2.1-原核微生物

1、2.1 原核微生物,原核微生物,1.原核微生物的特點 1）沒有發(fā)育完全的核，DNA高度折疊 為核區(qū)，擬核； 2）沒有細胞器，細胞膜內(nèi)陷形成不規(guī) 則泡沫結(jié)構(gòu)體系； 3）不進行有絲分裂。,2.本章授課重點細菌、放線菌、藍細菌,第一節(jié) 細菌（bacteria）,一、細胞的形態(tài)構(gòu)造及其功能,（一）形態(tài)和染色,球狀,桿狀,螺旋狀,,基本形態(tài),一、細胞的形態(tài)和大小,（一）細菌形態(tài),1、球狀,細

2、胞個體呈球形或橢圓形，不同種的球菌在細胞分裂時會形成不同的空間排列方式，常被作為分類依據(jù)。分有：單球菌、雙球菌（肺炎球菌）、四聯(lián)球菌、八疊球菌（甲烷球菌）、鏈球菌、葡萄球菌。,一、細胞的形態(tài)構(gòu)造及其功能,（一）細菌的形態(tài),2、桿狀,細胞呈桿狀或圓柱形，一般其粗細（直徑）比較穩(wěn)定，而長度則常因培養(yǎng)時間、培養(yǎng)條件不同而有較大變化。分有：單桿菌、雙桿菌、鏈桿菌和球桿菌。,炭疽病的病原菌 -------炭疽桿菌,一、細胞的形態(tài)

3、和大小,（一）細菌形態(tài),3、螺旋菌,螺旋菌呈螺旋卷曲狀，螺紋不滿一圈的稱為弧菌。,一、細胞的形態(tài)構(gòu)造及其功能,（一）形態(tài)和染色,3、螺旋狀,弧菌,螺旋菌,螺旋體菌,弧菌：,菌體只有一個彎曲，其程度不足一圈，形似“C”字或逗號，鞭毛偏端生。,蛭弧菌,霍亂弧菌,螺旋菌：,菌體回轉(zhuǎn)如螺旋，螺旋數(shù)目和螺距大小因種而異。鞭毛二端生細胞壁堅韌，菌體較硬。,二、細胞的結(jié)構(gòu),一般結(jié)構(gòu)：細菌都有的構(gòu)造,特殊結(jié)構(gòu)：部分細菌具有的或一般細菌在特殊

4、環(huán)境下才有的,1、細菌細胞的一般構(gòu)造,細胞壁（cell wall）是位于細胞體表最外層，內(nèi)側(cè)緊貼細胞膜的一層較為堅韌且略具彈性的細胞結(jié)構(gòu)。約占干重的10－25%。,1）細胞壁（cell　wall),不同細菌的細胞壁化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)不同，通過革蘭氏染色法可將所有的細菌分為革蘭氏陽性菌（G+）和革蘭氏陰性菌（G－）。,細菌是單細胞結(jié)構(gòu)。,(1)革蘭氏陽性菌（G+）的細胞壁成分,G+菌細胞壁化學(xué)組成以肽聚糖(peptidoglycan)為主。這

5、是原核微生物所特有的成份，占細胞壁物質(zhì)總量的40～90%。 另外還含有磷壁酸及少量的蛋白質(zhì)和脂肪。,G+菌細胞壁較厚，約為20～80nm，結(jié)構(gòu)簡單。,磷壁酸又名垣酸，是大多數(shù)G+菌所特有的成分，約占細胞壁成分的10%。,(2)革蘭氏陰性菌（ G—）的細胞壁成分,主要成份為：脂多糖、磷脂、脂蛋白、肽聚糖，G－有肽聚糖，僅占細胞壁干重的5-10%。,,G—細胞壁很薄，厚度約為10nm，但它的組成和結(jié)構(gòu)比G+更復(fù)雜。分為外壁和內(nèi)壁

