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第二章原核为微生

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第二章原核为微生物 Ø 第一节 细菌 Ø 第二节 古菌 Ø 第三节 放线菌 Ø 第四节 蓝细菌 Ø 第五节 螺旋体 Ø 第六节 立克次氏体和支原体 第一节 细菌 一、细菌的个体形态与大小 细菌(Bacteria)有四种形态:球状、杆状、螺旋状和丝状。分别 叫球菌、杆菌、螺旋菌和丝状菌。 (一)细菌的形态 1.球菌 2.杆菌 3.螺旋菌 4.丝状菌 (二)细菌的大小 细菌形体微小,通常以微米(μm;1μm=1/l000mm)为测量单 位。须用显微镜放大数百至上千倍才能看到。一般球菌的直径约lμm,中 等大小的杆菌长2~3μm,宽0.3~0.5μm。菌龄与环境等因素对菌体大 小有影响。 细菌示意图 细菌的各种形态 二、细菌的细胞结构 细菌是单细胞的。所有的细菌均有如下结构:细胞壁、细胞质膜、 细胞质及其内含物、细胞核物质。部分细菌有特殊结构:芽孢、鞭毛、 荚膜、粘液层、菌胶团、衣鞘及管和作用层片等。 (一)细胞壁 1.细胞壁的化学组成与结构 细菌分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌 两大类,两者的化学组成和结构不同。 G+细胞壁厚,结构简单,含肽聚糖、磷 壁酸含少量蛋白质和脂肪。G-细胞壁薄,结 构较复杂,分外壁层(外层是脂多糖、中间 是磷脂层、内层是蛋白质)和内壁层(含肽 聚糖,不含磷壁酸)。 2.细菌细胞壁的生理功能 (1)保护原生质体免受渗透压引起破裂的作用 (2)维持细菌的细胞形态 (3)细胞壁是多孔结构的分子筛,阻挡某些分子进入和保留蛋白质 在间质 (4)细胞壁为鞭毛提供支点,使鞭毛运动 细菌结构图 (二)原生质体 原生质体包括细胞质膜、细胞质及其内含物、细胞核物质。 1.细胞质膜:是紧贴在细胞壁的内侧而包围细胞质的一层柔软而富有弹 性的薄膜,是半渗透膜。 2.细胞质及内含物 内含物——核糖体、内含颗粒 3.拟核:细菌因没有核膜和核仁,故称为原始核或拟核。 (三)荚膜、粘液层、菌胶团和衣鞘 1.荚膜:是一些细菌在细胞表面分泌的一种粘性物质,把细胞 壁完全包围封住。 2.粘液层:有些细菌不产荚膜,其细胞表面仍可分泌粘性的多糖,疏松 地附着在细菌细胞壁表面,与外界没有明显边缘,称为粘液 层。 3.菌胶团:有些细菌由于其遗传特性决定,细菌之间按一定的排列方式 互相粘集在一起,被一个公共荚膜包围成一定形状的细菌集 团。 4.衣鞘:水生境中的丝状均多数有衣鞘。 荚膜。粘液层、衣鞘和菌胶团对染料的亲和力极低,很难着 色,都用衬托发染色。 (四)芽孢 某些细菌在它的生活史中的某个阶段或某些细菌在它遇到外界不良 环境时,在其细胞内形成一个内生孢子。所有的芽孢都可抵抗外界不良 环境。 (五)鞭毛 有细胞质膜上的鞭毛基粒长出穿过细胞伸向体外的一条纤细的波浪 状的丝状物。 三、细菌的培养特征 1.细菌在固体培养基上的培养特征 2.细菌在半固体培养基中的培养特征 3.细菌在明胶培养基中的培养特征 4.