原核生物1課件

第二章原核生物的形態(tài)、構(gòu)造和功能第一節(jié)細(xì)菌

細(xì)菌是微生物世界里的一個(gè)大家族，是一類(lèi)細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、細(xì)胞壁堅(jiān)韌、以二等分裂方式繁殖和水生性較強(qiáng)的原核微生物。一、細(xì)菌細(xì)胞大?。孩贁?shù)量級(jí)：微米級(jí)（μm）；②表示方法：直徑,或?qū)挕灵L(zhǎng);如0.1-0.5×0.5-5μm；③重量：10-12g／細(xì)胞，即10億個(gè)細(xì)胞的重量約為1mg；④注意：a、染色方法不同，測(cè)量結(jié)果差別可能很大；b、菌齡、培養(yǎng)條件等因素也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。

二、細(xì)菌的菌體形態(tài)

基本形狀：球狀、桿狀、螺旋狀，

基本形態(tài)類(lèi)型：球菌、桿菌、螺旋菌。也有些細(xì)菌具有其它的特殊形態(tài)。A放線菌B肺炎支原體C螺旋體屬菌D具有菌絲和芽的生絲微菌屬菌E方形細(xì)菌F具有柄的銹色嘉利翁氏菌(一)球菌（coccus）

球菌單獨(dú)存在時(shí),呈球狀或擬球狀，根據(jù)球菌分裂的方向及分裂后各子細(xì)胞排列的狀態(tài)，可分為以下6種：?jiǎn)吻蚓?、雙球菌、鏈球菌、四聯(lián)球菌、八疊球菌、葡萄球菌。是分類(lèi)和鑒定的重要依據(jù)。

球菌的大?。阂话阋灾睆奖硎?，大多數(shù)為1.0μm。鏈球菌（二）桿菌(bacillus)

桿菌的形態(tài)基本呈桿狀。各種桿菌的大小、長(zhǎng)短、粗細(xì)很不一致。有的桿菌菌體很長(zhǎng)稱(chēng)為長(zhǎng)桿菌，有的短而粗，稱(chēng)為短桿菌，有的近似于橢圓形稱(chēng)為球桿菌。

桿菌兩端:一般鈍圓，少數(shù)兩端平截，有的略呈尖型。

桿菌分裂及排列:永遠(yuǎn)沿著與其菌體長(zhǎng)軸垂直的方向分裂。多數(shù)分裂后立即分散，單個(gè)存在;少數(shù)分裂后連接成鏈狀稱(chēng)為鏈桿菌。

桿菌的大小:一般為0.2-1.25×0.5-5.0μm;大型1.0～1.25×3～8μm；中型0.5～1.0×2～3μm;小型0.2～0.4×0.7～1.5μm（三）螺旋菌螺旋狀的細(xì)菌稱(chēng)為螺旋菌(spirilla)，大小一般為0.3-1.0×1.0-50微米，若螺旋不足一環(huán)稱(chēng)為弧菌（vibrio），滿2—6環(huán)的小型、堅(jiān)硬的螺旋狀細(xì)菌稱(chēng)為螺菌（spirochaeta）,而旋轉(zhuǎn)周數(shù)多（通常超過(guò)6環(huán)）、體長(zhǎng)而柔軟的螺旋狀細(xì)菌則專(zhuān)稱(chēng)螺旋體（spirochaeta）。

