第三章微生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能(上)ppt課件

,微生物學(xué),生物工程專業(yè)課程,第三章微生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能,微生物,（病毒）,古生菌(Archaea)細(xì)菌(Bacteria),真菌(酵母、霉菌、蕈菌等)、單細(xì)胞藻類、原生動(dòng)物等,非細(xì)胞型,細(xì)胞型,原核微生物,真核微生物(Eukarya),又稱真細(xì)菌(eubacteria),包括:普通細(xì)菌、放線菌、藍(lán)細(xì)菌、枝原體、立克次氏體和衣原體等.,古生菌在進(jìn)化譜系上與真細(xì)菌及真核生物相互并列，且與后者關(guān)系更近，而其細(xì)胞構(gòu)造卻與真細(xì)菌較為接近，同屬于原核生物。,原核細(xì)胞Prokaryoticcell,真核細(xì)胞Eukaryoticcell,非細(xì)胞生命形式：病毒顆粒Non-cellularlifeforms:virusparticles,細(xì)胞生命形式的進(jìn)化樹(shù),根據(jù)核糖體RNA序列得到的細(xì)胞進(jìn)化樹(shù)。細(xì)胞生物由三個(gè)“域”組成：真細(xì)菌、古生菌和真核生物。,第一節(jié)原核微生物,原核微生物,一、細(xì)胞壁（cellwall),細(xì)胞壁（cellwall）：是位于細(xì)胞表面，內(nèi)側(cè)緊貼細(xì)胞膜的一層較為堅(jiān)韌，略具彈性的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。,證實(shí)細(xì)胞壁存在的方法：,1）細(xì)菌超薄切片的電鏡直接觀察；,2）質(zhì)、壁分離與適當(dāng)?shù)娜旧梢栽诠鈱W(xué)顯微鏡下看到細(xì)胞壁,3）機(jī)械法破裂細(xì)胞后，分離得到純的細(xì)胞壁；,4）制備原生質(zhì)體，觀察細(xì)胞形態(tài)的變化；,三個(gè)細(xì)胞壁空殼,細(xì)胞壁空殼,細(xì)胞壁的生物功能：固定細(xì)胞外形和提高機(jī)械強(qiáng)度；為細(xì)胞生長(zhǎng)、分裂和鞭毛運(yùn)動(dòng)所必需；阻擋酶蛋白和某些抗生素等大分子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)；賦予細(xì)菌特定的抗原性、致病性以及對(duì)抗生素和噬菌體的敏感性。,細(xì)胞壁與革蘭氏染色,C.Gram（革蘭）于1884年發(fā)明的一種鑒別不同類型細(xì)菌的染色方法。,C.Gram（革蘭）,革蘭氏陽(yáng)性菌與陰性菌細(xì)胞壁比較,肽聚糖,肽聚糖,細(xì)胞質(zhì)膜,細(xì)胞質(zhì)膜,周質(zhì)空間,脂多糖和蛋白質(zhì),革蘭氏陽(yáng)性菌,革蘭氏陰性菌,革蘭氏陽(yáng)性和陰性細(xì)菌細(xì)胞壁成分的比較,1.革蘭氏陽(yáng)性菌細(xì)胞壁,（1）,肽聚糖網(wǎng)格,青霉素作用于肽聚糖肽橋的聯(lián)結(jié)，即抑制肽聚糖的合成，故僅對(duì)生長(zhǎng)著的菌有效，主要是G+菌。,-1,4-糖苷鍵,肽橋,金黃色葡萄球菌,肽橋的多樣性,細(xì)菌肽聚糖的多樣性主要表現(xiàn)在肽橋上。,肽聚糖分子中的四種主要肽橋類型,（2）磷壁酸,磷壁酸的結(jié)構(gòu)主要有甘油磷壁酸和核糖醇磷壁酸等五種類型。壁磷壁酸（teichoicacid）：與肽聚糖分子間發(fā)生共價(jià)結(jié)合，它的含量與培養(yǎng)基成分密切相關(guān)。膜磷壁酸（lipoteichoicacid）：由甘油酸鏈分子與細(xì)胞膜上的磷脂共價(jià)結(jié)合，它的含量與培養(yǎng)條件關(guān)系不大。,壁磷壁酸,膜磷壁酸,磷壁酸的生理功能,因帶負(fù)電荷，可與環(huán)境中的鎂離子等陽(yáng)離子結(jié)合，維持一些合成酶的活性。