第三章 原核微生物的形态、结构与功能

第三章原核微生物的形态结构与功能分类情况•三原界：古细菌原界、真细菌原界、真核生物原界•三个域：细菌域、古生菌域、真核生物域•原核微生物•真核微生物•非细胞型微生物原核微生物•细菌•古细菌•放线菌•蓝细菌•黏细菌•支原体•衣原体•立克次氏体第一节细菌•肉眼观察•光学显微镜•电子显微镜一、细菌的形态1.球菌(coccus)单球菌双球菌八叠球菌四联球菌链球菌葡萄球菌球菌葡萄球菌电镜葡萄球菌四联球菌球菌的分类依据：分裂方向和分裂后排列形式双球菌链球菌葡萄球菌四联球菌八叠球菌排列形式可作为细菌分类鉴别的参考2.杆菌(bacillus)大杆菌（炭疽杆菌）小杆菌（布鲁斯菌）球杆菌中等大杆菌短杆菌长杆菌绿脓杆菌梭状芽孢杆菌C.C.botulinumbotulinumRodshapedprokaryote.Vegetativeandsporestages:notetheflagellaonthevegetativecells.Causesbotulism.SEMleftx15,400,rightx12,800©DrDennisKunkel,UniversityofHawaii.Usedwithpermission炭疽芽孢杆菌大肠杆菌Escherichiacoli杆菌的排列方式杆菌Bacillus•长短、大小、粗细差异较大，一般来说，杆菌的粗细比较稳定，而长度常随培养时间、培养条件而变化•菌体两端多呈钝圆形、少数两端平齐•多数分散排列、个别链状（炭疽杆菌）•细胞排列方式在分类鉴定中作用不大3.螺旋菌（spirilla）•弧菌：菌体只有一个弯曲，呈弧形，逗点状。•螺菌：菌体回转弯曲大于一周，呈螺旋状。弧菌螺旋菌4.细菌的其他形态注意通常情况下，细菌在适宜条件下培养8~24h，形态比较典型。当培养基成分、pH、培养时间及温度等环境条件改变时或细菌受抗生素等作用后，菌体则可能出现多种形态。在细菌的研究、鉴别和实验室诊断时应引起注意！！异常形态例1结核杆菌的异常形态结核杆菌的正常形态异常形态例2•临床分离的金黄色葡萄球菌临床分离的金黄色葡萄球菌二、细菌的大小•细菌一般个体微小，用肉眼无法观察，需借助光学显微镜•一般以微米(m)作为测量大小的单位细菌大小的测量可用测微尺在显微镜下直接测量；也可通过投影或照相，按图中的大小和放大倍数间接测算。细菌大小的表示方法：球菌：直径杆菌：宽×长，如：E.Coli1×3m螺菌：长、宽和螺距巨颤蓝细菌8×50P69基本结构：细胞壁、细胞膜、细胞质、核质特殊结构：荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞三、细菌的结构与功能1.细菌的基本结构•细菌都具有的结构称为细菌的基本结构。•由外到内依次为–细胞壁–细胞膜–细胞质–核质（1）细胞壁（cellwall）•概念：细胞壁是细菌外表面一层坚韧而有弹性的结构。•功能：赋形作用保护作用纳泄作用抗原作用致病作用细胞壁的化学组成与结构•细胞壁的主要化学组成是肽聚糖和少量的脂类•肽聚糖是原核微生物细胞壁特有物质。聚糖骨架•肽聚糖四肽侧链五肽交联桥G+和G–•丹麦医生Gram于1884年发明了革兰氏染色法，通过这种染色法可将所有细菌分为革兰氏阳性菌（G+）和革兰氏阴性菌（G–）两大类。•G+肽聚糖结构包括：聚糖骨架、四肽侧链和五肽交联桥。•G–肽聚糖结构包括：聚糖骨架和四肽侧链。肽聚糖的结构（G+）四肽侧链聚糖骨架（β-1，4糖苷键）五肽交联桥肽聚糖的结构（G-）四肽侧链聚糖骨架（β-1，4糖苷键）G+细胞壁的特点•厚20～80nm•坚韧肽聚糖15～50层•结构简单主要成分是肽聚糖和磷壁酸磷壁酸•G+菌特有结构•主链由核糖醇和甘油残基连接而成。•膜磷壁酸•壁磷壁酸•功能：P71革兰氏阳性菌细胞壁结构G–细胞壁的特点•薄10～15nm•疏松肽聚糖1～3层•结构复杂•由内至外：肽聚糖、脂蛋白、外膜、脂多糖。