食品微生物学讲义（最新最全）VIP

1食品微生物学第一章 绪 论一 微生物与你和我二 微生物学的研究对象三 食品微生物学四 微生物学的发展简史五 食品微生物与未来六 微生物的特点一 微生物与你和我微生物既是人类的敌人，更是人类的朋友！微生物是人类的朋友！ 微生物是自然界物质循环的关键环节； 体内的正常菌群是人及动物健康的基本保证；帮助消化、提供必需的营养物质、组成生理屏障 微生物可以为我们提供很多有用的物质；有机酸、酶、各种药物、疫苗、面包、奶酪、啤酒、酱油等等基因工程为代表的现代生物技术；少数微生物也是人类的敌人！鼠疫（plague） ；天花（variola virus ）(smallpox)；艾滋病(AIDS ，acquired immunodeficiency syndrome) 2（human immunodeficiency virus ） ；疯牛病(mad cow disease) (bovine spongiform encephalopathy, BSE) ；埃博拉病毒（Ebola virus） ；SARS（ SARS 冠状病毒） ；禽流感（Avian Influenza ） 可以说，微生物与人类关系的重要性，你怎么强调都不过分，微生物是一把十分锋利的双刃剑，它们在给人类带来巨大利益的同时也带来“残忍” 的破坏。它给人类带来的利益不仅是享受，而且实际上涉及到人类的生存。“在近代科学中，对人类福利最大的一门科学，要算是微生物学了。 ” 日本学者尾形学在“ 家畜微生物学 ”（1977）二、微生物学研究对象1. 什么是微生物？微生物(microorganism,microbe)是指需借助显微镜才能观察到的一群微小生物的总称 微生物包括： 原核微生物(prokaryotic microbe)的类群：细菌（bacteria） （真细菌 eubacteria 和古细菌 archaea） ，放线菌（actinomycetes） ，支原体（mycoplasma） ，立克次氏体（rickettsia） ，衣原体（chlamydia） ，和蓝细菌（cyanobacteria ） 。 真核微生物(eukaryotic microbe)包括：真菌（fungi） ，原生动物（protozoan） ，显微藻类（micro-algae） 。 非细胞微生物(acellular microbe)包括：病毒（virus） ，类病毒（viroid ） ，朊病毒（prion, virino ） 。32. 微生物在生物界中的地位Whittaker 的五界系统P.H.Raven 等的六界系统Woese 的三域系统3. 研究内容及分科微生物学是研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异以及微生物的进化、分类、生态等生命活动规律及其应用的一门学科。 其主要的分科见图。4图 微生物学的主要分支学科三 食品微生物学（一） 食品微生物学是微生物学的一个分支学科（二） 食品微生物学与微生物学的侧重点不同微生物学： 探讨微生物的一般规律食品微生物学： 探讨食品与微生物之间的关系（三）食品微生物学也是一门涉及多学科领域的科学（四）食品微生物学研究内容食品微生物学:是研究食品的原料、产品及其加工、贮存中有关微生物的种类、性状及其作用的科学，进而，在食品制造和保藏过程中充分利用有益微生物的作用，抑制有害微生物的生长繁殖，防止食品腐败变质和疾病的传播。1 食品腐败2 食物中毒与食源性传染病3 发展多样的发酵食品四、 微生物学的发展简史（一）发现和认识微生物以前的历史 我国 8000 年前就开始出现了曲蘖酿酒； 4000 年前埃及人已学会烘制面包和酿制果酒； 2500 年前发明酿酱、醋，用曲治消化道疾病； 公元六世纪(北魏时期)贾思勰的巨著“ 齐民要术” ； 公元 2 世纪，张仲景：禁食病死兽类的肉和不清洁食物； 公元前 112 年-212 年间，华佗：“割腐肉以防传染”； 公元九世纪痘浆法、痘衣法预防天花；5 1346 年，克里米亚半岛上的法卡城之战(靼坦人- 罗马人)； 16 世纪，古罗巴医生 G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不见的生物(living creatures)引起的； 1641 年，明末医生吴又可也提出“戾气”学说；（二）微生物的发现和微生物学的发展1664 年，英国人虎克（Robert Hooke）曾用原始的显微镜对生长在皮革表面及蔷薇枯叶上的霉菌进行观察。1676 年，微生物学的先驱荷兰人列文虎克（Antony van leeuwenhoek）首次观察到了细菌。他没有上过大学，是一个只会荷兰语的小商人，但却在 1680 年被选为英国皇家学会的会员。