微生物第二章(0001).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 原核生物的形态结构,2.1 细菌,2.2 放线菌,2.3 蓝细菌,2.1,细菌,2.1.1 细菌概述,2.1.2 细菌的形态和大小,2.1.3 细菌细胞壁的结构和生化组成,2.1.4 细菌的其它细胞结构,2.1.5 细菌的特殊细胞结构,2.1.6 细菌的繁殖和菌落,2.1.1,细菌概述,细菌（,bacterium）的传统概念：细胞细短、有细胞壁、胞壁坚韧并含有肽聚糖、以二分裂殖方式繁殖、水生性较强的一类原核生物；,细菌超界中的多数分类群属于传统的细菌，也有许多分类群不属于细菌；,细菌的现代分类学概念：指归属于细菌超界的所有生物分类群；它们既有相似的16S rRNA序列特征，也有各自独特的序列特征和其它生物学特征；,原核生物（prokaryote）：由原核细胞构成的生物，都是单细胞的低等生物；,原核细胞：细胞内没有细胞器，结构相对简单的细胞；,细胞器：细胞内由生物膜包裹，具有一定结构和生理功能的小体；,原核生物的分类地位：,古生菌超界：5门（phylum），200多种；,细菌超界：29门，4700多种以上；,原核生物,细菌超界（,Bacteria,）（一）,Actinobacteria,（放线菌门）细菌与放线菌,Aquificae,（产水菌门）细菌,Armatimonadetes,Bacteroidetes,（拟杆菌们）细菌,Chlorobi,（绿菌门）细菌,Caldiserica,Chlamydiae,（衣原体门）衣原体,Lentisphaerae,（黏胶球形菌门）,Verrucomicrobia,（疣微菌门）,细菌超界（二）,Chloroflexi,（绿弯菌门）细菌,Chrysiogenetes,（产金菌门）细菌,Cyanobacteria,（蓝细菌门）蓝细菌,Deferribacteres,（脱铁杆菌门）细菌,Deinococcus-Thermus,（异常球菌-栖热菌门）细菌,Dictyoglomi,（网团菌门）细菌,Elusimicrobia,Acidobacteria,（酸杆菌门）细菌,Fibrobacteres,（纤维杆菌门）细菌,Firmicutes,（厚壁菌门）细菌,普通光学显微镜的结构,目镜,镜筒,物镜,载物台,聚光器,滤光片,光源,目镜倍数：10；16,物镜倍数：,搜索物镜 4；,低倍镜 10；,高倍镜 40；,油镜 100；,放大倍数：目镜和物镜放大倍数相乘；,显微镜的有效放大倍数取决于物镜的分辨率；,分辨率：可分辨的两点之间的最小距离；,=,0.5,l,n sin,q,物镜分辨率,l,：光源波长,n sin,q,：,数值孔径值,q,：物镜镜口角的半数,n：物镜与样本之间介质的光折射率,低倍镜,高倍镜,显微镜物镜的分辨率,放大倍数,数值孔径,焦深,工作距离,分辨率,各种物镜的参数,选用,蓝色滤光片，使照射光波长（,l）,最短；,介质选用香柏油，使折射率（n）达到最大：n,空气,=1.0；n,水,=1.33；n,香柏油,=1.52,油镜的镜口角半数（,q）大，工作距离短，,数值孔径值最大为1.4，,最高分辨率：,0.18m,m,正确使用油镜,细菌的三种基本形态,常见细菌呈现三种基本形态：,球状：球菌,杆状：杆菌,螺旋状：,弧菌：弯曲不足一圈,螺菌：螺旋,2,6,圈,许多细菌的属名都以形态特征命名；,许多球菌因为细胞分裂后暂时不分开，而在显微镜下呈现特定的空间排列特征：,分裂面平行：,双球菌、,链球菌；,分裂面垂直：四联球菌、八叠球菌；,分裂面角度无规则：葡萄球菌；,球菌的空间排列特征,藤黄微球菌（,Micrococcus luteus,）,酿浓链球菌（,Streptococcus pyogenes,）,肠球菌属,（,Enterococcus,）,金黄色葡萄球菌,（,Stephylococcus aureus,）,球菌的显微照片,枯草芽孢杆菌（,Bacillus subtilis）,杆菌的光学显微镜照片,不同的杆菌的还可能具有：棒状、梭状、两端钝园、两端平直、短粗、细长等细微形态特征；,杆菌的空间排列特征,某些杆菌进行细胞分裂后，子细胞暂时不分开，而呈现一定的排列特征，是杆菌的鉴别标志之一：,杆菌有链状、栅状和“八”字排列；,深红红螺菌,Rhodospirillum rubrum,运动外硫红螺菌,Ectothiorhodospira