第二章原核微生物1(細菌)

1、1第二章第二章 原核微生物原核微生物22.1 細菌細菌2.1.1 細菌的細菌的形態(tài)和大小形態(tài)和大小w細菌：是一類結(jié)構(gòu)簡單、細胞壁堅韌、主要以細菌：是一類結(jié)構(gòu)簡單、細胞壁堅韌、主要以二分裂方式繁殖和水生性較強的原核微生物，二分裂方式繁殖和水生性較強的原核微生物，也是原核微生物中最具代表性的一類。也是原核微生物中最具代表性的一類。圖圖1-1 常見的三種細菌典型形態(tài)常見的三種細菌典型形態(tài)A.球菌球菌 B.桿菌桿菌 C.螺旋菌螺旋菌32.1.1.1 形態(tài)形態(tài)（一）球菌（一）球菌w球菌就是球形的細球菌就是球形的細菌菌，它是這類細菌的總稱，細胞呈球形或橢圓形。wl 單球菌單球菌w2 雙球菌雙球菌w3鏈球菌

2、鏈球菌w4 四聯(lián)球菌四聯(lián)球菌w5八疊球菌八疊球菌w6 葡萄球菌葡萄球菌圖圖1-24球菌的直徑一般在之間，以下是一些球菌的電鏡照片。鏈球菌鏈球菌這種菌為志賀氏菌屬，能夠引起細菌性痢疾單球菌和雙球菌單球菌和雙球菌5金金黃黃色色葡葡萄萄球球菌菌引起傷口化膿性感染6（二）桿菌w細胞呈，菌體直或稍彎，粗短或細長。末端鈍圓、尖、膨大或平裁狀。w桿菌細胞常沿一個平面分裂，菌體單個分散存在，或以短鍵狀、長鏈狀、柵欄狀、絲狀等方式排列。w十分長的桿狀細菌又稱為絲菌。7形態(tài)：形態(tài)：1單桿菌、雙桿菌、鏈桿菌單桿菌、雙桿菌、鏈桿菌2長桿菌、短桿菌、梭桿菌、芽孢桿菌長桿菌、短桿菌、梭桿菌、芽孢桿菌屬于炭疽熱桿菌，引起皮

3、膚惡瘡及肺部損害8屬與肉毒桿菌屬，可引起食物中毒9細胞兩端形狀細胞兩端形狀w桿菌的兩端常呈各種小同的形狀，有半圓形的，有鈍圓形的，還有平截的和略尖的，也有一端大另一端小的。對同一種桿菌的成熟細胞來說，細胞兩端的形狀是穩(wěn)定的。10桿菌的排列桿菌的排列w桿菌細胞常沿一個平面桿菌細胞常沿一個平面分裂。大多數(shù)茵體分散分裂。大多數(shù)茵體分散為單個或成對存在，也為單個或成對存在，也有呈長短不同的鏈狀、有呈長短不同的鏈狀、柵狀或八字形的排列的，柵狀或八字形的排列的，這些排列方式，有時并這些排列方式，有時并非形態(tài)學(xué)特征，而是由非形態(tài)學(xué)特征，而是由生長階段或培養(yǎng)條件等生長階段或培養(yǎng)條件等原因造成的，往往是不原因造

4、成的，往往是不穩(wěn)定的。因此，桿菌的穩(wěn)定的。因此，桿菌的排列在分類鑒定中僅作排列在分類鑒定中僅作參考。參考。11（三）螺旋菌 螺旋菌細胞呈，其中若菌體只有一個彎曲，。直徑在，長度不等。根據(jù)彎曲的程度分為弧菌和螺旋菌。 12弧菌：弧菌：菌體略彎曲，弧形不足一周，呈香蕉狀，往往偏端菌體略彎曲，弧形不足一周，呈香蕉狀，往往偏端 單生或叢生鞭毛，與略彎曲的桿菌在形態(tài)上不易區(qū)分。單生或叢生鞭毛，與略彎曲的桿菌在形態(tài)上不易區(qū)分。螺旋菌：螺旋菌：菌體會轉(zhuǎn)為螺旋狀，一般旋轉(zhuǎn)菌體會轉(zhuǎn)為螺旋狀，一般旋轉(zhuǎn)26周，兩端生有周，兩端生有鞭毛。鞭毛。13（四）細菌的特殊形態(tài)（四）細菌的特殊形態(tài) 除了球狀、桿狀和螺旋狀以外，