6、。其中，外壁又可分為三層：最外層為脂多糖，中間層為磷脂層，內(nèi)層為脂蛋白。,(3)G+ 細菌與G -細菌細胞壁的比較,總結(jié)：1.G+菌具有大量的肽聚糖，獨含磷壁酸，不含脂多糖；2. G-菌含有少量的肽聚糖，獨含脂多糖，蛋白質(zhì)含量較多，不含磷壁酸。,細胞壁的生理功能,1.保護原生質(zhì)體免受滲透壓引起的破裂作用；2.維持細菌的形態(tài)。溶菌酶處理不同形態(tài)的菌體細胞壁后，菌體均呈球狀。3.細胞壁為多孔結(jié)構(gòu)的分子篩，可以阻擋某些分子的進入

7、。4.細胞壁為鞭毛提供支點，使鞭毛運動。,2）、細胞膜,（1）細胞概念：,細胞質(zhì)膜（cytoplasmic membrane），又稱質(zhì)膜（plasma membrane）、細胞膜（cell membrane）或內(nèi)膜（inner membrane），是緊貼在細胞壁內(nèi)側(cè)、包圍著細胞質(zhì)的一層柔軟、脆弱、富有彈性的半透性薄膜，厚約7～8Nm。約占細菌體重的10％左右。,（2）細胞膜的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)模型：,細胞膜的化學(xué)組成主要為蛋白質(zhì)

8、、脂類和多糖。蛋白質(zhì)（占50%～70%）脂類為磷脂（占20%～30%）多糖約占2％。,（2）細胞膜的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)模型：,親水的極性端,,疏水的非極性端,,（3）細胞膜的生理功能：,①是維持細胞內(nèi)正常滲透壓的屏障；選擇性地控制細胞內(nèi)、外的營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的運送；,②含有合成細胞壁和形成橫膈膜組分的酶，合成細胞壁重要基地；,③膜內(nèi)陷形成中間體，含有葉綠素，參與光合作用。,（3）細胞膜的生理功能：,④膜上含有氧化磷酸化、NADH脫氫

9、酶等能量代謝的酶系，在細胞質(zhì)膜上進行物質(zhì)代謝和能量代謝，是細胞的產(chǎn)能場所；,⑤細胞質(zhì)膜上有鞭毛基粒，是鞭毛基體的著生部位和鞭毛旋轉(zhuǎn)的供能部位；,細胞質(zhì)的主要成分為核糖體、內(nèi)含顆粒、多種酶類和中間代謝物、質(zhì)粒、各種營養(yǎng)物和大分子的單體等。,3）、細胞質(zhì)和內(nèi)含物,（1）概念：,細胞質(zhì)（cytoplasm）是細胞質(zhì)膜包圍的除核區(qū)外的一切半透明、膠狀、顆粒狀物質(zhì)的總稱。含水量約80%。,核糖體是細胞質(zhì)中的一種核糖核蛋白的顆粒狀物質(zhì)，由核糖

10、核酸RNA(60%)和蛋白質(zhì)(40%)組成，常以游離狀態(tài)或多聚核糖狀態(tài)分布于細胞質(zhì)中。它是蛋白質(zhì)的合成場所。,(2)核糖體(ribosome),（3）貯藏物(reserve materials)：即內(nèi)含顆粒,貯藏物是一類由不同化學(xué)成分累積而成的不溶性沉淀顆粒。當(dāng)細菌生長到成熟階段，因營養(yǎng)過剩而形成。主要功能是貯存營養(yǎng)物。,①異染粒(metachromatic granules)因其可用藍色的染料（甲苯胺藍或甲烯藍）顆粒大小為0.5～

11、1.0μm，是無機偏磷酸的聚合物，一般在含磷豐富的環(huán)境下形成。功能是貯藏磷元素和能量，當(dāng)老齡細菌中，異染粒常被用作碳源和磷源。,②聚-β-羥丁酸(poly-β-hydroxybutyrate, PHB)為脂溶性物質(zhì)，不溶于水。很容易被脂溶性染料蘇丹黑著染，在光學(xué)顯微鏡下清晰可見。當(dāng)缺乏營養(yǎng)時，被用作碳源和磷源。,③硫粒一些硫化菌如：貝日阿托氏菌可以利用H2S作為能源，氧化為硫粒積累在菌體，當(dāng)缺乏營養(yǎng)時，氧化體內(nèi)硫粒為SO42-