表 微生物学的发展简史7发 展时 期经 历 时间特 点 和 标 记 代 表 人 物史 前期8 000年前 公元1676年人 类 已 在 应 用 微 生 物 ， 如 发 酵 、酿 造 等 ， 但 未 发 现 微 生 物 的 存在各 国 劳 动 人 民初 创期1676年 1861年世 界 上 第 一 次 发 现 了 微 生 物 的存 在 (当 时 称 为 “微 动 体 ”)Anthony Van Leeuwenhoek(16321723) (自 制 了 世 界 上 第 一 台 显 徽镜 ， 为 世 界 上 第 一 个 看 到细 菌 的 人 )奠 基期1861年 1897 年开 创 了 寻 找 病 原 微 生 物 的“黄 金 时 期 ”， 并 从 形 态 描 述进 到 生 理 学 研 究 的 新 水 平Louis Pasteur (18221895) (微 生 物 学 的 奠 基 人 )， Robert Koch（18431910)(细 菌 学 的 奠 基 人 )发 展期1897年 1953 年 用 无 细 胞 酵 母 汁 发 酵 酒 精 成功 ， 开 创 了 微 生 物 生 化 研 究 的新 时 期 “普 通 微 生 物 学 ”作 为 一门 学 科 开 始 形 成 E Buchner M Doudoroff成 熟期1953年以 后DNA 结 构 的 双 螺 旋 模 型 建 立 。微 生 物 成 为 分 子 生 物 学 中 的 重要 研 究 对 象 。 20 世 纪 70 年 代后 微 生 物 成 为 生 物 工 程 学 科 的主 角J D Watson 和H F.C.Crick(DNA 双 螺 旋结 构 模 型 的 创 立 )8（三） 微生物学发展的奠基者1.巴斯德 (1) 彻底否定了“ 自然发生” (spontaneous generation)学说；著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物，是它们引起有机质的腐败。(2) 发现并证实发酵是由微生物引起的；化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗“酒病” 和“蚕病”(3) 免疫学预防接种首次制成狂犬疫苗(4)其他贡献巴斯德消毒法：6065作短时间加热处理，杀死有害微生物2.柯赫（1）微生物学基本操作技术方面的贡献a）细菌纯培养方法的建立b）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养c）染色观察和显微摄影（2）对病原细菌的研究作出了突出的贡献：a）具体证实了炭疽杆菌（Bacillus anthracis）是炭疽病的病原菌；b ）证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则著名的柯赫定理Kochs postulates1 The organism should be constantly present in animals suffering from the disease and should not be present in healthy individuals.92 The organism must be cultivated in a pure culture away from the animal body.3 Such a culture, when inoculated into susceptible animals, should initiate the characteristic disease symptoms.4 The organism should be reisolated from these experimental animals and cultured again in the laboratory, after which it should still be the same as the original organism. c ）发现了肺结核病的病原菌(结核分枝杆菌（ Mycobacterium tuberculosis）)；（1905年获诺贝尔奖）3 微生物学发展过程中的重大事件五 食品微生物与未来1 微生物资源的开发和利用2 菌种改良和基因工程3 微生物在农副产品加工中的利用4 微生物性不安全因素的控制和消除六、微生物的特点1.体积小，面积大比面值：单位体积所占有的面积（面积/体积） 。体积小、面积大是微生物五大共性的基础，因为一个小体积大面积系统必然有一个巨大的营养物吸收面、代谢废物的排泄面和环境信息的接受面。2. 吸收多，转化快发酵乳糖的细菌在 1 小时内可分解其自重 1 00010 000 倍的乳糖；Candidautilis(产朊假丝酵母)合成蛋白质的能力比大豆强 100 倍，比食用公牛强 10万倍。