保證致病菌與宿主間的粘連（主要為膜磷壁酸）。賦予革蘭氏陽(yáng)性菌以特異的表面抗原。提供某些噬菌體以特異的吸附受體。調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)自溶素的活力。,2.革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁,（1）,Thetranspeptidationreactionthatleadstothefinalcross-linkingoftwopeptidoglycanchains,（肽橋）,(2)外膜,外膜（outermembrane）：由脂多糖、磷脂和脂蛋白組成的膜。脂多糖（lipopolysaccharideLPS）：位于細(xì)胞壁最外層的類脂多糖類物質(zhì)，由類脂A、核心多糖和O-特異側(cè)鏈三部分組成。類脂A是革蘭氏陰性菌內(nèi)毒素的物質(zhì)基礎(chǔ)；核心多糖和O-特異側(cè)鏈?zhǔn)蔷w表面抗原特異性的決定因素。,脂多糖的主要功能:,類脂A是革蘭氏陰性細(xì)菌致病物質(zhì)內(nèi)毒素的物質(zhì)基礎(chǔ)；,具有控制某些物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的部分選擇性屏障功能；,許多噬菌體在細(xì)胞表面的吸附受體；,LPS結(jié)構(gòu)的多變,決定了革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞表面抗原決定簇的多樣性；,LPS負(fù)電荷較強(qiáng),與磷壁酸相似,也有吸附Mg2+、Ca2+等陽(yáng)離子以提高其在細(xì)胞表面濃度的作用,對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定作用;,(3)外膜蛋白(outermembraneprotein),嵌合在LPS和磷脂層外膜上的蛋白,有20余種,但多數(shù)功能尚不清楚。,是由三個(gè)相同分子量(36000)蛋白亞基組成的一種三聚體跨膜蛋白,中間有一直徑約1nm的孔道,通過(guò)孔的開(kāi)、閉,可對(duì)進(jìn)入外膜層的物質(zhì)進(jìn)行選擇。,非特異性孔蛋白:,特異性孔蛋白:,可通過(guò)分子量小于800-900的任何親水性分子.,只容許一種或少數(shù)幾種相關(guān)物質(zhì)通過(guò)，如維生素B12和核苷酸等。,孔蛋白(porins):,是一種通過(guò)共價(jià)鍵使外膜層牢固地連接在肽聚糖內(nèi)壁層上的蛋白,分子量約為7200。,脂蛋白(lipoprotein):,(4)周質(zhì)空間(periplasmicspace,periplasm),又稱壁膜間隙.在革蘭氏陰性細(xì)菌中,一般指其外膜與細(xì)胞膜之間的狹窄空間(寬約1215nm)，呈膠狀。,周質(zhì)空間是進(jìn)出細(xì)胞的物質(zhì)的重要中轉(zhuǎn)站和反應(yīng)場(chǎng)所,在周質(zhì)空間中,存在著多種周質(zhì)蛋白(periplasmicproteins）,水解酶類；,合成酶類；,結(jié)合蛋白；,受體蛋白；,革蘭氏陽(yáng)性和陰性細(xì)菌一些特性的比較,（參見(jiàn)P44，表3-2）,3、古生菌的細(xì)胞壁,古生菌細(xì)胞壁中不具有真正的肽聚糖，而是由多糖、糖蛋白和蛋白質(zhì)組成。充分表現(xiàn)了其多樣性，主要類型有：1、假肽聚糖細(xì)胞壁（甲烷桿菌屬）；2、獨(dú)特多糖細(xì)胞壁（甲烷八疊球菌）；3、硫酸化多糖細(xì)胞壁（鹽球菌屬）；4、糖蛋白細(xì)胞壁（鹽桿菌屬）；5、蛋白質(zhì)細(xì)胞壁（甲烷球菌等）。