Prokaryotes, eukaryotes and viruses may often be differentiated by size alone,第二章 原核微生物,2.1 细菌 2.2 放线菌 2.3 蓝细菌 2.4 古细菌 2.5 其他原核微生物,2.1 细菌,细菌(Bacteria) 是一种具有细胞壁的单细胞原核生物 2.1.1 细菌的形态与大小 2.1.1.1 细胞形态,2.1.1.1 细胞形态,（1）球菌 单球菌 双球菌 链球菌 四联球菌 八叠球菌 葡萄球菌 （2）杆菌 （3）螺旋菌,2.1.1.2 细菌细胞的大小,大小随种类不同而差别很大； 一般用微米来衡量。 A0埃，10-4m，分子单位； nm，10-3m (毫m)，病毒和亚细胞结构单位； 1m =10-6m， m细胞生物单位 单个细胞中，球菌大小最小，直径为0.5-2.0 m 杆菌为0.5-2 m，甚至几十m 螺旋菌：弧菌小，直径为1-5 m；螺菌附加圈数说明,图：几种细菌细胞大小的比较,补：分辨极限,人肉眼分辨极限：0.1mm 普通光学显微镜分辨极限：0.2 m 紫外光学显微镜分辨极限：0.1 m 电子显微镜分辨极限：0.1nm (1.4A) 1mm=103m=106 nm =107 A,2.1.1.3 微生物的种群形态,2.1.2 细菌的细胞结构,细胞结构(cell structure) 一般结构： 特殊结构：,Structure of prokaryotic and eukaryotic cells,2.1.2.1 细菌细胞的一般结构,（1）、细胞壁(cell wall) 细胞最外的包被于细胞膜外的坚韧富有弹性的膜状结构； 化学物质：主要由肽聚糖、脂类、蛋白质构成 肽聚糖：由葡萄糖为基本单元联结起来后经修饰的长链，链与链之间由n个(4-8个)氨基酸组成的短肽链相连结，构成细菌细胞壁的网状结构。,Bacterial cell walls 细菌细胞壁,Give shape and rigidity to the cell保持细胞外形和韧性,肽聚糖,G+,G-,细胞周质,脂多糖和蛋白质,Peptidoglycan structure,N-乙酰氨基葡萄糖,N-乙酰胞壁酸,L-丙氨酸,谷氨酸,二氨基庚二酸,D-丙氨酸,Connections of the peptide and glycan units in peptidoglycan肽聚糖中肽链和糖单元的连接,甘氨酸,Overall structure of peptidoglycan,The Gram-positive cell wall,磷壁酸,膜磷壁酸,Outer membrane,Inner membrane,Peptidoglycan,Gram-negative cell,Lipopolysaccharide of Gram-negative bacterial outer membranes G-细菌细胞壁外膜的脂多糖,O-多糖,核多糖,类脂A,脂多糖：脂和多糖连接组成了LPS。,Gram negative cell wall,Some Archaea have pseudopeptidoglycan cell walls,N-acetyl talosaminuronic acid,N-acetyl glucosamine,N-acetyl talosaminuronic acid,N-acetyl glucosamine,N-乙酰氨基葡萄糖,N-乙酰塔罗糖醛酸,L-谷氨酸,L-丙氨酸,苏氨酸,肽链,（1）细胞壁,G+：肽聚糖结构是机械强度高的三维空间网格结构。肽聚糖可达50层； G-：肽聚糖较薄，形成的是疏松的二维平面网线络结构，肽聚糖仅1-2层。,Lysozyme breaks down peptidoglycan溶菌酶破坏肽聚糖,低渗溶液,等渗溶液,原生质体,（1）细胞壁（续）,生理功能 A、维持细胞外形 B、保护细胞 C、非选择性控制物质的进出 D、支撑鞭毛,细胞膜 ： 是半渗透膜。