第二章 原核微生物

1细菌是大家比较熟悉的名字，因为有很多疾病是它们引起的，如鼠疫杆菌、霍乱弧菌、破伤风杆菌、肺炎双球菌等致病菌对人类有害；那些腐败菌常引起食物和工农业产品腐烂变质，并散发出特殊的臭味或酸败味。鼠疫杆菌第一节细菌2但是，大多数细菌是和人类和平共处的，对人类不仅无害而且有益，能给人类带来很大好处。例如：人们利用谷氨酸棒杆菌制造食用味精，用乳酸菌生产酸乳，用苏云金杆菌生产杀虫剂，以及借助细菌来冶炼金属、净化污水、制作使庄稼增产的细菌肥料等。3细菌（Bacteria）的特点1原核细胞微生物——仅有原始的核物质，没有核仁与核膜分化。2无细胞器。3透明或半透明，需经染色观察。4单细胞，细菌的形态就是细胞的形态。4细菌细胞的外表特征可从形态、细胞间排列方式和大小3方面加以描述。主要有球状、杆状和螺旋状。球菌杆菌螺旋菌自然界中哪种最多？最多其次最少5贝日阿托氏菌丝状污泥膨胀正常时的活性污泥膨胀时的活性污泥球衣菌丝状：构成活性污泥的骨架6细胞无定向分裂，多个新个体形成一个不规则的群体，犹如一串葡萄。如：金黄色葡萄球菌（Staphylococcusaureus)白色葡萄球菌（Staphylcoccusalbus)各种排列方式的球菌只是它的一个“种”的特征，具体到某种特定细菌的细胞，并不一定完全按照特定方式排列，只是特征性排列方式占优势。细菌是单细胞生物,不管何种排列方式，其中的每一个细胞都是一个独立的生活个体。7螺旋状的细菌称为螺旋菌。根据其弯曲情况分为：弧菌（vibrio)：螺旋不满一圈，菌体呈弧形或逗号形例：霍乱弧菌螺菌(spirillum)：螺旋满2—6环，螺旋状例：干酪螺菌螺旋体(spirochaeta)：旋转周数在6环以上，菌体柔软。例：梅毒密螺旋体弧菌弯曲〈1螺菌2≦弯曲≦68细菌的特殊形态：柄细菌、肾形菌、臂微菌、网格硫细菌、贝日阿托氏菌(丝状)、具有子实体的粘细菌、三角形、方形等特殊形态的细菌。细菌的形态可作为细菌鉴定的重要依据之一。9影响细菌形态的因素：培养时间、培养温度、培养基成分、浓度、pH等环境条件对细菌形态都有明显的影响。一般处于幼龄阶段和生长条件适宜时，细菌形态正常、整齐，表现出特定的形态。在较老的培养物中，或不正常的条件下，细胞常出现不正常形态，尤其是杆菌，有的细胞膨大，有的出现梨形，有的产生分枝,有时菌体显著伸长以至呈丝状等异常形态.若将它们转移到新鲜培养基中或适宜的培养条件下又可恢复原来的形态。结核杆菌的正常形态结核杆菌的异常形态10（二）细菌的大小长度单位：微米(μm)例如：大肠杆菌：平均长度：2μm；宽度0.5μm1500个大肠杆菌头尾相接等于3mm;109个大肠杆菌重1mg.11二、细菌的结构细胞壁原生质体细菌基本结构，是所有细菌都有的构造特殊结构，并非所有细菌都有的构造细胞膜细胞质及其内含物原核鞭毛、菌毛荚膜、气泡等芽孢质粒1213（一）细胞壁cellwall:细胞壁是位于菌体的外层，坚韧而有弹性的结构。细胞壁约占细胞干重的10%—25%。由于其结构和成分的不同，经染色后会出现两种不同的结果→→G＋、G-，它是菌种鉴定的一个重要指标。14细菌是透明或半透明，染色后宜于观察。革兰氏染色法（Gramstain)：细菌的鉴别性染色：是一种经验染色法。是丹麦医生革兰（HansChristianGram)于1884年采用。为什么染色HansChristianJoachimGram(1853~1938)152.单染—结晶紫染液第一次染色1min1.涂片固定结晶紫初染碘液媒染乙醇脱色番红复染涂片固定163.媒染—碘-碘化钾溶液浸湿1min5.复染—红色的藩红染液第二次染色4.脱色—95%乙醇溶液进行颜色洗脱17革兰氏染色法（GramStain）结果:阳性菌——紫色阴性菌——红色结晶紫初染碘液媒染乙醇脱色番红复染涂片固定18青霉素对细菌细胞壁的作用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仅对正在生长着的细菌，且主要是对G+菌有效。