,4、缺壁細(xì)菌,缺壁突變L型細(xì)菌實(shí)驗(yàn)室或宿主體內(nèi)形成基本去盡原生質(zhì)體（G+）缺壁人工去壁細(xì)菌部分去除球狀體（G-）在自然界長(zhǎng)期進(jìn)化中形成枝原體,細(xì)菌在某些環(huán)境條件下(實(shí)驗(yàn)室或宿主體內(nèi))通過(guò)自發(fā)突變而形成的遺傳性穩(wěn)定的細(xì)胞壁缺陷變異型。,因英國(guó)李斯德(Lister)預(yù)防研究所首先發(fā)現(xiàn)而得名。(1935年,念珠狀鏈桿菌Streptobacillusmoniliformis）,大腸桿菌、變形桿菌、葡萄球菌、鏈球菌、分枝桿菌和霍亂弧菌等20多種細(xì)菌中均有發(fā)現(xiàn)，被認(rèn)為可能與針對(duì)細(xì)胞壁的抗菌治療有關(guān)。,（1）L型細(xì)菌（L-formofbacteria）,L型細(xì)菌特點(diǎn)：,沒(méi)有完整而堅(jiān)韌的細(xì)胞壁,細(xì)胞呈多形態(tài)；,有些能通過(guò)細(xì)菌濾器,故又稱“濾過(guò)型細(xì)菌”；,對(duì)滲透敏感,在固體培養(yǎng)基上形成“油煎蛋”似的小菌落（直徑在0.1mm左右）；,（2）原生質(zhì)體（protoplast）,在人為條件下,用溶菌酶處理或在含青霉素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)而抑制新生細(xì)胞壁合成而形成的僅由一層細(xì)胞膜包裹的,圓球形、對(duì)滲透壓變化敏感的細(xì)胞,一般由革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌形成。,原生質(zhì)體特點(diǎn)：,對(duì)環(huán)境條件變化敏感,低滲透壓、振蕩、離心甚至通氣等都易引起其破裂；,在適宜條件(如高滲培養(yǎng)基)可生長(zhǎng)繁殖,形成菌落,形成芽孢及恢復(fù)成有細(xì)胞壁的正常結(jié)構(gòu).,有的原生質(zhì)體具有鞭毛,但不能運(yùn)動(dòng),也不被相應(yīng)噬菌體所感染,比正常有細(xì)胞壁的細(xì)菌更易導(dǎo)入外源遺傳物質(zhì),是研究遺傳規(guī)律和進(jìn)行原生質(zhì)體育種的良好實(shí)驗(yàn)材料。,（3）球狀體(sphaeroplast),又稱原生質(zhì)球,采用上述同樣方法,針對(duì)革蘭氏陰性細(xì)菌處理后而獲得的殘留部分細(xì)胞壁(外壁層)的球形體.與原生質(zhì)體相比,它對(duì)外界環(huán)境具有一定的抗性,可在普通培養(yǎng)基上生長(zhǎng).,（4）支原體(Mycoplasma),在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成的、適應(yīng)自然生活條件的無(wú)細(xì)胞壁的原核生物.因它的細(xì)胞膜中含有一般原核生物所沒(méi)有的甾醇,所以即使缺乏細(xì)胞壁,其細(xì)胞膜仍有較高的機(jī)械強(qiáng)度。,5.革蘭氏染色的機(jī)制,1）用堿性染料結(jié)晶紫對(duì)菌液涂片進(jìn)行初染,2）用碘溶液進(jìn)行媒染，其作用是提高染料和細(xì)胞間的相互作用從而使二者結(jié)合得更固。,3）用乙醇或丙酮沖洗進(jìn)行脫色。在經(jīng)歷脫色后仍將結(jié)晶紫保留在細(xì)胞內(nèi)的為革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌，而革蘭氏陰性細(xì)菌的結(jié)晶紫被洗掉，細(xì)胞呈無(wú)色。,4）用一種與結(jié)晶紫具有不同顏色的堿性染料對(duì)涂片進(jìn)行復(fù)染。例如沙黃，它使原來(lái)無(wú)色的革蘭氏陰性細(xì)菌最后呈現(xiàn)桃紅到紅色，而革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌繼續(xù)保持深紫色,（參見(jiàn)P46）,二、細(xì)胞壁以內(nèi)的構(gòu)造原生質(zhì)體,1、細(xì)胞質(zhì)膜(cytoplasmicmembrane)細(xì)胞質(zhì)模式包圍著細(xì)胞質(zhì)一層半透性薄膜,由磷脂(20-30%)和蛋白質(zhì)(50-70%)組成.