第二章、原核微生物

第二章原核微生物【學習目標】掌握細菌、放線菌的形態(tài)結構、繁殖方式；熟悉革蘭染色的原理、染色方法以及細菌、放線菌的菌落特征；了解細菌、放線菌在食品生產中的應用；了解藍細菌的形態(tài)、繁殖和食品中的應用。微生物的主要類群

原核微生物：四菌三體細胞型真核微生物:真菌、單細胞藻類、原生動物現(xiàn)代生物學將微生物分為病毒非細胞型亞病毒:朊病毒、類病毒、衛(wèi)星病毒第一節(jié)細菌原核微生物是指一大類沒有核膜和核仁，僅含有一個由裸露的DNA分子構成的原始核區(qū)的單細胞生物。

細菌放線菌

真細菌藍細菌支原體衣原體立克次氏體原核微生物古細菌（古菌、古生菌）

細菌細菌是一類細胞細而短，結構簡單，細胞壁堅韌，以二等分裂方式繁殖，水生性較強的單細胞原核微生物。1、細菌的形態(tài)與排列方式2、細菌細胞的大小3、細菌細胞的結構與功能4、細菌的繁殖5、細菌的培養(yǎng)特征一、細菌的形態(tài)與排列方式1、形態(tài)：

基本形態(tài)：球狀、桿狀、螺旋狀。

細胞的形態(tài)明顯地影響著細菌的行為及其穩(wěn)定性。自然界存在的細菌中，桿菌最為常見，球菌次之，螺旋菌最少。(1)、球菌球菌呈球形或近似球形。以典型的二分裂殖方式繁殖,分裂后產生的新細胞常保持一定的空間排列方式.根據(jù)細胞分裂的方向及分裂后的各子細胞的空間排列狀態(tài)不同,分為六類：單球菌雙球菌鏈球菌四聯(lián)球菌八疊球菌葡萄球菌單球菌單球菌：又稱微球菌、小球菌。細胞沿一個平面進行分裂，新個體子細胞分散而單獨存在，如尿素微球菌。雙球菌雙球菌：細胞沿一個平面分裂，子細胞成雙排列。如肺炎雙球菌、腦膜炎雙球菌。鏈球菌鏈球菌：細胞沿一個平面分裂，子細胞呈鏈狀排列。如溶血鏈球菌、乳鏈球菌。四聯(lián)球菌四聯(lián)球菌：細胞按兩個互相垂直的平面分裂，子細胞常常以四個菌體呈田字形排列。如四聯(lián)加夫基菌。八疊球菌八疊球菌：細胞沿三個互相垂直的平面分裂，子細胞常以八個菌體有規(guī)則地堆疊在一起，呈立方體（魔方)狀。如尿素八疊球菌。葡萄球菌葡萄球菌：細胞分裂無定向，在多個不同方向的平面上分裂后，很多個球菌無規(guī)則地堆集在一起，呈葡萄串狀。如金黃色葡萄球菌。(2)、桿菌細胞呈桿狀或圓柱形，一般其粗細（直徑）比較穩(wěn)定，而長度則常因培養(yǎng)時間、培養(yǎng)條件不同而有較大變化。桿菌的形態(tài)：短桿狀、長桿狀、棒桿狀、梭狀、梭桿狀、月亮狀、分枝狀、竹節(jié)狀等；按桿菌細胞的排列方式則有鏈狀、柵狀、“八”字狀以及有鞘衣的絲狀等桿菌細胞兩端的形態(tài)特征短桿菌長桿菌梭狀芽孢桿菌工業(yè)生產中所用的細菌大多是桿菌。如枯草芽孢桿菌、北京棒狀桿菌、蘇云金桿菌、根瘤菌等等。也有不少致病菌，如傷寒沙門氏菌、痢疾志賀氏菌等。

結核分支桿菌乳酸桿菌

放線桿菌梭狀芽孢桿菌

（3）螺旋菌菌體呈螺旋狀，根據(jù)細胞彎曲程度和螺旋數(shù)目分三種弧菌：菌體只有一個彎曲，其程度不足一圈，形似“C”字或逗號，鞭毛偏端生。如霍亂弧菌(寄生性弧菌-----蛭弧菌)螺菌：菌體回轉如螺旋，螺旋數(shù)目和螺距大小因種而異。彎曲2～6圈，鞭毛二端生。細胞壁堅韌，菌體較硬。螺旋體菌：菌體彎曲在6圈以上，體長而柔軟，無鞭毛，用于運動的類似鞭毛的軸絲位于細胞外鞘內。大多數(shù)是致病菌。

