1、第二章 原核微生物,草履虫,1 细菌 1.1 细菌的形态与大小,球状,球菌细胞个体呈球形或椭圆形，不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式，常被作为分类依据。分有：单球菌、双球菌（肺炎球菌）、四联球菌、八叠球菌（甲烷球菌）、链球菌、葡萄球菌。,双球菌,四联球菌,八叠球菌,链球菌,葡萄球菌,杆状,细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较稳定，而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。 分有：单杆菌、双杆菌、球杆菌和链杆菌。,单杆菌,双杆菌,链杆菌,球杆菌,炭疽病的病原菌-炭疽杆菌,螺旋菌,螺旋菌呈螺旋卷曲状，螺纹不满一圈的称为弧菌。,弧菌,螺旋菌,螺旋体菌,弧菌：菌体只有一个弯曲
2、，其程度不足一圈， 形似“C”字或逗号，鞭毛偏端生。,蛭弧菌,霍乱弧菌,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。,螺旋体菌：,菌体柔软，用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。,梅毒密螺旋体,细菌的大小,细菌的大小测量单位是m,大小的测量方法,显微镜测微尺,显微照相后根据放大倍数进行测算,球菌：用直径表示，0.52.0 um 表示方法 杆菌：宽长，(0.51.0)(15) um 螺旋菌：宽长，(0.251.7)(260) um,另外，细菌的大小与个体的发育情况有关，刚分裂的新细菌小，随发育逐渐变大，老化后又变小。,表1.1 一些细菌的大小,
3、鞭毛,菌毛,芽孢,微荚膜,荚膜,粘液层,特殊构造,细胞壁,细胞膜,间体,核区,内含物,一般构造,细菌细胞的模式构造,1.2细菌细胞的结构,细胞质,细胞壁,1）概念：,细胞壁（cell wall）是位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的 一层较为坚韧，略具弹性的细胞结构。,细菌细胞的一般结构,表1.2 G和G细胞壁的主要区别,G 细胞壁厚（2080nm） 化学组成： a 肽聚糖 b 磷壁酸 c 少量蛋白质和脂肪,2）细胞壁的化学组成与结构,G 细胞壁较薄（10nm）外层：脂多糖 外壁层 中层：磷脂层内层：脂蛋白内壁层：肽聚糖（10）,细胞壁的结构 （ G+细菌与G细菌细胞壁构造的比较）,革兰氏阳性细菌（
4、G+）,革兰氏阴性细菌（G）,肽聚糖,肽聚糖,外膜,1.保护原生质体免受渗透压引起的破裂作用；2.维持细菌的形态。溶菌酶处理不同形态的菌体细胞壁后，菌体均呈球状。3.细胞壁为多孔结构的分子筛，可以阻挡某些分子的进入。4.细胞壁为鞭毛提供支点，使鞭毛运动。,3）细菌细胞壁功能,细菌细胞的特殊结构,某些细菌壁外存在着一层厚度不定的胶状物质。,荚膜,H2O（9098）多糖或多肽,1）定义,2）化学组成,负染色法又称衬托法,1.先染菌体。2.再将背景染成黑色。在菌体及背景的衬托下，二者之间会出现透明区，就是荚膜，在显微镜下清晰可见。,1.具有荚膜的S-型肺炎链球菌毒力强，有助于侵入人体。 2.具有保护
5、功能。免受噬菌体的吞噬；免受干燥影响。 3.当缺乏营养时，可作为碳源和能源，有的可作氮源。 4.具有生物吸附作用。在污水生物处理中可将水中的有机物吸附到菌体上。,3）功能,粘液层,有些细菌不产生荚膜，仍分泌粘液的多糖，其疏松的粘附在菌体细胞壁表面上，与外界没有明显的边缘。在污水处理中也有一定的生物吸附功能。,菌胶团,有些细菌由于遗传特性，细菌按一定的方式互相粘结在一起，并被一个公共的荚膜包围形成一定形状的细菌集团，称作菌胶团。 形状有：蘑菇形、分支状、球形等。见课本P30图1.2-6。 在污水处理中也有一定的生物吸附功能。,细菌的特殊结构 芽孢,某些细菌在其生长发育后期或遇到不良环境时，在细胞
