江南大学微生物学综合PPT01

第一章原核微生物的形态、构造与功能微生物学广义的细菌，细胞核无核膜包被，只存在核区（NuclearRegion）的裸露DNA的原始单细胞生物。真细菌古生菌原核生物（Prokaryotes）细菌（Bacteria）放线菌(Actinomycetes）蓝细菌(Cyanobacteria)其他几种原核微生物(others)本章主要内容（6学时）定义：一类细胞细而短、结构简单、细胞壁坚韧、以二等分裂方式繁殖和水生性较强的原核微生物。第一节细菌细菌的形态和大小细菌细胞的一般构造及特殊构造细菌的繁殖方式细菌的群体形态和培养特征食品工业中常用常见的细菌主要内容细菌细胞的大小细菌细胞大小以微米（micrometer，mm）计即10-6m。一、细菌的形态构造及功能动物、植物和微生物个体大小的比较细菌的基本形态球菌（Coccus）杆菌（Bacillus）螺形菌（Spirilla）少数形态：丝状、三角形、方形和圆盘形细菌的形态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：如尿素微球菌（Micrococcusureae）双球菌：如肺炎双球菌（Diplococcuspneumoniae）四联球菌：如四联微球菌（Micrococcustetragenus）链球菌：如乳链球菌(Streptococcuslactis)八叠球菌：如尿素八叠球菌（Sarcinaureae）葡萄球菌：如金黄色葡萄球菌(Staphylococcus）球菌球菌的排列方式球菌单球菌球菌细胞分裂沿一个平面进行，新个体分散而单独存在双球菌球菌细胞沿一个平面分裂，新个体成对排列肺炎双球菌双球菌球菌细胞沿一个平面分裂，新个体成对排列肺炎双球菌Neisseriagonorrhoeae肺炎双球菌链球菌球菌细胞沿一个平面进行分裂，新个体不但可保持成对的样子，并可连成链状链球菌(Streptococcus)Streptococcuspyogenes酿脓链球菌金属镀膜，×12000四联球菌球菌细胞分裂是沿两个相垂直的平面进行，分裂后每四个细胞特征性地连在一起，呈田字形四联球菌(Tetrad)四联微球菌金属镀膜，×40000八叠球菌球菌细胞按三个互相垂直的平面进行分裂后，每八个球菌特征性地连在一起成立方体形八叠球菌(Sarcina)葡萄球菌球菌细胞无定向分裂，多个新个体形成一个不规则的群体，犹如一串葡萄葡萄球菌(Streptococcus)金黄色葡萄球菌形状短杆、球杆、棒杆、梭状、梭杆状、分枝状、螺杆状、竹节状（两端平截）、弯月状杆菌的大小以宽度×长度表示，一般为0.2～1.25×0.5～5.0微米杆菌是细菌中种类最多的杆菌杆菌大肠杆菌银合欢根瘤菌枯草芽孢杆菌大肠杆菌O157炭疽芽孢杆菌杆菌示意图细胞呈杆状或圆柱状杆菌两端齐平炭疽芽胞杆菌两端尖细白喉棒状杆菌杆菌分枝杆菌双歧杆菌形状细胞呈弯曲杆状的细菌统称为螺旋菌，螺旋菌在细菌中种类较少，通常是病原菌。弧菌（Vibrio)菌体只有一个弯曲，螺旋不满一环，呈香蕉状，偏端单生鞭毛或丛生鞭毛。螺旋菌(Spirillum)菌体回转如螺旋状，螺旋满2～6环。两端都有鞭毛。螺旋体(Spirochaeta)旋转周数在6环以上，菌体柔软。螺旋菌螺旋菌迂回螺菌红弧菌幽门螺旋杆菌霍乱弧菌螺旋体螺旋体(Spirochaeta)钩端螺旋体特殊形态细菌亮发菌的形态示丝状特殊形态其它特殊形态影响细菌形态的因素培养时间培养温度培养基成分和浓度培养基pH值细菌形态细菌的异常形态衰颓形因培养时间过长，细胞衰老，营养缺乏或自身代谢产物积累过多等原因而造成的形态异常。这种细胞繁殖能力丧失形成液泡着色能力弱有的菌体尚存，实已死亡。结核杆菌的正常形态结核杆菌的异常形态细菌的异常形态畸形由于化学或物理因素的刺激，阻碍了细胞的发育而引起的异常。如巴氏醋杆菌常为杆状，因温度改变，成为纺锤状、丝状或链状。