特殊形態(tài)的細菌：如絲狀的亮發(fā)菌，長有附屬絲的紅微菌，還有一些三角形、方形、圓盤形、星形、梨狀等特殊形態(tài)的細菌。細菌形態(tài)的多變性環(huán)境因素：培養(yǎng)溫度、培養(yǎng)時間、培養(yǎng)基成分、滲透壓、pH值等條件。典型的菌體形態(tài)：一般以在適宜條件下培養(yǎng)18～24小時的培養(yǎng)物。陳舊老化培養(yǎng)基或不適宜的環(huán)境中常出現(xiàn)不規(guī)則的形態(tài)，稱為衰退型。2、細菌細胞的大小一般細菌的大小范圍：

球菌：以直徑表示0.5~2μm（直徑）

桿菌：以寬度(或直徑）×長度表示

0.5~1μm（直徑）×1~5μm（長度）

螺旋菌：以寬度(或直徑）×彎曲長度表示

0.25~1.7μm（直徑）X2~60μm（長度）

(彎曲長度是菌體兩端點之間的距離，而非實際長度)典型細菌的大小：大腸桿菌0.5×2μm大型菌：費氏刺骨魚菌(0.08mmx0.6mm)比大腸桿菌大100萬倍（1985年發(fā)現(xiàn)）

德國科學家H.N.Schulz等1997年在納米比亞海岸的海底沉積物中發(fā)現(xiàn)的一種硫磺細菌，大小可達0.32～1.00mm——“納米比亞硫磺珍珠”

小型菌：芬蘭學者1998年報道了一種最小的細菌——納米細菌，其細胞直徑僅為大腸桿菌的1/10（50nm)左右。細菌細胞的大小受下列因素影響：染色固定方法環(huán)境條件

二、細菌的細胞結構基本結構（一般細菌共有）包括：

細胞壁、細胞膜、核區(qū)、細胞質及其內含物（核糖體、氣泡和儲藏物）。特殊結構（某些細菌特有）包括：莢膜、鞭毛、纖毛、芽孢等大腸桿菌1、一般結構

(1)、細胞壁細胞壁是位于菌體的最外層，內側緊貼細胞膜的一層無色透明，堅韌而有彈性的結構。細胞壁約占細胞干重的10%～25%。證實細胞壁存在的方法：細菌超薄切片的電鏡直接觀察質、壁分離與適當?shù)娜旧?，可以在光學顯微鏡下看到細胞壁機械法破裂細胞后，分離得到純的細胞壁制備原生質體，觀察細胞形態(tài)的變化細菌超薄切片的電鏡直接觀察

質、壁分離與適當?shù)娜旧?，可以在光學顯微鏡下看到細胞壁

細胞壁的功能固定細胞外形，提高機械強度，使其免受滲透壓等外力損傷屏障保護功能，阻攔大分子有害物質為細胞的生長、分裂和鞭毛的著生、運動所必需賦予細胞的特定抗原性、致病性和對抗生素及噬菌體的敏感性細菌形體太小以及菌體細胞大多較為透明，為了方便觀察與研究，需要借助一些染色方法。革蘭氏染色法革蘭氏染色法是1884年丹麥醫(yī)生HansChristianGram發(fā)明的一種細菌細胞的復合染色法。根據(jù)染色反應可以將真細菌分為兩大類——革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌。原因在于兩類細菌細胞壁的組成及結構不同。革蘭氏染色法的步驟基本步驟：涂片固定——草酸銨結晶紫初染——魯哥氏碘液媒染——95%乙醇脫色——番紅復染結果:革蘭氏陽性菌——紫色；革蘭氏陰性菌——紅色。陽性菌陰性菌金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的革蘭氏染色金黃色葡萄球菌大腸桿菌革蘭氏陽性細菌與革蘭氏陰性細菌細胞壁成分比較

