食品微生物学课件.ppt

2020/6/14,第三章原核微生物的形态、结构与功能,1、细菌2、古细菌3、放线菌4、蓝细菌5、其他原核微生物6、原核生物的分类和鉴定,6/14/2020,细菌：一类细胞细而短，结构简单，具有坚韧细胞壁，以二分裂方式繁殖，水生性较强的单细胞原核微生物。多分布在温暖、潮湿和富含有机质的地方。是食品理论、工业发酵和酿造研究的主要对象，也是导致食品腐败变质的主要类群。,6/14/2020,原核细胞,真核细胞,原核细胞和真核细胞的区别,6/14/2020,一、细菌（一）细菌的个体形态,细菌的三种基本形态:球状、杆状和螺旋状,6/14/2020,1、球菌,6/14/2020,6/14/2020,2.杆菌,6/14/2020,杆菌细胞两端的形态特征,6/14/2020,3、螺旋菌(Spirilla)螺旋状的细菌称为螺旋菌。根据螺旋的环数，a、弧菌(Vibrio)：螺旋数1周；b、螺菌(Spirillum)：螺旋数16周；c、螺旋体(Spirochaeta)：螺旋数6周。,6/14/2020,6/14/2020,4、细菌的特殊形态,6/14/2020,影响细菌形态的因素：培养时间、培养温度、培养基成分、浓度、pH值等环境条件对细菌形态都有明显的影响.幼龄阶段和生长条件适宜时，细菌形态正常、整齐，表现出特定的形态。老龄阶段的培养物中，或不正常的条件下，细胞常出现不正常形态。若将它们转移到新鲜培养基中或适宜的培养条件下又可恢复原来的形态。,6/14/2020,（二）细菌的个体大小,微米,6/14/2020,三、细菌的细胞结构与功能,一般构造（任何细菌都有的）：细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体；特殊构造（只限于某些种类细菌才有）：鞭毛、菌毛、荚膜、芽孢等。,6/14/2020,细菌细胞结构,6/14/2020,（一）细菌细胞的基本结构,1、细胞壁(Cellwall）细胞壁是位于细胞最外层的一层厚实、坚韧的外被，主要由肽聚糖构成。约占细胞干重的10%25%.在一般光学显微镜下不易观察到，可通过特殊染色、质壁分离等方法处理后再用光学显微镜观察或用电镜观察。,6/14/2020,（1）细胞壁的主要结构及化学组成肽聚糖,细菌细胞壁的结构与真核生物细胞壁显著不同，其主要化学成分是肽聚糖。肽聚糖是由聚糖骨架、四肽侧链和交联桥组成（革兰氏阴性细菌的肽聚糖无交联桥）。,聚糖骨架是由两种氨基糖即N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸交替间隔排列，经1，4糖苷键联接而成的。,四肽侧链连接在胞壁酸上，其氨基酸依次为L-丙氨酸、D-谷氨酸、L-赖氨酸、D-丙氨酸。,第三位的L赖氨酸通过五个甘氨酸组成的交联桥联结到相邻聚糖骨架四肽侧链第四位的D-丙氨酸上，构成坚韧的三维立体网状结构。,6/14/2020,双糖单位,短肽“尾”,肽“桥”,N-乙酰胞壁酸N-乙酰葡萄糖胺,6/14/2020,细菌细胞壁的结构：细胞壁的基本骨架肽聚糖肽聚糖：是由N乙酰胞壁酸（NAM）和N乙酰葡糖胺（NAG）以及少数氨基酸短肽链组成的亚单位聚合而成的大分子复合体。肽聚糖单体：是由NAG、NAM、肽尾、肽桥构成。,细胞壁的化学组成与结构,6/14/2020,肽聚糖网格状结构,细胞壁的基本骨架肽聚糖,6/14/2020,细菌细胞壁的结构,革兰氏阳性菌细胞壁：由肽聚糖和磷壁酸组成,6/14/2020,G+菌的特有组成磷壁酸（是多聚磷酸甘油或多聚磷酸核醇的衍生物）带有负电荷，可以吸收环境中的Mg2+等阳离子，提高其浓度，从而保证合成酶的活性；赋予G+以特异的表面抗原；调节胞内自溶素活力，防止细胞自溶死亡；提供某些噬菌体以特异的吸附受体。保证G+致病菌与宿主之间的粘连。,6/14/2020,G-菌的特有组成脂多糖LPS（最外层的一层较厚的类脂多糖类物质，由类脂A、核心多糖和O-特异侧链）类脂A是G-致病物质内毒素的物质基础；其负电荷较强，故与磷壁酸相似，吸附Mg2+Ca2+；其结构的多变决定了G-表面抗原决定簇的多样性；提供某些噬菌体以特异的吸附受体。