微生物主要类群及其形态结构.ppt

食品微生物学,第2章 微生物主要类群的形态、结构和功能,第2章 微生物主要类群的形态、结构和功能2.1原核细胞和真核细胞的区别,9+2型是指鞭毛的微观细胞生物学结构,中外圈9组二联管,内包有一对中央微管结构.,比较项目 真核 原核,比较项目 真核 原核,比较项目 真核 原核,第2章 微生物主要类群的形态、结构和功能2.2原核微生物的形态、结构及其生理功能,2.2.1 细菌细菌是单胞原核生物。细菌细胞微小而透明，用显微镜也很难看清楚。通常用适当染料染色，增加标本与背景间折光率的差异，以便观察。不能染色的活体细胞，则可用相当显微镜进行观察。在污染物的生化处理中，细菌的作用非常重要。例如，假单胞菌属（Pseudomonas）具有代谢多种化合物的能力，有些菌株可利用100多种化合物，故而对污染物有相当高的降解活性；棒杆菌属(Corynebacterium)是裂解杂环化合物和碳氢化合物链的主要菌种；节杆菌属(Arthrobacter)可氧化烃类化合物、甾（Za）体化合物等；产碱杆菌属(Alcaligenes)参与淡水、海水和陆地环境中物质的分解和矿化。,2.2.1 细菌,细菌个体形态1、球菌:细胞呈球形或椭圆形。分裂后产生的新细胞常保持一定的空间排列方式在分类鉴定上有重要意义。(1)单球菌：细胞分裂沿一个平面进行，新个体分散单独存在。(2)双球菌：细胞沿一个平面分裂，新个体成对排列。(3)链球菌：细胞沿一个平面分裂，新个体成链状。4、四联球菌：细胞分裂沿两个互相垂直的平面进行，分裂后四个新细胞 相连呈田字形。(5)八叠球菌：细胞沿三个垂直的平面进行分裂，八个新细胞特征性地叠在一起呈立方体。(6)葡萄球菌：细胞分裂无定向进行，多个新细胞群集如一串葡萄。,单球菌（显微镜下示意图）,单球菌(single coccus),双球菌（显微镜下示意图）,双球菌(double coccus),左：显微镜效果 右：电镜照片,四联球菌,八叠球菌,八叠球菌（显微镜下示意图）,左：葡萄球菌电镜照片,葡萄球菌,右：显微镜下的金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus),链球菌,链球菌（显微镜下示意图）,链球菌（电镜照片）,球菌,A 单球菌B 双球菌C链球菌D 四联球菌E八叠球菌F 葡萄球菌,细菌形态,2、杆菌细胞呈杆状或圆柱状，其形态较球菌复杂。菌体直或稍弯，粗短或细长。末端钝圆、尖、膨大或平截状。杆菌细胞常沿一个平面分裂，菌体单个分散存在，或以短链状、栅栏状、八字形、丝状等方式排列。,显微镜下的杆菌,2.杆菌(bacillus),杆状的细菌称为杆菌。,杆菌,细胞呈杆状或圆柱状，菌体直或稍弯，粗短或细长。末端钝圆、尖、膨大或平裁状。直径在0.51um15um（宽径长）,细长的杆菌又称为？,丝状菌,可引起活性污泥膨胀,枯草芽孢杆菌,地衣芽孢杆菌,3、螺旋菌 细胞呈螺旋形，若菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，则称为弧菌。球菌、杆菌和螺旋菌是细菌的三种基本形态。球菌不一定都是正圆形，双球菌可能呈三角形、豆形、肾形。八叠球菌可能近于方形或长方形，即将分裂的球菌也可能呈椭圆形。此外，还有些具有其他形态的细菌。如柄细菌，细胞杆状或梭形，有一细柄，可固着在基质上。再如鞘细菌，杆状细胞呈链状排列，周围有紧贴菌体的鞘膜。细菌的形态排列有时是生长阶段或培养条件等原因造成的。如节杆菌属，幼龄菌细胞为杆状，老龄细胞则呈球状。培养条件不正常时，细胞常出现异常形态，杆细胞有的膨大，出现梨形，有的产生分枝，有的伸长以至呈丝状等，将它们转移到新培养基中，在适宜条件下，又可恢复原的正常形态。,螺旋菌（Spirlla),螺旋状的细菌称为螺旋菌。,显微镜下的螺旋菌,螺旋状,弧菌,螺旋菌,螺旋体菌,弧菌弧菌细胞呈弧形，其中若菌体多于一个弯曲，其程度超过一圈，又称为螺旋菌。直径在0.55um，长度不等。,螺旋菌,弧菌,弧菌：,菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，形似“C”字或逗号，鞭毛偏端生。,(寄生性弧菌-蛭弧菌),霍乱弧菌,螺旋菌：,菌体回转如螺旋，螺旋数目和螺距大小因种而异。鞭毛二端生。细胞壁坚韧，菌体较硬。,螺旋体菌：,菌体柔软，用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。