留物,可有孢外壁:位于芽孢的最外层,是细胞的残留物
24、,可有可无,或松或紧可无,或松或紧l lC C芽孢衣:厚约芽孢衣:厚约3 3nmnm,层次多(层次多(3 31515层)含疏水角蛋白层)含疏水角蛋白及少量磷脂蛋白,对溶菌酶,蛋白酶和表面活性剂抗及少量磷脂蛋白,对溶菌酶,蛋白酶和表面活性剂抗性强,对多价阳离子透性差性强,对多价阳离子透性差l lD D皮层:在芽孢中占有很大体积,内为特有的芽孢肽聚皮层:在芽孢中占有很大体积,内为特有的芽孢肽聚糖,呈纤维束状,交联度小,负电荷强,可被融菌酶糖,呈纤维束状,交联度小,负电荷强,可被融菌酶溶解,占芽孢重溶解,占芽孢重7 71010的的DPADPACaCa(吡啶二羧酸钙盐)吡啶二羧酸钙盐),无磷壁酸,皮层
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