第一章细菌和放线菌

第一章细菌和放线菌第一节细菌细菌是原核生物中一大类群，是一类个体微小、结构简单、细胞壁坚韧、多以二等分裂方式繁殖和水生性较强的单细胞微生物。绝大部分细菌是异氧型微生物。一、细菌菌体形态根据细菌菌体形态的不同，可分为球菌、杆菌和螺旋菌三大类型。菌体形态是鉴别细菌的重要依据。在自然界所存在的细菌中，以杆菌最为常见，球菌次之，而螺旋菌最少。1、球菌球菌的菌体呈圆球形或类圆球形，大多数菌体的直径为0.5~1.2微米。根据球菌在繁殖时的分裂方向及分裂后的细胞的排列情况，又可以将其分为单球菌、双球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌和链球菌。2、杆菌杆菌菌体呈杆状，根据排列情况将其分为单杆菌、球杆菌、链杆菌、棒状杆菌和梭状杆菌。3、螺旋菌螺旋菌菌体呈螺旋状，分为弧菌、螺菌、螺旋体。4、细菌形态的多变性细菌的菌体形态受环境因素的影响很大。但是在一定环境条件下，各种细菌常保持着一定的形态，一般以在适宜的培养条件下培养18~24h的培养物作为典型的菌体形态，并呈现典型的染色反应。而在陈旧老化的培养物中或在不适于细菌生长的环境中培养的细菌，常出现不规则的形态，称为衰退型，或表现为多形性，这类细菌常常表现着色不均匀、染色反应改变、特征不典型等特点。二、细菌细胞结构细胞的细胞结构可分为基本结构和特殊结构。(一)基本结构即所有细菌都具有的结构，包括细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体、内含物等。1、细胞壁细胞壁是细菌细胞的外壁，坚韧、有弹性，起固定菌体形状和保护菌体的作用。其质量为细胞干重的10%~20%。由于细菌细胞既微小又透明，故一般要经过染色才能做显微镜观察。细菌染色方法很多，其中以革兰染色法最为重要，此法由丹麦医生C.Gram于1884年发明，故得名。细菌经革兰染色后，能区分为两类，一类是最终被染成紫色，称为革兰阳性细菌(G+)；另一类最终被染成红色，称为革兰阴性细菌(G-)。革兰染色反应与细菌细胞壁的组成及结构有密切关系。细菌细胞壁的基本成分为肽聚糖，除此以外G+、G-细菌还有自己的特点。(1)G+细菌的细胞壁金色葡萄球菌是G+细菌的代表。磷壁酸主要成分是甘油磷壁酸或核糖醇磷壁酸(其中与肽聚糖分子进行共价结合的称为壁磷壁酸，跨越肽聚糖层并与细胞膜相交联的称为膜磷壁酸，是G+细菌细胞壁特有的成分。)G+细菌的细胞壁四肽(L-丙氨酸-D-谷氨酸-L-赖氨酸-D-丙氨酸即，L-Ala-D-Glu-L-Lys-D-Ala。)侧链肽五肽(由甘氨酸组成的五肽)交联桥肽聚糖-------------------------(三维网状)N-乙酰葡萄糖胺(G)聚糖(经β-1，4糖苷键连结成的长链)N-乙酰胞壁酸(M)(2)G-细菌的细胞壁大肠杆菌是G+细菌的代表。外膜(脂多糖层)其化学成分分为脂多糖、磷脂和外膜蛋白。(位于壁的最外层，是G-细菌细胞壁特有的成分。)G-细菌的细胞壁四肽(L-丙氨酸-D-谷氨酸-m-内消旋二氨基庚二酸-D-丙氨酸即，L-Ala-D-Glu-m-Dap-D-Ala。)侧链肽五肽(由甘氨酸组成的五肽)交联桥肽聚糖------------------------(二维网状)N-乙酰葡萄糖胺(G)聚糖(经β-1，4糖苷键连结成的长链)N-乙酰胞壁酸(M)(3)革兰染色机理细菌的革兰染色程序是涂片标本先经结晶紫染色，再用碘液媒染，酒精脱色，最后用复红或沙黄复染，结果呈现两种不同的染色结果。其原因是G+细菌的细胞壁肽聚糖层多而厚，而G-细菌的细胞壁肽聚糖层少而薄，含脂类较多。在革兰染色中，结晶紫和碘在细菌细胞内可形成不溶于水的结晶紫-碘复合物。在用酒精脱色时，由于G+细菌细胞壁厚、肽聚糖层多、交联致密、壁孔较小，加之它几乎不含脂类，故酒精很难把结晶紫-碘复合物洗脱，最后用复红或沙黄染色时，不着色，致使菌体保持结晶紫的紫色颜色。