食品微生物学

食品微生物学食品科学学院

参考书1、食品微生物学江汉湖贺稚非中国农业出版社2002年8月2、微生物学教程周德庆高等教育出版社2002年复旦3、微生物学沈平范秀容等高等教育出版社2002年北京大学4、食品微生物学郑晓冬等浙江大学出版社2001年5、微生物生物学[美]M.T马迪根等科学出版社2001年6、微生物学实验原理与技术李平兰贺稚非主编中国农业出版社2005年7、ModernFoodMicrobiologyJamesM.JaySixthEditionAnAspenPublication20008、杂志：中国食品学报、食品与发酵工业、食品科学、食品工业科技、及其国外的食品科技杂志。第一章绪论第一节食品微生物学的特点及其食品微生物学的研究对象第二节微生物学的发展史第三节21世纪的微生物学的展望第四节学习本课程的要求

第一节食品微生物学的特点及其食品微生物学的研究对象一、概念：１微生物—是结构简单繁殖快分布广种类多个体微小肉眼直接看不见的微小生物的总称。２食品微生物学—它是在普通微生物学的基础上，专门研究与食品有关的微生物的性状及其在一定条件下微生物与食品的相互关系。利用有益的微生物发酵生产食品，拓展食品的种类，对食品有害的微生物，控制其生长繁殖，防止食品的腐败及疾病的传播，保证其安全性。二、微生物的特点：１、生长繁殖快：微生物具有极高的生长和繁殖速度。按２０分钟繁殖一代，一昼夜繁殖７２代，按几何级数繁殖，由一个菌就产生４７２２３６６５００万亿个细胞。２、种类多、分布广：从分布上看，微生物分布在自然界的各个角落，除了火山的喷口中心外，正如苏联学者阿梅里扬斯基院士对微生物的描述：“他们真是无处不在……”。可以认为微生物永远是生物圈上下限的开拓者和各项生存记录的保持者。微生物的种类繁多，９５年的统计，微生物总数在５０－６００万之间，其中人类记载过的２０万左右（其中原核微生物３５００，真核９万，原生动物和藻类１０万种），每年新发现约１５００种新种。３、个体微小、结构简单：个体微小：肉眼直接看不见，但是比表面积大。结构简单：为单细胞结构或非细胞结构（病毒），少数真核微生物为简单的多细胞结构微生物。４、适应强、易变异：微生物培养的条件简单。三、微生物在生物分类中的地位1早期的分类：动物界和植物界。2、1866年分为三界系统：动物界、植物界和原生生物界。3、1969年的Whittaker的五界分类方法：动物界、植物界、原生生物界、真菌界和原核生物界。4、1979年六界分类方法：动物界、植物界、原生生物界、真菌界和原核生物界、病毒界。

动物界植物界细胞型生物原生生物界：原生动物、大部分藻类及黏菌。生物真菌界：酵母、霉菌。原核生物界：细菌、放线菌、蓝细菌等。非细胞型的生物：病毒界四、微生物学及其主要分支学科微生物学基础微生物学应用微生物学按微生物种类分微生物分类学细菌学真菌学病毒学菌物学原生动物学藻类学按过程或功能分按与疾病的关系分按生态环境分按技术与工艺分按应用范围分微生物生理学微生物遗传学微生物生态学分子微生物学细胞生物学微生物基因组学免疫学医学微生物学流行病学土壤微生物学海洋微生物学环境微生物学水微生物学宇宙微生物学分析微生物学微生物技术学发酵微生物学遗传工程工业微生物学食品微生物学农业微生物学医学微生物学药学微生物学兽医微生物学预防微生物学微生物与其他学科之间的关系微生物与有机化学、生物化学、遗传学、物理学、营养学、数学等有紧密的联系！学科知识的交叉是科学创新闪烁火花的源泉！五、食品微生物学研究的对象和内容1、研究的对象：细菌、酵母、霉菌、放线菌和病毒。2、研究的内容：研究微生物生命活动规律的科学。具体研究微生物的形态结构特征、生理生化特性、生长繁殖规律、分类鉴定、遗传变异、微生物与其它生物之间的相互关系、微生物在食品加工的应用和有害微生物的防止。

