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第一章细菌和放线菌第一节细菌第二节放线菌本章节基本知识点1.理解细菌的形态特征和细胞构造；2.理解细胞壁的结构特点、化学组成和生理功能以及革兰氏染色机理；3.了解细菌菌落的特点；4.熟悉食品工业中常见的细菌；5.了解放线菌细胞的形态结构、菌落特征的繁殖方式。•本章重点、难点：理解细菌细胞壁的结构特点、化学组成与革兰氏染色原理之间的关系；革兰氏染色的机制、意义，G＋菌种G－菌细胞壁构造及生物学特性上的差别（难点）；古生菌在食品工业中的潜在价值。教学学时：5学时第一节细菌（Bacteria）一、细菌的基本形态及空间排列二、细菌的大小及其测定方法三、细菌细胞结构及其功能四、细菌的繁殖方式与过程五、细菌的菌落形态及其意义概念：细菌是一类个体微小、形态简单，具有细胞壁、靠二等分裂繁殖的单细胞原核微生物。在自然界中分布最广、数量最多的一类生物，并与食品关系最为密切。是食品理论、工业发酵和酿造研究的主要对象，也是导致食品腐败的主要类群。一、细菌的基本形态及空间排列细菌的基本形态有球状、杆状和螺旋状,分别被称为球菌、杆菌和螺旋菌。各类群基本形态比较稳定。菌体细胞形态和排列具有种的特异性，是进行分类的依据之一。（一）球菌（Coccus）根据繁殖时细胞分裂面的方向不同及分裂后菌体间相互黏附的松紧程度和组合状态不同，可分为六种不同的排列方式（图2-1）。1．单球菌如尿素小球菌（Micrococcusureae）2．双球菌如肺炎双球菌（Diplococcuspneumoniae）3．链球菌如乳链球菌（Streptococcuslactis）4．四联球菌如四联小球菌（Micrococcustetragenus）5．八叠球菌如乳酪八叠球菌（Sarcinacasei）6．葡萄球菌如金黄色葡萄球菌（Staphylococcusaureus）（二）杆菌(Bacillus)长杆菌:(长:宽2）杆菌:(长:宽=2）短杆菌:(长:宽2）两端呈钝圆状或半圆状:两端呈平截状或称刀切状:菌体一端膨大(棒状杆菌)杆菌在培养条件下•有的呈单个存在，如大肠杆菌（Escherichiacoli，E.coli）；•有的呈链状排列，如枯草芽包杆菌（Bacillussubtilis）；•有的呈栅状排列或“V”排列，如棒状杆菌（Corynebacterium).鼠疫杆菌方形菌、星形菌、（二）杆菌(Bacillus)大肠杆菌金黄色葡萄球菌（三）螺旋菌(Spirillum)弯曲的杆菌称为螺旋菌。按照其弯曲的程度不同，可分为弧菌（Vibrio）和螺旋菌（Spirillum）两种。1．弧菌菌体仅一个弯曲,呈弧形或逗号形如霍乱弧菌（Vibriocholerae）。2．螺旋菌菌体有多个弯曲，回转呈螺旋状如小螺菌（Spirillumminor）。二、细菌的大小及其测定方法常以微米（μm）为单位球菌:一般用直径表示，常介于0.5～2μm之间；杆菌:用菌细胞“长×直径（宽）”表示，杆菌大小差异较大，一般为：1～5×0.5～1μm；螺旋菌:与杆菌相同，长度仅表示其两端空间距离。形态鉴定时，尚需测菌细胞的螺旋度、螺距等指标。注意：菌体大小具有种的稳定性，也受染色方法、培养基、菌龄、渗透压等外因影响。细菌大小的记载，常是平均值或代表性数字。（一）细菌的大小与表示方法（二）细菌的大小测定技术•显微测微尺法：1.物镜测微尺有一1mm长的刻度线，刻有100个小格，即每格代表10μm；2.目镜测微尺也刻有100小格，其每格所代表的长度可用物镜测微尺进行校准。3.之后可在显微镜下对细菌细胞进行测量。