第三章原核微生物細(xì)菌

這個世界是它們的，這個世界也是我們的。歸根結(jié)底，這個世界是它們的。因?yàn)檫B我們都是它們的。本文檔共75頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分第一節(jié)細(xì)菌

細(xì)菌形態(tài)

細(xì)菌結(jié)構(gòu)

細(xì)菌繁殖

細(xì)菌培養(yǎng)特征

細(xì)菌電化學(xué)性質(zhì)及染色

水處理中常見菌屬本文檔共75頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分

細(xì)菌(bacterium)

廣義——所有原核細(xì)胞型微生物:藍(lán)藻門/藍(lán)綠細(xì)菌

細(xì)菌門真細(xì)菌綱真細(xì)菌亞綱

放線菌亞綱

粘細(xì)菌綱

立克次氏體綱

螺旋體綱

支原體綱

狹義——專指其中的細(xì)菌本文檔共75頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分細(xì)菌形態(tài)觀察細(xì)菌常用光鏡，以微米(μm)為單位。細(xì)菌的形態(tài)主要有球菌桿菌螺形菌本文檔共75頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分球菌(coccus)腦膜炎奈瑟菌雙球菌肺炎鏈球菌本文檔共75頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分鏈球菌球菌(coccus)本文檔共75頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分球菌(coccus)葡萄球菌本文檔共75頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分球菌(coccus)四聯(lián)球菌本文檔共75頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分球菌(coccus)八疊球菌本文檔共75頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分桿菌(bacillus)桿菌的大小不一炭疽芽胞桿菌3-10μm大中大腸埃希菌2-3μm小布魯菌0.6-1.5μm本文檔共75頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分桿菌的形態(tài)多樣桿菌(bacillus)炭疽芽胞桿菌白喉棒狀桿菌本文檔共75頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分桿菌(bacillus)桿菌的形態(tài)多樣分枝桿菌雙歧桿菌本文檔共75頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分螺形菌(spiralbacterium)弧菌螺菌絲狀菌本文檔共75頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分本文檔共75頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分細(xì)菌的結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、核質(zhì)特殊結(jié)構(gòu)莢膜、鞭毛、菌毛、芽胞本文檔共75頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分

細(xì)胞壁cellwall

1.化學(xué)組分聚糖骨架

肽聚糖peptidoglycan

四肽側(cè)鏈

G+菌五肽交聯(lián)橋

磷壁酸t(yī)eichoicacid

膜/壁磷壁酸

肽聚糖peptidoglycan

1-2薄層

脂多糖lipopolysaccharide,LPS

G-

菌脂質(zhì)雙層：內(nèi)有OMP外膜脂蛋白

位于細(xì)菌細(xì)胞最外層，包繞在細(xì)胞膜周圍，無色透明、堅(jiān)韌而富有彈性的膜狀結(jié)構(gòu)。厚度約12～30nm。本文檔共75頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分革蘭陽性菌肽聚糖（三維立體結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)板書青霉素作用點(diǎn)溶菌酶作用點(diǎn)N-乙酰葡糖胺N-乙酰胞壁酸本文檔共75頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××MMMMMMMMMMMMGGGGGGGGGGGGabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdG+菌的肽聚糖結(jié)構(gòu)：G+菌——由聚糖骨架、四肽側(cè)鏈和五肽交聯(lián)橋三部分組成本文檔共75頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分

磷壁酸為革蘭陽性菌特有成分，是由核糖醇或甘油殘基經(jīng)磷酸二酯鍵互相連接而成的多聚物。分子結(jié)構(gòu)板書磷壁酸本文檔共75頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分革蘭陽性菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)本文檔共75頁；當(dāng)前第20頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分G+菌的特殊組分:磷壁酸及一些表面蛋白膜磷壁酸壁磷壁酸肽聚糖細(xì)胞膜磷脂蛋白質(zhì)細(xì)胞壁本文檔共75頁；當(dāng)前第21頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分本文檔共75頁；當(dāng)前第22頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分革蘭陰性菌肽聚糖聚糖骨架

