细菌总论-形态、结构、生长繁殖.ppt

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1、兽医微生物学,罗永文,第1章 细菌的形态、构造及功能,第一节 细菌的形态第二节 细菌的结构,原核生物概述,原核生物的特征比真核细胞小、简单缺少膜结构的细胞核，染色体为一环状DNA无膜结构的细胞器，核糖体小，为70S原核生物种类古细菌细菌蓝细菌,球菌(Coccus),杆菌(Bacillus)弧菌(Vibrio),螺菌(Spirillum),个体形态1,排列方式,链球菌,螺旋体(Spirochete)芽生和有附属物的细菌丝状(Filamentous),形态 2,最大直径500 m 最小直径0.05m纳米菌(Nanobacteria),大小1,Epulopiscium fishelsoni费氏刺尾鱼

2、菌杆状,0.05 x 0.5 mm,Thiomargarita namibiensis纳米比亚嗜硫珠菌0.3-1mm,大小2,第二节 细菌的结构,基本结构,细胞壁、细胞膜、细胞质、核体,特殊结构,荚膜、S层、鞭毛、菌毛、芽胞,细菌细胞结构,（一）细胞壁(cell wall),细胞壁是位于菌体的最外层，内侧紧贴细胞膜的一层无色透明，坚韧而有弹性的结构。(高渗特殊染色、电镜）,1.细菌细胞壁的结构,革兰氏阳性菌细胞壁：由肽聚糖和磷壁酸组成,壁磷壁酸,肽聚糖,脂磷壁酸,阳性菌特有,革兰氏阴性菌细胞壁,2.细胞壁的化学组成,革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌细胞壁成分比较,细胞壁的基本骨架肽聚糖是由 N乙

3、酰胞壁酸（NAM）和N乙酰葡糖胺（NAG）经-1，4糖苷键连接间隔排列形成的多糖支架。在NAM分子上连接四肽侧链，肽链之间由肽桥或联系起来，组成一个机械性很强的网状结构。,（1）,肽聚糖(peptidoglycan),革兰阳性菌肽聚糖聚糖骨架、四肽侧链、五肽交联桥,革兰阴性菌肽聚糖聚糖骨架、四肽侧链,（2）磷壁酸(teichoic acid),磷壁酸的功能,形成表面抗原决定簇的主要成分；提高膜结合酶的能力(使细胞壁形成负电荷环境,以利于吸附镁离子,维持酶活)；保证革兰氏阳性致病菌（如A族链球菌）与其寄主间的黏附；提供噬菌体的吸附位点。,（3）脂多糖(lipopolysaccharid,LPS)

4、,脂多糖的功能,（1）能够吸附钙离子、镁离子等阳离子；（2）为噬菌体提供特异的吸附受体；致热，具有保护作用，对裂解酶类和寄主细胞的吞噬作用有一定的抗性，也可刺激宿主细胞产生白介素和肿瘤坏死因子,（4）外膜蛋白（OMP),噬菌体吸附的受体,维持菌体固有的形态保护细菌抵抗不利环境（低渗、阻挡有害物质等）参与菌体内外的物质交换菌体表面带有多种抗原分子，可诱发机体的免疫应答细菌的致病性、对噬菌体和药物敏感性等密切相关。,3.细胞壁的功能,细菌细胞壁缺陷型或L型(bacterial L form)：细胞壁受损后仍能生长和分裂的细菌。在一般环境中不能耐受菌体内的高渗透压而将会涨破死亡。在高渗环境下，仍可存

5、活。革兰阳性菌细胞壁缺失后，原生质仅被一层细胞膜包住原生质体(protoplast)。革兰阴性菌肽聚糖层受损后尚有外膜保护原生质球(spheroplast)。,4.细菌细胞壁缺陷型（细菌L型）,细菌L型呈高度多形性，大小不一。着色不匀，无论其原为革兰阳性或阴性菌，形成L型大多染成革兰阴性。,(1)形态和染色性,临床分离葡萄球菌L型,葡萄球菌L型回复后,细菌L型生长缓慢，营养要求高，必须用高渗的培养基。细菌L型在高渗的培养基上生长后形成三种类型的菌落。,（2）培养特性和菌落形态,丝状菌落,颗粒型菌落,油煎蛋样菌落（典型L型菌落）,（二）细胞膜(cell membrane),细胞膜液态镶嵌模型,细

