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1、食品微生物学,第2章 微生物主要类群的形态、结构和功能,第2章 微生物主要类群的形态、结构和功能 2.1原核细胞和真核细胞的区别,9+2型是指鞭毛的微观细胞生物学结构,中外圈9组二联管,内包有一对中央微管结构.,比较项目 真核 原核,比较项目 真核 原核,比较项目 真核 原核,第2章 微生物主要类群的形态、结构和功能 2.2原核微生物的形态、结构及其生理功能,2.2.1 细菌 细菌是单胞原核生物。 细菌细胞微小而透明，用显微镜也很难看清楚。通常用适当染料染色，增加标本与背景间折光率的差异，以便观察。不能染色的活体细胞，则可用相当显微镜进行观察。 在污染物的生化处理中，细菌的作用非常重要。例如，
2、假单胞菌属（Pseudomonas）具有代谢多种化合物的能力，有些菌株可利用100多种化合物，故而对污染物有相当高的降解活性；棒杆菌属(Corynebacterium)是裂解杂环化合物和碳氢化合物链的主要菌种；节杆菌属(Arthrobacter)可氧化烃类化合物、甾（Za）体化合物等；产碱杆菌属(Alcaligenes)参与淡水、海水和陆地环境中物质的分解和矿化。,2.2.1 细菌,2.2.1.1细菌个体形态 1、球菌:细胞呈球形或椭圆形。分裂后产生的新细胞常保持一定的空间排列方式在分类鉴定上有重要意义。 (1)单球菌：细胞分裂沿一个平面进行，新个体分散单独存在。 (2)双球菌：细胞沿一个平面
3、分裂，新个体成对排列。 (3)链球菌：细胞沿一个平面分裂，新个体成链状。 4、四联球菌：细胞分裂沿两个互相垂直的平面进行，分裂后四个新细胞 相连呈田字形。 (5)八叠球菌：细胞沿三个垂直的平面进行分裂，八个新细胞特征性地叠在一起呈立方体。 (6)葡萄球菌：细胞分裂无定向进行，多个新细胞群集如一串葡萄。,单球菌（显微镜下示意图）,单球菌(single coccus),双球菌（显微镜下示意图）,双球菌(double coccus),左：显微镜效果 右：电镜照片,四联球菌,八叠球菌,八叠球菌（显微镜下示意图）,左：葡萄球菌电镜照片,葡萄球菌,右：显微镜下的金黄色葡萄球菌 (Staphylococcu
4、s aureus),链球菌,链球菌（显微镜下示意图）,链球菌（电镜照片）,球菌,A 单球菌 B 双球菌 C链球菌 D 四联球菌 E八叠球菌 F 葡萄球菌,细菌形态,2、杆菌 细胞呈杆状或圆柱状，其形态较球菌复杂。菌体直或稍弯，粗短或细长。末端钝圆、尖、膨大或平截状。杆菌细胞常沿一个平面分裂，菌体单个分散存在，或以短链状、栅栏状、八字形、丝状等方式排列。,显微镜下的杆菌,2.杆菌(bacillus),杆状的细菌称为杆菌。,杆菌,细胞呈杆状或圆柱状，菌体直或稍弯，粗短或细长。末端钝圆、尖、膨大或平裁状。 直径在0.51um15um（宽径长）,细长的杆菌又称为？,丝状菌,可引起活性污泥膨胀,枯草芽孢
5、杆菌,地衣芽孢杆菌,3、螺旋菌 细胞呈螺旋形，若菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，则称为弧菌。球菌、杆菌和螺旋菌是细菌的三种基本形态。球菌不一定都是正圆形，双球菌可能呈三角形、豆形、肾形。八叠球菌可能近于方形或长方形，即将分裂的球菌也可能呈椭圆形。 此外，还有些具有其他形态的细菌。如柄细菌，细胞杆状或梭形，有一细柄，可固着在基质上。再如鞘细菌，杆状细胞呈链状排列，周围有紧贴菌体的鞘膜。 细菌的形态排列有时是生长阶段或培养条件等原因造成的。如节杆菌属，幼龄菌细胞为杆状，老龄细胞则呈球状。培养条件不正常时，细胞常出现异常形态，杆细胞有的膨大，出现梨形，有的产生分枝，有的伸长以至呈丝状等，将它们转移