金黃色葡萄球菌（×1000）糞腸球菌（×200）巨大芽孢桿菌（×600）深紅紅螺菌（×500）霍亂弧菌（×1000）（一）細(xì)菌細(xì)胞的一般構(gòu)造1、細(xì)胞壁和革蘭氏染色（1）細(xì)胞壁是位于細(xì)胞最外層的一層厚實(shí)、堅(jiān)韌的外被，主要由肽聚糖構(gòu)成。在一般光學(xué)顯微鏡下不易觀察到，可通過(guò)染色、質(zhì)壁分離等方法處理再在光學(xué)顯微鏡下觀察或用電鏡觀察。細(xì)胞壁(cellwall)的功能a.固定細(xì)胞外形和提高機(jī)械強(qiáng)度；b.為細(xì)胞生長(zhǎng)、分裂和鞭毛運(yùn)動(dòng)所必需；c.阻攔大分子有害物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞；d.與細(xì)菌的抗原性、致病性和對(duì)噬菌體的敏感性有關(guān)。（2）細(xì)胞壁缺損的或無(wú)細(xì)胞壁的細(xì)菌原生質(zhì)體：指在人工條件下用溶菌酶除盡原有細(xì)胞壁或用青霉素抑制細(xì)胞壁的合成后，所留下的僅由細(xì)胞膜包裹著的脆弱細(xì)胞，一般由革蘭氏陽(yáng)性菌形成。球狀體或原生質(zhì)球：指還殘留著部分細(xì)胞壁的原生質(zhì)體，一般由革蘭氏陰性菌形成；L型細(xì)菌：狹義上講，專(zhuān)指在實(shí)驗(yàn)室中通過(guò)自發(fā)突變而形成的遺傳性穩(wěn)定的細(xì)胞壁缺陷菌株。支原體（3）革蘭氏染色(Gramstain)革蘭氏染色法是由丹麥醫(yī)生C.Gram于1884年創(chuàng)立，因此稱(chēng)為革蘭氏染色法（Gramstain）。其簡(jiǎn)要操作分初染、媒染、脫色和復(fù)染四步。

各種細(xì)菌經(jīng)革蘭氏染色法后，能區(qū)分為兩大類(lèi)，一類(lèi)染成紫色，稱(chēng)革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌（G+），另一類(lèi)被染成紅色，稱(chēng)革蘭氏陰性細(xì)菌（G-）。不同的細(xì)菌為什么會(huì)被染成不同的顏色？主要是因?yàn)榧?xì)胞壁的結(jié)構(gòu)和成分不同所造成的。革蘭氏陽(yáng)性菌—產(chǎn)氣莢膜梭菌（×800）革蘭氏陰性菌—大腸桿菌（×500）（4）革蘭氏陽(yáng)性菌與革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)革蘭氏陽(yáng)性菌與革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁的構(gòu)造比較M：肽聚糖層或胞壁質(zhì)層OM：外膜PM：質(zhì)膜P：周質(zhì)空間W：革蘭氏陽(yáng)性肽聚糖壁革蘭氏陰性細(xì)菌的細(xì)胞壁：較薄，約為10-15nm，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，肽聚糖含量少，只有1-3層，占細(xì)胞壁干重的10-20%左右；肽聚糖層缺少五肽交聯(lián)橋，結(jié)構(gòu)疏松。在肽聚糖層外，由內(nèi)向外依次為脂蛋白、外膜和脂多糖。

脂多糖（LPS）：是位于革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞壁外層的一層較厚（8-10nm）的類(lèi)脂多糖類(lèi)物質(zhì)。它由類(lèi)脂A、核心多糖和O-特異側(cè)鏈三部分所組成。其主要功能有四：①是革蘭氏陰性細(xì)菌致病物質(zhì)—內(nèi)毒素的物質(zhì)基礎(chǔ)；②與磷壁酸相似，也有吸附Mg2+、Ca2+等陽(yáng)離子以提高這些離子在細(xì)胞表面的濃度的作用；③決定了革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞表面抗原的多樣性。④是許多噬菌體在細(xì)胞表面的吸附受體。細(xì)胞壁革蘭氏陽(yáng)性菌革蘭氏陰性菌肽聚糖類(lèi)脂含量脂蛋白磷壁酸脂多糖多，占細(xì)胞干重50~80%少，約1~4%少多數(shù)有-少，占細(xì)胞干重10~20%多，約11~22%多-+革蘭氏陽(yáng)性菌與革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁成分比較（6）革蘭氏染色的機(jī)制及意義

