《园艺学专业》PPT课件.ppt

第一章 微生物的形态和细胞结构,第一节 细菌细胞的一般性质 第二节 原核生物细胞的结构 第三节 真核细胞和原核细胞的异同 第四节 微生物细胞形态的多样性,第一节 细菌细胞的一般性质,微生物有真核微生物和原核微生物，以及无细胞 结构的微生物病毒。原核微生物主要是细菌。 细菌，有真细菌和古细菌，其细胞均为原核细胞， 所以都属于原核微生物。,一、细胞的形态和大小,形态：球菌、杆菌、螺旋菌；另外有一类称作螺旋体。 大小：直径为0.52.0m。,二、细胞的化学组成,细 胞 的 化 学 组 成,有机物：蛋白质 核酸 类脂 糖类（碳水化合物） （99%干重） 氨基酸 嘌呤 嘧啶 核苷酸 酶与辅酶,无机物：无机盐（灰分），另有水分（7080%鲜重） （1%干重）,二、细胞中的有机单体和多聚体,四类重要的单体物质： 单 糖多糖 脂肪酸脂类与类脂 核苷酸核酸 氨基酸蛋白质（包括酶蛋白）,单糖有：四碳糖（C4） 五碳糖（C5） 六碳糖（C6） 七碳糖（C7） 多糖有：淀粉 糖原 （依靠-1.4、 -1.6糖苷键） 纤维素 （依靠-1.4糖苷键）,糖 类,甘油三脂、胆碱、糖脂、磷脂 磷脂含有亲水端和疏水端，是构成细胞膜的主要成分。,脂肪酸和脂类（类脂）,核苷酸和核酸,核苷酸由碱基、五碳糖（核糖或脱氧核糖）和磷酸构成。 碱基：嘌呤 是 1,3,7,9-四氮杂茚（嘧啶+咪唑） 分：腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 嘧啶 是 1,3-二氮杂苯 分：胞嘧啶（C） 胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（U）,核酸有：核糖核酸（RNA，Ribonucleic Acid） 脱氧核糖核酸（DNA，Deoxyribonucleic Acid）,一、细胞结构概貌,第二节 原核生物细胞的结构,特殊构造：部分细菌具 有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造,一般构造：一般细菌都有的构造,革兰氏染色法 由丹麦医生Hans Christian Gram发明，经过 一系列处理，将细菌分为两大类，紫色和红色，即G+菌和G-菌。,二、细胞壁和相关结构,细胞壁（cell wall）是位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的 一层较为坚韧，略具弹性的细胞结构。,固定细胞外形和提高机械强度，从而使其免受渗透压 等外力的损伤。 为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需。失去了细胞 壁的原生质体，也就丧失了这些重要功能； 阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质（分子量大于 800）进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、消化酶和青 霉素等有害物质的损伤； 赋予细菌具有特定的抗原性、致病性以及对抗生素和 噬菌体的敏感性。,细胞壁的主要功能,细胞壁的基本结构和化学成分,细菌细胞壁的结构是不同的，革兰氏阳性菌的细胞壁为 一层肽聚糖层；而革兰氏阴性菌的细胞壁有两层，肽聚糖层和外壁层。也有人认为是细胞外围由一层肽聚糖层和内外两层膜构成。 细菌细胞壁的化学成分主要是肽聚糖。革兰氏阳性菌的 细胞壁中含有磷壁酸质 ；革兰氏阴性菌的细胞壁中含有磷脂、脂类、糖和蛋白等 。,肽聚糖的基本重复单位由三组分构成： 双糖单位，四肽尾部，肽桥,肽聚糖的结构,双糖单位中的-1,4-糖苷键很容易被溶菌酶(lysozyme)所水解，从而引起细菌因肽聚糖细胞壁的“散架”而死亡。,目前所知的肽聚糖已超过100种， 在这一“肽聚糖的多样性”中，主 要的变化发生在肽桥上。,特点：厚度大（2080nm） 化学组分简单，一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸。,革兰氏阳性细菌的细胞壁,肽聚糖(peptidoglycan),磷壁酸（teichoic acid）,革兰氏阳性菌的细胞壁,肽聚糖又称粘肽胞壁质或粘质复合物，是真细菌细胞壁中的特有成分。,磷壁酸：结合在革兰氏阳性细菌细胞壁上的一种酸性多糖,磷壁酸：革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成分，主要 成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。