6、到新培养基中，在适宜条件下，又可恢复原的正常形态。,螺旋菌（Spirlla),螺旋状的细菌称为螺旋菌。,显微镜下的螺旋菌,螺旋状,弧菌,螺旋菌,螺旋体菌,弧菌 弧菌细胞呈弧形，其中若菌体多于一个弯曲，其程度超过一圈，又称为螺旋菌。直径在0.55um，长度不等。,螺旋菌,弧菌,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。,(寄生性弧菌-蛭弧菌),霍 乱 弧 菌,螺旋菌：,菌体回转如螺旋，螺旋 数目和螺距大小因种而 异。鞭毛二端生。细胞 壁坚韧，菌体较硬。,螺旋体菌：,菌体柔软，用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。,梅毒密螺旋体,4、丝状菌 丝状菌分布在水生境、
7、潮湿土壤和活性污泥中。有铁细菌。 细菌的形态排列有时是生长阶段或培养条件等原因造成的。如节杆菌属，幼龄菌细胞为杆状，老龄细胞则呈球状。培养条件不正常时，细胞常出现异常形态，杆细胞有的膨大，出现梨形，有的产生分枝，有的伸长以至呈丝状等，将它们转移到新培养基中，在适宜条件下，又可恢复原来的正常形态。,丝状菌,细菌的其他形态,2.2.1.2 细菌个体的大小,细菌的大小可用显微镜测微尺测量，也可通过投影或照相制成图片按放大倍数测算。测量细菌大小常以微米（um）为单位。（1mm=100 um）球状直径一般为0.5 um2 um，杆菌宽0.51 um,长1 um8 um,螺旋菌宽0.5 um5 。其长度为
8、5 um50 um。 菌体的大小与菌龄和培养条件等有关。幼龄菌较长，老龄菌较短，但菌体宽度相对恒定。培养基渗透压增大，则细胞变小。 由于细菌细胞微小而透明，往往需要染色才能用显微镜观察，染色前要进行干燥固定，致使测得的菌体大小小于活菌体。若采用负染色法，使背景着色，衬托菌体，则标本会大于活菌体。,普通光学显微镜下用测微尺测细菌大小,大小,最小：,与无细胞结构的病毒相仿（50 nm）,最大：,肉眼可见（0.75 mm）,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,显微镜下的细菌,原核生物细胞的结构与功能,细胞壁,细胞质,质膜,原生质体,基本结构,特殊结构,鞭毛 芽孢 荚膜,细胞结构
9、,细菌模式图,2.2.1.3细菌的基本结构,细菌细胞的结构可分为基本结构和特殊结构两部分。基本结构是指任何一种细菌都具有的细胞结构，包括细胞壁、细胞膜、细胞质和核质体等。特殊结构是指某些种类的细菌所特有的结构，如芽孢、荚膜、鞭毛和菌毛等。这些结构的功能特点决定了细菌在自然界中的生存能力和分布范围。,1.细胞壁 位于菌体外表面，较坚韧而富有弹性。其功能主要有：固定细胞外形；保护细胞免受外力的损伤；阻挡大分子物质进入细胞；使细胞具有一定抗病性、致病性及对噬菌体的敏感性；协助鞭毛运动。,细菌的构造,图1-3 细菌的结构,细菌细胞由外向里依次有鞭毛、菌（纤）毛、荚膜、细胞壁、细胞膜、细胞质，细胞质中又
10、有液泡、储存性颗粒、核质等。,1.细胞壁,(1)细胞壁的化学组成与结构 细菌经革兰氏染色，可分为革兰氏阳性（G+）和革兰氏阴性（G）两大类，前者呈紫色，后者呈红色，革兰氏染色是重要的细菌鉴别染色法。 G+细菌的细胞壁化学组成以肽聚糖为主，75%的肽聚糖亚单位纵横交错连接，形成致密的网络结构。除肽聚糖外，大多数G+细菌的细胞壁中还含有磷壁酸，使细胞壁形成一个负电荷环境。但不含脂多糖。 G细菌的细胞壁分为内壁层和外壁层。内壁层紧贴细胞膜，由肽聚糖组成，仅30%肽聚糖亚单位彼此交织连结，网状结构较疏松。,外壁层可再分为内、中、外三层，内层为脂蛋白层，中间为磷脂层，最外层为脂多糖层。脂多糖是G细菌细胞
11、外壁层主要成分，亦即病原菌内毒素的主要成分。它由多糖核心、抗原多糖侧链和类脂三部分组成。 两者的不同还表现在各种成分的含量不同。尤其是脂肪的含量最明显，G+菌含脂肪量为14%，G菌含脂肪量为1122%细胞壁结构。 G+和G细菌细胞壁化学组成和结构上的差别，使它们对革兰氏染色反应不同。在革兰氏染色反应中，一种不溶性的结晶紫碘的复合物形成与细胞内。这种复合物可被乙醇从G菌中浸出，但不能从G+菌中浸出。这是因为G+细菌的细胞壁较厚，肽聚糖含量较高网络结构紧密，故在用乙醇洗脱时肽聚糖网孔会因缩小而明显收缩，再加上它基本不含内脂，乙醇处理不能在壁上溶出缝隙，因此，结晶紫碘的复合物被阻留在细胞壁内。G细菌