,梅毒密螺旋体,4、丝状菌丝状菌分布在水生境、潮湿土壤和活性污泥中。有铁细菌。细菌的形态排列有时是生长阶段或培养条件等原因造成的。如节杆菌属，幼龄菌细胞为杆状，老龄细胞则呈球状。培养条件不正常时，细胞常出现异常形态，杆细胞有的膨大，出现梨形，有的产生分枝，有的伸长以至呈丝状等，将它们转移到新培养基中，在适宜条件下，又可恢复原来的正常形态。,丝状菌,细菌的其他形态,2.2.1.2 细菌个体的大小,细菌的大小可用显微镜测微尺测量，也可通过投影或照相制成图片按放大倍数测算。测量细菌大小常以微米（um）为单位。（1mm=100 um）球状直径一般为0.5 um2 um，杆菌宽0.51 um,长1 um8 um,螺旋菌宽0.5 um5。其长度为5 um50 um。菌体的大小与菌龄和培养条件等有关。幼龄菌较长，老龄菌较短，但菌体宽度相对恒定。培养基渗透压增大，则细胞变小。由于细菌细胞微小而透明，往往需要染色才能用显微镜观察，染色前要进行干燥固定，致使测得的菌体大小小于活菌体。若采用负染色法，使背景着色，衬托菌体，则标本会大于活菌体。,普通光学显微镜下用测微尺测细菌大小,大小,最小：,与无细胞结构的病毒相仿（50 nm）,最大：,肉眼可见（0.75 mm）,测量方法：,显微镜测微尺,显微照相后根据放大倍数进行测算,显微镜下的细菌,原核生物细胞的结构与功能,细胞壁,细胞质,质膜,原生质体,基本结构,特殊结构,鞭毛芽孢荚膜,细胞结构,细菌模式图,细菌的基本结构,细菌细胞的结构可分为基本结构和特殊结构两部分。基本结构是指任何一种细菌都具有的细胞结构，包括细胞壁、细胞膜、细胞质和核质体等。特殊结构是指某些种类的细菌所特有的结构，如芽孢、荚膜、鞭毛和菌毛等。这些结构的功能特点决定了细菌在自然界中的生存能力和分布范围。,1.细胞壁位于菌体外表面，较坚韧而富有弹性。其功能主要有：固定细胞外形；保护细胞免受外力的损伤；阻挡大分子物质进入细胞；使细胞具有一定抗病性、致病性及对噬菌体的敏感性；协助鞭毛运动。,细菌的构造,图1-3 细菌的结构,细菌细胞由外向里依次有鞭毛、菌（纤）毛、荚膜、细胞壁、细胞膜、细胞质，细胞质中又有液泡、储存性颗粒、核质等。,1.细胞壁,(1)细胞壁的化学组成与结构 细菌经革兰氏染色，可分为革兰氏阳性（G+）和革兰氏阴性（G）两大类，前者呈紫色，后者呈红色，革兰氏染色是重要的细菌鉴别染色法。G+细菌的细胞壁化学组成以肽聚糖为主，75%的肽聚糖亚单位纵横交错连接，形成致密的网络结构。除肽聚糖外，大多数G+细菌的细胞壁中还含有磷壁酸，使细胞壁形成一个负电荷环境。但不含脂多糖。G细菌的细胞壁分为内壁层和外壁层。内壁层紧贴细胞膜，由肽聚糖组成，仅30%肽聚糖亚单位彼此交织连结，网状结构较疏松。,外壁层可再分为内、中、外三层，内层为脂蛋白层，中间为磷脂层，最外层为脂多糖层。脂多糖是G细菌细胞外壁层主要成分，亦即病原菌内毒素的主要成分。它由多糖核心、抗原多糖侧链和类脂三部分组成。两者的不同还表现在各种成分的含量不同。尤其是脂肪的含量最明显，G+菌含脂肪量为14%，G菌含脂肪量为1122%细胞壁结构。G+和G细菌细胞壁化学组成和结构上的差别，使它们对革兰氏染色反应不同。在革兰氏染色反应中，一种不溶性的结晶紫碘的复合物形成与细胞内。这种复合物可被乙醇从G菌中浸出，但不能从G+菌中浸出。这是因为G+细菌的细胞壁较厚，肽聚糖含量较高网络结构紧密，故在用乙醇洗脱时肽聚糖网孔会因缩小而明显收缩，再加上它基本不含内脂，乙醇处理不能在壁上溶出缝隙，因此，结晶紫碘的复合物被阻留在细胞壁内。G细菌的壁薄，肽聚糖含量低，且交联松散，故遇乙醇后，其网孔不易收缩。且G细菌的类脂含量高，被乙醇溶解后，细胞壁上就会出现较大的缝隙，这样，结晶紫碘的复合物就易被浸出。,细菌细胞壁 NAM(N-乙酰胞壁酸)NAG(N-乙酰葡萄糖胺),细胞壁,功能提问：哪些功能？固定细胞外形；,保护细胞免受外力的损伤；,阻拦大分子物质进人细胞；,使某些细菌具有致病性及对噬菌体的敏感性。,伤寒杆菌细胞壁中含毒素,细胞壁,两种最常见的细菌细胞壁结构,革兰氏染色时差异显著1884年丹麦医师Gram所发明,细胞壁的功能：,（1）固定细胞外形和提高机械强度；,（2）为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；,（3）渗透屏障，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；,（4）细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的 敏感性的物质基础；,3）革兰氏染色与细胞壁：,简单染色法 正染色 革兰氏染色法 鉴别染色法 抗酸性染色法 芽孢染色法 死菌 姬姆萨染色法 负染色：荚膜染色法等 活菌：用美蓝或TTC（氧化三苯基四氮唑）等作活菌染色,（1）革兰氏染色,细菌染色法,1、用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染,2、用碘溶液进行媒染，其作用是提高染料和细胞间的相互作用从而使二者结合得更固。