微生物的这个特性为它们的高速生长繁殖和产生大量代谢产物提供了充分的物质基10础，从而使微生物有可能更好地发挥“活的化工厂”的作用。3. 生长旺，繁殖快在适宜条件下，细菌通常每 2030min 即可分裂 1 次，繁殖 1 代，经 24h 培养，一个细胞可繁殖成 4 万亿亿个细胞。4. 适应强，易变异 适应性微生物有极其灵活的适应性（耐高温、低温、干燥、盐、酸、碱，抗辐射、静水压等） 变 异 性最常见的变异形式是基因突变，它可以涉及到形态构造、代谢途径、生理类型、各种抗性、抗原性以及代谢产物的质或量的变异等。 5.分布广，种类多（1）分布广 “无孔不入”:在动物体内外，植物体表面，土壤、河流、空气，平原、高山、深海，冰川、海底淤泥，盐湖、沙漠，油井、地层下以及酸性矿水中，都有大量与其相适应的微生物在活动着。人体肠道中的正常菌群万米深海底部的耐热硫细菌几万米高空中的微生物地层下的微生物 (2)种类多 微生物的生理代谢类型多 代 谢 产 物 种 类 多 11 微 生 物 的 种 数 多微生物的资源是极其丰富的。估计目前人类至多仅开发利用了已发现微生物种数的1。第二章 原核微生物的形态结构与功能 微生物分类命名微生物的分类单位： 界(Kingdom） 、门(Phylum)、纲(Class)、 目(Order) 、科(Family)、 属(Genus)、种(Species(1)种的概念伯杰氏鉴定细菌学手册(Bergeys Manual of Determinative Bacteriology)：典型培养菌及所有与它密切相同的其他培养菌一起称为细菌的一个“种” 。 种是一大群表型特征高度相似、亲缘关系极其接近、与同属内其他种有着明显差异的菌株的总称。典型菌株(Type strain) Bifidobacterium bifidum模式种(Type species) ATCC 29521(2)种以下的概念亚种(Subspecies，subsp ，ssp.) 一般指除某一明显而稳定的特征与模式种不同外，12其余鉴定特征均与模式种相同的种。如 Bacteroides fragilis subsp. ovatusBacillus cereus subsp. mycoides变种(Variety，Var ) 变种是亚种的同义词，已不用。如 Bacillus subtilis Var niger型(Type) 自然界同一地区可能有同一种微生物的各种类型，它们之间的差异往往不像变种那么显著。菌株或品系(Strains) 由一个特殊微生物单细胞繁衍而来的培养物，通常称为菌株。如 Escherichia coli B E. coli K12 E.coli O-157:H7 Bacillus subtilis AS 1.398B. subtilis BF 7658Clostridium acetobutylicum ACTT 824 群(Group) 有些微生物的种类特征介于两种微生物之间，彼此不易严格区分，通常就把这两种微生物和介于它们之间的种类统称为一个“群” 。(3)命名俗名(Common name, Vernacular name)： 如： Tubercle bacillus 用于表示 Mycobacterium tuberculosis学名（scientific name）林奈(Carolus Linnaeus)的双名法(Binom inal System of Nomenclature)：学名属名+ 种的加词 + (首次定名人) + 现名定名人 + 定名年份如： Escherichia coli13Escherichia coli(Migula) Castellani et Chalmers 1919三名法： 属名+种的加词+ subsp或 var. 亚种或变种的加词 Saccharomyces cerevisiae var. ellipsoideus细胞是绝大多数生物的基本结构单位。生物细胞的大小变化原核微生物细胞大小比较R.H.Whittaker 和 L.Margulis（1978）提出的三原界（Urkingdom）学说将所有细胞生物划分为三原界：古细菌（Archaebacteria）原界真细菌（Eubacteria）原界真核生物（Eucaryotes）原界表 原核微生物与真核微生物区别特征 原核微生物 真核微生物核核膜核仁DNA拟核只有一条，不与 RNA 和蛋白质结合完整的核+一至数条，与 RNA 和蛋白质结合核糖体 70S，在细胞质中 80S，在细胞质中70S，在某些细胞器中繁殖方式 多数二分裂无性 有性或无性14有性生殖 通常没有或有 +中体 + 细胞器 线粒体、高尔基体、叶绿体、内质网等细胞膜中甾醇 （除极个别外） +呼吸链位置 细胞膜 线粒体与氧的关系 好氧、兼性好氧、厌氧 好氧、少数兼性厌氧细胞壁组成 肽聚糖 几丁质或纤维素运动器官 鞭毛较细（中空管状） 鞭毛较粗（9+2 结构）细胞大小 较小（0.2510m） 较大（10100m）第一节 细 菌细菌（Bacteria ）是一类个体微小、具有细胞壁的单细胞原核微生物一、细菌的个体形态细菌的基本形态有三种：球状、杆状和螺旋状，分别被称为球菌、杆菌和螺旋菌。