微生物学的基本知识研究的内容：微生物在食品发酵中的应用有害微生物的控制第二节微生物学的发展史1861年，英国的哲学家和教育家斯宾塞在其著名的《教育论》中指出“人体健康是一切幸福的要素”这个精辟的观点。在现代科学中，对人类健康关系最大、贡献最为突出的应该算是微生物学了，微生物从产生到现在，为人类社会的进步和发展作出了自己的贡献。在食品工业方面：通过食品罐藏防腐、酿造技术的改造、纯种厌氧发酵的建立、液体深层通气搅拌大规模培养技术的创建和代谢调控发酵技术的发明，发展到今天的发酵工程，并与遗传工程、细胞工程、酶工程和生物反应器，组成了当今的新学科—生物工程学。在医药方面：建立了六大贡献—外科手术的建立、人畜传染病的病原菌的研究、免疫防止法的发明和应用、磺胺等化学治疗剂的普及、抗生素的大规模的生产基因工程菌生产多肽类药物等，控制了传染病，人类的健康水平大幅度提高。在农业方面：高效、无毒的生物农药、肥料的生物化（如赤霉素）、单细胞蛋白、生物能源。在环境保护方面：微生物是占地球面积70%以上的海洋和其它水体中光合生产力的基础；是一切食物链的重要环节；是污水处理中的关键角色；是生态农业中最重要的一环；是自然界重要元素循环的首要推动者；是环境污染和监测的重要指示生物。在生命科学方面：生命科学的许多的成果是用微生物作为研究对象而取得的，为此，大量研究者还获得了诺贝尔殊荣。微生物还是代表生物学最高峰的分子生物学三大来源之一。在经典的遗传学的发展过程中，早期的科学家认识到微生物具有生长速度快、繁殖周期短、培养的条件简单、表型形状丰富和多数是单倍体等，特别适合做遗传研究的对象，纷纷选用粗糙脉孢菌（红色面包霉）、E.coli（大肠杆菌）、酿酒酵母等为研究对象，揭示了许多遗传变异规律，并使经典遗传学迅速发展成为分子遗传学。在实验室方法学方面的贡献：显微镜和有关制片染色技术，消毒灭菌技术，无菌操作技术，纯种分离培养技术，培养基的制备技术，选择性和鉴别性培养技术，突变型标记和筛选技术，液体深层培养技术和菌种冷冻保藏技术等，这些整套的研究方法技术，向生命科学和生物工程各个领域横向扩散，从而对整个生命科学的发展，作出了方法学上的贡献。微生物的发现和微生物学的发展微生物的利用已经几千年的历史，①距今4千多年前的龙山文化时期有酿酒记载，商代发展成为手工业；②早期酱油、醋的酿造；③埃及金字塔中发现了面包；④唐朝（公元7世纪）食用菌的栽培，18世纪传入西方；⑤病原菌的发现。但是，微生物的发现却只有三百多年，经历了三个时期：1、微生物形态学时期2、微生物生理学时期3、微生物的分子时代-分子生物学时期龙山文化时期的酒器

