工业微生物课件

2.1微生物在生物界中的地位第二章微生物的形态与分类具细胞结构无细胞结构：病毒原核微生物：细菌，放线菌、蓝细菌和其他真核微生物真菌（酵母菌，霉菌）单细胞藻类，原生动物原核生物界真菌界原生生物界病毒界2.3原核微生物的形态

2.3.1微生物细胞

细胞几乎是所有生物的基本结构单位。真核细胞与原核细胞的区别2.3.2

染色技术(Straining)

染料可分为以下三种类型：(1)碱性染料或称带正电染料，这类染料有孔雀绿，结晶紫，沙黄等。(2)酸性染料或称带负电染料，这类染料有伊红，酸性品红，刚果红等。(3)其它染料如脂溶性染料苏丹黑。2.3.2

染色技术(Straining)

2.3.3.细菌(Bacteria,Bacterium)

细菌是一类细胞细而短(细胞直径约0.5µm,长度约0.5～5µm)、结构简单、细胞壁坚韧、以二等分裂方式繁殖和水生性较强的原核微生物。2.3.3.1.细菌的形态

葡萄球菌梭状杆菌

近年来，陆续发现少数三角形、方形和星形等细菌2.3.3.1.细菌的形态球菌：直径，μm杆菌、螺旋菌：宽×长，μm如：大肠杆菌（E.coli）：

0.5μm×2μm2.3.3.2.细菌细胞大小2.3.3.3.细菌细胞的结构

(1)细胞壁(Cellwall)

细胞壁是指细菌细胞的外壁，是位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被。细胞壁坚韧而有弹性，占细胞干重的10%-25%特殊成分：肽聚糖。1.细菌细胞的一般构造1)固定细胞外型；2)为正常细胞分裂所必需；3)保护细胞免受外力的损伤；4)阻拦有害物质进入细胞；5)协助鞭毛运动；6)与细菌的抗原性、致病性密切相关。

①细胞壁的功能

②细胞壁的结构

革兰氏阳性和阴性菌细胞壁结构图③细胞壁的化学组成

a革兰氏阳性细菌的细胞壁以金黄色葡萄球菌为代表：一般只含90%肽聚糖(20-80nm)和10%磷壁酸肽聚糖的组成：

革兰氏阳性菌细胞壁肽聚糖的单体结构图

革兰氏阳性菌细胞壁肽聚糖的单体结构图

革兰阳性菌细胞壁肽聚糖化学结构N-乙酰胞壁酸N-乙酰葡萄糖胺四肽侧链β-1.4糖苷键五肽交联桥溶菌酶作用点青霉素作用点革兰氏阳性细菌的细胞壁阳性细菌细胞壁特有成分：磷壁酸它有两种类型，一为壁磷壁酸，二为膜磷壁酸主要生理功能有四：1)带负电荷，可与环境中的Mg2+等阳离子结合，提高这些离子的浓度，以保证细胞膜上一些合成酶维持高活性的需要；2)保证革兰氏阳性致病菌与其宿主间的粘连；3)赋于革兰氏阳性菌以特异的表面抗原；4)提供某些噬菌体以特异的吸附受体。以大肠杆菌为代表肽聚糖含量占细胞壁的10%，厚度仅为2-3nm。肽聚糖结构与革兰氏阳性菌相比差别在于：1)肽尾的第三个氨基酸为内消旋二氨基庚二酸(m-DAP)；2)没有特殊的肽桥，其前后两个单体间的联系仅有甲肽尾的第四个氨基酸--D-丙氨酸的羧基与乙肽尾的第三氨基酸--m-DAP的氨基直接连接而成。

b.革兰氏阴性细菌的细胞壁革兰阴性菌和阳性菌细胞壁肽聚糖化学结构革兰阴性菌细胞壁肽聚糖阴性细菌细胞壁特有的成分：脂多糖（LPS）是位于革兰氏阴性细菌细胞壁最外层的一层较厚的类脂多糖物质。它有类脂A、核心多糖和O—特异侧链三部分组成。LPS类脂A：两个葡糖胺连接多个脂肪酸，为内毒素的中心