细菌在液体培养基中的培特征 四、细菌的物理化学性质 (一)细菌表面电荷和等电点 等电点:氨基酸是两性电解质,在碱性溶液中表现出带负电荷,在 酸性溶液中表现出带正电荷,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,称为该氨基酸的~。 细菌带负电:细菌培养液的pH值若比细菌的等电点高,细菌的游离 氨基手抑制,游离羟基电离,细菌则带负电。如果培 养液的pH比细菌的等电点地细菌的游离羟基受抑制, 斜面培养基上的菌台特征 游离氨基电离,细菌带正电。在一般的实验中,细菌多处于偏 碱性、中性和偏酸性,都高于细菌的等电点,所以说细菌表面 总是带负电荷。加上细菌细胞壁的;磷壁酸含有大量酸性较强 的磷酸基,更加导致细菌表面带负电。 (二)细菌的染色原理及染色方法 1. 细菌的染色原理 细菌菌体无色透明,在显微镜下由于菌体与其背景反差小,不 易看清菌体的形态和结构。用染色液染菌体,以增加菌体与背景的 反差,在显微镜下则可清楚看见菌体的形态。 2. 染色方法 简单染色、复杂染色、革兰氏染色 (三)细菌悬液的稳定性 细菌在液体培养基中的存在状态有:稳定型(S) 不稳定型(R) (四)细菌悬液的浑浊度 细菌体呈半透明状态,光线照射菌体时,一部分光线透过菌 体,一部分光线被折射。所以,细菌悬液呈现浑浊现象。 (五)细菌的多相胶体性质 (六)细菌的比表面积 细菌体积微小,但其有巨大的比表面积。 (七)细菌的密度和重量 细菌的密度在1.07~1.19之间,细菌的密度与菌体所含的物质有关。 将群体细菌的质量除以细菌的数目即得每个细菌的重量,单个细 菌的的质量约为1×10-9~1×10-10mg。 第二节 古菌 一、定义 古细菌(archaeobacteria)(又可叫做古生菌 、古菌、古核细胞或原细菌) 是一类很特殊的细 菌,多生活在极端的生态环境中。具有原核生物 的某些特征,如无核膜及内膜系统;也有真核生 物的特征,如以甲硫氨酸起始蛋白质的合成、核 糖体对氯霉素不敏感、RNA聚合酶和真核细胞的 相似、DNA具有内含子并结合组蛋白;此外还具 有既不同于原核细胞也不同于真核细胞的特征, 如:细胞膜中的脂类是不可皂化的;细胞壁不含 肽聚糖,有的以蛋白质为主,有的含杂多糖,有 的类似于肽聚糖,但都不含胞壁酸、D型氨基酸和 二氨基庚二酸。 古细菌示意图一 二、古菌的特点 1.古菌的形态 细胞很薄,扁平。有精确的方角和垂直的边构成直角几何形态的细胞。 2.古菌的细胞结构 在细胞结构上,大多数古菌的细胞壁不含二氨基庚二酸和胞壁酸。他的组分 大多数是蛋白质,蛋白质是酸性的。脂类是非皂化性甘油二醚的磷脂和糖脂的衍 生物。 3.代谢 古菌在代谢过程中有许多特殊的辅酶,如绝对厌 氧的产甲烷菌有辅酶M、F420、F430等。 4. 呼吸类型 它们多数为严格厌氧、兼性厌氧,还有专性好氧。 5.繁殖速度 古菌的繁殖速度较慢,进化速度也比细菌慢。 6.生活习性 大多数古菌生活在极端环境,如盐分高的湖水中, 极热、极酸和绝对厌氧的环境。它有特殊的代谢途径, 有的古菌还有热稳定性和其他特殊酶。 古菌示意图二 三、古菌的分类 (一)从rRNA进化树上,古菌分为两类: 泉古菌(Crenarchaeota) 和广古菌(Euryarchaeota)。