1、球菌（Coccus ） 细胞个体呈球形或椭圆形，不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式，常被作为分类依据。（1）单球菌 如尿素微球菌（Micrococcus ureae） 。（2）双球菌 如肺炎双球菌（Diplococcus pneumoniae） 。（3）链球菌 如乳链球菌（Streptococcus lactis） 。（4）四链球菌 如四链微球菌（Micrococcus tetragehus） 。（5）八叠球菌 如尿素八叠球菌（Sarcina ureae） 。15（6）葡萄球菌 如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus） 。2、杆菌（Bacillus ） 细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较稳定，而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。长杆菌、短杆菌、分枝杆菌、棒状杆菌、梭状杆菌、单杆菌、双杆菌、链杆菌等3、螺旋菌（Spirilla）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。螺菌：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：菌体柔软，用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。4、其它形状1）柄杆菌（prosthecate bacteria ）2）星形细菌（star-shaped bacteria ）3）方形细菌（square-ahaped bacteria）4）细菌的异常形态二、 细菌的个体大小微生物个体大小衡量单位： 细胞 mm （=10 -6 m） 病毒 nm （=10 -9 m）不同细菌大小的表示方法不同细菌细胞大小比较细菌细胞的测量方法：显微镜测微尺16显微照相后根据放大倍数进行测算细菌大小测量结果的影响因素：个体差异；干燥、固定后的菌体会一般由于脱水而比活菌体缩短 1/3-1/4；染色方法的影响，一般用负染色法观察的菌体较大；幼龄细菌一般比成熟的或老龄的细菌大；环境条件，如培养基中渗透压的改变也会导致细胞大小的变化。纳米细菌(nanobacteria) 和 Thiomargarita namibiensis细菌细胞的重量约为 1109 110 10 mg，即每克细菌约含 110 万亿个菌体细胞 三、细菌的细胞结构与功能一般构造：一般细菌都有的构造特殊构造：部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造（一）细菌细胞的基本结构1、细胞壁细胞壁（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。（1）证实细胞壁存在的方法：1）细菌超薄切片的电镜直接观察；2）质、壁分离与适当的染色，可以在光学显微镜下看到细胞壁；3）机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁；4）制备原生质体，观察细胞形态的变化；（2）细胞壁的功能：1）固定细胞外形和提高机械强度；172）为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；3）阻拦有害物质进入细胞；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）细胞壁的化学组成与结构1)革兰氏染色Christian.Gram（革兰）于 1884 年发明的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。将所有细菌分为革兰氏阳性（G +）和革兰氏阴性（G ）表 革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌的细胞壁特征比较革兰氏阴性细菌特征 革兰氏阳性细菌内壁层 外壁层厚度（nm） 2080 23 810肽聚糖含量磷壁酸脂多糖脂蛋白对青霉素的敏感性占细胞壁干重 40%90%有或无1%4%无强5%10%无无有或无弱无无11%22%有革兰氏染色：结晶紫初染、碘液媒染、乙醇脱色、沙黄复染2）革兰氏阳性细菌的细胞壁特点：厚度大（2080nm）化学组分简单，一般只含 90%肽聚糖和 10%磷壁酸。A.