,3、用乙醇或丙酮冲洗进行脱色。在经历脱色后仍将结晶紫保留在细胞内的为革兰氏阳性细 菌，而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉，细胞呈无色。,4、用一种与结晶紫具有不同颜色的碱性染料对涂片进行复染。例如沙黄，它使原来无色的革兰氏阴性细菌最后呈现桃红到红色，而革兰氏阳性细菌继续保持深紫色,1.细胞壁,(2)细菌细胞壁的生理功能保护原生质体免受渗透压引起破裂的作用；维持细菌的细胞形态（可用溶菌酶处理不同形态的细菌细胞壁后，菌体均呈现圆形得到证明）；细胞壁是多孔结构的分子筛，阻挡某些分子进入和保留蛋白质在间质（革兰氏阴性菌细胞壁和细胞质之间的区域）；细胞壁为鞭毛提供支点，使鞭毛运动。,1.细胞壁,(3)细胞壁缺陷细菌用含青霉素的培养基培养G+细菌，或在G+细菌的培养物中加溶菌酶，即可抑制细胞壁的合成或破坏细胞壁。除去细胞壁后剩下的部分叫做原生质体。任何形态的菌体，成为原生质体后，均呈球形。原生质体对环境条件很敏感，且容易破裂。有的原生质体还保留着鞭毛，但不能运动。也不能被相应的噬菌体感染。其他生物活性基本不变，在适宜的条件下依旧生长繁殖，形成菌落。,1.细胞壁,(3)细胞壁缺陷细菌(续)对G细菌先用乙二胺四乙酸（EDTA）处理一下外壁，然后以上述同样的方法处理，便获得球形体。在球形体中，原来的内壁层（薄薄的肽聚糖层）被除去，而外壁层仍保留，因而对外界不利因素尚有一定抗性。能在普通培养基上生长。细菌L-型是细菌在某些环境条件下形成的变异型，无完整的细胞壁，因而细胞呈多形态，有的能通过细菌滤器，又称“滤过型菌”。因最先被英国Lister医学研究院发现，故称细菌L-型。,2.细胞质膜,（1）细胞质膜及其化学组成又称细胞质膜和质膜，是紧贴在细胞壁内侧的一层柔软而富有弹性的半透性薄膜，在维持菌体与外界物质的交换方面起重要作用。细胞膜上有丰富的酶系，是细菌重要的代谢活动中心。细胞膜的化学组成主要是磷脂和蛋白质，它们的数量和种类，均随菌体生理状态而变化。,2.细胞质膜,（2）细胞膜的结构是由上下两层致密的着色层，中间夹一个不着色层组成。不着色层是由具有正负电荷，有极性的磷脂双分子层组成，是两极分子。亲水基朝着膜的内外表的水相，疏水基在不着层区域。蛋白质主要结合在膜的表面，有的位于均匀的双层磷脂中，疏水键占优势。有的蛋白质由外侧伸入膜的中部，有的穿透两层磷脂分子，膜表面的蛋白质还带有多糖。,2.细胞质膜,（3）细胞膜的生理功能有1、维持渗透压的梯度和溶质的转移；2、细胞膜上有合成的细胞壁和形成横隔组分的酶，故在膜的外表面合成细胞壁；3、膜内陷形成的中间体含有细胞色素，参与呼吸作用；4、细胞质膜上有琥珀酸脱氢酶，DADH脱氢酶、细胞色素氧化酶、电子传递系统、氧化磷酸化酶及腺苷三磷酸酶。在细胞质膜上进行代谢和能量代谢。5、细胞膜上有鞭毛基粒，鞭毛由此长出，即为鞭毛提供附着点。,3.中间体：(mesosome)存在于细胞质中一个或数个较大的、不规则的由细胞质膜内陷而成的、管状的、囊状的物质。,4。细胞质包含在细菌细胞质膜以内的所有部分称细胞质,b.核区原核、类核或染色质区处于细胞质中部的絮状的区域。含一个染色体及质粒。附加体：附着在染色体的质粒。功能：细菌遗传信息的物质基础。,a.细胞质区：核蛋白体（或核糖体）：直径10nm，沉降系数为70s的颗粒，由核糖核酸(RNA)和蛋白质组成。功能：蛋白质合成场所,5.拟核,拟核位于细胞质内，是一种没有核膜、没有核仁、没有固定形态、结构也较简单的原始形态的核，亦称细菌染色体。其实质是一个大型环状的双链DNA分子，携带着细菌全部遗传信息，它的功能是决定遗传性状和传递遗传信息，是重要的遗传物质。,原核生物所特有的原始细胞核。细菌的核质体是一个大型环状的双链DNA分子，长度025mm3mm，为细菌遗传物质，卷曲折叠于核区。核区没有外膜（这是原核生物与真核生物一个主要的区别之处）,核质体,核质体,核膜,拟核,6.