原核微生物的形態(tài)、構(gòu)造和功能

1、第一章第一章原核生物的形態(tài)、構(gòu)造和功能原核生物的形態(tài)、構(gòu)造和功能( Prokaryotes )( Prokaryotes )第一節(jié) 細(xì)菌第二節(jié) 放線菌第三節(jié) 藍(lán)細(xì)菌第四節(jié) 支原體、立克次氏體和衣原體第一章 目 錄教學(xué)目的教學(xué)目的 從形狀、大小、細(xì)胞結(jié)構(gòu)及繁殖方式等方面掌握“三菌三體” 的形態(tài)特征（尤其是細(xì)菌、放線菌），建立古生菌的概念。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)分析教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)分析1、重點(diǎn)：原核生物與真核微生物的區(qū)別，細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能，細(xì)菌繁殖方式與群體特征。2、難點(diǎn)：細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能。第一節(jié) 細(xì)菌（Bacteria）一、 細(xì)胞的形態(tài)構(gòu)造及其功能二、細(xì)菌的群體形態(tài)定義：一類細(xì)胞細(xì)短，結(jié)構(gòu)簡單，胞壁堅(jiān)

2、韌，多以二分裂方式繁殖且水生性較強(qiáng)的原核生物。一、細(xì)胞的形態(tài)構(gòu)造及其功能一、細(xì)胞的形態(tài)構(gòu)造及其功能（一）形態(tài)和染色（二）細(xì)菌細(xì)胞的構(gòu)造（三）細(xì)菌的繁殖尿素微球菌（Micrococcus ureae）The coccusThe diplococcusscanning electron micrograph of a diplococcus pneumoniae photomicrograph ofdiplococcus pneumoniae photomicrograph of a streptococcus transmission electron micrograph of Strepto

3、coccus The strptpcoccusMicrococcus tetragenusSarcina Arrangement The StaphylococcusElectron Micrograph of Staphylococcus aureus , a StaphylococcusEsherichia coli 大腸桿菌大腸桿菌Bacillus anthracis 炭疽桿菌炭疽桿菌LactobacillusVibrio Electron Micrograph of Vibrio cholerae , a Vibrio Spirillum volutans (high power)El

4、ectron Micrograph of Leptospira interrogans 細(xì)菌形態(tài)通常有球狀、桿狀、螺旋狀三類。自然界中桿菌最常見，球菌次之，螺旋菌最少。圖圖1-1 細(xì)菌的三種基本形態(tài)細(xì)菌的三種基本形態(tài)（左為模式圖，右為顯微照片）（左為模式圖，右為顯微照片）（一）形態(tài)和染色（一）形態(tài)和染色細(xì)菌三形的電鏡照片細(xì)菌三形的電鏡照片1.The coccusArrangements of Cocci細(xì)胞個(gè)體呈球形或橢圓形，不同種的球菌在細(xì)胞分 裂時(shí)會形成不同的空間排列方式，0.51.0m 2. The rod or bacillus Arrangements of Bacilli 桿狀細(xì)菌

5、的排列方式常因桿狀細(xì)菌的排列方式常因生長階段和培養(yǎng)條件而發(fā)生長階段和培養(yǎng)條件而發(fā)生變化故難作為分類依據(jù)生變化故難作為分類依據(jù)3. The spiralla Spiral Forms 4. Exceptions to the above shapesSquare-shaped bacteriaCaulobacter sp柄桿菌柄桿菌Spharotilus natans鞘衣菌鞘衣菌An average coccus is about 0.5-1.0 micrometer (m) in diameter.An average bacillus is 0.5-1.0 m wide by 1.0-4.0

6、 m long .Spirals range in size from 1 m to over 100 m in length. 5.細(xì)菌的大小細(xì)菌的大小the smallest prokaryote？nanobacteriaScanning Electron Micrographof Mycoplasma CellsThiomargarita namibiensis compared to a fruit fly,Drosophila. A single cell can reach a diameter of 0.75 mm. The largest prokaryote細(xì)菌大小的測量單位

7、是細(xì)菌大小的測量單位是um 細(xì)菌染色法：6.細(xì)菌染色法細(xì)菌染色法一種染色液一種染色液二種以上染色液二種以上染色液附：革蘭氏染色附：革蘭氏染色（ Gram Stain ）方法）方法 Hans Christian Gram was a Danish bacteriologist. He developed the Gram stain in 1884. It remains one of the most important staining techniques in microbiology today. The Gram stain is often the first test perfo

8、rmed in the identification of bacteria.涂涂 片片干干 燥燥固固 定定染染 色色鏡鏡 檢檢革蘭氏染色方法操作步驟革蘭氏染色方法操作步驟Gram stain of Gram - E. coli cells Gram stain of Gram + Staphylococcus cells 革蘭氏染色機(jī)制？革蘭氏染色機(jī)制？（二）細(xì)菌細(xì)胞的構(gòu)造細(xì)菌細(xì)胞的構(gòu)造細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)模式圖細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)模式圖1.1.細(xì)菌細(xì)胞的一般構(gòu)造細(xì)菌細(xì)胞的一般構(gòu)造細(xì)胞壁細(xì)胞膜細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核 細(xì)胞壁細(xì)胞壁(Cell Wall) 細(xì)胞壁(cell wall)是覆蓋在細(xì)胞膜外表面的一個(gè)薄層結(jié)構(gòu)。

9、光鏡下可證實(shí)細(xì)胞壁的存在；電鏡下清晰可見。存在部位及外形Electron Micrograph of a Gram Negative Cell WallElectron Micrograph of a Gram Positive Cell Wall電鏡下革蘭氏陰性細(xì)菌電鏡下革蘭氏陰性細(xì)菌和革蘭氏陽性細(xì)菌的細(xì)和革蘭氏陽性細(xì)菌的細(xì)胞壁胞壁G+細(xì)菌細(xì)胞壁細(xì)菌細(xì)胞壁G-細(xì)菌細(xì)胞壁細(xì)菌細(xì)胞壁細(xì)胞壁主要生理功能固定細(xì)胞外形和提高機(jī)械強(qiáng)度，保護(hù)細(xì)胞免受滲透壓等外力的損傷；為細(xì)胞生長、分裂和鞭毛運(yùn)動所必需；阻攔大分子物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞，使細(xì)胞免受溶菌酶、消化酶和青霉素等有害物質(zhì)的傷害賦予細(xì)菌特定的抗原性、致病性以及

