2.微生物的形态和分类

1、（原核核微生物的形态和结构）第二章 食品微生物的形态与结构第一节 概 论一 原核微生物与真核微生物二、微生物的分类 原核微生物 真核微生物核膜+核仁+DNA1条，不与RNA和组蛋白结合1条至数条，与RNA和组蛋白结合核糖体70S，在细胞质中80S，细胞质中70S，某些细胞器中细胞器线粒体，叶绿体，高尔基体，内质网中间体+一、原核微生物与真核微生物的区别 原核微生物 真核微生物细胞膜甾醇（除支原体外）+呼吸链位置细胞膜中间体线粒体细胞壁组成肽聚糖或脂多糖几丁质，多聚糖或寡糖基因重组接合、转导、转化有性过程细胞分裂二分裂有丝分裂、减数分裂运动器官较细的鞭毛（中空管）较粗的鞭毛（9+2结构）或纤毛真

2、核微生物细胞模式图原核微生物细胞模式图二、微生物的分类微生物分类学是一门按微生物类群的亲缘关系把它们安排成条理清楚的各种分类单元或分类群（Taxon）的科学分类学的任务分类（Classification）：是指根据相似性或亲缘关系，将一个有机体放在一个单元中命名（Nomenclature）：是按照国际命名法规给予有机体一个科学的名称鉴定（Identification）：是指确定一个新分离物是否归属于某个已命名的分类单元的过程。(一)微生物的分类单位及命名1. 微生物的分类单位界（Kingdom）门（Phylum or Division）纲（Class）目（Order）科（Family）属（Ge

3、nus）种（Species）种是最基本的分类单位。但分类单元之间科加入亚门、亚纲、亚目、亚科等次要分类单位。种以下又可分为亚种、变种、型、菌株等微生物种的概念：种(Species) 凡是于典型培养菌紧密相同的其他培养菌同统一起来，区分为细菌的一个种（），即是以某个“典型菌株”为代表、十分类似的菌株的总称。1987年，国际细菌分类委员会颁布，DNA同源 70%，而且其Tm5oC的菌群为一个种亚种（Subspecies)在种内，有些菌株在遗传学上关系密切，而且在表型上仅存在较小的某些差异，在种内分成2个或2个以上的分类单位，即为亚种亚种以下 生物变型表示特殊的生化或生理特征 血清变型表示抗原结构不

4、同 致病变型表示某些寄主的专一致病性 噬菌变型表示对噬菌体的特异性反应 形态变型表示特殊的形态特征2 微生物命名法微生物的命名按国际命名法命名，即所创立的“双名法”每一种微生物都用属与种命名，由2个拉丁词或希腊词或拉丁化了的其他文字组成。属名和种名用斜体表达属名在前，用拉丁名词表示微生物的构造、形态、某科学家名字等，描述微生物的主要特征。第一字母大写种名在后，第一字母小写。用拉丁形容词表示，描述微生物的色素、形状、来源、病名、地名、某科学家的名字等等在种名后，附上命名者的姓和命名年份如命名对象是新种，需在种名后加n.sp (即novo species)如仅泛指某一属的微生物，或某属微生物内的某

5、些种，则在属名后用sp.（单数时）或spp.（复数时）如需表示变种，则在变种学名前加var., 变种学名命名原则与种名的命名同(二) 生物分类学的发展概况1753年，林奈 两界系统1866年，Haeckel 三界系统1938年，Copeland 四界系统1969年，Whittakder 五界系统近年来，陈世骧 六界系统(三) 微生物的分类方法细胞组分水平蛋白质水平分子生物学水平数值分类法经典分类方法现代分类方法1 经典分类鉴定法营养要求（碳源，氮源，生长因子）；代谢产物（种 类，产量，显色反应等）；酶（产酶种类，反应特性等）形态特征： 个体；群体生理生化特征：生态学特征：生长温度，对氧需要，酸