区别于真核细胞的膜，相当于真核细胞的所有亚细胞单位的膜功能的总和。重量约占菌体干重的10% 、细胞膜的组成 6070%的蛋白质 3040%的脂类 2%的多糖 、细胞膜的结构,（2）细胞膜,细胞膜,甘油,亲水区,疏水区,脂肪酸,磷酸,Structure of the cytoplasmic membrane 原生质膜的结构,具极强的疏水性,磷脂分子,细胞膜的生理功能：代谢活动的中心 A、维持渗透压梯度和溶质的转移； B、具合成细胞壁和形成横隔膜组分的酶，细胞壁在膜表面合成； C、呼吸作用； D、生物氧化作用； E、鞭毛基粒在细胞膜上，为鞭毛提供附着的部位。,（2）细胞膜（续）,（3）间体（mesosome),间体：是细胞膜经内褶或反转形成的一种管状、层状或束状的内突结构，位于细胞质中。 化学组成和结构 等同于细胞膜，是一般原核生物内唯一由单位膜形成的细胞器。,（3）间体（mesosome),功能： 相当于真核细胞的线粒体； 类似真核细胞内质网的功能，可将胞外酶分泌到细胞外； 能促进细胞间隔的形成并与遗传物质的复制及其分离有关。,细胞质：又叫细胞浆、原生质，被胞膜所包围着的除核质体外的一切透明、胶状及颗粒状的物质总称;,（4）细胞质（cytoplasm),核糖体(ribosome)：核蛋白体，是分散在细胞质中的微小颗粒，是合成蛋白质的部位，也是某些抗生素选择性作用的部位 沉降常数：沉降系数，是指单位离心力作用下，颗粒沉降的速度。 S表示，1S单位等于110-13厘米/秒达因克。在引力场作用下，任何高分子物质具有向引力场聚集的特性，分子越大，沉降性越大。在离心机高速离心下，引力场的作用使核糖体具有三个沉降带。,（4）细胞质（cytoplasm),核糖体(ribosome),（4）细胞质（续）,贮藏性颗粒，又叫内含颗粒(inclusion granule) 聚-羟基丁酸(poly-hydroxybutyra，PHB) 藻青素 藻青蛋白 异染粒 硫粒,（4）细胞质（续）,羧化体(carboxysome)：又称羧酶体 气泡(gas vacuoles) 核质体(nuclear body) 又叫拟核、细菌染色体，细菌细胞中部絮状的区域，无核膜、核仁，由一条环状双链DNA分子高度折叠缠绕而成,（4）细胞质（续）,核质体(nuclear body) 组成：DNA、RNA、蛋白质 结构： DNA不与蛋白质结合，无核膜包围，单纯由一根DNA细丝回旋、盘绕、折叠构成环状的染色体，无次序，具有空间结构的核区。 细菌染色体长度约为菌体长度的1000倍。 真核形成有序的染色体，拉长时，真核比拟核的染色体短 如：大肠杆菌，菌体长为1-2微米，DNA长为1100微米 功能：决定遗传性状，传递遗传性状,（4）细胞质（续）,质粒(plasmid) ：是细菌染色体外的遗传物质，为小环状的双股DNA。 A、可游离于染色体之外，即复制、遗传由自己决定，又可整合到染色体上去与染色体同步行动 B、可以被消除，则性状也失去了； C、被转移 D、数量不定 E、控制的遗传性状有两种 抗药性 降解性（原油中约2/3的烃消耗掉。对海上浮油自然菌种要花一年才能分解完全，超级菌只要几个小时就分解完全）,（4）细胞质（续）,2.1.2.2 细菌细胞的特殊结构,(1)、荚膜(capsule) ：某些细菌生活在一定的营养条件下，会在细胞壁外表面形成一层松散的厚度不定的黏膜状物质，称为荚膜。 其不易着色，用墨汁负染法或荚膜染色法观察 制片、固定、染色、镜检 组成：水，多糖等 结构：无定型结构 功能 a、保护功能 b、增强侵染力 c、贮藏物质 d、废水生物处理中，荚膜有生物吸附作用,(1)、荚膜(capsule),(1)、荚膜(续),S型菌落：产荚膜细菌在固体培养基上形成表面湿润、有光泽、黏液状的光滑型(smooth)菌落； R型菌落：不产荚膜的细菌在固体培养基上形成表面干燥的粗糙型(rough)菌落。