10、對噬菌體和抗生素的敏感性；肽聚糖(peptidoglycan)磷壁酸(teichoic acid)脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)外膜蛋白(outer membrane protein)FG和G細(xì)菌細(xì)胞壁中的這些成分有所不同。見P12表1-1細(xì)胞壁的主要成分（P12圖1-2）1）G細(xì)菌的細(xì)胞壁特點(diǎn)：厚度大（2080nm）；化學(xué)組分簡單，一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸。如圖:G細(xì)菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)模式圖細(xì)菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)模式圖G G細(xì)菌的細(xì)菌的肽聚糖（肽聚糖（peptidoglycanpeptidoglycan）如圖所示結(jié)構(gòu):三維網(wǎng)狀（圖13）組成：聚糖 + 短肽側(cè)鏈 + 肽橋

11、革蘭氏陽性細(xì)菌肽聚糖單體的結(jié)構(gòu)革蘭氏陽性細(xì)菌肽聚糖單體的結(jié)構(gòu)左：簡單的單體模型；左：簡單的單體模型； 右：單體的分子結(jié)構(gòu)。右：單體的分子結(jié)構(gòu)。 圖中的箭頭處表示溶菌酶的水解點(diǎn)圖中的箭頭處表示溶菌酶的水解點(diǎn)右圖少肽橋右圖少肽橋D-乳酰羧基乳酰羧基磷壁酸磷壁酸(teichoic acid)又稱磷壁酸質(zhì)或垣酸（一種酸性多糖），為G+細(xì)菌細(xì)胞壁特有已知有五種磷壁酸，常見的有兩類，即甘油磷壁酸和核糖醇磷壁酸，分別由甘油磷酸或核糖醇磷酸為亞基聚合而成（后圖）根據(jù)在細(xì)胞壁中的存在方式，可將磷壁酸分為壁磷壁酸和膜磷壁酸(又稱脂磷壁酸)兩類（見G細(xì)菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)模式圖） Ribitol Teichoic Acid

12、Glycerol Teichoic Acid磷壁酸磷壁酸生理功能濃縮細(xì)胞周圍的Mg2+，增強(qiáng)細(xì)胞膜一些合成酶的活力；貯藏磷元素；能調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)自溶素(autolysin)的活力，防止細(xì)胞因自溶而死亡。噬菌體的特異性吸附受體；（可作為細(xì)菌分類、鑒定的依據(jù)）增強(qiáng)某些致病菌對宿主細(xì)胞的粘連、避免被白細(xì)胞吞噬并有抗補(bǔ)體（P295）的作用；革蘭氏陽性細(xì)菌特異表面抗原的物質(zhì)基礎(chǔ)；2） G G- -細(xì)菌的細(xì)菌的 細(xì)胞壁細(xì)胞壁特點(diǎn)： 較薄，分肽聚糖層和外膜（外壁）兩層（見右圖） 因肽聚糖層很?。? 3nm），機(jī)械強(qiáng)度較弱 成分較復(fù)雜，由肽聚糖、脂多糖、磷脂和外膜蛋白構(gòu)成（見后圖）Electron Microgr

13、aph of a Gram-Negative Cell WallElectron Micrograph of a Gram-Positive Cell WallG細(xì)菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)模式圖細(xì)菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)模式圖G G- -細(xì)菌的肽聚糖（細(xì)菌的肽聚糖（peptidoglycanpeptidoglycan）結(jié)構(gòu): 三維網(wǎng)狀組成： 聚糖 +短肽側(cè)鏈 G-細(xì)菌肽聚糖的立體結(jié)構(gòu)（片段）G G細(xì)菌細(xì)菌PeptidoglycanPeptidoglycan的亞單位的亞單位E.coliE.coli 的的Peptidoglycan亞單位雙糖單位四肽尾亞單位雙糖單位四肽尾少個(gè)PStaphylococcus aureus S

14、taphylococcus aureus 與與Escherichia coli Escherichia coli 肽聚糖的比較肽聚糖的比較比較項(xiàng)目比較項(xiàng)目Staphylococcus aureusEscherichia coli肽聚糖層厚度肽聚糖層厚度約約2080nm，由，由40層層左右網(wǎng)狀分子交織而成左右網(wǎng)狀分子交織而成厚厚23nm,由由12層肽層肽聚糖網(wǎng)狀分子組成聚糖網(wǎng)狀分子組成短肽的第三個(gè)氨基酸短肽的第三個(gè)氨基酸L-賴氨酸賴氨酸內(nèi)消旋二氨基庚二酸內(nèi)消旋二氨基庚二酸(m-DPA)短肽間連接方式短肽間連接方式- (Gly)5 - CONH -短肽間的交聯(lián)度達(dá)到短肽間的交聯(lián)度達(dá)到70以上以上約

15、約30左右左右處于革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞壁外膜的最外層，由類脂A、核心多糖(core polysaccharide)、和O-特異側(cè)鏈(0-specific side chain,或稱O-多糖或O-抗原)三部分組成為革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞壁所特有不同種類的細(xì)菌脂多糖的化學(xué)組成不同脂多糖脂多糖（lipopolysaccharide, LPSlipopolysaccharide, LPS）外膜蛋白外膜蛋白( (outer membrane proteinsouter membrane proteins) )定義：嵌合在G-外膜層LPS和磷脂層上的 20余種蛋白,其功能大多未明。 脂蛋白(使內(nèi)壁層肽聚糖層與外