,磷壁酸的主要生理功能,其磷酸分子上较多的负电荷可提高细胞周围Mg2+的浓 度，进入细胞后就可保证细胞膜上一些需Mg2+的合成 酶提高活性； 贮藏磷元素； 增强某些致病菌如A族链球菌(Streptococcus)对宿主细 胞的粘连、避免被白细胞吞噬以及抗补体的作用； 赋予革兰氏阳性细菌以特异的表面抗原； 可作为噬菌体的特异性吸附受体； 能调节细胞内自溶素(autolysin)的活力，借以防止细 胞因自溶而死亡。因为在细胞正常分裂时，自溶素可 使旧壁适度水解并促使新壁不断插入，而当其活力过 强时，则细菌会因细胞壁迅速水解而死亡。,革兰氏阴性菌的细胞壁,特点：厚度大（1520nm） 结构较复杂。一般含肽聚糖、脂多糖、脂类、糖和蛋白质。 脂多糖部分形成内毒素。,革兰氏阴性细菌的细胞壁,外：外膜层（outer membrance）,内：肽聚糖层（peptidoglycan）,外膜层：磷脂双层，含脂多糖。,周质空间：又称壁膜间隙。在革兰氏阴性细菌中，一般指其外膜与细 胞膜之间的狭窄空间（宽约1215nm），呈胶状。,缺壁细菌,缺壁突变L型细菌 实验室或宿主体内形成 基本去尽原生质体 缺壁细菌 人工去壁 部分去除球状体 在自然界长期进化中形成支原体,（1）L型细菌,细菌在某些环境条件下（或宿主体内）通过自发突变（或实 验室内人工低浓度青霉素诱导）而形成的遗传性稳定的细胞 壁缺陷变异型。,特点：,没有完整而坚韧的细胞壁，细胞呈多形态； 有些能通过细菌滤器；对渗透敏感；在固体培养基上能形成类似支原体形成的“煎蛋形”小菌落（直径在0.1mm左右）。,（2）原生质体（protoplast）,指在人为条件下，即用溶菌酶处理或在含青霉素的培养基中培养，抑制了新生细胞壁的合成而形成的仅由细胞质膜包裹的，圆球形、对渗透压变化敏感的原生质部分。一般由革兰氏阳性细菌形成。,采用溶菌酶处理或在含有低浓度青霉素的培养基上培养，由革兰氏阴性细菌产生的残留有部分细胞壁（外壁层）的球形细胞。与原生质体相比，它对外界环境变化具有一定的抵抗性，可在普通培养基上生长。,（3）球形体,（4）支原体(菌质体),在长期进化过程中形成的、适应自然生活条件的无细胞 壁的原核生物。因它的细胞膜中含有一般原核生物所没有的 甾醇，所以即使缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强度。,细胞壁外的表层结构,表面层,存在于真细菌或古细菌呢的细胞壁外，由同型蛋白或糖 蛋白组成，呈网络状，分子量为40170ku，多为弱酸蛋白， 含40%60%疏水氨基酸，没有或很少有含硫氨基酸。,作用：细胞保护性外被； 细胞间识别与吸附； 分子筛作用，捕获分子与离子； 酶的支架与毒力因子。,在不同细菌中表面层的位置：,外被多糖和荚膜,-包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质，亦称作糖被。,荚膜的功能,保护作用：其上大量极性基团可保护菌体免受干旱损伤； 防止噬菌体的吸附和裂解； 一些动物致病菌的荚膜还可保护它们免受宿主白细 胞的吞噬； 作为透性屏障或（和）离子交换系统，可保护细菌 免受重金属离子的毒害； 贮藏养料，以备营养缺乏时重新利用； 表面附着作用 细菌间的信息识别作用，如根瘤菌属； 堆积代谢废物。,三、细胞质膜和内膜系统,细胞质膜，又称质膜是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜。 厚度约78nm，由磷脂（占20%30%）和蛋白质（占50%70%）组成。,内膜系统是指细胞膜存在内摺延伸而形成的囊状、管状或层状结构,质膜的结构与功能,由双层磷脂构成，厚度约为5-10nm，蛋白质镶嵌于磷脂双层中，是有效控制物质通透的屏障。 膜中的蛋白质分作两种，具有酶促作用边缘蛋白和具运输功能的整合蛋白。,液态镶嵌模型 (fluid mosaic model),膜的主体是脂质双分子层； 脂质双分子层具有流动性； 整合蛋白因其表面呈疏水性，故可“溶”于脂质双分子层 的疏水性内层中； 周边蛋白表面含有亲水基团，故可通过静电引力与脂质 双分子层表面的极性头相连； 脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合； 脂质双分子层犹如一“海洋”，周边蛋白可在其上作“漂浮” 运动，而整合蛋白则似“冰山”状沉浸在其中作横向移动。