5、自然界中還有其他形態(tài)的細菌，除了球狀、桿狀和螺旋狀以外，自然界中還有其他形態(tài)的細菌，如柄細菌，其細胞為桿狀或梭狀，且細胞上有柄、菌絲等伸出物。如柄細菌，其細胞為桿狀或梭狀，且細胞上有柄、菌絲等伸出物。近年來，還陸續(xù)發(fā)現(xiàn)少數(shù)三角形、方形和圓盤形等形態(tài)的細菌。近年來，還陸續(xù)發(fā)現(xiàn)少數(shù)三角形、方形和圓盤形等形態(tài)的細菌。142.1.1.2 細菌細胞的大小細菌細胞的大小 細菌大小的度量單位是細菌大小的度量單位是m，度量其亞細，度量其亞細胞構(gòu)造則用胞構(gòu)造則用nm。球菌大小以其直徑表示，桿。球菌大小以其直徑表示，桿菌和螺旋菌以其長度和寬度表示。菌和螺旋菌以其長度和寬度表示。 通常，球菌直徑多為通常，球菌直徑多

6、為0.51 m；小型桿；小型桿菌（菌（0.20.4） mm ；中桿；中桿菌（菌（0.51） m mmm；螺旋菌；螺旋菌（0.31） m m15w 細菌細胞一般包括：、。2.1. 2細菌的細胞結(jié)構(gòu)細菌的細胞結(jié)構(gòu)2.1.2.1 細菌的一般結(jié)構(gòu)細菌的一般結(jié)構(gòu)16（）細胞壁（）細胞壁w細胞壁位于菌體外表面，較堅韌而富有彈性。其功能主要有： w革蘭氏染色革蘭氏染色w 細胞壁在細菌分類鑒別中有著十分重要的地位。w 在細菌染色中有一種常用的染色方法稱為，所有的細菌通過革蘭氏染色被區(qū)分為兩類。171.染色染色 2.-溶液浸濕溶液浸濕3. 進行顏色洗脫進行顏色洗脫4.第二次染色第二次染色染色的結(jié)果有兩種，一種情

7、況，細菌呈現(xiàn)第一次染色的效果，稱（G+），這一類細菌稱；另一種情況，細菌呈現(xiàn)第二次染色的效果；稱（G-），這類細菌稱。 不同種類的細菌的革蘭氏染色反應(yīng)是特定的，這種區(qū)別。如圖1819w G+細菌的細胞壁厚度在2025nm，結(jié)構(gòu)簡單只有一層，化學(xué)組成中為75%肽聚糖肽聚糖，其余為胞壁酸胞壁酸，肽聚糖是由肽鏈中的氨基酸殘基與糖鏈中的單糖分子連接而成，；磷壁酸是由磷酸與多糖通過脂鍵形成的磷酸多糖，為革蘭氏陽性菌所特有。w 在第一次染色時，細菌吸附染料分子顯示紫色，當用，由于兩種物質(zhì)均不被溶解，而且細胞壁被乙醇吸去了結(jié)合水，細胞內(nèi)的，細菌仍呈，第二次染色染不上去新顏色。最終顯示為G+。 20w G-細

8、菌的細胞壁結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，分為內(nèi)壁層和外壁層。內(nèi)壁層緊貼細胞膜，由組成，。外壁層可再分為內(nèi)、中、外三層，內(nèi)層為層，中間為，最外層為層。某些細菌的脂多糖是毒素的主要成分。在第一次染色時，細菌吸附染料分子顯示紫色，當用95%乙醇處理時，細胞內(nèi)的，細菌呈無色透明，第二次染色第二次染色時又吸附新的顏色呈紅色紅色。最終顯示為G-。 2122（二）細胞膜（二）細胞膜 w 細菌的細胞膜與其他生物的結(jié)構(gòu)與組成類似細菌的細胞膜與其他生物的結(jié)構(gòu)與組成類似，為為23細胞膜的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)細胞膜的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu) 基本成分是整齊排列的兩層磷脂分子。每一磷脂分子有一個帶基本成分是整齊排列的兩層磷脂分子。每一磷脂分子有一個帶