16、膜層緊相連)幾種蛋白 孔蛋白(控物通道,有特異與非特異之分) 其他蛋白(功能未明)外膜的生理功能控制細(xì)胞透性，增強(qiáng)細(xì)胞對Mg2+等陽離子的吸附作用決定細(xì)胞壁抗原多樣性及對噬菌體的敏感性脂多糖中的類脂A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)是控制某些物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的部分選擇性屏障周質(zhì)空間周質(zhì)空間(periplasmic space, periplasm)(periplasmic space, periplasm)又稱壁膜間隙。一般指革蘭氏陰性細(xì)菌外膜與細(xì)胞膜之間的狹窄空間（寬約1215nm），呈膠狀。在周質(zhì)空間中，存在著多種周質(zhì)蛋白（periplasmic proteins）如水解酶類、合成酶類

17、、結(jié)合蛋白、受體蛋白。周質(zhì)空間是物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的重要中轉(zhuǎn)站和反應(yīng)場所 G G細(xì)菌和細(xì)菌和G G- -細(xì)菌某些特性的比較細(xì)菌某些特性的比較項(xiàng)目項(xiàng)目革蘭氏陽性細(xì)菌革蘭氏陽性細(xì)菌革蘭氏陰性細(xì)菌革蘭氏陰性細(xì)菌革蘭氏染色反應(yīng)革蘭氏染色反應(yīng)紫色紫色紅色紅色細(xì)胞壁細(xì)胞壁厚、單層厚、單層薄、多層薄、多層外膜外膜無無有有磷壁酸磷壁酸多數(shù)含有多數(shù)含有無無脂多糖脂多糖無無有有對溶菌酶對溶菌酶敏感敏感不敏感不敏感對青霉素對青霉素敏感敏感不敏感不敏感對鏈霉、氯霉、四環(huán)素對鏈霉、氯霉、四環(huán)素不敏感不敏感敏感敏感對機(jī)械力的抗性對機(jī)械力的抗性強(qiáng)強(qiáng)弱弱堿性染料的抑制堿性染料的抑制強(qiáng)強(qiáng)弱弱對干燥對干燥抗性強(qiáng)抗性強(qiáng)抗性弱抗性弱產(chǎn)芽孢

18、產(chǎn)芽孢有的產(chǎn)有的產(chǎn)不產(chǎn)不產(chǎn)3) 古生菌(Archaea)的細(xì)胞壁關(guān)于古生菌：又稱“第三生物”，舊稱古細(xì)菌（archaebacteria）。上世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)。古生菌是一類在進(jìn)化途徑上很早就與細(xì)菌和真核生物互為獨(dú)立的類群，成為生物界三域之一(真核生物域; 真細(xì)菌域和古生菌域)。除某些特征之外，在細(xì)胞結(jié)構(gòu)和代謝上，古生菌在很多方面接近真細(xì)菌，但在遺傳機(jī)制方面更接近真核生物。疵壁：細(xì)胞壁上不含肽聚糖，故稱為疵壁菌。細(xì)胞壁成分獨(dú)特多樣： 或蛋白質(zhì)為主， 或雜多糖， 或假肽聚糖等。三無：無胞壁酸、D型氨基酸和二氨基庚二酸。 古生菌細(xì)胞壁的特點(diǎn)-1,3糖苷鍵不被溶菌酶水解糖苷鍵不被溶菌酶水解N-乙酰葡糖胺

19、和乙酰葡糖胺和N-乙酰塔羅糖胺糖醛酸乙酰塔羅糖胺糖醛酸交交替連接而成，連在后一氨基糖上的肽尾由替連接而成，連在后一氨基糖上的肽尾由L-glu、L-ala和和L-lys三個(gè)三個(gè)L型氨基酸組成，型氨基酸組成，肽橋則由肽橋則由L-glu一個(gè)氨基酸組成。一個(gè)氨基酸組成。 古生菌的細(xì)胞形態(tài)圖解古生菌的細(xì)胞形態(tài)圖解4 4） 缺壁細(xì)菌缺壁細(xì)菌 自發(fā)缺壁突變自發(fā)缺壁突變 L-型細(xì)菌型細(xì)菌*缺缺 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)形成實(shí)驗(yàn)室內(nèi)形成 徹底去盡徹底去盡 原生質(zhì)體原生質(zhì)體壁壁 人工方法去壁人工方法去壁 G+/ G-細(xì)細(xì) 尚未去盡尚未去盡 球狀體球狀體菌菌 自然界長期演化中形成自然界長期演化中形成 枝原體枝原體* 原生質(zhì)體和球狀

20、體更易融合并導(dǎo)入外源遺原生質(zhì)體和球狀體更易融合并導(dǎo)入外源遺傳物質(zhì)傳物質(zhì),故是研究遺傳規(guī)律和進(jìn)行原生質(zhì)體育種故是研究遺傳規(guī)律和進(jìn)行原生質(zhì)體育種的良好的實(shí)驗(yàn)材料的良好的實(shí)驗(yàn)材料 脫色處理時(shí)，革蘭氏陽性細(xì)菌細(xì)胞壁因乙醇脫色處理時(shí)，革蘭氏陽性細(xì)菌細(xì)胞壁因乙醇( (丙酮丙酮) )的脫水作用造成肽聚糖層網(wǎng)架結(jié)構(gòu)間的孔徑的脫水作用造成肽聚糖層網(wǎng)架結(jié)構(gòu)間的孔徑縮小，通透性降低，使草酸銨結(jié)晶紫縮小，通透性降低，使草酸銨結(jié)晶紫- -碘復(fù)合物不碘復(fù)合物不易滲出細(xì)胞，從而被阻留；革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞壁易滲出細(xì)胞，從而被阻留；革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞壁的外膜層受到乙醇的外膜層受到乙醇( (丙酮丙酮) )的溶脂和蛋白質(zhì)變性作用的