这两类细菌在细胞的成分，生理、生化、抗药性方面都有很大差异，因此，任何细菌经G染色后，就可以掌握它许多生物学方面的特征，为利用、控制甚至消灭细菌通过了依据。19肽聚糖(peptidoglycan):磷壁酸(teichoicacid)G+磷壁酸：占40%。G+菌所特有,其主链由数十个磷酸甘油或磷酸核糖醇组成，肽聚糖:占30~70%,不同菌种中肽聚糖(肽链)组分不同。20G-内壁层：紧贴胞膜,1—2层肽聚糖分子,占细胞壁干重5—10%,无磷壁酸。内壁层肽聚糖peptidoglycan外壁层外膜蛋白protein孔蛋白porin磷脂phospholipid脂蛋白lipoprotein外壁层：脂多糖;脂蛋白、蛋白质层:基质蛋白、外壁蛋白;磷脂.21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(30~75)含量较高(50)一般无(2)约20含量很低(5~10)无含量较高（~20）约60★共有组分—肽聚糖★特有组分—G＋磷壁酸Gˉ脂多糖22G+肽聚糖厚交联紧密乙醇脱色肽聚糖脱水水网孔径小G-较多的脂类物质乙醇脱色脂类物质被溶解通透性增加革兰氏染色原理通透性降低结晶紫与碘的复合物无法渗出蕃红复染细菌保留蓝紫色结晶紫与碘的复合物渗出细菌被脱色蕃红复染细菌呈红色23细胞壁的功能:1、保护原生质体;2、决定细菌的基本形态；3、决定了革兰氏染色的性质；4、具有分子筛作用（屏障作用）阻拦大分子物质进入细胞。5、为鞭毛运动提供支点；241、细胞膜（Cytoplasmicmembran)（1）细胞膜的位置（2）细胞膜的作用（3）细胞膜的结构和化学成分（二）原生质体251）位置：细胞膜是紧贴细胞壁内侧包围细胞质的一层柔软，富有弹性的半透明薄膜。约占细胞干重的10％蛋白质主要包括磷脂糖类少量核酸①细胞膜的化学组成26结构：1972年Singer和Nicolson提出的细胞膜液态镶嵌模型（枣糕模型）：磷脂两层，蛋白质一层要点：①脂类双分子层构成了膜的基本骨架，②磷脂分子的运动使细胞膜具有流动性③蛋白质以多种方式分布于膜的两侧或磷脂层中。27a)高度选择透过性膜，控制细胞内外物质（营养物质和代谢废物）的运送、交换；b)维持细胞内正常渗透压的渗透屏障作用；c)含有生命活动的多种酶类，参与细胞壁、荚膜等的生物合成；能量代谢的中心f)提供鞭毛的着生点并提供鞭毛运动所需能量。细胞膜的功能：282.细胞质(cytoplast)：细胞膜内处核质外的无色透明的粘稠胶体(3)细胞质功能：细胞质中含有丰富的酶系，是营养物质合成、转化、代谢的场所。水（大部分）,其次为蛋白质、RNA、脂、糖、盐呈酸性——可用碱性或中性染料染色（1）成分：（2）特点：A.菌幼小，无色透明均一胶状物，富含RNA衰老，不均一、有液泡、颗粒物B.无细胞器29（1）原核生物的核糖体80S60S40S50S30S70S3、内含物由RNA（60%）和蛋白质（40%）构成30（2）内含颗粒(inclusin)概念——营养过剩时形成的细胞内储藏物。外源营养缺少时，内含物被降解利用。1）异染粒：普遍存在的贮藏物，主要成分是多聚偏磷酸盐。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.功能：贮存磷元素和能量，降低渗透压。如生物除磷中的“不动杆菌”在有氧条件下可大量摄取周围环境中的P，并转化为多聚偏磷酸盐，以异染粒形式储存。312）聚β－羟丁酸颗粒(PHB):细菌特有聚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。①323）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。