6、内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体。 所有的芽孢都可以抵挡外界不良环境。它是抵挡外界不良环境的休眠体。,枯草杆菌芽孢的超薄切片电镜照片（标尺：0.2m）,左：端位；中：近端位；右：中央位,细菌芽孢的各种类型,细菌芽孢的特点,整个生物界中抗逆性最强的生命体，是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标。,芽孢是细菌的休眠体，在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞,含水率低，3840,芽孢壁厚而致密,DPA含量高，具有耐热性,含有耐热性酶,是一条由细胞质膜上的鞭毛基粒长出，穿过细胞壁伸向体外的纤细的波浪状的丝状物。蛋白质，少量的多糖或多肽,细菌的特殊结构鞭毛,1）
7、概念,2）化学组成,3）分类,4）功能,偏端单生,两端单生,周生鞭毛,如：荧光假单胞,如：鼠咬热螺旋体,偏端丛生,如：丁香假单胞,两端丛生,如：红色螺菌,如：大肠杆菌,根据鞭毛的数量和排列情况， 细菌分为以下五种类型：,运动,鞭毛生理功能,运动方式：旋转,请说出下面细菌菌体从内到外的结构,鞭毛,菌毛,拟核,细胞质,细胞质膜,细胞壁,荚膜,cytoplasm,思考,1）细菌有哪几种形态？举例说明？ 2）细菌的一般结构和特殊结构是什么？各具有哪些生理功能？ 3）革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的细胞壁结构有什么异同？各有哪些化学组成？,菌落特征：细菌在固体培养基上的培养特征。 菌落：由一个细菌繁殖起来的
8、，由无数细菌组成具有一定形态特征的细菌集团。,培养基：人工配制的供给微生物营养物质的基质固体培养基(加入约1-2%的琼脂);半固体培养基(加入0.5-1%的琼脂);液体培养基。,1.3细菌的培养特征,（1）固体培养基上的培养特征,菌落的特征是分类鉴定的依据。 可以从三方面看菌落的特征： （1）菌落的表面特征 光滑or粗糙、干燥or湿润 （2）菌落的边缘特征 圆形、锯齿状等 （3）纵剖面的边缘特征 平坦、扁平、隆起等,不同种的细菌菌落特征,凝胶状、表面较光滑、湿润、与培养基结合不紧密，易挑取，正反颜色一致。,细菌菌落一般特点,光滑型菌落,肺炎克雷伯氏菌在DHL培养基上菌落形态,肺炎球菌在血琼脂平
9、板上菌落,菌苔,（1） 定义,纯种菌体在固体培养基上生长繁殖时形成的肉眼可见的群体。菌苔是由许多同种菌的菌落繁殖形成,连成一片。,同一菌体的菌苔特征和菌落特征是相同的，若有异样，则菌体受污染或变异，应分离纯化。,菌苔与菌落有什么不同？,(2)明胶培养基中的培养特征,用穿刺接种法将细菌接种在明胶培养基中培养，能产生明胶水解酶水解明胶，不同的细菌将明胶水解成不同形态的溶菌区，依据这些不同形态，可将细菌进行分类。,穿刺接种法(从斜面菌种接入(半)固体培养基)：用接种针经火焰灭菌后，挑取少量菌种，垂直地穿入试管固体培养基中心至底部，然后穿刺线缓慢将针抽出，塞上棉塞。烧红接种针灭菌。,细菌在明胶培养基中