核糖体,核糖体是细胞内一种核糖核蛋白颗粒，主要由RNA和蛋白质构成，其唯一功能是按照mRNA的指令将氨基酸合成蛋白质多肽链，所以核糖体是细胞内蛋白质合成的分子机器。核糖体无膜结构，主要由蛋白质（40%）和RNA（60%）构成。核糖体按沉降系数分为两类，一类（沉降系数是70S）存在于线粒体、叶绿体以及细菌中，另一类（沉降系数是80S）存在于真核细胞的细胞质中。他们有的漂浮在细胞内，有的结集在一起.,核糖体在细胞内的位置,7.细菌细胞的内含物,细胞质内含物如下(续)（1）内含颗粒细菌生长到成熟阶段，因营养过剩形成一些贮藏颗粒。多聚磷酸盐颗粒是偏磷酸盐的聚合物。因蓝色染料染色后，不呈蓝色而呈紫色，故称异染粒。它是磷源和能源性贮藏物，并有降低渗透压的功能。白喉棒杆菌的菌体两端，有特征性的异染颗粒，称极体，在菌种鉴定上有一定意义。聚羟基丁酸（简称PHB）颗粒：聚羟基丁酸的多聚体，不溶于水，易被脂溶性染料着色，光学显微镜下可见。羟基丁酸分子呈酸性，当其聚合成聚羟基丁酸时，成为中性脂肪酸，从而维持细胞内环境中性。它是碳源和能量的贮存物，并可直接或间接用作还原力。在许多细菌细胞质内经常可发现PHB颗粒。,聚-羟丁酸(poly-hydroxybutyrate,PHB),PHB于1929年被发现，至今已发现60属以上的细菌能合成并贮藏。,它无毒、可塑、易降解，被认为是生产医用塑料、生物降解塑料的良好原料。,7.细菌细胞的内含物,细胞质内含物如下：(续)硫粒：硫磺细菌生活在含H2S的环境中时，细胞内积累折光性很强的硫粒，是硫素贮藏物质，也是某些化能自养型硫细菌，如氧化硫硫杆菌贮存的能源物质，能通过氧化元素为硫酸而获取能量。糖原和淀粉粒：前者遇碘呈红褐色，后者遇碘呈蓝色，可在光学显微镜下看到。届是碳源和能源的贮藏物。气泡在许多营光合作用、无鞭毛运动的水生细菌的细胞内，常含有为数众多的充满气体的小泡囊，称为气泡。气泡由厚仅2nm（毫微米）的蛋白质膜所包围，具有调节细胞比重使其飘浮在合适水层中的作用。,多糖类贮藏物,在真细菌中以糖原为多糖原粒较小，不染色需用电镜观察，用碘液染成褐色，可在光学显微镜下看到。,糖原粒淀粉粒,有的细菌积累淀粉粒，用碘液染成深兰色。,硫粒（sulfur globules）,很多真细菌在进行产能代谢或生物合成时，常涉及对还原性的硫化物如H2S，硫代硫酸盐等的氧化。在环境中还原性硫素丰富时，常在细胞内以折光性很强的硫粒的形式积累硫元素。当环境中环境中还原性硫缺乏时，可被细菌重新利用。,细胞内含物,1气泡（水生细菌）提问：功能？相当于鱼的鱼漂2异染颗粒蓝色侵染呈紫红色。化学本质偏磷酸盐的聚合物。功能？磷源和能源性贮藏物，,3聚-羟基丁酸（简称 PHB）颗粒 功能？能量的贮存物;调节pH4糖原和淀粉粒5硫粒某些化能自养型硫细菌，贮存的能源物质，,通常，一种细菌只含有一种或两种内含颗粒。,细胞内含物,7.细菌细胞的内含物,细胞质内含物如下：(续)藻青素颗粒为蓝细菌所特有。由等量的精氨酸和天冬氨酸组成肽，它是蓝细菌多余的贮存体。羧酶体亦称羧化体,也称多角体，是存在于一些自养细菌细胞内的多角形或六角形内含体,是自养细菌所特有的内膜结构,大小与噬菌体相仿(约100nm)。羧酶体由以蛋白质为主的单层膜(非单位膜）内含固定CO2所需的1,5-二磷酸核酮糖羧化酶和5-磷酸核酮糖激酶，是自养型细菌固定CO2的部位。存在于化能自养的硫杆菌属,贝日阿托氏菌属和一些光能自养的蓝细菌中。,7.细菌细胞的内含物,细胞质内含物如下：(续)磁小体和磁铁矿颗粒是磁性细菌细胞内特有的串状Fe3o4（氧化铁）的磁性颗粒，磁性细菌藉以感知地球磁场，并使细胞顺磁场方向排列。磁小体存在于少数水生螺菌属和嗜胆球菌属等趋磁细菌中,大小均匀(20-100nm),数目不等(2-20颗),形状为平截八面体,平行六面体或六棱柱体等,成分四氧化三铁,外有一层磷脂,蛋白质或糖蛋白膜包裹,无毒,具有导向功能,即借鞭毛引导细菌游向最有利的泥,水界面微氧环境处生活。趋磁细菌还有一定的实用前景,包括用作磁性定向药物和抗体,以及制造生物传感器等。,细菌细胞的特殊结构,1.鞭毛（Flagellum)鞭毛是某些细菌长在体表的细长、波曲的丝状物。鞭毛长度往往超过菌体若干倍，但直径很细，一般为10毫微米到20毫微米，需要电子显微镜才能观察。鞭毛数目为一至十根，具有运动的功能。将鞭毛的细菌穿刺接种于半固体培养基中后，培养物沿穿刺线向周围扩散生长。悬滴镜检鞭毛菌，可见细胞作翻滚或穿梭运动，由此可初步判断鞭毛的着生方式。,1.