21、溶脂和蛋白質(zhì)變性作用時(shí)變得疏松，通透性增加，結(jié)晶紫時(shí)變得疏松，通透性增加，結(jié)晶紫- -碘復(fù)合物易于碘復(fù)合物易于滲出細(xì)胞，不被細(xì)胞壁阻留。阻留染料的細(xì)菌，經(jīng)滲出細(xì)胞，不被細(xì)胞壁阻留。阻留染料的細(xì)菌，經(jīng)復(fù)染后仍呈復(fù)染后仍呈紫色紫色，為革氏染色，為革氏染色陽性陽性；不能阻留染料；不能阻留染料的細(xì)菌，復(fù)染后呈的細(xì)菌，復(fù)染后呈紅色紅色，為革氏染色，為革氏染色陰性陰性。 革蘭氏染色機(jī)制革蘭氏染色機(jī)制關(guān)于細(xì)胞壁的總結(jié)（2 2）細(xì)胞膜細(xì)胞膜(cell membrane)(cell membrane) 緊貼細(xì)胞壁內(nèi)側(cè)、包圍著細(xì)胞質(zhì)的柔軟、脆弱、富有彈性和半透性的一個(gè) 薄層結(jié)構(gòu)，電鏡下呈明顯的兩暗層夾一亮層的“三

22、明治”式結(jié)構(gòu)，厚約78nm。Electron Micrograph of a Electron Micrograph of a Gram - Negative Cell WallGram - Negative Cell WallElectron Micrograph of a Electron Micrograph of a Gram - Positive Cell WallGram - Positive Cell Wall存在部位及外形 細(xì)胞膜的化學(xué)組成細(xì)胞膜的化學(xué)組成2030磷脂5070蛋白質(zhì)磷脂分子的組成及結(jié)構(gòu)親水的極性端親水的極性端疏水的非極性端疏水的非極性端R磷脂酸磷脂酰甘油磷脂酰乙

23、醇胺磷脂酰膽堿磷脂酰絲氨酸磷脂酰肌醇等磷脂分子的及種類磷脂分子的及種類細(xì)菌細(xì)胞膜中磷脂的種類及其含量因菌種而異。膜蛋白膜蛋白呼吸酶與細(xì)菌產(chǎn)能代謝有關(guān)的酶，如NADH脫氫酶、琥珀酸脫氫酶、細(xì)胞色素氧化酶等電子傳遞系統(tǒng)及氧化磷酸化酶系；合成酶與細(xì)胞膜上脂類合成及細(xì)胞壁上各種大分子物質(zhì)合成有關(guān)的酶類；滲透酶選擇性地?cái)y帶各種物質(zhì)穿過細(xì)胞膜的酶。磷脂和蛋白質(zhì)是怎么構(gòu)成細(xì)胞膜的？細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)液態(tài)鑲嵌模型Unit membrane-Phospholipid bilayer with proteins embedded in it(fluid mosaic model)1972年，辛格（年，辛格（J.S.Sin

24、ger）和尼科爾森（）和尼科爾森（G.L.Nicolson）中心思想？細(xì)胞膜的生理功能選擇性地控制胞內(nèi)外營養(yǎng)物和代謝產(chǎn)物的運(yùn)送是維持胞內(nèi)正常滲透壓的結(jié)構(gòu)屏障是合成細(xì)胞壁和糖被有關(guān)成分（LPS、肽聚糖、磷壁酸和莢膜多糖等大分子）的重要場所細(xì)胞的產(chǎn)能基地。鞭毛著生點(diǎn)和運(yùn)動能量的供給部。 間體間體（mesosome)定義：由細(xì)胞膜內(nèi)褶形成的管狀、層狀或囊狀結(jié)構(gòu)。位置：位于細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)側(cè)或深層、G+菌較明顯。數(shù)量：1幾個(gè)。功能：可能與原核細(xì)胞分裂及某些酶分泌相關(guān)。古生菌的細(xì)胞膜磷脂分子中疏水尾與甘油通過醚鍵相連疏水尾是異戊二烯重復(fù)連接組成的長鏈烴存在單分子層膜或單、雙分子層混合膜Ester bond i

25、n BacteriaEther bond in ArchaeaIsoprene-hydrocarbon in Achaea古生菌的主要類脂和膜結(jié)構(gòu)古生菌的主要類脂和膜結(jié)構(gòu)Figure 26.22Figure 26.22figure 26-22.jpg單雙分子層混合膜 (3) (3)細(xì)胞質(zhì)（細(xì)胞質(zhì)（CytoplasmCytoplasm）和內(nèi)含物和內(nèi)含物(inclusion body)(inclusion body)細(xì)胞質(zhì)（細(xì)胞質(zhì)（CytoplasmCytoplasm）被細(xì)胞膜包圍的除核之外的一切半透明、膠體狀、顆粒狀物質(zhì)。細(xì)胞質(zhì)由水、蛋白質(zhì)、RNA、脂類、少量糖和無機(jī)鹽組成，分可溶性物質(zhì)和內(nèi)含物

26、內(nèi)含物兩部分。細(xì)菌的蛋白質(zhì)合成、脂肪酸合成、糖酵解和核苷酸代謝等都在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行。細(xì)胞內(nèi)形狀較大的顆粒狀構(gòu)造稱內(nèi)含物。內(nèi)含物內(nèi)含物(inclusion body)貯藏物(reserve materials)磁小體(megnetosome)羧酶體(carboxysome)氣泡（gas vacuoles） 一類由某種化學(xué)成分聚集而成的不溶性顆粒，種類如下表：貯藏物(reserve materials)微生物儲藏物的特點(diǎn)及生理功能微生物儲藏物的特點(diǎn)及生理功能1） 不同微生物其儲藏性內(nèi)含物不同2） 微生物合理利用營養(yǎng)物質(zhì)的一種調(diào)節(jié)方式3） 儲藏物以多聚體的形式存在，有利于維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的平衡，避免不適

27、合的pH，滲透壓等的危害4） 儲藏物在細(xì)菌細(xì)胞中大量積累，是重要的自然資源。 聚聚 - - 羥丁酸羥丁酸(poly- - hydroxybutyrate)n106聚羥鏈烷酸(polyhydroxyalkanoate, PHA) 聚羥鏈烷酸有什么用 ？POHOn ( 2 10 6 )HOOHCorynebacterium diphtheriae (Neisser stain)磁小體磁小體(magnetosome)(magnetosome)功能：在外磁場的作用下，借鞭毛引導(dǎo)菌體移至最佳生境(光線、營養(yǎng)與氧溶度最適宜的泥水界面)。趨磁細(xì)菌（Magnetotactic bacterium）？利用磁小體