mobilis,螺菌的光学显微镜照片,弧菌的显微照片,细菌形态都会随菌龄和环境条件而发生显著变化；一般以良好生长条件下的处于指数生长期的菌体形态为标准；,霍乱弧菌,(,Vibrio cholerae,）,Vibrio,sp.,细菌的一般大小,细菌细胞大小在,1,m,m数量级范围内；,球菌直径：,0.5 1,m,m,杆菌、弧菌和螺菌（直径长度）：,0.2 1,m,m,1 5,m,m,一些细菌的大小,2.1.3,细菌细胞壁的结构和生化组成,细菌是单细胞的原核生物，其有细胞壁、胞壁坚韧并含有,肽聚糖,是其基本特征之一；,所有细菌通过,革兰氏染色法,染色后，在光学显微镜下呈现两种不同颜色，或者紫红色，或者红色；,由此，将呈现紫红色的称为,革兰氏阳性菌,，呈现红色的称为,革兰氏阴性菌,；,细菌细胞壁的结构和组成决定其革兰氏染色反应呈阴性还是阳性；,通过亚细胞结构和生化组成，理解功能和生命活动；,初染：用碱性染料结晶紫对菌液涂片染色12分钟，水洗至无色；,媒染：用碘溶液染1分钟，使碘与细胞内的结晶紫形成复合物，水洗去浮碘；,脱色：用乙醇或丙酮冲洗涂片20秒，水洗，去醇；,复染：用另外一种不同颜色的碱性染料，例如番红，染色12分钟，水洗；镜检,丹麦医生C.Cram1884年发明,革兰氏染色法,革兰氏染色反应结果,细胞呈紫红色为革兰氏阳性反应（G,+,）；细胞呈红色为革兰氏阴性反应（G-）；,革兰氏阳性菌,革兰氏阴性菌,数十层,网状肽聚糖,覆盖在细胞表面，,磷壁酸,贯穿肽聚糖层，形成厚约2080nm的细胞壁；,壁磷壁酸：与羟基形成酯键固定在肽聚糖上；,膜磷壁酸：以酯键固定在细胞膜上；,革兰氏阳性菌细胞壁结构和生化组成,细胞壁,细胞膜,肽聚糖是一种多糖，由二糖肽通过,b,-1,4-糖苷键,聚合而成；,二糖肽是肽聚糖的重复单位：,双糖单位：,N-乙酰葡萄糖胺与N-乙酰胞壁酸通过,b,-1,4-糖苷键连接；,四肽尾通过酰胺键与 N-乙酰胞壁酸相连：,L-AlaD-GluL-LysD-Ala,肽聚糖,（peptidoglycan）,肽聚糖肽尾第3位,L-Lys的游离,氨基与相邻肽尾第4位,D-Ala的游离羧基之间形成酰胺键直接交联,；或者通过一段短肽（肽桥、间桥）交联，形成的立体网状结构；,网状肽聚糖,磷壁酸是一类存在于革兰氏阳性菌细胞壁中的高分子阴离子化合物，使细胞壁带负电，并提高细胞壁的强度；,常见的磷壁酸的化学结构是多元醇与磷酸的聚合物：,核糖醇磷壁酸,甘油磷壁酸,甘油型磷壁酸,磷壁酸,（teichoic acid）,革兰氏阴性菌细胞壁分为二层：,内壁层：为12层网状肽聚糖，肽尾第三位为,二氨基庚二酸,（m-DAP），肽尾直接交联，交联度低；,外壁层：由外至内：脂多糖层、磷脂层和脂蛋白层；,革兰氏阴性菌细胞壁结构和生化组成,外壁层上还镶嵌有多种功能蛋白，而非结构蛋白；,脂多糖是带有脂肪酸的多糖，是构成G,细胞壁特有的生化物质；由三部分组成：,脂多糖,（lipopolysaccharide,LPS）,O,-特异侧链：,单糖种类差异很大,核心多糖：,单糖种类比较稳定,类脂,A,：,糖与高级脂肪酸形成的酯,E.coli,LPS,的,化学结构,O-侧链,葡萄糖,葡萄糖,葡萄糖,半乳糖,N-乙酰葡糖胺,庚糖,庚糖,庚糖,辛糖酸,辛糖酸,辛糖酸,构成,LPS,中的特异性单糖,辛糖酸：,2,-酮-,3,-脱氧辛糖酸（,KDO,）,庚糖：,L,-甘油-,D,-甘露庚糖（,Hep,）,特异性单糖指在其它亚细胞结构或其它生物组织中稀有的单糖衍生物；,LPS含有特异性单糖是其化学结构的特征；,当乙醇脱色时，G,细胞壁因失水而网孔缩小，结晶紫与碘复合物被保留在细胞内，使细胞仍呈紫色。红色染料复染后，呈紫红色；,当乙醇脱色时，G,细胞壁外膜因脂类含量高而迅速溶解，内膜的肽聚糖层因薄且交联度低，而不能阻挡结晶紫与碘复合物的溶出，使细胞褪成无色。红色染料复染后，呈红色；,革兰氏染色反应的机理,L型细菌：细胞壁缺陷型突变株；,原生质体：用溶菌酶或青霉素处理G,+,，形成的无细胞壁球状细胞；,球形体：采用上述处理方法处理G,-,形成的残留细胞壁外壁层的细胞；,原生质体或球形体对渗透压敏感，但可在高渗环境下正常生长，并再生细胞壁；,细胞壁缺陷型细菌,溶菌酶：存在卵清,、,唾液中,，,催化肽聚糖,-1,4-,糖苷键水解,。