鞭毛（Flagellum)(续),鞭毛的着生方式多样，有一端单生；两端单生；两端丛生；周生等。鞭毛的着生方式和数目是种的特征，因而也是细菌分类鉴别的重要指标。鞭毛的化学成分主要是蛋白质占99%以上，碳水化合物、类脂和矿物质的总和不超过1%。,1.鞭毛（Flagellum)(续),细菌藉鞭毛运动可趋向营养物质和适合的生活环境或避开有害物质。能运动的细菌由于环境条件刺激而改变原来的运动方式，表现出一种新的运动特点，这种运动称为趋避运动。根据影响因子的不同，可为化学趋避和光趋避运动两种。鞭毛着生情况可与生长阶段和培养条件有关。例如，亚硝化细菌接种于新鲜培养液，以不运动的短杆菌形态存在；当营养快耗尽，菌体出现鞭毛，变为运动形态；最后，营养耗尽，菌体失去鞭毛，沉降在底部。又如根瘤菌在液体培养中时，鞭毛常端生，在固体培养基中却易长周生鞭毛鞭毛的基体与菌体细胞膜相连去除细胞壁，鞭毛仍保留，但失去运动能力。,往往长度超过菌体若干倍，但直径很细。,鞭毛,鞭毛的着生方式和数目是细菌分类鉴定的重要指标。,提问：功能？细菌藉鞭毛趋避运动,化学成分主要是？蛋白质,1.鞭毛（Flagellum),生长在某些细菌体表的长丝状蛋白质附属物，称为鞭毛，其数目为一至数条，具有运动功能。,鞭毛一般长度为1520m直径为0.01 0.02m,观察鞭毛的方法:染料沉积使之加粗后用显微镜观察，电镜直接观察,判断鞭毛有无的方法:半固体培养基、平板培养菌落边缘、悬滴法,细菌鞭毛显微镜照片,产鞭毛细菌种类,螺旋菌和弧菌普遍生有鞭毛（弧菌多为偏端单生鞭毛或丛生鞭毛，螺旋菌的两端都有鞭毛）杆菌中假单胞菌属（Pseudomonas）都生有单端丛生鞭毛，其余的有周生鞭毛或不生鞭毛除运动球菌属外，球菌一般无鞭毛,细菌鞭毛的类型,肉眼观察固体培养基的培养物-扩散,细菌在琼脂培养基中穿刺培养的生长特征上：固体斜面下：固体柱,细菌在平板培养基中的生长特征,在暗视野中观察其水浸片或悬滴标本,鞭 毛 构 造,原核生物（包括古细菌）的鞭毛都有共同的构造：基体、钩形鞘和鞭毛丝3部分组成鞭毛由细胞质膜上鞭毛基粒长出G-细菌的鞭毛：,G+细菌的鞭毛构造,与G-细菌的鞭毛构造稍有区别，基体仅有S和M环,返回鞭毛,鞭毛菌的运动“栓菌”实验,通过鞭毛的旋转引起菌体的运动。速度极高，一般2080m/s，甚至100m/s。极生鞭毛菌的速度超过周毛菌。,鞭 毛 的 实 践 意 义,细菌分类鉴定的重要依据。鞭毛着生的位置和数目是细菌种的特征，具有分类鉴定的意义。鞭毛蛋白是一种很好的抗原物质，不同鞭毛上氨基酸组成有很大区别，故可通过血清学反应进行分类鉴定。,2.荚膜,是某些细菌在新陈代谢过程中形成的，分泌于细胞壁外的粘液状物质。按其覆盖细胞壁的厚度以及形状，有以下几种情况：具有一定外形，与细胞壁结合牢固，厚度0.2微米的称为荚膜或大荚膜。与细胞壁结合牢固，厚度0.2微米的称为微荚膜。疏松粘附于细胞表面，边界不明显且易被洗脱的称为粘液层。荚膜是分类特征之一。,荚膜,有荚膜的细菌结构,2.荚膜(续),（1）荚膜的化学成分荚膜的化学成分是多糖、多肽、其他物质 多糖：多数细菌的荚膜由多糖组成。多糖的分子组成和构型多样，令其结构极为复杂，成为血清学分型的基础。例如肺炎双球菌，根据其荚膜多糖的抗原性，至少可将其分成85个血清型。多肽：少数细菌荚膜为多肽，如炭疽芽胞杆菌、鼠疫杆菌等。,2.荚膜(续),（2）荚膜的功能抗有害物质的损伤作用：处于细菌细胞最外层，荚膜犹如盔甲可有效保护菌体免受或少受多种杀菌、抑菌物质的损伤，如溶菌酶、补体等。抗吞噬作用：荚膜因其亲水性及其空间占位、屏障作用，可有效抵抗宿主吞噬细胞的吞噬作用。粘附作用：荚膜多糖可使细菌彼此间粘链，也可粘附于组织细胞或无生命物体表面，是引起感染的重要因素。抗干燥作用：荚膜多糖为高度水合分子，含水量在95%以上，可帮助细菌抵抗干燥对生存的威胁。,2.荚膜(续),产荚膜的细菌在琼脂培养基上形成的菌落，表面湿润，有光泽，粘液状，称为光滑型（S型）菌落。不产生荚膜的细菌所形成菌落，表面较干燥，粗糙，称为粗糙型（R型）菌落。产生荚膜是微生物的一种遗传特性，种的特征。但形成荚膜的细菌并非在整个生活期内都有荚膜。荚膜的形成与环境条件密切相关。例如，肠膜状明串珠菌只在含糖量高，含氮量低的培养基中，才能产生大量的荚膜物质；炭疽芽孢杆菌等病原菌只在被它们感染的动物体内才形成荚膜。荚膜可经处理或由于突变而失去，失去荚膜不影响菌体正常生长。致病菌失荚膜后，致病力大大降低。,2.荚膜(续),产荚膜菌在糖汁中生长繁殖，使产品加工困难，产量降低。