02 第二章 原核微生物.pptx

第1页：第2章 原核微生物

第2章 原核微生物

• 2.1 细菌（bacteria）
• 2.2 古菌（Archaea）
• 2.3 放线菌
• 2.4 蓝细菌
• 2.5 螺旋体（自学）
• 2.6 列克次氏体和支原体（自学）

第2页：第2章 学习目标

学习目标

• 掌握细菌的形态、大小和细胞结构
• 掌握细菌在固体培养基上的培养特征
• 掌握革兰氏染色的原理及染色方法
• 了解细菌的其他理化性质
• 了解古菌的特点和分类
• 熟悉放线菌的形态、菌落特征、繁殖方式
• 了解蓝细菌的特点

第3页：2.1 细菌的内容框架

2.1 细菌

• 2.1.1 细菌的个体形态与大小
• 2.1.2 细菌的细胞结构
• 2.1.3 细菌的培养特征
• 2.1.4 细菌的物理化学性质

第4页：细菌与人类的关系

细菌是大家比较熟悉的名字，因为有很多疾病是它们引起的，如伤寒杆菌、结核杆菌、破伤风杆菌、肺炎双球菌等致病菌对人类有害；那些腐败菌常引起食物和工农业产品腐烂变质，并散发出特殊的臭味或酸败味。但是，大多数细菌是和人类和平共处的，对人类不仅无害而且有益。