10、的培养特征,(3)半固体培养基中的培养特征,穿刺接种，根据细菌的生长状态判断细菌的呼吸类型和鞭毛有无，能否运动。,呼吸类型与培养特征,(4)液体培养基中的培养特征,细菌在液体培养基中的培养特征是分类依据之一。,因细胞特征、比重、运动能力和对氧气等关系的不同，而形成不同的群体形态，多数表现混浊，部分表现沉淀，好氧细菌则在液面大量生长，形成菌膜或环状等,在液体中群体细菌的生存形式 随密度不同 或者在液体培养基表面形成膜（轻）,使培养液混浊（中）,或产生絮状沉淀（粘重，如菌胶团、活性污泥）。,1.4细菌的物理化学性质,等电点：指在某一定pH溶液中，氨基酸所带的正电荷和负电荷相等时的pH值。氨基酸 蛋
11、白质 细菌也具有两性电解质的性质G pH等23 细菌等电点 G pH等45pH25 G不稳定菌 pH等34偏碱性 pH7 细菌所处 中性 pH7 高于细菌的等电点 培养基 偏酸性 pH67故细菌表面总是带负电荷,（1）细菌表面电荷和等电点,(2) 细菌的染色原理及染色方法,细菌细胞微小透明，染色后易于观察。,细菌在通常培养情况下总是带负电荷，故用带正电的碱性染料染色,A 简单染色：常用来观察细菌的形态、大小和排列方式。 用一种染液染色菌体。一般菌体被染上染料的颜色。,B 复合染色法：两种染料染色，以区别细菌的革兰氏染色反应或抗酸性反应，或将菌体和某一结构染成不同颜色。,常用的染色法有：,革兰氏
12、染色,1884年，丹麦医生C.Gram发明,程序：（1）初染（结晶紫30S）（2）媒染剂（碘液30S）（3）脱色（95%乙醇1020S）（4）复染（蕃红30 60S）,结果判断： 菌体呈紫色的为革兰氏阳性菌（G+）,菌体呈红色的为革兰氏阴性菌（G-）,A,B,B,B,A,B,A,A,1）初染（结晶紫30S）,（1）初染（结晶紫30S） （2）媒染剂（碘液30S） （3）脱色（95%乙醇1020S） （4）复染（蕃红30 60S）,A,B,B,B,A,B,A,A,2）媒染剂（碘液30S）,（1）初染（结晶紫30S） （2）媒染剂（碘液30S） （3）脱色（95%乙醇1020S） （4）复染（蕃红
13、30 60S）,A,B,B,B,A,B,A,A,3）脱色（95%乙醇1020S）,（1）初染（结晶紫30S） （2）媒染剂（碘液30S） （3）脱色（95%乙醇10-20S） （4）复染（蕃红30 60S）,A,B,B,B,A,B,A,A,4）复染（蕃红30 60S）,A：革兰氏阳性细菌G+,B：革兰氏 阴性细菌G,（1）初染（结晶紫30S） （2）媒染剂（碘液30S） （3）脱色（95%乙醇1020S） （4）复染（蕃红30 60S）,1) 革兰氏染色与等电点的关系 23 pH等(G+) pH等(G)=45 G+带的负电荷比G多，结合力大 用I2KI媒染后,等电点都下降,G+等电点下降的多
14、与草酸铵结晶紫结合的更牢固,对脱色剂的抵抗力强,(3)革兰氏染色法 革兰氏染色的机制有以下两点,2) 与细胞壁有关,G+脂类含 量低 (14%),乙醇既是脱色 剂又是脱水剂,肽聚糖脱水，细胞壁孔 径缩小，其通透性降低,G脂类含量 高 (4090%),脂类物质被乙醇溶解，增 加细胞壁的孔径和通透性,2 古菌,过去，由于研究手段技术原因，对古菌的了解很少，一直将它列入细菌范畴内。从1977年起，人们改进了研究方法，发现这类菌在细胞结构、化学组成及生存环境条件等方面的特殊性，所以将它从细菌中划分出来，称为古细菌（而细菌则称为真细菌），或称古菌。现在已将它与细菌、真核生物并列,2.1 概念的提出,19