另外未确定的 两类分别由某些环境样品和由Karl Stetter发现的奇特的物种纳古菌(Na noarchaeumequitans)构成。 (二)按照古菌的生活习性和生理特性,古菌可分三大类: 1. 产甲烷菌 产甲烷菌是专性厌氧菌,能利用CO2使H2氧化,生成甲烷,同 时释放能量。 『CO2+4H2→CH4+2H2O+能量』 ★产甲烷菌的细胞结构 ▲细胞结构:细胞封套(包括细胞避、 表面层、鞘和荚膜)、细胞质膜、原生 质和核质。 ▲产甲烷菌有G+菌和G-,它们的细胞 壁结构和化学组分有所不同,也是与真细菌 的区别电。 古菌详细的系统发育树 ★产甲烷菌的培养方法 产甲烷菌是专性厌氧菌,它的分离和培养等的操作均需要在特殊的 环境和用特殊的技术进行。 目前最好的是厌氧手套箱,它由四部分组成: ①附有手套的密闭透明薄膜箱 ②附有两个可分开启用的可抽真空的金属空气隔离箱 ③真空泵 ④氢和高纯的供应系统 2.嗜热嗜酸菌 ★嗜热嗜酸菌包括古生硫酸还原菌和极端嗜热古菌。 ★特点:专性嗜热、好氧、兼性厌氧、严格厌氧、革兰氏 阴性、杆状或球状。 最适生长温度在70~105℃ 之间。嗜酸性和嗜中性,自养或异样生长。大多 数种是硫代谢菌。 3.极端嗜盐古菌 极端嗜盐古菌和细菌不同它对NaCl有特殊的适 应性和需要性。它们栖息在高盐环境如盐场、天然 盐湖或高盐腌渍食物如鱼和肉类。通常极端嗜盐古 菌的需盐下限为1.5mol/L约9%的NaCl,大多数种 嗜热嗜酸菌示意图 所需要NaCl为2~4mol/L约12%~23%,虽然有些种在极低盐度细生长,但 实际上有的极端嗜盐古菌能在5.5mol/L的NaCl(为32%,实为饱和状态)下 生长。 它们的细胞结构呈链状、杆状或球状。革兰氏阴性或阳性,好氧或兼性 厌氧,化能有机营养型。有嗜中性或嗜碱性的,嗜中温或轻度嗜热,生长温 度可搞到55℃。RNA聚合酶属AB’B’型。 它们的细胞壁不含二氨基庚二酸和胞壁酸,其成分主要含脂蛋白,其荚 膜含20%类脂。极端嗜盐菌要靠钠、 氯和镁离子维持细胞结构和硬度,需 要1.5mol/L或以上氯化钠。盐球菌属 虽然要求高盐生长,但它在较低的盐 浓度中任能维持正常的细胞形态。化 能异养,呼吸代谢,从不发酵。生长 温度范围在30~55℃之间,最适生长 温度37℃。生长pH为5.5~8.0,最适 生长pH为7.7~7.4。 极端嗜盐古菌示意图 第三节 放线菌 • 一、放线菌的形态和大小 • 1、形态:放线菌的菌体由纤细的长短不一 的菌丝组成,菌丝分支为单细胞。 营养菌丝 • • 2、分类 : 气生菌丝 孢子丝 孢子的表面结构、形状及颜色在一定条件下比较稳定,是鉴定菌种的重要 依据。 二、放线菌的繁殖 1).以无性孢子为主 三 放线菌代表菌属 枝动菌属、链霉菌属、诺卡氏菌属、放线菌属、链饱囊属、小单包菌属 G+ G+ 分生孢子 2).种类 包囊孢子 菌丝片段 第四节 蓝细菌 一、意义:蓝细菌是古老的生物,在50亿年前,地球上是无氧 的环境。使地球由无氧环境转为有氧环境是由于蓝 细菌出现并产氧所致。 