第二章--原核微生物的形态结构与功能

食品微生物学南京农业大学食品科技学院南京农业大学食品院食品微生物组第二章原核微生物的形态结构与功能第一节细菌1第二节放线菌2南京农业大学食品院食品微生物组原核细胞真核细胞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特征原核微生物真核微生物核核膜核仁拟核－－完整的核++核糖体70S，在细胞质中80S，胞质中；70S，胞器中繁殖方式多数二分裂无性有性或无性有性生殖通常没有或有+中体+－细胞器－线粒体、高尔基体、叶绿体、内质网等细胞膜中甾醇－（除极个别外）+呼吸链位置细胞膜线粒体与氧的关系好氧、兼性好氧、厌氧好氧、少数兼性厌氧细胞壁组成肽聚糖几丁质或纤维素运动器官较细的鞭毛（中空管状结构）较粗的鞭毛（9+2结构）细胞大小较小（0.25～10μm）较大（10～100μm）原核微生物与真核微生物区别原核微生物细胞大小比较南京农业大学食品院食品微生物组第一节细菌细菌（Bacteria）是一类个体微小、具有细胞壁的单细胞原核微生物南京农业大学食品院食品微生物组一、细菌的个体形态球状杆状螺旋状基本形态南京农业大学食品院食品微生物组一、细菌的个体形态1、球菌（Coccus）细胞个体呈球形或椭圆形，不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式，常被作为分类依据。（1）单球菌如尿素微球菌（Micrococcusureae）。（2）双球菌如肺炎双球菌（Diplococcuspneumoniae）。（3）链球菌如乳链球菌（Streptococcuslactis）。（4）四链球菌如四链微球菌（Micrococcustetragehus）。（5）八叠球菌如尿素八叠球菌（Sarcinaureae）。（6）葡萄球菌如金黄色葡萄球菌（Staphylococcusaureus）。南京农业大学食品院食品微生物组2、杆菌（Bacillus）细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较稳定，而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。南京农业大学食品院食品微生物组3、螺旋菌（Spirilla）螺旋菌弧菌螺菌螺旋体弧菌（Vibriocholerae,×4800）螺菌(Campylobacterjejunl,×17000)螺旋体(Treponema,×4000)南京农业大学食品院食品微生物组4、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。南京农业大学食品院食品微生物组细菌的特殊形态南京农业大学食品院食品微生物组二、细菌的个体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、螺距南京农业大学食品院食品微生物组（二）大小1、范围菌名直径或宽×长度（m）乳链球菌（Streptococcuslactis）酿脓链球菌（Streptococcuspyogenes）金黄色葡萄球菌（Staphylococcusaureus）最大八叠球菌（Sarcinamaxima）旋动泡硫菌（Thiophysavolutans）大肠杆菌（Escherichiacoli）普通变形杆菌（Proteusvulgaris）伤寒沙门氏菌（Salmonellatyphi）嗜酸乳细菌（Lactobacteriumacidophilus）枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）炭疽芽孢杆菌（Bacillusanthracis）土拉巴斯德氏菌（Pasteurellatularensis）德氏乳细菌（Lactobacteriumdelbruckii）霍乱弧菌（Vibriocholerae）迂回螺菌（Spirillumvolutans）0.5-10.6-10.8-14-4.57-80.5x1-30.5–1x1-30.6-0.7x2-30.6-0.9x1.5-60.8-1.2x1.2-31-1.5x4-80.2x0.7-0.70.4-0.7x2.8-70.3-0.6x1-31.5–2×10-20南京农业大学食品院食品微生物组细菌大小测量结果的影响因素个体差异；干燥、固定后的菌体会一般由于脱水而比活菌体缩短1/3-1/4；染色方法的影响，一般用负染色法观察的菌体较大；幼龄细菌一般比成熟的或老龄的细菌大；环境条件，如培养基中渗透压的改变也会导致细胞大小的变化。细菌细胞的重量约为1×10－9～1×10－10mg，即每克细菌约含1～10万亿个菌体细胞南京农业大学食品院食品微生物组（nanobacteria）（50nm）与无细胞结构的病毒相仿最大和最小细菌的个体大小悬殊（Thiomargaritanamibiensis）（0.75mm）肉眼可见德国科学家H.N.Schulz等1999年在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌（sulfurbacterium），其大小可达0.75mm，Thiomargaritanamibiensis，---------“纳米比亚硫磺珍珠”南京农业大学食品院食品微生物组三、细菌的细胞结构与功能特殊构造：部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造一般构造：一般细菌都有的构造南京农业大学食品院食品微生物组（一）细菌细胞的基本结构细菌细胞的基本结构细胞壁细胞膜核区细胞质和内含物南京农业大学食品院食品微生物组细胞壁（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。