产荚膜菌也可被利用来合成葡萄聚糖，生产右旋糖酐，后者是代血浆的主要成分，荚膜很难着色，可用负染色法（亦称衬托法）染色。先用染料染菌体，然后用墨汁将背景涂黑。即可衬托出菌体和背景之间的透明区，这透明区就是荚膜。它在光学显微镜下清晰可见。,荚膜,是某些细菌在新陈代谢过程中形成的，分泌于细胞壁外的粘液状物质。,多出现在“中老年细菌”外围功能？储备粮；生物吸附菌胶团,多糖、糖蛋白,水生生物的共性含水率在9098，极难染色；,单染后墨汁背景衬托法观察,3.芽孢,是某些细菌生长到一定阶段，在一定条件下细胞内由原生质失水浓缩而成的圆形或椭圆形的内生孢子。芽孢的结构复杂，新陈代谢几乎停止，处于休眠状态，对热、干燥、辐射、酸、碱和有机溶剂等杀菌因子具有极强的抵抗力。能在不利的环境条件下保持生命达10余年，甚至数十年。当环境条件适宜时，又可萌发形成能够分裂繁殖的菌体细胞。在不同细菌中，芽孢所处的位置不同，有的在中部，有的在偏端，有的在顶端。芽孢一般呈圆形、椭圆形、圆柱形。在有些细菌中，芽孢的直径小于菌体直径，这些细菌称为芽孢杆菌，为好氧细菌；在另一些细菌中，芽孢的直径大于菌体直径，使整个菌体呈梭形或鼓塑形，这些细菌称为梭状芽孢杆菌，为厌氧菌。在球菌和螺菌中，只有少数种类有芽孢。,芽孢的特点：,（1）芽孢的含水率低，38%40%。（2）芽孢壁厚而致密，分三层：外层是芽孢外壳，为蛋白质性质。中层为皮层，由肽聚糖构成，含大量2，6-吡啶二羧酸。内层为孢子壁，由肽聚糖构成，包围芽孢细胞质和核质。芽孢萌发后孢子壁变为营养细胞的细胞壁。,芽孢的特点：(续),（3）芽孢中的2，6-吡啶二羧酸（dipicolinic acid 简称DPA）含量高，为芽孢干重的5%15%。吡啶二羧酸以钙盐的形式存在，钙含量高。在营养细胞和不产芽孢的细菌体内未发现2，6-吡啶二羧酸。芽孢形成过程中，2，6-吡啶二羧酸随即合成，芽孢就具有耐热性，芽孢萌发形成营养细胞时，2，6-吡啶二羧酸就消失，耐热性就丧失。,芽孢的特点：(续),（4）含有耐热性酶。芽孢由于有以上四个特点，是芽孢对不良环境如：高温、低温、干燥、光线和化学药物有很强的抵抗力。细菌的营养细胞在7080时10分钟就死亡，而芽孢在120140还能生存几小时，营养细胞在5%苯酚溶液中很快就死亡，芽孢却能存活15天，芽孢的大多数酶处于不活动状态，代谢活力极低，所以，芽孢是抵抗外界不良环境的休眠体。芽孢不易着色，但可用孔雀绿染色。,（七）芽孢,1多层结构功能由内至外，依次为芽孢外壁,某些细菌当环境恶劣时，细胞质浓缩凝集，逐步形成一个圆形、椭圆形或圆柱形的休眠体，称为芽孢。,一层或几层芽孢衣,主要成分是角蛋白，非常致密，通透性差，能够阻止各类化学物质包括杀菌剂的进入；,由蛋白质、脂类和糖组成,类似于“蚕结茧变蛹”,皮层 很厚，主要成分为芽孢特有的肽聚糖，其中含有一种特殊的物质吡啶二羧酸以及大量的Ca2+，二者形成了一种极为耐热的凝胶状物质，使得芽孢菌异常抗热，在沸水中芽孢也可存活数小时。,芽孢质中含水量极低，细胞内代谢极为缓慢，处于休眠状态。,多层作用使芽孢对高温、干燥、辐射、酸、碱和有机溶剂等杀菌因子具有极强抵抗能力芽孢“复苏”合适的环境中，恢复普通的细胞结构，失去各类抵抗功能。芽孢孢子或种子（孢子：繁殖体（种子）1多）,能否形成芽孢，芽孢的形状、大小及其在细胞内的位置（如图），是细菌种的特征，在分类鉴定上有一定意义。,结构致密，染料不能渗入，不着色,能形成芽孢的细菌种类不多，最主要的是芽孢杆菌属（Bacillus）和梭菌属（Cletridium），它们都是革兰氏阳性菌。,很多都是强致病菌，如肉毒梭菌、破伤风梭菌，有些形成的芽孢膨大，宽度明显超过菌体。,含芽孢的梭菌 芽孢宽度超过菌体，使细胞呈梭状,炭疽芽孢杆菌,.生物恐怖主义者为什么会看中这种细菌呢？首先因为炭疽是一种严重的疾病，分布又非常广泛。.还因为它几乎是一种永不死亡的细菌，-它们能够形成芽孢，因而很不容易死亡。在环境恶劣的时候，细菌内部会有一小部分浓缩起来，在这一部分周围形成几层坚硬的壳。里面的生命活动变得非常缓慢，而壳外面那部分就死亡消失了，这就是芽孢。环境条件一变好，壳里面的部分会像“发芽”一样长出来。,2形成过程,产芽孢菌通常在养料耗尽时停止生长形成芽孢，他有这样几个过程,研究芽孢的理论与实践意义,细菌分类、鉴定中的重要形态学指标,指导菌种保藏,制定灭菌参数,细菌的繁殖与菌落形态特征1.细菌的繁殖,一般进行无性繁殖，以二均裂殖为主，少数种类进行芽殖，个别也有进行有性生殖（如E.coli的接合）。