细菌的形态和结构课件.ppt

第一章 细菌的形态和结构,第一篇 总论,Contents,第一节 细菌的形态,第二节 细菌的基本结构,第一节 细 菌,细菌的大小,细菌的基本形态及变化,细菌的群体分布,Morphology 形态学 Includes:1.Size 2.Shape 3.Arrangement,genes,characteristics,细菌的大小、形态和排列,第一节 细 菌,细菌的形态,细菌的大小,(1)长度单位:微米(m)(2)表示:球菌:直径 杆菌:宽长 螺菌:宽、长、螺距球菌直径:0.2-1.5 m。杆菌:长1-5m,宽0.5-1m。例如：E.coli:平均长度:2m;宽度0.5m1500个大肠杆菌头尾相接等于3mm;109个大肠杆菌重1 mg.,细菌的大小、形态和排列,细菌的形态,细菌的大小,细菌的基本形态和排列,Bacterial shape examined microscopically,细菌的大小、形态和排列,细菌的大小、形态和排列,细菌的形态,细菌的大小,细菌的基本形态和排列,球菌(coccus)及其排列状态,球菌(coccus)及其排列状态,单球菌：,细胞分裂沿一个平面进行，新个体分散而单独存在.如尿素微球菌(Micrococcus ureae),球菌(coccus)及其排列状态,单球菌：,双球菌：,细胞沿一个平面分裂，新个体成对排列.如肺炎双球菌(Diplococcus pneumoniae),球菌(coccus)及其排列状态,单球菌：,双球菌：,链球菌：,球菌(coccus)及其排列状态,单球菌：,双球菌：,链球菌：,四联球菌：,球菌(coccus)及其排列状态,单球菌：,双球菌：,链球菌：,四联球菌：,八叠球菌：,球菌(coccus)及其排列状态,单球菌：,双球菌：,链球菌：,四联球菌：,八叠球菌：,葡萄球菌：,细菌的大小、形态和排列,第一章 细菌的形态与结构,细菌的形态,细菌的大小,细菌的基本形态和排列,球菌(coccus)及其排列状态,杆菌(bacillus)及其排列状态,第一章 细菌的形态与结构,杆菌(bacillus)及其排列状态,杆菌的形态,短杆菌,长杆菌,梭状芽孢杆菌,第一章 细菌的形态与结构,杆菌(bacillus)及其排列状态,杆菌的形态,杆菌排列状态,Rod shape is called Bacillus.Two bacilli together-Diplobacilli Chains of bacilli are called Streptobacilli Palisades-Rods side by side or in X,V or Y figures,第一章 细菌的形态与结构,杆菌(bacillus)及其排列状态,杆菌的形态,杆菌排列状态,杆菌端部特征,Rod-Shaped Bacterium,hemorrhagic E.coli,strain 0157:H7,Bacillus megabacterium,Legionella pneumophila(causes Legionnaires Disease),(causes anthrax),Bacillus anthracis,细菌的大小、形态和排列,第一章 细菌的形态与结构,细菌的形态,细菌的大小,细菌的基本形态和排列,球菌(coccus)及其排列状态,杆菌(bacillus)及其排列状态,螺旋菌(spirilla)及其排列状态,第一章 细菌的形态与结构,螺旋菌(spirilla)及其排列状态,Vibrio cholerae,细菌的大小、形态和排列,第一章 细菌的形态与结构,细菌的形态,细菌的大小,细菌的基本形态和排列,细菌的异常形态及特殊形态,细菌的大小、形态和排列,第一章 细菌的形态与结构,细菌的形态,细菌的大小,细菌的基本形态和排列,细菌的异常形态及特殊形态,细菌的大小、形态和排列,第一章 细菌的形态与结构,细菌的形态,细菌的大小,细菌的基本形态和排列,细菌的异常形态及特殊形态,细菌的群体形态,菌落(colony)：单个细菌在适当的固体培养基表面或内部，经过一定时间的培养后，培养繁殖出数量巨大的菌体，形成一个肉眼可见的、有一定形态的群体，称为菌落；菌落互相连接成片，称为菌苔(1awn)；在一定的培养基中的菌落形态、大小、色泽、气味等是细菌学鉴定的重要内容,第一章 细菌的形态与结构,（一）在固体培养基上（内）的群体形态,第一章 细菌的形态与结构,（一）在固体培养基上（内）的群体形态,第一章 细菌的形态与结构,（一）在固体培养基上（内）的群体形态,第一章 细菌的形态与结构,第一章 细菌的形态与结构,（一）在半固体培养基上（内）的群体形态,根据明胶液化层中呈现的不同形状判断某细菌是否产蛋白酶。,根据半固体直立柱表面和穿刺线上细菌群体的生长状态和有否扩散现象判断该菌的运动能力。,第一章 细菌的形态与结构,（三）在液体培养基上（内）的群体形态,第一章 细菌的形态与结构,（三）在液体培养基上（内）的群体形态,第二节 细菌的基本结构,细胞壁,细胞壁的基本功能,细胞膜,细胞质,一、细胞壁,细胞质膜细胞质和内含物 核区特殊的休眠构造芽胞,糖被、鞭毛、菌毛、性毛,二、细胞壁以内的构造原生质体,三、细胞壁以外的构造,细胞壁的功能细胞壁的特点革兰氏染色的机制缺壁细菌,概念细胞壁的功能革兰氏染色与细胞壁(1)革兰色染色(2)革兰氏染色阳性菌的细胞壁的特点(3)革兰氏染色阴性菌的细胞壁的特点(4)革兰氏染色阳性与阴性菌细胞壁的比较4.缺壁细菌,1.细胞壁,1.