肽聚糖肽聚糖（peptidoglycan） ，也称胞壁质(murein)18双糖单位： N乙酰葡萄糖胺（N-Acetylglucosamine, NAG,G） 、N乙酰胞壁酸（N-acetylmuramic acid, NAM, M）四肽尾或四肽侧链（tetrepeptide side chain）：L- AlaD-Glu(L-LysD- Ala肽桥或肽间桥（peptide interbridge）：甘氨酸五肽桥B.磷壁酸（teichoic acid，即垣酸）磷壁酸主要成分为甘油磷壁酸或核糖醇磷壁酸。可分为壁磷壁酸和膜磷壁酸磷壁酸的主要生理功能：a. 吸附环境中的 Mg2 等阳离子b 赋予 G 细菌以特异的表面抗原c 提供某些噬菌体特异的吸附受体d 保证 G 致病菌与其宿主间的粘连、避免被白细胞吞噬e 能调节细胞内自溶素(autolysin)的活力3）革兰氏阴性细菌的细胞壁A. 肽聚糖埋藏在外膜层之内，是仅由 12 层肽聚糖网状分子组成的薄层(23nm)，含量约占细胞壁总重的 10%，故对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。m-二氨基庚二酸（m-DAP）取代 L-赖氨酸B. 外膜（ outer membrane）脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）是位于 G 细菌细胞外壁层中的一类脂多糖类物质，由类脂 A、核心多糖(core polysaccharide)和 O-特异侧链 (O-specific side chain，或称 O-多糖、抗原 O-)三部分组成。脂多糖主要功能：19a. G 细菌致病物质的基础b. 具有吸附 Mg2+、Ca 2+等作用。c. 脂多糖的变化决定 G 细菌细胞表面抗原决定簇的多样性d. 是许多噬菌体在细菌细胞表面的吸附受体e. 具有部分选择性屏障功能C.外膜蛋白(outer membrane protain)a. 基质蛋白（matrix protein）b. 外壁蛋白（outer membrane protein）c. 脂蛋白（lipoprotein）D. 周质空间(periplasmic space，periplasm)在周质空间中，存在着多种周质蛋白（periplasmic proteins）：水解酶类；合成酶类；结合蛋白；受体蛋白；（4）革兰氏染色的机制结晶紫初染、碘媒染、乙醇脱色、蕃红复染（5）缺壁细菌（细胞壁缺陷细菌）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 （ G+）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 枝 原 体A.L 型细菌(L-form of bacteria)L 型细菌应专指那些实验室或宿主体内通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷菌株。特点：20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，故又称“滤过型细菌” ；对渗透敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋”似的小菌落（直径在 0.1mm 左右） ；B.原生质体(protoplast) 在人为条件下，用溶菌酶处理或在含青霉素的培养基中培养而抑制新生细胞壁合成而形成的仅由一层细胞膜包裹的，圆球形、对渗透压变化敏感的细胞，一般由革兰氏阳性细菌形成。C.球状体(spheroplast)球状体又称原生质球。采用上述同样方法，针对革兰氏阴性细菌处理后而获得的残留部分细胞壁（外壁层）的球形体。 D.支原体(Mycoplasma)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。 2. 细胞膜（cell membrane）1）概念：细胞膜（cell membrane）又称细胞质膜（cytoplasmic membrane ） 、原生质膜（plasma membrane ）或质膜（plasma lemma ） 。是细胞壁以内包围着细胞质的一层柔软而具有弹性的半透性薄膜。厚约 78nm，由磷脂（占 20%30%）和蛋白质（占50%70%）组成。2）观察方法：质壁分离后结合鉴别性染色在光学显微镜下观察；原生质体破裂；超薄切片电镜观察；3）细胞膜的化学组成与结构模型：21（1）磷脂（2）膜蛋白膜蛋白约占细菌细胞膜的 50%70%，比任何一种生物膜都高，而且种类也多。-细胞膜是一个重要的代谢活动中心。（3）液态镶嵌模型(fluid mosaic model) 1972年，辛格（J.S.Singer）和尼科尔森（G.L.Nicolson） 的液态镶嵌模型(fluid mosaic model)（4）细胞膜的特性与功能1） 细胞膜的特性：a. 