细菌的生物学特性.ppt

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1、细菌的生物学特性第一章 细菌的形态与结构第二章 细菌的生理第四章 细菌的遗传与变异,掌握细菌的大小与形态、基本结构与特殊结构、革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌细胞壁的组成与区别、青霉素杀菌的机制、细菌繁殖的方式熟悉细菌生长繁殖的条件及规律，细菌合成代谢产物及意义了解细菌的变异,课程目标,广义：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、螺旋体 狭义：专指其中数量最大、种类最多、具有典型代表性的细菌。,一类具有细胞壁的单细胞原核细胞型微生物,细菌的概念,基本形态 球菌、杆菌、螺形菌 测量单位:微米（m）,第一章 细菌的大小、形态与结构,光学显微镜,第一节 细菌的大小与形态,球

2、菌(coccus),双球菌(diplococcus),细菌的大小与形态,直径约1m,细菌沿一个平面分裂，新个体成对排列,四联球菌(tetrad),细菌的形态与大小,球菌(coccus),细胞分裂是沿两个相垂直的平面进行，分裂后每四个细胞特征性地连在一起，呈田字形,八叠球菌(sarcina),球菌(coccus),细菌的形态与大小,细胞按三个互相垂直的平面进行分裂后，每八个球菌特征性地连在一起成立方体形,链球菌(streptococcus),球菌(coccus),细菌的形态与大小,细胞沿一个平面进行分裂，新个体不但可保持成对的样子，并可连成链状,球菌(coccus),葡萄球菌(staphyloc

3、occus),细菌的形态与大小,细胞无定向分裂，多个新个体形成一个不规则的群体犹如一串葡萄,葡萄球菌,z,杆菌(bacillus),细菌的形态与大小,杆菌大小各异,杆菌形态各异,白喉棒状杆菌,结核分枝杆菌,鼠疫耶尔森菌,杆菌排列 杆菌大都没有典型排列方式,细菌的形态与大小,螺形菌(spiral bacterium),细菌的形态与大小,弧菌,柄细菌、肾形菌、臂微菌、网格硫细菌、贝日阿托氏菌(丝状)、具有子实体的粘细菌等是特殊形态的细菌,第二节 细菌的基本结构,细菌的结构,细菌的结构,细胞壁细胞膜细胞质核 质,荚 膜鞭 毛 菌 毛芽 胞,细菌的基本结构:细胞壁,结果,细胞壁和革兰氏染色的关系：,？

4、,结晶紫,革兰氏染色与细胞壁,聚糖骨架,四肽侧链,五肽交联桥,N-乙酰胞壁酸,N-乙酰葡糖胺,溶菌酶水解,G+菌细胞壁：肽聚糖(peptidoglycan),金黄色葡萄球菌细胞壁肽聚糖结构示意图,-1，4糖苷键,由核糖醇或甘油残基经磷酸二酯键连接而呈多聚体，分两种：壁磷壁酸和膜磷壁酸。穿插于肽聚糖层中。,G+菌细胞壁：磷壁酸(teichoic acid),G+菌细胞壁：磷壁酸(teichoic acid),G+菌细胞壁：磷壁酸(teichoic acid),1.革兰阳性菌重要的表面抗原；2.某些菌的磷壁酸具有粘附作用，与致病性有关。,大肠杆菌细胞壁肽聚糖结构示意图,聚糖骨架,四肽侧链,G-菌细

5、胞壁：肽聚糖(teichoic acid),聚糖骨架,四肽侧链,五肽交联桥,大肠杆菌细胞壁肽聚糖结构示意图,G-菌细胞壁：肽聚糖(teichoic acid),对比阳性菌,G-菌细胞壁：外膜,脂多糖(LPS)内毒素,脂类A 无特异性 毒性部分 核心多糖 属特异性 特异多糖 寡糖重复单位 种特异性(菌体抗原，O抗原）S-R,G+、G-菌细胞壁特有成份比较：,革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较,细胞壁 革兰阳性菌 革兰阴性菌 强度 较坚韧 较疏松 厚度 20-80nm 10-15nm 肽聚糖层数 可多达50层 1-3层 肽聚糖含量 占细胞壁干重 占细胞壁干重 50%-80%5%-20%磷壁酸+外膜+