四肽側(cè)鏈2.革蘭陰性菌肽聚糖（二維平面結(jié)構(gòu)）本文檔共75頁；當(dāng)前第23頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分G-菌肽聚糖結(jié)構(gòu)本文檔共75頁；當(dāng)前第24頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分丙MGGGDAPMG丙丙丙谷谷DAPG-菌——由聚糖骨架、四肽側(cè)鏈兩部分組成。G-菌的肽聚糖結(jié)構(gòu)本文檔共75頁；當(dāng)前第25頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分外膜位于肽聚糖外側(cè)外膜

脂蛋白連接肽聚糖與脂質(zhì)雙層脂質(zhì)雙層結(jié)構(gòu)類似細(xì)胞膜脂多糖即革蘭陰性菌內(nèi)毒素革蘭陰性菌細(xì)胞壁特殊組分——外膜本文檔共75頁；當(dāng)前第26頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分外膜蛋白：與致病性和耐藥性有關(guān)。脂多糖：是革蘭陰性細(xì)菌重要致病物質(zhì)，稱內(nèi)毒素。脂多糖由脂質(zhì)A(lipidA)、核心多糖、特異多糖組成，其中脂質(zhì)A是內(nèi)毒素的主要毒性部分。核心多糖有屬特異性，特異多糖有種特異性，是革蘭陰性菌分類的物質(zhì)基礎(chǔ)。

本文檔共75頁；當(dāng)前第27頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分脂質(zhì)雙層G-菌的特殊組分:外膜細(xì)胞膜肽聚糖微孔蛋白

脂多糖脂蛋白營養(yǎng)結(jié)合蛋白外膜本文檔共75頁；當(dāng)前第28頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分脂質(zhì)雙層脂多糖(LPS):由脂質(zhì)A,核心多糖和特異性多糖組成脂質(zhì)A:內(nèi)毒素生物活性主要組分,無種屬特異性核心多糖:有屬特異性特異多糖:G-菌的菌體抗原(O抗原),

有種特異性本文檔共75頁；當(dāng)前第29頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分脂多糖結(jié)構(gòu)模式圖本文檔共75頁；當(dāng)前第30頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分革蘭陰性菌細(xì)胞壁特殊組分——外膜

本文檔共75頁；當(dāng)前第31頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分革蘭陰性菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)本文檔共75頁；當(dāng)前第32頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分本文檔共75頁；當(dāng)前第33頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分維持細(xì)菌體固有的形態(tài)保護(hù)細(xì)菌抵抗低滲環(huán)境參與菌體內(nèi)外的物質(zhì)交換菌體表面帶有多種抗原分子