,(1)、荚膜(续),环境工程意义 菌胶团：多个细菌荚膜连在一起构成一团胶状物，内含多个细菌。 如主要构成菌：分枝动胶菌(Zoogloea ramigera) 菌胶团有较强的吸附作用，周围杂质颗粒常被粘附在一起，形成絮状体，形成活性污泥的重要组成。,（2） 鞭毛,(2)、鞭毛(flagella) 是从细胞质膜上的鞭毛基粒长出，穿过细胞壁，伸出菌体外的细长而弯曲的蛋白丝状物； 所有弧菌、螺菌和假单胞菌，约半数的杆菌和少数球菌（仅芽孢八叠球菌属）均有鞭毛。,（2） 鞭毛（续）,A、组成：99%是蛋白质，碳水化合物、脂类、矿质总和不到1% B、结构：多肽链作成的无结构的单根细丝、中空的长管状物；直径很细，仅10nm左右。长度可超过细菌细胞若干倍，有7万nm的鞭毛,（2） 鞭毛（续）,C、功能 a、致病性：如霍乱弧菌、空肠弯曲菌等借鞭毛的运动，穿透小肠粘膜表面的粘液层，粘附定居于肠粘膜上皮细胞，产生毒性物质引起致病。 b、运动功能：鞭毛是细菌的运动器官，常作旋转圆圈和波状运动使细菌前进。 c、分类鉴定依据之一。,（2） 鞭毛（续）,D、数量 单鞭毛：如荧光假单胞杆菌，霍乱弧菌 多鞭毛 周生鞭毛：大肠杆菌、枯草杆菌 丛生鞭毛 单极丛生鞭毛 如绿脓假单胞杆菌、产碱杆菌 双极丛生鞭毛 如鼠咬热螺旋体(两端各一根)、 红螺旋菌、绿色螺旋体,周生鞭毛的原核细胞生物的运动,逆时针方向旋转,顺时针方向旋转,极生鞭毛的原核细胞生物的运动,(3)、菌毛(fimbria,pili),菌毛，又叫纤毛，伞毛，线毛或须毛等 是一种长在细菌体表的纤细、中空、短直、数量较多的蛋白类附属物,(3)、菌毛(续),鞭毛,F-菌毛,菌毛,(4)、芽孢(spore),(4)、芽孢(spore) 位于细胞中央，成梭状，如梭状芽孢杆菌属 位于细胞中央，细胞不变形，如枯草芽孢杆菌属 位于细胞顶端，鼓捶状，如破伤风梭状芽 孢杆菌,(4)、芽孢(续),芽孢：某些细菌在其生长发育后期，在细胞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，称为芽孢。 A、具有厚而致密的壁，不易透水。孢子壁分三层 孢子外壳，为蛋白质 中层为皮层，由肽聚糖构成 里层为孢子壁，薄的肽聚糖构成,(4)、芽孢(续),B、保存有细菌的全部生命活性，是细菌适应环境变化的特殊存活形式。 C、含水率低，一般在40%左右 D、对高温、干燥和化学消毒剂、射线等抵抗力很强。 E、芽孢在自然界可存活数十年，在适宜条件下，芽孢又发育转化成繁殖体，但不是细菌的繁殖器官 F、普通染色剂不易使芽孢染色，采用特殊芽孢染色法，才能观察,Dipicolinic acid,Characteristically found in endospores,吡啶二羧酸,Structure of DPA,How Ca2+ cross-links DPA molecules to form a complex,(4)、芽孢(续),2.1.3 细菌的繁殖方式,裂殖，即一个母细胞直接分裂为两个子细胞。 分裂时，首先菌体伸长，核质分裂，菌体中部的细胞壁、细胞膜凹陷分裂为二 同形分裂：细胞相差不大； 异形分裂：细胞相差很大。真菌为主，酵母菌以出芽生殖，小的一个常死亡。,大肠杆菌二分裂模式(包括其DNA复制) 间体；DNA；-横隔壁,2.1.4 细菌的培养特征,（1） 细菌的菌落特征 菌落：由一个或少数几个细菌经过一段时间在固体培养基上培养后形成肉眼可见的群落，叫菌落(colony)。 培养基：人工配制的适合于微生物生长繁殖和积累代谢产物的营养物质。 菌苔：当一个固体培养基表面有许多菌落连成一片时，便称为菌苔(lawn)。,（1） 细菌的菌落特征,铜绿假单胞菌菌落特征,粘质沙雷氏菌菌落特征,粘质沙累氏菌的菌落特征,沙门氏菌菌落特征,弗氏志贺氏菌的菌落特征,（1） 细菌的菌落特征（续）,菌