第二章、原核微生物

第二章原核微生物【学习目标】掌握细菌、放线菌的形态结构、繁殖方式；熟悉革兰染色的原理、染色方法以及细菌、放线菌的菌落特征；了解细菌、放线菌在食品生产中的应用；了解蓝细菌的形态、繁殖和食品中的应用。微生物的主要类群

原核微生物：四菌三体细胞型真核微生物:真菌、单细胞藻类、原生动物现代生物学将微生物分为病毒非细胞型亚病毒:朊病毒、类病毒、卫星病毒第一节细菌原核微生物是指一大类没有核膜和核仁，仅含有一个由裸露的DNA分子构成的原始核区的单细胞生物。

细菌放线菌

真细菌蓝细菌支原体衣原体立克次氏体原核微生物古细菌（古菌、古生菌）

细菌细菌是一类细胞细而短，结构简单，细胞壁坚韧，以二等分裂方式繁殖，水生性较强的单细胞原核微生物。1、细菌的形态与排列方式2、细菌细胞的大小3、细菌细胞的结构与功能4、细菌的繁殖5、细菌的培养特征一、细菌的形态与排列方式1、形态：

基本形态：球状、杆状、螺旋状。

细胞的形态明显地影响着细菌的行为及其稳定性。自然界存在的细菌中，杆菌最为常见，球菌次之，螺旋菌最少。(1)、球菌球菌呈球形或近似球形。以典型的二分裂殖方式繁殖,分裂后产生的新细胞常保持一定的空间排列方式.根据细胞分裂的方向及分裂后的各子细胞的空间排列状态不同,分为六类：单球菌双球菌链球菌四联球菌八叠球菌葡萄球菌单球菌单球菌：又称微球菌、小球菌。细胞沿一个平面进行分裂，新个体子细胞分散而单独存在，如尿素微球菌。双球菌双球菌：细胞沿一个平面分裂，子细胞成双排列。如肺炎双球菌、脑膜炎双球菌。链球菌链球菌：细胞沿一个平面分裂，子细胞呈链状排列。如溶血链球菌、乳链球菌。四联球菌四联球菌：细胞按两个互相垂直的平面分裂，子细胞常常以四个菌体呈田字形排列。如四联加夫基菌。八叠球菌八叠球菌：细胞沿三个互相垂直的平面分裂，子细胞常以八个菌体有规则地堆叠在一起，呈立方体（魔方)状。如尿素八叠球菌。葡萄球菌葡萄球菌：细胞分裂无定向，在多个不同方向的平面上分裂后，很多个球菌无规则地堆集在一起，呈葡萄串状。如金黄色葡萄球菌。(2)、杆菌细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较稳定，而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。杆菌的形态：短杆状、长杆状、棒杆状、梭状、梭杆状、月亮状、分枝状、竹节状等；按杆菌细胞的排列方式则有链状、栅状、“八”字状以及有鞘衣的丝状等杆菌细胞两端的形态特征短杆菌长杆菌梭状芽孢杆菌工业生产中所用的细菌大多是杆菌。如枯草芽孢杆菌、北京棒状杆菌、苏云金杆菌、根瘤菌等等。也有不少致病菌，如伤寒沙门氏菌、痢疾志贺氏菌等。

结核分支杆菌乳酸杆菌

放线杆菌梭状芽孢杆菌

（3）螺旋菌菌体呈螺旋状，根据细胞弯曲程度和螺旋数目分三种弧菌：菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，形似“C”字或逗号，鞭毛偏端生。如霍乱弧菌(寄生性弧菌-----蛭弧菌)螺菌：菌体回转如螺旋，螺旋数目和螺距大小因种而异。弯曲2～6圈，鞭毛二端生。细胞壁坚韧，菌体较硬。螺旋体菌：菌体弯曲在6圈以上，体长而柔软，无鞭毛，用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。大多数是致病菌。

特殊形态的细菌：如丝状的亮发菌，长有附属丝的红微菌，还有一些三角形、方形、圆盘形、星形、梨状等特殊形态的细菌。细菌形态的多变性环境因素：培养温度、培养时间、培养基成分、渗透压、pH值等条件。典型的菌体形态：一般以在适宜条件下培养18～24小时的培养物。陈旧老化培养基或不适宜的环境中常出现不规则的形态，称为衰退型。2、细菌细胞的大小一般细菌的大小范围：