6、碱要求，宿主种类生活史特点血清学反应噬菌体的敏感性其他2 现代分类鉴定方法DNA碱基比例的测定细菌含量变化范围在25%75%，放线菌在37% 51%。2 种之间差异超过10%，肯定不是同一个种核酸分子杂交测定杂合的百分数，如同一种，应为100% DNA-rRNA杂交和16SrRNA寡核苷酸的序列分析分析后作出相似性图，关系近的集中到一起，关系远的在图上占据不同的位置（1）分子生物学分类方法（2） 化学分类法（Chemotaxonomy） 根据微生物细胞的特征性化学组成分对微生物进行的分类方法细菌细胞化学组分在分类上的应用（3） 数值法分类法数值分类法又称阿得逊氏法（Adansonian cla

7、ssification) 以两两菌株的形态、生理生化特征，对环境的反应和忍受性及生态特征为依据由计算机计算两者之间的总近似值，列出相似值矩阵，将相似度高的菌株列在一起，然后将矩阵图转换成树状谱（Dendrogram)(见下一张）第二节 细菌（Bacteria)一、菌体形态二、菌体大小三、细菌细胞的构造四、细菌的繁殖和菌落的形成五、细菌的分类六、食品中常见的细菌1 球形菌一、菌体形态(Bacterial form)自上而下： 双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌肺炎球菌链球菌2 杆形菌（bacillus） 蜡状芽孢杆菌 梭状芽孢杆菌 伤风梭菌3 螺旋菌（spirilla）弧菌（vibri

8、o)：螺旋周数不足一圈细菌螺菌（spirillum)：26圈小型、坚硬的螺旋状细螺旋体（spirochaeta)：螺旋周数超6周，体长柔软弧菌鞭毛偏端生，螺菌鞭毛两端生梅毒密螺旋体 霍乱弧菌迂回螺菌细菌的特殊形态E.Coli长2m，宽0.5m1500个相当一粒芝麻长 Streptococcus lactis 0.51 Staphylococcus aureus 0.81Escherichia coli 0.5 x (13)Proteus vulgaris (0.51) x (13)Bacillus subtilis (0.81.2) x (1.23) Vibrio cholerae (0.30

9、.6) x (13) Spirillum volutans (1.52) x (1020)二、菌体大小（宽x长，常用单位m）影响测量因素： 个体差异 干燥、固定使菌缩短 染色方法不同大小不同 菌龄不同 环境条件，如：渗透压细菌测量方法：显微镜测微尺显微照相后根据放大倍数进行测算测量方法：测微尺长度单位：微米表示方法： 球菌：直径 杆菌：长*宽 螺菌：长、宽三、细菌细胞构造夹膜(Capsule)鞭毛(Flagella)纤毛(Pili)芽孢(Spore)胞囊(Cyst)基本构造特殊构造细菌细胞构造模式图细胞壁(Cell wall)细胞膜(Cell membrane)原核 (Cell nucleus

10、)细胞质(Cytoplasm)（一）细菌细胞壁和革兰氏显色反应1 cell wall一层包围在细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧、略具弹性的结构，占细胞干重的10%25%2 功能1）固定细胞外形2）协助鞭毛运动3）保护细胞免受外力的损伤4）为细胞生长、分裂、运动必需5）阻碍抗生素、蛋白酶等大分子进入 6）与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性密切相关革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌3 细胞壁的结构特征GG+强度疏松坚韧厚度薄，510nm厚，2080nm肽聚糖层数少，13层多，多达50层肽聚糖含量少（1020）高（5090）磷壁酸外膜类脂质含量较高一般无蛋白质含量较高无 革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁

11、构造上的比较 G与G肽在细胞壁结构上的显著差异，导致这两类菌在染色反应、抗原性、毒性以及对溶菌酶和某些抗生素的敏感性等等方面，都有很大的不同。双糖单位：NAG和NAM以 1，4糖苷键连接。 溶菌酶水解此位点.四肽尾或四肽侧链：四个L型与D型交替连接。 L-Ala D-Glu L-Lys D-Ala肽桥：Gly五肽连接两个四肽尾。细菌肽聚糖100多种，主要是肽桥有变化。双糖单位中的-1,4-糖苷键很容易被溶菌酶所水解，从而引起细菌因肽聚糖细胞壁的“散架”而死亡。（1）肽聚糖G与G肽聚糖的差别： 四肽尾第三个氨基酸为内消旋二氨基庚二酸（m-DAP） 没有特殊肽桥，两单体连接前一四肽尾的第四个氨基酸

12、D-Ala羧基与后一个四肽尾第三氨基酸m-DAP氨基直接连接 G肽聚糖膜磷壁酸：跨越肽聚糖层与CM交联。含量与培养条件关系不大。又叫脂磷壁酸。可用45%热酚水提取，也可用热水从脱脂的冻干细菌中提取。化学上可分为两种： 甘油磷酸 核糖醇磷酸。壁磷壁酸：与肽聚糖共价结合，含量与培养基有关。按其在细胞壁上的结合部位可分为两种：G+菌细胞壁特有的酸性多糖。（2） 磷壁酸（teichoic acid）例如：脂蛋白（lipoprotein）：共价键使外膜层牢固连接在肽聚糖内壁层。 孔蛋白（porin）： 36000蛋白亚基构成的三聚体，中间1nm孔，控制抗生素进出。已知非特异孔蛋白（任何亲水分子进出）和特

13、异孔蛋白（几种特异物质进出）（3）外膜蛋白（4）脂多糖 (Lipopolysaccharide，LPS)组成：类脂A、核心多糖、 O-抗原。 G菌的内毒素。功能： 类脂A是G致病物质内毒素物质基础；负电，与磷壁酸相似，吸附阳离子； LPS结构多变，决定Ag多样性； 噬菌体表面吸附受体；部分选择性屏障；4 革兰氏染色(Gram staining) 1884年， 丹麦医生C.Gram发明的鉴别方法。 原理：主要依据细胞壁特殊化学组分不同。 通过结晶紫初染和碘媒染操作形成不溶的结晶紫碘复合物。G因CW厚，肽聚糖交联密，使用乙醇后脱水使孔紧密，再加上不含脂类不会被乙醇溶解，故复合物被牢牢滞留在细胞壁内

14、，呈现为紫色 G正相反，复合物极易被溶出细胞壁，使用番红等碱性染料复染后，呈现红色。操作步骤： 细菌菌体涂片固定结晶紫染色碘液媒染乙醇脱色沙黄或番红复染细菌的染色（二）细胞膜（Cell membrane）定义：也称细胞质膜（Cytoplasmic membrane），是围绕在细胞质外面的一层柔软而富有弹性的半透性薄膜，厚约7.5-10nm，占细胞干重的10%左右。通过质壁分离、选择性染色、原生质体破裂、电子显微镜观察，可以证明细胞膜的存在。电镜下，暗明暗的双层结构。组成：蛋白质 60%70%，脂类 20%30%，少量糖蛋白、糖脂、微量核酸1 细胞膜的性质与结构1972年，辛格（J.S.Sing

15、er）和尼科尔森（G.L.Nicolson）提出“流体镶嵌模型图”（fluid mosaic model）1）膜主体脂双分子层2）流动性3）蛋白镶嵌或贯穿或浮在表面4）不对称性2 细胞膜的功能不同种类细菌的膜在其结构和功能方面存在很大差异。这种差异非常巨大且具有特征性，因此膜化学可被用于对细菌进行鉴定。 控制细胞内外营养物质和代谢产物的运送与交换；维持细胞内正常渗透压的屏障作用；合成细胞壁各组分（脂多糖、肽聚糖、磷壁酸）和夹膜的场所进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地；多种酶和电子传递链组分的所在部位；鞭毛的着生点和提供起运动所需的能量。3 中间体（Mesosome）是细胞膜局部内陷折叠而成的