细胞壁,细胞壁（cell wall）是位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被，主要由肽聚糖组成，有固定细胞外形和保护细胞等多种生理功能。（PAGE 10）,细胞壁功能,细胞壁的主要功能（PAGE 13）保持细菌一定的外形保护细菌免受外界渗透压和有害物质的损害与细菌的致病性、抗原性、对噬菌体和药物的敏感性相关与革兰氏染色反应特性相关,革兰氏染色,G.Gram(革兰)于1884年发明的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。,革兰氏染色与细胞壁,革兰氏染色与细胞壁,革兰氏染色阳性与阴性菌细胞壁的比较,革兰氏染色与细胞壁,革兰氏染色阳性与阴性菌细胞壁的比较,革兰氏染色的原理(1884-1983),革兰氏染色阳性与阴性菌细胞壁的比较,溶菌酶：-1，4糖苷键青霉素：肽桥,阳性菌,阴性菌,革兰氏染色阳性与阴性菌细胞壁的比较,革兰氏染色阳性细菌：,肽聚糖层次多、厚,机械抗性强,对溶菌酶和青霉素敏感,不含外膜(脂多糖),不形成内毒素,革兰氏染色阳性,革兰氏染色阳性与阴性菌细胞壁的比较,革兰氏染色阴性细菌：,肽聚糖层次少、薄,机械抗性差,对溶菌酶和青霉素不敏感,脂多糖等组成外膜,内毒素,革兰氏染色阴性,革兰氏染色阳性与阴性菌细胞壁的比较,革兰氏染色阳性与阴性菌细胞壁的比较,特殊细胞壁细菌,某些G+分枝杆菌和诺卡氏菌：,细胞壁含有大量的霉菌酸(mycolic acid 一种支链羟基脂类),与感染能力有关,简单染色很难使它着色,抗酸性染色,特殊细胞壁细菌,抗酸性染色：1）细胞与碱性复红和苯酚的混合物一起加热；2）酸性酒精脱色；3）美兰复染。,抗酸性染色阳性菌：,抗酸性染色阴性菌：,红色,蓝色,特殊细胞壁细菌,缺壁细菌,实验室或宿主体内形成,在自然界长期进化中形成支原体,缺壁突变 L型细菌,人工去壁,基本去尽原生质体（G+）,部分去掉球状体（G-）,缺壁细菌,(1)L型细菌（Lform of bacteria）,有些细菌在某些环境条件下（实验室或宿主体内），通过自发突变而形成的一种相对稳定的细胞壁突变的一种变异型。,英国的Lister医学预防研究所首先发现而得名。念珠状链杆菌（Streptobacillus moniliformis）,大肠杆菌、链球菌、葡萄球菌、分枝杆菌、霍乱弧菌等20多种菌中均有发现，一般认为是与针对抗菌治疗有关。,没有完整的细胞壁，细胞呈多形态有些能够通过细菌过滤器，被称为滤过型细菌对渗透敏感，在固体培养基上形成油煎蛋似的 小菌落（0.1mm左右）,特点:,指在人为的条件下用溶菌酶处理或是用青霉素处理，从而形成一种只有细胞膜包裹的圆球状的对渗透压敏感的细胞。,一般是由革兰氏染色阳性的细菌来形成的。,1）对环境条件的变化敏感，低渗透压、离心、振 荡、甚至通气都会使它破裂 2）有的原生质体具在鞭毛，但是不能运动，也不能被相应的噬菌体感染。3）在适宜的条件下（高渗透压），可以生长繁殖，形成 菌落，并且能够恢复成有细胞壁的正常结构。4）对于原生质体，它更容易导入外源遗传物质。是研究遗传规律，研究原生体育种的良好实验材料。,特点:,（2）原生质体（protoplast）,又称原生质球，革兰氏阴性细菌用溶菌酶或是青霉素处理，只能去掉它的肽聚糖层，它的外膜还能部分的保留，因此这种原生质球比原生质体的抗性要稍微强一些。,一般是由革兰氏染色阴性的细菌来形成的。,（3）球状体（Sphaeroplast）,是在长期进化过程中形成的、适应自然生活条件的无细胞壁的原核生物。因它的细胞膜中含有一般原核生物所没有的甾醇，所以即使缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强度。,（4）支原体（Mycoplasma）,1）概念,细胞质膜（cytoplasmic membrane）、质膜（plasma membrane）、细胞膜（cell membrane）、内膜（inner membrane）,是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透膜。PAGE 13,二、细胞膜,细胞质膜（cytoplasmic membrane）、质膜（plasma membrane）、细胞膜（cell membrane）、内膜（inner membrane）,是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透膜。PAGE 13,1）概念,2、细胞膜,2）细胞膜的观察,细胞膜：对所有生命来说都是必须的，对细菌亦然。维持细胞内部结构处于稳定且高度有序状态的物理屏障。细胞重要的代谢活动中心。,结构特点符合经典的“液态相嵌模型”理论,磷脂,膜蛋白,甾醇类物质,不饱和脂肪酸的结构和相对含量变化大（微生物生理及生态分布的多样性）,约占细菌细胞膜的50-70%，比任何一种生物膜都高，而且种类也多,细菌：霍烷类化合物真核生物：胆固醇,提高膜的稳定性,3）细胞膜的化学组成及结构模型,液态相嵌模型,3）细胞膜的化学组成及结构模型,选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送；维持细胞内正常渗透压的屏障；合成细胞壁和糖被的各种组分的重要基地；膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶系，是细胞的产能场所；鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的体能部位；对于不同种类的细菌来说呢，它的细胞膜在结构和功能上存在很大差异，具有特征性，因此膜化学也是进行细菌鉴定的一个非常重要的手段。