機(jī)制：G—為什么會(huì)被染成紅色？因?yàn)橹?lèi)物質(zhì)較多，肽聚糖少，用丙酮或酒精（脂溶劑）溶掉脂類(lèi)，使細(xì)胞壁的透性增加，從而把結(jié)晶紫與碘的復(fù)合物溶出來(lái)，而染上復(fù)染液的紅色。G+為什么會(huì)被染成紫色？因?yàn)殡木厶呛枯^多，脂類(lèi)物質(zhì)含量較低，用丙酮或酒精（脂溶劑）處理脫水，而使壁的肽聚糖網(wǎng)孔變小，通透性降低，使結(jié)晶紫與碘的復(fù)合物溶不出來(lái)，也就不能染上復(fù)染液的顏色而保持原來(lái)的紫色。芽孢桿菌和絕大多數(shù)球菌（以及所有的放線菌和酵母菌）都呈革蘭氏陽(yáng)性反應(yīng)，而大多數(shù)無(wú)芽孢桿菌、弧菌、螺旋菌和某些球菌則呈陰性反應(yīng)。

意義:革蘭氏染色是菌種鑒定的重要指標(biāo)；通過(guò)革蘭氏染色可提供菌體的其它生物學(xué)特性方面的信息。2、細(xì)胞膜(cellmembrane)性質(zhì)與結(jié)構(gòu)：細(xì)胞膜位于細(xì)胞壁內(nèi)側(cè)，緊包住細(xì)胞質(zhì)，厚7.5-10nm，柔軟而有彈性，約占細(xì)胞干重的10-30%，主要成分為60-70%的蛋白質(zhì)、20-30%的脂類(lèi)和約2%的多糖。細(xì)胞膜所含的脂類(lèi)均為磷脂。通過(guò)質(zhì)壁分離、選擇性染色、原生質(zhì)體破裂或電子顯微鏡觀察等方法，可以證明細(xì)胞膜的存在。細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)一般采用Singer和Nicolson提出的液態(tài)鑲嵌模型。功能：a.控制細(xì)胞內(nèi)、外的物質(zhì)運(yùn)送、交換；b.維持細(xì)胞內(nèi)正常滲透壓的屏障作用；c.合成細(xì)胞壁各種組分和莢膜等大分子的場(chǎng)所；d.進(jìn)行氧化磷酸化和光合磷酸化的產(chǎn)能基地；e.鞭毛的著生點(diǎn)和提供其運(yùn)動(dòng)所需的能量等。

中間體（mesosome）：細(xì)胞膜內(nèi)陷形成的層狀、管狀或囊狀的結(jié)構(gòu)。其主要功能可能與DNA的復(fù)制和分離、酶和其他蛋白質(zhì)的分泌、以及細(xì)胞分裂時(shí)的橫隔形成及芽孢的形成有關(guān)。3、細(xì)胞質(zhì)（cytoplasm）及其內(nèi)含物細(xì)胞質(zhì)包裹在細(xì)胞膜內(nèi)，是一種無(wú)色、透明、粘稠的膠體物質(zhì)。其主要成分是核糖體、貯藏物、各種酶類(lèi)、中間代謝物、無(wú)機(jī)鹽、載色體、質(zhì)粒等，少數(shù)細(xì)菌還存在羧化體、伴胞晶體或氣泡等構(gòu)造。細(xì)胞質(zhì)中有許多內(nèi)含物，主要有：核糖體：主要由50S大亞基和30S小亞基組成

細(xì)胞內(nèi)含物：①貯藏物：不溶顆粒，貯藏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。常見(jiàn)的顆粒狀內(nèi)含物：a.異染顆粒：是細(xì)胞內(nèi)磷素的一種儲(chǔ)存形態(tài)，當(dāng)用美藍(lán)或苯胺藍(lán)染色時(shí)它可與多聚偏磷酸鹽結(jié)合，呈淡紫紅色，這種顏色變化叫異染現(xiàn)象。其成分主要是多聚偏磷酸鹽。其主要功能是貯藏磷元素和能量，并可降低細(xì)胞的滲透壓。