9、正電荷的極性頭和一個不帶電荷的非極性頭。各種蛋白質(zhì)分子鑲嵌正電荷的極性頭和一個不帶電荷的非極性頭。各種蛋白質(zhì)分子鑲嵌在磷脂雙分子層，深淺不一。在磷脂雙分子層，深淺不一。24細胞膜的功能細胞膜的功能可控制細胞內(nèi)外物質(zhì)（營養(yǎng)物質(zhì)和代謝物質(zhì)）的運輸可控制細胞內(nèi)外物質(zhì)（營養(yǎng)物質(zhì)和代謝物質(zhì)）的運輸起維持細胞內(nèi)正常滲透壓的屏障作用起維持細胞內(nèi)正常滲透壓的屏障作用是合成細胞壁各種組分（脂多糖、肽聚糖、磷壁酸）是合成細胞壁各種組分（脂多糖、肽聚糖、磷壁酸）和莢膜等大分子物質(zhì)的場所和莢膜等大分子物質(zhì)的場所是進行氧化磷酸化或光合磷酸化的產(chǎn)能基地是進行氧化磷酸化或光合磷酸化的產(chǎn)能基地擁有許多酶擁有許多酶是電子傳遞鏈

10、的所在部位是電子傳遞鏈的所在部位是鞭毛的著生點是鞭毛的著生點提供鞭毛運動所需要的能量提供鞭毛運動所需要的能量25（三）間體（三）間體26（四）細胞質(zhì)（四）細胞質(zhì)w被細胞膜包圍著的除核質(zhì)體外的一切透明、被細胞膜包圍著的除核質(zhì)體外的一切透明、膠狀及顆粒狀的物質(zhì)，總稱為細胞質(zhì)。主要膠狀及顆粒狀的物質(zhì)，總稱為細胞質(zhì)。主要包括核糖體、貯藏性顆粒、各種酶類、中間包括核糖體、貯藏性顆粒、各種酶類、中間代謝物、無機鹽、載色體和質(zhì)粒等。代謝物、無機鹽、載色體和質(zhì)粒等。27核糖體核糖體 原核微生物的核糖體是分散在細胞原核微生物的核糖體是分散在細胞質(zhì)中的亞微顆粒，質(zhì)中的亞微顆粒， 是合成蛋白質(zhì)的部位。是合成蛋白質(zhì)的

11、部位。它由核糖核酸（它由核糖核酸（RNA）蛋白質(zhì)組成，其）蛋白質(zhì)組成，其中中RNA占占60，蛋白質(zhì)占，蛋白質(zhì)占40。28w這些顆粒通常較大，為單層膜所包圍，這些顆粒通常較大，為單層膜所包圍，在營養(yǎng)過剩是積累，在營養(yǎng)物質(zhì)貧乏時在營養(yǎng)過剩是積累，在營養(yǎng)物質(zhì)貧乏時消耗。一般而言，一種細菌只有一種貯消耗。一般而言，一種細菌只有一種貯藏性顆粒，也有兩種或多種貯藏性顆粒藏性顆粒，也有兩種或多種貯藏性顆粒存在的存在的 細菌。細菌。貯藏性顆粒貯藏性顆粒29w聚聚 -羥基丁酸（羥基丁酸（poly一一hydroxybutyric acid簡稱簡稱 PHB）顆粒顆粒 w 聚聚 -羥丁酸是羥丁酸是 -羥丁酸的多聚體，

12、是脂類代謝產(chǎn)羥丁酸的多聚體，是脂類代謝產(chǎn)物物的一種，不溶于水，易被脂溶性染料著色，的一種，不溶于水，易被脂溶性染料著色，光學(xué)顯微鏡下可見。羥基丁酸分子呈酸性，當其光學(xué)顯微鏡下可見。羥基丁酸分子呈酸性，當其聚合為聚聚合為聚 -羥基丁酸時，成為中性脂肪酸，從而羥基丁酸時，成為中性脂肪酸，從而維持細胞內(nèi)環(huán)境中性。維持細胞內(nèi)環(huán)境中性。，可直接或間接用作還原力。，可直接或間接用作還原力。在許多細菌細胞質(zhì)內(nèi)經(jīng)?？砂l(fā)現(xiàn)在許多細菌細胞質(zhì)內(nèi)經(jīng)?？砂l(fā)現(xiàn)PHB顆粒。顆粒。30異染顆粒異染顆粒 異染顆粒是異染顆粒是。用藍色。用藍色染料染色后，不呈藍色而呈紫紅色，故稱異染料染色后，不呈藍色而呈紫紅色，故稱異染粒。它染粒