12、的壁薄，肽聚糖含量低，且交联松散，故遇乙醇后，其网孔不易收缩。且G细菌的类脂含量高，被乙醇溶解后，细胞壁上就会出现较大的缝隙，这样，结晶紫碘的复合物就易被浸出。,细菌细胞壁 NAM(N-乙酰胞壁酸) NAG(N-乙酰葡萄糖胺),细胞壁,功能 提问：哪些功能？ 固定细胞外形；,保护细胞免受外力的损伤；,阻拦大分子物质进人细胞；,使某些细菌具有致病性及对噬菌体的敏感性。,伤寒杆菌细胞壁中含毒素,细胞壁,两种最常见的细菌细胞壁结构,革兰氏染色时差异显著 1884年丹麦医师Gram所发明,细胞壁的功能：,（1）固定细胞外形和提高机械强度；,（2）为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；,（3）渗透屏障，阻
13、拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质 （分子量大于800）进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、 消化酶和青霉素等有害物质的损伤；,（4）细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的 敏感性的物质基础；,3）革兰氏染色与细胞壁：,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 活菌：用美蓝或TTC（氧化三苯基四氮唑）等作活菌染色,（1）革兰氏染色,细菌染色法,1、用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染,2、用碘溶液进行媒染，其作用是提高染料和细胞间的相互作用从而使二者结合得更固。,3、用乙醇或丙酮冲洗进行脱色。在经历脱色后仍将结晶紫保留在细
14、胞内的为革兰氏阳性细 菌，而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉，细胞呈无色。,4、用一种与结晶紫具有不同颜色的碱性染料对涂片进行复染。例如沙黄，它使原来无色的革兰氏阴性细菌最后呈现桃红到红色，而革兰氏阳性细菌继续保持深紫色,1.细胞壁,(2)细菌细胞壁的生理功能 保护原生质体免受渗透压引起破裂的作用；维持细菌的细胞形态（可用溶菌酶处理不同形态的细菌细胞壁后，菌体均呈现圆形得到证明）；细胞壁是多孔结构的分子筛，阻挡某些分子进入和保留蛋白质在间质（革兰氏阴性菌细胞壁和细胞质之间的区域）；细胞壁为鞭毛提供支点，使鞭毛运动。,1.细胞壁,(3)细胞壁缺陷细菌 用含青霉素的培养基培养G+细菌，或在G+细菌的培
15、养物中加溶菌酶，即可抑制细胞壁的合成或破坏细胞壁。除去细胞壁后剩下的部分叫做原生质体。任何形态的菌体，成为原生质体后，均呈球形。原生质体对环境条件很敏感，且容易破裂。有的原生质体还保留着鞭毛，但不能运动。也不能被相应的噬菌体感染。其他生物活性基本不变，在适宜的条件下依旧生长繁殖，形成菌落。,1.细胞壁,(3)细胞壁缺陷细菌(续) 对G细菌先用乙二胺四乙酸（EDTA）处理一下外壁，然后以上述同样的方法处理，便获得球形体。在球形体中，原来的内壁层（薄薄的肽聚糖层）被除去，而外壁层仍保留，因而对外界不利因素尚有一定抗性。能在普通培养基上生长。 细菌L-型是细菌在某些环境条件下形成的变异型，无完整的细胞壁，因而细胞呈多形态，有的能通过细菌滤器，又称“滤过型菌”。因最先被英国Lister医学研究院发现，故称细菌L-型。,2.细胞质膜,（1）细胞质膜及其化学组成 又称细胞质膜和质膜，是紧贴在细胞壁内侧的一层柔软而富有弹性的半透性薄膜，在维持菌体与外界物质的交换方面起重要作用。细胞膜上有丰富的酶系，是细菌重要的代谢活动中心。细胞膜的化学组成主要是磷脂和蛋白质，它们的数量和种类，均随菌体生理状态而变化。,2.细胞质膜,（2）细胞膜的结构 是由上下两层致密的着色层，中间夹一