• 利用谷氨酸棒杆菌制造食用味精
• 用乳酸菌生产酸乳
• 用苏云金杆菌生产杀虫剂
• 利用产甲烷菌生产沼气
• 借助细菌冶炼金属、净化污水、制作细菌肥料

第5页：细菌的个体形态

2.1.1 细菌的个体形态与大小

1. 细菌的个体形态：球状、杆状、螺旋状

第6页：球菌的排列方式

1. 球菌：单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌

新细胞的排列方式可作为分类鉴定的依据。

第7页：杆菌的排列方式

2. 杆菌：单杆菌、双杆菌、链杆菌

其排列方式不可作为分类鉴定的依据。

第8页：螺旋菌与丝状菌

3. 螺旋菌：弧菌、螺旋菌。螺距、螺数因菌种而异，可作为分类鉴定依据。

4. 丝状菌：如铁细菌

第9页：细菌大小的表示方法

2.1.1.2 细菌的大小　单位：μm

球菌

用直径表示，0.5～2.0

杆菌

宽×长，（0.5～1.0）×（1～5）

螺旋菌

宽×长，（0.25～1.7）×（2～60）

影响细菌大小的因素：菌龄、环境渗透压、代谢产物的积累、pH等。

第10页：常见细菌的大小表

表1.1 一些细菌的大小

第11页：细菌的细胞结构

2.1.2 细菌的细胞结构

基本结构

细胞壁、细胞膜、细胞质和原核，为所有细菌细胞所共有

特殊结构

如荚膜、鞭毛、菌毛、芽孢和胞囊等，只在某些细菌种类中发现，具有某些特定功能

第12页：细胞壁的概念与功能

2.1.2.1 细胞壁（cell wall）

细胞壁

细菌体表最外层的、具有坚韧而带有弹性的薄膜，约占菌体10～25％

功能

固定外形；保护细胞；屏障作用，阻碍某些分子进入；为鞭毛提供力学支点

第13页：革兰氏阳性菌细胞壁

2. 细胞壁的化学组成与结构

革兰氏阳性菌（G＋）：细胞壁厚（20～80nm）

化学组成：

• a 肽聚糖
• b 磷壁酸（teichoic acid）
• c 少量蛋白质和脂肪

第14页：肽聚糖的单体组分

肽聚糖单体组分：NAG、NAM、四肽链

第15页：G+细菌细胞壁结构图

Gram positive bacterial cell wall structure diagram（G＋细菌细胞壁结构示意图）

第16页：革兰氏阴性菌细胞壁

革兰氏阴性菌（G－）：细胞壁较薄（10nm）

• 外层：脂多糖外壁层
• 中层：磷脂层
• 内层：脂蛋白
• 内壁层：肽聚糖（10％）

第17页：两类菌细胞壁的比较表

G＋细菌与G－细菌细胞壁的比较

小结：G＋菌具有大量的肽聚糖，独含磷壁酸，不含脂多糖；G－菌含有少量的肽聚糖，独含脂多糖，蛋白质含量较多，不含磷壁酸。

第18页：细胞质膜的化学组成

2.1.2.2 原生质体（protoplasm）

1. 细胞质膜　化学组成：

• a. 脂类（30～40％）：主要为甘油磷脂
• b. 蛋白质（60～70％）：外周蛋白存在于膜内或外表面，为水溶性蛋白；内嵌蛋白镶嵌在磷脂双层中，多为非水溶性
• c. 多糖（2％）

细胞膜结构：流动镶嵌模型

第19页：细胞膜的生理功能

细胞膜的生理功能

• a. 渗透酶（载体蛋白）：控制细胞内外的物质运送、交换，维持正常渗透压的屏障作用
• b. 合成酶：在膜上合成细胞壁
• c. 呼吸酶：进行呼吸作用
• d. ATP合成酶：进行物质代谢和能量代谢
• e. 细胞膜上有鞭毛基粒，鞭毛由此长出，即为鞭毛提供附着点

第20页：细胞质及其染色特点

2. 细胞质及内含物

细胞质（cytoplasm），又称原生质，是在细胞质膜内除核物质以外的无色透明、粘稠的复杂胶体。

特点

• 幼龄菌：富含RNA，嗜碱性强，着色均匀
• 老龄菌：RNA少，着色不均匀

可通过染色均匀与否来判断细菌的生长阶段。

第21页：核糖体与气泡

内含物（cytoplasmic inclusions）

（1）核糖体（ribosome）

合成蛋白质的部位，由RNA和蛋白质组成。原核微生物中是分散在细胞质中的亚微颗粒；真核微生物中可游离存在，也可结合于内质网上

（2）气泡（gas vesicle）

某些水生细菌如蓝细菌、不放氧的光合细菌和盐细菌内贮存气体的特殊结构。能使细胞保持浮力，有助于调节并使细菌生活在最佳水层位置，以利于获得氧气、光和营养等

第22页：贮藏性内含物

其他内含物

异染粒

嗜碱性或嗜中性较强，缺营养时被用作碳源和磷源

聚β-羟基丁酸（PHB）

碳源和能源贮藏物

硫粒

某些氧化硫的细菌细胞内可积累硫粒，硫细菌在外界缺H₂S时利用硫粒取得能量

肝糖和淀粉粒

都是碳源贮藏物

第23页：拟核

3. 拟核（nucleoid）

• 细菌无核膜和核仁，故称原始核或拟核
• 细菌的原核只有一个染色体，主要含具有遗传特征的脱氧核糖核酸（DNA），含少量RNA和蛋白质
• 染色体由双螺旋的大分子链高度折叠缠绕构成，一般呈环形结构，总长度为0.25mm～3mm
• 功能：决定遗传性状和传递遗传信息