28、的超微性（納米級）、均勻性和無毒性，生產(chǎn)高清晰、高保真的大容量超高密度磁記錄材料。將抗體固定在磁小體微粒上，定性或定量地檢測多種蛋白抗原。把藥物或抗體等固定在磁小體上，在外磁場的作用下，變成“運(yùn)載火箭”直接轟擊靶區(qū)病灶，從而提高對癌細(xì)胞等的殺傷力。 趨磁細(xì)菌還可望用于廢水處理、發(fā)酵工業(yè)、人體內(nèi)廢物“透析”，加工含鐵食品和飲料等領(lǐng)域已知趨磁細(xì)菌在高新技術(shù)中的用途已知趨磁細(xì)菌在高新技術(shù)中的用途羧酶體羧酶體(carboxysome)(carboxysome) 定義：又稱羧化體, 一些自養(yǎng)菌胞內(nèi)的多角形或六角形內(nèi)含物，大小約10nm, 內(nèi)含1,5二磷酸核酮糖羧化酶，為CO2固定的關(guān)鍵酶Thiobaci

29、llus neapolitanus氣泡氣泡( (gas vacuoles)gas vacuoles)定義：多種水生光能型自養(yǎng)菌產(chǎn)生的泡囊狀含氣內(nèi)含物，大小為 200100075nm，囊內(nèi)有數(shù)排柱形小氣室。囊外包裹一層2nm厚蛋白質(zhì)膜。調(diào)節(jié)細(xì)胞比重, 使其趨于最佳水層采光、取養(yǎng)與氧等。含量：幾個(gè)至數(shù)百個(gè)/胞。（4 4）核區(qū)）核區(qū)(nuclear region)(nuclear region)Feulgen染色，光學(xué)顯微染色，光學(xué)顯微鏡下的鏡下的 E.coli 細(xì)胞細(xì)胞 又稱原核(prokaryon)、擬核（nucleoid）、核質(zhì)體(nuclear body)或核基因組(genome)，每個(gè)細(xì)胞

30、可含有1-4個(gè)核質(zhì)體。 核區(qū)形狀多變。E.coli 細(xì)胞細(xì)胞的擬核電鏡照片的擬核電鏡照片一個(gè)巨大的、高度折疊的環(huán)形雙鏈DNA分子E.coli的DNA總長為1.11.4mm、 約 4300個(gè)基因(4.64Mb)，可產(chǎn)生 1000萬 個(gè)蛋白質(zhì)分子。E.coli 細(xì)胞細(xì)胞的擬核電鏡照片的擬核電鏡照片核區(qū)的結(jié)構(gòu)及組成核區(qū)的結(jié)構(gòu)及組成擬核（擬核（nucleoidnucleoid）生理功能生理功能貯存遺傳信息通過復(fù)制把遺傳信息傳遞給子代通過轉(zhuǎn)錄和翻譯調(diào)控細(xì)胞的全部生命活動 2.2.細(xì)菌細(xì)胞的特殊構(gòu)造細(xì)菌細(xì)胞的特殊構(gòu)造細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)模式圖細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)模式圖（1 1）糖被）糖被(glycocalyx)(glyc

31、ocalyx)定義：覆蓋某些細(xì)菌細(xì)胞壁表面的一層厚度不定的膠狀物質(zhì)。觀察方法：常用負(fù)染色法photomicrograph ofdiplococcus pneumoniae 糖被的主要功能糖被的主要功能保護(hù)作用貯藏養(yǎng)料表面附著作用堆積代謝廢物。研究細(xì)菌糖被的實(shí)際意義研究細(xì)菌糖被的實(shí)際意義用于菌種鑒定用于生產(chǎn)藥物和生化試劑用于生產(chǎn)工業(yè)原料用于污水處理（2 2）鞭毛）鞭毛(flagellum,flagella )長1520m，0.010.02m鞭毛的形態(tài)和存在部位鞭毛的形態(tài)和存在部位觀察和判斷鞭毛存在的方法觀察和判斷鞭毛存在的方法電鏡觀察光鏡觀察(亮視野、暗視野) 培養(yǎng)觀察A electron mi

32、crograph of Pseudomonas fluorescensA electron micrograph of Escherichia coli各種鞭毛細(xì)菌各種鞭毛細(xì)菌Salmonella with a peritrichous arrangement of flagella Monotrichous Flagellum of Vibrio choleraeSpirillum volutans, Polar amphitrichous flagella, Spirillum with Lophotrichous Arrangement of Flagella 基體（basal body

33、）、鉤形鞘(hook)、鞭毛絲(filament)細(xì)菌鞭毛的構(gòu)造細(xì)菌鞭毛的構(gòu)造G G- -細(xì)菌鞭毛的構(gòu)造細(xì)菌鞭毛的構(gòu)造A flagellum is a molecular motor鞭毛運(yùn)動方式的證明鞭毛運(yùn)動方式的證明1974年，美國學(xué)者西佛曼（M.Silverman）和西蒙（M.Simon）設(shè)計(jì)的“栓菌試驗(yàn)”tethered-cell experimentMOTILITY TEST OrganismTest ResultPseudomonas aeruginosaMotile2.Staphylococcus aureusNon-motile3. Bacillus subtilisMotile

34、鞭毛的功能鞭毛的功能鞭毛的功能鞭毛的功能運(yùn)動原核生物實(shí)現(xiàn)其趨性（taxis）即趨向性的最有效方式。趨化作用（chemotaxis）：細(xì)菌對某化學(xué)物質(zhì)敏感，通過運(yùn)動聚集于該物質(zhì)的高濃度區(qū)域或低濃度區(qū)域光趨避運(yùn)動或趨光性（phototaxis）：有的細(xì)菌能區(qū)別不同波長的光而集中在一定波長光區(qū)內(nèi)趨磁運(yùn)動或趨磁性（magnetotaxis），趨磁細(xì)菌根據(jù)磁場方向進(jìn)行分布。鞭毛菌的運(yùn)動方式鞭毛菌的運(yùn)動方式CCW rotation -Run CW rotation - tumbleCCW rotation -runCW rotation -pull物種 速率（米/秒） 體長的倍數(shù)/秒獵豹30.5 25 人