細(xì)胞壁的功能本文檔共75頁；當(dāng)前第34頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分G+菌與G-菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)比較:細(xì)胞壁G+菌G-菌強(qiáng)度厚度肽聚糖層數(shù)肽聚糖含量糖類含量脂類含量磷壁酸外膜較堅(jiān)韌20-80nm可多達(dá)50層占細(xì)胞壁干重50-80%約45%1%-4%+-較疏松10-15nm1-2層占細(xì)胞壁干重5-20%15%-20%11%-22%-+本文檔共75頁；當(dāng)前第35頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分細(xì)菌細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與真核細(xì)胞膜基本相同，由磷脂和多種蛋白質(zhì)組成，但不含膽固醇細(xì)菌細(xì)胞膜的功能與真核細(xì)胞膜功能類似，主要有物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、生物合成、分泌和呼吸等作用。真核生物沒有此類蛋白細(xì)胞膜(cellmembrane)本文檔共75頁；當(dāng)前第36頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分細(xì)胞膜主要由脂質(zhì)，多糖以及蛋白質(zhì)構(gòu)成。這些結(jié)構(gòu)的特殊理化性質(zhì)，可幫助細(xì)菌選擇性地允許物質(zhì)通過。比如細(xì)胞膜上的某些特殊的蛋白，像跨海隧道一樣，是某些關(guān)鍵物質(zhì)進(jìn)出細(xì)菌的高速公路；又比如某些細(xì)胞膜上的微孔，像城墻上的射擊孔一般，細(xì)菌通過它將合成的水解酶分泌出去，把一些不能輕易吸收的有機(jī)大分子，分解為便于吸收的小分子。除了作為內(nèi)外環(huán)境的屏障和通道，細(xì)胞膜還是細(xì)菌合成多種物質(zhì)的場所。在這個忙碌的裝配車間，前面提到的各種細(xì)胞壁的化學(xué)成分，比如肽聚糖、磷壁酸、脂多糖等等，有條不紊地合成著。那些通過氧化合成來提供能量的細(xì)菌，在細(xì)胞膜上鑲嵌著一系列的酶。這些酶按部就班將營養(yǎng)物質(zhì)一點(diǎn)點(diǎn)地和氧結(jié)合。在這個氧化過程中釋放來的化學(xué)能，會被細(xì)菌進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為自己最常用的能量形式。這些能源，像能量塊一樣，源源不斷的提供給細(xì)菌的其他部門，供其完成各種各樣的生命行為。這種氧化呼吸酶系的特殊能力，科學(xué)家稱之為細(xì)胞的呼吸作用本文檔共75頁；當(dāng)前第37頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分核糖體(ribosome)：細(xì)菌合成蛋白質(zhì)的場所。質(zhì)粒(plasmid)：染色體外的遺傳物質(zhì)。異染顆粒(metachromaticgranule)。細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中含有多種顆粒，大多為貯藏的營養(yǎng)物質(zhì)。其中有一種主要成分是RNA和多偏磷酸鹽的顆粒，嗜堿性強(qiáng)，用亞甲藍(lán)染色時(shí)著色較深呈紫色，稱為異染顆粒。細(xì)胞質(zhì)(cytoplasm)本文檔共75頁；當(dāng)前第38頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分本文檔共75頁；當(dāng)前第39頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分本文檔共75頁；當(dāng)前第40頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分本文檔共75頁；當(dāng)前第41頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分盡管細(xì)胞壁和細(xì)胞膜似乎缺乏鮮活的氣息，在它們深處，其實(shí)是一個繁忙而有序、欣欣向榮的世界。在奇妙的細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)，是充滿膠狀物質(zhì)的空間——細(xì)胞漿，這里是細(xì)菌進(jìn)行生命活動的最主要場所。這個亂七八糟的地方，雜亂堆放著細(xì)菌之城的全部：水、無機(jī)鹽、有機(jī)鹽、核酸、蛋白質(zhì)和脂類，有時(shí)還有一點(diǎn)糖。這既是細(xì)菌最重要的工業(yè)中心，參與細(xì)菌體內(nèi)物質(zhì)的合成和分解，同時(shí)又是生命活動的原料倉庫，還是大部分勞動產(chǎn)品的展覽廳。從結(jié)構(gòu)上來說，支撐這個空間的是橫七豎八的細(xì)胞骨架蛋白。這些蛋白棍兒從這邊的細(xì)胞膜延伸到那邊，縱橫交錯，維持著細(xì)菌的外部形態(tài)。很難想象一座完工的城市里還遍布著腳手架，但是，細(xì)菌看來絲毫不在乎。本文檔共75頁；當(dāng)前第42頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分本文檔共75頁；當(dāng)前第43頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分核質(zhì)(nuclearmaterial)核質(zhì)由單一密閉環(huán)狀DNA分子反復(fù)回旋卷曲盤繞組成松散網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)核質(zhì)決定細(xì)菌各種遺傳性狀細(xì)菌的遺傳物質(zhì)稱為核質(zhì)或擬核本文檔共75頁；當(dāng)前第44頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分盡管核質(zhì)是最為主要的遺傳物質(zhì)，是細(xì)菌全部功能形態(tài)的總庫，是它們幾十億年歷史的濃縮，這條反復(fù)回旋盤繞著的雙股環(huán)狀DNA分子，在胞漿中自由沉浮，沒有隔絕，也沒有禁錮，和繁忙的核糖體、各種營養(yǎng)顆粒、以及時(shí)刻等待流氓時(shí)刻來臨的質(zhì)粒打成一片。核質(zhì)攜帶著細(xì)菌每一個角落的設(shè)計(jì)構(gòu)想，調(diào)節(jié)細(xì)菌每一個時(shí)刻的生理狀況，它管理著細(xì)菌的全部生命活動，而細(xì)菌中的每一個分子都緊密圍繞在它的周圍。本文檔共75頁；當(dāng)前第45頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分特殊結(jié)構(gòu)（一）莢膜(capsule)