第24页：荚膜与粘液层

2.1.2.3 荚膜、粘液层、菌胶团和衣鞘

荚膜

分泌物质粘滞性较大，相对稳定地附着在细胞壁外，具一定外形，称为荚膜或大荚膜（macrocapsule）

微荚膜（microcapsule）

厚度在200nm以下，与细胞表面结合较紧，用光学显微镜不易观察到，易被胰蛋白酶消化

粘液层（slime layer）

比较疏松，无明显形状，悬浮在基质中更易溶解，并能增加培养基粘度

荚膜是分类特征之一：产荚膜的细菌菌落光滑透明——光滑型（S型）菌落；不产荚膜的菌落表面粗糙——粗糙型（R型）菌落。

第25页：荚膜的组成与功能

b. 化学组成

H₂O（90～98％）、多糖或多肽

c. 功能

a 具有保护功能；b 有助于细菌的侵染力；c 可作为能源；d 有吸附作用

观察方法：负染色法

第26页：菌胶团与衣鞘

2. 菌胶团（zoogloea）

指多个细菌按一定的排列方式互相粘集在一起，被一个公共荚膜包围形成一定形状的细菌集团

3. 衣鞘（sheath）

指水生环境中的一些丝状菌体表面的粘液层或荚膜硬质化，而形成一个透明坚韧的空壳

第27页：芽孢的概念

2.1.2.4 芽孢（spore）

概念：芽孢是某些细菌在其生长的某个阶段或遇到外界不良环境时，在其细胞内形成一个圆形、椭圆形或圆锥形的休眠体，其对环境具有较强的抵抗力。

根据芽孢的位置、形状和大小，可作为细菌的分类鉴定依据之一。

第28页：芽孢的类型

2. 芽孢类型

• a 位于细胞中央，直径大于细胞直径，孢子囊呈梭状，如梭状芽孢杆菌
• b 位于细胞顶端，直径大于细胞直径，呈鼓槌状，如破伤风杆菌
• c 位于细胞中间，直径小于细胞直径，如枯草芽孢杆菌

第29页：芽孢的特点

3. 芽孢的特点

• a. 含水率低，38～40％
• b. 芽孢壁厚而致密
• c. 2,6-吡啶二羧酸（DPA）含量高，具有耐热性
• d. 含有耐热性酶

芽孢没有繁殖意义，仅仅是芽孢细菌生活史中的一环，是细菌的休眠体。

第30页：鞭毛的概念与组成

2.1.2.5 鞭毛（flagella）

1. 概念

是一条由细胞质膜上的鞭毛基粒长出，穿过细胞壁伸向体外的纤细的波浪状的丝状物

2. 化学组成

蛋白质，少量的多糖或多肽

第31页：鞭毛的着生方式

3. 分类

1. 一端生鞭毛：菌体的一端只生一根鞭毛，如霍乱弧菌
2. 两端生鞭毛：菌体两端各具一根鞭毛，如鼠咬热螺旋体
3. 丛生鞭毛：菌体一端生一束鞭毛，如铜绿假单胞菌；菌体两端各具一束鞭毛，如红色螺菌
4. 周生鞭毛：周身都有鞭毛，如大肠杆菌、枯草杆菌等

