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第九章微生物的分化与发育
授课内容:
第一节营养体分化
第二节孢子形成
第三节多细胞结构与分化
第九章微生物的分化与发育
分化(differentiation)与发育(development)是极为普遍的生命活动现象。
所谓分化是指细胞在一定条件下,朝不同方向发展、使其形态结构、生理功能发生一系列的变化,最终导致一种细胞转变为另一种细胞的过程。
微生物的分化一般只发生在细胞水平,只有少数种类的微生物会由分化细胞形成分化组织。
所谓发育是指生物体经过生长和分化使机体由小到大、由简单到复杂、由性不成熟到性成熟的过程。
微生物的发育阶段远不象动植物那样清晰可辨,因此可以把微生物的发育定义为使机体进一步复杂化的过程。
对于单细胞的微生物来说,个体生长的过程或个体生长与分化的过程都可被认为是发育;而对于多细胞的微生物来讲,发育包括了生长、分化、性成熟,甚至多细胞结构(如子实体)形成的全部过程。
第一节营养体分化
在一些微生物中,常看到一种形态的营养细胞转变为另一种或几种形态的营养细胞,这一转变过程称为营养体的分化。
一、节杆菌细胞形态的转变
节杆菌是一类中温型的专性好气菌,广泛分布在土壤中,也常见于活性污泥中和植物体上。营异养生活,能够分解纤维素、木质素和芳香族化合物。
1、节杆菌细胞形态转变的过程
-。但其形态却随营养条件的变化而改变。
在营养贫乏的老培养基上,生长缓慢,细胞呈球形,没有鞭毛,不运动。
当转移到营养丰富的新鲜培养基上时,生长速度加快,细胞转变为杆状,具亚极生或侧生鞭毛,能运动。随营养物质的逐步耗尽,细胞形状又恢复到球形。
根据节杆菌细胞形态变化的特点,可以将细胞形态转变过程分为三个阶段:诱导阶段、杆状阶段、回复阶段。
节杆菌细胞形态转变过程
①诱导阶段:球形细胞接触新鲜培养基后,代谢活力增强,启动了形态转变的过程。开始时细胞膨大,有的甚至出现分枝现象,接着迅速转变为无鞭毛杆状细胞。这个阶段的时间进程在0-5h内。
②杆状阶段:细胞完成了从球状到杆状的转变,长出鞭毛,能运动,代谢活力旺盛,迅速地生长繁殖。其时间历程是5-16h,如果营养与其他条件适宜,这个阶段可延续到24h以上。在这个阶段的后期,有些细胞的鞭毛开始脱落。
③回复阶段:当生长条件变得不适宜时,节杆菌的鞭毛完全脱落,细胞形状重新由杆状转变为球形。
2、节杆菌的细胞壁成分与结构
一般认为,细胞形态是由细胞壁所决定的。节杆菌细胞形态的转变必然涉及到细胞壁成分和结构的改变。
Conn(1928)对节杆菌不同形态的细胞作过革兰氏染色,发现球形细胞为革兰氏染色阳性,而杆状细胞为革兰氏阴性。后来的研究发现,球形细胞与杆状细胞的细胞壁厚度明显不同。
成晶节杆菌球形细胞的细胞壁平均厚度为31nm,杆状细胞的细胞壁平均厚度为22nm。
3、节杆菌形态转变的调控
环境条件如温度、pH、氧气对两种细胞形态的转变没有大的影响。形态的转变主要受营养条件的控制,成晶节杆菌在葡萄糖-无机盐培养基上生长时,生长缓慢,有较大的延缓期,细胞呈球形;当其生长在含有蛋白胨、有机酸(如乳酸、苹果酸或琥珀酸)、或氨基酸(如精氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸)的葡萄糖-无机盐培养基上时,延缓期短,生长迅速,细胞呈杆状。
杆状细胞DN