色球藻纲:包括色球藻属、微囊藻属、口腔 球水藻 属于等 二 、蓝藻门: 藻殖段纲:包括颤藻属、念珠水藻、筒孢藻 属、胶须藻属、鱼腥藻属及单 歧藻属等 鱼腥藻属在富营养化水体中形成水华 三、特点: ①细菌有颜色 ②古老的微生物之一 ③分布广 ④形体差异大 第五节 螺旋体 ★ 螺旋体(Spirochaeta)细长、柔软、弯曲呈螺旋状的运动活泼 的单细胞原核生物。全长3~500微米,具有细菌细胞的所有内 部结构。 ★ 由核区和细胞质构成原生质圆柱体,柱体外缠绕着一根或多 根轴丝。轴丝的一端附着在原生质圆柱体近末端的盘状物上,原生 质圆柱体和轴丝都包以外包被,轴丝相互交叠并向非固着端伸展, 超过原生质圆柱体,类似外部的鞭毛,但具外包被。 ★ 用暗视野显微镜观察含活菌的新鲜标本,可看到运动活泼的 螺旋体。运动有三种类型:绕螺旋体的长轴迅速转动、细胞屈 曲运动以及沿着螺旋形或盘旋的线路移动。 ★ 横断分裂繁殖;化能异养;好氧、兼性厌氧或厌氧;自 由生活、共栖或寄生,有些种是致病菌。 ★ 螺旋体广泛分布在自然界和动物体内,分5个属:包柔氏 螺旋体属(Borrelia),又名疏螺旋体属、密螺旋体属(Trepon 螺旋体示意图 螺旋体示意图 ema)、钩端螺旋体属(Leptospira)、脊螺旋体属(Cristispira)、螺旋体属 (Spirochaeta)。前三属中有引起人患回归热、梅毒、钩端螺旋体病的致病菌, 后二属不致病 。 ▲疏螺旋体属(borrelia) 有5~10个稀疏而不规则的螺旋,其中对人致病的有回归热螺旋体及奋 森氏螺旋体,前者引起回归热,后者常与棱形杆菌共生,共同引起咽峡炎, 溃疡性口腔炎等。 ▲密螺旋体属(treponema) 有8~14个较细密而规则的螺旋,对人 有致病的主要是梅毒螺旋体、雅司螺旋体、 品他螺旋体,后二亦通过接 触传播但不是性病。 ▲钩端螺旋体属(leptospira) 螺旋数目较多,螺旋较密,比密螺旋体更细密而规则, 菌体一端或两端弯曲呈钩状,本属中有一部分能引起人及 动物的钩端螺旋体病。 螺旋体属示意图 梅毒螺旋体的超微结构 第六节立克次氏体和支原体 • 一、立克次氏体:包括立克次氏体目及衣原体目 都是寄生的。 •(一)立克次氏体: •水克次氏体的细胞结构与细菌相似,细胞壁含胞壁酸和二氨基庚三酸 ,菌体含RNA和DNA,特点与细菌相似。 • 形状: 短杆状、球状、丝状。 •不能通过细菌过滤器,不产生芽孢,不具鞭毛,不运动,革兰氏染色 阴性反应。 •传染病有流行斑疹、伤寒等。 (二)衣原体 衣原体呈球形,为革兰氏染色阴性反应,细胞化学组分和结构与革兰 氏染色阴性细菌相似,其细胞壁为含胞壁酸的外膜,含DNA和RNA,繁 殖为二分裂,多寄生在哺乳动物(如鼠、猪、牛、羊)及鸟类,能引 起人的沙眼,鹦鹉热、淋巴肉芽肿及颗粒性结膜炎,对磺胺和抗生素 敏感。 二、支原体 支原体是自由生活的最小原核生物,没有细胞壁,只有细胞质膜, 细胞无固定形态,为多形性体态,有球状、梨状、分支状及丝状。 其繁殖为二分裂,含DNA和RNA。为好痒性或厌痒性。 支原体对新霉素和卡那霉素敏感。为革兰氏染色阴性反应。 它分布在土壤、污水、垃圾、昆虫、脊椎动物及人体。
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