原核微生物的形态、结构与功能精美课程课件

第二章原核微生物的形态、结构与功能【目的要求】要求重点掌握原核微生物与真核微生物的区别，细菌、放线菌的形态结构及其它主要特征。了解原核生物分类和鉴定有关概念及分类的主要依据。【重点】⑴细菌、放线菌的形态结构及其生理功能、菌落概念；⑵原核生物分类和鉴定有关概念及分类的主要依据【难点】细菌细胞结构与功能、菌落特征原核细胞真核细胞原核细胞和真核细胞的区别原核细胞真核细胞细胞核有明显核区，无核膜、核仁有核膜，核仁细胞器无线粒体，能量代谢和许多物质代谢在质膜上进行有线粒体，能量代谢和许多合成代谢在线粒体中进行核糖体分布在细胞质中，沉降系数为70S分布在内质网膜上，沉降系数为80S

细菌是一类细胞细短、结构简单、细胞壁坚韧、主要以二分裂方式繁殖，水生性较强的单细胞原核微生物。一、细菌个体的基本形态

细菌的主要形态为球状、杆状、螺旋状，分别称为球菌、杆菌和螺旋菌。食品相关的微生物主要为球菌和杆菌。1、球菌（coccus）链球菌双球菌葡萄球菌普通杆菌芽孢杆菌双歧杆菌2、杆菌（bacillus）3、螺旋菌(spirilla)霍乱弧菌异常形态畸形化学、物理因素刺激，阻碍细胞发育引起形态异常变化

衰颓形培养时间过长，细胞衰老，养分缺乏或由于自身代谢产物积累过多等引起异常形态，此时细菌繁殖终止，形体膨大构成液泡，染色力弱，有时菌体虽然存在而实际已死。异常形态为暂时的，放于新鲜培养基，合适培养条件下可恢复。

结核杆菌正常形态结核杆菌异常形态二、细菌个体的大小测量：显微镜测微尺单位：μm注意

螺旋菌长度非真正长度；一般不超过几μm

大小值为平均值或代表值。

一般测量大小时，取适宜条件下生长的幼龄菌；比较大小时，应采用同一方法，同一染料。细菌大小测量结果的影响因素细菌个体大小有很大差异所用固定、染色方法不同，结果就可能不一致。细菌在干燥固定时，细胞明显收缩，结果只能是近似值；一般影响形状变化的因素也影响个体大小，如幼龄菌比成熟菌、老龄菌大得多，宽度变化不大。细胞大小还可能与代谢产物的积累或培养基中渗透压增加有关。

三、细菌细胞的结构与功能单细胞、非丝状原核结构基本结构：细胞壁、细胞膜、细胞质及内含物、核质体特殊结构：有些细菌有芽孢、荚膜、鞭毛等革兰氏阳性细胞：

细胞壁厚、单层、含特有的磷壁酸，肽聚糖含量高、含有类脂质少革兰氏阴性细胞：

细胞壁薄、多层，含脂多糖、脂蛋白等，肽聚糖含量低、类脂质含量高细胞壁的化学组成主要成分是肽聚糖、磷壁酸、脂多糖和外膜蛋白等⑴肽聚糖(peptidoglycan)肽聚糖是真细菌细胞壁中特有成分，又称胞壁质或粘肽、粘质复合物，是一类大分子复合物，由三部分组成：双糖单位、短肽“尾”、肽“桥”。以下以金黄色葡萄球菌(G+)为例说明G+细菌细胞壁肽聚糖的单体结构双糖单位短肽“尾”β-1,4糖苷键溶菌酶识别位点⑵磷壁酸(teichoicacid)磷壁酸是G+细菌细胞壁中特有的一种酸性多糖，又称磷壁酸质或垣酸，按它们在细胞壁上的结合部位不同分为：壁磷壁酸、膜磷壁酸。磷壁酸的主要生理功能浓缩镁离子G+特异表面抗原调节自溶素的活力噬菌体特异吸附受体保证致病菌与宿主的粘连⑶脂多糖（lipoppolysaccharide,LPS）G－细菌细胞壁中所特有，处于细胞外壁层，属于类脂多糖类物质，主要成分由三部位组成：O-特异性多糖侧链核心多糖类脂A脂多糖的主要生理功能致病物质基础提高钙镁离子浓度决定G-表面抗原决定族的多样性噬菌体特异吸附受体⑷外壁层蛋白主要有：基质蛋白、外壁蛋白、脂蛋白革兰氏染色原理：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；细胞壁上基本不含脂类，乙醇处理对于其通透性影响小，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。细胞壁缺陷型细菌缺壁细菌实验室或宿主体内形成人工去壁缺壁突变：L型细菌部分去除：球状体(G-)基本去尽:原生质体(G+)在自然界长期进化中形成：支原体生理功能