如贝氏硫杆菌和发硫细菌。334）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褐色，淀粉粒被碘成蓝色。功能：储存碳源和能源。345)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。常见于光合细菌和水生细菌。气泡的功能：■调节细胞比重，加大菌体的浮力,借气泡漂浮能力，以使其漂浮在合适的水层中，使无鞭毛菌在合适的环境中生长。■气泡吸收空气，空气中的氧气可供代谢需要。354.核质体(nuclearbody;nucleoid)-——拟核细菌DNA：长度：一般为：1—3mm,例：大肠杆菌的DNA长约1mm。生长迅速的细菌在核分裂之后细胞往往来不及分裂,所以细胞中常有2—4个核，而生长缓慢的细菌细胞中一般只有1—2个核，功能：负载遗传信息,决定主要性状。由大型环状双链DNA纤丝不规则地折叠或缠绕而构成的无核膜、核仁的区域36质粒：细菌染色体外的遗传物质，由共价闭合环状双链DNA分子组成．质粒的特点：可自我复制，稳定遗传。对生存不是必要的。复制与染色体分开，但同步进行。不同质粒携带不同遗传信息。无质粒细菌可通过接合、转化、转导等方式获得，不能自发产生。例：细菌抗药性因子质粒应用:基因工程，体外重组.37（三）细菌的特殊结构1.质粒（plasmid）2.荚膜（capsule）3.芽孢（sporeorendospore）4.鞭毛（flagella）5.菌毛（纤毛）（pili）38荚膜是某些细菌在新陈代谢过程中形成的，分泌于细胞壁外的粘液状物质。有一定外形，很厚，相对稳定附着在细胞壁外。是细胞构造的一部分。含水率在90％~98％，极难染色—负染色法—多糖、糖蛋白多出现在“中老年细菌”外围功能？储备粮；粘液层(slimelayer)：粘液物质没有明显的边缘，比荚膜松散，可向周围环境中扩散，增大黏性。39多个菌体外面的荚膜物质互相融合，连为一体，组成共同的荚膜，菌体包埋其中，即成为菌胶团［菌胶团＋吸附物（物质、其他微生物）＝活性污泥］形成菌胶团的生物作用—群体合作、阻挡原生动物的吞噬衣鞘:丝状菌表面的黏液层或荚膜硬化,形成的透明坚韧的壳40（1）荚膜、菌胶团等的形成是微生物的遗传特征之一，是“种”的特征。但不是细菌的必要结构，失去荚膜的菌株照样能够生活。(2)荚膜的形成与组成明显受培养基成分和培养条件的影响（与环境密切相关）。41在废水处理中发挥重要作用。活性污泥性能的好坏,主要根据菌胶团多少、大小及结构的紧密度、性能来确定。新生菌胶团有较强的吸附能力和氧化分解能力，为了使废水处理能够达到较好效果，需要菌胶团结构紧密，吸附能力强，且吸附后沉降性能好，此时必须满足菌胶团对营养及环境的要求。42区分新老菌胶团新生的菌胶团：颜色较浅，无色透明，有旺盛的生命力，氧化分解有机物的能力强。老化的菌胶团：吸附了许多杂质，颜色较深，看不到细菌单体，像一团烂泥似的，生命力较差。43有些细菌产生的荚膜对人类是有益的，有些是有害的，比如引起龋齿的唾液链球菌，变异链球菌等会将蔗糖转化为果聚糖，是一种荚膜物质，使细菌易于黏附于牙齿表面，细菌发酵产生乳酸，腐蚀牙齿珐琅质，造成龋齿。（2）食品放久了会发粘，拉丝用途：（3）荚膜也可成为有价值的材料，现在医药行业上利用明串珠菌将蔗糖转化为荚膜物质—葡聚糖，可进一步用于血浆替代品中的一种主要成分—左旋糖苷的生产。（4）有些细菌分泌的黏液层还是良好的食品添加剂，以增加食品的粘度和口味。44某些细菌当环境恶劣时，细胞质浓缩凝集，逐步形成一个圆形、椭圆形或圆柱形的空泡状的休眠体，称为芽孢。这也是细菌“种”的特征。2.芽孢能形成芽孢的细菌种类：在杆菌中能形成芽孢的种类较多，在球菌和螺旋菌中只有少数菌种可形成芽孢。芽孢体是这些细菌在外界条件比如T、pH等不适宜的情况下所形成