核心多糖：由糖及其衍生物组成

，与类脂A相连O-特异侧链：短多糖链，具有诊断细菌学意义b.革兰氏阴性细菌的细胞壁革兰阴性菌细胞壁结构模式图O-特异侧链

(O抗原)核心多糖类脂A脂质双层脂蛋白肽聚糖细胞膜外膜蛋白微孔蛋白脂多糖营养结合蛋白载体蛋白

区别要点革兰阳性菌革兰阴性菌

肽聚糖组成

肽聚糖层数

肽聚糖含量

强度

特有成分

外壁

青霉素、溶菌酶革兰阳性菌与革兰阴性菌细胞壁比较双糖单位、短肽尾、肽桥双糖单位、短肽尾40层仅1-2层占细胞壁干重40%-90%占细胞壁干重5%-10%较坚韧，三维立体结构较疏松，二维平面结构磷璧酸脂多糖无有敏感不敏感④细胞壁与革兰氏染色法

染色基本步骤是：初染--媒染--脱色--复染金黄色葡萄球菌革兰氏染色大肠杆菌革兰氏染色(2)细胞质膜(Cytoplasmicmembrane)

细胞质膜也称细胞膜(Cellmembrane)或质膜(Plasmicmembrane)，是指紧靠细胞壁内侧，包裹细胞质的一层由磷脂和蛋白质组成的柔软、富有弹性的半透性薄膜。磷脂细胞质膜组成

(3)中体(Mesosome)，也称间体细胞质膜内陷形成的一个或数个较大而不规则的层状、管状或囊状物，称为中体。一般位于细胞分裂部位或其邻近。复制子假说图2.10细菌染色体DNA的复制模式

很多细菌细胞内还存在染色体外的遗传因子，称为质粒(Plasmid)。质粒按功能可分为：细菌抗药性因子(R因子)、大肠杆菌性因子(F因子)和大肠杆菌素因子(Col因子)。质粒的特点：

1.可以人为消失也能自行消失；

2.即能自我复制稳定遗传，也能插入其它细菌进行复制，同时它本身也能携带部分基因繁殖；

3.可以进行接合、转化或转导。(4)拟核(Nucleoid)(5)内含物颗粒(Reservegranule)名称功能染色异染颗粒储藏磷元素和能量，并可降低渗透压甲苯胺蓝或次甲基蓝染成红色聚ß-羟丁酸PHB储藏碳源、能源和降低细胞内渗透压维持溶液的pH值的作用苏丹黑脂溶性染料着色肝糖原和淀粉粒储存能量碘液染成红色和蓝色硫滴储藏硫元素，作为能源脂肪粒脂溶性染料染色液泡调节渗透压，与细胞质进行物质交换中性红染色(6)核糖体(Ribosome)核糖体是蛋白质的合成场所。原核生物的核糖体常以游离状态分布在细胞质中。它由核糖体核糖核酸(rRNA,占60%)和蛋白质(占40%)组成。这些颗粒由大小亚基组成，沉降系数为70S(其中大亚基50S，小亚基30S)。2.细菌细胞的特殊结构(1)鞭毛(Flagellum)某些细菌表面着生从胞内伸出的细长、波浪形弯曲的丝状物。它们是细菌的运动“器官”，数目有一到数十根，称为鞭毛。用品红染色或鞣酸媒染剂染色。根据鞭毛的数量和排列情况，细菌分以下几种类型：①偏端单生鞭毛菌；②两端单生鞭毛菌；③偏端丛生鞭毛菌；④两端丛生鞭毛菌；⑤周生鞭毛菌。拴菌试验：1974年，美国学者西佛曼和西蒙设计了一个“拴菌”试验，设法把单毛菌鞭毛的游离端用相应抗体牢牢的拴在载玻片上，然后在光学显微镜下观察细胞的行为。结果发现，该菌是在载玻片上不断打转（而非伸缩挥动），从而肯定了“旋转论”是正确的。(1)鞭毛(Flagellum)鞭毛化学组成主要为蛋白质，还含有少量多糖、脂类和核酸等。鞭毛蛋白是一种很好的抗原物质，这种鞭毛抗原又称为H(hauch)抗原。鞭毛为中空螺旋结构，一般直径为12～20nm,长度为2～5µm。图2.8革兰氏阴性菌鞭毛结构(1)鞭毛(Flagellum)图2.9革兰氏阳性细菌和阴性细菌鞭毛的构造(1)鞭毛(Flagellum)(2)线毛(Pilus或Fimbria)线毛又称伞毛，菌毛或纤毛。线毛是长在细菌体表的一种纤细、中空，短直而又数量较多的蛋白质附属物。线毛直径7～9nm，内径2～2.5nm，长度2～20nm，每个菌体约有250～300根。它们比鞭毛更细、更短，而且又直又硬，数量很多。不同类型线毛具不同的功能：①作为遗传物质转移的通道性线毛(Sexpili)是在性质粒控制下形成的，故又称F-线毛。②线毛作为噬菌体的吸附位点如大肠杆菌噬菌体M13就可吸附在大肠杆菌的性线毛上，侵入细胞。③线毛作为附着到哺乳动物细胞或其它物体上的工具它可附着在动物的呼吸道、消化道、泌尿生殖道的粘膜表面。(2)线毛(Pilus或Fimbria)(3)荚膜(Capsule)某些细菌生活在一定的营养条件下时，会在细胞壁表面形成一层松散的粘液状物质，称为荚膜。荚膜不易着色，但可用负染法在暗色背景和折光性强(或染色)的菌体之间形成一透明区。图2.9细菌的荚膜根据荚膜的形状和厚度的不同，可以出现以下四种情况。