35、（世界記錄）10.44 5.32 細(xì)菌 0.00002-0.00008 20-30 4 4、總、總 結(jié)結(jié)鞭毛由蛋白質(zhì)構(gòu)成，從細(xì)菌細(xì)胞膜生出，穿過細(xì)胞壁，呈波曲形、長絲狀。具有運(yùn)動功能。數(shù)目為一至數(shù)十條，長度一般為1520m，直徑為0.010.02m。根據(jù)鞭毛著生的位置及數(shù)量可將鞭毛細(xì)菌分為單端單生鞭毛菌、單端叢生鞭毛菌、雙端單生鞭毛菌、雙端叢生鞭毛菌和周生鞭毛菌。附附 菌毛（菌毛（fimbria,fimbriaefimbria,fimbriae）又稱纖毛、繖毛等。細(xì)菌體表的纖細(xì)、中空、短直的附屬物，數(shù)量較多(250300條)，結(jié)構(gòu)簡單，常見于 G菌。菌毛使細(xì)菌較牢固地粘連在物體表面。附附 性毛

36、（性毛（pili,piluspili,pilus）(3)(3)芽孢芽孢（spore,endospore)spore,endospore) 芽孢的存在部位及形狀芽孢的存在部位及形狀Bacillus subtilis 炭疽芽孢桿菌炭疽芽孢桿菌SporosarcinaBacillus anthracis脫硫腸狀菌屬(Desulfotomaculum)芽孢在細(xì)胞中的著生位置芽孢在細(xì)胞中的著生位置 芽孢的構(gòu)造芽孢的構(gòu)造及組成及組成1-12 芽孢的功能芽孢的功能芽孢有很強(qiáng)的抗逆性，抗熱、抗干燥、抗輻射、抗化學(xué)藥物和抗靜水壓的能力十分突出，休眠能力驚人 。琥珀中蜜蜂腸道芽孢菌已存活達(dá)琥珀中蜜蜂腸道芽孢菌已存

37、活達(dá)25004000萬年！萬年！Endospore stain of Bacillus megaterium Endospore stain of Clostridium tetani 實(shí)例：實(shí)例：肉毒梭菌的芽孢沸水浴肉毒梭菌的芽孢沸水浴5.09.5h才被殺死才被殺死巨大芽孢菌抗輻射能巨大芽孢菌抗輻射能力為力為E.coli的的36倍倍芽孢的抗熱機(jī)制芽孢的抗熱機(jī)制 滲透調(diào)節(jié)皮層膨脹學(xué)說滲透調(diào)節(jié)皮層膨脹學(xué)說n芽孢衣對多價(jià)陽離子和水分的透性很差，而皮層的離子強(qiáng)度很高，產(chǎn)生極高的滲透壓奪取芽孢核心的水分，結(jié)果造成皮層的充分膨脹，核心部分的細(xì)胞質(zhì)卻變得高度失水，因此就具有極強(qiáng)的耐熱性。DPA-Ca學(xué)說：

38、？學(xué)說：？芽孢的形成芽孢的形成 原核細(xì)胞分化實(shí)例原核細(xì)胞分化實(shí)例Stage DNA軸絲形成Stage 胞膜內(nèi)陷形成前芽孢（forespore）Stage 前芽孢成熟Stage 皮層形成Stage 孢子外殼層形成Stage 芽孢成熟Stage 芽孢釋放芽孢形成的七個(gè)階段 好氧性的芽孢桿菌屬(Bacillus)和厭氧性的梭菌屬(Clostridium) 革蘭氏陽性桿菌。芽孢八疊球菌屬(Sporosarcina) 。螺菌中的孢螺菌屬(Sporospirillum) 。少數(shù)其他桿菌，如芽孢乳桿菌屬（Sporolactobacillus）、脫硫腸狀菌屬(Desulfotomaculum)、考克斯氏體屬(

39、Coxiella)、鼠孢菌屬（Sporomusa）和高溫放線菌屬（Thermoactinomyces）等。芽孢的有無、形態(tài)、大小和著生位置是細(xì)菌分類和鑒定中的重要指標(biāo)。 芽孢菌的種類芽孢菌的種類研究芽孢的意義研究芽孢的意義芽孢的有無、形態(tài)、大小和著生位置是細(xì)菌分類和鑒定中的重要指標(biāo)有利于芽孢細(xì)菌的篩選和保藏作為衡量滅菌程度的最重要的指標(biāo)孢囊（cyst，由固氮菌產(chǎn)生）粘液孢子（myxospore，由粘球菌產(chǎn)生）蛭孢囊(bdellocyst，由蛭弧菌產(chǎn)生)外生孢子(exospore,由嗜甲基細(xì)菌和紅微菌產(chǎn)生) 附：細(xì)菌的其他休眠構(gòu)造附：細(xì)菌的其他休眠構(gòu)造The micrographs shows

40、cysts and cells of Azotobacter vinelandii at 1000 X magnification. The cysts are the phase bright objects, while the cells are darker.棕色固氮菌棕色固氮菌( Azotobacter vinelandii)的營養(yǎng)細(xì)胞和孢囊的營養(yǎng)細(xì)胞和孢囊(cyst)抗干旱但不抗熱芽孢定義：某些細(xì)菌在其生長發(fā)育后期，從細(xì)胞內(nèi)開始分化形成的一個(gè)厚壁的圓形或橢圓形的休眠細(xì)胞。一個(gè)細(xì)胞只形成一個(gè)芽孢，故它無繁殖功能。芽孢有很強(qiáng)的抗逆性，抗熱、抗干燥、抗輻射、抗化學(xué)藥物和抗靜水壓的能力十分

41、突出，休眠能力驚人 。關(guān)于芽孢的總結(jié)伴孢晶體伴孢晶體（parasporal crystalparasporal crystal）Formation of the toxic parasporal crystal in the insect pathogen Bacillus thuringiensis.Electron micrograph of a thin section. 定義：伴隨芽孢形成的一顆菱形的堿溶性蛋白晶體內(nèi)毒素。特點(diǎn)：對蛋白酶類不敏感；不溶于水，易溶于堿性溶劑。毒殺機(jī)理：伴孢晶體 幼蟲口服 伴孢晶體在腸道迅速溶解（中腸 pH 為9.0-10.5） 吸附于上皮細(xì)胞，引起滲透性喪