磷脂双分子层排列的有序性、可运动性和不对称性。b. 膜蛋白分布的镶嵌性、运动性和不均匀性。C 负电荷性。2） 细胞膜的主要功能a. 作为细胞内外物质交换的主要屏障和介质b. 是原核生物细胞产生能量的主要场所c. 合成细胞壁、荚膜等大分子的场所d. 传递信息e. 是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位；4) 间体（mesosome）一类由细胞质膜内陷折叠形成的不规则层状、管状或囊状结构。多见于革兰氏阳性细菌。间体的功能初步认为是：a. 在横隔膜和壁的形成及细胞分裂中有一定的作用。b.参与 DNA 的复制和分离。22c.细胞呼吸作用的中心d.参与细胞内物质和能量的传递及芽孢的形成。“间体”可能是电镜制片时因脱水操作而引起的一种赝像。3. 细胞质及其内含物 细胞质（cytoplasm）是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。细胞质的主要成分为核糖体、贮藏物、多种酶类和中间代谢物、质粒、各种营养物和大分子的单体等，少数细菌还有类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等。糖原：大肠杆菌、克雷伯氏菌、芽孢杆菌和蓝细菌等碳源及能源类 聚 -羟丁酸（PHB）：固氮菌、产碱菌和肠杆菌等硫粒：紫硫细菌、丝硫细菌、贝氏硫杆菌等贮藏物 藻青素：蓝细菌氮源类 藻青蛋白：蓝细菌磷源（异染粒）：迂回螺菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌（1） 颗粒状内含物贮藏物是一类由不同化学成分累积而成的不溶性沉淀颗粒，主要功能是贮存营养物。 A 糖原（glycogen）和淀粉粒（granulose） 23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。有的细菌积累淀粉粒，用碘液染成深兰色。B 聚 羟基丁酸（poly-hydroxybutyric acid, PHB）颗粒 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。C 藻青素（cyanophycin）和藻青蛋白（phycocyanin）D异染粒（metachromatic granule） 颗粒大小为 0.51.0m，是无机偏磷酸的聚合物，一般在含磷丰富的环境下形成。功能是贮藏磷元素和能量，并可降低细胞的渗透压。E脂肪粒 F硫滴（sulfur droplet）微生物储藏物的特点及生理功能：不同微生物其储藏性内含物不同微生物合理利用营养物质的一种调节方式储藏物以多聚体的形式存在，有利于维持细胞内环境的平衡，避免不适合的 pH，渗透压等的危害。储藏物在细菌细胞中大量积累，还可以被人们利用。（2）磁小体(megnetosome)趋磁细菌细胞中含有的大小均匀、数目不等的 Fe3O4 颗粒，外有一层磷脂、蛋白或糖蛋白膜包裹。功能是导向作用，即借鞭毛游向对该菌最有利的泥、水界面微氧环境处生活。实用前景，包括生产磁性定向药物或抗体，以及制造生物传感器等24（3）羧酶体(carboxysome) 一些自养细菌细胞内的多角形或六角形内含物（4）气泡（gas vesicles） 许多光合营养型、无鞭毛运动的水生细菌中存在的充满气体的泡囊状内含物，大小为 0.21.0m75nm，内由数排柱形小空泡组成，外有 2nm 厚的蛋白质膜包裹。功能：调节细胞比重以使细胞漂浮在最适水层中获取光能、O2 和营养物质（5）载色体（Chromatophore）光和细菌进行光和作用的部位，相当于绿色植物的叶绿体（6）核糖体（ribosome）核糖体是核糖核蛋白体（ribosomes)的简称，在化学组成上含 2/3 的核糖核酸(rRNA)和 1/3 的蛋白质。原核生物含 70S 核糖体，由 30S 和 50S 两个亚单位组成。70S 50S:32 种蛋白+23S RNA+ 5S RNA30S:21 种蛋白+ 16S RNA（7）质粒（plasmid）染色体外的共价闭合环状双链小分子 DNA。 在“微生物遗传与育种”章节介绍4. 核区（nuclear region） 指原核生物所特有的无核膜结构、无固定形状的原始细胞核。（二）细菌细胞的特殊结构 鞭毛 荚膜 芽孢251. 鞭毛（flagella）某些细菌细胞表面着生的一至数十条长丝状、螺旋形的附属物，具有推动细菌运动功能，为细菌的“运动器官” 。鞭毛分为三部分：a.鞭毛丝（filament）b.鞭毛钩（hook）c.基体（basal body）或称基粒。G细菌有四个套环： L 环在外壁层，P 环在内壁层，S 环在细胞膜上部，M 环则在膜中。G细菌则只有二个套环；S 环在细胞壁中，M 环在细胞膜中。