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环境微生物之细菌 精选

已有 4975 次阅读 2017-5-19 10:59 |个人分类:自然之旅|系统分类:科普集锦

1. 细菌的定义



一类细胞细短、结构简单、细胞壁坚韧、以二分裂繁殖和水生性较强的单细胞原核微生物。


2. 细菌的形态

球菌-排列方式


球菌-数量


杆菌



螺形菌


丝状菌



其他形态菌



3. 细菌的大小


4. 细菌的结构


(1)细胞壁:细胞外表面由多糖类物质组成的起支持、保护作用的结构。



细胞壁作用:

坚韧有弹性,维持菌体固有的形态。

保护细菌抵抗低渗环境。

细胞内外物质交换。

有多种抗原结构,可刺激机体产生免疫应答

与细菌对药物的敏感性有关。

与细菌的致病性有关。

与细菌的革兰染色性有关。



细菌表面电荷和等电点:

细菌体含有大量蛋白质,蛋白质由20种氨基酸按一定的排列顺序由肽键连接组成,氨基酸在碱性溶液中带负电荷,相反,在酸性溶液中带正电荷,在某一定pH溶液中,氨基酸所带的正、负电荷相等时的pH,就是该氨基酸的等电点。


革兰氏阳性菌细胞壁-聚糖骨架+四肽侧链+五肽交联桥


磷壁酸作用:

贮藏磷元素。

维持离子平衡。

构成G+菌表面的重要抗原。

吸附噬菌体的特异性受体。

黏附宿主细胞。



革兰氏阴性菌细胞壁-聚糖骨架+四肽侧链



外壁层作用:

吸附阳离子。

致热作用。

构成G-菌表面的重要抗原。

吸附噬菌体的特异性受体。



周浆间隙(G-菌特有成分)

外膜与细胞膜之间的间隙,含有多种水解酶、蛋白酶,与营养物的分解、吸收及转运有关。


革兰氏染色的机制:

G-菌为什么会被染成红色?

因为G-菌脂类物质较多,肽聚糖少,用丙酮或酒精(脂溶剂)溶掉脂类,使细胞壁透性增加,从而把结晶紫与碘的复合物溶出来,而染上复染液的红色。

G+菌为什么会被染成紫色?

因为G+菌肽聚糖含量较多,脂类物质含量较低,用丙酮或酒精(脂溶剂)处理脱水,而使壁的肽聚糖网孔变小,通透性降低,使结晶紫与碘的复合物溶不出来,即不能染上复染液的颜色而保持原来的紫色。

细胞壁缺陷型细菌(细菌L)

细菌细胞壁的肽聚糖结构受到外界环境因素影响或人工施压而被破坏或合成被抑制,这种细菌在高渗环境下仍可存活者称为细菌细胞壁缺陷型。因英国李斯德(Lister)预防研究所首先发现(1935年,念珠状链杆菌Streptobacillus moniliformis)而得名细菌L型。因有些细胞壁缺陷型细菌能通过细菌滤器,故又称滤过型细菌


细胞壁缺陷型细菌类型:

原生质体:革兰阳性菌细胞壁全部缺失后,原生质仅被一层细胞膜包住。

原生质球:革兰阴性菌肽聚糖层部分受损后尚有外膜保护。

支原体:自然界长期进化中形成的无细胞壁的原核生物。



细胞壁缺陷型细菌特点:

形态多样性,在固体培养基上形成油煎蛋似的小菌落(直径在0.1 mm左右)

革兰染色呈阴性。

营养要求高,对渗透压敏感,培养时必须用含血清的高渗培养基。

生长繁殖缓慢,在液体培养基中呈絮状颗粒沉于管底。

致病性较弱,多为慢性疾病。

去除诱因,多数可恢复为原细菌。


(2)细胞膜:细胞表面的一层薄膜。有时称为细胞外膜或原生质膜。细胞膜由磷脂双分子层和蛋白质及外表面的糖被(糖蛋白)组成,蛋白质镶嵌在磷脂双分子层中。细胞膜化学组成主要由脂类、蛋白质和糖类组成,各成分含量分别约为50%42%2-8%。此外,还含有少量水分、无机盐与金属离子等。但不含胆固醇。在电镜下可分为三层,即在膜的靠内外两侧各有一条厚约2.5 nm的电子致密带,中间夹有一条厚2.5 nm的透明带,总厚度约7.0-7.5 nm左右。

细胞膜作用:

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(如肽聚糖、磷壁酸、LPS、荚膜多糖等)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供能部位。

参与细菌分裂。


膜蛋白质:

生物膜中含有多种不同的蛋白质,通常称为膜蛋白。

根据它们在膜上的定位情况,可以分为外周蛋白和内在蛋白。

膜蛋白具有重要的生物功能,是生物膜实施功能的基本场所。

外周蛋白:

这类蛋白约占膜蛋白的20-30%,分布于双层脂膜的外表层,主要通过静电引力或范德华力与膜结合。

外周蛋白与膜的结合比较疏松,容易从膜上分离出来。

外周蛋白能溶解于水。

固有蛋白质(内在蛋白)

