第二章微生物类群及形态结构

第二章微生物类群及形态结构微生物可分为：无细胞结构真病毒、亚病毒；具有原核细胞结构的真细菌（细菌、放线菌、蓝细菌、立克次氏体、支原体、衣原体）、古细菌；具有真核细胞结构的真菌（酵母菌、霉菌）、单细胞藻类、原生动物等。原核细胞和真核细胞的区别原核细胞真核细胞细胞核有明显核区，无核膜、核仁有核膜，核仁细胞器无线粒体，能量代谢和许多物质代谢在质膜上进行有线粒体，能量代谢和许多合成代谢在线粒体中进行核糖体分布在细胞质中，沉降系数为70S分布在内质网膜上，沉降系数为80S原核细胞真核细胞第一节细菌细菌是单细胞原核微生物，个体微小，形态简单，以二等分裂方式繁殖。在自然界中，细菌分布最广、数量最多。一、细菌的形态和大小不同细菌的形态可以说是千差万别，丰富多彩，但就单个有机体而言，其基本形态可分为球状、杆状与螺旋状三种.除了球茵、杆茵、蛆旋菌三种基本形态外，还有许多具其他形态的细茵。例如柄杆菌细胞上有柄、菌丝、附器等细胞质伸出物，细胞呈杆状或梭状，并有特征性的细柄；球衣菌能形成衣峭，杆状的细胞呈链状排列在衣鞘内而成为丝状,而支原体由于只有细胞膜，没有纫胞壁，故细胞柔软，形态多变，具有高度多形性。另外，人们还发现了细胞呈星形和方形的细菌。（一）细菌的形态细菌的三种基本形态:球状、杆状和螺旋状1、球菌菌体呈球形或近似球形,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,可将球菌分为以下几种:单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌等。1、球菌单球菌(1)单球菌分裂后的细胞分散而单独存在的球菌.如尿素小球菌1、球菌双球菌(2)双球菌分裂后两个球菌成对排列的为双球菌.如肺炎双球菌1、球菌(3)四联球菌分裂是沿两个相垂直的平面进行，分裂，分裂后每四个细胞在一起呈田字形.如四联小球菌四联球菌1、球菌八叠球菌(4)八叠球菌按三个互相垂直的平面进行分裂后，每八个球菌在一起成立方体形.如尿素八叠球菌1、球菌链球菌(5)链球菌分裂是沿一个平面进行，分裂后细胞排列成链状。如乳链球菌1、球菌葡萄球菌(6)葡萄球菌分裂面不规则，多个球菌聚在一起，像一串串葡萄。如金黄色葡萄球菌2、杆菌杆菌是细菌中种类最多的类型,因菌种不同,菌体细胞的长短、粗细等都有所差异。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。2、杆菌短杆菌长杆菌梭状芽孢杆菌2、杆菌单杆菌链状杆菌2、杆菌一般情况下,同一种杆菌的宽度比较稳定,但它的长度经常随培养时间、培养条件的不同而有较大的变化。杆菌细胞两端的形态特征3、螺旋菌螺旋状的细菌称为螺旋菌。根据其弯曲情况分为：弧菌：螺旋不满一圈，菌体呈弧形或逗号形例：霍乱弧菌、逗号弧菌螺旋菌：螺旋满2—6环，螺旋状例：干酪螺菌螺旋体：旋转周数在6环以上，菌体柔软。例：梅毒密螺旋体3、螺旋菌弧菌螺旋菌螺旋体（二）细菌的大小细菌大小的测定：(1)测量：测微尺(2)长度单位：微米(μm)(3)表示：球菌：直径杆菌：宽×长螺菌：宽、长、螺距（二）细菌的大小（二）细菌的大小通常球菌直径：0.2—1.5μm，杆菌:长1—5μm,宽0.5—1μm。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.由于菌种不同，细菌的大小存在很大的差异；对于同一个菌种，细胞的大小也常随着菌龄变化。另外，对于同一个菌种染色前后其细胞大小都有所不同。所以，有关细菌大小的记载，常是平均值或代表性数值。细菌细胞的大小菌名直径或宽×长/（μm×μm）乳链球菌金黄色葡萄球菌大肠杆菌枯草芽孢杆菌霍乱弧菌0.5~10.8~10.5×(1~3)(0.8~1.2)×(1.2~3)(0.2~0.6)×(1~3)二、细菌的细胞结构基本结构包括：细胞壁、细胞膜、细胞质、核区、间体、核糖体、气泡和储藏物。特殊结构包括：荚膜、鞭毛、纤毛、芽孢。细菌细胞结构（一）细菌细胞的基本结构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%。（1）细胞壁的功能：保护细胞免受外力损伤；维持菌体外形；协助鞭毛运动；与胞膜一起完成细胞内外物质交换，为正常细胞分裂所必需；与细菌的抗原性，致病性和对噬菌体的敏感性密切相关。（2）细胞壁的化学组成与结构①革兰氏染色法：革兰氏染色法是细菌细胞的复合染色法，由丹麦医生HansChristianGram于1884年创立。基本步骤：涂片固定——结晶紫初染1min——碘液媒染1min——95%乙醇脱色0.5min——番红复染min结果:革兰氏阳性菌——紫色；革兰氏阴性菌——红色。阴性菌阳性菌①革兰氏染色法②细胞壁的化学组成与结构细菌细胞壁的化学组成：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②细胞壁的化学组成与结构细菌细胞壁的结构：细胞壁的基本骨架——肽聚糖肽聚糖：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。细菌细胞壁的结构革兰氏阳性菌细胞壁：由肽聚糖和磷壁酸组成磷壁酸：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,有的还有由D—Ala和还原糖组成的侧链。肽聚糖:占30~70%,不同菌种中肽聚糖(肽链)组分不同。细菌细胞壁的结构革兰氏阴性菌细胞壁：分内壁层和外壁层。