裂殖（fission）：指一个细胞通过分裂而形成两个子细胞的过程。一般细菌进行横分裂。,细 胞 的 分 裂,E.coli 的 裂 殖,2.细菌菌落特征(细菌的培养特征)细菌的培养特征有多种：细菌在固体培养基上培养特征；在明胶培养基中的培养特征；细菌在半固体培养基中的培养；细菌在液体培养基中的培养特征,基础概念,菌落（colony）：将单个微生物细胞或一小堆同种细 胞接种到固体培养基表面（或内层），如果条件适宜便会迅速生长繁殖，结果形成以母细胞为中心的一小堆肉眼可见的、有一定形态构造等特征的子细胞集团，称为菌落。或者说，来源于一个（堆）细胞的肉眼可见的细胞群体叫做菌落。,菌苔（bacterial lawn）：如果把大量分散的纯种细胞密集地接种在固体培养基的较大表面上，结果长出的大量“菌落”会相互连成一片，即菌苔。,细菌的菌落特征,各种不同细菌在一定的培养条件下形成的菌落具有一定的特征，包括菌落的大小、形状、光泽、颜色、硬度、透明度等等。菌落特征对菌种鉴别有一定意义。,一般特征湿润、较光滑、较透明、较粘稠、易挑取、质地均匀、菌落正反面或边缘与中央部位的颜色一致等。,特殊特征具有鞭毛、芽孢、糖被等特殊构造的细菌，其菌落特征有别于一般细菌。,固体培养基上的细菌菌落,菌落,定义固体培养基上的各种菌类的“村落”。固体培养基固体状态的培养细菌的基质有的是天然物质，如土豆、馒头及其他各种固体食物，微生物学研究中多使用人工制作的固体琼脂培养基。,向“营养汤”中加入琼脂(约2)加热到100，然后再冷却就制成了人工固体培养基。,常用的固体培养基容器称为培养皿。,培养皿通常称平板细菌在培养基上生长，会形成各种颜色和外观的菌落。,纯化的菌落是菌种鉴定、通过诱变技术或基因工程改良的前提。,细菌菌落,细菌菌落具有一些共同的特征：小、湿润、粘稠、与基质结合松散，易被剥离，质地均匀，各部位颜色一致。但不同的细菌菌落也具有自己特有的特征。,霉菌（真菌）菌落,啤酒红酵母菌（真菌）菌落,固体培养基表面细菌菌落（照片）,菌落形态,菌落的特征主要由各种微生物特殊的遗传特性决定，同时也与培养基成分及培养条件有关当固定培养基成分及培养条件相同时，不同种类微生物形成的菌落特征是固定的，可作为微生物鉴定的重要依据。,斜面培养基上的菌苔特征,细菌以及其他微生物固体培养（菌落）的应用,可用于微生物的分离、纯化、鉴定、计数等研究和选种、育种等一系列工作中。,2.细菌菌落特征(细菌的培养特征)(续),（一）细菌在固体培养基上培养特征 细菌在固体培养基上培养特征就是菌落特征。菌落：由一个细菌繁殖起来，由无数细菌组成具有一定形态特征的细菌集团。不同种的细菌菌落特征是不同的，是分类鉴定的依据。观察菌落的特征从以下三个方面：（见P33图217）1、菌落表面特征：光滑还是粗糙，干燥还是湿润2、菌落边缘特征：圆形；边缘整齐；呈锯齿状；边缘伸出卷曲呈毛发状；边缘呈花瓣状等。3、纵剖面特征：平坦；扁平；隆起；凸起；草帽状；脐状；乳头状等。菌苔：是细菌在斜面培养基接种线上长成的一片密集的细菌群落。不同属种细菌的菌苔形态不同。,细菌菌落特征图（侧面观）,细菌菌落特征（正面观）,2.细菌菌落特征(细菌的培养特征)(续),（二）在明胶培养基中的培养特征用穿刺接种技术将细菌接种在明胶培养基中培养，能产生明胶水解酶水解明胶，不同的细菌将明胶水解成不同形态的溶菌区，依据这些不同形态的溶菌区或溶菌与否可将细菌进行分类。,细菌在明胶培养基中穿刺培养并液化明胶的特征,2.细菌菌落特征(细菌的培养特征)(续),（三）细菌在半固体培养基中的培养在半固体培养基中的细菌可呈现出各种生长状态。根据细菌的生长状态判断细菌的呼吸类型和鞭毛有无，能否运动。,细菌在琼脂培养基中穿刺培养的生长特征,（二）在半固体培养上（内）的群体形态,2.细菌菌落特征(细菌的培养特征)(续),细菌的呼吸类型的判断可依据以下生长状态：1、细菌在培养基的表面及穿刺线的上部生长者为好氧菌 2、沿着穿刺线自上而下生长者为兼性厌氧菌或兼性好氧菌 3、只在穿刺线的下部生长者为厌氧菌根据如下生长状况判断细菌是否运动：1、只沿穿刺线生长者没有鞭毛，不运动。2、不但沿着穿刺线生长而且穿透培养基扩散生长者为有鞭毛，运动的细菌。,2.细菌菌落特征(细菌的培养特征)(续),（四）细菌在液体培养基中的培养特征在液体培养中，细菌整个个体与培养基接触，可自由扩散生长。它的生长状态随细菌属、种的特征而异。有的细菌使培养基浑浊，菌体均匀分布于培养基中。有的细菌使培养基很少浑浊或不浑浊。有的细菌互相凝聚成大颗粒沉在管底部，培养基很清。