球菌：以直径表示0.5~2μm（直径）

杆菌：以宽度(或直径）×长度表示

0.5~1μm（直径）×1~5μm（长度）

螺旋菌：以宽度(或直径）×弯曲长度表示

0.25~1.7μm（直径）X2~60μm（长度）

(弯曲长度是菌体两端点之间的距离，而非实际长度)典型细菌的大小：大肠杆菌0.5×2μm大型菌：费氏刺骨鱼菌(0.08mmx0.6mm)比大肠杆菌大100万倍（1985年发现）

德国科学家H.N.Schulz等1997年在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌，大小可达0.32～1.00mm——“纳米比亚硫磺珍珠”

小型菌：芬兰学者1998年报道了一种最小的细菌——纳米细菌，其细胞直径仅为大肠杆菌的1/10（50nm)左右。细菌细胞的大小受下列因素影响：染色固定方法环境条件

二、细菌的细胞结构基本结构（一般细菌共有）包括：

细胞壁、细胞膜、核区、细胞质及其内含物（核糖体、气泡和储藏物）。特殊结构（某些细菌特有）包括：荚膜、鞭毛、纤毛、芽孢等大肠杆菌1、一般结构

(1)、细胞壁细胞壁是位于菌体的最外层，内侧紧贴细胞膜的一层无色透明，坚韧而有弹性的结构。细胞壁约占细胞干重的10%～25%。证实细胞壁存在的方法：细菌超薄切片的电镜直接观察质、壁分离与适当的染色，可以在光学显微镜下看到细胞壁机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁制备原生质体，观察细胞形态的变化细菌超薄切片的电镜直接观察

质、壁分离与适当的染色，可以在光学显微镜下看到细胞壁

细胞壁的功能固定细胞外形，提高机械强度，使其免受渗透压等外力损伤屏障保护功能，阻拦大分子有害物质为细胞的生长、分裂和鞭毛的着生、运动所必需赋予细胞的特定抗原性、致病性和对抗生素及噬菌体的敏感性细菌形体太小以及菌体细胞大多较为透明，为了方便观察与研究，需要借助一些染色方法。革兰氏染色法革兰氏染色法是1884年丹麦医生HansChristianGram发明的一种细菌细胞的复合染色法。根据染色反应可以将真细菌分为两大类——革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。原因在于两类细菌细胞壁的组成及结构不同。革兰氏染色法的步骤基本步骤：涂片固定——草酸铵结晶紫初染——鲁哥氏碘液媒染——95%乙醇脱色——番红复染结果:革兰氏阳性菌——紫色；革兰氏阴性菌——红色。阳性菌阴性菌金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的革兰氏染色金黄色葡萄球菌大肠杆菌革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌细胞壁成分比较

成分占细胞壁干重的%革兰氏阳性细菌革兰氏阴性细菌肽聚糖磷壁酸类脂质蛋白质含量很高（30~95）含量较高（<50）一般无（<2）无含量很低（5~20）无含量较高（~20）含量较高细胞壁的基本骨架——肽聚糖肽聚糖：

又称粘肽、胞壁质或粘质复合物，是真细菌细胞壁中的特有成分是由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。磷壁质又称磷壁酸，垣酸，革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成分，是结合在G+细胞壁上的一种酸性多糖,主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。青霉素的作用

作用于肽聚糖肽桥的联结，即抑制肽聚糖的合成，故仅对生长着的菌有效，主要是G+菌。①革兰氏阳性菌的细胞壁肽聚糖:占40～90%,不同菌种中肽聚糖(肽链)组分不同。磷壁质：占10%。G+菌所特有,其主链由数十个磷酸甘油或磷酸核糖醇组成,有的还有由D—Ala和还原糖组成的侧链。

②革兰氏阴性菌细胞壁外壁层：位于肽聚糖层的外部。

脂多糖

脂蛋白

包括

蛋白质层

基质蛋白

外壁蛋白

磷脂内壁层：紧贴胞膜,仅由1—2层肽聚糖分子构成,占细胞壁干重5—10%,无磷壁酸。革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌细胞壁结构比较③革兰氏染色的机理第一步：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。Gˉ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，番红或沙黄复染后呈红色。（2）细胞膜又称质膜、细胞质膜或内膜，是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜，厚约7—8nm。观察方法

质壁分离后结合鉴别性染色在光学显微镜下观察原生质体破裂超薄切片电镜观察电镜观察到的细胞质膜，是在上下两暗色层之间夹着一浅色中间层的双层膜结构，这与细胞膜的化学组成有关。