6、菌细胞膜的结构与真核细胞者基本相同，由磷脂和多种蛋白质组成，但不含胆固醇。细菌细胞膜的功能与真核细胞者类似，主要有物质转运、生物合成和呼吸等作用。,间体：是部分细胞膜内陷、折叠、卷曲形成的囊状物，多见于革兰阳性菌。其功能类似于真核细胞的线粒体。,(三）间体(mesosome),间体,（四）核体(nuclear body),细菌不具有成形的核，无核膜、核仁，遗传物质称为核质或拟核。功能是负载遗传信息。核质由单一密闭环状DNA分子反复回旋卷曲盘绕组成松散网状结构。,核体,细胞质：细菌细胞膜内包裹的、除核体以外的所有物质，是一种无色、透明、均质的胶体，基本成分为水、蛋白质、脂类、多糖、核糖核酸及无机

7、盐类等，是细菌进行营养物质代谢及合成核酸和蛋白质的场所。含有各种酶系统、核糖体、质粒、包含物等。,（五）细胞质(cytoplasm),核糖体（ribosome),是分散在细胞质中的颗粒状结构，由核糖体核酸（占2/3）和蛋白质（占1/3）组成。红霉素、链霉素作用靶点。,沉降系数：70s，由50s大亚基和 30s 小亚基构成。功能：是细胞合成蛋白质的机构。,2.质粒(plasmids),细菌染色体外的共价闭合环状双链DNA分子。控制细菌某些特定的遗传特性。,核体,质粒,3.内含物（inclusion),贮存营养物质和其他物质的颗粒样结构，有脂肪滴、糖原、异染颗粒等。,脂肪滴,气泡,异染颗粒,二、特

8、殊结构,荚膜S层鞭毛菌毛芽孢,（一）荚膜(capsule),荚膜：某些细菌在其细胞壁外包绕一层黏液性物质，用理化方法去除后并不影响细胞的生命活动。,肺炎链球菌荚膜,荚膜,(大）荚膜：粘液状物质具有一定外形，相对 稳定地附着在细胞壁外，厚度0.2m。微荚膜（microcopsule)：粘液状物质较薄，厚度0.2m，与细胞表面牢固结合。粘液层(slime layer)：粘液物质没有明显的 边缘，比荚膜松散。,荚 膜,菌胶团(zoogloea):包裹在细胞群体上的胶状物质。,大多数细菌的荚膜是多糖，如猪链球菌；少数菌的荚膜为多肽，如炭疽芽胞杆菌、鼠疫耶氏菌等；极少数二者均有，如巨大芽孢杆菌。荚膜具有

9、抗原性，并具有种和型的特异性。,1.荚膜的化学组成,抗吞噬作用：荚膜具有抵抗宿主吞噬细胞的作用，因而荚膜是病原菌的重要毒力因子。抗有害物质的损伤作用：荚膜处于细胞的最外层，有保护菌体避免干燥和减少有害物质的损伤作用。营养物质的贮存场所与废物排出之地,2.荚膜的功能,（1）荚膜的形成是微生物的遗传特征之一，是“种”的 特征。但不是细菌的必要结构，失去荚膜的菌株 照样能够生活。(2)荚膜的形成与组成明显受培养基成分和培养条件的 影响（与环境密切相关）。细菌一般在机体内和营养丰富的培养基中才能形成荚膜。有荚膜的细菌在固体培养基上形成光滑型（S型）或粘液型（M）菌落，失去荚膜后菌落变为粗糙型（R）。,