（1） 观察和判断细菌鞭毛的方法电子显微镜直接观察光学显微镜下观察：鞭毛染色和暗视野显微镜根据培养特征判断：半固体穿刺、菌落（菌苔）形态（2） 鞭毛的着生方式a. 单生 如霍乱弧菌（ Vibrio cholerae）b.丛生 如铜绿假单胞菌（ Pseudomonas aeruginosa） ，如红色螺菌（ Spirllum rubrum）c.周生 如大肠杆菌、枯草杆菌。（3）鞭毛的结构及其运动机制（4）鞭毛推动细菌运动的特点1）速度一般速度在每秒 2080m 范围，最高可达每秒 100m。2）方式细菌以推进方式做直线运动，以翻腾形式做短促转向运动。3）细菌的趋避运动26鞭毛的功能是运动，这是原核生物实现其趋性（taxis）即趋向性的最有效方式。鞭毛的趋向性（taxis 或 tactic movement） 细菌借鞭毛运动趋向有利环境的特性。细菌借鞭毛运动避开不利环境的特性称为细菌的趋避性。分为趋化性、趋光性、趋磁性、趋氧性。化学趋避运动或趋化作用（chemotaxis）：细菌对某化学物质敏感，通过运动聚集于该物质的高浓度区域或低浓度区域。光趋避运动或趋光性（phototaxis）：有的细菌能区别不同波长的光而集中在一定波长光区内。趋磁运动或趋磁性（magnetotaxis） ，趋磁细菌根据磁场方向进行分布。2. 菌毛（fimbria）菌毛又叫纤毛、散毛、伞毛、线毛或须毛等。菌毛是一类生长在菌体表面的纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质附着物，具有使菌体附着于物体表面的功能。每个细菌约有 250300 条菌毛。有菌毛的细菌一般以革兰氏阴性致病菌居多，借助菌毛可把它们牢固地粘附于宿主的呼吸道、消化道、泌尿生殖道等的粘膜上，进一步定植和致病。3. 性毛（pilus）构造和成分与菌毛相同，但比菌毛长，数量仅一至少数几根。性毛一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌株（即供体菌）中，其功能是向雌性菌株（即受体菌）传递遗传物质。有的性毛还是 RNA 噬菌体的特异性吸附受体。4. 荚膜（capsule）某些细菌在一定的条件下在菌体细胞壁表面形成一层松散透明的粘液物质。粘液物质具有一定外形并相对稳定地附着于细胞壁外，称为荚膜。 27微荚膜（Microcapsule）大荚膜（Macrocapsule）粘液层（slime layer）菌胶团(zoogloea)光滑型（S-型）菌落粗糙型（R-型）菌落荚膜的主要生理功能有：a. 保护菌体b. 贮藏养料c. 堆积某些代谢产物d. 粘附物体表面表 不同细菌荚膜的化学组成菌名 组成 分解产物G细菌巨大芽孢杆菌炭疽芽孢杆菌肠膜明串珠菌多肽、多糖多肽（聚谷氨酸）多糖（葡萄糖）D-谷氨酸、氨基酸D-谷氨酸葡萄糖G细菌荚膜醋酸杆菌大肠杆菌痢疾志贺氏菌多糖多糖多糖-多肽-磷酸复合物葡萄糖半乳糖、葡萄糖醛酸特点：（1）主要成分是多糖、多肽或蛋白质，尤以多糖居多。经特殊的荚膜染色，特别是负染色（又称背景染色）后可在光学显微镜清楚地观察到它的存在。（2）产生荚膜是微生物的一种遗传特性，其菌落特征及血清学反应是是细菌分类鉴定28的指标之一。（3）荚膜等并非细胞生活的必要结构，但它对细菌在环境中的生存有利。（4）细菌荚膜与人类的科学研究和生产实践有密切的关系。5. 芽孢（spore） 细菌在生长发育的后期，在细胞内形成一个圆形、椭圆形或圆柱形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的、高度折光的休眠体，称为芽孢。产生芽孢的细菌大多为杆菌：好氧性芽孢杆菌属（ Bacillus）厌氧性梭状芽孢杆菌属（ Clostridium）微好氧性芽孢乳杆菌属（ Sporolactobacillus）芽孢八叠球菌属( Sporosarcina)等1）芽孢的结构及特性a. 孢外壁（exosporium）b. 芽孢衣（spore coat）c. 皮层（cortex） 含有芽孢肽聚糖, 2，6-吡啶二羧酸（DPA）d 核心（core） 由芽孢壁、芽孢膜、芽孢质和核区四部分构成。2）细菌芽孢的特点整个生物界中抗逆性最强的生命体，是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标。芽孢是细菌的休眠体，在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞；产芽孢细菌的保藏多用其芽孢。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。芽孢与营养细胞相比化学组成存在较大差异，容易在光学显微镜下观察。 （相差显29微镜直接观察；芽孢染色）3）芽孢的形成与芽孢的萌发过程芽孢形成（sporulation,