工业上重要细菌的形态、特性及其应用

1.3.6细菌细胞壁以外的构造———糖被（glycocalyx）包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质。糖被按其有无固定层次、层次厚薄又可细分为荚膜（capsule或macrocapsule，大荚膜）、微荚膜(microcapsule)、粘液层(slimelayer)和菌胶团(zoogloea)。荚膜粘液层菌胶团荚膜的观察特殊染色荧光显微镜下的荚膜负染色荚膜的生理功能1、荚膜富含水分，可保护细胞免于干燥；2、能抵御吞噬细胞的吞噬；3、为主要表面抗原（K抗原），是有些病原菌的毒力因子；4、能保护菌体免受噬菌体和其他物质（溶菌酶和补体）的侵害；5、是某些病原菌必须的粘附因子；6、贮藏养料，是细胞外碳源和能源的储备物质荚膜与生产实践的关系应用：荚膜也可以成为有价值的材料。如：Leucomostocmesenteroides的葡聚糖荚膜已用于生产代血浆的主要成分——右旋糖酐和葡聚糖凝胶制剂；从野菜黄单胞菌（Xanthomonascampestris）荚膜提取黄原胶，它是优良的食品添加剂，又是石油开采中优良的压浆剂；用产菌胶团的菌进行污水处理等；通过荚膜的血清学反应进行细菌鉴定（荚膜膨胀试验）。危害：食品变质发粘；增强致病力；造成严重龋齿等。荚膜与菌落形态光滑（Smooth,S-)型菌落——产荚膜的细菌在固体培养基上形成的菌落表面湿润、有光泽、呈粘液状，称S-型菌落。粗糙（Rough,R-)型菌落——不产荚膜的细菌形成的菌落表面干燥、粗糙、称R-型菌落。荚膜的形成条件（1）荚膜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）。如肠膜明串珠菌(Leuconostomesenterondes)以蔗糖为碳源时合成葡聚糖成分的荚膜。1.3.7细菌细胞壁以外的构造———鞭毛(flagellum,复flagella)某些细菌细胞表面着生的一至数十条长丝状、螺旋形的附属物，具有推动细菌运动功能，为细菌的“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.鞭毛的观察：1)从固体培养基上的菌落形态判断2)光学显微镜（悬滴法）3)光学显微镜特殊鞭毛染色4)电镜5)半固体穿刺培养鞭毛的有无和着生方式具有十分重要的分类学意义单端鞭毛端生丛毛两端生鞭毛周生鞭毛鞭毛的着生方式鞭毛的结构由鞭毛丝．鞭毛钩．基体三部分组成：鞭毛丝：中空螺旋状、丝状结构，球蛋白亚基螺旋排列。鞭毛钩：又称钩形鞘，是连接鞭毛丝和基体的一个弯曲筒状部分，蛋白质亚基组成。G–菌：L环、P环、S环、M环G+菌：S环，M环基体：由若干个盘状物即环组成。革兰氏阴性菌的鞭毛构造革兰氏阴性菌的鞭毛构造革兰氏阳性菌的鞭毛构造鞭毛的生长方式是在其顶部延伸（三）细胞的结构7、细菌细胞壁以外的构造———鞭毛(flagellum,复flagella)3）鞭毛的结构及其运动机制（参见P59）鞭毛蛋白，3万－6万Dolton，不同种由不同球蛋白分子亚基构成，有些含多糖、类脂等，为极好抗原。鞭毛运动与细菌的趋避性运动细菌以推进方式做直线运动，以翻腾形式做短促转向运动。CW:顺时针CCW:逆时针细菌趋避性运动化学趋避性运动氧趋避性运动光趋避性运动鞭毛的功能是运动，这是原核生物实现其趋性（taxis）即趋向性的最有效方式。化学趋避运动或趋化作用（chemotaxis）：细菌对某化学物质敏感，通过运动聚集于该物质的高浓度区域或低浓度区域。光趋避运动或趋光性（phototaxis）：有的细菌能区别不同波长的光而集中在一定波长光区内。趋磁运动或趋磁性（magnetotaxis），趋磁细菌根据磁场方向进行分布。１.３.７细菌细胞壁以外的构造———菌毛(fimbria，复数fimbriae)长在细菌体表的纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质类附属物，具有使菌体附着于物体表面的功能。每个细菌约有250～300条菌毛。有菌毛的细菌一般以革兰氏阴性致病菌居多，借助菌毛可把它们牢固地粘附于宿主的呼吸道、消化道、泌尿生殖道等的粘膜上，进一步定植和致病。1.3.9、细菌细胞壁以外的构造———性毛(pili,单数pilus)构造和成分与菌毛相同，但比菌毛长，数量仅一至少数几根。性毛一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌株（即供体菌）中，其功能是向雌性菌株（即受体菌）传递遗传物质。有的性毛还是RNA噬菌体的特异性吸附受体。