10、3.荚膜形成的条件,（二）S 层,某些细菌的一种特殊的表层结构，完整包裹菌体，由单一的蛋白质亚单位组成，排列规则，呈晶格样结构,S 层的功能,1.分子筛和离子通道2.屏障作用，保护细菌3.黏附宿主细胞，内化4.重要的表面抗原,（三）鞭毛(flagellum),许多细菌在菌体上附有细长并呈波状弯曲的丝状物，称为鞭毛，是细菌的运动器官。,特殊鞭毛染色，在光学显微镜下观察电子显微镜观察半固体穿刺培养,1.鞭毛的观察,1：有动力2：无动力,2.鞭毛菌分类,包括3部分：鞭毛丝,基体,鞭毛钩,3.鞭毛的结构,鞭毛是运动器官。鞭毛有抗原性（H抗原）。与致病性有关。（霍乱弧菌）,4.鞭毛的功能,许多革兰阴性菌

11、和少数革兰阳性菌菌体表面存在着一种比鞭毛更细、更短而直硬的丝状物，与细菌的运动无关。菌毛蛋白具有抗原性。菌毛在光镜下看不到，必须用电镜观察。分为普通菌毛和性菌毛两类。,（三）菌毛(filus/fimbriae),遍布菌细胞表面，每菌可达数百根。是细菌的粘附结构，能与宿主细胞表面的特异性受体结合。与细菌的致病性密切相关。,1.普通菌毛(ordinary pilus),仅见于少数革兰阴性菌。数量少，1-4根。比普通菌毛长而粗，中空呈管状。性菌毛由致育因子（F）编码，故又称F菌毛。F+菌内的质粒或DNA可通过性菌毛 进入F-菌体内,性菌毛是某些噬菌体吸附于 菌细胞的受体。,2.性菌毛(sex pil

12、us),菌毛比鞭毛更短、更细，且又直又硬。数量很多，不具有运动功能，但与菌的致病性、吸附等有关。只能在电子显微镜下观察到。,3.菌毛与鞭毛的比较,某些细菌在一定的环境条件下，能在菌体内部形成一个圆形或卵圆形小体，是细菌的休眠形式。芽胞形成后细菌即失去繁殖能力。产生芽胞的都是革兰阳性菌。,（四）芽胞(spore),芽孢是否为生殖细胞？芽孢是否为细菌的组成结构？芽孢是否在不良环境下形成？,1.芽胞的结构,由外向内,外衣 外膜皮质 芽孢壁内膜 芯髓,多层而致密,2.芽胞形状、位置,细菌形成芽胞的能力是由菌体内的芽胞基因决定的。芽胞一般只在动物体外才能形成，其形成条件因菌种而异。一个细菌只形成一个芽胞

13、，一个芽胞发芽也只生成一个菌体，细菌数量并未增加，因而芽胞不是细菌的繁殖方式。与芽胞相比，未形成芽胞而具有繁殖能力的菌体可称为繁殖体。,3.芽胞的形成,(1)对高温、干燥、辐射、化学药物有强大的抵抗力。(2)含水量低、壁厚而致密，通透性差,不易着色，折光性强。(3)芽胞内新陈代谢几乎停止，处于休眠状态，但保持潜在萌发力。(4)不是繁殖器官，一个芽孢萌发只产生一个营养状态的细胞。,4.芽孢的特点,芽胞的抵抗力强，可在自然界中存在多年，是重要的传染源。但芽胞并不直接引起疾病，只有发芽成为繁殖体后，才能迅速大量繁殖而致病。芽胞抵抗力强，故应以杀灭芽胞作为可靠的灭菌指标。（肉罐头的肉毒梭菌、外科器材的

14、破伤风梭菌）是细菌分类、鉴定的重要形态学指标。芽孢菌的长期保藏 伴胞晶体的杀虫功能,5.研究芽胞的意义,第4节细菌形态和结构观察,1.普通光学显微镜最小可分辨距离=,0.61,n sin,n：玻片与物镜间介质的折射率（空气：1，水：1.33，香柏油：1.52）,：所用光源波长,：物镜镜口角的半数,蓝光(450 nm)，油镜达最大分辨率：0.18m,2.暗视野显微镜,3.相差显微镜,样品的折射率和厚度不同，产生相位差配备：环状光阑和相差板能在不染色的情况下观察样品,4.荧光显微镜,6.扫描电子显微镜,5.透射电子显微镜,细菌的染色,单染法：美蓝染色法等鉴别染色法：革兰氏染色法、抗酸性染色法、芽孢