15、77年，Carl Woese以16S rRNA序列比较为依据，提出的独立于真细菌和真核生物之外的生命的第三种形式。,在分类地位上与真细菌和真核生物并列为三域（Domain），并且在进化谱系上更接近真核生物。,在细胞构造上与真细菌较为接近，同属原核生物。,多生活于一些生存条件十分恶劣的极端环境中，例如高温、高盐、高酸等。,古生菌在进化谱系上与真细菌及真核生物相互并列，且与后者关系更近，而其细胞构造却与真细菌较为接近，同属于原核生物。,在显微镜下，古生菌与细菌具有类似的个体形态。,2.2 古菌的特点,古菌的形态 细胞很薄，扁平。有精确的方角和垂直的边构成直角几何形态的细胞。,古菌的细胞结构 大多数
16、古菌的细胞壁不含有二氨基庚二酸和胞壁酸。组分多为脂蛋白，蛋白质为酸性的，脂类是非皂化性甘油二醚的磷脂和糖脂的衍生物。有内含子。,古菌的代谢 代谢有多样性。在代谢过程中有特殊的辅酶，如绝对厌氧的产甲烷菌有辅酶M、F420、F430等。,2.2 古菌的特点,古菌的呼吸类型 多为严格厌氧、兼性厌氧，少数为好氧。,古菌的繁殖 以细胞分裂的方式繁殖，但繁殖速度较慢。,古菌的生活习性 大多数生活在极端环境。如：高盐分、极热、极酸和绝对 厌氧的环境中。它有特殊的代谢途径。,2.3 古菌的分类,按照古菌的生活习性和生理特点，古菌可分为三大类型：产甲烷菌、嗜热嗜酸菌、极端嗜盐菌。伯杰氏系统细菌分类手册:产甲烷菌
17、,古生硫酸盐还原菌,极端嗜盐菌,无细胞壁古生菌,极端嗜热硫代谢菌产甲烷菌 产甲烷菌与其他微生物（水解菌、产酸菌）协同作用，能使有机物甲烷化，产生具有经济价值的生物能物质甲烷。 产甲烷菌是严格厌氧菌，现把它分为3目、7科、19属、70种。,产甲烷菌的培养方法：由于产甲烷菌是严格厌氧的，其分离和培养等要求特殊的环境和方法。如厌氧的培养条件、厌氧的操作条件（如厌氧手套箱）。 在环境工程中，产甲烷菌具有特殊的意义。在厌氧条件下，产甲烷菌与其他菌（水解菌、产酸菌等）共同作用，将有机物转化为甲烷，这就是所谓的“沼气发酵”。,专性厌氧，需要在特殊环境下操作； 目前最好的是厌氧手套箱,厌氧培养箱,可进行分装厌
18、氧培养基，倒制平板，离心厌氧微生物收集菌体，对氧敏感的酶的分离纯化等,嗜热嗜酸菌 包括古生硫酸还原菌和极端嗜热古菌。 这一类菌的特点：好氧、严格厌氧或兼性厌氧，G，杆状、丝状或球状，专性嗜热（最适温度在70105之间），嗜酸性和嗜中性，自养或异养。大多数是硫代谢菌。,极端嗜盐菌 这类菌对NaCL有特殊的适应性和需要性。栖息在高盐环境。通常极端嗜盐菌的要求盐浓度下限为1.5mol/L（约9），大多数为24mol/L（约1223），甚至高达5.5mol/L（32，达饱和状态）。有的种类也能在低盐浓度下生长。,思考,1）在pH为6、7和7.5的溶液中，细菌各带什么电荷？在pH为1.5的溶液中，细菌带
19、什么电荷？为什么？ 2）革兰氏染色的机制和步骤是什么？ 3）细菌菌落的概念；细菌有哪些培养特征？ 4）古菌包括哪几种？生活习性各是什么？ 5）用什么培养技术判断细菌的呼吸类型和能否运动？如何判断？,3 放线菌,1.放线菌的形态构造2.放线菌的繁殖 3.放线菌的群体特征,从分类学上，是真细菌的一大类群，G+。 在伯杰氏手册中属厚壁菌门，放线菌纲。是介于细菌和真菌之间的单细胞微生物： （1）细胞结构和化学组成与细菌同属原核生物。 （2）菌体呈纤细的菌丝，且分枝，又以外生孢子的形式繁殖，这些特征又与霉菌相似。,3.1放线菌的形态构造,放线菌的形态比细菌复杂些，但仍属于单细胞。在显微镜下，放线菌呈分枝