细菌细胞的大小（Size）细菌大小量度单位：微米（mm，10-6m）亚细胞构造的量度单位：纳米（nm，10-9m）细胞大小的形象比较大肠杆菌：0.5×2mm芝麻：3mm常见细菌的大小球菌：直径0.5～2mm杆菌：宽×长0.5～1×1～5mm螺形菌:宽×长0.5～1×1～50mm特例：巨型细菌Thiomargaritanamibiensis：0.32~1.00mm微型细菌Nanobacteria：50nm（纳米细菌）二、细菌细胞的结构基本结构特殊结构细胞壁、细胞膜、细胞质、核质荚膜、鞭毛、菌毛、芽孢基本结构形状各种细菌都具有的结构。由细胞壁、细胞膜、胞浆及不典型的胞核(拟核)等组成。中间体拟核细胞膜细胞壁细胞浆基本结构细菌细胞结构示意图1.细胞壁（CellWall）细胞壁的定义及其功能细胞壁与革兰氏染色细胞壁的结构细胞壁的化学组成无壁细胞与原生质体细胞壁的定义及其功能定义位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧而略具弹性的结构。约占干重的10-25%。生理功能维持细胞外形保护细胞免受外力的损伤阻拦大分子物质进入细胞，具有一定的屏障作用为鞭毛运动提供支点与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性密切相关细胞壁与革兰氏染色染色方法死菌负染色正染色荚膜染色法等简单染色法鉴别染色法活菌美兰或TTC等染色细胞壁与革兰氏染色革兰氏染色原理第一步：结晶紫使菌体着上紫色第二步：碘和结晶紫形成大分子复合物，分子大，能被细胞壁阻留在细胞内。第三步：酒精脱色，细胞壁成分和构造不同，出现不同反应。细胞壁与革兰氏染色革兰氏染色原理G﹢菌：细胞壁厚，肽聚糖网状分子形成一种透性障，当乙醇脱色时，肽聚糖脱水而孔障缩小，故保留结晶紫-碘复合物在细胞膜上。呈紫色。Gˉ菌：肽聚糖层薄，交联松散，乙醇脱色不能使其结构收缩，其脂含量高,乙醇将脂溶解，缝隙加大，结晶紫-碘复合物溶出细胞壁，沙黄复染后呈红色。细胞壁与革兰氏染色常用染料碱性染料（BasicDye）—带正电染料。其阳离子部分为发色基团，可与细胞中带负电的组分结合。如Crystalviolet,Saffranin（沙黄）,MethyleneBlue等。酸性染料（AcidDye）—带负电染料。其阴离子部分为发色基团，可与细胞中带正电的组分结合。如Eosin,CongoRed,Acidfuchsin等。脂溶性染料—如Sudanblack等。细胞壁与革兰氏染色革兰氏染色由丹麦医生ChristianGram1884年建立的一种复合染色法。革兰阳性菌(Grampositivebacteria)涂片结晶紫染色碘液媒染酒精脱色番红复染革兰阴性菌(Gramnegtivebacteria)细胞壁与革兰氏染色革兰氏染色结果经乙醇处理不褪色，保持初染时深紫色的菌体，称为革兰氏染色阳性菌（G+菌）；经乙醇处理迅速脱去原色，而能染上沙黄颜色的菌体称为革兰氏染色阴性菌（G-菌）。革兰氏染色是分类鉴定菌种的一个重要指标。细胞壁与革兰氏染色革兰氏染色结果示意图金黄色葡萄球菌大肠杆菌细胞壁的结构肽聚糖层细胞质膜革兰氏阳性菌与阴性菌的细胞壁结构比较肽聚糖层壁膜间隙外膜细胞质膜革兰氏阳性菌与阴性菌的细胞壁结构比较细胞壁的结构革兰氏阳性细菌（G+）革兰氏阴性细菌（G-）肽聚糖肽聚糖外膜革兰氏阳性菌与阴性菌的细胞壁结构比较细胞壁的结构细胞壁革兰阳性菌革兰阴性菌强度较坚韧较疏松厚度20-80nm10-15nm肽聚糖层数可多达50层1-2层肽聚糖含量占细胞壁干重50%-80%占细胞壁干重5%-20%磷壁酸+—外膜—+脂蛋白—+脂多糖—+细胞壁的结构革兰氏阳性菌的肽聚糖层细胞壁的化学组成革兰氏阳性菌肽聚糖磷壁酸革兰氏阴性菌脂多糖磷脂脂蛋白肽聚糖细胞壁的化学组成（G+菌）革兰氏阳性菌细胞壁化学组成革兰氏阳性细菌细胞壁具有较厚（20-80nm)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大部分革兰氏阳性细菌细胞壁中含有磷壁酸（Teichoi-acid），即胞壁质（Murein）还结合有其它多糖有些菌含蛋白质肽聚糖（Peptidoglycan）肽聚糖是由N-乙酰氨基葡萄糖(NAG)和N-乙酰胞壁酸(NAM)以及带有交替排列的D-型或L-型氨基酸短肽链（主要是四肽）组成的亚单位聚合而成的大分子聚合物。