,细菌是原核生物，具有原核细胞的一般结构；,原核细胞主要由细胞膜、细胞质、颗粒状内含物、核糖体和核区等亚细胞结构构成；,1.2.4,细菌的其它细胞结构,细胞壁,细胞膜,细胞质,核区,核糖体,所有细胞型生物都有细胞膜，细胞器也有膜包裹，这些膜有共同的基本化学组成结构，统称为生物膜（biomembrane）；,生物膜的主要生化成分：,脂质：甘油磷脂、鞘磷脂、糖脂、甾醇；,蛋白质：各种大小的蛋白质、糖蛋白、脂蛋白；,生物膜的基本组成为磷脂和蛋白质，但不同来源的生物膜的具体生化组成有很大差异，,生物膜的生化组成,磷脂酰甘油,磷脂酰乙醇胺,磷脂酰胆碱,磷脂酰肌醇,磷脂酰丝氨酸,疏水端,亲水端,甘油磷脂的结构和类型,甘油、脂肪酸和磷酸构成磷脂酸；其磷酸连接不同的极性分子形成具有疏水性尾部和亲水性头部的两性磷脂分子；,膜的主体是由具有流动性的脂质双分子层构成，两性脂质分子的极性头朝向表面，疏水的尾部朝内；,膜上镶嵌有多种跨膜蛋白和膜结合蛋白，这些蛋白可在膜的内部和表面作横向移动；,1972年,S.Jonathan Singer,Garth Nicholson,生物膜的液态镶嵌模型,细菌细胞膜是厚约510nm的生物膜，构成生物膜双分子层的主要脂质是：磷脂酰乙醇胺和磷脂酰甘油，一般不含甾醇；,膜蛋白约占7080；,细菌的细胞膜,G,+,细菌细胞壁与细胞膜之间，G,_,细菌细胞外壁层的磷脂层与细胞膜之间，宽约1215nm的狭窄空间，呈胶状，含多种蛋白，是各种物质进出细胞的中转站；,细菌的周质空间,（periplasm）,细胞膜以内是含水量约,70%，,呈半透明胶状液体的细胞质，是细菌进行代谢的主要场所；,在细胞质内，存在光学显微镜下不可见的颗粒状的核糖体，平均约2000-15000个，参与蛋白质的合成；,细菌核糖体大小为15nm20nm，沉降系数为70S，其中大亚基为50S，小亚基为30S；,大亚基：23SrRNA、5SrRNA和35种蛋白；,小亚基：16SrRNA和21种蛋白质；,细菌的细胞质与核糖体,细菌细胞质中有一个用富尔根法染色后，在普通光学显微镜下呈紫色的区域，称为核区；,核区是细菌染色体长约0.253.00mm的环状双链DNA，呈无规则状存在的区域；,细菌的核区,（nuclear region）,小结,细菌是单细胞生物，细胞基本结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质、核糖体和核区；,细菌的特征主要表现在形态和细胞壁组成结构上,2.1.5,细菌的特殊细胞结构,除具有原核细胞一般结构外，某些细菌可能还有与自己特殊的生理功能相适应的独特的亚细胞结构，是为细菌的特殊细胞结构；,细胞内特殊结构：,细胞内贮藏颗粒,细胞内功能性小体,芽孢（内生孢子）,细胞外特殊结构：,鞭毛和菌毛,荚膜,某些细菌细胞质内，存在光学显微镜下可见或不可见的颗粒状贮藏物，是细菌贮藏营养物质的一种方式，是细菌的鉴定性标志之一；,碳源和能源贮藏物：糖原粒、淀粉粒、脂肪粒、聚,b-羟丁酸（,PHB,）,；聚,羟链烷酸（,PHA,）；,；,能源和磷贮藏物：多聚偏磷酸盐（异染颗粒）；,能源和电子供体贮藏物：硫粒；,细胞质内贮藏颗粒,糖原和淀粉都是葡萄糖的,a-1,4和a-1,6糖苷键分支聚合物；前者分支强于后者；,某些细菌在细胞质内形成大小为20100nm颗粒，是细菌碳源和能源贮藏物；,在电镜下可见；用稀碘液染成红褐色；,糖原粒和淀粉粒,聚羟链烷酸：羟基烷酸的直连聚合物，由非生物膜包裹，处在于多种细菌的细胞质内，用苏丹黑染色后光学显微镜下可见，是这些细菌的碳源和能源贮藏物；,聚-羟丁酸：是,D-3-羟基丁酸的直连聚合物，最早发现和最常见的聚羟链烷酸；,聚,-,羟丁酸,poly-hydroxybutyrate,PHB,聚羟链烷酸,polyhydroxyalkanoate,PHA,聚-羟丁酸粒,和,聚羟链烷酸,PHB和PHA的聚合度在通常10,6,以上，无毒、可生物降解，是用途广泛的高分子材料；工业上通过微生物发酵生产，称为微生物塑料；,微生物塑料,目前用于研究,PHA,发酵生产的微生物菌种有：产碱杆菌属（,Alcaligenes,）、,假单胞菌属,（,Pseudomonas,）、,芽孢杆菌属（,Bacillus,）,目前菌种性能：最高产量,80g/L,，,最高产率,2g/Lh,；,聚磷酸颗粒,某些原核生物在含磷丰富的环境下形成的胞内磷元素和能量的贮藏物，为多聚偏磷酸盐颗粒，大小为0.21.0,m,m；,这种多聚偏磷酸盐颗粒用美蓝或甲苯胺蓝染成红紫色，也称为异染颗粒（metachromatic