根据着生部位、数目和排列，鞭毛可作为细菌分类的依据。

第32页：菌落的概念

2.1.3 细菌的培养特征

2.1.3.1 细菌在固体培养基上的培养特征——菌落特征

菌落

是由一个细菌繁殖起来的，由无数细菌组成的具有一定形态特征的细菌集团

培养方法

采用稀释平板法或平板划线法将呈单个细胞的细菌接种在固体培养基上，给予一定的培养条件，细菌就可在固体培养基上迅速生长繁殖形成一个菌落

第33页：菌落特征举例

菌落特点

• 表面特征：光滑或粗糙、干燥或湿润
• 边缘特征：圆形、锯齿状等
• 纵剖面特征：平坦、扁平、隆起等

菌落特征可作为细菌分类鉴定的依据之一。举例：

肺炎链球菌

具荚膜，表面光滑、湿润粘稠

枯草芽孢杆菌

无荚膜，表面粗糙、皱褶、平坦

蕈状芽孢杆菌

表面粗糙、边缘有毛状凸起并卷曲

浮游球衣菌

平坦、透明、边缘呈卷曲毛发状

第34页：明胶培养基中的培养特征

2.1.3.2 细菌在明胶培养基中的培养特征

采用穿刺接种法培养细菌，可形成不同形态的溶菌区。

第35页：液体培养基中的培养特征

2.1.3.3 细菌在液体培养基中的培养特征

• 均匀一致的浑浊液
• 形成沉淀
• 形成菌膜漂浮在液面
• 产生气泡、酸、碱和色素等

第36页：半固体培养基中的培养特征

2.1.3.4 细菌在半固体培养基中的培养特征

1. 根据细菌的生长状态判断其呼吸类型

• 培养基表面及穿刺线上部生长：好氧菌
• 沿穿刺线自上而下生长：兼性厌氧菌
• 在穿刺下部生长：厌氧菌

2. 根据细菌的生长状态判断有无鞭毛

• 只沿穿刺线生长：无鞭毛，不运动的细菌
• 穿透培养基扩散生长：有鞭毛，运动的细菌

第37页：细菌表面电荷与等电点

2.1.4.1 细菌表面电荷和等电点

等电点

指在某一定pH溶液中，氨基酸所带的正电荷和负电荷相等时的pH值。氨基酸、蛋白质、细菌也具有两性电解质的性质

• G＋：pH_等＝2～3
• G－：pH_等＝4～5
• 一般菌：pH_等＝3～4；pH＝2～5时菌不稳定；pH＞7偏碱性

细菌所处培养基pH＝6～7，高于细菌的等电点，故细菌表面总是带负电荷。

第38页：细菌的染色原理

2.1.4.2 细菌的染色原理及染色方法

染色原因

细菌菌体无色透明，染色以增加菌体与背景的反差，便于观察

染色原理

细菌在培养状态下总带负电荷，故可用带正电荷的碱性染料染色

染色方法

简单染色法、复合染色法

第39页：革兰氏染色法

3. 革兰氏染色法——鉴别染色法

C.Gram（革兰）于1884年发明的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。

第40页：革兰氏染色的操作步骤

革兰氏染色操作步骤

1. 固定：将细菌均匀涂布在载玻片上并固定
2. 初染：用草酸铵结晶紫染色1min，水洗
3. 媒染：I₂－KI溶液媒染1min，倾去余溶液
4. 脱色：用乙醇或丙酮冲洗进行脱色。脱色后仍将结晶紫保留在细胞内的为革兰氏阳性细菌，而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉，细胞呈无色
5. 复染：用蕃红染液复染1min，进行镜检。原来无色的革兰氏阴性细菌最后呈现红色，而革兰氏阳性细菌继续保持深紫色

第41页：染色机制：与等电点有关

4. 革兰氏染色机制

（1）与细菌等电点有关

pH_等（G＋）＝2～3 ＜ pH_等（G－）＝4～5，G＋带的负电荷比G－多，结合力大；用I₂－KI媒染后，等电点都下降，G＋等电点下降得更多，与草酸铵结晶紫结合得更牢固，对脱色剂的抵抗力更强。

第42页：染色机制：与细胞壁有关

（2）与细胞壁有关

G＋

脂类含量低（1～4％）。乙醇既是脱色剂又是脱水剂，肽聚糖脱水，细胞壁孔径缩小，其通透性降低

G－

脂类含量高（40～90％）。脂类物质被乙醇溶解，增加细胞壁的孔径和通透性

第43页：细菌悬液的稳定性

2.1.4.3 细菌悬液的稳定性

• S型细菌：悬液稳定，不发生凝聚
• R型细菌：不稳定，易凝聚而沉淀，培养基很清

应用：废水生物处理中的二沉池，应使其中的R型菌数量占优势，以取得较好的沉淀效果。

第44页：2.2 古菌的内容框架

2.2 古菌（Archaea）

• 2.2.1 古菌的特点
• 2.2.2 古菌的分类

第45页：古菌的特点

2.2.1 古菌的特点

1. 形态：细胞很薄，扁平
2. 细胞结构：大多不含二氨基庚二酸和胞壁酸，主要是脂蛋白，蛋白质是酸性
3. 代谢：多样性
4. 呼吸类型：多为严格厌氧、兼性厌氧，还有专性好氧
5. 繁殖速度：较慢，进化速度也比细菌慢
6. 生活习性：大多生活在极端环境

第46页：古菌的分类

2.2.2 古菌的分类

根据生活习性和生理功能

产甲烷菌、嗜热嗜酸菌、极端嗜盐菌

《伯杰氏系统细菌分类手册》

产甲烷菌、古生硫酸盐还原菌、极端嗜盐菌、无细胞壁古生菌、极端嗜热硫代谢菌

第47页：产甲烷菌

2.2.2.1 产甲烷菌——专性厌氧菌，产生生物能源甲烷。

细胞结构：细胞封套、细胞质膜、原生质、核质，G－或G＋。

细胞封套：细胞壁＋表面层＋鞘和夹膜

第48页：嗜热嗜酸菌

2.2.2.2 嗜热嗜酸菌特点

• 专性嗜热，最适生长温度70℃～105℃
• G－
• 形状：杆状、球状、丝状
• 呼吸类型：好氧、兼性厌氧、严格厌氧
• 营养类型：自养或异养生长
• 多数为硫代谢菌