42、失，腸道穿孔 腸道中的堿性溶液進(jìn)入血液，后者 pH升高，昆蟲全身麻痹而死亡。伴孢晶體的特點(diǎn)及毒殺機(jī)理伴孢晶體的特點(diǎn)及毒殺機(jī)理( (三三) )細(xì)菌的繁殖細(xì)菌的繁殖什么叫繁殖？繁殖的生物學(xué)意義細(xì)菌繁殖的特點(diǎn)細(xì)菌繁殖的方式細(xì)菌繁殖的方式裂殖( fission ) 芽殖( Budding )1.1.裂殖（裂殖（fission）概念：一個(gè)細(xì)胞通過分裂形成子代細(xì)胞的過程一般細(xì)菌均進(jìn)行橫分裂，少數(shù)進(jìn)行縱分裂。裂殖的方式有二分裂、三分裂、復(fù)分裂等類型，見教材P27頁。Binary fission-growth cycleE. coli, dividing by binary fission (TEM x92,

43、750). Caulobacter cell:unequal binary fission Pelodictyon clathratiformeBars = 10 mPelodictyon phaeoclathhratiformePelodictyon cell:trinary fission三維網(wǎng)格狀Bdellovibrio cell:multiple fission1.吸附2.穿透捕獲物的膜壁空間3.蛭質(zhì)體中蛭弧菌的伸長4.捕獲物裂解蛭弧菌蛭弧菌(Bdellovibrio)(Bdellovibrio)吸附吸附和穿透一個(gè)捕食細(xì)胞的步驟和穿透一個(gè)捕食細(xì)胞的步驟芽殖（芽殖（buddingbudd

44、ing） 細(xì)胞表面形成小突起，待其長大后與母細(xì)胞相互分離的一種繁殖方式，此類細(xì)菌統(tǒng)稱芽生細(xì)菌（budding bacteria）。 芽生細(xì)菌包括芽生桿菌屬；生絲微菌屬；生絲單胞菌屬；硝化桿菌屬；紅微菌屬等。Photomicrographs of cells of HyphomicrobiumAn electron micrograph of Planctomyces maris海洋浮霉?fàn)罹?二、細(xì)菌的群體形態(tài)二、細(xì)菌的群體形態(tài) ( (一一) )固體培養(yǎng)時(shí)的形態(tài)固體培養(yǎng)時(shí)的形態(tài)菌落、菌苔？菌落、菌苔？個(gè)體形態(tài)與菌落形態(tài)的相關(guān)性？菌落形態(tài)特征:較粘稠、濕潤、光滑、透明、易挑取、質(zhì)地均勻、正反面顏色

45、一致Bacterial colonies growing on a plate of nutrient agar原因：非絲狀單細(xì)胞生物的集合，其細(xì)胞間隙中充滿毛細(xì)管水。菌落形態(tài)菌落形態(tài)( (二二) )在半固體培養(yǎng)基內(nèi)的群體形態(tài)( (三三) )液體培養(yǎng)時(shí)的群體形態(tài)液體培養(yǎng)時(shí)的群體形態(tài)Terms to described growth patterns of bacterial cultures in broth:1. uniform turbidity, or diffuse growth2. flocculent (clumps)3. sediment4. ring or pellicle g

46、rowth on surfaceLeft to Right:Pellicle on surfaceSediment (on the bottom, which is hard to see in this photo)Uniform Turbiditywithout growth第二節(jié)：放線菌第二節(jié)：放線菌(Actinomyces)定義：一類呈絲狀生長、以孢子繁殖的革蘭氏陽性真細(xì)菌。分類學(xué)上位置真細(xì)菌界，厚壁菌門，放線細(xì)菌組，放線細(xì)菌綱，放線菌目伯杰氏系統(tǒng)細(xì)菌學(xué)手冊第二版 原核；大小相近；胞壁成分相同；鞭毛類型相同；噬菌體形狀相似；最適生長pH相近；DNA重組方式相同；核糖體同為70s ；對溶

47、菌酶、抗生素的敏感性相同。為什么把放線菌歸為真細(xì)菌？抗生素的主要產(chǎn)生菌；固氮：弗蘭克氏放線菌屬；生產(chǎn)維生素、酶制制；參與堆肥腐解，有機(jī)質(zhì)礦化；人和動植物的致病菌； 此外，在甾體轉(zhuǎn)化、石油脫蠟、烴類發(fā)酵、污水處理等方面也有應(yīng)用。放線菌與人類關(guān)系：放線菌與人類關(guān)系：一、一、 放線菌的放線菌的形態(tài)構(gòu)造形態(tài)構(gòu)造個(gè)體為分枝絲狀體菌絲體,由分枝發(fā)達(dá)的菌絲組成,菌絲直徑與桿菌類似，約1m原核細(xì)胞結(jié)構(gòu)，多核以產(chǎn)生分生孢子或菌絲斷裂進(jìn)行繁殖（一）典型放線菌（一）典型放線菌鏈霉菌的形態(tài)構(gòu)造鏈霉菌的形態(tài)構(gòu)造固體培養(yǎng)時(shí)的形態(tài)構(gòu)造:垂直垂直單輪單輪( (無螺旋無螺旋) )彎曲彎曲叢生叢生松環(huán)、初級螺旋松環(huán)、初級螺旋鉤狀

48、鉤狀松螺旋松螺旋緊螺旋緊螺旋單輪單輪( (有螺旋有螺旋) )雙輪雙輪( (無螺旋無螺旋) )雙輪雙輪( (有螺旋有螺旋) )鏈霉菌的各種孢子絲形態(tài)電鏡下的孢子絲與孢子鏈Photomicrographs of several spore-bearing structures of actinomycetes. (a) Streptomyces,a monoverticillate type. (b) Streptomyces, a spiral type. Filaments are about 0.8 um wide in both cases.abStreptomyces plicatosp