1、微生物的形态学时期1590年，荷兰人詹森制作了第一架复式显微镜；1684（1676）年，荷兰的显微镜业余爱好者-列文虎克用他制作的显微镜详细地观察描述了微生物的形态（河水、雨水、牙垢），观察到杆状、球状、螺旋状的细菌和运动的短杆菌等的图象画下来，命名为“微动体”，并寄给英国皇家协会。他一生中制作了419架显微镜，最大放大率达266倍。列文虎克(1632-1723)与他的显微镜列文虎克的第一台显微镜和观察到的牙垢微生物形态显微镜的结构1.目镜；2.镜筒；3.镜臂；4.标本移动器；5.粗动限位器；6.粗调节器；7.细调节器；8.底座；9.反光镜；10.聚光孔径光圈；12.镜台（载物台）；13.物镜；14.物镜转换器在他之后的微生物的研究工作进展很慢，一方面的原因是显微镜的技术原因，直到19世纪出现改进型的显微镜被广泛应用才得到发展，更重要的原因是研究微生物的基本技术没有建立，如灭菌技术和微生物的纯培养技术。19世纪争论的两个焦点问题：1微生物能不能自发产生？2传染病是什么性质？这两个问题得到了明确的答案，促使微生物成为了一门新兴的学科。2、微生物学的生理学时期经历了2个世纪的发展，微生物学进入微生物生理水平研究阶段。1、巴斯德用他设计的实验否定了微生物自生学说。2、巴斯德在研究酿酒工业占有重要经济地位的法国葡萄酒变酸的原因时发现了其他微生物，否定了自然发酵学说，并证明了各种发酵是由各种特殊的微生物作用产生的，他精辟地指出，葡萄酒的酸败是由酵母以外的另一种微生物（醋酸菌）的第二次发酵作用引起的，因此，他发明了著名的低温杀菌法-巴氏杀菌法（61.7℃143°F,30分钟），挽救了法国葡萄酒酿造界免受酸败之苦，他还改进了葡萄酒的工艺，从而提高了产品的质量。微生物学之父巴斯德(1822–1895)的贡献Pasteur(1857)demonstratedthatlacticacidfermentationisduetotheactivityofmicro-organismsPasteur(1861)conflictoverspontaneousgeneration–birthofmicrobiologyasasciencePasteur(1881)developedanthraxvaccinePasteurization烧瓶封口无菌营养液无生命出现无菌营养液出现微生物无菌营养液无生命出现火焰加热空气棉塞封口对微生物是否引起疾病的实验论证是微生物学发展的又一大推动力。16世纪发现病人会将某些东西传播到健康人身上，使健康人患同样的病。微生物的发现，许多科学家猜测疾病与传染病有关，但是当时却无法证明。1845年，伯克利（M.J.Berkeley）第一次清楚地证明了霉菌引起爱尔兰土豆枯萎病。1876年，科赫（RobertKoch）-德国乡村医生，证明了微生物引起疾病，研究了家畜炭疽病，他用显微镜观察患病的动物的血液中有许多细菌，科赫取这种动物的血液少量注射到健康动物体内，健康动物患病死亡，这样重复20次，并镜检动物血液，充满了细菌，并在体外培养成功，为疾病的微生物理论和实验研究奠定了基础，科赫提出了指导特定微生物与特定疾病相关性研究的科赫定理：①在患病动物体内总能发现特定的微生物，而健康的动物体内则没有；②在动物体外可以纯培养该微生物；③将该微生物接种到易感动物体内会引起同样的疾病；④从试验动物及实验室培养物中重新分离得到的微生物应该是同种微生物。柯赫（1843-1910）对微生物学的贡献微生物的纯培养技术证明了微生物是引起传染病的病原以后的20年中许多病原菌被发现，并建立了微生物的纯培养法，固体培养基分离单菌落方法，科赫实验室的工作人员提出用琼脂做固体培养基的固化剂很快被采纳，从而使这位女科学家成为第一位为微生物做出贡献的美国人；同时，科赫的另一位助手发明了培养皿，科赫和同事还发明了细菌染色法、显微镜摄影技术和悬滴培养法等细菌学研究的基本技术，为以后的结核、霍乱等恶性传染病的研究奠定了基础。1865年，巴斯德的女儿死于败血症，1866年他的另一个女儿死于伤寒，他将研究转向病原微生物。1865年，英国医生李斯特（JosephLister）从巴斯德的研究成果中得到启发，认识到外科手术之后伤口化脓是由于外界微生物侵入的结果，并努力寻找有效的杀菌药物和防止微生物入侵伤口的方法，提出了无菌的外科手术操作法，从此建立了外科消毒术。1878年，巴斯德接受了科赫的实验方法做了许多微生物研究工作，他发现了免疫作用，在1880年，他宣布了两项巨大进展，发明了鸡霍乱的减毒菌株称为疫苗（Vaccine），这个名称一直沿用至今。1884年，发明了抗狂犬病疫苗，并首次在遭受狂犬咬伤的病孩子身上使用并获得成功。1909年，德国医生和化学家埃尔里赫（PaulEhrlich）用化学药剂控制病菌，发现了治疗梅毒的药物606，开创了化学治疗。他的成功鼓舞了无数的科学家去寻找更多、更好的化学治疗剂，终于在1935年，一位德国医生G.Domagk和同事发明了治疗链球菌感染的新药，一种红色的染料-百浪多息，同年证实其有效成分是磺胺。1922年医学界成为魔弹的药物-青霉素弗来明（AlexanderFleming）发现他培养的葡萄球菌被某种杀死了培养显微镜检测是普通面包上生长青霉菌推测产生有某种化学物质通过研究确实分泌了具有抑制其他微生物生长的毒素命名为盘尼西林（Penicillin）。1892年，苏联的伊万诺夫斯基发现烟草花叶病毒，，开创了病毒学。1929年报道了该结果，但他的研究结果不被重视，直到1939年，法国的微生物学家发现了一种细菌产生的化合物能用于制止细菌的生长时，弗来明的研究报道才受到重视。弗来明(1881-1955)

（AlexanderFleming）第二次世界大战的爆发，军队急需医治伤兵伤口的感染，澳大利亚医生和同事开始分离纯化青霉素，并在美国研究成功了青霉素的扩大发酵和提纯工作，1943年青霉素成功地应用在突尼斯和西西里战役中500名伤兵的治疗，第二次世界大战结束时，青霉素生产量扩大，取代了磺胺类药物。青霉素的工业化生产为整个微生物深层发酵工艺提供了一个典型的样板。这个阶段是微生物学大发展的时期，微生物的研究进入了生物化学水平，各学科相互渗透，产生了分支学科，除抗生素工业外，还有有机酸发酵、有机醇发酵等。1944年，美国微生物学家瓦克斯曼（S.Waksman）从近一万株放线菌中找到了疗效显著的链霉素，接着相继发现了氯霉素、金霉素、土霉素、红霉素、新霉素、万古霉素、卡那霉素和庆大霉素等抗生素。在微生物学发展的生理学时期，以巴斯德和科赫为代表的科学家在微生物学实验方法上取得了突破性的进展，他们创立的加热灭菌法和微生物纯培养等方法至今仍然是微生物学和其他相关学科研究中有效的、无法取代的基本方法。3、微生物学的分子时代-分子生物学时期从巴斯德和科赫时代到20世纪70年代，微生物学又走过了漫长的路。今天微生物学已今成为生物科学中最复杂的学科之一，它对整个生物科学的研究和发展影响很大。从获得诺贝尔生理学或医学奖的近一半的工作都与微生物有关中可见其重要性。1928年格里菲斯（FrederickGriffith）发现了细菌的转化现象；1944年加拿大细菌学家艾弗里（OswaldAvery）等人通过对转化现象化学本质的研究，证实了核酸才是真正的生物遗传物质；1953年，沃森（JameDeweyWaston）和克里克（FrancisHarryComptonCrick）通过对DNAX射线衍射图片的分析，提出了DNA双螺旋结构模型，这个研究成果被认为在整个生物学发展史上具有划时代的意义。从此，微生物学研究分子时代。20世纪70年代，基因工程使得人们可以按照意愿定向改造菌种，使获得新型微生物产品成为可能。如今分子生物学逐渐成熟为一门崭新的独立学科。总结20世纪人类历史上微生物学发生的重大事件年代重大事件168418921857-188118901928192919531970～19721982～19831995人类历史上制作了显微镜，划破了人类历史上看不见微生物的时代苏联伊万诺夫斯基发现烟草花叶病毒，开创了病毒学时代。巴斯德证明了葡萄酒的酸败是微生物引起，并发明了著名的巴氏杀菌法，还发明了人类历史上狂犬病疫苗。柯赫和同事还发明了微生物的纯培养方法、细菌染色法、显微镜摄影技术和悬滴培养法等细菌学研究的基本技术。Griffith发现细菌转化现象。Fleming发现青霉素。Watson和Crick提出DNA双螺旋结构；为分子生物学研究奠定了基础。Arber、Smith和Nathans发现并提纯了DNA限制性内切酶