1、控制物质运输；

2、细菌能量代谢的中心；

3、合成细胞壁各组分和荚膜成分的基地；

4、传递信息；

5、鞭毛基体着生点，为鞭毛运动提供能量。2、细胞膜（cellmembrane）主要化学组成：磷脂、蛋白质细胞质膜流动镶嵌模型特点

不具备核膜、核质和核仁；一个裸露在细胞质中环形双链DNA分子。生理功能

贮存、传递遗传信息；调控细胞的全部生命活动。3、核区（nuclearregion）与其它生物细胞质主要区别是

其核糖核酸含量高，其嗜碱性强，易被碱性、中性染料着色，老龄菌细胞中核糖核酸常被作为氮磷来源被利用，核酸含量低，着色力差。

4、细胞质（protoplast）及内含物质粒（plasmid)游离于原核生物染色体外具有独立复制能力的小型共价闭合环状DNA分子，它所携带的遗传信息是细菌生命活动非必需的，常表达特殊形状。种类R因子、F因子、细菌素质粒……特点可自我复制、稳定遗传；非必需；可转移；可整合；可重组；可消除1、细菌鞭毛（flagella)

细菌在菌体上附有细长并呈波状弯曲的丝状物，是细菌的运动器官。四、特殊结构细菌鞭毛着生位置鞭毛的主要功能细菌的运动器官，有鞭毛的细菌能运动，无鞭毛的细菌不能运动。鉴定细菌。与细菌的致病性关系密切，有报道鞭毛能帮助细菌黏附在肠黏膜上，因而与细菌的侵袭力有关。环境条件不良时，会使细菌丧失生长鞭毛的能力鞭毛的观察电镜观察采用镀银染色，使染料堆积在鞭毛上加粗，光镜观察半固体琼脂穿刺培养采用悬滴法、暗视野映光法观察菌落形态观察鞭毛的化学成分主要为蛋白质，有些还含有多糖、类脂等。

包被于某些细菌分泌到细胞壁外的一层厚度不定的黏液性物质，对菌体具抗干燥及其他保护作用2、糖被(glycocalyx)糖被的化学组成一般为多糖，少数为蛋白质或多肽，或者是多糖多肽的复合体影响糖被形成的因素遗传因素、环境条件如营养因素采用负染色法观察

糖被的种类荚膜、粘液层、微荚膜菌胶团荚膜的主要功能及生产中的应用主要功能对细菌菌体具有保护作用菌体以外的贮存物质，当营养缺乏时，可提供营养某些细菌由于荚膜的存在而具有毒性可使菌体附着于某些物体的表面生产中的应用从肠荚膜状的明串珠菌的荚膜中提取葡聚糖，制备右旋糖酐（代血浆）；从黄单胞菌的荚膜中可提取黄原胶。

某些细菌在一定生理时期，在细胞内形成的可抗不良环境的休眠体，又称为内生孢子。染色后观察3、细菌芽孢（spore)产芽孢的细菌主要有：好氧性芽孢杆菌属厌氧性梭状芽孢杆菌属微好氧性的芽孢乳杆菌属球菌中产芽孢的只有芽孢八叠球菌属。影响芽孢形成的因素遗传因素、环境条件如营养缺乏、不适温度等。芽孢的特性对高温、干燥、辐射、化学药物有强大的抵抗力。含水量低、壁厚而致密，通透性差，不易着色，折光性强。芽胞内新陈代谢几乎停止，处于休眠状态，但保持潜在萌发力。一个芽孢形成一菌体，一个营养细胞内形成一芽孢，非繁殖形式芽孢的耐热性含水量低、含有DPA-Ca、耐热性的酶、致密的芽孢壁等渗透调节皮层膨胀学说芽孢衣对于水分和离子的阻隔性高；芽孢皮层的离子强度高，渗透压大；芽孢核心高度失水。细菌芽孢形成过程芽孢杆菌的生活史1～4

营养细胞分裂繁殖数代4～9芽孢的形成和发芽成熟的营养细胞细胞分裂两个子细胞子细胞生长成熟细胞内形成芽孢成熟的芽孢芽孢从营养细胞内放出芽孢萌发幼小的营养细胞芽孢的研究价值分类鉴定根据芽孢的有无、芽孢形状、大小、位置不同确定灭菌条件有利于菌种筛选的效率有利于菌种的长期保存五、细菌的繁殖无性繁殖同形分裂、异形分裂，少数可以进行芽殖有性繁殖少数细菌种类存在出现频率很低的有性接合。

以无性的裂殖为主要繁殖形式杆菌二分裂过程模式图六、细菌的培养特征细菌菌落

(cocoly)单个微生物细胞接种到适宜固体培养基上，在适宜环境条件下细胞迅速生长繁殖，形成一个肉眼可见一定形态的子细胞群体称为菌落(colony)。大量同一纯种的细胞密集接种在固体培养基上，长成的子细胞群体称为菌苔(lawn)。特征包括菌落的大小、形态、侧面观察菌落隆起程度、边缘形态、表面形态、表面光泽、质地、颜色与透明度等。细菌菌落特征一般为湿润，较光滑，较透明，较粘稠，易挑取，质地均匀，菌落正反面，边缘与中央颜色一致等。无鞭毛：较小，较厚，边缘极其圆整有鞭毛：大而扁平，形状不规则，边缘多缺刻；运动能力强的出现树根状，甚至能移动。有荚膜：十分光滑，呈透明蛋清状，形状较大。产芽孢：很不透明或有干燥感（芽孢折光率强）表面粗糙有褶皱感（细胞裂后常连成长链状），外形及边缘不规则。