6、糖含量 45%15-20%脂含量 1-4%11-22%,细菌基本结构：细胞壁的功能,维持菌体固有的形态保护细菌抵抗低渗环境参与菌体内外的物质交换带有多种抗原决定簇，可诱发机体的免疫应答。,L型细菌(L formed bacteria)：,概念 细胞壁缺陷的细菌种类,细菌的基本结构：细胞壁缺失,L型细菌(L formed bacteria)：主要特性,细菌基本结构：细胞壁缺失,革兰阴性，高度多形态。需高渗低琼脂环境，生长缓慢，“油煎蛋”样菌落或颗粒状菌落或丝状菌落。诱导形成抗原性等发生改变。有致病能力，引起反复发作的慢性感染。,高渗低琼脂含血清的培养基，缓慢生长。油煎蛋样菌落,L型细菌的培养特性

7、和菌落形态,细菌的基本结构-细胞膜,由磷脂和多种蛋白质组成，但不含胆固醇。其主要功能是:,渗透和运输作用；呼吸作用；生物合成作用；形成中介体。,位于细胞壁内侧，紧包在细胞质外面的一层柔软有弹性、具有半透性的生物膜,细菌的基本结构,中介体:是部分细胞膜内陷、折叠、卷曲形成的囊状物，多见于G+菌。其功能类似于真核细胞的线粒体，故亦称为拟线粒体。,细菌基本结构：中介体,细胞质（cytoplasm）是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。含水量约80%。功能：细菌新陈代谢的场所,21,细菌的基本结构-细胞质,(1)核糖体(ribosome)：细菌合成蛋白质的主要场所，其沉降系数为

8、70S，由50S和30S两个亚基组成。(2)质粒(plasmid)：染色体外的遗传物质，存在于细胞质中,控制细菌某些特定的遗传特性,细菌的基本结构-细胞质,特征:无核膜、核仁和有丝分裂器。功能与真核细胞的染色体相似。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。,细菌的基本结构:核质,1.荚膜（capsule）,某些细菌细胞壁外包绕一层粘液样物质；普通染色不易着色，光镜下可见透明环。化学组成：多数细菌：多糖 少数细菌：多肽（炭疽杆菌）、透明质酸（链球菌）,26,细菌的特殊结构,(1)抗吞噬作用 具有抗吞噬作用，是重要毒力因子。(2)抗有害物质的损伤作用 处于细菌的最外层，保护菌

9、体避免或减少溶菌酶、补体、抗菌药物等有害物质的损伤作用。,荚膜的功能：,（3）黏附作用 荚膜多糖可使细菌彼此相连，在粘膜细胞表面形成生物膜，是引起感染的重要因素。（4）具有抗原性 对细菌的鉴别和分型有重要意义。,荚膜的功能：,菌体表面由蛋白质构成的呈波浪状弯曲的丝状物是细菌的运动器官。需用电子显微镜观察，或经特殊染色法使鞭毛增粗后方能在光镜下看到。,鞭毛,细菌特殊结构,鞭毛种类,单毛菌,双毛菌,丛毛菌,周毛菌,29,霍乱弧菌 空肠弯曲菌 铜绿假单胞菌 伤寒沙门菌,（1）细菌的运动器官（2）鞭毛具有特殊的抗原性，通称H抗原。（3）有些细菌的鞭毛与致病性有关。如霍乱弧菌、空肠弯曲菌等。,鞭毛的功能

10、：,细菌特殊结构,可分为普通菌毛和性菌毛,细菌的特殊结构,菌毛,许多G菌和少数G菌菌体表面存在着一种直的比鞭毛更细、更短的丝状物，它由菌毛蛋白组成，具有抗原性。,遍布菌体表面，数量多。是细菌的粘附结构 能与宿主细胞表面的特异性受体结合，和细菌的致病性密切相关。,普通菌毛,少数革兰阴性菌数量少，1-4根比普通菌毛长而粗，中空呈管状传递遗传物质-接合,性菌毛,芽胞(spore)：某些G+菌在环境不利的条件下，胞浆脱水浓缩，在菌体内形成一个圆形或卵圆形小体。是细菌的休眠形式。主要由芽孢杆菌属和梭菌属形成,细菌的特殊结构,芽胞的形态,芽胞的大小、形状、位置等随菌种而异，有重要的鉴别价值,34,芽胞的特