13、。它，。在菌種鑒定上有一定意義。在菌種鑒定上有一定意義。31硫粒硫粒，硫磺細菌生活在含，硫磺細菌生活在含H2S的環(huán)境中時，如腐臭的污泥中，它們細胞的環(huán)境中時，如腐臭的污泥中，它們細胞內(nèi)積累折光性很強的硫粒，作為內(nèi)積累折光性很強的硫粒，作為；硫粒也是某些；硫粒也是某些，如氧化硫，如氧化硫硫桿菌貯存的硫桿菌貯存的，能通過氧化元素硫為，能通過氧化元素硫為硫酸而獲取能量。這些顆粒不是所有細菌都同硫酸而獲取能量。這些顆粒不是所有細菌都同樣具有，樣具有，。32 又稱羧酶體，某些化能自養(yǎng)細菌菌體中含又稱羧酶體，某些化能自養(yǎng)細菌菌體中含有一類多角形的細胞內(nèi)含物，它的大小與噬菌有一類多角形的細胞內(nèi)含物，它的大小

14、與噬菌體相仿。體相仿。羧化體羧化體 許多營光合作用、無鞭毛運動的水生細菌許多營光合作用、無鞭毛運動的水生細菌的細胞內(nèi)，常含有為數(shù)眾多的充滿氣體的小泡的細胞內(nèi)，常含有為數(shù)眾多的充滿氣體的小泡囊，稱為氣泡。氣泡由厚約囊，稱為氣泡。氣泡由厚約2nm的蛋白質(zhì)膜所的蛋白質(zhì)膜所包圍，包圍，具有，具有。氣泡氣泡33（五）核質(zhì)體（五）核質(zhì)體w 核質(zhì)體是原核生物所特有的原始細胞核。，為細菌遺傳物質(zhì)，卷曲折疊于核區(qū)。，這是原核生物與真核生物一個主要的區(qū)別之處。核質(zhì)體342.1.2.2 細菌細胞的特殊結(jié)構(gòu)細菌細胞的特殊結(jié)構(gòu)(一一)莢膜莢膜w是某些細菌在新陳代謝過程中形成的，是某些細菌在新陳代謝過程中形成的，。w厚約

15、200nm，稱為莢膜莢膜或或大莢膜大莢膜；w厚度小于小于200nm稱稱為微莢膜為微莢膜；w無明顯邊緣，疏松地向周圍環(huán)境擴散的，稱為粘液粘液層層。w若粘液層局限化于細胞一端，就稱為粘接物粘接物，可可使細胞特異性地附著在物體表面使細胞特異性地附著在物體表面。35，即成為菌膠團菌膠團。36w1.莢膜的化學(xué)組成莢膜的化學(xué)組成w 莢膜的含水率在細菌莢膜有的含 、；還有的含脂類或脂類蛋白的復(fù)合體。w2.染色觀察染色觀察w 莢膜含水率太高，很難著色，可用(亦稱襯托法)，先用染料染菌體，然后用墨汁將背景涂黑。這樣就可襯托出菌體和背景之間的透明區(qū)，這透明區(qū)就是莢膜。w3.莢膜的功能莢膜的功能當，莢膜可被，含蛋白

16、質(zhì)的莢膜還可作；病原菌具有莢膜有助于其侵染人體；莢膜保護致病菌免受宿主吞噬細胞的吞噬，同時保護細菌免受干燥的影響。37w 。猶如一條長鞭，故稱之為鞭毛。鞭毛長度往往超過長度往往超過菌體若干倍，菌體若干倍，在之間，但直徑很細直徑很細，一般為10nm20nm，需用電鏡才能觀察。著生方式見左圖。38實驗室可采用特殊染色，使染料的復(fù)合物附著并積累在鞭毛上，加粗其直徑， 可用普通光學(xué)顯微鏡觀察。3940w菌毛是長在細菌體表的一種、（250根300根）的蛋白質(zhì)附屬物，長度一般在0.22.0um,外形上，如兔毛、狗毛、鴨毛等等，故稱為菌毛。革蘭氏陰性細菌，少數(shù)革蘭氏陽性細菌亦有。菌毛有很多類型，具不同功能，