Prusiner发现朊病毒(prion)；流感嗜血杆菌全基因组测序完成，1997年啤酒酵母全基因组测序完成。我国微生物学的发展我国有5000年文明史的古国，我国劳动人民对微生物的认识和利用是最早的几个国家之一。特别是在制酒、酱油、醋等微生物产品以及用种痘制曲贡献较大。但是微生物作为一门学科进行研究，我国起步较晚。在二十世纪初，中国一批到西方留学的中国科学家开始较系统地介绍微生物学知识，从事微生物学研究工作。1910-1921年伍连德研究了鼠疫和霍乱的防治，在中国最早建立起卫生防疫机构，培育了人才，这项工作在当时居于国际先进地位。1920-1930年，汤飞凡等分离和确证了沙眼病原体，在国际上是领先水平，此外在细菌学、病毒学和免疫学等方面的某些领域做出过高水平的成绩。30年代，开始在高等学校设立酿造科目和农产品制造系，以酿造为主要课程，魏岩寿等在工业微生物学方面做出了开拓性的工作；戴芳澜和俞大绂（fu）是我国的真菌学和植物病理学的奠基人；陈华癸和张宪武对根瘤菌固氮作用的研究创立了我国农业微生物学；高尚荫创建了我国病毒学。新中国成立后：微生物在我国有了划时代的发展，一些重点大学开设了微生物学专业，50年代以后，轻工院校开设了食品专业、发酵专业，其中食品微生物学是支柱课程，80年代后农业院校建立了食品系，也开设了食品专业，食品微生物学课程和研究工作愈来愈受到重视。第三节21世纪微生物学展望1微生物基因组学将全面展开：包括全基因组的序列分析、功能基因分析和比较分析，是结构、功能和进化基因组学交织的学科。2研究微生物生态学、环境微生物、细胞微生物学等，为人类的生存和健康发挥积极的作用。3微生物生命现象的特性和共性将更加受到重视，如极端环境下生存和繁殖能力，生长繁殖周期短、易大规模的培养，微生物具备生命现象的特性和共性，将是21世纪进一步解决生物学重大理论问题，如生命的起源与进化等。4微生物产业呈现全新的局面：微生物从发现至今，三百年间，特别是二十世纪中期以后，对人类的生产和生活有重大的影响，形成了继动、植物产业后的第三大产业，以微生物的代谢产物和菌体本身为生产对象的生物产业。5食品微生物目前受到政府高度重视，开发利用有益的微生物生产食品原料，如有机醇、有机酸、维生素类、核苷酸、氨基酸和医药类等，同时对引起食品腐败的微生物、引起食物中毒的微生物研究防止方法，快速科学的检测方法、修改卫生标准，完善卫生法规等。微生物与食品工业的关系通过食品冷藏、罐藏、干制和盐渍防腐保鲜利用有益的微生物发酵生产食品如酸奶、火腿等纯种厌氧发酵技术的建立液体深层通气搅拌大规模培养技术的创建利用代谢调控理论提高发酵产物的产量的发明与食品工业关系非常地密切生物工程学细胞工程基因工程发酵工程酶工程蛋白质工程第四节学习本课程的目的要求一目的：掌握本门课程的基本理论、基本知识、基本技能，开发利用微生物生产对人类生活有利的方面，防止食品腐败变质，保证食品的安全性，杜绝食物中毒。二本门课程的教学目标：1培养智能型的人才，提高每位同学的智力和能力（包括口头和书面表达能力、思维能力、想象能力、记忆力、分析问题和解决问题的能力、评价他人学术观点的能力以及实际操作能力），在知识的教学中重视能力的提高，素质培养。2培养同学们利用已经获得的知识在大脑中建立一个较牢固的“知识网络”，既有一定的深度和广度，又有一定的历史、现状和发展前景的“立体知识”，使同学们在本学科中能站得高一些、看得远一些、想得深一些，将来走得远一些。3培养同学们有进一步继续学习的兴趣和动机。三本课程的教学方法：1基本教学法：导知、导学、导思、导法。2综合的教学法：采用总结对比教学法、提问法、启发讨论法，让同学们将新旧知识联系起来，并对知识进行深加工；还采用反馈教学法来检验同学们对这门课程掌握的情况，反馈我的教学目标实现情况，即学习中不定期进行测验。3教学中有一次讨论课，要求同学们练习写一篇科技论文，并发言讨论，协同各方面的能力提高。第二章微生物的形态结构微生物的形态:是微生物的基本内容之一，也是分类研究的基础。个体形态—单个细胞的形态微生物的形态：群体形态—指微生物在适宜的固体培养基上大量生长繁殖，形成肉眼可见的群体，此群体称为菌落或菌苔。

