细菌的形态与结构ppt课件

第一节细菌的形态与结构 1 细菌 bacterium 是属原核生物界 prokaryotae 的一种单细胞微生物 有广义和狭义两种范畴 广义上泛指各类原核细胞型微生物 包括细菌 放线菌 支原体 衣原体 立克次体和螺旋体 狭义上则专指其中数量最大 种类最多 具有典型代表性的细菌 是本章讨论的对象 它们形态微小 结构简单 具有细胞壁和原始核质 无核仁和核膜 除核糖体外无其他细胞器 2 一细菌的大小与形态 3 1 细菌的大小 一般以微米 m 为测量单位 观察细菌最常用的仪器是光学显微镜 在不同种类的细菌大小不一 同一种细菌也因菌龄和环境因素的影响而有差异 4 2 细菌的形态 细菌按其外形 主要有以下三大类 球菌 coccus 杆菌 bacillus 螺形菌 spiralbacterium 5 一 球菌多数球菌直径在 m左右 外观呈圆球形或近似球形 由于繁殖时细菌分裂平面不同和分裂后菌体之间相互粘附程度不一 可形成不同的排列方式 这对一些球菌的鉴别颇有意义 1 双球菌 diplococcus 如脑膜炎奈瑟菌 肺炎链球菌 2 链球菌 streptococcus 如乙型溶血型链球菌 3 葡萄球菌 staphylococcus 如金黄色葡萄球菌 4 四联球菌 tetrad 如四联加夫基菌 5 八叠球菌 sarcina 如藤黄八叠球菌 6 7 二 杆菌不同杆菌 bacillus 的大小 长短 粗细很不一致 大的杆菌如炭疽芽孢杆菌长 10 m 中等的如大肠埃希菌长2 3 m 小的如布鲁菌长仅 um 8 杆菌形态多数呈直杆状 也有的菌体稍弯 多数呈分散存在 也有的呈链状排列 称为链杆菌 streptobacillus 菌体两端大多呈钝圆形 少数两端平齐 如炭疽芽孢杆菌 或两端尖细 如梭杆菌 有的杆菌末端膨大成棒状 称为棒状杆菌 corynebacterium 有的菌体短小 近似椭圆形 称为球杆菌 coccobacillus 有的常呈分枝生长趋势 称为分枝杆菌 mycobacterium 有的末端常呈分叉状 称为双歧杆菌 bifidobacterium 9 三 螺形菌螺形菌 spiralbacterium 菌体弯曲 有的菌体长2 3um 只有一个弯曲 呈弧形或逗点状称为弧菌 vibrio 如霍乱弧菌 有的菌体长3 6um 有数个弯曲称为螺菌 spirillum 如鼠咬热螺菌 也有的菌体细长弯曲呈弧形或螺旋形 称为螺杆菌 helicobacterium 如幽门螺杆菌 10 二细菌的结构 11 细菌虽小 仍具有一定的细胞结构和功能 细胞壁 细胞膜 细胞质和核质等各种细菌都有 是细菌的基本结构 荚膜 鞭毛 菌毛 芽孢仅某些细菌具有 为其特殊结构 12 细菌的基本结构 细菌的基本结构包括 细胞壁 cellwall 细胞膜 cellmembrane 细胞质 cytoplasm 核质 nuclearmaterial 13 细胞壁的功能 1 维持菌体固有的形态 2 保护细菌抵抗低渗环境 3 参与菌体内外的物质交换 4 菌体表面带有多种抗原表位 可以诱发机体的免疫应答 5 与细菌致病性有关 如LPS 14 一细胞壁细胞壁 cellwall 位于菌细胞的最外层 包绕在细胞膜的周围 是一种膜状结构 组成较复杂 并随不同细菌而异 用革兰染色法可将细菌分为两大类 即革兰阳性菌 G 菌 和革兰阴性菌G 菌 两类细菌细胞壁的共有组分为肽聚糖 但各自有其特性组分 15 一 肽聚糖 peptidoglycan 肽聚糖是一类复杂的多聚体 是细菌细胞壁中的主要成分 为原核细胞所特有 又称为黏肽 mucopeptide 16 1 G 菌的肽聚糖组成聚糖骨架四肽侧链五肽交联桥形成坚韧的三维立体结构 17 2 G 菌的肽聚糖组成 聚糖骨架四肽侧链形成疏松的二维平面结构 18 二 革兰阳性菌细胞壁特殊组分革兰阳性菌的细胞壁较厚 20 80nm 除含有15 50层肽聚糖结构外 大多数尚含由大量的磷壁酸 teichoicacid 约占细胞壁干重的50 磷壁酸是由核糖醇 ribitol 或甘油残基经磷酸二酯键互相连接而成的多聚物 19 磷壁酸按其结合部位不同分为 壁磷壁酸 wallteichoicacid 它的一端通过磷脂与肽聚糖上的胞壁酸共价结合 另一端伸出细胞壁游离于外 膜磷壁酸 