與真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)膜組成無(wú)太大的差別,它的結(jié)構(gòu)與功能也能以液態(tài)鑲嵌模型來(lái)解釋.與真核細(xì)胞質(zhì)膜最大的區(qū)別是:原核微生物細(xì)胞質(zhì)膜一般不含膽固醇等甾醇.,細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)1972年Singer和Nicolson提出的細(xì)胞膜液態(tài)鑲嵌模型。,認(rèn)為：膜是由球形蛋白與磷脂按照二維排列方式構(gòu)成的流體鑲嵌式，流動(dòng)的脂類雙分子層構(gòu)成了膜的連續(xù)體，而蛋白質(zhì)象孤島一樣無(wú)規(guī)則地漂流在磷脂類的海洋當(dāng)中。,細(xì)胞膜液態(tài)鑲嵌模型,細(xì)胞膜的生物功能,選擇性地控制細(xì)胞內(nèi)、外的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的運(yùn)送；維持細(xì)胞內(nèi)正常滲透壓的屏障；合成細(xì)胞壁和糖被的各種組分（肽聚糖、磷壁酸、脂多糖、莢膜多糖等）;膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代謝的酶系，是細(xì)胞產(chǎn)能場(chǎng)所;鞭毛基體的著生部位和鞭毛旋轉(zhuǎn)的供能部位。,間體（mesosome，或中體）：,細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)褶而形成的囊狀構(gòu)造,其中充滿著層狀或管狀的泡囊,多見(jiàn)于革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌.,青霉素酶分泌、DNA復(fù)制、分配以及細(xì)胞分裂有關(guān).,“間體”僅是電鏡制片時(shí)因脫水操作而引起的一種贗像.,古生菌的細(xì)胞質(zhì)膜:,與真細(xì)菌和真核生物細(xì)胞質(zhì)膜的不同:1、親水頭（甘油）與疏水尾（烴鏈）間由醚鍵而不是酯鍵相連。2、組成疏水尾的長(zhǎng)鏈烴是異戊二烯的重復(fù)單位，它與親水頭通過(guò)醚鍵連接成甘油二醚或甘油四醚，而真細(xì)菌中是脂肪酸。3、古生菌細(xì)胞質(zhì)膜中存在著獨(dú)特的單分子層膜或雙分子層復(fù)合膜。4、在甘油的3C分子上，可連接多種與真細(xì)菌質(zhì)膜上不同的基團(tuán)，如磷酸酯基、硫酸酯基以及多種糖基等。5、細(xì)胞質(zhì)膜上含有多種獨(dú)特脂類。如噬鹽菌類中已發(fā)現(xiàn)有細(xì)菌紅素、-胡蘿卜素、-胡蘿卜素、番茄紅素等。,EsterbondinBacteria,Isoprene-hydrocarboninAchaea,EtherbondinArchaea,異戊二烯烴,醚鍵,酯鍵,fattyacids,古生菌與真細(xì)菌質(zhì)膜的差異,2、細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)含物細(xì)胞質(zhì)：是在細(xì)胞膜內(nèi)除核區(qū)以外的細(xì)胞物質(zhì)。細(xì)胞質(zhì)是無(wú)色、透明、粘稠狀物質(zhì)。主要成分為水，蛋白質(zhì)，核酸，脂類、少量糖和無(wú)機(jī)鹽。,細(xì)胞質(zhì)功能：細(xì)胞質(zhì)中含有豐富的酶系，是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合成、轉(zhuǎn)化、代謝的場(chǎng)所。