成分占細胞壁干重的%革蘭氏陽性細菌革蘭氏陰性細菌肽聚糖磷壁酸類脂質蛋白質含量很高（30~95）含量較高（<50）一般無（<2）無含量很低（5~20）無含量較高（~20）含量較高細胞壁的基本骨架——肽聚糖肽聚糖：

又稱粘肽、胞壁質或粘質復合物，是真細菌細胞壁中的特有成分是由N—乙酰胞壁酸（NAM）和N—乙酰葡糖胺（NAG）以及少數(shù)氨基酸短肽鏈組成的亞單位聚合而成的大分子復合體。肽聚糖單體：是由NAG、NAM、肽尾、肽橋構成。磷壁質又稱磷壁酸，垣酸，革蘭氏陽性細菌細胞壁上特有的化學成分，是結合在G+細胞壁上的一種酸性多糖,主要成分為甘油磷酸或核糖醇磷酸。青霉素的作用

作用于肽聚糖肽橋的聯(lián)結，即抑制肽聚糖的合成，故僅對生長著的菌有效，主要是G+菌。①革蘭氏陽性菌的細胞壁肽聚糖:占40～90%,不同菌種中肽聚糖(肽鏈)組分不同。磷壁質：占10%。G+菌所特有,其主鏈由數(shù)十個磷酸甘油或磷酸核糖醇組成,有的還有由D—Ala和還原糖組成的側鏈。

②革蘭氏陰性菌細胞壁外壁層：位于肽聚糖層的外部。

脂多糖

脂蛋白

包括

蛋白質層

基質蛋白

外壁蛋白

磷脂內壁層：緊貼胞膜,僅由1—2層肽聚糖分子構成,占細胞壁干重5—10%,無磷壁酸。革蘭氏陽性細菌與革蘭氏陰性細菌細胞壁結構比較③革蘭氏染色的機理第一步：結晶紫使菌體著上紫色第二步：碘和結晶紫形成大分子復合物，分子大，能被細胞壁阻留在細胞內。第三步：酒精脫色，細胞壁成分和構造不同，出現(xiàn)不同的反應。G+菌：細胞壁厚，肽聚糖含量高，交聯(lián)度大，當乙醇脫色時，肽聚糖因脫水而孔徑縮小，故結晶紫-碘復合物被阻留在細胞內，細胞不能被酒精脫色，仍呈紫色。Gˉ菌：肽聚糖層薄，交聯(lián)松散，乙醇脫色不能使其結構收縮，因其含脂量高,乙醇將脂溶解，縫隙加大，結晶紫-碘復合物溶出細胞壁，酒精將細胞脫色，細胞無色，番紅或沙黃復染后呈紅色。（2）細胞膜又稱質膜、細胞質膜或內膜，是緊貼在細胞壁內側、包圍著細胞質的一層柔軟、脆弱、富有彈性的半透性薄膜，厚約7—8nm。觀察方法

質壁分離后結合鑒別性染色在光學顯微鏡下觀察原生質體破裂超薄切片電鏡觀察電鏡觀察到的細胞質膜，是在上下兩暗色層之間夾著一淺色中間層的雙層膜結構，這與細胞膜的化學組成有關。

細胞膜的化學組成蛋白質主要包括磷脂糖類少量核酸細胞膜的組成細胞膜的結構模型①膜的主體是脂質雙分子層；②脂質雙分子層具有流動性；③整合蛋白因其表面呈疏水性，“溶”于脂質層疏水性內層中；④周邊蛋白表面含有親水基團，通過靜電引力與脂質雙分子層表面的極性頭相連細胞膜的功能①選擇性地控制細胞內、外的營養(yǎng)物質和代謝產物的運送；②是維持細胞內正常滲透壓的結構屏障；

③合成細胞壁和糖被的各種組分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、莢膜多糖等）的重要基地；

④膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代謝的酶系，是細胞的產能場所；⑤是鞭毛基體的著生部位和鞭毛旋轉的供能部位；（3）細胞質及其內含物細胞質是細胞質膜包圍的除核區(qū)外的一切半透明、膠狀、顆粒狀物質的總稱。流體部分：含水約80%，其中水溶物質主要為可溶性酶類和核糖核酸（RNA)。