内在蛋白约占膜蛋白的70-80%,蛋白的部分或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。

这类蛋白的特征是不溶于水,主要靠疏水键与膜脂相结合,而且不容易从膜中分离出来。

内在蛋白与双层脂膜疏水区接触部分,由于没有水分子的影响,多肽链内形成氢键趋向大大增加,因此,它们主要以-螺旋和-折叠形式存在,其中又以-螺旋更普遍。

膜蛋白质功能:

转运分子进出细胞。

接受并传递信号。

支撑连接细胞骨架成分和细胞间质成分。

与细胞分化及细胞间连接有关。

中介体:细胞膜内陷、折叠形成的囊状膜性结构,多见于G+菌,与细菌分裂有关。功能类似于真核细胞的线粒体,亦称拟线粒体。



(3)细胞质:细胞中包含在细胞膜内的内容物,含有胞质颗粒、质粒、核糖体(唯一的细胞器)



核糖体:细菌合成蛋白质的场所。原核细胞核糖体为70S,由30S50S亚基组成。真核细胞核糖体为80S,由40S60S亚基组成。



质粒:存在于细菌细胞质中的染色体以外的遗传物质,为闭合的环状dsDNA。可自主复制,并能控制细菌某些特定的性状(并非细菌生命活动所必需的)



质粒种类:

F因子:决定性别,与细菌的结合作用有关。62×106Da94.5kb,约等于2%的核染色体DNA的环状双链DNA。存在于肠细菌属、假单胞菌属、嗜血杆菌、奈瑟氏球菌、链球菌等细菌中。

R因子:带有抗生素或重金属的抗性基因,由相连的两个DNA片段组成,存在于痢疾志贺氏菌、SalmonellaVibrioBacillusPseudomonasStaphylococcus

Col因子:通过抑制复制、转录、翻译或能量代谢等产生的蛋白质类细菌菌素,具有杀死其它近缘细菌的功能,而对产生菌不受其伤害。分子量约4-8×104 Da,一种免疫蛋白。

Ti质粒:诱癌质粒,由根癌土壤杆菌的Ti质粒产生一种可引起许多双子叶植物的根癌的物质。

巨大质粒:根瘤菌属(Rhizobium)中发现的一种质粒。分子量为200-300×106Da,比一般质粒大几十倍至几百倍,含固氮基因。

降解性质粒:可为降解一系列复杂有机物的酶编码。在污水处理、环境保护等方面有特有作用,仅在假单胞菌属(Pseudomonas)中发现。

胞质颗粒:多为细菌的营养储存物,一般由多糖、脂类、多磷酸盐等组成,可作为有些细菌的鉴定依据,如异染颗粒(常见于白喉棒状杆菌,位于菌体两端,主要成分为RNA和多偏磷酸盐,嗜碱性强,用亚甲蓝染色时着色较深)



其他胞质颗粒种类如聚β-羟基丁酸(碳源类贮藏物,不溶于水,具有贮藏能量、碳源和降低细胞内渗透压的作用)、淀粉粒和肝糖粒(葡萄糖的多聚体,为碳源和能源的贮藏物质)、藻青素和藻青蛋白(通常存在于蓝细菌中,它们属于内源性的氮素贮藏物,同时还具有贮藏能源的作用)、羧化体(化能自养型细菌中含有的多角形细胞内含物,起二氧化碳固定作用)、脂肪粒(贮存脂肪的场所)、硫滴(为某些化能自养的硫细菌贮存的能源物质)、磁粒(少数磁性细菌细胞内特有的串状四氧化三铁的磁性颗粒,可感知地球磁场)、气泡(由蛋白质膜构成的充满气体的泡状物,常见于光合细菌和水生细菌,可调节细胞比重、加大菌体浮力、吸收空气中的氧气)



(4)核质:由单一密闭环状DNA分子反复回旋卷曲盘绕组成的松散网状结构。一般集中于细胞质的中心区域。无核膜、核仁和有丝分裂器。因其功能与真核细胞的细胞核相似,决定细菌的遗传变异,亦称拟核。



(5)特殊结构:

荚膜:某些细菌在细胞壁外包围的一层粘液性物质,一般由糖和多肽组成。具有免疫原性,作为血清型分型依据,用于鉴别细菌。


荚膜功能:

抵抗吞噬细胞的吞噬及消化作用。

抵抗有害物质的损伤。

抵抗干燥。

贮藏养料,以备营养缺乏时重新利用。

作为透性屏障和离子交换屏障。

黏附作用。

细菌的信息识别作用。

荚膜的形成需要能量,与环境条件有密切关系。有荚膜的细菌形成粘液(M) 或光滑(S)菌落,失去荚膜后其菌落边为粗糙型(R)型。



芽孢:有些G+菌在一定条件下,细胞质高度浓缩脱水所形成的一种抗逆性很强的球形或椭圆形的休眠体。特有成分2, 6-吡啶二羧酸钙盐(DPA-Ca)(占整个芽胞干重的10%)能提高芽胞内酶的热稳定性。另外,所有芽孢均含有小酸溶性芽胞蛋白(SASPs)SASPs在芽胞中浓度很高,为芽胞所特有。SASPs可与DNA紧密结合,保护DNA,并在芽胞萌发时作为碳源和能源。


