第一章 微生物形态与结构(3).ppt

2 细菌的特殊结构 1 糖被 glycocalyx 包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的透明粘液性胶状物质 称为糖被 糖被按其有无固定层次 层次厚薄又可分为荚膜 capsule或macrocapsule 微荚膜 microcapsule 粘液层 slimelayer 和菌胶团 zoogloea 糖被 glycocalyx 荚膜 粘液层 菌胶团 三 细胞的结构 荚膜 capsule 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 碳素墨水进行负染色 背景染色 后 在光学显微镜下荚膜和菌体呈现一个个透明小区 荚膜化学组成 荚膜的功能 荚膜不是细菌必要的细胞结构 但有以下作用 保护作用 贮藏养料 作为碳源和能源被细菌利用 表面附着作用 堆积某些代谢废物 荚膜是某些致病菌的毒力因子 与致病力有关 如有荚膜的S 型肺炎链球菌毒力强 失去荚膜后致病力降低 荚膜为主要表面抗原 具有特异的抗原性 荚膜的应用 野油菜黄单胞菌 Xanthomonascampestris 的粘液层提取胞外杂多糖 黄原胶 xanthan 作为食品较理想的增稠剂 应用在石油钻井 印染 污水处理等 肠膜明串珠菌将蔗糖合成荚膜物质 葡聚糖提取葡聚糖用于生产右旋糖酐 作为代血浆的主要成分 亦用于生产葡聚糖生化试剂 荚膜的危害 肠膜明串珠菌是制糖工业的有害菌 常在糖液中繁殖 使糖液变得黏稠而难以过滤 因而降低了糖的产量 产荚膜细菌的污染 还可造成面包 牛奶和酒类及饮料等食品的黏性变质 三 细胞的结构 2 鞭毛 flagellum 复flagella 1 概念 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 2 鞭毛 flagellum 复flagella 观察和判断细菌鞭毛的方法 电子显微镜直接观察 鞭毛长度 15 20 m 直径 0 01 0 02 m 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 鞭毛的化学组成 分子量为1 5 4 0 104u的鞭毛蛋白组成鞭毛蛋白组成 含有少量的糖类和脂类 还有 N 甲基赖氨酸等特殊的氨基酸 鞭毛蛋白的氨基酸组成与动物的肌动蛋白相似 这可能与鞭毛的运动性有关 鞭毛蛋白是一种良好的抗原物质 H抗原 鞭毛的结构 鞭毛的结构 鞭毛的生长方式是在其顶部延伸 鞭毛的结构 鞭毛的类型 根据鞭毛着生方式分为三个主要类型 单生鞭毛如霍乱弧菌 鼠咬热螺旋体 丛生鞭毛如荧光假单胞菌 铜绿假单胞菌 红色螺旋菌 周生鞭毛大肠杆菌 伤寒沙门氏菌 产碱杆菌 枯草芽孢杆菌等 鞭毛的有无和着生方式具有十分重要的分类学意义 单端鞭毛 端生丛毛 两端生鞭毛 周生鞭毛 鞭毛的功能 鞭毛的功能是运动 这是原核生物实现趋性的最有效方式 根据引起趋性环境因子的种类 分为趋向性 趋避性 趋化性 趋光性 趋磁性和趋氧性 磁性水生螺旋菌 Aqu magnetotacticum 具有趋磁性 沿地球磁场方向运动 鞭毛推动细菌运动的特点 速度 一般速度在每秒20 80 m范围 最高可达每秒100 m 如铜绿假单胞菌每秒可移动55 8 m 体长的20 30倍 细菌的运动通过鞭毛丝的高速旋转而实现 其运动所需能量由细胞膜中呼吸链供给 3 菌毛 fimbria 复数fimbriae 长在细菌体表纤细 中空 数量较多的蛋白质类附属物 3 菌毛 fimbria 菌毛的结构较鞭毛简单 无基体等复杂构造 着生于细胞膜上 直径一般为3 10nm 由许多菌毛蛋白亚基围绕中心作螺旋状排列 呈中空管状 许多G 细菌 少数G 细菌和部分球菌的菌体上着生菌毛 每菌一般有250 300根菌毛 菌毛的功能 菌体附着于物体表面有菌毛者尤以G 致病菌居多 菌毛黏附作用与致病力有关 此类菌失去菌毛 同时也失去致病力 参见P60 每个细菌约有250 300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 4 性毛 pili 单数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 pilus 复数pili 性毛一般存在于革兰氏阴性细菌的雄性菌株 即供体菌 中 功能是向雌性菌株 即受体菌 传递遗传物质 性毛性菌毛由质粒携带的一种致育因子 