1、原核生物,Figure 1. Schematic diagram of a typical procaryotic cell. Minimally, a procaryote is composed of a cell wall and plasma membrane that surrounds its cytoplasm containing a chromosome, ribosomes, enzymes, several classes of RNA, and small molecules (precursors).,P16,细菌的结构模式,1-1,1-2,1-3,1-6,1-5,1
2、-7,2-2,2-1,1-4,2-3,2-4,2-4,几种微生物的细胞壁组成,一、藻类的细胞壁纤维素二、真菌细胞壁低等:纤维素为主;高等:几丁质,葡聚糖:单细胞酵母则以葡聚糖 和甘露聚糖三、细菌细胞壁的组成1. 肽聚糖（peptidoglycen，亦称胞壁质 murein）主要是阳性菌2. 磷壁质(teichoic ouitl，磷壁酸)3 .脂多糖,一. 细胞壁cell wall:,细胞壁的观察方法： 质壁分离染色 电镜观察,G与G细菌cw的模式结构,共有组分 肽聚糖 特有组分 G 磷壁酸G 脂多糖,细胞壁是位于菌体的外层，内侧紧贴细胞膜的一层无色透明，坚韧而有弹性的结构。细胞壁约占细胞干重的
3、10%25%。,Figure 3 - Electron micrograph of a G+ cell wall.,Figure 4 - Electron micrograph of a G- cell wall.,细胞壁cell wall:,Gram Positive,Gram Negative,革兰氏阳性菌肽聚糖单体,概念： 肽聚糖是由 N乙酰胞壁酸（NAM）和N乙酰葡糖胺（NAG）以及短肽链（主要是四肽）组成的大分子聚合物。,1.细胞壁的基本骨架肽聚糖（共有成分）,肽聚糖网格状结构,根据结合部位的不同分为：壁磷壁酸:含量多，通过共价键与肽聚糖分子结合,并延伸到肽聚糖分子表面, 带有负电荷
4、。 膜磷壁酸:与菌细胞原生质膜的脂类结合。,特有组分: G磷壁酸,特有组分:G-脂多糖,4. 细胞膜的功能：,a) 控制细胞内外物质（营养物质和代谢废物）的运送、交换； b) 维持细胞内正常渗透压的渗透屏障作用； c) 合成细胞壁各种组分（LPS、肽聚糖、磷壁酸）和荚膜物质等大分子的场所； d) 进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地； e) 参与能量代谢，在细菌中，电子传递链和ATP合成酶均位于细胞膜； f) 提供鞭毛的着生点并提供鞭毛运动所需能量。,四.核质体(nuclear body;nucleoid),细菌DNA： 长度：一般为：13mm 例：大肠杆菌的DNA长约1mm。 生长迅速的细菌
5、在核分裂之后细胞往往来不及分裂,所以细胞中常有24个核，而生长缓慢的细菌细胞中一般只有12个核，不在染色体复制时期一般是单倍体。 功能：负载遗传信息。,由大型环状双链DNA纤丝不规则地折叠或缠绕而构成的无核膜、核仁的区域,五.质粒(plasmids),细菌染色体外的共价闭合环状双链DNA分子分子量约为100 106 D.携带1100个基因, 一个菌细胞可有一至数十个质粒。,Structure of a bacterium highlighting the bacterial plasmid.,参见61,质粒的特点：,1、可以在细胞质中独立于染色体之外（即以游离状态）存在，也可以插入到染色体上以
6、附加体的形式存在； 2、在细胞分裂时，可以不依赖于细菌染色体而独立进行自我复制，也可以插入到细菌染色体中与染色体一道进行复制； 3、质粒可以通过转化、转导、或接合作用而由一个细胞转移到另一个细胞，使两个细胞都成为带有质粒的细胞； 4、质粒对于细胞生存并不是必要的。,质粒应用：,六.细胞质(cytoplast)及其内含物(inclusin),细胞质功能： 细胞质中含有丰富的酶系，是营养物质合成、转化、代谢的场所。,细胞膜内除核质体外的一切半透明、胶状、颗粒状物质可总称为细胞质。其主要成分有：核糖体、贮藏物、各种酶类、中间代谢物及质粒等,少数细菌还存在有伴胞晶体或气泡等。细胞质内形状较大的颗粒状构