,4)细胞膜的生理功能,3、细胞浆和内含物,细胞质的主要成分为核糖体、间体、内含物、多种酶类和中间代谢物、质粒、各种营养物和大分子的单体，少数细菌还有类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等。,细胞质（cytoplasm）是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。含水量约80%。,概念：,一种由细胞膜内褶而形成的囊状构造，其中充满着层状或管状的泡囊。,青霉素酶的分泌，包括DNA的复制，分配及与细胞分裂有关,间体实际上并不存在，它仅仅是因为电镜在制片的过程中由于脱水而形成的一种赝像,间体,核区（nuclear region or area）,原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的原始细胞核。,第三节 细菌的特殊结构,荚 膜,鞭 毛,菌 毛,芽 胞,细菌细胞的特殊结构,1、荚膜,(1)概念,一部分细菌，在其生活过程中，可以在细胞壁的外面产生一种黏液样物质，包围整个菌体，称为荚膜（capsule）。一团荚膜内含多个细菌时则称为菌胶团（zoogloea）。有一些细菌能产生比荚膜薄、只有在电镜下才能看见的微荚膜。有些细菌周围产生一些边界不明显、疏松、易与菌体脱离的黏液样物质，称为黏液层。,荚膜,菌胶团,细菌细胞的特殊结构,（2）特点,主要成分是多糖、多肽或蛋白质，尤以多糖居多。经特殊的荚膜染色，特别是负染色（又称背景染色）后可在光学显微镜清楚地观察到它的存在。,b.产生荚膜是微生物的一种遗传特性，其菌落特征及血 清学反应是是细菌分类鉴定的指标之一。,c.荚膜等并非细胞生活的必要结构，但它对细菌在环境 中的生存有利。,d.细菌荚膜与人类的科学研究和生产实践有密切的关系。,细菌细胞的特殊结构,（3）功能,保护细菌免受干燥和其它有害环境因素的影响；贮藏养料，以备营养缺乏时重新利用；有助于细菌黏附于机体各处表面；能抵抗吞噬细胞的吞噬和抵抗抗体，使细菌发挥致病性,S-layers,2、鞭毛(flagellum,复flagella),（1）概念,某些细菌细胞表面着生的一至数十条长丝状、螺旋形的附属物，具有推动细菌运动功能，为细菌的“运动器官”。,Many prokaryotes are motile,and this ability to move independently is usually due to a special structure,the flagellum(plural,flagella).,鞭毛的有无和着生方式具有十分重要的分类学意义,单端鞭毛,端生丛毛,两端生鞭毛,周生鞭毛,（2）观察和判断细菌鞭毛的方法,电子显微镜直接观察,鞭毛长度：1520m；直径：0.010.02m,光学显微镜下观察：鞭毛染色和暗视野显微镜,根据培养特征判断：半固体穿刺、菌落（菌苔）形态,2、鞭毛,2、鞭毛,a,monotrichous,b,amphitrichous,c,lophotrichous,d,peritrichous,细菌的趋避运动,鞭毛的功能是运动，这是原核生物实现其趋性（taxis）即趋向性的最有效方式。,化学趋避运动或趋化作用(chemotaxis):细菌对某化学物质敏感,通过运动聚集于该物质的高浓度区域或低浓度区域.,光趋避运动或趋光性(phototaxis):有的细菌能区别不同波长光而集中在一定波长光区内.,趋磁运动或趋磁性(magnetotaxis),趋磁细菌根据磁场方向进行分布.,3、菌毛(fimbria，复数fimbriae),长在细菌体表的纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质类附属物，具有使菌体附着于物体表面的功能。,Fimbriae can be evenly distributed over the entire surface of the cell.They can number anywhere from a few to several hundred per cell.Fimbriae allow a cell to adhere to surfaces including the surfaces of other cells.,3、菌毛(fimbria，复数fimbriae),Pilus are usually longer than fimbriae and number only one or two per cell.Pili function to join bacterial cells prior to the transfer of DNA from one cell to another.,F pilus,3、菌毛(fimbria，复数fimbriae),性纤毛,构造和成分与菌毛相同，但比菌毛长，数量仅一至少数几根。,性毛一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌株（即供体菌）中，其功能是向雌性菌株（即受体菌）传递遗传物质。有的性毛还是RNA噬菌体的特异性吸附受体。,每个细菌约有250300条菌毛。有菌毛的细菌一般以革兰氏阴性致病菌居多，借助菌毛可把它们牢固地粘附于宿主的呼吸道、消化道、泌尿生殖道等的粘膜上，进一步定植和致病。