11、点,（1）芽孢是休眠构造而不是繁殖构造。环境不利，一个细菌只形成一个芽胞；环境适宜，一个芽胞发芽也只生成一个菌体（2）芽孢抗逆性极强。具有很强的抗高温、抗干燥、抗化学消毒剂和抗射线能力。（3）芽孢休眠能力极强（4）带有完整的核质、酶系统和菌体组分的结构，保存有细菌全部生命活性。,细菌芽孢构造的模式图,细菌结构总结,1.显微镜放大法：普通光学显微镜、电子显微镜。2.染色法：细菌体小半透明，经染色后才能观察较清楚。,第三节 细菌的形态结构检查,显微镜放大法：,普通光学显微镜普通光学显微镜的分辨率为0.25um。一般细菌都大于0.25um，故可用普通光学显微镜观察。,细菌的形态结构检查,电子显微镜：

12、,电子显微镜的分辨率为1nm。不仅能看清细菌的外形，内部超微结构可一览无余。,细菌的形态结构检查,A.革兰染色法B.抗酸染色法C.其它特殊染色法,革兰阳性 革兰阴性,抗酸染色,染色法：,细菌的形态结构检查,1、革兰阳性菌（+菌）细胞壁的主要成分是 肽聚糖 磷壁酸 外膜 脂多糖 E脂蛋白答案：A2、细菌的芽孢 A.是细菌的繁殖形式 B.是细菌有性遗传的物质 C.仅在肠杆菌科出现 D.通常是在缺氧条件下形成 E.是细菌在不利环境条件下形成的对外界环境有抵抗力的休眠体答案：E,本节练习,本节练习,3、青霉素的杀菌机理是：A、干扰细胞肽聚糖中甘氨酸交联桥与四肽侧 链上的D丙氨酸之间的联结B、溶解细胞壁

13、上的磷壁酸C、切断N乙酰葡糖胺与N乙酰胞壁酸之 间的1，4糖苷键联结(溶菌酶)D、溶解细胞壁肽聚糖支架 E、增加的细菌细胞的通透性答案：A,4.下列描述的微生物特征中，不是所有微生物共同特征的是A.个体微小 B.分布广泛 C.种类繁多 D.可无致病性 E.只能在活细胞内生长繁殖5.不属于原核细胞型的微生物是（)A.螺旋体B.放线菌C.病毒D.细菌E.立克次体,6.与细菌的运动有关的结构是（)A.鞭毛 B.菌毛C.纤毛 D荚膜 E轴丝7.与内毒素有关的细菌结构是（)A.外膜 B.核膜C.线粒体膜D.荚膜E.细胞膜,8.芽胞与细菌有关的特性是（)A.抗吞噬作用B.产生毒素C.耐热性 D.粘附于感染

14、部位E.侵袭力9.细菌的“核质以外的遗传物质”是指（)A.mRNA.B.核蛋白体C.质粒 D.异染颗粒E.性菌毛,10.与细菌粘附于粘膜的能力有关的结构是 A.菌毛B.荚膜C.中介体D.胞浆膜E.鞭毛11.不属于细菌基本结构的是（)A.鞭毛B.细胞质C.细胞膜D.核质E.细胞壁,12.与致病性相关的细菌结构是（)A.中介体 B.细胞膜C.异染颗粒D.芽胞E.荚膜13.G+与G-细菌的细胞壁肽聚糖结构的主要区别在于（)A.聚糖骨架B.四肽侧链C.五肽交联桥 D.-1，4糖苷键E.N-乙酰葡糖胺与N-乙酰胞壁酸的排列顺序,14.对外界抵抗力最强的细菌结构是A.细胞壁B.荚膜C.芽胞D.核质E.细胞

15、膜15.有关G+菌细胞壁的特点不正确的是A.主要成分是粘肽 B.含有磷壁酸C.对青霉素敏感D.含有大量脂多糖E.易被溶菌酶裂解,第二章 细菌的生理,第一节 细菌生长繁殖的条件,细菌的营养物质,H2O,CS,NS,无机盐,GF,细菌的营养类型,第一节 细菌生长繁殖的条件,自养菌,异养菌,光能自养菌,化能自养菌,腐生菌,寄生菌,第一节 细菌生长繁殖的条件,充足的营养条件,适宜的酸碱度：7.2-7.6,适合的温度：37C,必要的气体环境,水、碳源、氮源、无机盐、生长因子,酸碱度影响酶活,个别细菌：嗜冷、嗜热,专性需氧菌:结核分枝杆菌微需氧菌：幽门螺杆菌兼性需氧菌：葡萄球菌专性厌氧菌：破伤风梭菌,细菌