•显微照相法：几种细菌的大小菌种大小（μm）•乳链球菌（Streptococcuslactis）0.8～1•金黄色葡萄球菌（Staphylococcusaureus）1.0～1.5•尿素小球菌（Micrococcusureae）0.5～0.8•大肠杆菌（Escherichiacoli）1.2～3.0×0.8～1.2•枯草杆菌（Bacillussubtilis）4～6×0.8～1.2•肉毒梭菌（Clostridiumbotulinium）1～3×0.3～0.6•霍乱弧菌（Vibriocholerae）1～3.2×1.0～1.5•红色螺菌（Spirillumrubrum）1～2×0.5三、细菌细胞结构及其功能分一般结构和特殊结构两部分：基本结构是任何细菌都有的，包括细胞壁、细胞膜、拟核、核糖体及细胞质和内含物；特殊结构是只有某些种类的细菌才有，而且对细菌的生命活动并非必需的结构，包括荚膜、芽孢、鞭毛和纤毛等部分。（一）细菌细胞的基本结构1．细胞壁（cellwall）细胞壁是位于细胞最外层的一层坚韧而略具弹性的结构。约占细胞干重的10%～25%；在一般光学显微镜下不易观察到。G+G-（1）细胞壁的结构草酸铵结晶紫（1min）→水洗→碘液（1min）→水洗→95%乙醇处理（30S）→水洗→蕃红染色液（稀）（2min）→水洗→干燥→镜检两种结果：兰紫色：革兰氏阳性菌红色：革兰氏阴性菌出现不同结果的根本原因在于细胞壁的结构不同。革兰氏染色步骤：初染、媒染、脱色、复染（1）细胞壁的结构G+菌细胞壁是一层，厚约20～80nm，由肽聚糖网架结构填充磷壁质和少量脂类组成。其中肽聚糖含量高，约占细胞壁重的40%～80%，且网状结构致密。肽聚糖（peptidoglycan）：由N-乙酰葡萄糖胺(NAG)、N-乙酰胞壁酸(NAM)和短肽聚合而成的多层网状结构的大分子化合物。①革兰氏阳性菌的细胞壁（1）细胞壁的结构（1）细胞壁的结构磷壁酸：为多元醇（核糖醇或甘油）和磷酸的复合物。根据多元醇的种类不同可分为核糖醇型磷壁质和甘油型磷壁质两类。一般只有G+菌的肽聚糖层网架结构中填充有磷壁酸。（1）细胞壁的结构G-菌细胞壁分两层，厚约10nm,外层为脂蛋白和脂多糖层，内层为肽聚糖层。肽聚糖含量低，约占细胞壁干重的5%～10%，且网状结构疏松。②革兰氏阴性菌的细胞壁（1）细胞壁的结构结构特点革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌细胞壁层次亚单位侧链构成亚单位交联方式亚单位交联度网格填充基质一层肽聚糖ala-glu-lys-ala五聚甘氨酸短肽70%磷壁酸一层外壁层（脂类）内壁层（肽聚糖）第三位是二氨基庚二酸直接形成肽键30%无基质填充③G+菌的细胞壁与G-菌的细胞壁结构的比较④革兰氏染色原理一般认为与细胞壁的化学组成、结构和渗透性有关。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。步骤（重申）：涂片固定---草铵结晶紫初染1min---碘液媒染1min---95%乙醇脱色0.5min--番红复染1min。（2）细胞壁的生理功能①维持细胞形状。细胞的外形由细胞壁决定。无论原来是什么形状，一旦除掉细胞壁后的原生质体将呈球形。②保护菌体。起着屏障和抵抗低渗的作用。细胞壁的坚韧结构使细胞能承受内外渗透压差而不至发生渗透裂解；另外细胞壁上许多小孔容许水和直径小于1nm的物质自由通过，阻止大分子物质通过。③为鞭毛运动提供支点。是鞭毛运动的必要条件。④与抗原性、致病性、噬菌体的感染有关。2．细胞膜（cellmembrane）紧贴在细胞壁内层，包围着细胞质的柔软而富弹性的薄膜。约占细胞干重10%，电镜下观察厚约7～8nm。基本构造为双层单位膜：内外两层磷脂分子，含量为20%～30%；蛋白质有些穿过磷脂层，有些位于表面，含量为60%～70%；另外有少量的多糖（约2%）。细胞膜的生理功能细胞膜是具有高度选择性的半透膜，含有丰富的酶系，具有重要的生理功能，主要表现在：①细胞膜对细胞内外物质交换起选择性屏障作用。在细胞膜上镶嵌的大量渗透蛋白（渗透酶）控制营养物质和代谢产物的进出。②细胞膜是细胞的代谢中心。