寡聚核苷酸大概位置实际位置发生率

古生菌细菌真菌CACYYG3156780＞950AAACUCAAA91084931000AAACUUAAAG9101000100NUUAAUUCG9600＞950YUYAAUUG960100＜1100CAACCYYCR111010570＞950UUCCCG138013280＞950UCCCUG1380＞950100CUCCUUG1390＞9500UACACACCG140013410＞99100CACACACCG140010000

发生率单碱基特征序列位置古生菌细菌真菌U5499800A67501002U88002100细胞结构原核生物真核生物细胞壁由肽聚糖、其他多糖、蛋白质通常为多糖组成和和糖蛋白组成，包括纤维素细胞大小较小用油镜才能看清楚较大，用高倍镜观察细胞膜中的甾醇无（支原体例外）有细胞膜含呼吸或光合组分有无细胞器无有核糖体70S80S细胞核拟核完整的核核膜无有线粒体无有间体部分有无贮藏物PHB等淀粉、糖原等细胞分裂缺有丝分裂进行有丝分裂鞭毛结构如有鞭毛较细简单如有鞭毛较粗而复杂主要类群细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、酵母、霉菌、大型的蕈菌立克次氏体和衣原体

第二节细菌的形态结构原核微生物的基本结构和特殊结构：1细菌的基本形态2基本结构：细胞壁、细胞质膜、细胞质和内含物、细胞核。3特殊结构：不是所有细菌细胞都具有的构造，称为特殊构造，有荚膜、芽孢、鞭毛、菌毛。1原核微生物的基本形态1基本形态：球菌、杆菌和螺旋菌三大类。以杆菌最为常见，球菌次之，螺旋状的最少。此外，近年来还陆续发现少数其他形态的细菌，如三角形、方形和圆盘形等的细菌。许多原核微生物不仅具有其固有的形态，而且具有其一定的排列方式，这也是其生物学特性表现。1.1球菌：根据球菌分裂后新细胞排列方式不同分：单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌。1.2杆菌：是细菌中种类最多的，各种杆菌的长和宽比例差异大。1.3螺旋菌：根据螺旋菌菌体弯曲的情况的不同分为弧菌和螺旋菌，前者菌体只有一个弯曲，呈逗点状，香蕉状，如霍乱弧菌；后者菌体有两个以上的弯曲迂转如螺旋，介于细菌与原生动物之间，菌体较为坚硬。如回归热、梅毒、钩端螺旋体。此外，少数细菌呈三角形、方形和圆盘形等。球菌的形态球菌的形态球菌的形态球菌与杆菌的比较杆菌的形态杆菌的形态杆菌的两端的不同杆菌炭疽杆菌破伤风杆菌-鼓锤状枯草芽孢杆菌细胞形态和菌落形态地衣芽孢杆菌和菌落形态葡萄球菌和大肠杆菌的形态假单胞菌和螺旋菌的形态10X100螺旋菌的形态螺旋菌螺旋体属弧菌其他形态的微生物呈方形和星形细菌微生物的形态变化以下条件导致形态变化：营养条件改变培养时间过长物理化学因素的变化环境条件恢复形态恢复正常形态变化1.4细菌的大小(µm、nm)测定细菌的大小用测微尺在显微镜下测定，一般用微米（(µm）、纳米（毫微米，nm）表示。杆菌：1.0-5.0X0.5-1.0µm，小杆菌在0.7-1.5X0.2-0.4µm球菌：直径在0.5-1.0µm。肉眼可见范围：肉眼可见（0.75mm）最小的病毒：28nm0.5~1µm