49、orus Streptomyces avermitilis Streptosporangium nondiaststicumHerbidospora cretacea1.基質(zhì)菌絲斷裂產(chǎn)生桿菌狀分生孢子的放線菌（二）其他放線菌特有的形態(tài)構(gòu)造（二）其他放線菌特有的形態(tài)構(gòu)造Nocardia（諾卡氏菌屬）（諾卡氏菌屬）2.菌絲頂端形成少量孢子的放線菌菌絲頂端形成少量孢子的放線菌Micromonospora(小單小單孢菌屬孢菌屬)Microbispora(小雙孢菌屬小雙孢菌屬)MicrotetrasporaStreptosporangium（孢囊鏈霉菌屬）（孢囊鏈霉菌屬）Streptosporangiu

50、m nondiaststicum3.產(chǎn)生孢囊孢子的放線菌產(chǎn)生孢囊孢子的放線菌4.由孢囊產(chǎn)生游動孢由孢囊產(chǎn)生游動孢囊孢子的放線菌囊孢子的放線菌ActinoplanesSporangial development in Actinoplanes二、放線菌的繁殖二、放線菌的繁殖固體培養(yǎng)時(shí)孢子和菌絲片段繁殖液體培養(yǎng)時(shí)菌絲片段繁殖1、孢子繁殖孢子絲分化形成 著生在孢子梗上的分生孢子 1.孢子絲的兩核間形成橫隔；2.沿橫隔斷裂而形成孢子；3. 孢子分離電鏡超薄切片觀察表明孢子絲以橫割分裂方式進(jìn)行細(xì)胞分裂形成孢子 ( 無凝聚分裂 )。孢子絲分化形成孢子的方式孢子絲分化形成孢子的方式橫隔分裂橫隔分裂放線菌孢子

51、的形態(tài)學(xué)特征三、放線菌的生活史四、放線菌的群體特征四、放線菌的群體特征菌落大小與細(xì)菌相仿菌絲體與培養(yǎng)基結(jié)合緊密質(zhì)地致密、表面干燥、皺褶，成熟菌落呈粉狀 （一）在固體培養(yǎng)基上（一）在固體培養(yǎng)基上（二）（二）液體培養(yǎng)中液體培養(yǎng)中靜止時(shí)成膜攪拌時(shí)液清不混而成球或球沉底現(xiàn)象等。 五、工業(yè)上常用的放線菌五、工業(yè)上常用的放線菌 鏈霉菌屬 Streptomyces 生產(chǎn)抗生素、維生素、酶及酶抑制劑 諾卡氏菌屬 Nocardia 生產(chǎn)抗生素，石油脫蠟、烴類發(fā)酵， 處理含氰廢水 小單孢菌屬 Micromonospora 慶大霉素孢囊鏈霉菌屬 Streptosporanium 多霉素第三節(jié)第三節(jié) 藍(lán)細(xì)菌藍(lán)細(xì)菌(C

52、yanobacteria)(Cyanobacteria) Architects of earths atmosphere一、概述：1、定義：藍(lán)細(xì)菌是一類含有葉綠素a，無鞭毛，具有放氧性光合作用的大型原核生物2、分布：廣泛分布于河流、湖泊、海洋及各類植物葉腔中，具有固氮能力和強(qiáng)抗干旱能力，因此可在沙質(zhì)海灘及荒漠上找到，因此又有“先鋒生物”的美稱。二、藍(lán)細(xì)菌的形態(tài)1、單細(xì)胞球狀或桿狀：直徑310m，裂殖后，子細(xì)胞立即分離。2、單細(xì)胞群體：裂殖，分裂面多個(gè)并且不規(guī)則，子細(xì)胞包含在同一個(gè)膠質(zhì)鞘中，形成群體。3、絲狀體：在一個(gè)平面反復(fù)裂殖，子細(xì)胞連成絲狀，稱“藻絲” ，加上衣鞘，稱“絲狀體” 。Gloe

53、othecea sp第一群：色球藍(lán)細(xì)菌群 二分裂成單細(xì)胞第二群：厚球藍(lán)細(xì)菌群 復(fù)分裂成單細(xì)胞Dermocarpa第三群：無異形胞絲狀藍(lán)細(xì)菌群 無異形胞的菌絲Oscillatoria princeps200 x最大藍(lán)細(xì)菌最大藍(lán)細(xì)菌Oscillatoriaanabaena第四群：有異形胞絲狀藍(lán)細(xì)菌群 含異形胞的菌絲第五群：多分裂的有異形胞絲狀藍(lán)細(xì)菌群 分枝狀菌絲三、藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)藍(lán)細(xì)菌肽類囊體藻膽素雙層壁：同于G-細(xì)菌、細(xì)胞壁含肽聚糖與外壁膜粘質(zhì)糖被或鞘：許多藍(lán)細(xì)菌分泌粘質(zhì)構(gòu)成糖被或絲狀體的鞘 , 營集聚與滑行運(yùn)動。類囊體(thylakoid) ：是光合作用的部位，平行于細(xì)胞膜，含葉

54、綠素a和藻膽素等光合色素儲藏物：細(xì)胞內(nèi)有各種功能的內(nèi)含物。如羧酶體與氣泡，糖原、PHB有和藍(lán)細(xì)菌肽及聚磷酸鹽等。特殊脂肪酸：常含2幾個(gè)雙鍵的不飽和脂肪酸(一般原核生物只含飽和或單雙鍵的不飽和脂肪酸)四、藍(lán)細(xì)菌的特化細(xì)胞藍(lán)細(xì)菌的特化細(xì)胞異形胞(heterocyst) 靜息孢子(akinete)鏈絲段(hormogonium)內(nèi)孢子位于細(xì)胞鏈的中間或末端，大、壁厚、色淺、固氮，只具PSHeterocysts in the cyanobacterium Anabaena sp. Heterocysts are the sole site of nitrogen fixation in heterocystous cyanobacteria（1 1） 異形胞（異形胞（Heterocysts）（2 2）靜息孢子（）靜息孢子（