,（1）儲(chǔ)藏物,貯藏物是一類由不同化學(xué)成分累積而成的不溶性沉淀顆粒，主要功能是貯存營(yíng)養(yǎng)物。,糖原:大腸桿菌、芽孢桿菌和藍(lán)細(xì)菌等碳源及能源類聚-羥丁酸（PHB）:固氮菌和腸桿菌等硫粒:紫硫細(xì)菌、絲硫細(xì)菌等貯藏物藻青素:藍(lán)細(xì)菌藻青蛋白:藍(lán)細(xì)菌磷源（異染粒）:迂回螺菌、白喉棒桿菌、結(jié)核分枝桿菌,氮源類,聚羥丁酸顆粒(PHB),聚羥丁酸顆粒是許多細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)內(nèi)常含有的碳源類儲(chǔ)藏物.PHB不溶于水,易被脂溶性染料(如蘇丹黑)著色。功能:貯存碳源、能源和降低滲透壓。許多好氧菌和光合厭氧菌都含有聚羥丁酸顆粒。巨大芽孢桿菌(BacillusMegaterium)在含乙酸或丁酸的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)時(shí),細(xì)胞內(nèi)貯藏的PHB可達(dá)其干重的60%。它無(wú)毒、可塑、易降解,被認(rèn)為是生產(chǎn)醫(yī)用塑料、生物降解塑料的良好原料。,多糖類貯藏物,在真細(xì)菌中以糖原為多,糖原粒較小，不染色需用電鏡觀察，用碘液染成褐色，可在光學(xué)顯微鏡下看到。,糖原粒淀粉粒,有的細(xì)菌積累淀粉粒，用碘液染成深蘭色。,異染粒(metachromaticgranules),是普遍存在的貯藏物，主要成分是多聚偏磷酸鹽。異染粒大小和結(jié)構(gòu):大小為0.51m，是多聚偏磷酸鹽的聚合物，分子呈線狀。功能：貯存磷元素和能量，降低滲透壓。多聚偏磷酸鹽對(duì)某些染料有特殊反應(yīng),產(chǎn)生與所用染料不同的顏色,因此得名異染顆粒.例:異染粒遇甲基胺藍(lán)變紫紅色.含異染粒的細(xì)菌種類:棒狀桿菌和某些芽孢桿菌等.,在暗視野顯微鏡下看到的迂回螺菌(Spirillumvolutans)異染粒(迂回體),藻青素（cyanophycin）,一種內(nèi)源性氮源貯藏物,同時(shí)還兼有貯存能源的作用。通常存在于藍(lán)細(xì)菌中。,由含精氨酸和天冬氨酸殘基(1:1)的分支多肽所構(gòu)成,分子量在25000125000.,硫粒：是硫元素的貯藏體。形成：取決于環(huán)境硫化物含量,當(dāng)環(huán)境中S含量高時(shí)，在體內(nèi)積累；當(dāng)缺S時(shí),氧化成硫酸被菌利用。功能：a.好氧硫細(xì)菌的能源b.厭氧硫細(xì)菌的電子供體,其他：,肝糖粒和淀粉粒:都是-1,4或-1,6糖苷鍵的葡萄糖聚合物。這些貯藏物通常較均勻地分布在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，顆粒較小。若這類貯藏物大量存在時(shí)，用碘使對(duì)其染色，肝糖粒能被碘液染成紅色，淀粉粒被碘成藍(lán)色。脂肪粒：脂肪粒的折光性較強(qiáng)，它可被脂溶性染料染色；細(xì)胞生長(zhǎng)旺盛時(shí)，脂肪粒增多，細(xì)胞遭破壞后，脂肪?？捎坞x出來(lái)。液泡：許多活細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)有液泡，液泡主要成分是水和可溶性鹽類，被一層脂蛋白的膜包圍?？捎弥行约t染色使之顯現(xiàn)出來(lái)。液泡具有調(diào)節(jié)滲透壓的功能，還可與細(xì)胞質(zhì)進(jìn)行物質(zhì)交換。,微生物儲(chǔ)藏物的特點(diǎn)及生理功能：,1.不同微生物其儲(chǔ)藏性內(nèi)含物不同：,例如厭氣性梭狀芽孢桿菌只含PHB,大腸桿菌只儲(chǔ)藏糖原,但有些光和細(xì)菌二者兼有.,2.