（直径）0.5~1µm

（宽）

X1~5µm

（长度）0.09~0.75

µm

（宽）

X2~500µm

（长度）(长度是菌体两端点之间的距离，而非实际长度)肉眼可见范围和最小病毒的个体大小悬殊10亿~100亿倍肉眼可见最小范围（0.75mm）最小的病毒：28nm测微尺及其安装和校正

特性

目镜物镜低倍镜高倍镜油镜放大倍数10-20×4×10×40×100×数值孔径0.10.250.55-0.651.25-1.4焦距40mm16mm4mm1.8-2.0mm工作距离17-20mm4-8mm0.5-0.7mm0.1mm450nm光源（蓝光）时的分辨率

2.3μm0.9μm0.35μm0.18μm放大倍数物镜放大倍数×目镜的放大倍数光学显微镜的结构2原核微生物的基本结构2.1细胞壁:细胞壁(cellwall)是位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被。通过染色、质壁分离(pasmolysis)或制成原生质体后在光学显微镜下可证实细胞壁的存在；用电子显微镜观察细菌超薄切片等方法，可确证细胞壁的存在。原生质体——是指在人工的条件下用溶菌酶除去细胞壁或用青霉素抑制细胞壁的合成后，只剩下细胞膜包裹着的脆弱细胞，一般由革蓝氏阳性菌形成。危害：大多数原核微生物没有细胞壁不能存活，但少数细菌无壁也能生存。如支原体，实际上是自由生活的原生质体，无细胞壁也能生存，其膜坚韧。热原体属是目前唯一知道的缺少细胞壁的古生菌。细胞壁②细胞壁的结构(G+、G-)结构比较革蓝氏阳性菌和革蓝氏阴性菌细胞壁结构比较金黄色葡萄球菌:20-80nm，壁厚多达20层1肽聚糖:60~90%又叫粘肽2磷壁酸:10%3类脂质：无4蛋白质：无大肠杆菌:薄层，15-20nm1肽聚糖：少，10%，位于内层。2-3nm2磷壁酸：无3类脂质：含量较高，20%4蛋白质：含量高5外膜：由脂多糖、磷脂、脂蛋白等多种蛋白质组成膜。革兰氏阴性细菌的细胞壁周质空间肽聚糖革蓝氏阳性菌和阴性菌的肽聚糖革蓝氏阳性菌肽聚糖的立体结构大肠杆菌的肽聚糖③周质空间（壁膜空间）周质空间（periplasmicspaceperiplasm）：又称壁膜间隙，目前有争论，有的观点认为革兰氏阳性菌无周质间隙，有的认为有。它是指存在于细胞壁和细胞膜之间的空隙（宽约１２－１５nm），呈胶状。在周质空间中，存在着许多周质蛋白，⑴有水解酶类，例如蛋白酶、核酸酶等；⑵合成酶类，如肽聚糖合成酶；⑶结合蛋白，具有运送营养物质的作用；⑷受体蛋白：与细胞的趋化性有关。周质空间存在许多周质蛋白是物质转运的场所④细胞壁的功能1使细菌具有一定的形态、保护菌体起屏障作用；保护细胞免受外力的损伤，（如大气压G+可抵抗15-25、G-可抵抗5-10）；阻挡有害物质进入细胞（如G-可阻挡分子量超过800的抗生素进入）；2与细菌抗原性、毒性有关；3协组鞭毛运动；4与细菌的抗原性、毒性有关，对噬菌体的敏感性有关。5为正常细胞分裂所必须；原核微生物的细胞壁除了具有以上共性外，G+

G-和古生菌中，还有其各自的特性，这就是细胞壁的多样性。细胞壁与革兰氏染色C.Gram（革兰）在1884年发明的一种鉴别不同类型细菌的革兰氏染色方法。⑤革蓝氏染色与细胞壁的关系国内的染色方法（甲菌、乙菌）初染结晶紫1-2分媒染碘液1分脱色95%乙醇30-60秒复染沙黄番红2-3分革蓝氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）革蓝氏阴性菌（大肠杆菌）美国的染色方法革兰氏阳性（紫色）和革兰氏阴性（红色）细菌假单胞菌肠膜状明串珠菌短乳杆菌