16、一种管状、层状或囊状结构，与细胞壁合成、核质分裂、细胞呼吸和芽孢形成有关，多见于G菌。（三）细胞质（Cytoplasm)定义除核质体外的半透明、胶状、颗粒状物质。含水量80左右。包括核糖体、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2 贮藏物（reserve materials）（1）聚-b-羟丁酸（Poly-b-hydroxybutyric acid，PHB)为细菌所特有，为3-羟基丁酸的直链聚合物贮藏能量、碳源、降低细胞渗透压。革兰氏染色时此物不易着色，但可被苏丹黑着色。根瘤菌属和固氮菌属中细菌常有积累1929年被发现，无毒

17、、可塑、易降解，生产医用塑料、生物降解塑料的好材料。巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）（3） 藻青素（cyanophycin）和藻青蛋白（phycocyanin）又称捩转菌素（volutin)，美蓝或甲苯胺蓝染为红紫色，无机偏磷酸聚合物，线状分子。颗粒大小：0.51.0m，作用：贮存磷和能量，降低渗透压。（2）异染颗粒蓝细菌中内源性氮源，储备能源，颗粒状，Arg和Asp1：1的分支多肽。（6）淀粉粒和肝糖粒若干自养菌中含有的多角形或六角形细胞内含物，10nm，含1，5二磷酸核酮糖羧化酶，固定CO2作用。（4）羧化体（carboxysome）（5）液泡 有的细菌积累淀粉颗粒，

18、碘液染为深蓝色；在真细菌以糖原为多，碘液 染褐色。（四）细胞核（Cytoplasm)位于细胞质内，无核膜，无核仁，仅为一核区，称为拟核（Nucleoid）或原核(Protonucleus)只有一条染色体(Chromosome)，主要为DNA，还有少量RNA和蛋白质，但无组蛋白染色体为双螺旋的大分子链构成的环形结构。静止期呈球形或不规则的棒状或哑铃形DNA总长0.253mm, E.coli DNA 长1mm, MW为 3x109Da, 约5x106bp, 至少含5x103个基因细菌细胞活跃生长时，复制先于细胞分裂而细胞内往往有24个核区，低速生长时可见有12个核区（五）细菌细胞的特殊构造1 荚膜

19、（capsule）定义：某些细菌在一定的营养条件下向细胞外分泌的一层粘性物质分类： Macrocapsule) 有一定外形，厚约200nm，粘性较大，稳定 微荚膜(Microcapsule)厚度在200nm以下，于细胞接合较紧，不易观察到 粘液层(Slime layer)较疏松，无明显形状，可悬浮于基质中，增加培养液黏度污染食品厚产生黏液状物黏附于牙齿表面引起龋齿 功能保护细胞免受干燥影响，增强某些病原菌的致病能力，抗宿主细胞的吞噬作用；储存养料，以备营养缺乏时重新利用；堆积某些代谢废物；可以使菌体粘附于适当的物体表面；利用生产代血浆 黄杆胶；用于污水处理中形成具有良好功能于沉降性能的活性污泥

20、危害危害2 鞭毛 （Flagella)定义某些细菌在细胞表面伸出细长、波曲、毛发状的附属丝状物即为鞭毛，主要功能是运动特征长度常为菌体的若干倍，最长可达70mm，直径为1020nm。暗视野显微镜观察、鞭毛染色光学显微镜观察、半固体穿刺接种、固体接种可以判断是否有鞭毛分类一端生鞭毛(Monotrichaete)两端单生鞭毛(Amphitrichaete)丛生鞭毛(Lophotrichaete)两端从生鞭毛(Amphitrichaete)周生鞭毛(Peritrichaete)化学成分:蛋白质约占重的99，另有少量的多糖或脂类。鞭毛蛋白占细胞蛋白的2%，为1500040000Da鞭毛蛋白是一种抗原物