1、细胞壁南京农业大学食品院食品微生物组1）细菌超薄切片的电镜直接观察；2）质、壁分离与适当的染色，可以在光学显微镜下看到细胞壁；3）机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁；4）制备原生质体，观察细胞形态的变化（1）证实细胞壁存在的方法：1、细胞壁南京农业大学食品院食品微生物组（2）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）阻拦有害物质进入细胞；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细胞壁南京农业大学食品院食品微生物组（3）细胞壁的化学组成与结构1)革兰氏染色Christian.Gram（革兰）于1884年发明的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。细胞壁南京农业大学食品院食品微生物组革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁成分的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1)革兰氏染色南京农业大学食品院食品微生物组革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌细胞壁模式图革兰氏染色南京农业大学食品院食品微生物组1、结晶紫初染2、碘溶液媒染3、乙醇脱色4、沙黄复染革兰氏染色南京农业大学食品院食品微生物组革兰氏染色南京农业大学食品院食品微生物组2）革兰氏阳性细菌的细胞壁特点：厚度大（20~80nm）化学组分简单，一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸。南京农业大学食品院食品微生物组革兰氏阳性细菌的细胞壁A、肽聚糖厚约20~80nm，由40层左右的网格状分子交织成的网套覆盖在整个细胞上。革兰氏阳性细菌肽聚糖单体南京农业大学食品院食品微生物组A、肽聚糖肽聚糖网格状结构革兰氏阳性细菌的细胞壁南京农业大学食品院食品微生物组跨越肽聚糖层并与细胞膜相交联的膜磷壁酸（又称脂磷壁酸），由甘油磷酸链分子与细胞膜上的磷脂进行共价结合后形成。B、磷壁酸革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成分，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。壁磷壁酸，它与肽聚糖分子间进行共价结合，含量会随培养基成分而改变，一般占细胞壁重量的10%，有时可接近50%。用稀酸或稀碱可以提取。革兰氏阳性细菌的细胞壁南京农业大学食品院食品微生物组革兰氏阴性菌细胞壁分内壁层和外壁层。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。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.3）革兰氏阴性细菌的细胞壁南京农业大学食品院食品微生物组A、肽聚糖埋藏在外膜层之内，是仅由1~2层肽聚糖网状分子组成的薄层(2~3nm)，含量约占细胞壁总重的10%，故对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。革兰氏阴性细菌肽聚糖单体革兰氏阴性细菌的细胞壁南京农业大学食品院食品微生物组B、外膜(outermembrane)位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层，由脂多糖、磷脂和脂蛋白等若干种蛋白质组成的膜，有时也称为外壁。革兰氏阴性细菌的细胞壁南京农业大学食品院食品微生物组C、外膜蛋白(outermembraneprotein)嵌合在LPS和磷脂层外膜上的蛋白，有20余种。革兰氏阴性细菌的细胞壁南京农业大学食品院食品微生物组D、周质空间(periplasmicspace,periplasm)革兰氏阴性细菌的细胞壁南京农业大学食品院食品微生物组4）革兰氏阳性和阴性细菌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可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南京农业大学食品院食品微生物组（4）革兰氏染色的机制南京农业大学食品院食品微生物组第一步：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。南京农业大学食品院食品微生物组G+菌Gˉ菌南京农业大学食品院食品微生物组细胞质膜（cytoplasmicmembrane），又称质膜（plasmamembrane）、细胞膜（cellmembrane）或内膜（innermembrane），是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜。细胞膜的组成：蛋白质（占50%～70%）磷脂（占20%～30%）多糖（占1.5%～10%）1、细胞膜南京农业大学食品院食品微生物组（1）观察方法：质壁分离后结合鉴别性染色在光学显微镜下观察；原生质体破裂；超薄切片电镜观察；南京农业大学食品院食品微生物组（2）细胞膜的化学组成与结构模型：液态镶嵌模型(fluidmosaicmodel)南京农业大学食品院食品微生物组①膜的主体是脂质双分子层；②脂质双分子层具有流动性；③整合蛋白因其表面呈疏水性，故可“溶”于脂质双分子层的疏水性内层中；④周边蛋白表面含有亲水基团，故可通过静电引力与脂质双分子层表面的极性头相连；⑤脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合；⑥脂质双分子层犹如一“海洋”，周边蛋白可在其上作“漂浮”运动，而整合蛋白则似“冰山”状沉浸在其中作横向移动。1972年，辛格（J.S.Singer）和尼科尔森（G.L.Nicolson）提出的细胞膜液态镶嵌模型：南京农业大学食品院食品微生物组（3）细胞膜的生理功能：a.细胞内、外的物质交换的主要屏障和介质；b.合成细胞壁和糖被的各种组分的重要基地；c.是细胞的产能场所；e.是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位；d.传递信息；南京农业大学食品院食品微生物组（4）间体（mesosome，或中体）细胞质膜内褶而形成的囊状构造，其中充满着层状或管状的泡囊。多见于革兰氏阳性细菌。青霉素酶分泌、DNA复制、分配以及细胞分裂有关“间体”仅是电镜制片时因脱水操作