16、生长繁殖的条件,一般为无性繁殖，二分裂法。繁殖一代需20-30分钟,细菌的繁殖方式和速度,活菌数,培养时间,.指数期,.稳定期,.衰亡期,.延滞期,细菌数目（个/ml）对数,细菌的生长曲线,细菌群体生长繁殖的规律,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,迟缓期（lag phase）,活菌数呈对数增加 酶系活跃，代谢旺盛生长速率最大，代时最短细胞的化学组成及形态，生理特性比较一致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。,对数期（logarithmi

17、c phase）,活菌数保持相对稳定，总菌数达最高水平。细菌代谢物积累达到最高峰。芽胞杆菌这时开始形成芽胞。,稳定期(stationary phase),衰亡期(death phase),细菌死亡数大于增殖数,活菌数明显减少,群体衰落细胞出现多形态,大小不等的畸形,变成衰退型细胞死亡,出现自溶现象,第二节 细菌的代谢产物及意义,（一）细菌的分解代谢和生化监测,74,.糖类代谢,糖发酵试验,VP试验,甲基红试验,.蛋白质代谢,靛基质（吲哚）试验,硫化氢试验,主要是鉴别大肠埃希菌与产气肠杆菌,鉴别大肠埃希菌和伤寒沙门菌,意义：对菌形、G染色和菌落形态,相似的细菌进行鉴别,75,糖 发 酵 试 验,

18、产酸,产酸产气,不产酸不产气,原理：不同的细菌因酶系统不同，能分解不同的糖；细菌分解糖后能产酸；如某些细菌因具有特殊的解氢酶则进一步分解酸产气。,吲哚试验,原理某些细菌（E.coli）能分解色氨酸产生靛基质（无色）,二甲基氨基苯甲醛,玫瑰吲哚（红色）,77,硫化氢试验,某些细菌(变形杆菌)能分解含硫氨基酸产生硫化氢,硫化亚铁（黑色）,硫酸亚铁,78,二、细菌的合成代谢产物及意义,外毒素G+菌和少数G-菌释出的蛋白质。,内毒素G-菌的脂多糖成分，菌体死亡后释出。,免疫原性 耐热性？,主要由G-菌合成的极耐高温的脂多糖 成分，注入机体能引起发热反应。,79,脂 溶 性 色 素,金黄色葡萄球菌,微球

19、菌,水 溶 性 色 素,铜绿假单胞菌,1.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,第三节 细菌的人工培养,普通培养基 血液培养基,（一）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。,2.按状态的差异,（一）培养基,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

20、。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。,3.按功能的差异,（一）培养基,83,固体培养基,液体培养基,半固体培养基,检查细菌动力,（二）细菌在培养基中的生长情况,1：有动力2：无动力,84,菌落colony,大小、形状、色泽、边缘、透明度、凹凸、湿润度、溶血现象,细菌在固体培养基上经1824h培养后单个细菌分裂繁殖成一堆肉眼可见的细菌集团。,1.下列物质中不是细菌合成代谢产物的是A.色素 B.细菌素C.热原质 D.抗毒素E.抗生素2.菌落是指A.不同种细菌在培养基上生长繁殖而形成肉眼可见的细胞集团B.细菌在培养基上繁

21、殖而形成肉眼可见的细胞集团C.一个细菌在培养基上生长繁殖而形成肉眼可见的细胞集团D.一个细菌细胞E.从培养基上脱落的细菌,3.研究细菌性状最好选用哪个生长期的细菌A.迟缓期B.对数期C.稳定期D.衰亡期E.以上均可4.对人致病的细菌大多是A.专性厌氧菌B.专性需氧菌C.微需氧菌 D.兼性厌氧菌E.以上均不对,第四章 细菌的遗传与变异,遗传（heredity）子代与亲代的生物学性状基本相同。变异（variation）子代与亲代以及子代与子代之间的生物学性状出现差异。,遗传性变异-基因型变异（genotypic variation）非遗传性变异-表型变异（phenotypic variation）

22、,变 异,细菌的遗传物质是DNA与细菌遗传有关的物质包括染色体和染色体以外遗传物质的总称。,一、细菌的遗传物质,（一）细菌染色体,一条环状双螺旋DNA分子，相对聚集在一起，形成一个较为致密的区域，称为拟核。dsDNA，3.25106 bp 复制快：105 bp/min 无组蛋白，无内含子，为连续基因,概念：细菌染色体外的遗传物质种类：耐药性质粒（R质粒）致育质粒或称F质粒 毒力质粒或Vi质粒 细菌素质粒,（二）质粒,质粒特征：具有自我复制的能力 拷贝数低者，复制往往与染色体的复制同步，称为紧密型质粒。拷贝数高者，与染色体的复制不相关，称松弛型质粒。编码的基因产物能赋予细菌某些特性（非细菌生命活