细胞膜的化学组成蛋白质主要包括磷脂糖类少量核酸细胞膜的组成细胞膜的结构模型①膜的主体是脂质双分子层；②脂质双分子层具有流动性；③整合蛋白因其表面呈疏水性，“溶”于脂质层疏水性内层中；④周边蛋白表面含有亲水基团，通过静电引力与脂质双分子层表面的极性头相连细胞膜的功能①选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送；②是维持细胞内正常渗透压的结构屏障；

③合成细胞壁和糖被的各种组分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、荚膜多糖等）的重要基地；

④膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶系，是细胞的产能场所；⑤是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位；（3）细胞质及其内含物细胞质是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。流体部分：含水约80%，其中水溶物质主要为可溶性酶类和核糖核酸（RNA)。

颗粒部分：主要是核糖体、贮藏物、载色体、质粒等，少数细菌还有类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等。

核糖体颗粒状贮藏物

贮藏物是一类由不同化学成分累积而成的不溶性沉淀颗粒，主要功能是贮存营养物。微生物储藏物的特点及生理功能不同微生物其储藏性内含物不同。微生物合理利用营养物质的一种调节方式。储藏物以多聚体的形式存在，有利于维持细胞内环境的平衡，避免不适合的pH，渗透压等的危害。

异染粒是普遍存在的贮藏物，主要成分是多聚偏磷酸盐。异染粒大小和结构:大小为0.5～1μm，是多聚偏磷酸盐的聚合物，分子呈线状。功能：贮存磷元素和能量，降低渗透压。多聚偏磷酸盐对某些染料有特殊反应,产生与所用染料不同的颜色,因此得名异染颗粒.例:异染粒遇甲基胺蓝变紫红色.

含异染粒的细菌种类:棒状杆菌和某些芽孢杆菌等.

聚β－羟丁酸（PHB)聚β－羟丁酸颗粒是许多细菌细胞质内常含有的碳源类储藏物.PHB不溶于水,易被脂溶性染料(如苏丹黑)着色。功能:贮存碳源、能源和降低渗透压。许多好氧菌和光合厌氧菌都含有聚β－羟丁酸颗粒。硫粒是硫元素的贮藏体。形成：取决于环境硫化物含量,当环境中S含量高时，在体内积累；当缺S时,氧化成硫酸被菌利用。功能：a.好氧硫细菌的能源b.厌氧硫细菌的电子供体肝糖粒和淀粉粒:都是α-1,4或α-1,6糖苷键的葡萄糖聚合物。这些贮藏物通常较均匀地分布在细胞质内，颗粒较小。若这类贮藏物大量存在时，用碘使对其染色，肝糖粒能被碘液染成红色，淀粉粒被碘成蓝色。脂肪粒：脂肪粒的折光性较强，它可被脂溶性染料染色；细胞生长旺盛时，脂肪粒增多，细胞遭破坏后，脂肪粒可游离出来。液泡：许多活细菌细胞内有液泡，液泡主要成分是水和可溶性盐类，被一层脂蛋白的膜包围。可用中性红染色使之显现出来。液泡具有调节渗透压的功能，还可与细胞质进行物质交换。气泡由蛋白质膜构成的充满气体的泡状物。有些细菌细胞质中含有几个或多个气泡。气泡的膜只含蛋白质而无磷脂。二种蛋白质相互交连，形成一个坚硬的结构，可耐受一定的压力。膜的外表面亲水，而内侧绝对疏水，故气泡只能透气而不能透过水和溶质。

气泡的功能：调节细胞比重，以使细胞漂浮在最适水层中获取光能、氧气和营养物质。伴孢晶体

少数芽孢杆菌，例如苏云金杆菌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——δ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。伴孢晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫有毒杀作用——细菌杀虫剂。

（4）原核（拟核、核区）原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的、原始细胞核。细菌的细胞核是一个拟核，实际上是一条环状的裸露的DNA链，所以也称核质体、染色质体或细菌染色体。无核膜结构、无固定形态。核区是细菌等原核生物负载遗传信息的主要物质基础。

用富尔根染色法或姬姆萨染色法，在普通光学显微镜下可看到核区

质粒质粒是细菌核区以外的遗传物质，能独立复制，为共价闭合环状双链DNA。质粒的存在与否不影响细菌的生长繁殖，一般只控制次要性状。如致育性、抗药性、降解性等。质粒应用