细菌在液体培养基中的培养特征是分类依据之一。,细菌在肉汤培养基中的表面生长特征,絮状,环状,浮膜状,膜状,（三）在液体培养上（内）的群体形态,大肠杆菌 E.coli.的分裂繁殖，,2.2.1.6 食品中常见的细菌,在日常生活、生产实践和科学研究中，人们经常利用细菌制造一些食品或药品，这些都是体现了细菌的有益方面。反之，食品也常常受到细菌的污染，甚至给人类带来危害。,2.2.1.6 食品中常见的细菌,1、假单胞杆菌属2、醋酸杆菌属3、埃希氏杆菌属和肠细菌属4、沙门氏菌5、双歧杆菌属6、芽孢杆菌属7、梭状芽孢杆菌8、葡萄球菌,2.2.1.6 食品中常见的细菌,1.假单胞杆菌属（Pseudomonans）它们污染食品后，如果环境条件适宜，可在食品表面迅速生长，一般产生水溶性色素、氧化产物和粘液性物质，引起食品产生异味或变质。很多菌在低温下能很好生长，导致冷藏食品的腐败变质。例如，荧光假单胞菌，在低温下可引起肉、乳及乳制品的腐败。,2.2.1.6 食品中常见的细菌,2.醋酸杆菌属（Acetobacter）醋酸杆菌的分布很普遍，一般从腐败的水果、蔬菜、果汁、变酸的酒类等食品中都能分离出醋酸杆菌。醋酸杆菌是制醋的生产菌株，另在日常生活中常常危害水果与蔬菜，使酒、果汁变酸。,3.大肠杆菌(Ecoli)大肠埃希氏菌，俗称大肠杆菌。根据大肠杆菌的致病机理，将其分为四个类型。肠致病性大肠杆菌（EPEC）：主要引起婴幼儿的腹泻；侵袭性大肠杆菌（EIEC）：可引起肠道局部性炎症和溃疡，与痢疾杆菌毒力相同。产肠毒素大肠杆菌（ETEC）：能产生肠毒素，引起霍乱样腹泻。大肠菌群：是指一群在37下经24h能发酵乳糖、产酸产气、好氧或兼性厌氧的革兰氏阴性无芽孢杆菌。,4.沙门氏菌属（Salmonella）该菌为人类重要的肠道病原菌，可引起肠道传染病或食物中毒。另外志贺氏杆菌属的生物学特性及危害性与该菌基本相同。,5.双歧杆菌属（Bifidobacterium）中国人中有相当一部分缺乏乳糖酶，不能分解牛奶中的乳糖，这些人饮用牛奶后，常常会出现胃肠道紊乱，导致胃肠痉挛、胀气或腹泻，迫使这一人群不能饮用牛奶，从而放弃了牛奶中的其它重要成分，双歧杆菌在乳制品发酵过程中可以产生乳糖酶，帮助患者消化乳糖。乳糖酶缺乏者，饮用经双杆菌发酵的乳制品，就既可以获得牛奶中丰富的营养，又免受胃肠道病痛之苦。,6.芽孢杆菌属（Bacillus）是食品工业中经常出现的污染菌。例如：蜡样芽孢杆菌污染食品后，引起食品变质，尚可引起食物中毒。枯草芽孢杆菌常造成面包腐败。但它们产生蛋白酶的能力较强，经常作为蛋白酶的生产菌种。炭疽芽孢杆菌能引起人畜共患的烈性传染病炭疽病。,7.梭状芽孢杆菌属（Clostridium）为G+厌氧杆菌，是引起罐装类食品腐败的主要菌种。例如：解脂嗜热梭状芽孢杆菌，可分解糖类，引起罐装水果、蔬菜等食品的产气性变质；腐败梭状芽孢杆菌，可引起蛋白质食物的变质；肉毒杆菌，形成的芽孢位于菌体的中央或极端，芽孢耐热性极强，能产生很强的毒素，是肉类罐装食品最重要的有害菌。,8.葡萄球菌属（Staphylococcus）致病性葡萄球菌常引起各种化脓性疾患、败血症和脓毒败血症。当污染食品时，可引起食物中毒。,2.2.2 放线菌,放线菌(Actinomycetes)是一类具有丝状分枝细胞和无性孢子的G+原核微生物,由于菌落呈放射状而得名。,放线菌是一类介于细菌和真菌之间的单细胞生物.一方面,放线菌的细胞构造和细胞壁的化学组成与细菌相似,与细菌同属原核生物;另一方面,放线菌菌体呈纤细的菌丝状,而且分枝,又以外生孢子的形式繁殖,这些特征又与霉菌相似.放线菌菌落中的菌丝常从一个中心向四周辐射状生长,因此叫放线菌.,放线菌的应用与危害：,绝大多数抗生素由放线菌产生,用来生产纤维素酶等、维生素,具固氮作用，用于生产生物菌肥,少数寄生型放线菌可引起动植物病害有的放线菌能破坏棉毛织品和纸张,放线菌的分布与生活方式,放线菌一般分布在有机物丰富和呈中性或偏碱性的土壤中。,能看到：北方春季深层黑土地的白丝,能闻到：泥土特有的“泥腥味”,放线菌的形态构造,大部分放线菌由分枝状的菌丝组成，菌丝大多无隔膜，属单细胞。菌丝的粗细与细菌中的杆菌宽度相近（1m左右）。细胞壁含胞壁酸、二氨基庚二酸，不含几丁质、纤维素；革兰氏阳性。,放线菌的形态构造1.典型放线菌链霉菌的形态构造,细胞呈丝状分枝，菌丝很细、1m。菌丝无隔，呈多核的单细胞状态。菌丝结构:基内菌丝、气生菌丝、孢子丝,链霉菌（Streptomyces）的形态结构（模式图）,基内