莢膜：某些細(xì)菌在其細(xì)胞壁外包繞一層粘液性物質(zhì)，當(dāng)其厚度>=0.2μm，邊界明顯，光鏡下可見時(shí)，稱為莢膜。厚度<0.2μm者稱為微莢膜。用理化方法去除后并不影響細(xì)胞的生命活動。肺炎鏈球菌莢膜莢膜本文檔共75頁；當(dāng)前第46頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分這個圖片可能是兩個有莢膜的家伙在交換心得本文檔共75頁；當(dāng)前第47頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分成分是多糖或多肽具有抗原性一般在動物體內(nèi)或含營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基中易形成莢膜，在普通培養(yǎng)基上或連續(xù)傳代則易消失1.莢膜的化學(xué)組成本文檔共75頁；當(dāng)前第48頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分抗吞噬作用粘附作用抗有害物質(zhì)的損傷作用微莢膜與莢膜具有相同的功能2.莢膜的功能本文檔共75頁；當(dāng)前第49頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分（二）鞭毛(flagellum)許多細(xì)菌在菌體上附有細(xì)長并呈波狀彎曲的絲狀物，稱為鞭毛，是細(xì)菌的運(yùn)動器官，成分為鞭毛蛋白本文檔共75頁；當(dāng)前第50頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分如果我是一個細(xì)菌，我所能想象出的簡單和高效并重的運(yùn)動模式，大概不可能比鞭毛更好。鞭毛的構(gòu)造非常簡單，核心結(jié)構(gòu)只是一些蛋白質(zhì)，可是它的運(yùn)動方式卻非常高效。一束鞭毛以整體為單位螺旋波動，像螺旋槳一樣推動著細(xì)菌“滾滾向前”。就像動植物界有著多種多樣的飛行方式一樣，各種細(xì)菌也紛紛掌握了獨(dú)具特色的運(yùn)動模式。在上面的這頭細(xì)菌瘋狂飆車的同時(shí)，梅毒螺旋體在液體中螺旋蜿蜒，滑翔菌靠滑膩的粘液滑行，趨磁菌沿著磁力線的方向艱難前進(jìn)，大腸桿菌正輾轉(zhuǎn)騰挪著本文檔共75頁；當(dāng)前第51頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分1.鞭毛菌分類單毛菌雙毛菌叢毛菌周毛菌本文檔共75頁；當(dāng)前第52頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分電子顯微鏡下的細(xì)菌鞭毛本文檔共75頁；當(dāng)前第53頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分傷寒桿菌的周身鞭毛菌體鞭毛本文檔共75頁；當(dāng)前第54頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分本文檔共75頁；當(dāng)前第55頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分鞭毛是運(yùn)動器官鞭毛有抗原性，稱為鞭毛抗原（H抗原有些細(xì)菌的鞭毛與致病性有關(guān)2.鞭毛的功能本文檔共75頁；當(dāng)前第56頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分

