微生物幻灯片第1章

1、第一章 原核生物的 形态、构造和功能,古菌（Archaea） 细菌（Bacteria）,原核微生物 （prokaryotes),又称真细菌（eubacteria），包括普通细菌（狭义的）、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体,进化谱系上与真细菌及真核生物相互并列，与真核生物关系更近; 细胞构造却与真细菌较为接近，同属于原核生物。,原核生物（prokaryotes):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)和古菌(Archaea)两大类群。,第一节 细菌（bacteria）,一、形态构造及其功能,（一）形态和染色,球状,杆状,螺旋状,基本形态,寄生性细菌-蛭弧菌,蛭弧菌（Bdellovibrio）寄生于其他细菌，比一般细菌小，能通过细菌滤器，单细胞，弧形或逗点状，有时呈螺旋状，大小0.30.60.81.2微米，或仅为杆菌长度的1/31/4。端生鞭毛，多为一根；有的在另一端生有一束纤毛。革兰氏染色阴性,(2) 螺旋菌：,菌体回转如螺旋，螺旋数目和螺距大小因种而异。鞭毛二端生。细胞壁坚韧，菌体较硬。,(3) 螺旋体：,菌体柔

2、软，用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。,螺旋菌和螺旋体的比较,4、其它形状,1) 柄杆菌（prosthecate bacteria）,细胞上有柄、菌丝、附器等细胞质伸出物，细胞呈杆状或梭状，并有特征性的细柄。 一般生活在淡水中固形物的 表面。,生菌柄的细菌种类很多，有的生星状菌柄，菌柄长短不一，因种而异，如菌柄微菌属生短刺状菌柄，臂微菌属生刺状菌柄，柄杆菌属生柄状菌柄，生丝微菌属生丝状菌柄。,2) 星形细菌（star-shaped bacteria ）,3)方形细菌（square-ahaped bacteria）,（Stella）星状菌属,（Haloarcula）盐盒菌属,4）细菌异常形态,环境条件的变化：,物理、化学因子的刺激,培养时间过长,阻碍细胞正常发育,细胞衰老,营养缺乏,自身代谢产物积累过多,异常形态,正常形态,环境条件恢复正常,（nanobacteria）（50 nm）,最大和最小细菌的个体大小悬殊：,（Thiomargarita namibiensis）（0.75mm）,1万倍,(二 ) 细菌大小,细菌的大小范围：,球菌：0.5 3 m （直径）,杆菌: 0.2 2

3、 m X 0.5 20 m,弧菌和螺旋菌： 0.2 2 m X 0.5 100 m,螺旋体：0.1 3 m X 0.5 250 m,2、测量细菌大小的方法,显微镜测微尺,显微照相后根据放大倍数进行测算,直接测量,换算,2、细菌大小测量结果的影响因素,个体差异；,干燥、固定后的菌体会一般由于脱水而比活菌体缩短1/3-1/4；,染色方法的影响，一般用负染色法观察的菌体较大；,幼龄细菌一般比成熟的或老龄的细菌大？小？,环境条件，如培养基中渗透压的改变也会导致细胞大小的变化。,大,简单染色法 正染色 革兰氏染色法 鉴别染色法 抗酸性染色法 芽孢染色法 死菌 姬姆萨染色法 负染色： 荚膜染色法等 细菌染色法 活菌：用美蓝或TTC（氧化三苯基四氮唑）等 作活菌染色,细菌染色方法,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。,革兰氏染色,（二）细菌构造,特殊构造： 部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造,一般构造： 一般细菌都有的构造,图1-1,1、细胞的一般构造,位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧，略具弹性的细胞结构。,（1）细胞壁（cell wall