granules）；,最初在迂回螺菌（,Spirillum volutans,）中发现，也称迂回体或捩转菌素颗粒（volutin,granules,）；,某些代谢H,2,S，硫代硫酸盐等硫化物的细菌，会在细胞内或细胞外积累折光性很强的硫粒，作为能源或电子供体的贮藏物；,硫粒,（sulfur globules）,橘色绿弯菌,（,Chloroflexus aurantiacus,）,某些细菌细胞质存在的与特定生理功能相关的，有一定形态和结构的小体，在功能上可能相当于细胞器，但没有生物膜包裹，不属于细胞器：,羧酶体：某些自养菌特有；,磁小体：趋磁细菌特有；,绿色体：光合细菌特有；,气泡：某些水生细菌和光合细菌特有；,细菌细胞质内功能性小体,呈多角形，直径约10nm；单层蛋白质膜包围，内含类晶体排列的1,5-二磷酸核酮糖羧化酶；,存在于某些自养细菌中，与固定CO,2,的卡尔文循环密切相关；,羧酶体,（carboxysome）,磁小体（magnetosome）：,存在于趋磁细菌（,magnetotactic bacterium,）中，20100nm；由磷脂膜，或蛋白、糖蛋白膜包围，主要为Fe,3,O,4,；,磁小体能够感应磁场，引导细菌沿磁力线进行,趋化运动；,磁小体作为纳米磁性材料具有重要的应用价值；,磁小体,（magnetosome）,链状排列的磁小体,气泡,（gas vesicles）,大小为0.21.0,m,m75nm，内由数排柱形小泡组成，外有2nm厚的蛋白质膜包裹；,存在某些水生细菌和光合细菌中，起调节细胞浮力的作用；,膜的外表面亲水，内侧绝对疏水，气泡只能透气而不能透过水和溶质；,沃氏盐富饶菌,（,Haloferax volcanii,）,菌毛：着生于细胞膜，穿过细胞壁，伸展于细菌表面的短直、中空毛状物，每个细菌约250300条，直径310nm；由蛋白质亚基螺旋排列构成；革兰氏阴性致病菌多具有菌毛，具有粘附功能；,鞭毛：细胞表面附着的长丝状、波形物，直径10-20nm，长度10-20,m,m，由蛋白质构成；许多杆菌、螺菌、弧菌具有鞭毛，是细菌的运动器官，有鞭毛的菌能运动，无鞭毛的菌不能主动运动；,菌毛和鞭毛,（flagellum，flagella）,单端单生、双端单生,单端丛生、双端丛生,侧生和周生鞭毛,E.coli,周生鞭毛；,鞭毛的着生位置,基体：S、M环（L环、P环）和中心杆；,钩形鞘：连接基体与鞭毛丝的构造；,鞭毛丝：直径4.5nm的鞭毛蛋白亚基沿着中央孔道螺旋状盘绕而成；,鞭毛的结构,G,细菌,G,细菌,鞭毛使细菌能够主动运动，而进行化学趋避运动、光趋避运动和趋磁运动；一般速度在每秒2080,m,m范围，最高可达每秒100,m,m；,鞭毛的运动功能,产荚膜细菌在细胞壁外能够形成胶状结构，起保护或黏附作用；,荚膜（capsule）：有一定形态层次，厚度0.2,m,m；,微荚膜（microcapsule）：有一定形态层次，厚度0.2,m,m；,粘液层(slime layer)：不定形、向周围扩散；,多数荚膜的化学成分为多糖，荚膜也称糖被；,细菌的荚膜,一些荚膜的生化组成,多糖,：,黄原胶：野油菜黄单胞菌（,Xanthomonas campestris,）,黄原胶,黄原胶（Xanthan Gum）是野油菜黄单胞菌的粘液层，具有高粘度，高耐酸、碱、盐，高耐热稳定性、悬浮性、触变性等；,被广泛应用于食品、石油、地矿、陶瓷、纺织、印染、医药、造纸、灭火、涂料、化妆品等20多个行业；,聚,g,谷氨酸,聚-,g-谷氨酸是炭疽芽孢杆菌荚膜的组成成分，具有良好的皮肤美化功能：,使用10秒，,g,-PGA瞬间潜入皮肤，肌肤立感滑爽；,2天，皮肤水润光滑，触摸感细嫩，纹坑包渐平；,9天，肌肤充满弹性，老化角质一扫而光；,16天，眼袋缩小，眼角细纹变浅，色斑变淡；,28天，重回少女时代；,由枯草芽孢杆菌发酵生产；,透明质酸,N-乙酰葡萄糖胺与D-葡萄糖醛酸通过,b-,1,3糖苷键连接的二糖是透明质酸的重复单位，重复单位通过,b,-1,4糖苷键聚合成高分子的透明质酸；,用于化妆品，作为天然保湿因子；用于医药，作为关节填充剂和滴眼液；用于食品，作为保健口服液；,由枯草芽孢杆菌发酵生产,细菌的芽孢,产芽孢细菌：某些细菌在特定生理条件下，细胞质内形成的一个折光性极强的休眠体，称为芽孢（endospore或spore）；,芽