荚膜包裹在单个细胞上包裹在细胞群体上：菌胶团在壁上有固定层松散，未固定在壁上：粘液层层次厚：大荚膜层次薄：微荚膜(3)荚膜(Capsule)荚膜的化学组成因菌种而异，它含大量水分，其余为多糖、多肽或蛋白质，尤以多糖居多。荚膜成分多糖多肽：炭疽芽孢杆菌蛋白质：鼠疫巴氏杆菌等多肽和多糖：巨大芽孢杆菌纯多糖杂多糖葡聚糖：肠膜状明串珠菌果聚糖：变异链球菌纤维素：木醋杆菌海藻酸：棕色固氮菌透明质酸：若干链球菌(3)荚膜(Capsule)荚膜的主要作用：

①能保护细胞免遭干燥影响，保护病原菌免遭宿主吞噬细胞的吞噬，增强其致病能力；②储藏养料，以备环境缺乏营养时重新利用；③堆积某些代谢废物；④

荚膜使菌体易于附着到适当的物体表面。荚膜也会对工业生产造成危害。在另一方面，荚膜也可以成为有价值的材料(3)荚膜(Capsule)(4)芽孢(Spore,Endospore)

某些细菌在生长的一定阶段，细胞内形成一个圆形、椭圆形或圆柱形，对不良环境条件具较强抗性的休眠体，称为芽孢。各种细菌芽孢在细胞中的位置、形状和大小是一定的，这在分类鉴定上有一定的意义。图2.10细菌芽孢在细胞内的位置图2.11细菌芽孢构造的模式图(4)芽孢(Spore,Endospore)

(4)芽孢(Spore,Endospore)

芽孢的抗热机制--渗透调节皮层膨胀学说：芽孢衣(Coat)对多价阳离子和水分的透性差，皮层离子强度高，从而皮层有极高的渗透压，能够夺取核心部分的水分，引起皮层膨胀。图2.12皮层膨胀与收缩模式图(4)芽孢(Spore,Endospore)

芽孢的形成历时8～10小时，分为七个阶段：

(4)芽孢(Spore,Endospore)

(5)伴孢晶体(spore-companionedcrystal)