菌毛：許多革蘭陰性菌和少數(shù)革蘭陽性菌菌體表面存在著一種比鞭毛更細(xì)、更短而直硬的絲狀物，與細(xì)菌的運(yùn)動無關(guān)。菌毛的成分是菌毛蛋白，具有抗原性。（三）菌毛(filus/fimbriae)本文檔共75頁；當(dāng)前第57頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分普通菌毛遍布菌細(xì)胞表面，多達(dá)數(shù)百根普通菌毛是細(xì)菌的粘附結(jié)構(gòu)，能與宿主細(xì)胞表面的特異性受體結(jié)合，是細(xì)菌感染的第一步1.普通菌毛(ordinarypilus)本文檔共75頁；當(dāng)前第58頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分?jǐn)?shù)量少，1-4根，比普通菌毛長而粗，中空呈管狀，性菌毛由F質(zhì)粒編碼，故又稱F菌毛2.性菌毛(sexpilus)本文檔共75頁；當(dāng)前第59頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分芽胞：某些細(xì)菌在菌體內(nèi)部形成一個圓形或卵圓形小體。芽胞折光性強(qiáng)、壁厚、不易著色，經(jīng)特殊染色光鏡下可見（四）芽胞(spore)本文檔共75頁；當(dāng)前第60頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分芽胞的大小、形狀、位置等隨菌種而異，有重要的鑒別意義。炭疽芽胞桿菌肉毒梭菌破傷風(fēng)梭菌本文檔共75頁；當(dāng)前第61頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分細(xì)菌形成芽胞的能力是由菌體內(nèi)的芽胞基因決定的，其形成條件因菌種而異。一個細(xì)菌只形成一個芽胞，一個芽胞發(fā)芽也只生成一個菌體，因而芽胞不是細(xì)菌的繁殖方式。與芽胞相比，未形成芽胞而具有繁殖能力的菌體可稱為繁殖體(vegetativeform)。1.芽胞的形成與發(fā)芽本文檔共75頁；當(dāng)前第62頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分2.芽胞的結(jié)構(gòu)芽孢由多層膜結(jié)構(gòu)組成，保存細(xì)菌的全部生命活動的物質(zhì)。本文檔共75頁；當(dāng)前第63頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分芽胞的大小、形狀、位置等隨菌種而異，有鑒別細(xì)菌的意義芽胞抵抗力強(qiáng)，故應(yīng)以殺滅芽胞作為可靠的滅菌指標(biāo)。3.芽胞的意義本文檔共75頁；當(dāng)前第64頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分（一）無性生殖細(xì)菌的繁殖方式很多，主要是以無性的二分裂繁殖細(xì)菌的繁殖本文檔共75頁；當(dāng)前第65頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分形成橫隔，尚未分裂的球菌本文檔共75頁；當(dāng)前第66頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分大腸桿菌(二)有性生殖研究表明各類細(xì)菌普遍具有有性生殖能力

雌雄性菌毛1．質(zhì)粒復(fù)制轉(zhuǎn)移細(xì)菌等原核生物質(zhì)粒染色體本文檔共75頁；當(dāng)前第67頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分2．部分染色體復(fù)制轉(zhuǎn)移極少數(shù)個體可以進(jìn)行，大約只占0.1~1%。但這卻有著十分重要的生物學(xué)意義。提問：有性生殖意義何在呢？種內(nèi)進(jìn)化、種間合作共生特有的抗性基因可以傳遞給另一些種類的細(xì)菌；本文檔共75頁；當(dāng)前第68頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分定義——固體培養(yǎng)基上的各種菌類的“村落”。固體培養(yǎng)基——固體狀態(tài)的培養(yǎng)細(xì)菌的基質(zhì)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。細(xì)菌培養(yǎng)特征

向“營養(yǎng)湯”中加入瓊脂(約2％)加熱到100℃，然后再冷卻就制成了人工固體培養(yǎng)基。常用的固體培養(yǎng)基容器稱為培養(yǎng)皿。本文檔共75頁；當(dāng)前第69頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分培養(yǎng)皿通常稱平板細(xì)菌在培養(yǎng)基上生長，會形成各種顏色和外觀的菌落。純化的菌落是菌種鑒定、通過誘變技術(shù)或基因工程改良的前提。單菌落（純菌落）本文檔共75頁；當(dāng)前第70頁；編輯于星期三\9點(diǎn)59分菌落形態(tài)菌落的特征主要由各種微生物特殊的遺傳特性決定，同時(shí)也與培養(yǎng)基成分及培養(yǎng)條件有關(guān)當(dāng)固定培養(yǎng)基成分及培養(yǎng)條件相同時(shí)，不同種類微生物形成