反之，G-细菌细胞壁薄、肽聚糖层少、交联度差、结构稀疏、壁孔较大，加之含脂类多，当用酒精脱色时，可以把脂类溶解，使壁孔加大，结晶紫-碘复合物容易被洗脱出来，细胞退成无色，这时在用复红或沙黄染色时，就使菌体呈现复染的红色。革兰染色是细菌一种鉴别染色法，也是细菌分类鉴定中的重要形态学指标，通过革兰染色可将细菌分为两大类，即G+菌和G-细菌。细菌细胞壁是一切原核生物最基本的构造。对于G+细菌常形成原生质体；G-细菌常形成球状体。原生质体：是指在人工条件下，用溶菌酶除去细胞壁或用青霉素抑制新生细胞壁合成后，所得到的仅有一层细胞膜包裹的圆球形细胞；球状体：是指还残留了部分细胞壁的原生质体。2、细胞膜细胞膜又称细胞质膜、质膜或内膜，位于细胞壁内侧，柔软、有弹性，由脂类、蛋白质和少量多糖组成。细胞膜的基本结构为磷脂双分子层，具有亲水性和疏水性。亲水性极性基团朝向膜两侧，疏水性极性基团朝向膜的中部。液态镶嵌学说：在磷脂双分子层中，镶嵌着多种膜蛋白。这些膜蛋白大多是具有特殊作用的酶类或载体蛋白，其位置或在膜的表面，或穿过磷脂双分子层伸出膜的两侧。磷脂双分子层呈液态，镶嵌与其中的蛋白可以移动或发生构象变化，细胞膜的这种模型理论，称为液态镶嵌学说。细胞膜的主要功能如下：1、营养物质的转运细菌细胞从外界环境中吸收营养物质和排除代谢废物均需通过细胞膜。2、产能场所细胞膜上含有与氧化磷酸化或光和磷酸化等能量代谢有关的酶系，故与能量代谢有关。3、生物合成作用生物膜上含有多种合成酶系，菌体的许多成分，如肽聚糖、磷壁酸、磷脂、和脂多糖等均在细胞膜上合成。4、维持细胞内正常的渗透压屏障5、合成细胞壁和各种组分的重要基地6、鞭毛基体的着生部位3、间体间体又称中介体，是细菌细胞膜向内陷入胞浆中折叠而形成的管状或囊状结构。在一个细菌细胞内有一个或多个间体，间体的作用是扩大了细胞膜的表面积，相应地增加了酶的含量，尤其是增加了呼吸酶的含量，在细菌细胞分裂时，携带染色体移动，起着类似纺锤丝的作用，4、细胞质细胞质是被细胞膜包围的除核区以外的呈溶胶状态、半透明、颗粒状物质的总称，其主要成分是水、蛋白质、核酸、脂类、多糖和无机盐类等。细胞质中还含有多种酶系，是细菌细胞进行合成代谢和分解代谢的重要场所。除此之外，细胞质中还存在许多内含物颗粒，常见的有一下类型。(1)核糖体游离存在与细胞质中的小颗粒，是合成蛋白质的场所。(2)质粒游离存在于细胞质内，核区以外，具有独立复制能力的小型环状双链DNA分子。质粒上携带有某些核基因组上所缺少的基因，使细菌等原核微生物获得了某些特殊性状。（或决定细菌某些特性的遗传基因）(3)贮藏物由不同化学物质累积而成的不溶性颗粒，主要功能是贮藏营养物，种类较多。属于类脂性质的碳源类贮藏物，不溶于水，溶于氯仿，可用苏丹黑染色，具有贮藏能量、碳源和降低细胞内渗透压等作用，还具有无毒、可塑和易降解等特点。因此，可作为医用塑料和环保型餐盒等的优质原料。5、核质体核质体又称核区、拟核或核基因组，细菌属于原核细胞型微生物，不具备完整的细胞核结构，其遗传物质为双股环状DNA分子，在细胞质内部反复回旋盘绕，呈现圆形、棒状或哑铃状。细菌的核质体是裸露的DNA，无组蛋白包围。当用碱性染料染色时，因被胞浆中着色很深的RNA掩盖，不能看见细菌的核质体。只有在用酸或用RNA酶将RNA水解后，再用核质染色法，方可在普通光学显微镜下看见。(二)细菌的特殊结构细菌的特殊结构是指不是所有的细菌都具有的构造，常见的有荚膜、鞭毛、芽孢、菌毛等。1、荚膜有些细菌，在一定的环境条件下，能分泌一种粘液性物质，黏附在细胞壁外，成为荚膜。荚膜的种类主要有荚膜或大荚膜、微荚膜、黏液层、菌胶团。荚膜的化学成分因菌种不同而异，水分约占90%，其固形物主要是多糖。有荚膜的细菌，一般菌落黏滑，当失去荚膜时，菌落表面较粗糙。液体中大量存在有荚膜的细菌时，常呈现粘稠状。细菌荚膜的形成，受基因控制，具有“种”的特征。此外，能形成荚膜的细菌，也只有在特定的条件下，才表现出荚膜形成的能力。荚膜的作用：具有抵抗外界不良环境或适应外界特殊条件的生理功能，如炭疽杆菌的荚膜可以抵抗人和动物体内吞噬细胞的吞噬作用。