孢休眠期可达数十年，在合适条件下，萌发成营养细胞；,芽孢有很强的抗逆性：湿热、干热、干燥、紫外线、戊二醛、甲醛、过氧化氢、碘消毒剂等；,产芽孢细菌的分类地位,产芽孢细菌具有共同特征：,革兰氏阳性,低（G+C）%,产芽孢和不产芽孢的所有低（G+C）%的革兰氏菌，在分类上归为厚壁菌门（,Firmicutes,）：,杆菌纲（,Bacilli,）：好氧的产芽胞菌,梭菌纲（,Clostridia,）：厌氧的产芽胞菌,（,Erysipelotrichi,）,（,Negativicutes,）,热石杆菌纲（,Thermolithobacteria,）,不同产芽孢细菌，芽孢可着生在细胞内的顶端或中央，宽度可小于或大于细胞直径，是产芽孢细菌的鉴定特征；,梭状芽孢杆菌属（,clostridium,）来源于芽孢中生，宽度大于细胞直径所形成的细胞形态特征；,芽孢的着生位置,孢外壁：为细胞质浓缩物，富含脂蛋白；,芽孢衣：富含疏水性角蛋白，透过性差；,皮层：较厚，含芽孢肽聚糖和吡啶二羧酸钙（DPA）；,核心：为高度失水，富含DPA的休眠细胞；,芽孢的组成和结构,芽孢肽聚糖的肽尾不完整，不能交联呈网状，而是呈束状存在，因此致密而具有较高的离子强度；,芽孢肽聚糖和吡啶二羧酸钙,吡啶二羧酸钙,（DPA-Ca）dipicolinic-acid,芽孢最突出的抗逆性是抗热性，某些芽孢的致死条件：,肉毒梭菌（,Clostridium botulinum,）：1005.09.5h或121 10min；,热解糖梭菌（,Clostridium thermosaccharolyticum,）：132 4.4min的致死率为90%（D值）。,嗜热脂肪芽孢杆菌（,Bacillus stearothermophilus,）：121 10min；用作湿热灭菌指示剂；,芽孢的耐热性,芽孢耐热机制渗透调节皮层膨胀学说,多价阳离子和水分不能透过芽孢衣；,芽孢肽聚糖和吡啶二羧酸钙的高离子强度，使皮层产生极高的渗透压，夺取核心的水分，而充分膨胀；,核心因高度失水，而具有极强的耐热性；,最新研究表明DPA与芽孢耐热性密切相关；,细胞膜,内陷,，细胞被分为两部分，小的为前芽孢；,细胞模,反包,前芽孢，形成双层膜的前芽孢；,在两层膜之间形成皮层；皮层外面合成芽孢衣；,细胞质浓缩形成胞外壁，芽孢囊破裂释放芽孢；,芽孢的形成过程,苏云金芽孢杆菌（,Bacillus,thuringiensis,）在形成芽孢的同时，在芽孢旁形成的菱形或双锥形碱溶性蛋白晶体，称为伴孢晶体；,伴孢晶体对200多种昆虫的幼虫，尤其是鳞翅目幼虫有毒杀作用；被广泛用作生物杀虫剂；,伴孢晶体,（parasporal crystal）,伴胞晶体的杀虫机制,伴胞晶体被昆虫幼虫吞食进入中肠，在中肠,pH 9.0-10.5,的碱性环境中被溶解成原毒素；,原毒素进一步被昆虫肠道的蛋白酶水解，产生具有毒素活性的片段（内毒素）；,内毒素与中肠上皮细胞膜上的特异受体结合，然后插入细胞膜，形成孔洞，使中肠上皮细胞裂解；,随后，肠道中的碱性溶液进入血液，,使,昆虫全身麻痹而死亡。,小结,细菌都有原核细胞的共同的亚细胞结构和生化组成，但每一种细菌的具体结构和组成特点；,不同细菌可能具有特殊的亚细胞结构，与特定生理功能相关；,掌握亚细胞结构的生化组成和构成结构，是理解亚细胞结构生理功能的基础；,细菌个体的生长：细菌个体通过营养和代谢使细胞物质平衡增加，表现为细菌的生长，但这一过程难以在形态上观察；,当细胞物质增加到一定程度，则进行细胞分裂：由一个细胞分裂产生两个子细胞，这一过程为细菌的繁殖；,无性繁殖：繁殖过程由一个细胞单独完成，不需要不同性别的细胞参与；原核生物作为低等，只有无性繁殖；,细菌繁殖将形成肉眼可见的，有一定形态特征的细胞群体：菌膜、菌醭、菌苔、菌落；,2.1.6,细菌的繁殖和菌落,二分裂殖：细胞的染色体DNA复制并分开，细胞膜内陷形成横膈膜，细胞壁内陷形成横隔壁，细胞分开；,大多数细菌以二分裂殖的方式进行无性繁殖，少数细菌以芽殖方式进行无性繁殖；,细菌的二分裂殖,生长在液体中，可使液体混浊或形成沉淀、菌醭；,在固体基质表面，由单个细胞繁殖形成肉眼可见的细胞群体为单菌落（colony）；连成片的菌落称为菌苔；,单菌落的形态具有菌种特异性，与细菌的某些细胞结构相关，是细菌的鉴别标志之一；,细菌的群体形态,菌落大小（直径）；菌落形态（圆形，不规则形）；菌落边缘（圆形规则，不规则，假根状，放线状）；菌落扁平或隆起；菌落表面（光泽或无光泽，透明或不透明，湿润或干燥，光滑或粗糙）；,细菌菌落形态特征,菌落圆形、边缘规则、菌落隆起：细胞不具鞭毛而不运动；,菌落不规则、边缘假根状，放线状、菌落扁平：细胞具有鞭毛，能够运动；,菌落表面光泽、透明、湿润：产荚膜细菌；,菌落表面无光泽，不透明、干燥：不产荚膜；,菌落表面粗糙：产芽孢细菌；,细菌菌落形态特征与细胞结构关系,第二节 