12、,從中獲得能量。硫粒具有很好的折光性，在光學(xué)顯微鏡下可輕松看到。,,④肝糖和淀粉粒均可用碘染色，前者為紅褐色，后者為藍色，二者可作為碳源和能源。,⑤氣泡（gas vocuole）,許多光合營養(yǎng)型、無鞭毛運動的水生細菌中存在的充滿氣體的泡囊狀內(nèi)含物，大小為0.2～1.0μm×75nm，內(nèi)由數(shù)排柱形小空泡組成，外有2nm厚的蛋白質(zhì)膜包裹。,功能：調(diào)節(jié)細胞比重以使細胞漂浮在最適水層中獲取光能、O2和營養(yǎng)物質(zhì),通常，一種菌含

13、有一種或兩種內(nèi)含顆粒。,4）、核區(qū)（nuclear region or area）,原核生物所特有的無核膜結(jié)構(gòu)、無固定形態(tài)的原始細胞核。沒有核膜和核仁。它由DNA高度折疊組成。例如：大腸桿菌體長為1～2微米，但其DNA長度為1100微米，等于菌體的1000倍，由于高度折疊而只占菌體的很小一部分。擬核攜帶著細菌的全部遺傳信息，其功能就是：決定著細菌的遺傳性狀和傳遞遺傳信息，是重要的遺傳物質(zhì)。,2、細菌細胞的特殊結(jié)構(gòu),1）、莢膜,莢

14、膜是一部分細菌在細胞壁表面分泌的一種粘性物質(zhì)，將細胞壁完全包圍封在里邊。莢膜將細菌與外界相對穩(wěn)定的分開，二者有明顯的分界邊緣。當(dāng)有足夠的O2，C/N較高是，好氧菌易形成莢膜。莢膜一般很厚，但有的也很薄，當(dāng)小于200微米時，稱為微莢膜。,2、細菌細胞的特殊結(jié)構(gòu),1）、莢膜,莢膜的化學(xué)組成：含水率在90～98％，其他有機組分為多糖或多肽。多數(shù)：水+多糖少數(shù)：水+多肽正是由于含水很多，莢膜很難在顯微鏡下被清晰觀察到。但又很難被

15、染料著色，為了觀察清楚，人們想出了一個好辦法。,2、細菌細胞的特殊結(jié)構(gòu),1）、莢膜,負染色法又稱襯托法,1.先染菌體。2.再將背景染成黑色。在菌體及背景的襯托下，二者之間會出現(xiàn)透明區(qū)，就是莢膜，在顯微鏡下清晰可見。,2、細菌細胞的特殊結(jié)構(gòu),2、細菌細胞的特殊結(jié)構(gòu),1）、莢膜,莢膜的功能：1.具有莢膜的S-型肺炎鏈球菌毒力強，有助于侵入人體。2.具有保護功能。免受噬菌體的吞噬；免受干燥影響。3.當(dāng)缺乏營養(yǎng)時，可作為碳源和能源，有

16、的可作氮源。4.具有生物吸附作用。在污水生物處理中可將水中的有機物吸附到菌體上。,2） 粘液層,有些細菌不產(chǎn)生莢膜，仍分泌粘液的多糖，其疏松的粘附在菌體細胞壁表面上，與外界沒有明顯的邊緣。在污水處理中也有一定的生物吸附功能。,3） 菌膠團,有些細菌由于遺傳特性，細菌一定的方式互相粘結(jié)在一起，并被一個公共的莢膜包圍形成一定形狀的細菌集團，稱作菌膠團。形狀有：蘑菇形、分支狀、球形等。見課本P30圖1.2-6。在污水處理中也有一定的