4、),机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁；,细菌超薄切片的电镜直接观察；,2）证实细胞壁存在的方法：,制备原生质体，观察细胞形态的变化；,质、壁分离后染色，可以在光学显微镜下看到细胞壁；,3）细胞壁的功能：,（1）固定细胞外形和提高机械强度，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；,（3）阻拦大分子有害物质： 渗透屏障，阻拦酶蛋白和某些抗生素 等大分子物质（分子量大于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）细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的 敏感性的物质基础；,1）革兰氏阳性细菌的细胞壁,特点：厚度大（2080nm） 化学组分简单，一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸。,A、肽聚糖(peptidoglycan),厚约2080nm，由40层左右的网格状分子交织成的网套覆盖在整个细胞上。,又称粘肽、胞壁质或粘质复合物，是真细菌细胞壁中的特有成分,双糖单位中的-1,4-糖苷键很容易被溶菌酶所水解，从而引起细菌因肽聚糖细胞壁的“散架”而死亡,B、磷壁酸,一种酸性多糖，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。,壁磷壁酸:,膜磷

5、壁酸 （脂磷壁酸）:,与肽聚糖分子间共价结合,跨越肽聚糖层并与细胞膜相交联，由甘油磷酸链分子与细胞膜上的磷脂进行共价结合,膜磷壁酸（又称脂磷壁酸）:含量与培养条件关系不大。可用45%热酚水提取，也可用热水从脱脂的冻干细菌中提取。,壁磷壁酸:一般占细胞壁重量的10%，有时可接近50%。用稀酸或稀碱可以提取。,二价阳离子，特别是高浓度的Mg2+的存在，对于保持膜的 硬度，提高细胞膜上需Mg2+的合成酶的活性极为重要。,磷壁酸主要生理功能,细胞壁形成负电荷环境，浓缩细胞周围的Mg2+，提高合成酶的活力；,贮藏元素；,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；,革兰氏阳性细菌特异表面抗原的物质基础；,噬菌体的特异性吸附受体；,调节细胞内自溶素(autolysin)的活力，防止细胞因自溶而死亡,可作为细菌分 类、鉴定的依据,2）革兰氏阴性细菌的细胞壁,细胞壁薄，层次较多，成分复杂,2）革兰氏阴性细菌的细胞壁,A、肽聚糖,埋藏在外膜层之内，仅由12层肽聚糖网状分子组成 (23nm)，占细胞壁总重的10%，对机械强度的抵抗力弱。,B、外膜(outer membrane),位

6、于革兰氏阴性细菌细胞壁外层，有时也称为外壁层。 由脂多糖、磷脂和若干种外膜蛋白组成。,脂多糖由三部分组成： O-特异侧链（O-specific side chain， 或称O-多糖或O-抗原） 核心多糖(core polysaccharide) 类脂A,脂多糖的主要功能,a ) 负电荷较强，吸附Mg2+、Ca2+阳离子，增加其在细胞表面浓度，稳定细胞膜结构。,b) 决定细胞表面抗原决定簇多样性；,根据LPS抗原性的测定，沙门氏菌属(Salmonella spp)的抗原型多达2107种，一般都源自O-特异侧链种类的变化。 细菌躲避宿主免疫系统攻击。 用血清学方法对病原菌进行鉴定,c)类脂A是革兰氏阴性细菌内毒素的物质基础,d)控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障,e)噬菌体在细胞表面的吸附受体,外膜蛋白(outer membrane protein),嵌合在LPS和磷脂层外膜上的蛋白。有20余种，但多数功能尚不清楚。,孔蛋白（porins） 又称基质蛋白，其单体分子质量为28-48KD，是一类形成跨膜管道，具有渗透特性的外膜主要蛋白。,非特异性孔蛋白,特异性孔蛋白,可通过分子量小于800

7、900 的任何亲水性分子,只容许一种或少数几种相关 物质通过，如维生素B12和核 苷酸等。,三个基质蛋白分子组成一个直径约1nm的跨膜孔道，通过孔的开、闭，可对进入外膜层的物质进行选择。,脂蛋白(lipoprotein) : 外膜中含量最丰富的蛋白，通过共价键使外膜层牢固地连接在肽聚糖内壁层上，分子量约为7200。作为一种结构蛋白，稳定细菌外膜-肽聚糖复合物的功能。,在细胞中的拷贝数为1105，是革兰氏阴性细菌的外膜主要蛋白之一,分子量约为3436KD, 跨膜蛋白，在维持外膜结构上具有重要作用。,1020种微量蛋白，已证明其中大部分都参与特异性的扩散过程，与细胞生长密切相关,OmpA，又称热修饰蛋白（heat-modifiable protein）,微量蛋白,外膜蛋白的生理功能 ： 营养物质的吸收 蛋白质分泌 信号转导 噬菌体和细菌素的受体 细菌粘附 逃避免疫防御 铁吸收 对抗微生物多肽的抗性 对血清的抗性 多药物抗性 对胆盐的抗性 免疫原性,在周质空间中，存在着多种周质蛋白（periplasmic proteins）,水解酶类；,合成酶类；,结合蛋白；,受体蛋白；,周质空间是进出细胞