微生物合理利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的一種調(diào)節(jié)方式：,當(dāng)環(huán)境中缺乏能源而碳源豐富時(shí),細(xì)胞內(nèi)就儲(chǔ)藏較多的碳源類內(nèi)含物,甚至達(dá)到細(xì)胞干重的50%,如果把這樣的細(xì)胞移入有氮的培養(yǎng)基時(shí),這些儲(chǔ)藏物將被作為碳源和能源而用于合成反應(yīng)。,3.儲(chǔ)藏物以多聚體的形式存在,有利于維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的平衡,避免不適合的pH,滲透壓等的危害。,例如：羥基丁酸分子呈酸性,而當(dāng)其聚合成聚-羥丁酸(PHB)就成為中性脂肪酸了,這樣便能維持細(xì)胞內(nèi)中性環(huán)境,避免菌體內(nèi)酸性增高.,4.儲(chǔ)藏物在細(xì)菌細(xì)胞中大量積累,還可以被人們利用。,（2）磁小體(megnetosome),趨磁細(xì)菌細(xì)胞中含有的大小均勻、數(shù)目不等的Fe3O4顆粒，外有一層磷脂、蛋白或糖蛋白膜包裹。,功能是導(dǎo)向作用，即借鞭毛游向?qū)υ摼钣欣哪?、水界面微氧環(huán)境處生活。,實(shí)用前景，包括生產(chǎn)磁性定向藥物或抗體，以及制造生物傳感器等,（3）羧酶體(carboxysome),一些自養(yǎng)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的多角形或六角形內(nèi)含物,其大小與噬菌體相仿，約10nm，內(nèi)含1,5-二磷酸核酮糖羧化酶，在自養(yǎng)細(xì)菌的CO2固定中起著關(guān)鍵作用。,采用免疫電鏡技術(shù)觀察藍(lán)細(xì)菌cyanobacteriumChlorogloeopsisfritischii中的羧酶體,羧酶體,羧酶體,羧酶體,（4）氣泡：由蛋白質(zhì)膜構(gòu)成的充滿氣體的泡狀物。有些細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中含有幾個(gè)或多個(gè)氣泡。,氣泡的功能：調(diào)節(jié)細(xì)胞比重，以使其漂浮在合適的水層中。氣泡吸收空氣，空氣中的氧氣可供代謝需要。例：許多光合細(xì)菌和水生細(xì)菌、鹽桿菌常含有氣泡。,3、核區(qū)（或核質(zhì)體、擬核）核區(qū)：由大型環(huán)狀雙鏈DNA纖絲不規(guī)則地折疊或纏繞而構(gòu)成的無(wú)核膜、核仁的區(qū)域。,核區(qū)（nuclearregionorarea）也稱核質(zhì)體（nuclearbody）、原核（prokaryon）、擬核（nucleoid）或核基因組（genome）核質(zhì)體是一個(gè)大型環(huán)狀的雙鏈DNA分子,長(zhǎng)度為0.25-3mm.一般為單倍體.DNA分子與類組蛋白聯(lián)合。,細(xì)菌DNA：長(zhǎng)度：一般為：13mm例：大腸桿菌的DNA長(zhǎng)約1mm。生長(zhǎng)迅速的細(xì)菌在核分裂之后細(xì)胞往往來(lái)不及分裂,所以細(xì)胞中常有24個(gè)核，而生長(zhǎng)緩慢的細(xì)菌細(xì)胞中一般只有12個(gè)核，不在染色體復(fù)制時(shí)期一般是單倍體。功能：負(fù)載遺傳信息。,4、特殊的休眠構(gòu)造芽孢（endosporeorspore）,芽孢概念:某些細(xì)菌在生長(zhǎng)發(fā)育后期，可在細(xì)胞內(nèi)形成一個(gè)圓形或橢圓形的抗逆性休眠體，這就是芽孢。每一個(gè)細(xì)胞只能形成一個(gè)芽孢，芽孢無(wú)繁殖功能。,細(xì)菌芽孢的特點(diǎn)：,芽孢有極強(qiáng)的抗熱、抗輻射、抗化學(xué)藥物和抗靜水壓等的功能。如肉毒梭菌在100C沸水中，能耐受5-9.5小時(shí)。芽孢的休眠能力也是驚人的，可以存活數(shù)百萬(wàn)年以上，在休眠期間，檢測(cè)不出任何代謝活動(dòng)。形態(tài)學(xué)特征：1.難以染色；2.高折光率化學(xué)特征：1.