有一些芽孢杆菌(如苏云金杆菌等)在形成芽孢的同时，在细胞内产生晶体状内含物，称伴孢晶体。一个细菌只产生一个伴孢晶体。2.3.3.4细菌的繁殖方式

细菌的繁殖方式较简单，一般为无性繁殖。表现为细胞横分裂，称为裂殖。细菌分裂分三步进行：

(1)核分裂；

(2)形成横隔壁；

(3)子细胞分离。2.3.3.5

细菌的培养特征1)细菌的菌落特征

菌落(Colony)就是指单个细胞在有限的空间中发展成肉眼可见的细胞堆。如果菌落是由一个单细胞发展而来，它就是一个纯种细胞群，称纯无性繁殖系，或称克隆(Clone)。如果各菌落连成一片则称菌苔(Lawn)。2.3.3.5

细菌的培养特征菌落特征2)细菌的其它培养特征

在半固体培养基中用接种针穿刺将菌种接入培养基的深层进行培养，可以鉴定细菌的运动特征。1.丝状2.有小刺3.念珠状4.绒毛状5.假根状6.树状2.3.3.5

细菌的培养特征若以明胶代替琼脂作为培养基的凝固剂，同样进行穿刺培养，可以鉴别菌株产蛋白酶的性能。明胶水解后，形成一定形状的溶解区。1.不液化2.火山口状3.芜箐状4.漏斗状5.袋状6.层状

2.3.3.5

细菌的培养特征在液体培养基中，经1～3天培养，菌体生长会引起培养基变得混浊，或在表面形成菌环、菌膜或菌醭，或产生絮状沉淀。1.絮状2.环状3.浮膜状4.膜状2.3.3.5

细菌的培养特征2.3.3.6

常见的细菌

(1)大肠埃希氏杆菌(Escherichiacoli)

大肠埃希氏杆菌，简称为大肠杆菌，是最为著名的原核生物。它的特性有：运动或不运动，运动者周生鞭毛；属于革兰氏阴性菌。大肠杆菌一般无荚膜、无芽孢；菌落白色或黄白色，边缘圆或波形，光滑闪光，扩展；它能使牛奶迅速产酸凝固，但不胨化、不液化明胶。(2)枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)枯草芽孢杆菌属芽孢杆菌属(Bacillus)。其特点有：杆状或近似为杆状，为周生或侧生鞭毛，无荚膜，革兰氏阳性，产芽孢，中生或近中生，菌落形态变化大，圆或不规则，表面粗糙、不透明、污白色或微黄色。在1%葡萄糖营养琼脂试管穿刺培养表面生长物较厚，常粗糙，呈褐色。能液化明胶，胨化牛奶，还原硝酸盐，水解淀粉。2.3.3.6

常见的细菌

(3)北京棒状杆菌北京棒杆菌的特点：细胞为短杆状或小棒状，有时微弯曲，两端钝圆，革兰氏阳性，无芽孢，不运动，在普通肉汁琼脂平皿上菌落呈圆形，24小时后菌落呈白色，直径1mm，一周后可达4.5～6.5mm，呈淡黄色，中间隆起，表面湿润、光滑、有光泽，边缘整齐，半透明，无粘性，无水溶性色素。不液化明胶；不水解淀粉，不分解油脂；能使葡萄糖、麦芽糖、蔗糖迅速产酸；能使糊精、半乳糖及木糖弱产酸，但均不产气。2.3.3.6

常见的细菌

2.3.4放线菌(Actinomycetes)

放线菌是一类呈菌丝状生长，主要以孢子繁殖和陆生性较强的原核微生物。放线菌都呈革兰氏染色阳性，因此，也可以认为放线菌就是一类呈丝状生长、以孢子繁殖的革兰氏阳性细菌。2.3.4.1