具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能,6/14/2020,细菌细胞壁的结构,革兰氏阴性菌细胞壁：分内壁层和外壁层。,6/14/2020,革兰氏阴性菌的肽聚糖,含量占细胞壁的10%，一般由12层网状分子构成，在细胞壁上的厚度仅为23nm。其结构单体与革兰氏阳性细菌基本相同，差别仅在于肽尾的第3个氨基酸为内消旋二氨基庚二酸（m-DAP）；没有特殊的肽桥，其前后两个单体间的联系仅由甲肽尾的第4个氨基酸D-丙氨酸的羧基与乙肽尾第3氨基酸m-二氨基庚二酸直接连接而成。,6/14/2020,阳性菌,阴性菌,革兰氏染色法,6/14/2020,革兰氏染色的原理,6/14/2020,革兰氏染色原理：第一步：结晶紫使菌体着上紫色第二步：碘和结晶紫形成大分子复合物，分子大，能被细胞壁阻留在细胞内。第三步：酒精脱色，细胞壁成分和构造不同，出现不同的反应。G+菌：细胞壁厚，肽聚糖含量高，交联度大，当乙醇脱色时，肽聚糖因脱水而孔径缩小，故结晶紫-碘复合物被阻留在细胞内，细胞不能被酒精脱色，仍呈紫色。G菌：肽聚糖层薄，交联松散，乙醇脱色不能使其结构收缩，因其含脂量高,乙醇将脂溶解，缝隙加大，结晶紫-碘复合物溶出细胞壁，酒精将细胞脱色，细胞无色，沙黄复染后呈红色。,6/14/2020,第四步:复染.使已经脱色的阴性细菌细胞重新着色便于观察,而阳性细菌由于紫色的没有溶出而仍然呈现紫色，阴性细菌染上复染液的颜色。第五步：镜检观察。,6/14/2020,革兰氏阳性菌与革兰氏阴性细菌细胞壁结构,革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌细胞壁的构造比较,6/14/2020,6/14/2020,（2）细胞壁的功能：A、保护菌体，固定细胞外形和提高机械强度；B、为细胞生长、分裂和鞭毛运动所必需；C、阻拦大分子有害物质进入细胞；D、与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性有关。,6/14/2020,（3）、细胞壁缺损的或无细胞壁的细菌,原生质体：指在人工条件下用溶菌酶除尽原有细胞壁或用青霉素抑制细胞壁的合成后，所留下的仅由细胞膜包裹着的脆弱细胞，一般由革兰氏阳性菌形成。球状体或原生质球：指还残留着部分细胞壁的原生质体，一般由革兰氏阴性菌形成；L型细菌：狭义上讲，专指在实验室中通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷菌株。支原体：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。,6/14/2020,2、细胞膜(cellmembrane),细胞膜，又称细胞质膜或质膜，是紧贴在细胞壁内侧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。主要成分为60-70%的蛋白质、20-30%的脂类和约2%的多糖。细胞膜所含的脂类均为磷脂。通过质壁分离、选择性染色、原生质体破裂或电子显微镜观察等方法，可以证明细胞膜的存在。,6/14/2020,功能：对细胞内外物质交换起选择性屏障作用，控制营养物质和代谢产物进出细胞；进行氧化磷酸化或光合磷酸化，参与细胞的呼吸过程，与能量的产生、储存和利用有关；是细胞的代谢中心，含有与合成代谢有关的酶系，与细胞壁的合成有关。传递信息，从而引起一系列的代谢变化。是鞭毛基体的着生部位。,6/14/2020,细胞膜结构模式图,6/14/2020,3、间体(mesosome)：又叫中间体，细胞膜内褶形成的一种管状、层状或囊状的结构，一般位于细胞分裂部位或其附近，其功能可能与DNA的复制和分离、酶和其他蛋白质的分泌、以及细胞分裂时的横隔形成及芽孢的形成有关。在革兰氏阳性菌中，间体较为明显。,6/14/2020,4、核区(nuclearregion),细菌的核比较原始，无核膜和核仁，在核区中充满深度卷曲、折叠的DNA双螺旋细丝。