顆粒部分：主要是核糖體、貯藏物、載色體、質粒等，少數(shù)細菌還有類囊體、羧酶體、氣泡或伴孢晶體等。

核糖體顆粒狀貯藏物

貯藏物是一類由不同化學成分累積而成的不溶性沉淀顆粒，主要功能是貯存營養(yǎng)物。微生物儲藏物的特點及生理功能不同微生物其儲藏性內含物不同。微生物合理利用營養(yǎng)物質的一種調節(jié)方式。儲藏物以多聚體的形式存在，有利于維持細胞內環(huán)境的平衡，避免不適合的pH，滲透壓等的危害。

異染粒是普遍存在的貯藏物，主要成分是多聚偏磷酸鹽。異染粒大小和結構:大小為0.5～1μm，是多聚偏磷酸鹽的聚合物，分子呈線狀。功能：貯存磷元素和能量，降低滲透壓。多聚偏磷酸鹽對某些染料有特殊反應,產生與所用染料不同的顏色,因此得名異染顆粒.例:異染粒遇甲基胺藍變紫紅色.

含異染粒的細菌種類:棒狀桿菌和某些芽孢桿菌等.

聚β－羥丁酸（PHB)聚β－羥丁酸顆粒是許多細菌細胞質內常含有的碳源類儲藏物.PHB不溶于水,易被脂溶性染料(如蘇丹黑)著色。功能:貯存碳源、能源和降低滲透壓。許多好氧菌和光合厭氧菌都含有聚β－羥丁酸顆粒。硫粒是硫元素的貯藏體。形成：取決于環(huán)境硫化物含量,當環(huán)境中S含量高時，在體內積累；當缺S時,氧化成硫酸被菌利用。功能：a.好氧硫細菌的能源b.厭氧硫細菌的電子供體肝糖粒和淀粉粒:都是α-1,4或α-1,6糖苷鍵的葡萄糖聚合物。這些貯藏物通常較均勻地分布在細胞質內，顆粒較小。若這類貯藏物大量存在時，用碘使對其染色，肝糖粒能被碘液染成紅色，淀粉粒被碘成藍色。脂肪粒：脂肪粒的折光性較強，它可被脂溶性染料染色；細胞生長旺盛時，脂肪粒增多，細胞遭破壞后，脂肪?？捎坞x出來。液泡：許多活細菌細胞內有液泡，液泡主要成分是水和可溶性鹽類，被一層脂蛋白的膜包圍?？捎弥行约t染色使之顯現(xiàn)出來。液泡具有調節(jié)滲透壓的功能，還可與細胞質進行物質交換。氣泡由蛋白質膜構成的充滿氣體的泡狀物。有些細菌細胞質中含有幾個或多個氣泡。氣泡的膜只含蛋白質而無磷脂。二種蛋白質相互交連，形成一個堅硬的結構，可耐受一定的壓力。膜的外表面親水，而內側絕對疏水，故氣泡只能透氣而不能透過水和溶質。

氣泡的功能：調節(jié)細胞比重，以使細胞漂浮在最適水層中獲取光能、氧氣和營養(yǎng)物質。伴孢晶體

少數(shù)芽孢桿菌，例如蘇云金桿菌在其形成芽孢的同時，會在芽孢旁形成一顆菱形或雙錐形的堿溶性蛋白晶體——δ內毒素，稱為伴孢晶體。特點：不溶于水，對蛋白酶類不敏感；容易溶于堿性溶劑。伴孢晶體對200多種昆蟲尤其是鱗翅目的幼蟲有毒殺作用——細菌殺蟲劑。

（4）原核（擬核、核區(qū)）原核生物所特有的無核膜結構、無固定形態(tài)的、原始細胞核。細菌的細胞核是一個擬核，實際上是一條環(huán)狀的裸露的DNA鏈，所以也稱核質體、染色質體或細菌染色體。無核膜結構、無固定形態(tài)。核區(qū)是細菌等原核生物負載遺傳信息的主要物質基礎。

用富爾根染色法或姬姆薩染色法，在普通光學顯微鏡下可看到核區(qū)

質粒質粒是細菌核區(qū)以外的遺傳物質，能獨立復制，為共價閉合環(huán)狀雙鏈DNA。質粒的存在與否不影響細菌的生長繁殖，一般只控制次要性狀。如致育性、抗藥性、降解性等。質粒應用