17、生物吸附功能。,4）、 鞭毛(flagellum),（1） 概念,某些細菌細胞表面著生的一至數(shù)十條長絲狀、螺旋形的附屬物，這就是鞭毛。具有推動細菌運動功能，為細菌的“運動器官”。,鞭毛的直徑為0.001～0.02 µm ，長短不一，在2～50 µm之間。,2）、 鞭毛(flagellum),鞭毛的有無和著生方式,單端鞭毛,端生叢毛,兩端生鞭毛,周生鞭毛,5）、特殊的休眠構(gòu)造——芽孢,（1）概念,某些細菌在其生長發(fā)育后

18、期或遇到不良環(huán)境時，在細胞內(nèi)形成一個圓形或橢圓形、厚壁、含水量極低、抗逆性極強的休眠體，稱為芽孢（spore，偶譯“內(nèi)生孢子”）。所有的芽孢都可以抵擋外界不良環(huán)境。它是抵擋外界不良環(huán)境的休眠體。,5）、特殊的休眠構(gòu)造——芽孢,（1）概念,（2）細菌芽孢的特點,整個生物界中抗逆性最強的生命體，是否能消滅芽孢是衡量各種消毒滅菌手段的最重要的指標(biāo)。,芽孢是細菌的休眠體，在適宜的條件下可以重新轉(zhuǎn)變成為營養(yǎng)態(tài)細胞；產(chǎn)芽孢細菌的保藏多用其芽孢

19、。,產(chǎn)芽孢的細菌多為桿菌，也有一些球菌。芽孢的有無、形態(tài)、大小和著生位置是細菌分類和鑒定中的重要指標(biāo)。,芽孢與營養(yǎng)細胞相比化學(xué)組成存在較大差異，容易在光學(xué)顯微鏡下觀察。（相差顯微鏡直接觀察；芽孢染色）,（3）芽孢的抵抗機制,芽孢與母細胞相比不論化學(xué)組成、細微結(jié)構(gòu)、生理功能等方面都完全不同。1.含水率低，38～40％。（細菌平均含水率在70～90％。）2.芽孢壁厚而致密。分為三層，外層為蛋白質(zhì)性質(zhì)，中層為皮層，由肽聚糖構(gòu)成。內(nèi)層

20、為孢子壁，肽聚糖構(gòu)成。芽孢萌發(fā)時，孢子壁形成細胞壁。3.含有耐熱性的2，6—吡啶二羧酸。芽孢變成細胞時， 2，6—吡啶二羧酸消失。4.含有耐熱性的酶。,（3）芽孢的抵抗機制,由于芽孢具有上述本領(lǐng)，可以對不良環(huán)境：高溫、干燥、光線、化學(xué)藥物有很強的抵抗力。例如：細菌的營養(yǎng)細胞在70～80℃時10min就會死亡，可芽孢在120～140℃時可生存幾個小時。,三、細菌的群體形態(tài),（一）、在固體培養(yǎng)基上（內(nèi)）的培養(yǎng)特征,固體培養(yǎng)基：含有1

21、.5～2.0％瓊脂,細菌在固體培養(yǎng)基上的培養(yǎng)特征為菌落特征。菌落：將單個細胞接種到培養(yǎng)基上，給予一定的培養(yǎng)條件，細菌就會在固體培養(yǎng)基上迅速繁殖形成一個由無數(shù)細菌組成的群落。不同的菌落的特征有所不同。包括形態(tài)、大小、顏色、透明度等,四、細菌的群體形態(tài),（一）、在固體培養(yǎng)基上（內(nèi)）的培養(yǎng)特征,菌落特征有三個方面：1.菌落表面特征光滑還是粗糙，干燥還是濕潤。肺炎球菌，表面光滑，濕潤。稱為光滑型菌落?？莶菅挎邨U菌，表面干燥、粗糙，稱

22、為粗糙型菌落。2.菌落的邊緣特征圓形、鋸齒狀、邊緣花瓣形等。3.縱剖面的特征平坦、扁平、隆起、草帽狀等。,（二）、在半固體培養(yǎng)基上（內(nèi)）的培養(yǎng)特征,半固體培養(yǎng)基：含有0.3～0.5％瓊脂,可以判斷細菌的呼吸類型如果細菌在培養(yǎng)基中的表面及穿刺線上部生長，則為好氧菌。如果沿著穿刺線自上而下生長，則為兼性菌。若只在穿刺線下部生長，則為厭氧菌。,可以判斷細菌的運動能力如果細菌只沿著穿刺線生長，則為沒有鞭毛的細菌，沒有運動能力。