含有鈣-吡啶二羧酸復(fù)合物，占干重的10%。2.有少量的酸溶性孢子蛋白（SASP），有助于保護(hù)DNA，且在萌發(fā)時(shí)提供能量和碳源。,（1）產(chǎn)芽孢細(xì)菌的種類,能產(chǎn)生芽孢的細(xì)菌種類不多，絕大多數(shù)是革蘭氏陽(yáng)性菌，主要是芽孢桿菌科的兩個(gè)屬：好氧的芽孢桿菌（Bacillus）屬厭氧的梭菌（Clostridum）屬,（2）芽孢的構(gòu)造,芽孢囊：產(chǎn)芽孢細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞外殼，成熟芽孢無(wú)此結(jié)構(gòu)；核心外結(jié)構(gòu)：孢外壁、芽孢衣和皮層；核心：芽孢壁、芽孢質(zhì)膜、芽孢質(zhì)和核區(qū)。,芽孢,皮層：在芽孢中占有很大體積（36%-60%），含有大量芽孢皮層所特有的芽孢肽聚糖，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，賦予皮層的高滲透壓特性；皮層中還含有一特殊成分吡啶二羧酸鈣鹽（calciumpicolinate，DPA-Ca）（芽孢干重的5-15%）。核心：含水量很低（10%-25%）；芽孢質(zhì)中也含有DPA-Ca，它可能是芽孢耐熱的分子基礎(chǔ)之一。最近發(fā)現(xiàn)其中特別小的酸溶性的DNA結(jié)合蛋白，它們中和芽孢DNA并保護(hù)其不受熱、射線及化學(xué)殺菌劑的破壞。,蠟樣芽胞桿菌的芽孢,破傷風(fēng)梭菌芽孢,炭疽芽胞桿菌的芽孢,芽孢和營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞,（3）芽孢的形成（sporulation,sporogenesis),遇不良環(huán)境時(shí)開(kāi)始形成，可分成七個(gè)階段：1、DNA濃縮；2、細(xì)胞膜內(nèi)陷形成前芽孢；3、前芽孢的雙層隔膜形成；4、兩層隔膜間填充芽孢肽聚糖，合成DPA，開(kāi)始形成皮層；5、芽孢合成結(jié)束；6、皮層合成完成，芽孢成熟；7、芽孢囊裂解，芽孢游離。,芽胞產(chǎn)生過(guò)程,可產(chǎn)生芽胞的細(xì)菌的生活史在芽胞的產(chǎn)生與芽胞的萌發(fā)中完成,在階段0到階段II，DNA物質(zhì)變濃，細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)陷形成芽胞的隔膜（sporeseptum）。,在階段III到IV，芽胞隔膜圍繞原生質(zhì)體生長(zhǎng)，并形成外壁層（exosporium）。,在階段V到VII，形成皮層，芽胞熟化，最后細(xì)胞裂解而釋放出孢子。,芽胞的形成：芽胞桿菌的生活史,(4)芽胞的萌發(fā)(Sporegermination),芽孢萌發(fā)（germination）：由休眠狀態(tài)變成營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，包括活化、出芽和生長(zhǎng)三個(gè)階段。,芽胞的萌發(fā)Sporegermination,（5）芽孢的耐熱機(jī)制,芽孢與母細(xì)胞相比不論化學(xué)組成、細(xì)微結(jié)構(gòu)、生理功能等方面都完全不同（表3-3）。,滲透調(diào)節(jié)皮層膨脹學(xué)說(shuō),芽孢衣對(duì)多價(jià)陽(yáng)離子和水分的透性很差,皮層的離子強(qiáng)度很高,產(chǎn)生極高的滲透壓奪取芽孢核心的水分,結(jié)果造成皮層的充分膨脹。,核心部分的細(xì)胞質(zhì)卻變得高度失水,因此,具極強(qiáng)的耐熱性。,芽孢的耐熱機(jī)制（二）,整個(gè)生物界中抗逆性最強(qiáng)的生命體,是否能消滅芽孢是衡量各種消毒滅菌手段的重要指標(biāo)。