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。革兰氏染色原理：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，沙黄复染后呈红色。2、细胞膜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。①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功能细胞内外物质交换和运送。在原核微生物中,参与生物氧化和能量产生。与细胞壁及荚膜的合成有关。是鞭毛着生的位点。细胞膜的结构细胞膜液态镶嵌模型:认为：膜是由球形蛋白与磷脂按照二维排列方式构成的流体镶嵌式，流动的脂类双分子层构成了膜的连续体，而蛋白质无规则地漂流在磷脂类的当中。3、细胞质及其内含物细胞质：是在细胞膜内除核区以外的细胞物质。细胞质是无色、透明、粘稠状物质。主要成分为水，蛋白质，核酸，脂类、少量糖和无机盐细胞质功能：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。细胞质中的内含物：①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功能：调节细胞比重，以使其漂浮在合适的水层中。气泡吸收空气，空气中的氧气可供代谢需要。例：许多光合细菌和水生细菌、盐杆菌常含有气泡。②颗粒状内含物：细菌细胞质中含有各种颗粒状内含物，它们大多数为细胞贮藏物，颗粒状内含物的多少因细菌的种类、菌龄及培养条件不同而改变。主要有：异染粒、聚β－羟丁酸、肝糖粒、淀粉粒、脂肪粒、硫粒和液泡等等。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4、核区（或核质体、原核、拟核）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。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，不在染色体复制时期一般是单倍体。功能：负载遗传信息。（二）细菌细胞的特殊结构1、芽孢概念：某些菌生长到一定阶段，细胞内形成一个圆形、椭圆形或卵圆形的内生孢子，是对不良环境有较强抵抗力的休眠体。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。产生芽孢的几个属：芽孢杆菌属梭状芽孢杆菌属芽孢乳杆菌属生孢八叠球菌属（其中的一个种）A近中央B末端C中央芽孢的形态及其在细胞中的位置细菌芽孢的各种类型芽孢的组成和结构芽孢有多层结构，主要包括孢外壁、芽孢衣、皮层和核心芽孢的外壁层厚而致密，主要成分为脂蛋白，通透性差,不易着色。核心含有大量的DNA、RNA、蛋白质酶等物质，还含有2,6—吡啶二羧酸（DPA）,DPA是芽孢特有的成分。一般以DPA—Ca的形式存在。皮层主要含芽孢肽聚糖、DPA—Ca，皮层体积大，比较致密。芽孢平均含水量低,约40%.芽孢的结构芽孢的特性:具有很强的抗热、抗干燥、抗辐射、抗化学药物能力。含水量低、壁厚而致密，通透性差,不易着色。新陈代谢几乎停止，处于休眠状态。一个芽孢萌发产生一个个体。芽孢的抗热机制：目前尚不清楚，但可能与以下因素有关，如含水量低、壁厚而致密，芽孢中的酶分子量小，比较耐热。过去认为芽孢抗热与DPA有关，现在已否认了这种假设。2、鞭毛：某些细菌表面由细胞内生出的细长、波曲、毛发状的结构。鞭毛具有运动功能，一般认为鞭毛靠鞭毛丝旋转而动，它们是细菌的“运动器官”。鞭毛的长度：一般为15—20µm，最长可达70µm。鞭毛的直径：为0.01—0.02µm.不同细菌的鞭毛数目和着生位置不同，鞭毛数目一般一至数十条。鞭毛的着生方式：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3、糖被荚膜：某些细菌细胞壁外的一层粘液性物质。根据荚膜的形状和厚度的不同，将荚膜分为四类：荚膜或大荚膜：粘液状物质具有一定外形，相对稳定地附着在细胞壁外，厚度：＞0.2µm。微荚膜：粘液状物质较薄，厚度：＜0.2µm，与细胞表面牢固结合。粘液层：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。菌胶团：多个细菌共有一个荚膜。荚膜的组成：因种而异，除水外，主要是多糖（包括同型多糖和异型多糖），此外还有多肽，蛋白质，糖蛋白等。荚膜的生理功能：保护细胞，抗干燥。贮藏养料，是细胞外碳源和能源的储备物质。荚膜可以抵御外界细胞对菌体的吞噬作用。荚膜具有抗原性。与致病力有关。四、细菌的繁殖和培养（一）繁殖一般为无性繁殖，二分裂法。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。细菌分裂过程：①核分裂②形成横隔壁③子细胞分离1、细胞增大2、DNA分子复制3、细胞中部的细胞膜和细胞壁向内生长形成隔膜，细胞质一分为二，形成二个子细胞正在分裂的细菌（二分裂）（二）群体形态1.固体培养菌落：在固体培养基上,由单个细胞繁殖形成的肉眼可见的子细胞群体。菌苔:大量细胞密集生长,结果长成的各“菌落”连接成一片。(1)平板培养(2)固体斜面培养2.液体培养基3.半固体培养不同的微生物种类，其菌落特征不同。同一种菌在不同培养条件下菌落特征也不尽相同。菌落的特征：包括大小、形状、颜色、边缘、质地、透明度、光泽、表面、湿润度等。细菌（单细胞原核生物）鞭毛（便于运动