放线菌的形态构造大部分放线菌由分枝状菌丝组成。放线菌的菌丝由于形态、功能不同，分为基内菌丝、气生菌丝和孢子丝。图2.13链霉菌的形态和构造模式图2.3.4.1

放线菌的形态构造孢子丝2.3.4.2

放线菌菌落形态

放线菌菌落与细菌不同之处是：它干燥，不透明，表面紧密丝绒状，上面有一层色泽鲜艳的干粉。菌落与培养基紧密，难挑起。另一类放线菌不产生大量菌丝，如诺卡氏菌，其粘着力不强，结构如粉质。用针挑则粉碎。菌落正反面颜色常不同。2.3.4.3

放线菌的生活史

2.3.4.4

放线菌的繁殖1)分生孢子放线菌长到一定阶段，一部分气生菌丝形成孢子丝，孢子丝成熟便分化形成许多孢子，称分生孢子。孢子的产生通过二种横隔分裂方式。2)孢子囊孢子有的放线菌由菌丝盘卷形成孢子囊。3)菌丝断片放线菌也可藉菌丝断裂的片段，形成新菌丝体。4)其它方式小单孢菌科2.3.4.5

放线菌生理绝大多数放线菌属于异养型。最好的碳源是葡萄糖、麦芽糖、糊精、淀粉和甘油；氮源以蛋白质、蛋白胨以及某些氨基酸最合适；放线菌的生长一般都需要K、Mg、Fe、Cu和Ca等金属离子。除诺卡氏菌外，绝大多数放线菌都能利用酪蛋白，并能液化明胶。大多数放线菌是好气的，生产中保证足够的通气量，最适生长温度为23～37℃。2.3.4.6

放线菌的代表属放线菌中有代表性的属如下：(1)链霉菌属90%抗生素由链霉菌属产生(2)诺卡氏菌属又称原放线菌属(3)放线菌属放线菌属多为致病菌(4)小单孢菌属(5)链孢囊菌属(6)游动放线菌属2.3.4.7

放线菌与细菌的比较证明放线菌为细菌的主要根据有：⑦有的放线菌产生有鞭毛的孢子，其鞭毛类型也与细菌的相同；⑧放线菌噬菌体的形状与细菌的相似；⑨DNA重组的方式与细菌的相同；思考题1.细菌的哪些特征可以作为其分类鉴定的重要依据？2.试述细菌细胞壁的结构，并说出与它相关的革兰氏染色机制。3.什么是芽孢？它的耐热机制怎样？研究芽孢的实践意义有哪些？4.有四种细菌：假单孢菌，大肠杆菌，乳酸杆菌，梭状芽孢杆菌在保存是标签丢失，请鉴别分类。5.什么是放线菌？放线菌的菌丝和菌落特征与细菌相比有哪些区别？为什么说放线菌是一种丝状细菌？2.3.5蓝细菌(Cyanobacteria)蓝细菌原称蓝藻或蓝绿藻。因为它与高等绿色植物和高等藻类一样，含有光合色素----叶绿素a，也能进行产氧型光合作用，所以，过去将其归于藻类。现代技术研究表明，蓝细菌属于原核微生物。在类囊体的膜上含有叶绿素a、ß-胡萝卜素、氧类胡萝卜素和光合电子传递链的有关组分。蓝细菌没有有性生殖，以裂殖为主，也可出芽生殖，极少数有孢子。

研究蓝细菌的意义：①有20多种具固氮作用，故在农业上已成为保持土壤氮素营养水平的主要因素，可以提高土壤的肥力。②临床上它能用于治疗肝硬化、贫血、白内障、青光眼、胰腺炎等疾病。③蓝细菌可能是第一个产氧的光合生物，也是最先使空气从无氧转为有氧的生物。2.3.5蓝细菌(Cyanobacteria)2.3.6.1

立克次氏体(Rickettsia)立克次氏体是斑疹伤寒的病原体，1903年，由美国病理学家H.T.Ricketts首先描述的，为了纪念他，人们于1916年将这类病原体称为立克次氏体。立克次氏体是一类只能寄生在真核细胞内的革兰氏阴性原核微生物。2.3.6

立克次氏体，枝原体，衣原体立克次氏体具以下一些特点：1.立克次氏体的个体大小介于细菌和病毒之