23、若不但沿著穿刺線生長，且穿透培養(yǎng)基擴散生長，則為具有鞭毛的有運動能力的細菌。,（三）、在液體培養(yǎng)基上（內(nèi)）的群體形態(tài),細菌在液體培養(yǎng)基中有穩(wěn)定和不穩(wěn)定兩種狀態(tài)。穩(wěn)定型的稱為S型：即光滑型。整個菌體為親水基，可均勻分布在培養(yǎng)基中，不發(fā)生凝聚。不穩(wěn)定型稱為R型，即粗糙型。在細菌懸液中不穩(wěn)定容易絮凝而沉到瓶底。,細菌懸的穩(wěn)定和不穩(wěn)定性在污水處理中的意義？,在污水處理中的二沉池，處理效果與細菌懸的穩(wěn)定程度密切。不穩(wěn)定有利于取得較好的沉淀

24、效果。R型受歡迎！,,第二節(jié) 放線菌（Actinomyces）,放線菌因其在固體培養(yǎng)基上呈輻射狀生長而得名。多數(shù)為腐生菌。絕大多數(shù)為革蘭氏陽性菌。,放線菌大量存在于土壤中，其數(shù)量及分別情況僅次于細菌。在自然界物質(zhì)循環(huán)中作用顯著；可以改良土壤；可以用于堆肥；可以用于污水生物處理，還可以生產(chǎn)各種抗生素（紅霉素、土霉素、鏈霉素、慶大霉素等），全球已知的4000多種抗生素中絕大多數(shù)是由放線菌產(chǎn)生的。,,第二節(jié) 放線菌（Actinomyc

25、es）,一、放線菌的形態(tài)和大小,放線菌的菌體由纖細、長短不一的菌絲組成。菌絲分支，為單細胞。菌絲在生長過程中，核物質(zhì)不斷復(fù)制，但細胞不形成橫膈膜也不分裂，從而構(gòu)成無數(shù)菌絲形成的菌體。,“根”,“枝”,“花”,多核、 單細胞（細胞核之間沒有分隔）,,“種籽”,1、營養(yǎng)菌絲（基內(nèi)菌絲、一級菌絲）,匍匐生長于培養(yǎng)基內(nèi)，吸收營養(yǎng)，也稱基內(nèi)菌絲。一般無隔膜，直徑0.2-0.8 mm，長度差別很大，有的可產(chǎn)生色素。,2、氣生菌絲,營養(yǎng)菌絲發(fā)育到

26、一定階段，伸向空間形成氣生菌絲，疊生于營養(yǎng)菌絲上，可覆蓋整個菌落表面。在光學(xué)顯微鏡下觀察，顏色較深，直徑較粗（1-1.4 mm），有的產(chǎn)色素。,3、孢子絲,氣生菌絲發(fā)育到一定階段，其上可分化出形成孢子的菌絲，即孢子絲，又稱產(chǎn)孢絲或繁殖菌絲。其形狀和排列方式因種而異，常被作為對放線菌進行分類的依據(jù)。,按形態(tài)和功能可分為營養(yǎng)菌絲、氣生菌絲和孢子絲三種。,孢子及孢子絲的形狀,,放線菌菌絲比較,,放線菌菌絲比較,,孢子是放線菌的“種子”

27、（無性）。孢子對于不良的外界環(huán)境有較強的抵抗力。散落的孢子遇到適宜條件就萌發(fā)長出菌絲。菌絲分枝再分枝，最后形成網(wǎng)狀的菌絲體。,（三）生長與繁殖,繁殖方式,,無性分生孢子：,菌絲斷裂,常見于較低級的放線菌，如諾卡氏菌。液體培養(yǎng)中，工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)抗生素時都以此法大量繁殖放線菌,細菌的芽孢是休眠體，而放線菌的孢子是繁殖體,較高級放線菌采用，形成孢子的方式有三種。,（三）生長與繁殖,1.凝聚分裂:(絕大部分)a.孢子絲長到一定階段后，細胞