7、造为内含物，包括各种贮藏物和气泡、羧酶体等。,核糖体（ribosome),是分散在细胞质中的颗粒状结构，由核糖体核酸（占60%）和蛋白质（占40%）组成。,细菌的核糖体 沉降系数为：70s，由50s大亚基和 30s 小亚基构成。 功能：是细胞合成蛋白质的机构。,2.颗粒状内含物,概念：是普遍存在的贮藏物，大小为0.51m ，主要成分是多聚偏磷酸盐的聚合物，分子呈线状，嗜碱性强，用美兰染色时着色较深，呈紫红色，与菌体其他部位不同，故称异染粒。 功能：贮存磷元素和能量，降低渗透压。 含异染粒的细菌种类:棒状杆菌和某些芽孢杆菌等.,异染粒（metachromatic granule） ：,p,p,p
8、,p,p,p,p,+ ATP,+ ADP,( ),n,+ATP,( ),+ ADP,n+1,多聚偏磷酸盐：,聚-羟基丁酸（poly-hydroxybutirate，PHB）：,聚羟丁酸颗粒是许多细菌细胞质内常含有的碳源类储藏物.PHB不溶于水,易被脂溶性染料(如苏丹黑)着色。 功能:贮存碳源、能源和降低渗透压。 许多好氧菌和光合厌氧菌都含有聚羟丁酸颗粒。,CH3CHOHCH2COOH,H-OCCH2CO-OH,n,(n6),PHB:,硫粒:,是硫元素的贮藏体,功能：a.好氧硫细菌的能源 b.厌氧硫细菌的电子供体,形成：当环境中H2S含量高时，在体内积累S；当H2S不足时,S氧化成硫酸盐，以提供
9、被菌细胞生命活动所需能量：,H2SSSO4-2,淀粉粒和肝糖:都是-1,4或-1,6糖苷键的葡萄糖聚合物。这些贮藏物通常较均匀地分布在细胞质内，颗粒较小。 若这类贮藏物大量存在时，用碘使对其染色，肝糖粒能被碘液染成红色，淀粉粒被碘成蓝色。 脂肪粒：脂肪粒的折光性较强，它可被脂溶性染料染色；细胞生长旺盛时，脂肪粒增多，细胞遭破坏后，脂肪粒可游离出来。,肝糖、淀粉粒、脂肪滴,气泡,由蛋白质膜构成的充满气体的泡状物。有些细菌细胞质中含有几个或多个气泡。常见于光合细菌和水生细菌。,气泡的功能： 调节细胞比重，加大菌体的浮力,借气泡漂浮能力，以使其漂浮在合适的水层中，使无鞭毛菌在合适的环境中生长。 气泡
10、吸收空气，空气中的氧气可供代谢需要。 例：许多光合细菌和水生细菌、盐杆菌常含有气泡。,细胞壁外的表层结构,表面层 荚膜 成分：蛋白质 多糖 作用：保护性外被 对细菌保护作用细胞吸附和识别 粘附（在特殊环境定居生存） 分子筛，捕捉分子和离子 工业用途（明串珠菌产生葡聚糖） 酶的支架和毒力因子 致病性,七.糖被(glycocalyx)及其类型：,某些细菌细胞壁外的一层粘液性胶状物质。 根据糖被的形状和厚度的不同，将荚膜分为四类：,(大）荚膜（capsule)粘液状物质具有一定外形，稳定地附着在细胞壁外，厚度：0.2m。 微荚膜（microcapsule)：粘液状物质较薄，厚度：0.2m ， 与细胞
11、表面牢固结合。 粘液层(slime layer)：粘液物质没有明显的边缘，比荚膜松散,可向周围环境中扩散,增大黏性。 菌胶团(zoogloea):包裹在细胞群体上的胶状物质。,荚膜的观察：,荧光显微镜 负染色 特殊染色,荧光显微镜下的荚膜,荚膜的生理功能,1、荚膜富含水分，可保护细胞免于干燥； 2、能抵御吞噬细胞的吞噬； 3、为主要表面抗原（K抗原），是有些病原菌的毒力因子； 4、能保护菌体免受噬菌体和其他物质（溶菌酶和补体）的侵害； 5、是某些病原菌必须的粘附因子； 6、贮藏养料，是细胞外碳源和能源的储备物质,荚膜与生产实践的关系,Leuconostoc mesenteroides 的葡聚糖
12、荚膜已用于生产代血浆的主要成分右旋糖酐和葡聚糖凝胶制剂； 从野菜黄单胞菌（Xanthomonas campestris）荚膜提取黄原胶，它是优良的食品添加剂，又是石油开采中优良的压浆剂； 用产菌胶团的菌进行污水处理等； 通过荚膜的血清学反应进行细菌鉴定（荚膜膨胀试验）。 危害：食品变质发粘；增强致病力；造成严重龋齿等。,荚膜与菌落形态,光滑（Smooth,S-)型菌落产荚膜的细菌在固体培养基上形成的菌落表面湿润、有光泽、呈粘液状，称S-型菌落。,粗糙（Rough,R-)型菌落不产荚膜的细菌形成的菌落表面干燥、粗糙、称R-型菌落。,荚膜的形成条件,（1）荚膜的形成是微生物的遗传特征之一，是“种”