,细胞质膜的生理功能,选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送；,是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（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；,是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位.,与质膜相连的内膜系统,间体或中体（mesosome）,间体是由细胞质膜内褶而形成的囊状构造，其中充满着层状或管状的泡囊。多见于革兰氏阳性细菌。每个细胞含一至少数几个。着生部位可在表层或深层，表层者与某些酶如青霉素酶的分泌有关，深层者与DNA的复制、分配以及与细胞分裂有关。,非光合作用内膜,硝化细菌（Nitrobacter）中，具有复杂的内膜系统-细胞质膜极冠；亚硝化球菌（Nitrosococcus）中，丰富的内膜系统成囊状在细胞中部。 认为与 无机化合物常占据 氧化区域有关。,光合作用内膜,光合细菌中，广泛存在内膜系统-光合膜，又称载色体，常占据细胞内的大部分，与光强成正比，光合细菌叶绿素分布在内膜上。,四、核质和细胞质,原生质体由细胞质膜与原生质构成。原生质由核质（核区）与细胞质构成。 细胞质由基质与颗粒物组成。基质是生命活动的场所，由水、无机盐、蛋白质、糖类组成，呈半透明的胶体状；颗粒物有核糖体、气泡及储藏物颗粒等。,核质区和质粒,核质区，也称作核质体(nuclear body)、原核(prokaryon)、拟核(nucleoid)或核基因组(genome)，是指原核生物细胞核物质较集中的区域，由一条环状的双链DNA分子构成。 质粒（plasmid），是细菌染色体（基因组）外的遗传物质，是小型的环状DNA分子，可以独立复制，也可整合到细菌基因组中。,功能：遗传信息的载体。,核糖体和协助蛋白,核糖体,结构：由1个大亚基和1个小亚基构成。 含蛋白质 40-50%（1/3） rRNA 50-60%（2/3）（占细胞中RNA总量的80%以上）。组成上，古细菌的小亚基rRAN更接近于真核生物的。 功能：蛋白质合成场所。,协助蛋白,协助蛋白（chaperon）-为细胞中一类小分子蛋白质， 可以协助新合成的多肽链发生正确的折叠，也能纠正蛋白质 错误折叠，以得到正确的天然蛋白质。 也能保护细胞免受热损害的作用，在细胞受到高温或其 他不利因素影响时其浓度会明显增高，因此也称作热休克蛋 白（heat-shock protein）或应激蛋白。另外还在蛋白质的 质膜运转中有重要作用 例如：热击转化细胞中，应激蛋白浓度增加； 嗜热的隐蔽热球菌（Pyrodictum occultum）生 长在110，含有大量应急蛋白质。,内含物,包括：颗粒体（granule）、内含体（inclusion）、羧酶体、 光和色素、气泡（vacuole）和储藏物（硫滴、聚羟基丁酸、 糖原、多聚磷酸盐等）。,五、芽孢和孢囊,某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体，称为芽孢（endospore或spore， “内生孢子”）。,每一营养细胞内仅生成一个芽孢，休眠体，在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞；,芽孢是整个生物界中抗逆性最强的生命体，在抗热、抗化学药物、抗辐射和抗静水压等方面，更是首屈一指。,产芽孢的细菌多为杆菌，也有一些球菌。芽孢的有无、形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标。可在光学显微镜下观察（相差显微镜直接观察；芽孢染色） 。有10个属能产生芽孢，其中芽孢杆菌属和梭菌属常见。,芽孢（endospore, spore),芽孢的构造,孢囊不同于芽孢，耐旱、耐干燥，而不耐热。,六、鞭毛和菌毛,鞭毛和运动,鞭毛-鞭毛: 生长在某些细菌细胞表面的长丝状、波曲的蛋白质 附属物，数目为一至数十几条。能使细菌具有运动功能。,鞭毛的有无和着生方式具有十分重要的分类学意义,鞭毛的作用 运动。 使细菌具有了趋化性、趋光性、 趋磁性运动。,菌毛：长在细菌体表的纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质类附属物，具有使菌体附着于物体表面的功能。 性菌毛：性菌毛一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌株（即供体菌