简单染色法正染色革兰氏染色法鉴别染色法抗酸性染色法芽孢染色法死菌姬姆萨染色法负染色：荚膜染色法等细菌染色法活菌：用美蓝、乳酸石炭酸等作活菌染色细菌的染色⑥革蓝氏染色的机理由革兰（C.Gram）在1884年发明的革兰氏染色法是一种极其重要的鉴别染色法，不仅可用于鉴别真细菌，也可用于鉴别古生菌。20世纪60年代，莎顿（Salton）曾提出细胞壁在革兰氏染色的关键作用。1983年，彼弗里奇（TBeveridge）等用铂代替革兰氏染色中媒染剂碘的作用，再用电子显微镜观察到结晶紫与铂复合物可被细胞壁阻留，这就进一步证明了革兰氏阳性和阴性菌主要由于细胞壁化学成分的差异而引起了物理特性（脱色能力）的不同导致染色结果的不同。革兰氏阳性菌由于细胞壁较厚，肽聚糖含量较高和其分子交联度较紧密，故在用乙醇洗脱时，肽聚糖网孔会因脱水而明显前收缩，再加上它基本上不含类脂，故乙醇处理不能在壁上溶出缝隙，因此，结晶紫与碘复合物被阻留在细胞壁内，使其呈现出紫色；革兰氏阴性菌因为细胞壁薄、肽聚糖含量低和交联松散，遇乙醇处理时，肽聚糖网孔不易收缩，且它的类脂含量高，所以乙醇处理时脂质溶解，在细胞壁上就会形成较大的缝隙，这样结晶紫与碘的复合物就极易被溶出细胞壁，因此，通过乙醇脱色后，细胞又呈无色，再用沙黄等红色染料进行复染，就使革兰氏阴性细菌呈现红色，而革兰氏阳性细菌仍保留为紫色。⑦古生菌的细胞壁和缺壁细菌1古生菌：古生菌中除了热原体属没有细胞壁外，其它都含有与真菌类似功能的细胞壁，有的由假肽聚糖（N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸以β-1，3糖苷键交替而成，如甲烷杆菌属，不被溶菌酶水解）；有的细胞壁有独特的多糖，如半乳糖胺、葡糖醛酸等，或糖蛋白细胞壁、蛋白质细胞壁（如少数的甲烷球菌）。2L型细菌——1935年，英国的李斯特（Lister）发现一种自发突变而形成的细胞壁缺损细菌-念珠状杆菌，它的细胞膨大，对渗透压敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋”似的小菌落。严格地讲，L型细菌应专指在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损菌株。后来发现许多G+G-实验室或宿主体内可形成L型。总结

缺壁突变

实验室或宿主体内形成基本去尽-（原生质体G+

）人工去壁缺壁细菌部分去掉-（球状体G-）在自然界长期进化中形成——支原体2.2细胞质膜（质膜，cytoplasmicmembrane，cellmembrane）①细胞膜：是紧贴在细胞壁内侧的一层由磷脂（20％～30％）和蛋白质（50％～70％）组成的柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜，约7～8nm厚。电子显微镜下观察时，细胞膜呈明显的双层结构—在上下两暗色层间夹着一浅色的中间层的双层膜结构。细胞膜的化学成分：磷脂和蛋白质。细胞膜的结构图，磷脂双层分子基本结构右细胞质膜上的蛋白比其他生物高50-70%②细胞膜的生理功能①选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运输、交换；②维持细胞内正常渗透压的屏障；③合成细胞壁各种组分（LPS、肽聚糖、磷壁酸）和荚膜等大分子的场所；④进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地；⑤许多酶（β-半乳糖苷酶、有关细胞壁和荚膜的合成酶、ATP酶）和电子传递链组分的所在部位；⑥是鞭毛的着生点和提供其运动所需的能量等。③间体间体（mesosome）——是一种有细胞质膜内褶而形成的一种囊状、片状和管状构造，一般位于细胞分裂部位或其邻近，主要的功能是促进细胞间隔的形成并与遗传物质的复制及其相互分离有关。多见于革兰氏阳性细菌。每个细胞含有一个至几个，着生部位可在表层或深层。近年来存在其它学术观点，认为间体是电镜制片时因脱水而引起的一种赘像。测验：一名称解释：原核微生物真核微生物间体二填空1.细菌的基本形态有——、——、——。2.细菌的大小用——单位描述。3.荚膜的功能主要是——。三问答题1.简述革蓝氏染色的方法步骤和结果2.比较革蓝氏阳性菌和革蓝氏阴性菌细胞壁的化学结构的特点，了解青霉素抗菌的机理。2.3细胞质（cytoplasm）和内含物