故称为核质、类核、拟核等。在正常情况下，一个菌体内只有一个核，多集中于菌体中央。处于分裂活泼的细菌，由于DNA复制先于细胞分裂，一个细胞内可见24个核。细菌的核可看成一条染色体，是储存和传递遗传物质的基础。,6/14/2020,5、质粒在细菌的类核外，有一个或几个小形、共价、闭合环状的DNA分子，是染色体以外的遗传物质。可分散在细胞质中，也可附加在染色体上。质粒DNA分子携带某些获得特殊性状的基因，并可通过接合或转导传递给另一个细菌，也能携带染色体DNA的片段一起转移。因此，质粒成为基因工程中被广泛采用的载体。,6/14/2020,质粒的主要特征：可自我复制和稳定遗传；为非必要的遗传物质，通常只控制生物的次要性状。可转移；可整合；可重组；可消除。,6/14/2020,6、核糖体(ribosome)分散存在于细菌细胞质中的70S的亚微颗粒，是细胞合成蛋白质的部位。原核通常以游离的状态分布在细胞质中，而真核（0S）可以结合在内质网、线粒体、叶绿体或细胞质中。7、细胞质及其内含物澡青素、磁小体、羧酶体、贮藏物（聚-羟丁酸PHB、多糖类贮藏物、异染颗粒）,6/14/2020,（二）细菌细胞的特殊结构,不是一切细菌都具有的细胞构造，称特殊构造，包括荚膜、鞭毛、菌毛和芽孢等。,6/14/2020,1、鞭毛(flegellum),鞭毛：从菌体内鞭毛基粒上长出一条细长呈波状的丝状体，穿过细胞壁伸出体外，称为鞭毛。数目：一至数十根功能：具有运动的功能。,6/14/2020,鞭毛的结构：鞭毛由鞭毛基体、鞭毛钩（钩状体）和鞭毛丝（丝状体）等三部分组成。,6/14/2020,鞭毛的分类：根据鞭毛的数目及其排列方式，可将鞭毛分成五类：单生鞭毛、两端单生鞭毛、丛生鞭毛、两端丛生鞭毛、周生鞭毛。,三类：单生、丛生、周生,6/14/2020,鞭毛的化学组成：蛋白质和矿物质的总蛋白质（鞭毛蛋白）约占干重的99%，而糖类、脂类和约为1%。,存在：在各类细菌中。弧菌、螺菌和假单胞菌类普遍都长有鞭毛；在杆菌中，有的有鞭毛，有的没有；而在球状的细菌中，则仅有个别属（动物性球菌属）的细菌才有鞭毛。,6/14/2020,特点：鞭毛具有很高的运动速度，一般每秒可移20-80m，例如铜绿假单胞菌每秒可移动55.8m，是其体长的20-30倍,鞭毛在实践中的意义是作为菌种分类鉴定的重要指标。,6/14/2020,鞭毛有无的证明：,最直接证明某一细菌是否具有鞭毛的方法是用电子显微镜观察，在光学显微镜下，需采用特殊的鞭毛染色法染色才能观察到；另外，在暗视野显微镜中，对水浸片或悬滴标本，可根据菌体是否运动来判断鞭毛的存在与否。,6/14/2020,在半固体（含0.30.4%琼脂）直立柱中穿刺接种某一细菌，经培养后，如果在其穿刺线周围有呈混浊的扩散区，说明该菌具有运动能力，即可推测其存在鞭毛，反之则无鞭毛；,在下述两种情况下，可凭肉眼观察来初步判断鞭毛是否存在：,6/14/2020,根据某菌在平板培养基上的菌落形态也可判断该菌是否存在鞭毛，一般地说，如果某菌产生的菌落形状大而薄且不规则，边缘极不平整，说明该菌具有运动能力，反之，如果菌落十分圆整、边缘光滑、相对较厚，则说明它是没有鞭毛的。,6/14/2020,2、菌毛（纤毛fimbria）：是长在细菌体表的一种纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质附属物，在革兰氏阴性细菌中较为常见。其结构较鞭毛简单。功能：使细菌较牢固地粘连在物体表面上。多为致病菌。,6/14/2020,3、性毛(pilus):性菌毛，接合性毛，比菌毛稍长，只有1-4根，其功能是在不同性别的菌株间传递DNA片段，有的性菌毛还是RNA噬菌体的吸附受体。多见于G-的雄性菌株上。,6/14/2020,4、糖被（glycocalyx)：在某些细菌细胞壁外存在着一层厚度不定的松散透明的粘液胶状物质，称为糖被。根据其厚度的不同，常有不同的名称，如微荚膜（荚膜很薄）、荚膜或粘液层（未固定、厚、无明显边缘），如果细菌荚膜连在一起，其中包含有许多细菌叫菌胶团。荚膜厚度一般为200nm。