20、丝状，我们把这些细丝一样的结构叫做菌丝，菌丝直径与细菌相似，小于1微米。菌丝细胞的结构与细菌基本相同。 根据菌丝形态和功能的不同，放线菌菌丝可分为基内菌丝、气生菌丝和孢子丝三种。链霉菌属是放线菌中种类最多、分布最广、形态特征最典型的类群，其形态如下图所示。,放线菌的菌丝,链霉菌的一般形态和构造,光学显微镜下 观察到的放线菌,3.2放线菌的繁殖 放线菌没有有性繁殖，主要通过形成无性孢子方式进行无性繁殖，成熟的分生孢子或孢囊孢子散落在适宜环境里发芽形成新的菌丝体；另一种方式是菌丝体的无限伸长和分枝，在液体振荡培养（或工业发酵）中，放线菌每一个脱落的菌丝片段，在适宜条件下都能长成新的菌丝体，也是一种
21、无性繁殖方式。,3.3 放线菌的菌落 放线菌在固体培养基上形成与细菌不同的菌落特征，放线菌菌丝相互交错缠绕形成质地致密的小菌落，干燥、不透明、难以挑取，当大量孢子覆盖于菌落表面时，就形成表面为粉末状或颗粒状的典型放线菌菌落，由于基内菌丝和孢子常有颜色，使得菌落的正反面呈现出不同的色泽。,放线菌的菌落特征 A：诺尔斯氏链霉菌；B：皮疽诺卡氏菌；C：酒红指孢囊菌；D：游动放线菌；E：小单胞菌； F：皱双孢马杜拉放线菌,产抗菌素的放线菌的菌落特征 A：卡特利链霉菌；B：弗氏链霉菌；C：吸水链霉菌金泪亚种；D：卡那霉素链霉菌；E：除虫链霉菌；F：生磺酸链霉菌,4 蓝细菌(Crynobacteria),
22、4.1 蓝细菌的特性1. 蓝细菌细胞结构简单，只具原始核，无核膜和核仁，只有染色质，只具叶绿素，没有叶绿体。2. 蓝细菌含多种色素：叶绿素a、脂环族类胡萝卜素、藻胆素、藻胆蛋白体。呈蓝、绿、红等颜色。3. 许多蓝细菌的细胞质中存在气泡4. 蓝细菌没有鞭毛，借助于粘液在固体基质表面滑行。5. 蓝细菌是光能自养型生物 6. 分布：淡水、海水、潮湿土壤、树皮、岩石7. 应用：水体自净作用； 可作水体富营养化的指示生物,4.2 蓝细菌分类1. 色球藻纲单细胞个体或群体，繁殖方式：二分裂色球藻属、微囊藻属、腔球藻属、管孢藻属、皮果藻属2. 藻殖段纲藻体为丝状体颤藻属、念珠藻属、筒孢藻属、胶须藻属、鱼腥藻
23、属、单歧藻属,念珠蓝细菌(Nostoc),颤蓝细菌(Oscillatoria),图一，上面两张照片是一种很常见的蓝细菌 ：索球藻属这种蓝细菌覆盖在水面上，覆盖几毫米厚 ，把水的表面染成深绿色。每团索球藻有100m大，团里的细胞都裹在粘液里。 细胞团外部的黑色物质是由许多细菌构成的，也许他们要呼吸蓝细菌通过光合作用生成的氧气吧。,左：念珠藻属, 右，项圈藻, 一种能固氮的菌。表面部透明的小细胞（右数第三个）是异型细胞。这个异型细胞能固氮。 左边又大又亮的细胞叫厚壁孢子或静息孢子。,图2.一种池塘中的蓝藻（蓝细菌）在有营养的水中很常见，能毒害水体，放出臭味,图3， 这是前一图的放大的某一纤维。充满
24、气泡使纤维能浮在水面上，以便更好的获得阳光,一种蓝细菌（蓝藻）： 它形成了一层细胞厚的“席子” mucilage: 黏液 dividing cell: 正在分裂的细胞,5 立克次氏体,是一类只能寄生在真核生物细胞内的革兰氏阴性原核微生物。,特征 有细胞壁(对抑制细胞壁的青霉素和溶菌酶敏感） 二分裂 有不够完整的产能代谢途径，利用谷氨酸产能而不能利用葡萄糖,6 衣原体,是一类在真核细胞内专性能量寄生的小型革兰氏阴性原核生物生活史,萤光抗体染色，黄绿色为衣原体,能量寄生物,原体 小细胞(壁厚),寄主细胞,始体(空泡) 大细胞(壁薄),包涵体,破裂,大量繁殖,感染,7 支原体,类菌质体、类胸膜肺炎微生物 是一类无壁、G-、能通过细菌滤器、可以人工培养的最小型原核生物。,特征 无细胞壁，多形(可通过细菌滤器、对抑制细胞壁的青霉素和溶菌酶不敏感、对抑制蛋白质的抗生素敏感 膜(外、中、内)三层 二等分裂、少芽殖 菌落形态：油煎蛋状,