b.聚β-羥基丁酸（PHB）顆粒：是類(lèi)脂物質(zhì)，是細(xì)胞內(nèi)碳素和能源的貯藏物質(zhì)并可降低滲透壓。能被蘇丹黑染色。通常在顯微鏡下，顯現(xiàn)為一種折光性很強(qiáng)的小體。

c.藻青素和藻青蛋白（一種輔助光合色素）：通常存在于藍(lán)細(xì)菌中，它們屬于內(nèi)源性的氮素貯藏物，同時(shí)還具有貯藏能源的作用。藻青素呈顆粒狀，由含精氨酸和天冬氨酸殘基的分枝多肽所構(gòu)成，其分子量在25000-125000范圍內(nèi)。②磁小體：存在趨磁細(xì)菌中，主要成分Fe3O4，無(wú)毒，具有導(dǎo)向功能，即可引導(dǎo)細(xì)菌游向最有利的泥、水界面微氧環(huán)境處生活。③羧酶體：存在于自養(yǎng)細(xì)菌細(xì)胞中，在自養(yǎng)細(xì)菌的CO2固定中起關(guān)鍵作用。④氣泡：存在于許多光能營(yíng)養(yǎng)型、無(wú)鞭毛運(yùn)動(dòng)水生細(xì)菌中的泡囊狀內(nèi)含物，具有調(diào)節(jié)比重，以使其漂浮在最適水層中的作用，可獲得光能、氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。4、核區(qū)細(xì)菌為原核細(xì)胞，無(wú)核膜和核仁，在核區(qū)中充滿深度卷曲、折疊的DNA雙螺旋細(xì)絲。故稱(chēng)為核質(zhì)體、類(lèi)核、擬核或核基因組等。在正常情況下，一個(gè)菌體內(nèi)只有一個(gè)核，多集中于菌體中央。處于分裂活潑的細(xì)菌，由于DNA復(fù)制先于細(xì)胞分裂，一個(gè)細(xì)胞內(nèi)可見(jiàn)2~4個(gè)核。細(xì)菌的核可看成一條染色體，是儲(chǔ)存和傳遞遺傳物質(zhì)的基礎(chǔ)。

質(zhì)粒：在細(xì)菌的類(lèi)核外，有時(shí)一個(gè)或幾個(gè)小形、共價(jià)、閉合環(huán)狀的DNA分子，是染色體以外的遺傳物質(zhì)?？煞稚⒃诩?xì)胞質(zhì)中，也可附加在染色體上。質(zhì)粒DNA分子攜帶某些獲得特殊性狀的基因，并可通過(guò)接合或傳導(dǎo)傳遞給另一個(gè)細(xì)菌，也能攜帶染色體DNA的片段一起轉(zhuǎn)移。因此，質(zhì)粒成為基因工程中被廣泛采用的載體。(二）細(xì)菌細(xì)胞的特殊構(gòu)造1、莢膜(capsule)：某些細(xì)菌細(xì)胞壁外的較松厚，并具有一定外形的粘液性物質(zhì)。如果粘液性物質(zhì)沒(méi)有明顯的邊緣，則叫粘液層。如果有個(gè)莢膜內(nèi)含有多個(gè)細(xì)菌，這種莢膜又稱(chēng)為菌膠團(tuán)。成分:90%的水分，多糖或多肽莢膜可通過(guò)離心而沉降（分層），而粘液層則是擴(kuò)散在培養(yǎng)基中的胞外多糖，通過(guò)離心無(wú)法使它沉降，有時(shí)甚至將培養(yǎng)容器倒置時(shí)，培養(yǎng)物還是結(jié)成凝膠狀。進(jìn)行負(fù)染色可以在光鏡下觀察到。功能:

①.保護(hù)作用：保護(hù)細(xì)菌免受干燥的影響，保護(hù)不受其它細(xì)菌吞噬作用；②具莢膜的致病菌毒力強(qiáng)，失去莢膜的致病力下降；③提供養(yǎng)料和堆積代謝廢物的作用；④.是鑒定細(xì)菌依據(jù)之一，S-型菌落（光滑）和R-型菌落（粗糙）；⑤附著作用。例：唾液鏈球菌分泌一種已糖基轉(zhuǎn)移酶，使蔗糖轉(zhuǎn)變成果糖，把細(xì)菌粘附在齒表。⑥作為透性屏障和離子交換系統(tǒng)，以保護(hù)細(xì)菌免受重金屬離子的毒害⑦細(xì)菌間的信息識(shí)別作用。莢膜與人類(lèi)生產(chǎn)實(shí)踐有密切的關(guān)系。1、用于菌種鑒定；2、用作藥物和生化試劑；3、用作工業(yè)原料；4、用于污水的生物處理2、鞭毛（flagella）許多細(xì)菌，包括所有的弧菌和螺菌，約半數(shù)的桿菌和極少數(shù)球菌，從菌體內(nèi)鞭毛基粒上長(zhǎng)出的細(xì)長(zhǎng)呈波狀的絲狀體，穿過(guò)細(xì)胞壁伸出體外，稱(chēng)為鞭毛，是細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)器官。鞭毛纖細(xì)，直徑僅10-20nm，需用電子顯微鏡來(lái)觀察，在普通光學(xué)顯微鏡下需經(jīng)特殊的染色方法來(lái)觀察。鞭毛的分類(lèi)：根據(jù)鞭毛的數(shù)目及其排列方式，可將鞭毛分成四類(lèi)：端生鞭毛、端生叢毛、兩端鞭毛、周生鞭毛。鞭毛的化學(xué)組成：蛋白質(zhì)約占干重的99%，而糖類(lèi)、脂類(lèi)和礦物質(zhì)的總和約為1%。鞭毛蛋白。鞭毛的結(jié)構(gòu)：鞭毛由鞭毛基體（L、P、S-M）、鉤形鞘和鞭毛絲等三部分組成。G-G+（×485000）（×66000）鞭毛的有無(wú)是菌種鑒定的一項(xiàng)重要指標(biāo)。在下述兩種情況下，可憑肉眼觀察來(lái)初步判斷鞭毛是否存在：①在半固體（含0.3~0.4%瓊脂）直立柱中穿刺接種某一細(xì)菌，經(jīng)培養(yǎng)后，如果在其穿刺線周?chē)谐驶鞚岬臄U(kuò)散區(qū)，說(shuō)明該菌具有運(yùn)動(dòng)能力，即可推測(cè)其存在鞭毛，反之則無(wú)鞭毛；②根據(jù)某菌在平板培養(yǎng)基上的菌落形態(tài)也可判斷該菌是否存在鞭毛，一般地說(shuō)，如果某菌產(chǎn)生的菌落形狀大而薄且不規(guī)則，邊緣極不平整，說(shuō)明該菌具有運(yùn)動(dòng)能力，反之，如果菌落十分圓整、邊緣光滑、相對(duì)較厚，則說(shuō)明它是沒(méi)有鞭毛的。鞭毛是細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)器官，具有很高的運(yùn)動(dòng)速度，一般每秒可移20~80μm，例如銅綠假單胞菌每秒可移動(dòng)55.8μm，是其體長(zhǎng)的20~30倍。單生菌和叢生菌多做直線運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)速度快。周生菌運(yùn)動(dòng)速度慢，多作翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在各類(lèi)細(xì)菌中，弧菌、螺菌和假單胞菌類(lèi)普遍都長(zhǎng)有鞭毛，在桿菌中，有的有鞭毛，有的沒(méi)有，而在球狀的細(xì)菌中，則僅有個(gè)別屬——（動(dòng)性球菌屬）的細(xì)菌才有鞭毛。鞭毛在實(shí)踐中的意義是作為菌種分類(lèi)鑒定的重要指標(biāo)。3、菌毛是長(zhǎng)在細(xì)菌體表的一種纖細(xì)、中空、短直、數(shù)量較多的蛋白質(zhì)附屬物，在革蘭氏陰性細(xì)菌中較為常見(jiàn)。其結(jié)構(gòu)較鞭毛簡(jiǎn)單，功能是使細(xì)菌較牢固地粘連在物體表面上。多為致病菌。菌毛分為普通菌毛和性菌毛。普通纖毛的主要功能是粘附作用，可使細(xì)菌細(xì)胞吸附在其他細(xì)菌和病毒上，也可附著在哺乳動(dòng)物細(xì)胞或其他物體上。性菌毛比菌毛長(zhǎng)，數(shù)量較少，一般1-4根，其功能是在不同菌株間交流DNA，也是某些具有高度特異性的噬菌體的吸附部位。帶有性因子（F因子）的細(xì)菌具有致育性，為F+菌4、芽孢（spores）某些細(xì)菌生長(zhǎng)到一定階段，在細(xì)胞內(nèi)形成一個(gè)圓形或圓柱形的對(duì)不良環(huán)境條件具有較強(qiáng)的抵抗力的休眠體稱(chēng)為芽孢。產(chǎn)生芽孢前的菌體稱(chēng)為營(yíng)養(yǎng)體。細(xì)菌的芽孢都生長(zhǎng)在細(xì)胞內(nèi)，又稱(chēng)內(nèi)生孢子。由于每一細(xì)胞僅形成一個(gè)芽孢，故無(wú)繁殖功能。（1）芽孢的形狀、大小和位置：芽孢呈圓形或橢圓形和短圓柱形，折光性強(qiáng)，壁厚，不易著色，需用強(qiáng)染色劑和加熱染色。芽孢的大小及在菌體中的位置隨菌種而異，有的比菌體小，有的比菌體大。芽孢的形狀、大小和位置對(duì)菌種鑒定具有重要的意義。能產(chǎn)芽孢的細(xì)菌屬不多，最主要的是屬于革蘭氏陽(yáng)性桿菌的兩個(gè)屬—好氧性的芽孢桿菌屬和厭氧性的梭菌屬，球菌中只有八疊球菌屬產(chǎn)芽孢，螺菌中的孢螺菌屬也產(chǎn)芽孢。（2）芽孢的形成過(guò)程（3）芽孢的萌發(fā)由休眠狀態(tài)變成營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的細(xì)菌的過(guò)程，稱(chēng)為芽孢的萌發(fā)。萌發(fā)的過(guò)程主要分活化、出芽和生長(zhǎng)三個(gè)階段。

