原核微生物.docx

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原核微生物

第二章原核微生物

原核微生物：

细菌，放线菌，蓝细菌，支原体，衣原体，立克次氏体（四菌三体）

细胞型

真核微生物:

真菌、单细胞藻类、原生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

•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。

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。

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：

细菌的大小测量单位是um

•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）

•细菌大小的测量及表示方法如下图所示

•利用显微镜测微尺，显微照相后根据放大倍数进行测算

二、细菌的细胞结构（细菌是单细胞微生物）

•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

一般结构：

一般细菌都有的构造

特殊结构：

部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的

（1）、细胞壁

细胞壁（cellwall）是位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧，略具弹性的细胞结构。

约占干重的10－25%

不同细菌细胞壁的化学组成和结构不同，通过革兰氏染色法可将所有的细菌分为革兰氏阳性（G+）和革兰氏阴性（G‐）。

（1）革兰氏阳性菌细胞壁：

由肽聚糖和磷壁酸组成

A、肽聚

双糖单位中的β‐1,4‐糖苷键很容易被溶菌酶（lysozyme）所水解，从而引起细菌因细胞壁上的肽聚糖“散架”而死亡

G+菌细胞壁化学组成以肽聚糖（peptidoglycan）为主。

这是原核微生物所特有的成份，占细胞壁物质总量的40‐90%。

B.磷壁酸又名垣酸，是大多数G+菌所特有的成分，约占细胞壁成分的10%。

青霉素的作用

Penicillium与转肽酶结合，而使该酶失活，抑制了侧链末端的丙氨酸与五肽桥的连接，破坏了细菌细胞壁的完整性（即抑制肽聚糖的合成），因此，Penicillium仅对细菌繁殖期作用，且主要是对G+菌有效。

即抑制肽聚糖的合成，故仅对生长着的菌有效，主要是G+菌

溶菌酶对细胞壁的作用

可切断NAM和NAG之间的β—1，4糖苷键，引起细菌裂解。

◆对Gˉ菌，在EDTA存在下，受溶菌酶作用。

◆溶菌酶处理后的菌细胞应保存在弱高渗（0.1~0.2M）蔗糖液

（2）革兰氏阴性菌的细胞壁成分

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。

G‐细胞壁的组成和结构比G+更复杂。

主要成份为：

脂多糖、磷脂、脂蛋白、肽聚糖。

G‐有肽聚糖，仅占细胞壁干重的5‐10%。

肽聚糖结构与G+相同，但短肽尾中的３号位上L‐Lys往往被其他二氨酸取代

外壁层是G－细菌细胞壁所特有的结构它位于壁的最外层，化学成分为脂多糖、磷脂和若干种外蛋白。

（3）G+细菌与G‐细菌细胞壁的比较

项目

革兰氏阳性菌

革兰氏阴性菌

1、革兰氏染色反应

能阻留结晶紫而染成紫色

经脱色而复染成红色

2、肽聚糖层

厚，层次多

薄，一般单层

3、磷壁酸

多数含有

无

4、外膜

无

有

5、脂多糖（LPS）

无

有

6、类脂和脂蛋白含量

低（仅抗酸性细菌含类脂）

高

7、鞭毛结构

基体上着生两个环

基体上着生四个环

8、产毒素

以外毒素为主

以内毒素为主

9、对机械力的抗性

强

弱

10、细胞壁抗溶菌酶

弱

强

11、对青霉素和磺胺

敏感

不敏感

染色

由于细菌细胞微小又透明，一般先要经过染色才能作显微观察

简单染色法

正染色：

鉴别染色法革兰氏染色法；芽孢染色法

死菌

负染色：

荚膜染色法

细菌染色

活菌：

用美蓝或TTC等作活菌染色

革兰氏染色法

革兰氏染色机理

G﹢菌：

细胞壁厚，肽聚糖网状分子形成一种透性障，当乙醇脱色时，肽聚糖脱水而孔障缩小，故保留结晶紫-碘复合物在细胞膜上。

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，其脂含量高,乙醇将脂溶解，缝隙加大，结晶紫-碘复合物溶出细胞壁，沙黄复染后呈红色