membraneteichoicacid 或称脂磷壁酸 lipoteichoicacid LTA 一端与细胞膜外层上的糖脂共价结合 另一端穿越肽聚糖层伸出细胞壁表面呈游离状态 20 21 三 革兰阴性细胞壁特殊组分革兰阴性细胞壁较薄 10 15nm 但结构较复杂 除含由1 3层的肽聚糖结构外 尚有其特殊组分外膜 outermembrane 约占细胞壁干重的80 22 外膜由脂蛋白脂质双层脂多糖三部分组成 23 内酰胺抗生素是指其结构中含有 内酰胺环的一类抗生素 包括青霉素类和头孢菌素类 由于其抑制细胞壁肽聚糖的合成而达到杀菌作用 细菌产生的 内酰胺酶 lactamase BLA 可以特异性地打开药物分子结构中的 内酰胺环 使其完全失去活性 一般是革兰阳性菌的BLA为胞外酶 革兰阴性菌的BLA位于周浆间隙内 BLA的产生可以由细菌染色体编码 也可以由质粒编码 近年来 在克雷伯菌 大肠埃希菌 肠杆菌等革兰阴性菌中又出现新的BLA突变体 扩大了原来的底物谱 可以水解青霉素类和一 二 三代头孢菌素和单环类抗生素 氨曲南 称其为超广谱 内酰胺酶 extendedspectrum lactamase ESBL 内酰胺酶介导的耐药性是细菌耐药机制研究的重要内容 也是抗生素不断改造的理论基础 24 革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较 25 细菌细胞壁的肽聚糖结构受到理化或生物因素的直接破坏或合成被抑制后 这种细胞壁受损的细菌一般在普通环境中不能耐受菌体内的高渗透压而将会胀裂死亡 但在高渗环境下 它们仍可存活 这种细胞壁受损的细菌能够生长和分裂称为细菌细胞壁缺陷型或L型 bacterialLform 四 细菌细胞壁缺陷型 细菌L型 26 细胞膜或称胞质膜 cytoplasmicmembrane 位于细胞壁内侧 紧包着细胞质 其功能也与真核细胞者类似 主要有物质转运 生物合成 分泌和呼吸等作用 二 细胞膜 cellmembrane 27 细胞膜包裹的溶胶状物质为细胞质 cytoplasm 或称原生质 protoplasm 由水 蛋白质 脂类 核酸及少量糖和无机盐组成 其中含有许多重要结构 三 细胞质 cytoplasm 28 1 核糖体 ribosome 核糖体是细菌合成蛋白质的场所 化学组成是RNA和蛋白质 29 质粒是染色体外的遗传物质 存在于细胞质中 为闭合环状的双链DNA 带有遗传物质 控制细菌某些特定的遗传性状 质粒能独立自行复制 随细菌分裂转移到子代细胞中 质粒不是细菌生长所必不可少的 失去质粒的细菌仍能正常存活 质粒除决定该菌自身的某些性状外 还可以通过接合或转导作用等将有关性状传递给另一细菌 F质粒至育性质粒决定细菌性菌毛生成R质粒耐药性质粒决定细菌耐药性形成 2 质粒 plasmid 30 细菌细胞质中含有多种颗粒 大多为贮藏的营养物质 包括糖原 淀粉等多糖 脂类 磷酸盐等 胞质颗粒中有一种主要成分是RNA和多偏磷酸盐 polymetaphosphate 的颗粒 其嗜碱性强 用亚甲兰染色时着色较深呈紫色 称为异染颗粒 metachromaticgranule 异染颗粒常见于白喉棒状杆菌 位于菌体两端 有助于鉴定 3 胞质颗粒 31 细菌是原核细胞 不具成形的核 细菌的遗传物质称为核质 nuclearmaterial 或拟核 nucleiod 集中于细胞质的某一区域 多在菌体中央 具有细胞核的功能 是细菌遗传变异的物质基础 四 核质 32 细菌的特殊结构 荚膜 capsule 鞭毛 flagellum 菌毛 pilusorfimbriae 芽孢 spore 33 某些细菌在细胞壁外包绕一层黏液性物质 凡黏液性物质牢固地与细胞壁结合 厚度 0 2um 边界明显者称为荚膜 capsule 一 荚膜 34 1 荚膜的化学组成大多数细菌的荚膜是多糖 少数菌的荚膜为多肽 荚膜对一般碱性染料亲和力低 不易着色 普通染色只能见到菌体周围有未着色的透明圈 用特殊染色法可将荚膜染成与菌体不同的颜色 35 2 荚膜的功能抗吞噬作用具有免疫原性 用于细菌鉴别和分型抗干燥 36 见于所有的弧菌和螺菌 约半数的杆菌和个别球菌 在菌体上附有细长并呈波状弯曲的丝状物 少仅1 2根 多者达数百 这些丝状物称为鞭毛 