外膜G-菌细胞壁结构模式图外膜脂多糖结构示意图脂多糖是Gˉ菌细胞壁特有结构内毒素G+菌与G-菌比较肽聚糖G+菌与G-菌的细胞壁模式图比较外膜厚薄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肽聚糖层数可达50层1-3层占细胞壁干重50-80%5-20%磷壁酸有无外膜无有脂多糖无有G﹢菌与G﹣菌细胞壁结构比较区别G﹢菌与G﹣菌的意义项目G﹢菌G﹣菌与细胞壁的关系染色性紫色红色对酒精的通透性抗原性磷壁酸外膜化学组成不同内毒素无有本质为脂多糖青霉素作用有效无效五肽交联桥溶菌酶作用有效无效聚糖骨架革兰染色•步骤：涂片、结晶紫、碘液、乙醇、复红•结果：阳性菌——紫色阴性菌——红色革兰氏染色的原理•细胞壁结构学说P72革兰氏染色的结果（2）细胞膜•紧贴细胞壁内侧包围细胞质的一层柔软、富有弹性的半渗透性生物膜。•又称质膜、原生质膜、细胞质膜。细胞膜结构模式图细胞膜的功能•渗透运输作用•细胞呼吸作用•参与生物合成•传递信息信号P73间体•由细胞膜内陷折叠卷曲而成的囊状物，又称中间体、中介体或中体。（3）核质•又称为原核、拟核、核区或核基因组。•特点：无核膜，闭合双链DNA丝状结构，含少量RNA和少量蛋白质。•功能：具有细胞核的功能。（4）细胞质及其内含物•细胞质又称细胞浆，为细胞膜内侧的胶状物质，是由水、蛋白质、核酸、脂类和少量糖、无机盐组成的无色透明粘稠状透明物质。•是新陈代谢的重要场所。•核糖体•质粒•异染颗粒•糖原和淀粉粒•脂肪粒①核糖体（核蛋白体）•游离于胞浆中，每个细菌的体内可含数万个。•组成：沉降系数70S，由50S、30S两个亚基组成。•作用：细菌蛋白质合成场所。•红霉素、链霉素分别与两个亚基结合，干扰其蛋白质的合成，杀死细菌。②质粒•细菌核质体外的遗传物质，是闭合环状双链DNA。•质粒的特点：P74•质粒的种类：抗性质粒（R）、接合质粒（F因子）等。P74•Q：核质和质粒???③胞质颗粒•主要是营养储存物质，包括糖、脂等。•随种而异。•营养足时，多；营养不足时，减少。例：异染颗粒•主要成分为是多聚偏磷酸盐。•嗜碱性强，特殊染色法可染成与菌体不同的颜色，称为异染颗粒，可作为鉴别依据。•白喉杆菌异染颗粒位于菌体两端，又称为极体。细菌细胞基本结构•壁•膜•质•核肽聚糖的结构G+和G–细胞壁的差异细胞壁的功能G+和G–细胞壁的特有结构青霉素和溶菌酶的作用点革兰氏染色的步骤、结果和原理细胞膜的结构细胞膜的功能间体新陈代谢、生命活动的主要场所核糖体质粒胞质颗粒核质、原核、拟核、核区或核基因组。具有细胞核的功能。小结2.细菌的特殊结构•荚膜（capsule）•鞭毛（flagellun）•菌毛（pilus）•芽孢（spore）(1)荚膜•某些细菌胞壁外包绕的一层较厚的粘液性物质。本质为疏水性多糖、蛋白质多肽、透明质酸。以理化方法除去后不影响细菌的生命活动。肺炎链球菌荚膜荚膜•多数细菌荚膜为多糖（具有抗原性，是细菌血清分型的基础）：脑膜炎球菌、肺炎球菌•少数细菌的荚膜为多肽或糖与蛋白复合物：炭疽杆菌•个别细菌的荚膜为透明质酸•厚度＞200nm厚荚膜•厚度＜200nm微荚膜化学组成分类荚膜染色——荚膜负染荚膜形成条件•一般在动物体内或体外营养丰富（含大量血清或糖）培养基中才能形成，在普通培养基上或连续传代则易消失•有荚膜的细菌在固体培养基上形成是M型或S型，失去荚膜后成为R型菌落荚膜的功能P78（2）鞭毛•概念：附着在某些细菌表面的细长并呈波状弯曲的丝状物。•化学成分：蛋白质，具有特殊的抗原性，称H抗原。•是细菌的运动器官。鞭毛的着生方式单毛菌——霍乱弧菌双毛菌——空肠弯曲菌丛毛菌——绿脓杆菌周毛菌——大肠杆菌鞭毛的作用•细菌运动器官•与致病性有关•用于鉴定细菌（根据鞭毛数量、排列，鞭毛抗原性，血清学鉴定）（3）菌毛•概念：多数G-菌和少数G+菌菌体表面存在的一种比鞭毛更细、更短而直硬的丝状物。电镜下才可见。•成分：蛋白质•分类：普通菌毛性菌毛普通菌毛•遍布菌细胞表面，每菌可达数百根。•可与宿主细胞的特异性受体结合，与细菌的致病性相关。•特异性血凝试验可鉴定菌毛。