13、的特征。但不是细菌的必要结构，失去荚膜的菌株照样能够生活。 (2)荚膜的形成与组成明显受培养基成分和培养条件的影响（与环境密切相关）。 如肠膜明串珠菌(Leuconosto mesenterondes)以蔗糖为碳源时合成葡聚糖成分的荚膜 。,八.鞭毛（flagellum）,1. 概念： 某些微生物表面由细胞内生出的细长、波曲的结构。,2.鞭毛的观察：1)从固体培养基上的菌落形态判断2)光学显微镜（悬滴法） 3)光学显微镜 特殊鞭毛染色 4)电镜 5)半固体穿刺培养,鞭毛的长度： 一般为1520 m，最长可达70 m 。 鞭毛的直径：为0.010.02 m.,3.鞭毛的着生方式,4. 鞭毛的结构
14、,由鞭毛丝鞭毛钩基体三部分组成：,5. 鞭毛的化学组成,鞭毛蛋白，3万6万Dolton，不同种由不同球蛋白分子亚基构成，有些含多糖、类脂等，为极好抗原。,细菌运动,趋避性运动：,化学趋避性运动 氧趋避性运动 光趋避性运动 趋磁性运动,鞭毛（多数细菌） 轴丝（螺旋体） 细胞弯曲（螺原体） 滑行（粘细菌）,细菌的运动：,鞭毛运动与细菌的趋避性运动,（或线毛、菌毛、伞毛） 某些菌体表面存在的短而多的附属物。 纤毛比鞭毛更短、更细，且又直又硬。数量很多，不具有运动功能，但与菌的致病性吸附等有关,九.纤毛(pilus)与菌毛(fimbria）,概念：某些细菌生长到一定阶段或在一定环境条件下，细胞的正常生
15、长和分裂停止，细胞内细胞质浓缩，逐步形成一个圆形、椭圆形或圆柱形的，对不良环境有较强抵抗力的特殊结构，称为芽胞。芽胞成熟后可自行从芽胞囊中释放出来。因芽胞的形成都是在细胞内，故又称内生孢子。,十.芽胞(endospore，spore),芽胞,芽胞囊,1、Shape,location and relative size to the spore of parent cell,1、对高温、干燥、辐射、化学药物有强大的抵抗力。 2、含水量低、壁厚而致密，通透性差,不易着色，折光性强。 3、芽胞内新陈代谢几乎停止，处于休眠状态，但保持潜在萌发力。 4、一个芽孢萌发只产生一个营养状态的细胞。,2、芽孢的
16、特性,3、伴胞晶体（parasporal crystal）,少数芽孢杆菌，如Bacillus thuringiensis（苏云金芽孢杆菌）在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一个菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体（即内毒素）称为伴胞晶体。它的干重可达芽孢囊的约30%，由18种氨基酸组成，大小约0.62.0m。伴胞晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目昆虫的幼虫有毒杀作用，因此可以用做生物农药。,（三）细胞的结构,伴孢晶体（parasporal crystal）,Bt 生物杀虫剂的研究与应用：,1、液体或固体发酵生产菌体在农田直接施用；,2、将毒蛋白克隆到植物中构建基因工程抗虫作物；,3、研究如何提高Bt杀虫剂
17、的生产与应用水平,Bt 生物杀虫剂的生产和应用中存在的相关问题：,噬菌体感染严重影响发酵生产的正常进行；,Bt杀虫剂在野外大规模使用时，日光的紫外线破坏其杀虫晶体蛋白，显著影晌杀虫效果。,黑色素具有防紫外线，抗噬菌感染的特性，将细菌产生的黑色素用于Bt杀虫剂的生产和应用， 或直接构建能自身产生黑色素的Bt工程菌株，,4、芽孢的本质,即不是细菌生活周期的必经阶段，也不是细菌繁殖的一种形式，又不是对环境的消极反应，而是一种生命形式，一种独立的休眠体。,5、研究芽孢的意义：,1、分类鉴定 2、保存菌种 3、分离菌种 4、生物杀虫 5、灭菌标准,Examples of nucleoid structure and distribution in Sulfolobus cells.,