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。

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

•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。

缺壁突变---L型细菌

实验室或宿主体内形成人工去壁基本去尽——原生质体（G+）

部分去除——球状体（G‐）

缺壁人工去壁细菌

在自然界长期进化中形成—支原体

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送；

②是维持细胞内正常渗透压的屏障；

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；

2、特殊结构

（1）荚膜

•又称糖被，包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的透明胶状物质。

•糖被按其有无固定层次、层次厚薄又可细分为大荚膜、微荚膜、粘液层和菌胶团。

大荚膜

•在细胞壁外具有一定外形，厚度大约200nm，而且相对稳定的附着在壁外。

荚膜与细胞结合不牢固，通过振荡或离心可将荚膜与细胞分开。

微荚膜

•厚度不到200nm，而且与细胞结合比较紧密。

•微荚膜用光学显微镜看不到，但可用血清方法证实它的存在,很容易被胰蛋白酶消化。

粘液层

•量大而且与细胞表面的结合比较松散，比较容易变形。

所以常扩散到培养基中，在液体培养基中会使培养基的粘度增加。

菌胶团

•能将许多菌体粘合在一起形成分支状的大型黏胶物。

是细菌菌体共同糖被。

（2）芽孢

某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体，称为芽孢

细菌芽孢的特点

整个生物界中抗逆性最强的生命体，是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标。

芽孢是细菌的休眠体，在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞；产芽孢细菌的保藏多用其芽孢。

产芽孢的细菌多为杆菌，也有一些球菌。

芽孢的有无、形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标。

芽孢与营养细胞相比化学组成存在较大差异，容易在光学显微镜下观察。

（相差显微镜直接观察；芽孢染色）

本质：

即不是细菌生活周期的必经阶段，也不是细菌繁殖的一种形式，又不是对环境的消极反应，而是一种生命形式，一种独立的休眠体。

Ø某些杆菌和个别球菌在生长发育的后期，有细胞内形成一个圆形成椭圆形、壁厚、含水量低、抗逆性强的休眠体构造。

芽孢的特性

Ø具有很强的抗热、抗干燥、抗辐射、抗化学药物能力。

Ø含水量低、壁厚而致密，通透性差,不易着色。

Ø新陈代谢几乎停止，处于休眠状态。

Ø一个芽孢萌发产生一个个体。

芽孢的形成

•大多数：

营养物质缺乏、有害代谢物积累过多时

•少数：

（如苏云金杆菌）营养丰富、温度、氧气均适宜时

研究芽孢的意义

•芽孢的有无、形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标。

•芽孢的耐热性是衡量各种消毒灭菌手段的重要指标：

Ø肉类原料：

肉毒梭菌

Ø外科器材：

破伤风梭菌、产气荚膜梭菌

Ø实验室和发酵工业：

嗜热脂肪梭菌

（3）鞭毛

•有些细菌在菌体表面长有的长丝状、波曲的蛋白质附属物。

•直径：

10～20nm

•数目：

一至数十条

•功能：

运动。

这是原核生物实现趋向性的有效方式。

趋向性

Ø化学趋避运动或趋化作用：

      细菌对某化学物质敏感，通过运动聚集于该物质的高浓度区域或低浓度区域。

Ø光趋避运动或趋光性：

      有的细菌能区别不同波长的光而集中在一定波长光区内。

Ø趋磁运动或趋磁性：

趋磁细菌根据磁场方向进行分布。

鞭毛的观察方法

Ø电子显微镜直接观察

Ø光学显微镜下观察：

鞭毛染色和暗视野显微镜

Ø根据培养特征判断：

半固体穿刺、菌落（菌苔）形态。

一般情况下：

☐穿刺线周围有混浊的扩散区，可能有鞭毛。

☐菌落形状大，薄且不规则，边缘极不平整，可能有鞭毛。

菌落十分圆滑，边缘平整且相对较厚，可能没有鞭毛

鞭毛的类型

•单毛菌:

在菌体一端或两端各着生一根鞭毛，多做直线运动；

•丛毛菌:

在菌体一端或两端各着生一束鞭毛，多做摇摆运动；

•周毛菌：

菌体周身有许多鞭毛，常作翻转运动

鞭毛的化学组成

•主要由鞭毛蛋白构成，还含有少量的多糖、脂类和核酸等。

•鞭毛起源于细胞质膜内侧的基粒。

•细胞质区内有一个颗粒状小体，此小体为基粒，鞭毛自基粒长出穿过细胞壁延伸到细胞外部。

鞭毛的结构

鞭毛丝

鞭毛鞭毛钩

基体

（4）纤毛

•又称线毛、菌毛、伞毛

•某些菌体表面存在的纤细、中空、短直的蛋白质附属物。

•直径：

3～10nm

•数目：

250～300根

•功能：

吸附或传递遗传物质

每个细菌约有250～300条菌毛。

有菌毛的细菌一般以革兰氏阴性致病菌居多，借助菌毛可把它们牢固地粘附于宿主的呼吸道、消化道、泌尿生殖道等的粘膜上，进一步定植和致病。

性毛

构造和成分与菌毛相同，但比菌毛长，数量仅一至少数几根。

性毛一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌株（即供体菌）中，其功能是向雌性菌株（即受体菌）传递遗传物质。

有的性毛还是RNA噬菌体的特异性吸附受体。

质粒（plasmids）细菌染色体外的共价闭合环状双链DNA分子．分子量约为２—100×106D.携带1—100个基因,一个菌细胞可有一至数十个质粒。

质粒的特点：

1、可以在细胞质中独立于染色体之外（即以游离状态）存在，也可以插入到染色体上以附加体的形式存在；

2、在细胞分裂时，可以不依赖于细菌染色体而独立进行自我复制，也可以插入到细菌染色体中与染色体一道进行复制；

3、质粒可以通过转化、转导、或接合作用而由一个细胞转移到另一个细胞，使两个细胞都成为带有质粒的细胞；

4、质粒对于细胞生存并不是必要的。

质粒的种类

1、大肠杆菌的F因子2、细菌抗药质粒（R因子）3、大肠杆菌素质粒（Col因子）4、降解质粒5、Vi质粒

三、细菌的繁殖

细菌主要是通过无性繁殖产生后代。

其繁殖方式是二分裂，简称裂殖。

细菌的繁殖过程分为三个连骤：

细菌分裂过程

●核分裂

●形成横隔壁

●子细胞分离

•同形裂殖：

裂殖后形成的子细胞大小相等。

•异形裂殖：

分裂产生两个大小不等的子细胞。

•另外有的细菌还存在：

三分裂和复分裂。

四、细菌的培养特征

（1）固体培养基上：

•菌落：

在固体培养基上（内）,由母细胞繁殖形成的一堆肉眼可见的,有一定形态构造等特征的子细胞群体

•克隆（纯种细胞群）:

由一个细胞繁殖形成的菌落.

•菌苔:

大量细胞密集生长,结果长成的各“菌落”连接成一片

•菌苔：

纯种菌体在固体培养基上生长繁殖时形成的肉眼可见的群体。

菌苔是由许多菌体繁殖形成。

•同一菌体的菌苔特征和菌落特征是相同的，若有异样，则菌体受污染或变异，应分离纯化。

•细菌的菌落：

一般呈现湿润、较光滑、较透明、较粘稠、易挑取、质地均匀以及菌落正反面或边缘与中央部位的颜色一致。

2）、半固体培养基内：

半固体培养法通常是把培养基灌注在试管中，形成高层直立柱，然后用穿刺接种法接入试验菌种。

Ø琼脂半固体培养基：

运动能力和呼吸类型等

Ø明胶半固体培养基：

是否分泌明胶酶（即蛋白酶）

（3）液体培养基内：

Ø多数表现为混浊，部分表现为沉淀；

Ø一些好氧性细菌则在液面上大量生长，形成有特征性的、厚薄有异的菌醭、菌膜或环状、小片状连续的菌环等；

Ø有的还产生气泡、分泌色素等

五、食品中常见的细菌

•假单胞菌属

•乳杆菌属

•醋酸杆菌属

•芽孢杆菌属

•链球菌属

•小球菌属

•葡萄球菌属

•埃希菌属

•梭状芽孢杆菌属

第二节放线菌

一、概念

放线菌是具有菌丝、以孢子进行繁殖、革兰氏染色阳性的一类原核微生物，属于真细菌范畴

在形态上具有分枝状菌丝、菌落形态与霉菌相似，以孢子进行繁殖。

放线菌菌落中的菌丝常从一个中心向四周辐射状呈放射状生长，并因此而得名。

放线菌有特殊的土霉味。

放线菌实际上是属于细菌范畴内的原核微生物，只不过其细胞形态为分枝状菌丝。

二、形态与结构

单细胞，大多由分枝发达的菌丝组成；

菌丝直径与杆菌类似，约1mm；

细胞壁组成与细菌类似，革兰氏染色阳性（少数阴性）；

细胞的结构与细菌基本相同，

按形态和功能可分为营养、气生和孢子丝三种。

1、营养菌丝

匍匐生长于培养基内，吸收营养，也称基内菌丝。

一般无隔膜，

直径0.2-0.8mm，长度差别很大，有的可产生色素

2、气生菌丝

营养菌丝发育到一定阶段，伸向空间形成气生菌丝，叠生于营养

菌丝上，可覆盖整个菌落表面。

在光学显微镜下观察，颜色较深

，直径较粗（1-1.4mm），有的产色素。

3、孢子丝

气生菌丝发育到一定阶段，其上可分化出形成孢子的菌丝，即孢

子丝，又称产孢丝或繁殖菌丝。

其形状和排列方式因种而异，常

被作为对放线菌进行分类的依据。

营养菌丝匍匐生长于培养基内，吸收营养

营养菌丝发育到一定阶段，伸向空间形成气生菌丝

气生菌丝发育到一定阶段，其上可分化出形成孢子的菌丝，即孢子丝

三、生长与繁殖

无性孢子存在多种孢子形成方式

繁殖方式

菌丝断裂常见于液体培养中，工业发酵生产抗生素时都以此法大量繁殖放线菌

细菌的芽孢是休眠体，而放线菌的孢子是繁殖体

四、菌落形态

能产生大量分枝和气生菌丝的菌种（如链霉菌）菌落质地致密；

菌落质地密，与培养基结合紧密，小而不蔓延，不易挑起或挑起后不易破碎；

不能产生大量菌丝体的菌种（如诺卡氏菌）粘着力差，粉质，针挑起易粉碎；

粘着力差，粉质，针挑起易粉碎

第三节蓝细菌（Cyanobacteria

1、概念

也称蓝藻或蓝绿藻（blue-greenalgae），是一类含有叶绿素a、能以水作为供氢体和电子供体、通过光合作用将光能转变成化学能、同化CO2为有机物质的光合细菌。

以前曾归于藻类，因为它和高等植物一样具有光和色素

----叶绿素a，能进行产氧型光合作用。

蓝细菌被认为是地球上生命进化过程中第一个产氧的光合生物，对地球上从无氧到有氧的转变、真核生物的进化起着里程碑式的作用，因此具有“生物先锋”的美称。

2、特性

1）分布极广；

2）形态差异极大，有球状、杆状和丝状等形态；

3）细胞中含有叶绿素a，进行产氧型光合作用；

4）具有原核生物的典型细胞结构：

5）营养极为简单，不需要维生素，以硝酸盐或氨作为氮源，多数能固氮，其异形细胞（heterocyst）是进行固氮的场所

6）分泌粘液层、荚膜或形成鞘衣，因此具有强的抗干旱能力。

7）无鞭毛，但能在固体表面滑行，进行光趋避运动。

8）许多种类细胞质中有气泡，使菌体漂浮，保持在光线最充足的地方，以利光合作用。

支原体、立克次氏体和衣原体

支原体（Mycoplasma）立克次氏体（Rickettsia）衣原体（Chlamydia）革兰氏阴性细菌，其大小和特性均介于通常的细菌与病毒之间

特征细菌支原体立克次氏体衣原体病毒

直径（μm）0.5-0.20.2-0.250.2-0.50.2-0.3＜0.25

可见性光学显微镜光镜勉强可见光学显微镜光镜勉强可见电子显微镜过滤性不能过滤能过滤不能过滤能过滤能过滤

革兰氏染色阳性或阴性阴性阴性阴性无

细胞壁有坚韧的细胞壁缺与细菌相似与细菌相似无细胞结构

繁殖方式二均分裂二均分裂二均分裂二均分裂复制

培养方法人工培养基人工培养基宿主细胞宿主细胞宿主细胞

核酸种类DNA和RNADNA和RNADNA和RNADNA和RNADNA或RNA

核糖体有有有有无

大分子合成有有进行进行只利用宿主机器

产生ATP系统有有有无无

增殖过程中结

构的完整性保持保持保持保持失去

入侵方式多样直接昆虫媒介不清楚决定宿主细胞性质

对抗生素敏感敏感（青霉素例外）敏感敏感不敏感

对干扰素某些菌敏感不敏感有的敏感有的敏感敏感