细胞膜上除渗透酶外，还分布大量的呼吸酶、合成酶、ATP合成酶等，菌细胞的很多代谢反应在细胞膜上进行。间体（Mesosome）是细胞膜内陷形成的层状、管状或囊状物。又叫中间体。与处在细胞表面的细胞膜相比，间体上镶嵌的酶蛋白更多。细菌细胞的能量代谢主要在间体上进行，所以人们又称间体为拟线粒体。其功能可能与细胞壁合成、核质分裂、细菌呼吸和芽孢形成有关。3．细胞质（cytoplasm）及其内含物主要成分：蛋白质、核酸、脂类、多糖、水分和少量无机盐类。细胞质中含许多酶系，新陈代谢的主要场所。（1）核糖体(ribosome）分散在细胞质中，沉降系数为70S的亚显微颗粒，由30S和50S两个亚基组成，是蛋白质合成场所，化学成分为蛋白质（40%）和RNA（60%）。（2）液泡（vacuole）气泡（gasvacuole）一些细菌生长发育一段时间，在细胞质中出现液泡。内充满水分和盐类或一些不溶性颗粒。主要功能调节渗透压。一些好氧水生细菌细胞质中含气泡，其作用可能是储存和提供氧气及调节浮力。（3）储藏颗粒。一些细胞中较大的颗粒状物，随不同种类和培养条件有很大变化。多是细胞生长期间形成的储藏物质。细胞质是细胞膜包裹的一团除拟核以外的胶状液态基质。肽链的合成（补充）4．细胞核（nucleoid）与质粒（plasmid）①细胞核结构和形态上都比真核生物简单，只有核区，无核膜、核仁和固定形态，一般位于细胞中央部分，呈球状、棒状或哑铃状，不与细胞质相混合。核区内仅有一条闭合环状双链DNA大分子，形成高度折叠缠绕的超螺旋结构，不与组蛋白结合，而是与Mg2+等阳离子和胺类等有机碱结合，以中和磷酸基团所带的负电荷，形成细菌染色体。细胞核是细菌的遗传信息中心，决定着细菌细胞的遗传和变异。②质粒（plasmid）是一段存在于染色体外或整合在染色体上的共价闭合环状双链DNA分子。分子量106Da，含50～100基因。可独立存在于细菌染色体外，自我复制、稳定遗传和表达；也可整合和消失，一定范围内可在细胞间传递。许多次生代谢产物（如抗生素、色素和芽孢）的合成一般受质粒控制。质粒并非细菌生命活动必需，但可携带决定细菌某些遗传特性的基因，是遗传工程的重要载体。（二）细菌细胞的特殊结构1．荚膜（capsure）某些细菌分泌到细胞壁外的疏松透明的粘液状物质。一般厚约200nm。荚膜使细菌在固体培养基上形成光滑型菌落。可用衬托染色法染色后在显微镜下观察。（1）根据形态可分为三种类型：①荚膜：较薄且与环境有明显边缘②粘液层：较厚且扩散至环境中,与环境无明显边缘。③菌胶团：许多细菌的荚膜物质积聚在一起形成的结构。印度墨汁负染色（2）荚膜的化学组分主要是多糖和多肽的聚合物，成分因菌种而异。如肠膜状明串珠菌（Leuconostocmesenteroides）的荚膜物质为葡聚糖，可用作生产右旋糖苷，作为代血浆的成分；炭疽杆菌（Bacillusanthracis）的荚膜物质为以D-谷氨酸合成的多肽。荚膜物质的形成与环境条件有关。另外，荚膜内含有90%以上的水分。（3）荚膜的生理功能：营养储备形式：细菌失去荚膜仍然能正常生长，所以不是生命活动所必需。主要是防止干燥和必要时提供养料。抗免疫保护作用：保护细胞免受寄主细胞的吞噬作用。（二）细菌细胞的特殊结构2．鞭毛（flagellum）与纤毛（pilus）鞭毛是某些微生物表面着生的一根或数根由细胞内生出的细长、弯曲、毛发状的丝状体结构。鞭毛起源于细胞膜内侧，直径12～18nm，长度可超过菌体的数倍到几十倍。用鞭毛特殊染色技术(碱性品红+鞣酸)、电镜技术、暗视野技术、悬滴法和半固体穿刺法可看到或判断鞭毛的存在。（二）细菌细胞的特殊结构鞭毛主要化学组分是鞭毛蛋白，并含少量的糖和脂肪。鞭毛的结构由鞭毛基体、鞭毛钩、鞭毛丝三部分构成。基体钩状体丝状体（1）鞭毛的结构与化学组分：（二）细菌细胞的特殊结构鞭毛着生的位置、数目和排列方式具有种的特异性，可分为偏端单生、偏端丛生、两端单生、两端丛生和周生几种类