第49页：极端嗜盐古菌

2.2.2.3 极端嗜盐古菌

1. 栖息在高盐环境
2. 形态：杆状、链状、球状
3. G＋或G－
4. 呼吸类型：好氧或兼性厌氧
5. pH：嗜中性或碱性（5.5～8.0），最适pH＝7.2～7.4
6. 温度：嗜中温或轻度嗜热（30～55℃），最适T＝37℃
7. 组分：细胞壁主要含脂蛋白（无二氨基庚二酸和胞壁酸）
8. 营养类型：化能异养
9. 含类胡萝卜素和菌红素，菌体呈红、紫、橘红色和黄色

第50页：2.3 放线菌的内容框架

2.3 放线菌

• 2.3.1 放线菌的形态和大小
• 2.3.2 放线菌的菌落形态
• 2.3.3 放线菌的繁殖

第51页：放线菌的特点

放线菌的特点

• 单细胞，大多由分枝发达的菌丝组成
• 多数为腐生菌，少数为寄生菌
• 菌丝直径与杆菌类似，约1μm
• 革兰氏染色阳性（除枝动菌属）
• 细胞的结构与细菌基本相同

第52页：放线菌的形态

2.3.1 放线菌的形态和大小

第53页：放线菌菌落特征与繁殖

2.3.2 放线菌的菌落特征

链霉菌的菌落

干燥、小、密；不易挑起或整个菌落被挑起而不致破碎

诺卡氏菌的菌落

一般只有基内菌丝，结构松散，粘着力差，结构呈粉质状，用针挑起则易粉碎

2.3.3 放线菌的繁殖

• 过程：分生孢子的萌发、菌丝的生长、发育
• 方式：分生孢子、孢囊孢子、一段营养菌丝

第54页：放线菌的繁殖图

放线菌的繁殖

第55页：蓝细菌的特性

2.4 蓝细菌（Crynobacteria，蓝藻）——35亿年历史

2.4.1 蓝细菌的特性

1. 细胞结构简单，只具原始核，无核膜和核仁，只有染色质，只具叶绿素，没有叶绿体
2. 含多种色素：叶绿素a、脂环族类胡萝卜素、藻胆素、藻胆蛋白体，呈蓝、绿、红等颜色
3. 许多蓝细菌的细胞质中存在气泡
4. 没有鞭毛，借助于粘液在固体基质表面滑行
5. 光能自养型生物，有些蓝细菌利用异型细胞固氮
6. 分布：淡水、海水、潮湿土壤、树皮、岩石
7. 应用：水体自净作用；可作水体富营养化的指示生物

第56页：蓝细菌的分类

2.4.2 蓝细菌分类

1. 色球藻纲

单细胞个体或群体，繁殖方式为二分裂。色球藻属、微囊藻属、腔球藻属、管孢藻属、皮果藻属

2. 藻殖段纲

藻体为丝状体。颤藻属、念珠藻属、筒孢藻属、胶须藻属、鱼腥藻属、单歧藻属

第57页：水华的主要蓝细菌

引起水华（水华中最常见、最频繁、最具危害性）：常见的是铜色微囊藻、曲鱼腥藻等。

第58页：第2章小结

本章小结

• 细菌是一类单细胞、不分枝的原核微生物，有杆状、球状、螺旋状和丝状4种形态，其繁殖方式主要是二分裂
• 细菌除具有一般细胞结构特征外，还具有荚膜、鞭毛、芽胞等特殊结构
• 革兰氏染色将细菌分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。细胞壁都含有肽聚糖，革兰氏阳性菌还独含磷壁酸，革兰氏阴性菌独含脂多糖
• 古菌是一类很特殊的微生物，它们主要生活在极端环境中
• 放线菌是一类单细胞、具有分枝的原核微生物
• 蓝细菌（蓝藻）是一类古老的原核生物，具有叶绿素等色素，某些属种在富营养化的水体中引起赤潮和水华