21、质，鞭毛抗原又称H抗原。由于各细菌的鞭毛蛋白的氨基酸组成不同而抗原性质不同，通过血清学反应进行分类鉴定。细菌鞭毛的电镜照片基体、钩形鞘、鞭毛丝鞭毛构造:革蓝氏阴性菌鞭毛结构革蓝氏阳性菌鞭毛结构具有趋向性；以推进方式做直线运动 （逆时针方向旋转）；以翻腾形式做短促转向运动 （顺时针方向旋转）。鞭毛的运动方式3 纤毛 (Pili or fimbria)细菌纤毛又称伞毛，菌毛，是革蓝氏阴性菌和少数阳性菌性别表面的比鞭毛更细、短而直硬的丝状体结构；长约0.56mm，个别可达20mm，直径约37nm；与鞭毛相似，由菌毛蛋白亚基卷绕成中空螺旋，起源于细胞膜内侧基粒上；不具运动性普通纤毛（Common pi

22、li）可增加细菌吸附于其他细胞和物体的能力性纤毛(Sex pili or conjugal pili)比普通纤毛长，数量少，仅14根，是细菌传递游离基因的器官，细菌结合时遗传物质的通道普通纤毛的电镜照片性纤毛的电镜照片4 芽孢（Spore)定义 芽孢时某些细菌在其生活史的一定阶段于营养细胞内形成的一个圆形或椭圆形或圆柱形结构，也称内生孢子（Endospore)。含有芽孢的细胞称为孢子囊（Sporangium)结构示意图：芽孢形成过程：轴丝形成隔膜形成前孢子形成皮层形成孢子外壳层形成芽孢成熟芽孢释放芽孢的特点和抗性原理： 芽孢的一个显著特点是游离水含量远低于营养细胞，使核酸和蛋白质不易变性。芽孢

23、的酶组成型与营养细胞也有差别，芽孢只含有少量酶，并处于不活跃状态。芽孢的抗热性也与芽孢内具抗热性的酶有关。 芽孢另一独特之处是含有 2, 6- 吡啶二羧酸 (dipicolinic acid ， DPA) 。吡啶二羧酸在芽孢中以钙盐形式存在，占细菌芽孢干重的 5 15%。芽孢形成过程中，随着DPA的形成而具抗热性，芽孢萌发时吡啶二羧酸又释放至培养基中，同时也丧失其抗热性。芽孢在适合的条件下可萌发。适合芽孢萌发的条件包括水和营养物质，适合的温度，氧浓度以及某些必须的条件。细菌芽孢的伴孢晶体(Spore companioned crystal) ：芽孢和伴孢晶体图某些种如苏云金杆菌（B. thur

24、ingiensis）在形成芽孢时同时形成的一颗菱形或双椎形的碱性蛋白质。伴孢晶体对鳞翅目昆虫有毒性，由于这种晶体毒素对人畜毒性很低，故国内外均以工业化方式大量生产菌剂，以杀死某些农业害虫。四、细菌的繁殖和菌落的形成(一) 细菌繁殖(Bacterial reproduction) 细菌繁殖一般进行无性繁殖，即细胞的横分裂，称为裂殖。也观察到通过有性结合方式。以无性繁殖为主。 裂殖步骤 核的分裂和隔膜形成 形成横隔壁 子细胞分离球菌的分裂图杆菌的分裂图（二）细菌菌落（ Colony ）的形成各种细菌菌落的形状、大小、光泽、边缘、质地、隆起度、有无色素等等不一，作分类依据一个或几个细菌在固体培养基上

25、经分裂生长形成的成千上万个细胞聚集在一起肉眼可见的群体即为菌落细菌菌落形态特征图群体形态固体培养菌落：在固体培养基上,由单个细胞繁殖形成的肉眼可见的子细胞群体。菌苔:大量细胞密集生长,结果长成的各“菌落”连接成一片。 (1)平板培养固体斜面培养 液体培养基 半固体培养五、细菌的分类 形态特征：个体 群体2. 培养特征3. 生理特征：营养要求（碳源，氮源，生长因子）；代谢产物（种类，产量，显色反应等）；酶（产酶种类，反应特性等）4. 生化反应5. 血清学反应6. 生态学特征：生长温度，对养需要，酸碱要求，宿主种类等（一）细菌分类的依据 目前国际上最有代表性和最有影响的细菌分类系统伯杰氏细菌鉴定手