28、質(zhì)分段，各自包圍細胞核，并逐漸凝聚成一串大小相似的圓形和橢圓形孢子；b.形成孢子后，外壁消失；c.成熟孢子形成。,2.橫隔分裂a.孢子絲長到一定階段后，細胞質(zhì)分段，各自包圍細胞核，并形成橫隔；b.沿著橫隔斷裂形成兩端較為平齊的桿狀孢子。c.成熟孢子形成。,橫隔分裂,（三）生長與繁殖,3.孢囊孢子少數(shù)放線菌在菌絲上形成孢囊，在孢囊內(nèi)形成孢囊孢子，成熟時可釋放出大量孢子。,（四）菌落形態(tài),菌落形態(tài),,能產(chǎn)生大量分枝和氣生菌絲的菌

29、種（如鏈霉菌）,不能產(chǎn)生大量菌絲體的菌種（如諾卡氏菌）,菌落質(zhì)地致密，與培養(yǎng)基結(jié)合緊密，小而不蔓延，不易挑起或挑起后不易破碎。,粘著力差，粉質(zhì)，針挑起易粉碎,鏈霉菌,鏈霉菌,（五）分布特點及與人類的關(guān)系,放線菌常以孢子或菌絲狀態(tài)極其廣泛地存在于自然界，土壤中最多，其代謝產(chǎn)物使土壤具有特殊的泥腥味。,能產(chǎn)生大量的、種類繁多的抗生素（其中90%由鏈霉菌生）。,有的放線菌可用于生產(chǎn)維生素、酶制劑；此外，在石油脫蠟、烴類發(fā)酵、污水處理等方面

30、也有應(yīng)用。,少數(shù)寄生型放線菌可引起人、動物（如皮膚、腦、肺和腳部感染）、植物（如馬鈴薯和甜菜的瘡痂?。┑募膊?。,第三節(jié) 藍細菌（Cyanobacteria）,1、概念,也稱藍藻或藍綠藻（blue-green algae），是一類含有葉綠素a、能以水作為供氫體和電子供體、通過光合作用將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能、同化CO2為有機物質(zhì)的光合細菌。,以前曾歸于藻類，但因為它只具有原始核而不具有核仁和核膜，含有葉綠素但不具有葉綠體，而細胞壁中主

31、要是的脂多糖和肽聚糖，故將其列入了原核微生物中，稱之為藍細菌。考慮到多年的稱號習(xí)慣，仍可稱為藍藻或藍綠藻。,2.分類,1）色球藻綱為單細胞個體或群體（細胞壁外部分泌果膠類物質(zhì)，彼此融合形成較大膠團），二分裂繁殖。主要代表：微囊藻屬、腔球藻屬可引起富營養(yǎng)化水體發(fā)生水華或赤潮。,2）藻殖段綱為絲狀體能形成異型胞（細胞壁稍大、壁厚，內(nèi)部有固氮酶，可以固定大氣中的氮）。主要代表：魚腥藻屬可引起富營養(yǎng)化水體發(fā)生水華或赤潮。,3、特性,

32、1）分布極廣；,2）形態(tài)差異極大，有球狀、桿狀和絲狀等形態(tài)；,3）細胞中含有葉綠素a，進行產(chǎn)氧型光合作用；,4）具有原核生物的典型細胞結(jié)構(gòu)：,細胞核無核膜，也不進行有絲分裂，細胞壁含胞壁酸和二氨基庚二酸，革蘭氏染色陰性。,5）營養(yǎng)極為簡單，不需要維生素，以硝酸鹽或氨作為氮源， 多數(shù)能固氮，其異形細胞（heterocyst）是進行固氮的場所。,6）分泌粘液層、莢膜或形成鞘衣，因此具有強的抗干旱能力。,7）無鞭毛，但能在固體表面滑行