23、动不可缺少的）,质粒可自行丢失与消除 质粒的转移性 质粒的相容性与不相容性 两种结构相似密切相关的质粒不能稳定共存于一个宿主菌的现象称为质粒的不相容性。几种不同的质粒同时共存于一个菌细胞内则称相容性。,形态结构:蝌蚪形衣壳：蛋白质核酸：dsDNA,分布广:有菌就有噬菌体宿主特异性：流行病调查；分型参与细菌变异：转导,溶原性转换,毒性噬菌体：能在敏感细胞中增殖并引起细菌裂解的噬菌体温和性噬菌体：感染敏感细菌后不增殖，不引起宿主菌裂解，而是噬菌体的基因整合于细菌染色体中,（三）噬菌体,（一）形态结构变异,3-6%食盐鼠疫耶氏菌 多形态性 陈旧培基物,二、细菌的变异现象,青霉素、溶菌酶正常形态细菌

24、L型变异 抗体或补体(部分或完全失去胞壁),42-43炭疽杆菌 失去形成芽胞能力,毒性降低 10-20天,在陈旧培养基中长期培养光滑型菌落 粗糙型菌落 S R伴其他性状改变。如：毒力变异，抗原性减弱一般S型菌的致病性强,（二）菌落变异,（三）毒力变异,增强：棒状噬菌体白喉棒状杆菌 产生白喉毒素 减弱：胆汁、甘油、马铃薯培养基牛型结核杆菌 卡介苗BCG 13年(230代),（四）耐药性变异,概念：细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异称为耐药性变异。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）。多重耐药菌株及药物依赖性菌株，如 含链霉素培养基痢疾杆菌 依链株 长期培养,三、细菌变异的机制,（一）基因突变

25、 细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，是DNA序列的永久性变化。（不考虑细菌表型是否有可察觉的改变）,（1）自发突变 突变可以自然发生，即自发突变。,（一）基因突变,（2）诱发突变 人工诱导的突变 可提高细菌的突变率 许多理化因子如X线、紫外线、亚硝酸盐等都具有诱变活性。检测细菌诱变因子的诱变实验可作为检测环境因子对人类致癌作用的筛选方法。,突变率：10-9-10-6,突变率：10-6-10-4,1.转化（transformation）：受菌主动摄取外源性DNA,（二）基因转移与重组,2.转导 以噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。,供体菌一段DNA,噬

26、菌体,受体菌,获得新性状,（二）基因转移与重组,3.接合（conjugation）通过性菌毛将供菌DNA转给受体菌，受体菌获得供体菌性状,（二）基因转移与重组,（二）基因转移与重组,4.溶原性转换（lysogenic conversion）噬菌体DNA与受菌染色体整合，受菌获得新的性状 如白喉杆菌：-噬菌体-外毒素基因 不产毒白喉杆菌 产毒白喉杆菌,5.原生质体融合 两种不同细菌 失去细胞壁 两种原生质体 聚乙二醇 原生质体融合,（二）基因转移与重组,在疾病的诊断、治疗与预防中的应用在测定致癌物质中的应用在基因工程中的应用,四、细菌变异的实际应用,检测致癌物：Ames试验：,基因工程,载体：质

27、粒，噬菌体工程菌和酶：限制性内切酶，连接酶选择目的基因，细菌中表达，如胰岛素、白介素、干扰素等基因工程疫苗,1.有关质粒的描述哪项是错误的A.细菌生命活动不可缺少的基因B.为细菌染色体以外的遗传物质C.具有自我复制传给子代的特点D.可从一个细菌转移至另一个细菌体内E.可自行丢失2.在细菌之间直接传递DNA是通过（）A.鞭毛；B.普通菌毛；C.性菌毛；D.中介体；E.核糖体,3.下列哪项不是噬菌体的特性A.个体微小 B.具备细胞结构C.由衣壳和核酸组成D.专性细胞内寄生E.以复制方式增殖;4.细菌通过性菌毛将遗传物质从供体菌转移到受体局的过程，称为（）A.转化；B.转导；C.突变；D.接合；E.溶原性转换；,