放线菌,2.2.1 放线菌概述,2.2.2 放线菌的形态和繁殖,1877年，Harz 首次从牛体内分离出厌氧的牛型放线菌（,Actinomyces bovis,），菌体细丝状，菌落呈放射状，称为放线菌；,1948年，Waksman认为放线菌是介于细菌和丝状真菌之间的一类生物；在分类系统中，将厌氧的放线菌归为放线菌属（,Actinomyces,）；将好氧的放线菌归为链霉菌属（,Streptomyces,）；,1960年后，确定放线菌是一类丝状的原核生物，菌丝分枝发达或不发达，革兰氏阳性；产无性孢子繁殖；厌氧或好氧；陆生性较强；,2.2.1,放线菌概述,1970年后，发现这些丝状的，革兰氏阳性的原核生物与另外一些非丝状的革兰氏阳性细菌都具有：,16S rRNA的“CUAAAACUCAAAG”序列特征,染色体都是高（GC）,不产芽孢,按照生物大分子序列特征作为分类依据的重要性，将高（GC）的革兰氏阳性原核生物都归为放线菌门（,Actinobacteria,）；,放线菌门中既包括全部传统放线菌，也包括所有高（GC）的革兰氏阳性细菌；,放线菌的分类学概念,革兰氏阳性菌的分类地位,低G+C%的革兰氏阳性菌（多数产芽孢）,厚壁菌门,（,Firmicutes,）,杆菌纲（,Bacilli,）,梭菌纲（,Clostridia,）,（,Erysipelotrichi,）,（,Negativicutes,）,热石杆菌纲（,Thermolithobacteria,）,高G+C%的革兰氏阳性菌（不产芽孢）,放线菌门（,Actinobacteria,）,放线菌纲（,Actinobacteria,）,放线菌门,（,Actinobacteria,）,放线菌纲（,Actinobacteria,）,酸微菌亚纲（,Acidimicrobidae,）,放线菌亚纲（,Actinobacteridae,）,放线菌目（,Actinomycetales,）,双歧杆菌目（,Bifidobacteriales,）,红蝽菌亚纲（,Coriobacteridae,）,（,Nitriliruptorales,）,红色杆菌亚纲（,Rubrobacteridae,）,放线菌目,（,Actinomycetales,）,放线菌亚目（,Actinomycineae,）,多孢放线菌亚目（,Actinopolysporineae,）,Catenulisporineae,棒杆菌亚目（,Corynebacteriaceae,）,弗兰克菌亚目（,Frankineae,）,糖霉菌亚目（,Glycomycineae,）,动孢菌亚目（,Kineosporiineae,）,微球菌亚目（,Micrococcineae,）,小单孢菌亚目（,Micromonosporineae,）,丙酸杆菌亚目（,Propionibacterineae,）,假诺卡氏菌亚目（,Pseudonocardineae,）,链霉菌亚目（,Streptomycineae,）,链孢囊菌亚目（,Streptosporangineae,）,放线菌为丝状原核生物，革兰氏阳性，细胞具有原核细胞的一般结构，细胞壁与革兰氏阳性细菌相似，由肽聚糖和磷壁酸组成，可分型：,四肽尾第3位为：L-Lys、m-DAP或L,L-DAP；,肽聚糖是否通过五个Gly组成的肽桥交联,细胞抽提物中含有单糖的种类：木糖、阿拉伯糖或半乳糖等；,放线菌没有鞭毛、荚膜、芽孢等细菌常见的特殊亚细胞结构；,放线菌的细胞壁,链霉菌产生挥发性的土腥素（geosmin），使潮湿的土壤具有土腥味；,链霉菌能够降解难降解的物质：胶质、纤维素、木质素、橡胶、甲壳素、角蛋白、烷烃和芳香族化合物；,90以上的抗生素由放线菌合成，主要由链霉菌合成：,灰色链霉菌（,S.griseus,）：链霉素,卡那霉素链霉菌（,S.kanamyceticus,）：卡那霉素,龟裂链霉菌（,S.rimosus,）:土霉素,金色链霉菌（,S.aureofaciens,）：四环素和金霉素,放线菌的生