,3、菌毛(fimbria，复数fimbriae),每个细菌约有250300条菌毛.有菌毛的细菌一般以革兰氏阴性致病菌居多,借助菌毛可把它们牢固地粘附于宿主的呼吸道、消化道、泌尿生殖道等的粘膜上,进一步定植和致病。,4、特殊的休眠构造芽孢,Certain species of bacteria produce special structure called endospores.,They are very resistant to heat and can not be destroyed easily,even by harsh chemicals.Endospores are also resistant to other harmful agents such as drying,radiation,acids and chemical disinfectants.,细菌芽孢构造的模式图,（2）细菌芽孢的特点,1.整个生物界中抗逆性最强的生命体，是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标。2.芽孢是细菌的休眠体，在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞；产芽孢细菌的保藏多用其芽孢。3.产芽孢的细菌多为杆菌，也有一些球菌。芽孢的有无、形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标。4.芽孢与营养细胞相比化学组成存在较大差异，容易在光学显微镜下观察。（相差显微镜直接观察；芽孢染色）,芽孢特点（1）芽孢是休眠构造而不是繁殖构造（2）芽孢抗逆性极强（3）芽孢休眠能力极强,4、特殊的休眠构造芽孢,They are very resistant to heat and can not be destroyed easily,even by harsh chemicals.Endospores are also resistant to other harmful agents such as drying,radiation,acids and chemical disinfectants.,How long can spores survive?,report that 250 million year old spores have been revived,spores,普通光学显微镜,第4节 细菌形态和结构的观察方法,透射电子显微镜 TEM,扫描电子显微镜 SEM,细菌的染色观察,Summary1,Prokaryotic genetic material is located in an area called the nucleoid and is not enclosed by a membrane.2,Most bacteria have a cell wall outside the plasma membrane to give them shape and protect them from osmotic lysis.Bacterial walls are chemically complex and usually contain peptidoglycan.,3,Bacteria often are classfied as either gram positive or gram negative based on differences in cell wall structure and their response to Gram staining.Gram-positive walls have thick,homogeneous layers of peptidoglycan and teichoid acid.Gram-negative bacteria have a thin peptidoglycan layer surrounded by a complex outer membrane containing lipopolysaccharides and other components,4,Some bacteria are motile,usually by means of flagella,and bacterial species differ in the number and distribution of their flagella.5,Structures such as capsules,fimbriae,and sex pili are found outside of some bacterial cell wall.6,Some bacteria survive adverse environmental conditions by forming endospores,dormant structures resistant to heat,desiccation and many chemicals,Give two reasons why the outer membrane of Gram-negative bacteria is medically significant.Why is the bacterium that causes anthrax such an effective agent of bioterrorism?,Thats all for today！,