性菌毛（F菌毛）•比普通菌毛长而粗。•仅见于少数G-菌，数量少，1-4根/菌。•由F质粒编码，是细菌传递游离基因的器官，细菌接合时遗传物质的通道。与繁殖无关性菌毛和细菌的接合过程菌毛的功能普通菌毛：致病性性菌毛：传递遗传物质（4）芽孢•某些细菌在一定的环境条件下，胞质脱水浓缩，在菌体内部形成一个折光性强、厚壁、含水量低的圆形或卵圆形小体（抗逆性休眠体）称为芽胞，是细菌的休眠形式。•通常每个细菌只形成一个芽孢。•产生芽胞的细菌主要是G+菌，重要的有芽胞杆菌属和梭菌属。•芽孢有较厚的壁，有较强的折光性，不易染色，特殊染色后可观察。芽孢的形态和结构•形状：圆形、卵圆形。•大小：有的比菌体大，有的和菌体一样大，也有的比菌体小。•位置：可位于菌体中央、末端或次末端。芽孢的形成•受遗传因素的控制和环境因素的影响。•形成条件因菌种而异，一般在营养物质缺乏尤其是C、N、P不足，易形成芽孢。•通常一个细菌仅形成一个芽胞。一个芽胞只生成一个菌体，芽胞无繁殖能力。Q:芽孢的成分？糖类？蛋白质？其他？？破伤风梭菌芽胞芽孢的生物学意义•芽胞对理化因素抵抗力强，消毒灭菌是否彻底，以杀灭芽胞为标准。•根据芽胞形状、大小、位置有助鉴定细菌。芽胞抵抗力强的原因•1.芽胞为多层致密厚膜，通透性极低，理化•因素不易透入。•2.芽胞含水量少，蛋白质受热后不易变性。•3.芽胞含有大量的吡啶二羧酸（DPA），与•Ca结合生成盐能提高芽胞中各种酶的热•稳定性，使芽胞具有很高的耐热性。芽孢的功能•由生命体转变为休眠形式，抵抗不良环境条件，使细菌个体得以延续。•增强细菌的致病力，延长感染期。细菌细胞特殊结构•荚膜（capsule）•鞭毛（flagellun）•菌毛（pilus）•芽孢（spore）小结概念或定义化学组成生物学特性和功能四、细菌的繁殖•繁殖方式——二分裂五、细菌的培养特征•细菌的培养特征是细菌在培养基上表现出来的群体生长情况。•细菌的培养特征（通常是菌落特征）可作为细菌分类鉴定的参考和依据。•菌落——由单个细菌在固体培养基上生长繁殖形成的肉眼可见的细菌群体，称为菌落。P81细菌菌落特征描述方法(在固体培养基上)•大小（直径以mm计。用1mm作为分界线：大菌落、中等菌落、小菌落、细小菌落。）•形状（露滴状、圆形、菜花形、不规则形）•厚度（突起、扁平、凹陷）•边缘（光滑、波形、锯齿状、卷发状）•颜色（无色、乳白、红色、灰色、黑色、黄色、绿色）•表面（光滑、粗糙）•透明度（透明、半透明、不透明）•粘度•细菌在半固体培养基中的生长情况穿刺线清晰：动力试验阴性穿刺线模糊：动力试验阳性•细菌在液体培养基中的生长情况均匀浑浊沉淀P82图3-19液体表面形成菌膜第二节放线菌一、放线菌概述•放线菌是因为最初发现时菌落呈放射状而得名，他是介于细菌和霉菌（真菌）之间的一类单细胞原核微生物。•绝大多数革兰氏阳性，绝大多数需氧，最适生长温度为23~37℃，最适pH为中性微偏碱。细胞结构与细菌大体相同，有原核，细胞壁主要成分是肽聚糖，菌丝直径与细菌相仿，核糖体同为70S，最适生长pH和细菌相近。•产生抗生素，例如土霉素、链霉素、庆大霉素、氯霉素等。二、放线菌的形态和结构1.个体形态与结构放线菌菌丝按形态和功能不同，可分为：•营养菌丝•气生菌丝•孢子丝（1）营养菌丝•又称基内菌丝、一级菌丝，是生长在培养基表面或培养基中吸收营养物质的菌丝。营养菌丝一般没有隔膜，可产生色素。（2）气生菌丝•又称二级菌丝，为营养菌丝发育到一定阶段，从营养菌丝上向空间长出的菌丝，颜色深，呈绒毛状、粉状、颗粒状，盖满整个菌落，部分可产生色素。（3）孢子丝•由气生菌丝分化发育而成，其形状、排列方式因菌种而不同，可用于分类鉴定。2.群体菌落形态•菌落由菌丝体组成，由于菌丝细，生长缓慢，相互交错，因此菌落质地致密，表面干燥、多皱、绒状，不易被接种环挑起。•因放线菌的菌丝和孢子可产生各种色素，所以菌落的正反两面常呈现不同的颜色。三、放线菌的繁殖•凝聚分裂形成凝聚孢子•横隔分裂形成横隔孢子•形成孢子囊，释放孢囊孢子放线菌