17、主主。w形狀介于鞭毛與上述普通菌毛之間的一種特殊菌毛稱為性菌毛，或稱，每一個有性細菌有1根4根，。41w芽孢有多層結(jié)構(gòu)，可分別剝離。如圖由內(nèi)至外，依次為 主要由蛋白質(zhì)、脂類和糖組成；一層或幾層 主要成分是角蛋白，非常致密，通透性差，能夠阻止各類化學(xué)物質(zhì)包括殺菌劑的進入；42w 很厚，主要成分為芽孢特有的肽聚糖，其中含有一種特殊的物質(zhì)二者形成了一種極為耐熱的凝膠狀物質(zhì)，在沸水中芽孢也可存活數(shù)小時。 中含水量極低，細胞內(nèi)代謝極為緩慢，處于休眠狀態(tài)。43。當將芽孢置于一個合適的環(huán)境中，芽孢萌發(fā)，又會變?yōu)槠胀ǖ募毎Y(jié)構(gòu)，失去各類抵抗功能。一個細菌細胞只能形成一個芽孢，。w能否形成芽孢，芽孢的形狀、大小

18、及其在細胞內(nèi)的位置（如圖），在分類鑒定上有一定意義。44w能形成芽孢的細菌種類不多，（Bacillus）和（Cletridium）。它們都是，很多都是強致病菌，如肉毒梭菌、破傷風(fēng)梭菌，有些形成的芽孢膨大，寬度明顯超過菌體。 芽孢寬度超過菌體，使細胞呈梭狀45他有這樣幾個過程46w芽孢的形成對于產(chǎn)芽孢菌度過困境有著極為芽孢的形成對于產(chǎn)芽孢菌度過困境有著極為重要的意義，芽孢可在普通條件下保存幾年重要的意義，芽孢可在普通條件下保存幾年甚至幾十年都依然可以復(fù)活。甚至幾十年都依然可以復(fù)活。w了解芽孢的重要性了解芽孢的重要性在于：47 細菌的繁殖方式很多，分子生物學(xué)研究表明，細菌二分裂時，細菌環(huán)狀DNA懸

19、掛在細胞膜上，DNA先復(fù)制，形成兩個環(huán)狀DNA，由于細胞膜生長，兩個DNA間的距離拉開，中間細胞膜向內(nèi)凹陷形成橫隔壁，細菌一分為二形成兩個細菌。4849w由于細菌個體很小，單個細菌的生長繁殖不能用肉眼直接觀察，所以通常采用群體生長的結(jié)果即菌落的特征來描述。培養(yǎng)基就是培養(yǎng)細菌的物質(zhì)，有液體固體之分，固體培養(yǎng)基有的是天然物質(zhì)，如土豆、饅頭及其他各種固體食物，微生物學(xué)研究中多使用人工制作的固體瓊脂培養(yǎng)基。w把細菌生長必需的營養(yǎng)物質(zhì)如糖、無機氮有機氮以及其他物質(zhì)溶解于水，調(diào)整好合適的pH就制成了液體培養(yǎng)基，向其中加入瓊脂(約2)加熱到100，然后再冷卻就制成了固體培養(yǎng)基。常用的固體培養(yǎng)基容器稱為培養(yǎng)皿

20、培養(yǎng)皿。 50細菌菌落細菌菌落(a)固體培養(yǎng)基表面形成的細菌（固體培養(yǎng)基表面形成的細菌（Staphylccoccus aureus）菌落；）菌落； (b)細菌（細菌（Staphylccoccus aureus）細胞的電子顯微鏡圖片（）細胞的電子顯微鏡圖片（X 57,000）(a) (b) 51(a) (b)細菌菌落中的細胞形態(tài)細菌菌落中的細胞形態(tài)（a）固體培養(yǎng)基上鏈球菌菌落的電鏡掃描圖片（）固體培養(yǎng)基上鏈球菌菌落的電鏡掃描圖片（X4800）；）；(b) 固體培養(yǎng)基上固體培養(yǎng)基上Vibrio cholerae菌落的邊緣（菌落的邊緣（X5400）52是一種盛放固體培養(yǎng)基的圓形帶蓋兒內(nèi)空的玻璃容器，其中加入培養(yǎng)基后，細菌在培養(yǎng)基上生長，會形成各種顏色和外觀的菌落。53，當固定培養(yǎng)基成分及培養(yǎng)條件相同時，不同種類微生物形成的菌落特征是固定的，可作為微生物鑒定的重要依據(jù)。54細菌菌落特征細菌菌落特征正面觀正面觀：1.扁平扁平 2.隆起隆起 3.低凸起低凸起 4.高凸起高凸起