15、染色法、姬姆萨染色法等特殊染色法：芽孢、荚膜、鞭毛染色等。,简单染色,涂片干燥固定染色镜检,革兰氏染色,结晶紫初染 1min。碘液媒染 1min，水洗，吸干。95%乙醇脱色 30sec。复红或沙黄复染 1min，水洗，风干。,细水流洗,第2章 细菌的生长繁殖和生态,细菌与真核生物新陈代谢的主要区别：,1.细菌生长和繁殖速度快 2.利用各种化合物作为能源的能力强 3.营养需求多种多样 4.可利用超常流水线合成大分子物质 5.细菌能产生特殊物质,细菌五大共性：体积小,面积大；吸收多,转化快；生长旺,繁殖快；适应强,易变异；分布广,种类多。,第一节 细菌的理化性状,细菌和其他生物细胞相似，含有多种化

16、学成分:,细菌的化学组成,（1）小分子物质：水分是菌细胞重要的组成部分，占细胞总重量的75%90%；（2）无机盐：占干重的10%；（3）大分子物质：蛋白质、糖类、脂类、核酸；（4）特殊化学物质:肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸、D型氨基酸、二氨基庚二酸(DAP)、吡啶二羧酸(DPA)等。,第二节 细菌的生长繁殖,一、细菌生长的条件1、营养：水、碳源、氮源、无机盐，有些细菌还需要生长因子。2、酸碱度：多数致病菌的最适pH为3、温度：多数致病菌的最适温度为37,4、气体：,(1)氧气对微生物生长的影响按照微生物与氧的关系，可将它们分为2大类：好氧微生物（aerobes）厌氧微生物（anaerobes）大类又

17、可进一步分为5类：专性好氧（obligate or strict aerobes）兼性厌氧（facultative anaerobes）微好氧（microaerophilic bacteria）耐氧菌（aerotolerant anaerobes）专性厌氧菌（obligate anaerobes）,好氧,厌氧,5类细菌在 含有巯基乙醇的培养基中的生长和分布。,二、细菌的营养类型,1、根据碳素营养的区分（1）自养菌：只能从无机物取得碳源的细菌。能利用无机碳（如CO2、H2CO3等）合成所需要的含碳有机物，如硝化菌。（2）异养菌：凡能从有机物中取得碳源的细菌。不能利用无机碳，需要 有机碳来合成所需

18、要的含碳有机物；必须依赖其他生物供给现成 的有机物而营寄生生活 2、根据能源的区分：（1）光能营养菌：能将光能转变为化学能的细菌；这类细菌都是属于土 壤和水中的细菌，在病原菌中不存在此种类型的细菌。（2）化能营养菌：从无机和有机物中取得能量的细菌；大部分细菌属于 此类。前者称为无机化能营养菌；后者称为有机化能营养菌。,因此，细菌的营养类型分为：（1）光能自养菌（2）光能异养菌（3）化能自养菌（4）化能异养菌,物质摄取,生物合成,聚合作用,组装,第三节、细菌细胞的代谢过程,单纯扩散促进扩散主动运输基团转位,一、细菌吸收营养物质的机制,1.单纯扩散 也称为被动扩散，是一种最简单的细胞内外物质交换方

19、式。只靠简单的分子运动进行扩散。特点：无特异性;不需要载体 不需要能量 速度较慢 可逆，但不能逆浓度梯度.不是细菌取得营养的主要方式,2.促进扩散 营养物质通过透酶吸收营养基质的方式称为促进扩散，也称为协助扩散。特点：严格的特异性，需要载体，不需要能量；可逆 与被动扩散相同，也不能逆浓度梯度,3.主动运输 特点：需要载体，严格的特异性，需要能量.不可逆，可逆浓度梯度；胞内的基质可高于胞外1001000倍，饱和效应：如胞外基质浓度甚高，足使载体饱和，输送的速度达到一定高度时就无法进一步提高;是细菌取得营养的主要方式,4.基团转移基团转移是在输送后使基质发生变化的输送过程。,二、生物合成,将吸收的