细菌的斜面培养特征细菌的液体培养特征观察表面状况、混浊程度、沉淀状况、气泡、色泽注意：不同菌种其菌落特征不同，同一菌种因不同生活条件其菌落也不尽相同，但同一菌种在相同培养条件下，所形成的菌落形态是一致的。大小、形态受培养空间限制，应观察菌落分布稀疏、孤立的菌落。第二节

放线菌

actinomycetes概念一类呈丝状生长、主要以孢子繁殖、陆生性强、大多数为G+的原核微生物。在分类学中的位置原核生物界细菌门真细菌纲线菌亚纲放线菌目一、放线菌个体形态基质菌丝(Substratemycelium）

吸收营养，排泄废物。有的产色素，色淡气生菌丝(Aerialmycelium)

伸展出培养基表面，弯曲，有的产色素，色深孢子丝(Reproductivemycelium)

由气生菌丝分化产生，可形成孢子放线菌气生菌丝形态

放线菌的一般特点放线菌的个体为分枝丝状体，大多数无横隔通常是单细胞的多核原核生物

大多数为G+细胞壁主要为肽聚糖菌丝细，直径与细菌相仿生理特性与细菌相似二、放线菌的菌落特征幼龄菌落表面与细菌菌落相似，以Streptomyces为代表的放线菌形成孢子丝后，主要特征有：干燥、不透明、多皱、质地致密的丝绒状，上有薄层彩色“干粉”；菌落小而不广泛延伸，呈辐射状、难以被接种针挑起；菌落正反面常呈各种颜色，上下颜色常不一致。另有少数放线菌缺乏气生菌丝或气生菌丝不发达，以Nocardia为代表，菌落一般只有基质菌丝，结构松散，黏着力差，用针挑取易粉碎，有特征色。三、放线菌的繁殖主要是通过无性方式进行繁殖菌丝断裂——液体培养无性孢子——固体培养基分生孢子

孢子丝成熟分化而成孢子放线菌孢子的形成只有横隔分裂而无凝聚方式。孢子囊孢子

分生孢子孢子囊孢子放线菌与细菌的比较特征细菌放线菌细胞形态基本形态菌丝体细胞结构单细胞、原核单细胞、原核细胞壁肽聚糖等肽聚糖菌落形态各种形态、易挑起不易挑起繁殖方式裂殖孢子、菌丝断裂生长PH值中性或微碱性中性或微碱性革兰氏反应阳性或阴性大多阳性四、常见种属链霉菌属：基质菌丝一般无横隔，气生菌丝较发达孢子丝为长链，单生，呈直、波曲或螺旋状成熟时呈现各种颜色横隔分裂：细胞壁质膜内陷收缩，将孢子丝分隔成许多孢子间隙横隔诺卡氏菌属：在固体培养基上，只有基质菌丝，没有或只有很薄一层气生菌丝菌丝内有横隔菌丝体弯曲呈树根状或不弯曲横隔分裂：细胞壁和质膜同时内陷，向内缢裂成连串的孢子

小单孢菌属：菌丝无横隔，不形成气生菌丝可在营养菌丝上长出孢子梗菌落小，常呈黄或红色链孢囊菌属：基质菌丝多分枝，少横隔孢子囊第三节

原核微生物分类和鉴定

一、生物分类白菜虎界植物界动物界门种子植物门脊索动物门亚门被子植物亚门脊椎动物亚门纲双子叶植物纲哺乳动物纲目十字花目食肉目科十字花科猫科属油菜属猫属种白菜虎目前的微生物分类系统单就细菌分类来说，比较全面的分类系统有三种苏联的克拉西里尼科夫的细菌和放线鉴定；美国人Bread主持编写的“伯杰氏系统细菌学手册”法国人普雷沃的“细菌分类学”。<<伯杰氏鉴定细菌学手册>>

（Bergey´sManualofDeterminativeBacteriology）1923年初版，1994年已经发行第九版<<伯杰氏系统细菌学手册>>

（Bergey´sManualofSystematicBacteriology）

二、微生物分类单位和命名

生物分类的基本单位

界、门、纲、目、科、属、种。种是分类单位的最基本单位两个主要的分类单位之间还可添加次要的分类单位，如亚门、亚纲、亚科、亚属、种以下有亚种、变种等。重要的分类名词

种(Species)代表一群在形态和生理方面彼此非常相似或性状间差别微小的个体亚种(subsp