1.4细菌的繁殖与菌体形态一般为无性繁殖，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菌体伸长，核质体分裂②形成横隔壁③子细胞分离☆少数有菌毛的菌可进行有性繁殖无性繁殖有性繁殖方式1.4.1细菌的繁殖1.4.1细菌的繁殖细菌的裂殖过程1.4.2细菌的群体形态▲固体培养时的群体形态：①菌落（colony)②单菌落（clone)③菌苔(lawn)平板培养的群体形态▲液体培养时的群体形态（1）种类：斜面群体形态不同的微生物种类，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：（２）菌落形态1、大小2、颜色3、透明度4、表面状态5、质地6、边缘形态7、隆起形状（正面观）（３）影响菌落形态的因素各种微生物在一定条件下形成的菌落，其形态特征有一定的稳定性和专一性，因而可以作为识别、鉴定菌种的一个依据，但也受某些因素的影响，观察时应加以注意。1、邻近菌落2、培养时间3、培养基成分4、培养温度细菌菌落的特征一般都较小，菌落与培养基结合不紧密，用接种针容易挑起，多数表面较光滑、湿润、较粘稠，易挑取，质地均匀，色泽多样。1.5工业上重要细菌的形态、特性及其应用1.5.1.革兰氏阴性无芽孢杆菌（1）大肠埃希氏菌(Escherichiacoli)大肠埃希氏杆菌，简称为大肠杆菌，是最为著名的原核生物。形态：短杆或长杆状，0.5～1.0×1.0～3.0um，革兰氏阴性，运动(周毛)或不运动，无芽孢，一般无荚膜。菌落呈白色至黄白色，扩展，光滑，闪光。Escherich属菌株和大多数大肠杆菌是无害，但也有些大肠杆菌是致病的，会引起腹泻和尿路感染。O-157（肠胃出血性大肠杆菌）本身对人无害，获得新基因产生溶血菌素破坏人体的红血球、血小板和肾脏组织。有鞭毛的大肠杆菌的菌体在医学上称“O抗原”，根据其性质不同，可将所有大肠杆菌分为173类，O-157即指编号为157的大肠杆菌O抗原。大肠杆菌的名声主要因它易于在实验室操作、生长迅速，而且营养要求低。应用：大肠杆菌能作为宿主供大量的细菌病毒生长繁殖大肠杆菌也是最早用作基因工程的宿主菌工业上生产谷氨酸脱羧酶、天冬酰胺酶和制备天冬氨酸、苏氨酸及缬氨酸等大肠杆菌也是食品业和饮用水卫生检验的指示菌（2）醋酸杆菌（Acetobacter）菌体从椭圆至杆状，单个、成对或成链，革兰氏阴性，运动（周毛）或不运动，不生芽孢。好气含糖、乙醇和酵母膏的培养基上生长良好有机酸(食醋等）葡萄糖异构酶(高果糖浆)山梨糖(维C中间体）（3）假单胞菌（Pseudomonas）革兰氏阴性，直或微弯杆菌，单个，卵圆到短杆，有的长杆，大多数为0.5～1.0×1.5～4μm，无芽孢，极生鞭毛运动（单毛或丛毛），有少数种不运动。菌苔不明显呈色，可产生水溶性色素。氧化性而非发酵性异养菌（氧化葡萄糖，分解蛋白质和利用无机氮）好氧菌应用：维C、抗生素、酶及酶抑制剂、有机酸从石油产品制造产品（水杨酸等）消除环境污染（处理石油废水，含酚、氰和化学农药的污水等）1.5.2.革兰氏阳性无芽孢杆菌(1)短杆菌（Brevibacterium）短而直的杆菌革兰氏阳性大多数不运动（运动种具有周毛或极毛）无芽孢黄色短杆菌乳糖发酵短杆菌发酵生产各种氨基酸产氨短杆菌发酵生产核苷酸类产物（ATP、IMP、NAD、辅酶、FAD等）（2）棒状杆菌（Corynebacterium）革兰氏阳性直杆菌（一端膨大的棒状）折断分裂（成八字形排列或栅状排列）大多数种不运动多数好氧谷氨酸棒状杆菌北京棒状杆菌味精生产中使用的主要菌种（3）乳酸杆菌（Lactobacillus）革兰氏阳性长丝（单个或成链）无芽孢多数不运动微好氧菌葡萄糖同型发酵乳酸异型发酵乳酸乙醇EMP途径（丙酮酸还原）磷酸解酮酶途径（PK)EMP:磷酸甘油醛生成乳酸HMP:乙酰磷酸还原成乙醇德氏乳酸杆菌工业乳酸德氏乳杆菌保加利亚亚种嗜酸乳杆菌干酪乳杆菌酸奶干酪（4）双歧杆菌（Bifidobacterium）菌体细胞呈现多形态革兰氏阳性不形成芽孢不运动不抗酸厌氧菌葡萄糖双歧途径乳酸乙醇活性双歧杆菌的乳制品或微生态制剂（5）丙酸杆菌（Propionibacterium）革兰氏阳性无芽孢不运动细胞呈多形态薛氏丙酸杆菌傅氏丙酸杆菌丙酸维生素B123.革兰氏阳性芽孢杆菌（1）枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）直状、近直状的杆菌周生或侧生鞭毛革兰氏阳性，无荚膜芽孢0.5×1.51.8m,中生或近中生枯草芽孢杆菌是工业发酵的重要菌种之一。生产淀粉酶、蛋白酶、5’-核苷酸酶、某些氨基酸及核苷。（2）芽孢梭菌（Clostridium）细胞杆状，有芽孢(芽孢大于菌体宽)以周毛运动或不运动革兰氏阳性，少数为阴性或不定专性厌氧菌丙酮丁醇芽孢梭菌丁酸梭状芽孢杆菌工业生产丙酮丁醇丁酸或己酸4．革兰氏阳性球菌链球菌（Streptococcus）细胞球状或卵球状，排列成链或成对不运动，少数肠球菌运动革兰氏阳性无芽孢厌氧菌乳链球菌乳链球菌肽（Nisin）乳酸菌素（lactolin）天然食品防腐剂嗜热链球菌(与保加利亚乳杆菌混合)酸牛乳和干酪生产的发酵剂微球菌（Micrococcus）、明串珠菌（Leuconostoc）自学