20、各种前体代谢物合成多种氨基酸、核苷酸、糖、脂肪酸及其它合成大分子所需物质。1.作为鉴别细菌的主要措施2.细菌生物合成环节可被药物影响,三、聚合作用,DNA复制 半保留复制转录翻译,DNA mRNA 蛋白质,四、组装,自我组装（self-assembly）:自我组装可在体外试管内完成，鞭毛及核糖体即采用此种方式。指导组装（guided assembly）:细菌表面膜结构则只能依赖指导组装来完成。,第四节 细菌的生长繁殖,一、细菌个体的生长繁殖 世代时间:一个菌体分裂为两个菌体所需的时间。一般20-30min。二、细菌群体的生长繁殖 生长曲线（growth curve）：将细菌接种在液体 培养基并

21、置于适宜的温度中，定时取样检查活菌数，可发 现其生长过程具有规律性。以时间为横坐标，以活菌数的 对数为纵坐标，可得出一条生长曲线。,液体培养细菌的生长曲线,细菌来到新环境的一个适应过程。特点：(1)代谢活跃，合成并积累所需酶系统;(2)RNA含量明显增多，但DNA的量无变化;(3)细菌数并不增加,1.迟缓期（lag phase）,细菌此时生长迅速，以恒定速度进行分裂繁殖，活菌数以几何级数增长，达到顶峰，生长曲线接近一条斜的直线。一般而言，该期的病原菌致病力最强，其形态、染色特性及生理活性均较典型，对抗菌药物等的作用较为敏感。,2.对数期（logarithmic phase）,新繁殖的活菌数与死

22、菌数大致平衡，因营养的消耗、代谢产物的蓄积等，细菌繁殖速度下降。,3.稳定期（stationary phase）,4.衰亡期（decline phase）,死菌数超过活菌数,如不移植到新的培养基，最终可全部死亡，此期细菌的菌体变形或自溶，染色不典型，难以进行鉴定。,第五节 细菌的人工培养,培养基（culture medium）,是人工配制的基质，含有细菌生长繁殖必需的营养物质。培养基制成后，通常都要经灭菌处理。,配制培养基的基本要求依据细菌的物质代谢要求和营养需要，必须含有细菌生长繁殖所需要的碳源、氮源、矿物质以及生长环境条件，因此，在制作细菌培养基时，必须掌握如下原则和要求：含各种营养物质

23、适当的水分 适宜的pH和渗透压 不应含有抑制细菌生长的物质 应均质透明，应彻底灭菌 对某些微生物必须提供一些特殊物质,(一)按营养组成的差异 1.基础培养基:基本营养成分 2.营养培养基:在基础培养基中添加一些其它营养物质，如葡萄 糖、血液、血清、生长因子等,培养基的分类,普通培养基 血液培养基,1.固体培养基:1.5%2%琼脂，用于细菌分离纯化。2.半固体培养基:0.5%琼脂，作穿刺试验。3.液体培养:扩增纯培养的菌体。,(二)按状态的差异,细菌在固体培养基中的生长情况,细菌在半固体培养基中的生长情况,1：有动力2：无动力,细菌在液体培养基中的生长情况,菌膜,菌沉淀,均匀浑浊,对照,1.鉴别培养基:在培养基中加入特定底物，观察细菌在其生长后分解 底物如何，从而鉴别细菌。2.选择培养基:在培养基中加入某种化学物质，使之抑制一类细菌 生长，而有利于另一类细菌生长，从而将后者选择出来。3.厌氧培养基:专供厌氧菌的分离、培养和鉴别用.将普通培养基放在 无氧环境中培养，或者使培养基本身成为无氧的环境。,(三)按功能的差异,麦康凯琼脂培养基,