活化:可由短期加熱或用低pH、還原劑的處理而引起。

出芽:該階段的特點(diǎn)：芽孢膨脹、芽孢衣破裂或吸收、對(duì)熱或其他壓力抗性的喪失、折光率下降、芽孢組分釋放及代謝活性增強(qiáng)。生長(zhǎng):此時(shí)芽孢原生質(zhì)體合成新的組分，并從芽孢衣的殘留物中伸展出來(lái)，重新發(fā)育成活躍的細(xì)菌。（4）芽孢的耐熱機(jī)制細(xì)菌芽孢對(duì)熱、干燥、化學(xué)消毒劑、輻射等均表現(xiàn)出很強(qiáng)的抗性，尤其突出的是抗熱性。

滲透調(diào)節(jié)皮層膨脹學(xué)說(shuō)（osmoregulatoryexpandedcortextheory）該學(xué)說(shuō)認(rèn)為，芽孢衣對(duì)多價(jià)陽(yáng)離子和水分的透性差及皮層的離子強(qiáng)度高，從而使皮層有極高的滲透壓去奪取核心部分的水分，其結(jié)果造成皮層的充分膨脹、而核心部分的生命物質(zhì)卻形成高度失水狀態(tài)，因而產(chǎn)生極強(qiáng)的耐熱性。芽孢有生命部位—核心部位含水量稀少（10%-25%），才是耐熱機(jī)制的關(guān)鍵。

（5）對(duì)芽孢深入研究的理論與實(shí)踐意義1）芽孢的有無(wú)可作為菌種鑒定的重要的形態(tài)學(xué)指標(biāo)；2）