有些细菌的荚膜可以作为养料贮存，当营养缺乏时，可利用其荚膜物质作为碳源及能源。荚膜还具有抵抗干燥的作用、信息识别作用及堆积细胞排除的废物的作用。2、芽孢某些杆菌和个别球菌在生长发育后期，在菌体内形成一种圆形或椭圆形、壁厚、含水量低、抗逆性强、普通染色法不着色的特殊结构称为芽孢，或称为内生孢子。由于每一营养细胞内只能形成一个芽孢，故芽孢不具有繁殖功能。有芽孢的菌体称为芽孢体，未形成芽孢的菌体称为繁殖体或营养体。凡能形成芽孢的细菌，统称为芽孢菌，芽孢细菌主要分属于需氧芽孢杆菌属和梭状芽孢杆菌属的细菌中。成熟的芽孢是一种多层结构。中心部分是芽孢的核心，由芽孢壁、芽孢膜、芽孢质和芽孢核区组成，含有细菌生命活动所必须的全部物质，如DNA、RNA、蛋白质和酶系等。其中芽孢壁含肽聚糖，可发展成新细胞的壁；芽孢膜含磷脂、蛋白质，可发展成新细胞的膜；芽孢质含吡啶二羧酸钙盐，核糖体、RNA和酶系；芽孢核区含DNA。核心之外依次为皮层(主要由芽孢肽聚糖组成)、芽孢衣(为一种双硫键蛋白质，类似角蛋白，非常致密，无通透性)。有些细菌的芽孢还有孢外壁(一种疏松的脂蛋白)。细菌芽孢的形成受基因调控，在正常情况下可能受葡萄糖、氨基酸等代谢产物的抑制，不能表达。当营养缺乏时，特别是碳源和氮源缺乏时，形成芽孢的基因活化，芽孢开始形成。芽孢在菌体内的位置因菌种不同而异，常见的有以下几种类型，是细胞分类鉴定中重要形态学指标。如中央芽孢、偏端芽孢、端生芽孢。芽孢是细菌抗御不良环境条件的一种生命休眠期结构，遇适宜条件时，芽孢即开始萌发，形成新的繁殖体，进行正常的生长繁殖。芽孢对不良因素，如热、干燥、化学消毒剂及辐射等具有很强的抵抗力。3、鞭毛有些细菌在菌体表面长有呈波状弯曲的细长的丝状物，称为鞭毛。在普通光学显微镜下需经特殊染色法处理后方可看到。鞭毛是细菌的运动器官，有鞭毛的细胞能在液体中呈现活跃的运动。根据鞭毛的数目及排列方式，可将有鞭毛的细菌分为四类，即单毛菌、双毛菌、丛毛菌、周毛菌。根据电镜下的观察研究，鞭毛由基体、钩状体和丝状体三部分组成。4、菌毛菌毛是一种中空的蛋白质管状结构，其成分为菌毛蛋白。很多G-菌菌体表面有菌毛。菌毛的功能，一般是认为有利于细菌黏附到动、植物及真菌的细胞上。三、细菌繁殖特征细菌的繁殖方式主要为裂殖中的典型二等分裂，即一个细胞通过对称的二分裂，形成两个形态、大小和构造完全相同的子细胞。对杆菌来说，有横分裂和纵分裂两种方式，前者指分裂时细胞间形成的膈膜与细胞长轴呈垂直状态，后者则指平行状态，一般细菌均进行横分裂。四、细菌群体特征1、细菌在固体培养基中的群体形态将一个菌体细胞或同种的几个菌体细胞接种在固体培养基上，通过生长繁殖后所形成的子代细胞堆，称为菌落。不同种类的细菌菌落，其性状、大小、颜色、干湿度、光滑度、凸起程度、黏稠度、透明度、菌落边缘形状等均不同。这些特征是识别菌落的重要内容，具有“种”的特征，也是鉴别细菌的重要依据之一。细菌的菌落一般具有湿润、较光滑、较透明、较黏稠、易挑取、质地均匀、菌落正反面或边缘与中央部位的颜色一致等特征。菌落的形态可以作为菌种的鉴定和判断纯度的重要依据。五、食品工业中常见的细菌1、葡萄球菌属葡萄球菌属细胞球形，革兰染色阳性，不运动，不生芽孢，兼性厌氧，化能异养，既有呼吸、也有发酵两种类型。最适宜生长温度是30~37摄氏度。普遍存在于人类和动物鼻腔、皮肤及机体的其他部位，常常分离自食品、尘埃和水。有的种是人和动物的致病菌，或产生外毒素，从而引起食品腐败变质或食物中毒。葡萄球菌属中代表菌是金黄色葡萄球菌，是食品常见的污染菌。2、埃希菌属大肠埃希菌简称大肠杆菌，属于肠杆菌科、埃希菌属。广泛存在与自然界，特别是在动物肠道、水中以及植物和谷物的表面。寄居于人和动物肠道，通常无致病性，但有病原性菌株。它是食品、发酵及医药工业最常污染的细菌。食品中若有该菌存在，可证明该食物可能被粪便所污染。因此，对食品中的大肠杆菌数目有严格的规定。大肠杆菌菌体直，短杆状，正处于分裂初期的菌体常呈两极着色，有周身鞭毛、