多数菌1个菌体仅形成1个芽孢,但有些菌体会生成两个芽孢,如坚强芽孢杆菌。由于芽孢是在细胞内形成,所以也称为内生孢子。但是,芽孢无繁殖功能。

作为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。



产生芽孢的种属:

芽孢杆菌属

梭状芽孢杆菌属

芽孢八叠球菌属

芽孢乳杆菌属

孢螺菌属

脱硫肠状菌属


芽孢的耐热机制-渗透调节皮层膨胀学说:

芽孢的耐热性在于芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差以及皮层的离子强度很高,使皮层产生了极高的渗透压去夺取核心中的水分,造成皮层的充分膨胀和核心的高度失水,失水的核心赋予芽孢极强的耐热性。另外,皮层中的DPA-Ca稳定芽孢中的大分子,增强芽孢的耐热性。

伴胞晶体:少数芽孢杆菌,如Bacillusthuringiensis (苏云金芽孢杆菌),在形成芽孢的同时会在芽孢旁形成一个菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体(δ内毒素)即为伴胞晶体。其干重可达芽孢囊的约30%,由18种氨基酸组成,大小约0.6×2.0 μm。伴胞晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目昆虫的幼虫有毒杀作用,因此可用做生物农药。


孢囊:一些固氮菌在外界缺乏营养的条件下,由整个营养细胞外壁加厚、细胞失水而形成的一种抗干旱但不抗热的休眠体。



鞭毛:在某些细菌菌体上具有细长而弯曲的丝状物。鞭毛的长度常超过菌体若干倍。在某些菌体上附有细长并呈波状弯曲的丝状物,少则1-2根,多则可达数百根。鞭毛是细菌的运动器官,具有化学趋向性和免疫原性(称为H抗原)


鞭毛着生位置:

偏端单生型:只在菌体一端长一根鞭毛。

两端单生型:菌体两端各长一根鞭毛。

偏端丛生型:菌体一端生出一束鞭毛。

两端丛生型:菌体两端各生一束鞭毛。

周生型:菌体周身长有鞭毛。



菌毛:某些细菌的表面上伸出的中空毛发状结构。其主要成分为菌毛蛋白,与细菌间或细菌和动物细胞黏合有关。细菌细胞接合过程中是供体细胞向受体细胞传递DNA的通道。有时亦称伞毛、纤毛、线毛。一般情况下,菌毛比鞭毛更细、短、直、硬。


普通菌毛遍布菌细胞表面,每菌可达数百根。普通菌毛是细菌的粘附结构,能与宿主细胞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。



性菌毛仅少数G-菌具有,且数量少,1-4根,比普通菌毛长、粗,中空呈管状。性菌毛由F质粒编码,故又称F菌毛。与接合(带有性菌毛的F+菌与无性菌毛的F-菌相遇时,性菌毛与其相应受体结合,F+菌的质粒或DNA可通过性菌毛进入F-菌体内)有关。



5. 细菌的繁殖

(1)细菌繁殖的条件:

营养物质,如碳源、氮源等。

pH:细菌生长的最适pH7.0-7.6

温度:如大肠杆菌生长的最适温度为37

气体环境:氧气、二氧化碳等。



(2)细菌繁殖的过程:

核的分裂

隔膜形成

形成横隔壁

子细胞分离



代时:细菌分裂数量倍增所需要的时间。多数细菌繁殖一代所需时间约为20-30 min。但少数细菌代时较长,如结核分枝杆菌代时为18-20 h

(3)细菌繁殖的方式:

多数进行简单的无性繁殖过程,即以二分裂为主,其它方式如不等二分裂、出芽繁殖、三分裂、多分裂等。


(4)细菌细胞壁的合成:

背靠背合成方式:如链球菌和某些G+球菌。

分散合成方式:大肠杆菌等G-杆菌。


6. 细菌的群体特征

(1)在固体培养基上的群落形态

菌落:在固体培养基上,肉眼可见的,有一定形态的子细胞集团。

菌苔:多个纯种菌落连成一片即形成菌苔。


特别细菌类群的群体特征:

没有鞭毛不运动的细菌,特别是球菌,常形成较小、较厚、边缘较整齐的菌落;有鞭毛的细菌则较大而扁平,边缘波状、锯齿状等。



有荚膜的细菌菌落较大并且表面光滑,而无荚膜的则表面较粗糙。

具有芽孢的细菌菌落表面常有褶皱并且不透明。



(2)在液体培养基上的群落形态:

浑浊。

沉淀。

菌醭、菌膜、菌环等。



注:囿于个人水平有限,错误在所难免。敬请批评指正!此外,本博文图片和部分文字介绍均源于网络。特在此致谢!



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