,6/14/2020,糖被,6/14/2020,糖被的主要成分因菌种而异，主要有水分(90%)、多糖与多肽或蛋白质的聚合物，尤以多糖居多。,6/14/2020,糖被的功能：保护作用：保护细菌免受干燥的影响，保护不受其它细菌吞噬作用；具糖被的致病菌毒力强，失去荚膜的致病力下降；提供养料和堆积代谢废物的作用；附着作用；鉴定细菌依据之一，S-型菌落和R-型菌落。,6/14/2020,菌落特征：产糖被的细菌，在琼脂培养基上形成的菌落表面湿润、粘稠透明状，边缘光滑(smooth,S-型)；不产生糖被的细菌，菌落表面干燥、粗糙（rough,R-型)。,6/14/2020,细菌的糖被与生产实践有较密切的关系：如从糖被中提取葡聚糖以制备代血浆或葡聚糖凝胶试剂；提取胞外多糖黄杆胶的生产（用于石油开采中的钻井液添加剂，印染、食品等工业）；用产菌胶团的细菌进行污水处理。,6/14/2020,荚膜的特点,6/14/2020,5、芽孢（spore)：,某些细菌在其生长发育后期，可在细胞内形成一个圆形或椭圆形、高度折光、壁厚、含水量低的抗逆性休眠体，称为芽孢。,6/14/2020,（1）芽孢的形状、大小和位置：芽孢呈圆形或椭圆形和短圆柱形，折光性强，壁厚，不易着色，需用强染色剂和加热染色。芽孢的大小及在菌体中的位置随菌种而异，有的比菌体小，有的比菌体大。芽孢的形状、大小和位置对菌种鉴定具有重要的意义。,6/14/2020,能产生芽孢的细菌种类不多，主要是G+、芽孢杆菌科的两个属，即好氧性的芽孢杆菌属和厌氧性的梭菌属。球菌中只有极个别的属芽孢八叠球菌属才形成芽孢。在典型的螺旋菌中，还未发现有产芽孢的代表。,6/14/2020,（2）芽孢的构造芽孢的特有组分为芽孢壁（芽孢肽聚糖）、耐热酶和吡啶-2，6-二羧酸（DPA）。芽孢肽聚糖的特点：呈纤维束状、交联度小、负电荷强、可被溶菌酶水解。,6/14/2020,A、核心是原生质部分，包括芽孢壁、芽胞膜、芽孢质和芽孢核、含DNA、核糖体和酶类；B、皮层是最厚的一层，在芽孢的形成过程中产生的一种高度抗热性物质2，6-吡啶二羧酸，含大量芽孢肽聚糖；C、芽孢壳即芽孢壁和芽孢衣，是一种类似角质蛋白的蛋白质，非常致密，无通透性，可抵抗化学物质的侵入。,6/14/2020,（3）芽孢的形成：产芽孢的细菌当其环境中营养缺乏及有害代谢产物累积时，就开始形成芽孢。,6/14/2020,从形态上来看，芽孢形成可分七个阶段：轴丝形成（束状染色质形成）；隔膜形成（细胞膜内陷，细胞发生不对称分裂，其中小体积部分即为前芽孢）；前芽孢形成(双层隔壁形成，此时抗辐射性提高)；皮层形成（在上述两层隔壁间充填芽孢肽聚糖，合成DPA，累积钙离子，开始形成皮层，折光率增高）；芽胞衣形成；芽胞的成熟（皮层合成完成，芽孢成熟，抗热性出现）；芽胞的释放（芽孢囊裂解，芽孢游离）。,6/14/2020,（4）芽孢的萌发：由休眠状态变成营养状态的细菌的过程，称为芽孢的萌发。萌发的过程主要分活化、出芽和生长三个阶段。活化作用可由短期加热或用低pH、还原剂的处理而引起。,伴孢晶体（生物杀虫剂、对人无害）：某些芽孢杆菌如苏云金芽孢杆菌在形成芽孢的同时，还可在细胞内形成一个呈菱形、方形或不规则的碱溶性蛋白晶体。,6/14/2020,（5）芽孢的抗性原理：,6/14/2020,芽孢含水量少，且多为束缚水，因此，蛋白质受热不易变性；其次含脂类和类脂类比营养细胞多，各种酶的含量比营养细胞少。芽孢具有多层厚而致密的包膜，特别是芽孢壳无通透性，有保护作用，能阻止水分和化学药物渗入，抗辐射。芽孢形成时能合成一些特殊的酶，这些酶比营养体中的酶具有更大的耐热性.芽孢中含有大量的吡啶2，6-二羧酸，该物质使其耐热增性强。,6/14/2020,（6）对芽孢深入研究的理论与实践意义：A、芽孢的有无可作为菌种鉴定的重要的形态学指标；B、芽孢的存在有利于对菌种的保藏；C、可作为衡量消毒灭菌措施的主要指标。如肉类罐头，以肉毒梭菌为指标，121维持20分钟以上；外科器材，以破伤风梭菌和产气荚膜梭菌为指标，121维持10分钟或115维持30分钟；在实验室或在发酵工业中，以嗜热脂肪芽孢杆菌为标准，