A

糖原：大肠杆菌、克雷布氏菌、芽孢杆菌和细菌等碳及能源类聚β-羟丁酸（PHB）：固氮菌、产碱菌和肠杆菌等

有机物硫粒：紫硫细菌、丝硫细菌、贝氏硫杆菌等贮藏物氮源类：藻青素，蓝细菌含有；藻青蛋白：蓝细菌多聚磷酸类（异染类）：迂回螺菌、白喉棒杆菌和分枝杆菌含有硫粒：紫硫粒细菌、丝硫细菌、贝氏硫细菌等自养细菌含有。细胞质:是细胞质膜内除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。大约80%为水份，原核微生物的细胞质是不流动的，这与真核微生物明显不同。细胞质的主要成分是核糖体、贮藏物、多种酶类和代谢物、质粒、各种营养物和大分子的单体等，少数细菌还含有类囊体、羧酶体、气泡或半孢晶体等。无机物聚β-羟丁酸（PHB）的结构是存在于许多细菌细胞质内属于类脂的碳源类贮藏物质。功能：贮藏能量、碳源和降低细胞内的渗透压。聚β-羟丁酸（PHB）的电镜照片异染颗粒和藻青素的结构柱形鱼腥蓝细菌的藻青素结构，为氮源贮藏物异染颗粒：是无机偏磷酸的的聚合物，功能是贮藏磷元素。藻青素一种内源性氮源贮藏物，也有贮存能源的作用，常常存在于蓝细菌中。B磁小体、羧酶体、气泡是细胞内磁铁矿Fe3O4的晶体颗粒，功能：赋予细胞两极永久磁性。水生弯杆菌中纯化的气泡的电镜照片，负染色法观察单个气泡约100nm。磁小体-其作用是导向作用，即借于特殊结构鞭毛游向该菌最有利的泥、水面微氧环境处生活。羧酶体、气泡的功能羧酶体:又称羧化体，是存在一些自养细菌细胞内的多角形或六角形内含物，大小与噬菌体相仿，约10nm，功能是在自养细菌的CO2固定中起着关键作用。气泡：是许多光合营养型、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0.2-1.0µmX75nm，外有2nm厚的蛋白质膜包裹，其功能是调节细胞比重，使细胞漂浮在最适水层中获取光能、O2和营养物质。一般每个细胞含几个至几百个气泡。2.4细胞核-核区（nuclearregionorarea）细胞核：又称原核、拟核，无核膜、核仁，为深度卷曲的DNA双螺旋细丝，只有少量蛋白质与之结合。一般为单倍体，在染色体复制的段时间内呈双倍体。细胞核的功能：遗传物质。质粒——许多细菌细胞存在着染色体外的遗传物质，为环状的双股DNA分子，能自我复制，称为质粒。其功能是对次生代谢产物（抗生素、色素、毒素、酶的抑制剂等）起调控作用。可以稳定遗传，近年来发现酵母、霉菌和放线菌均有质粒存在。原核微生物的细胞核（nuclearregionorarea）原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的原始细胞核原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的原始细胞核3原核微生物的特殊结构3.1鞭毛(flagella)：有些细菌表面着生有细长波浪型弯曲的丝状物，是细菌的运动器官，称为鞭毛。鞭毛直径很细，0.01-0.02µm，比菌体长许多倍，在15-20µm范围，其数目1-几十条。①鞭毛的功能：运动器官。悬滴法暗视野显微镜观察②

鞭毛的观察方法：半固体穿刺法观察特殊染色法显微镜观察③

鞭毛的成分：蛋白质，少量的多糖。④鞭毛的形态鞭毛的电镜照片鞭毛的形态⑤根据鞭毛着生位置和数目分：单毛菌：一端或两端各生一根鞭毛。丛毛菌：一端或两端各生丛毛菌。周毛菌：菌体周围都着生有鞭毛。

总结：球菌：大多数无鞭毛。

杆菌：

有的有鞭毛。螺旋菌：大多数有鞭毛。

3.2

荚膜(capsule)荚膜:有些细菌在其细胞壁表面覆盖一层松散的粘液样物质，具有一定的外形，相对稳定地附着于细胞外，叫荚膜。菌胶团—当荚膜中包裹有几个菌时叫菌胶团。S型菌落—产荚膜的细菌在琼脂培养基上形成的菌落表面湿润、有光泽、粘液状称为光滑型的菌落。R型菌落—不产荚膜的细菌所形成的菌落表面较干燥，叫粗糙型的菌落。①荚膜的成分：90%为水分，固形物为多糖、多肽或蛋白质。以多糖为主。如肠膜状明串株菌以葡聚糖为主；变异链球菌以果聚糖为主；炭疽杆菌以聚谷酰胺为主；巨大芽孢杆菌以多肽和多糖为主。②荚膜的功能：A保护作用：保护菌体免受干躁的影响，防止噬菌体的吸附和白细胞的吞噬；B贮藏养分：以备营养缺乏时重新利用。C屏障作用，保护菌体免受重金属离子的毒害；D表面附着作用：黏附在呼吸道和牙齿上，如引起龋齿的唾液链球菌、变异链球菌使蔗糖变成果聚糖，让细菌牢牢黏附在牙齿表面；E细菌之间的信息识别作用；如根瘤菌属。F堆积代谢废物；③荚膜的形态：荚膜的形态

3.3芽孢芽孢—某些细菌在其生长发育的后期，在细胞内由细胞质浓缩脱水形成一个多层厚膜、折光性很强，圆形或椭圆形、圆柱形，对不良环境具有较强抵抗力的休眠体叫芽孢（endospore

，spore）（或叫内生孢子）。①芽孢的成分：芽孢膜、孢壁酸、2，6-吡啶二羧酸、少量的DNA及抗性酶系。②芽孢的性质：抗逆性强，多层厚膜，含水量少，坚实，代谢低。A抗热性强，芽孢含水量少40%，不易凝固蛋白、核酸，2，6-吡啶二羧酸钙，耐热性强。B耐干燥的能力强，干燥的芽孢可存活几年，所以可以采用沙土管保存1-3年，也耐渗透压。C对紫外线、X射线、以及一切化学药品都