,常規(guī)加壓蒸汽滅菌的條件:121,15min以上115,30min以上,芽孢是細(xì)菌的休眠體,在適宜的條件下可以重新轉(zhuǎn)變成為營(yíng)養(yǎng)態(tài)細(xì)胞，產(chǎn)芽孢細(xì)菌的保藏多用其芽孢。,芽孢的有無(wú)、形態(tài)、大小和著生位置是細(xì)菌分類和鑒定中的重要指標(biāo)。,（6）研究芽孢的意義,（7）伴孢晶體（parasporalcrystal),少數(shù)芽孢桿菌，例如蘇云金芽孢桿菌(Bacillusthuringiensis)在其形成芽孢的同時(shí)，會(huì)在芽孢旁形成一顆菱形或雙錐形的堿溶性蛋白晶體內(nèi)毒素，稱為伴孢晶體。,特點(diǎn)：不溶于水，對(duì)蛋白酶類不敏感；容易溶于堿性溶劑。,伴孢晶體對(duì)200多種昆蟲尤其是鱗翅目的幼蟲有毒殺作用，因而可將這類產(chǎn)伴孢晶體的細(xì)菌制成有利于環(huán)境保護(hù)的生物農(nóng)藥細(xì)菌殺蟲劑。,伴孢晶體,鱗翅目幼蟲口服,伴孢晶體在腸道迅速溶解（中腸pH為9.0-10.5）,吸附于上皮細(xì)胞，引起滲透性喪失，腸道穿孔,腸道中的堿性溶液進(jìn)入血液，后者pH升高，昆蟲全身麻痹而死亡,7）細(xì)菌的其他休眠構(gòu)造,粘液孢子(myxospore)粘細(xì)菌(myxobacteria)產(chǎn)生,孢囊(cyst)棕色固氮菌(Azotobactervinelandii),三、細(xì)胞壁以外的構(gòu)造:,1、糖被(glycocalyx),某些細(xì)菌細(xì)胞壁外的一層粘液性膠狀物質(zhì)。,糖被(glycocalyx):,(大）莢膜（macrocopsule)：粘液狀物質(zhì)具有一定外形，相對(duì)穩(wěn)定地附著在細(xì)胞壁外，厚度：0.2m。微莢膜（microcopsule)：粘液狀物質(zhì)較薄，與細(xì)胞表面牢固結(jié)合，厚度：0.2m。粘液層(slimelayer)：粘液物質(zhì)沒(méi)有明顯的邊緣，比莢膜松散,可向周圍環(huán)境中擴(kuò)散,增大黏性。菌膠團(tuán)(zoogloea):包裹在細(xì)胞群體上的膠狀物質(zhì)。,根據(jù)糖被的形狀和厚度的不同，將莢膜分為四類：,糖被類型:,莢膜的觀察：,熒光顯微鏡、負(fù)染色、特殊染色,熒光顯微鏡下的莢膜,肺炎鏈球菌的莢膜,肺炎雙球菌的多糖莢膜,某種革蘭陽(yáng)性菌的纖維狀莢膜,莢膜特點(diǎn)：,主要成分是多糖、多肽或蛋白質(zhì)，尤以多糖居多。經(jīng)特殊的莢膜染色，特別是負(fù)染色（又稱背景染色）后可在光學(xué)顯微鏡清楚地觀察到它的存在。,b.產(chǎn)生糖被是微生物的一種遺傳特性，其菌落特征及血清學(xué)反應(yīng)是是細(xì)菌分類鑒定的指標(biāo)之一。,c.莢膜等并非細(xì)胞生活的必要結(jié)構(gòu)，但它對(duì)細(xì)菌在環(huán)境中的生存有利。,d.細(xì)菌糖被與人類的科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐有密切的關(guān)系。,莢膜與菌落形態(tài):,光滑（Smooth,S-)型菌落產(chǎn)莢膜的細(xì)菌在固體培養(yǎng)基上形成的菌落表面濕潤(rùn)、有光澤、呈粘液狀，稱S-型菌落。,粗糙（Rough,R-)型菌落不產(chǎn)莢膜的細(xì)菌形成的菌落表面干燥、粗糙,稱R-型菌落。,S型與R型的肺炎雙球菌在培養(yǎng)基上形成的菌落:,莢膜的生理功能:,1、莢膜富含水分，可保護(hù)細(xì)胞免于干燥；2、能抵御吞噬細(xì)胞的吞噬；3、為主要表面抗原（K抗原），是有些病原菌的毒力因子；4、能保護(hù)菌體免受噬菌體和其他物質(zhì)（溶菌酶和補(bǔ)體）的侵害；5、是某些病原菌必須的粘附因子；6、貯藏養(yǎng)料，是細(xì)胞外碳源和能源的儲(chǔ)備物質(zhì),莢膜的形成條件:,(1)莢膜的形成是微生物的遺傳特征之一，是“種”的特征。但不是細(xì)菌的必要結(jié)構(gòu)，失去莢膜的菌株照樣能夠生活。