fertilityfactor 的基因编码 有的性菌毛还是RNA噬菌体特异性的吸附受体 5 芽孢 概念 某些细菌在其生长发育后期 在细胞内形成一个圆形或椭圆形 厚壁 含水量极低 抗逆性极强的休眠体 称为芽孢 endospore或spore 偶译 内生孢子 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 常规加压蒸汽灭菌的条件 121 15min以上115 30min以上 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球菌 芽孢的有无 形态 大小和着生位置是细菌分类和鉴定的重要指标 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 相差显微镜直接观察 芽孢染色 芽孢的类型 芽孢可分以下三种类型 中央芽孢 如枯草芽孢杆菌 丙酮丁醇梭菌 近端芽孢 如肉毒梭菌 顶端芽孢 如己酸乙酯菌 如破伤风梭菌 芽孢的形状 大小和在菌体内的位置因菌种不同而异 是细菌分类鉴定的依据之一 2 芽孢的构造与化学组成及其特点 b 芽孢的化学组成的重要特点 含有芽孢特有的2 6 吡啶二羧酸 DPA 它以钙盐 DPA Ca 的形式存在于芽孢皮层 占芽孢干重5 15 和芽孢质中 含有大量的芽孢特有的芽孢肽聚糖 存在于芽孢皮层中 不含磷壁酸 b 芽孢的化学组成的重要特点 芽孢核心的含水量极低 平均为40 而营养细胞含水约80 芽孢中酶的相对分子质量较营养细胞的正常酶要小 相对分子质量低的蛋白质由于其分子中键的作用较强而更具有稳定性与耐热性 芽孢衣的厚度约3nm 层次很多 3 15层 主要含疏水性的角蛋白及少量磷脂蛋白 皮层的渗透压高达2 0MPa左右 芽孢形成 sporulation 芽孢的形成过程分为7个阶段 轴丝形成 双层横隔壁形成 前芽孢形成 皮层形成 芽孢衣形成 芽孢成熟 芽孢释放 芽孢的萌发 germination 萌发过程分活化 发芽和生长三个阶段 活化 发芽和生长 芽孢与母细胞相比化学组成 细微结构 生理功能等都完全不同 芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差 皮层的离子强度很高 产生极高的渗透压夺取芽孢核心的水分 结果造成皮层的充分膨胀 核心部分的细胞质却变得高度失水 因此 具极强的耐热性 5 芽孢的耐热性与抗不良环境因素 5 芽孢的耐热性与抗不良环境因素 芽孢耐热机制 渗透调节皮层膨胀学说 该学说认为 芽孢衣对多价阳离子和水分的透性差 皮层离子强度高 从而使皮层有极高的渗透压 能够夺取核心部分的水分 引起皮层充分膨胀 芽孢耐热机制 另一种学说 芽孢形成过程中产生的大量DPA与Ca2 螫合使芽孢中的生物大分子形成稳定的耐热性凝胶 芽孢形成过程中 随着DPA的形成而具耐热性 当芽孢萌发时DPA释放到培养基 耐热性随之丧失 但研究发现 有些芽孢不含DPA Ca的复合物仍具有耐热性 研究细菌芽孢的意义 芽孢的有无 形状和着生位置等是细菌分类 鉴定中一项重要的形态学指标 芽孢是最好的种的保存形式 有利于对这类菌种的筛选和长期保藏 由于芽孢具有很强的耐热性 故对食品 医药或物品的消毒灭菌以能否杀灭一些代表菌的芽孢作为主要指标 在罐头食品生产中 对鲜肉中的肉毒梭菌要求肉类罐头必须在121 维持20min以上或115 30 40min灭菌 在发酵工业或实验室中 常以能否杀死耐热性最强的嗜热脂肪芽孢杆菌 Bacillusstearothermophilus 的芽孢为灭菌标准 此菌的芽孢在121 12min才能杀灭 由此规定湿热灭菌要在121 维持15 30min才能保证培养基或物品的彻底灭菌 伴孢晶体 parasporalcrystal 少数芽孢杆菌 例如苏云金芽孢杆菌 Bacillusthuringiensis 在其形成芽孢的同时 会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体 内毒素 称为伴孢晶体 特点 不溶于水 对蛋白酶类不敏感 容易溶于碱性溶剂 伴孢晶体 parasporalcrystal 三 细菌的繁殖方式 四 细菌的培养特征 1 细菌的菌落特征菌落 colony 克隆 clone 挑取单个菌落是一种常用的菌株分离纯化手段 菌落特征对细菌的分类 鉴定有重要意义 菌落主要用于微生物的分离 纯化 鉴定 计数等研究和选种 育种等实际工作中 2 细菌的斜面培养特征 将菌