MGMN-乙酰胞壁酸GN-乙酰葡萄胺肽聚糖单体结构示意图细胞壁的化学组成（G+菌）肽聚糖（Peptidoglycan）肽聚糖单体结构示意图细胞壁的化学组成（G+菌）磷壁酸（TeichoicAcids）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%，根据结合部位的不同分为壁磷壁酸和膜磷壁酸。壁磷壁酸含量多，通过共价键与肽聚糖分子结合,并延伸到肽聚糖分子表面,带有负电荷。膜磷壁酸与菌细胞原生质膜的脂类结合。细胞壁的化学组成（G+菌）磷壁酸的功能带负电荷，可与环境中的Mg＋等阳离子结合，提高这些离子的浓度，以保证细胞膜上一些合成酶维持高活性的需要。保证革兰氏阳性致病菌与其宿主间的粘连。赋于革兰氏阳性细菌以特异的表面抗原。提供某些噬菌体以特异的吸附受体。贮藏磷原素细胞壁的化学组成（G+菌）细胞壁的化学组成（G-菌）细胞壁较薄，约10nm肽聚糖含量较低--（占细胞壁干重的5～20%）不含磷壁酸在肽聚糖外侧覆盖有厚的外壁层外壁层由脂多糖（外）、磷脂（中）、脂蛋白（内）三层构成细胞壁的化学组成（G-菌）革兰氏阴性细菌细胞壁细胞壁的化学组成（G-菌）脂多糖（LPS）革兰氏阴性菌的主要成分由O-侧链、核心多糖、脂质-A构成。细胞壁的化学组成（G-菌）脂多糖（LPS）细胞壁的化学组成（G-菌）脂多糖功能是革兰氏阴性细菌致病物质－内毒素的物质基础。与磷壁酸相似，也有吸附Mg+、Ca2+等阳离子以提高这些离子在细胞表面的浓度的用。由于LPS结构的变化，决定了革兰氏阴性细胞表面抗原决定簇的多样性。是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。细胞壁的化学组成（G-菌）脂多糖功能是革兰氏阴性细菌致病物质－内毒素的物质基础。与磷壁酸相似，也有吸附Mg+、Ca2+等阳离子以提高这些离子在细胞表面的浓度的用。由于LPS结构的变化，决定了革兰氏阴性细胞表面抗原决定簇的多样性。是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。细胞壁的化学组成（古生菌）缺壁细菌缺壁细菌人工去壁自然界长期进化中形成：支原体自发缺壁突变：L型细菌实验室中形成彻底除尽：原生质体部分去除：球状体缺壁细菌缺壁细菌的形成机理青霉素：作用于肽聚糖中的肽桥溶菌酶：作用于聚糖链的β-1,4糖苷键自发缺壁突变进化（支原体）溶菌酶对细胞壁的作用可切断NAM和NAG之间的β-1,4糖苷键，引起细菌裂解。青霉素对细胞壁的作用青霉素与转肽酶结合，而使该酶失活，抑制了侧链末端的丙氨酸与五肽桥的连接，破坏了细菌细胞壁的完整性（即抑制肽聚糖的合成）原生质体和原生质球原生质体：革兰氏阳性菌经适当方法(溶菌酶、青霉素)处理完全去除细胞壁时剩下的部分所有细胞形态的菌体：其原生质体都为球状对渗透压、振荡和离心作用较敏感原生质结构和生物活性并未改变细胞壁回复长出：合适的再生培养基原生质体和原生质球原生质球：革兰氏阴性菌的细胞壁与细胞质膜结合紧密，用溶菌酶处理时仍会有部分细胞壁成分遗留在细胞质膜表面称为原生质球。由于其外壁层存在大量的LPS，而维持LPS的稳定性需要一定量的Ca2+，用螯合剂去除Ca2+再用溶菌酶处理即可特点：对渗透压敏感，长鞭毛也不运动，对噬菌体不敏感，细胞不能分裂等。原生质体和原生质球大肠杆菌原生质球左侧为原生质球右侧为杆状的大肠杆菌L-型细菌L-型细菌自发形成的细胞壁缺陷型细菌。细菌L型生长缓慢，营养要求高，对渗透压敏感，普通营养基上不能生长，培养时必须用高渗的含血清的培养基。细菌L型的形态呈高度多形性，大小不一。着色不匀，无论其原为革兰阳性或阴性菌，形成L型大多染成革兰阴性。蜡样芽胞杆菌L型的镜下形态（多形性）周质空间（PeriplasmicSpace）周质空间又称壁膜空间。指位于细胞壁与细胞膜之间的狭窄间隙，革兰氏阳性细菌与阴性细菌均有。内中含有多种蛋白质，例如蛋白酶、核酸酶等各种解聚酶，运送某些物质进入细胞的结合蛋白，以及趋化性的受体蛋白等。