26、册（Bergeys Manual of Determinative Bacteriology)1923年, 1925年, 1930年, 1934年, 1939年, 1948年, 1957年, 1974年分别出版了第一至第八版，1994年出了第九版（二）细菌的分类系统 细菌是污染食品和引起食品腐败变质的主要微生物类群，因此多数食品卫生的微生物学标准都是针对细菌制定的。 食品中细菌来自内源和外源的污染，而食品中存活的细菌只是自然界细菌中的一部分。这部分在食品中常见的细菌，在食品卫生学上被称为食品细菌。食品细菌包括致病菌、相对致病菌和非致病菌，有些致病菌还是引起食物中毒的原因。它们既是评价食品卫生质

27、量的重要指标，也是食品腐败变质的原因。六、食品中常见的细菌污染食品后可引起腐败变质、造成食物中毒和引起疾病的常见细菌分为以下科属：革兰氏阴性菌革兰氏阳性菌 假单胞菌科（Pseudomonadaceae）埃希氏菌属（Escherichia）沙门氏菌属（Salmonalla）肠杆菌属（Enterobacter）变形杆菌属（Proteus）黄色杆菌属（Flarobacterium）芽孢杆菌属（Bacillus）乳酸菌小球菌属（Micrococcus）葡萄球菌属一 放线菌的形态三 常见的放线菌类群二 放线菌的繁殖第三节 放线菌 （Actinomycete)分枝丝状体，原核微生物革蓝氏染色阳性反应不运动

28、大部分腐生菌，少数寄生菌，也有致病菌抗生素的主要产生菌许多酶和维生素的产生菌甾体转化、石油脱蜡、污水处理某些与植物共生固氮放线菌的基本特点：（一）放线菌菌体的形态单细胞，最简单的为杆状或有原始菌丝，大部分放线菌由分枝发达的菌丝组成。菌丝无隔膜，直径大约 1m 。细胞壁中含有 N-乙酰胞壁酸与二氨基庚二酸，而不含几丁质与纤维素。链霉菌属是放线菌中发育较为高等的放线菌，这里以其为例来阐明放线菌的一般形态构造。根据放线菌菌丝的形态与功能不同，分为基内菌丝、气生菌丝与孢子丝。一 放线菌的形态菌丝：根据形态和功能不同可分为： 基内菌丝（营养菌丝） 气生菌丝 孢子丝。1 基内菌丝 (substrate m

29、ycelium) 又称营养菌丝(vegetative mycelium)或初级菌丝 (primary mycelium)，生长于培养基内，主要功能为吸收营养物。链霉菌基内菌丝一般无隔膜，多分枝，直径常在 0.21.0 m 2 气生菌丝 (aerial mycelium) 又称二级菌丝 (secondary mycelium) 。由基内菌丝长出培养基 外伸向空间的菌丝为气生菌丝。在显微镜下观察时，气生菌丝体颜色较深，直径较基内菌丝粗，约 11.4 m，直或弯曲，有的产生色素。各类放线菌能否产生菌丝体，取决于种的特征，营养条件和环境因子。放线菌生长至一定阶段，在其气生菌丝上分化出可以形成孢子的菌丝，为孢子丝。孢子丝的形状以及在气生菌丝上的排列方式，随不同菌种而不同。孢子丝的形状有直形、波浪形、螺旋形之分。为放线菌菌种鉴定的依据。3 孢子丝 放线菌孢子丝的类型（二）放线菌的菌落特征以链霉菌为代表的菌落具向周围放射状菌丝，短绒毛状，形成孢子后呈