8、的物质的重要中转站和反应场所,周质空间(periplasmic space, periplasm),又称壁膜间隙。在革兰氏阴性细菌中，一般指其外膜与细胞膜 之间的狭窄空间（宽约1215nm），呈胶状。,革兰氏阳性和阴性细菌的比较,革兰氏染色的方法与原理,1、用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染,2、用碘溶液进行媒染，提高染料和细胞间的相互作用从而使二者结合得更牢固。,3、用乙醇或丙酮冲洗进行脱色。在经历脱色后仍将结晶紫保留在细胞内的为革兰氏阳性细菌，而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉，细胞呈无色。,4、用一种与结晶紫具有不同颜色的碱性染料对涂片进行复染。例如沙黄，它使原来无色的革兰氏阴性细菌最后呈现桃红到红色，而革兰氏阳性细菌继续保持深紫色,缺壁细菌：,缺壁细菌,实验室或宿主体内形成,在自然界长期进化中形成支原体,缺壁突变L型细菌,基本去尽原生质体（G+）,部分去除球状体（G-）,人工去壁,（1）L型细菌（L-form of bacteria）,在某些环境条件下通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷变异型。,因英国李斯特（Lister）预防研究所的学者首先发现而得名（1935年，念珠状链

9、杆菌）,大肠杆菌、变形杆菌、葡萄球菌、链球菌、分枝杆菌和霍乱弧菌等20多种细菌中均有发现，被认为可能与针对细胞壁的抗菌治疗有关,L型细菌特点：,无完整细胞壁，细胞呈多形态,有些能通过细菌滤器，故又称“滤过型细菌”,对渗透敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋”似 的小菌落（直径在0.1mm左右）,（2）原生质体（protoplast）,用溶菌酶处理或在含青霉素的培养基中培养而抑制新生细胞壁合成而形成的仅由一层细胞膜包裹的，圆球形、对渗透压变化敏感的细胞，一般由革兰氏阳性细菌形成。,特点：,对环境条件变化敏感；,有的原生质体具有鞭毛，但不能运动，也不被相应 噬菌体所感染；,在适宜条件（如高渗培养基）可生长繁殖、形成菌 落，形成芽孢。及恢复成有细胞壁的正常结构。,比正常有细胞壁的细菌更易导入外源遗传物质，是 研究遗传规律和进行原生质体育种的良好实验材料。,（3）球状体(sphaeroplast)，又称原生质球,采用上述同样方法，针对革兰氏阴性细菌处理后而获得的 残留部分细胞壁的球形体。与原生质体相比，它对外界环境具有一定的抗性，可在普通培养基上生长。,（4）支原体(Mycoplasma),在长期进化过程中形成的、适应自然生活条件的无细胞壁的 原核生物。因它的细胞膜中含有一般原核生物所没有的甾醇， 所以即使缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强度。,（2）细胞膜(cell membrane),又称质膜、内膜，是紧贴在细胞壁内侧、包围细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜，厚约78nm。,组成：磷脂（占20%30%）、蛋白质（占50%70%）,细胞膜观察方法：,质壁分离后结合鉴别性染色在光学显微镜下观察；,原生质体破裂；,超薄切片电镜观察； 在上下两暗色层之间夹着一浅色中间层的双层膜结构（细胞膜的化学组成有关）。,细胞膜的化学组成与结构模型：,磷脂,亲水的极性端,疏水的非极性端,图1-8 磷脂,在极性头的甘油3C上，不同种微生物具有不同的R基，如磷脂酸、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱、磷脂酰丝氨酸或磷脂酰肌醇等。,非极性尾则由长链 脂肪酸通过酯键连 接在甘油的

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