物工程应用价值,放线菌为单细胞的原核生物，细胞为分枝的丝状，称为菌丝（hypha），个体由菌丝构成，称为菌丝体（mycelium）；,构成放线菌个体的菌丝，根据形态和功能的不同，可区分为基内菌丝、气生菌丝和孢子丝三部分；,放线菌菌丝直径1,m,m左右，长度可达100-600,m,m；,2.2.2,放线菌的形态和繁殖,基内菌丝：生长在固体基质内，直径0.2-0.8,m,m，无隔膜；吸收营养；,气生菌丝：由基内菌丝向空间生长形成的长短不一的分枝菌丝，相对色深，直径1-2,m,m；,孢子丝：由气生菌丝分化形成的可产生孢子的菌丝；,有的放线菌无孢子丝，有的气生菌丝不发达，链霉菌属菌丝分化最完全；,放线菌菌丝的分化,链霉菌属是种类最多，分布最广的放线菌，大约有500种，是最重要的抗生素发酵菌株；,具有基内菌丝，发达的气生菌丝和孢子丝，是链霉菌属的典型形态特征链霉菌属细胞壁I型，含L,L-DAP，Gly肽桥，GC含量为：6978；,链霉菌属,（,Streptomyces,）,缺乏气生菌丝；,基内菌丝纤细，直径0.3-0.6,m,m，产色素；菌丝单轴分枝，在顶端产生一个单生的分生孢子；,细胞壁II型，G+C%7273%；,降解纤维素、甲壳素；棘孢小单孢菌（,M.echinospors,）产庆大霉素；,小单孢菌属,（,Micromonospora,）,少数有气生菌丝；,基内菌丝发达或不发达，成熟后，会突然断裂成杆状、或球状；,有气生菌丝的少数种，产生分生孢子；,细胞壁型；G+C%：6272%,地中海诺卡氏菌（,N.mediterranei,）：利福霉素,诺卡氏菌属,（,Nocardia,）,放线菌属,（,Actinomyces,）,放线菌属只有基内菌丝，有横隔，可断裂；无气生菌丝，也不形成孢子；,一般为厌氧菌或兼性厌氧菌，多为致病菌；,牛型放线菌引起牛颚肿病；,以色列放线菌（,Actinomyces israelii,），是人体口腔和生殖道的正常菌群，可引起脑部，肺部和肠道等粘膜感染；,放线菌可以通过菌丝断裂进行繁殖；,放线菌主要产无性孢子繁殖：,分生孢子：由孢子丝直接横隔分裂形成孢子；,孢囊孢子：孢子丝形成孢子囊，菌丝在孢子囊中横隔分裂形成孢子；,放线菌的繁殖方式,链霉菌属产分生孢子进行无性繁殖；由孢子丝横隔分裂形成链状排列的350个分生孢子；,孢子丝的形态是不同链霉菌的分类鉴定标志：,丛生、轮生、直形、波形、螺旋形等；,链霉菌属的分生孢子和孢子丝,有基内菌丝和气生菌丝，气生菌丝发育成孢子囊，产孢子菌丝在孢囊中横隔分裂形成无形孢子孢囊孢子；,粉红链孢囊菌发酵生产多霉素；,链孢囊菌属,（,Streptosporangium,）,的孢囊孢子,放线菌无性孢子,直径,约,1,m,m，可,呈现不同的形状、表面特征（,光滑、多毛、多刺,和,疣状）和,颜色，是不同放线菌的分类鉴定标志；,孢子抗热性差，,60-65处理10-15分种失活，,但耐干燥；在适宜条件下，萌发形成菌丝体；,放线菌无性孢子的特点,放线菌菌落一般圆形、较小、不蔓延；表面有皱褶、干燥、不透明；不易挑起；,放线菌在液体中静置培养形成菌膜，搅拌培养形成菌丝球，或者菌团；,放线菌的菌落和群体形态,灰色链霉菌（,Streptomyces,griseus,）,基内菌丝常产水溶性或脂水溶性色素，有红、黄、绿、蓝、褐、紫和黑等颜色，是鉴定特征之一；,气生菌丝多产脂溶性色素；,放线菌的孢子一般也有自己的颜色，使菌,落表面与背面颜色不同；,放线菌的颜色,第三节 蓝细菌,2.3.1 蓝细菌概述,2.3.2 蓝细菌的形态和细胞结构,2.3.3 蓝细菌的繁殖和主要种属,蓝细菌（,Cyanobacteria,）：原核生物、属于细菌超界蓝细菌门，革兰氏阴性，多产粘液层或荚膜；（GC）为3571；广泛分布在河流、湖泊和海水中，耐营养贫瘠环境；,特点：,含有叶绿素a，能进行放氧型光合作用；,含特有的光合色素藻胆素，细胞呈特殊蓝色；,2.3.1,蓝细菌概述,湖泊中的大量蓝细菌的存在形成“水华”,细菌超界,蓝细菌门（,Cyanobacteria,）,色球藻目（,Chroococcales,）：,34,属,粘菌藻目（,Gloeobacterales,）：,1,属,念珠藻目（,Nostocales,）,：,4,科,31,属,颤藻目（,Oscillatoriales,）：,31,属,宽球藻目（,Pleurocapsales,）：,8,属,原绿菌目（,Prochlorales,）,3,科,3,属,真枝藻目（,Stigonematales,）,12,属,蓝细菌的分类地位,蓝细菌的应用,蓝细菌在水体中大量生长造成“水泛”和蓝藻爆发，污染饮用水；,微囊藻属（,Microcystis,）产生微囊藻毒素（MC）污染饮用水和水产品，威胁人类健康；,蓝细菌的生长要求很低，培养成本低，代谢产物多种多样，是最有潜力的生物工程应用菌株：蓝细菌制氢和蓝细菌生产链烷烃；,蓝细菌菌体营养丰富，可作为保健品、食品；,蓝细菌生长的危害,当条件合适时，蓝细菌在淡水中大量生长，形成蓝藻爆发，造成生态灾难；,“螺旋藻”保健营养品为螺旋蓝细菌属（,Spirulina,）的菌体制品；,盘状螺旋蓝细菌（,Spirulina platensis,）,最大螺旋蓝细菌（,Spirulina maxima,）,营养和保健的理由：,蛋白质含量高,含不饱和脂肪酸,营养全面,螺旋藻保健营养品,蓝细菌是水生性单细胞原核生物、形态多样、大小差异较大、常聚集成团或排列成链存在；,细胞壁结构类似革兰氏阴性细菌，革兰氏反应阴性，细胞壁含m-DAP；,组成细胞膜的脂肪酸不饱和度较高，含有两个以上的双键；,细胞质内富含贮存颗粒：糖原粒、脂肪粒、多聚偏磷酸粒、PHB、,蓝细菌肽；,有功能性小体：羧酶体、,气泡、,类囊体,；,2.3.2,蓝细菌的形态和细胞结构,细胞有球状、杆状、盘状或丝状，常外包胶鞘排列成链丝状或团状，或单细胞存在；,细胞直径差异较大，1,m,m60,m,m；,蓝细菌的形态和大小,蓝细菌肽（藻青素）是蓝细菌特有的氮源贮藏物，主要成分是等比例的精氨酸和天冬氨酸形成的分支多肽，分子量25000125000d；,蓝细菌肽,（cyanophycin）,蓝细菌特有的细胞内功能体，是细胞进行放氧型光合作用的场所；,类囊体由多层磷脂膜相叠形成的片层结构，靠近细胞膜平行于细胞长轴排列；膜上有叶绿素a、-胡萝卜素、类胡萝卜素等光合色素，以及排列其上的特有的,藻胆体,；,类囊体,（thylakoid）,藻胆体呈半圆形，由三角形的心和杆组成；是由,藻胆蛋白,装配而成的超分子复合物，排列在类囊体的表面；,藻胆体含水溶性辅助色素，是蓝细菌主要的捕光天线（light-harvesting antennae）；,藻胆体,（phycobilisome）,藻胆蛋白,（phycobiliprotein）,藻胆蛋白是蛋白质与生色基团,藻胆素,的共价结合物，是构成藻胆体的光合色素；,藻胆蛋白分为三种：,构成藻胆体的心：,别藻蓝蛋白（allophycocyanin）,构成藻胆体的杆：,藻红蛋白（,phycoerythrin,）,藻蓝蛋白（,phycocyanin,）,藻胆素,（phycobilin）,藻胆素是生色基团，功能和结构都类似于叶绿素，具有吸收和传递光能的作用；由四个吡咯环形成的直链共轭体系，但不含镁和叶醇链；,不同的藻胆素决定藻胆蛋白的类型和吸收波长；,细胞分化：由营养细胞发育转化形成具有特定结构和功能的细胞；,异型胞（heterocyst）：不含藻胆体，色浅，没有光合系统II；进行不产氧光合作用，专门进行生物固氮；,静息孢子（akinete）：壁厚、色深，能够抵御不良环境；,蓝细菌的细胞分化,营养细胞、异形胞和静息孢子,蓝细菌中存在的无性繁殖方式：二分裂殖、复分裂繁殖、出芽繁殖和链丝段繁殖；,链丝段（hormogonia）繁殖：丝状排列的细胞断成小段，小段可继续发育为营养体；,2.3.3,蓝细菌的无性繁殖和主要种属,代表属：色球蓝细菌属（,Chroococcus,）：球状或杆状的单细胞，不运动，不排列成丝状、二分裂殖或芽殖；,芽殖：母细胞上出芽，芽体成熟脱落为子细胞；,色球藻目,（,Chroococcales,）,代表属：宽球蓝细菌属（,Pleurocapsa,），细胞不排列成丝状、复分裂繁殖，形成球型胶团；,复分裂繁殖：一个细胞反复分裂为多个小细胞；,宽球藻目,（,Pleurocapsales,）,代表属：颤蓝细菌属（,Oscillatoria,），细胞排列成丝状、外包胶鞘，二分裂殖，无异型胞；,颤藻目,（,Oscillatoriales,）,代表属：念珠蓝细菌属（,Nostoc,），细胞排列成丝状、外包胶鞘，裂殖，有异型胞；,念珠藻目,（,Nostocales,）,代表属：真枝蓝细菌属（,Stigonema,），细胞排列成丝状、外包胶鞘，复分裂繁殖，有异型胞；,真枝藻目,（,Stigonematales,）,