flagellum 是细菌的运动器官 鞭毛长达12 30nm 需用电子显微镜观察 或经特殊染色法使鞭毛增粗后才能在普通光学显微镜下看到 二 鞭毛 37 38 根据鞭毛的数量和部位 可将鞭毛菌分成四类 单毛菌 如霍乱弧菌双毛菌 如空肠弯曲菌丛毛菌 如铜绿假单胞菌周毛菌 如伤寒沙门菌 39 1 是细菌的动力器官 2 有些细菌的鞭毛与致病性有关 3 根据鞭毛菌的动力和鞭毛的抗原性 可用于鉴定细菌和进行细菌分类 2 鞭毛的功能 40 许多革兰阴性菌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 称为菌毛 pilusorfimbriae 菌毛蛋白具有抗原性 其编码基因位于细菌的染色体或质粒上 菌毛在普通光学显微镜下看不到 必须用电子显微镜观察 三 菌毛 41 42 短而直 遍布菌细胞表面 每菌可达数百根 这类菌毛是细菌的黏附结构 能与宿主表面的特异性受体结合 是细菌感染的第一步 因此 菌毛和细菌的致病性密切相关 1 普通菌毛 ordinarypilus 43 仅见于少数革兰阴性菌 数量少 一个菌只有1 4根 比普通菌毛长而粗 中空呈管状 通常把有性菌毛的细菌称为雄性菌或F 菌 无性菌毛的细菌称为雌性菌或F 菌 当F 菌与F 菌相遇时 F 菌的性菌毛与F 菌相应的性菌毛受体 如OmpA 结合 F 菌体内的质粒和染色体DNA可通过中空的性菌毛进入F 菌体内 这个过程称为接合 conjugation 细菌的毒力 耐药性等性状可通过此方式传递 2 性菌毛 sexpilus 44 45 某些细菌在一定的环境条件下 能在菌体内形成一个圆形或椭圆形小体 是细胞的休眠形式 称为芽孢 spore 产生芽孢的细菌都是革兰阳性菌 重要的有芽孢杆菌属 炭疽芽孢杆菌属 和梭菌属 破伤风梭菌属 四 芽孢 46 47 芽孢形成条件因菌种而异 如炭疽芽孢杆菌在有氧条件下形成 而破伤风梭菌则相反 营养缺乏尤其是C N P元素不足时 细菌生长繁殖减速 启动芽孢形成基因 芽孢带有完整的核质 酶系统和合成菌体组分的结构能保存细菌的全部生命必须物质 芽孢形成后 菌体即成空壳 有些芽孢可从菌体脱落游离 芽孢形成后 若由于机械力 干燥 热 pH改变等刺激作用 破坏其芽孢壳 并供给水分和营养 芽孢可发芽 形成新的菌体 1 芽孢的形成和发芽 48 芽孢的大小 形状 位置等随菌种而异 有重要的鉴别价值 芽孢对理化因素的抵抗力强大 常作为判断灭菌效果的指标 2 芽孢的生物学意义 49 第三节细菌形态与结构检查法 50 细菌形体微小 肉眼不能直接看到 必须藉助显微镜放大后才能观察 普通光学显微镜 lightmicroscope LM 电子显微镜 electronmicroscope EM 暗视野显微镜 darkfieldmicroscope 相差显微镜 phasecontrastmicroscope 荧光显微镜 fluorescencemicroscope 同聚点显微镜 cofocalmicroscope 一 显微镜放大法 51 细菌体小半透明 经染色后才能观察清楚 染色法是染色剂与细菌细胞质的结合 染色法有多种 最常用最重要的分类鉴别染色法是革兰染色法 Gramstain 该法是丹麦细菌学革兰 HansChristianGram 于1884年创建 至今仍在广泛应用 标本固定碱性染料结晶紫初染碘液媒染95 乙醇脱色稀释复红或沙黄复染 此法可将细菌分为两大类 不被乙醇脱色仍保留紫色为革兰阳性菌 被乙醇脱色仍保留紫色为革兰阴性菌 二 染色法 52 革兰染色法在鉴别细菌 选择抗菌药物 研究细菌致病性等方面具有极其重要的意义 革兰染色法的原理尚未完全阐明 但与菌细胞壁结构密切相关 如果在结晶紫 碘染后 乙醇脱色前去除革兰阳性菌的细胞壁 革兰阳性菌就能够被脱色 目前 对革兰阳性菌和革兰阴性菌细胞壁的化学组分已十分清楚 但对革兰阳性菌阻止染色被溶出的原因尚不清楚 细菌染色法中尚有单染色法 抗酸染色法 以及荚膜 芽孢 鞭毛 细胞壁 核质等特殊染色法 53 54 本章重点内容 细菌细胞壁结构 革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌细胞壁结构的异同点及其生物学意义 四大特殊结构的概念及其生物学意义 55