微生物基础知识讲座(1)

第一章微生物概论什么是微生物微生物（microorganism,microbe）是一些肉眼看不见的微小生物的总称。包括属于原核类的细菌、放线菌、支原体、立克次氏体、衣原体和蓝细菌（过去称蓝藻或蓝绿藻），属于真核类的真菌（酵母菌和霉菌）、原生动物和显微藻类，以及属于非细胞类的病毒、类病毒和朊病毒等。微生物千姿百态，有些是腐败性的，即引起食品气味和组织结构发生不良变化。当然有些微生物是有益的，它们可用来生产如奶酪，面包，泡菜，啤酒和葡萄酒。微生物非常小，必须通过显微镜放大约1000倍才能看到。比如中等大小的细菌，1000个叠加在一起只有句号那么大。自佛罗里达10月3日发现25年来美国第一例吸入性炭疽之后，美国及其海外机构一直处于遭受炭疽菌袭击的恐慌之中。炭疽杆菌是出现在历史上比较久的一种生物武器，也是战争中常用的一种细菌，曾使无数人丧命。二战时期，日本731部队曾经大量培养炭疽病菌，并用活人标本进行实验。炭疽杆菌是人类历史上第一个被证实引起疾病的细菌。1877年RobertKoch首次在培养基上培养成功（如图1），并说明其可形成内孢子体，注射动物后可导致实验性炭疽。炭疽杆菌是一种很大的格兰氏染色阳性杆菌，可在普通培养基上需氧或厌氧条件下培养。芽孢杆菌蜡样芽孢杆菌蜡样芽孢杆菌蜡样芽孢杆菌蜡样芽孢杆菌淡水中的螺旋菌spirochetes.青霉是种真菌，属于子囊菌。有的能产生青霉素，救了无数人的命。产生无性孢子。根霉（Rhizopus)是种真菌，属于接合菌。能产生无性孢子菌丝体的直径约12um黑的是孢子囊支原体扫描电镜图片支原体（mycoplasma）以前被认为是最小的能独立存活的原核生物，以前也被认为是地球上迄今为止被发现的最小的细胞生物。全世界90%的猪体内寄生着支原体。立克次氏体（rickettsiae），一种微小的寄生的细菌。上图是动物的淋巴细胞，红色的是寄生的立克次氏体。噬菌体SARS病毒是一类新发现的冠状病毒禽流感病毒爱滋病毒微生物的特点种类多、分布广现在已经知道的微生物有十万种左右；微生物在土壤中的数量最多，据统计，一克土壤中含有几千万到几百亿的微生物。个体小、胃口大每毫克大肠杆菌细胞的表面积比每毫克人细胞的表面积大30万被左右；积极活动的大肠杆菌，每小时能消耗它体重2000倍的乳糖；繁殖速、转化快微生物有惊人的繁殖速度，大多数微生物几十分钟内就可以繁殖一代，如细菌一般每20~30分钟既可分裂一次；生产味精的谷氨酸短杆菌，从摇瓶培养扩大到50吨发酵罐的过程中，在52小时内细胞数目增加了32亿倍；乳酸菌每小时可产生为其体重1000~10000倍的乳酸；一种产朊假丝酵母合成蛋白质的能力是大豆的100倍，比食用公牛强10000倍；适应强、变异易一九四三年分离到的青霉素产生菌，在每毫升发酵液中只能分泌20单位左右的青霉素，通过60多年来的不断育种，加上其他条件的改进，目前每毫升已经超过10万单位；第二章微生物的类群和形态结构微生物种类繁多，人们研究得最多、也较深入的主要有细菌、放线菌、蓝细菌、枝原体、立克次氏体、古菌、真菌、显微藻类、原生动物、病毒、类病毒和朊病毒等。现择要介绍如下：细菌放线菌霉菌酵母菌病毒第一节细菌细菌是一类细胞细而短、结构简单、细胞壁坚韧，以二等分裂方式繁殖的原核微生物，分布广泛。一、细菌的形态与结构二、细菌的繁殖二分分裂繁殖是细菌最普遍、最主要的繁殖方式。在分裂前先延长菌体，染色体复制为二，然后垂直于长轴分裂，细胞赤道附近的细胞质膜凹陷生长，直至形成横隔膜，同时形成横隔壁，这样便产生两个子细胞。==细菌细胞分裂的电镜超薄切片图杆菌二分裂过程模式图三、细菌的菌落单个或少数细菌细胞生长繁殖后，会形成以母细胞为中心的一堆肉眼可见、有一定形态构造的子细胞集团，这就是菌落。细菌菌落常表现为湿润、粘稠、光滑、较透明、易挑取、质地均匀以及菌落正反面或边缘与中央部位颜色一致等。细菌的菌落特征因种而异。可作为鉴定细菌种的依据。粘质沙雷氏菌的菌落特征沙门氏菌的菌落特征弗氏志贺氏菌的菌落特征粘质沙雷氏菌的菌落特征第二节放线菌一、放线菌的形态、大小和结构放线菌的形态比细菌复杂些，但仍属于单细胞。在显微镜下，放线菌呈分枝丝状，我们把这些细丝一样的结构叫做菌丝，菌丝直径与细菌相似，小于1微米。菌丝细胞的结构与细菌基本相同。根据菌丝形态和功能的不同，放线菌菌丝可分为基内菌丝、气生菌丝和孢子丝三种。链霉菌属是放线菌中种类最多、分布最广、形态特征最典型的类群，其形态如下图所示。放线菌的菌丝链霉菌的一般形态和构造（模式图）二、放线菌的繁殖放线菌没有有性繁殖，主要通过形成无性孢子方式进行无性繁殖，成熟的分生孢子或孢囊孢子散落在适宜环境里发芽形成新的菌丝体；另一种方式是菌丝体的无限伸长和分枝，在液体振荡培养（或工业发酵）中，放线菌每一个脱落的菌丝片段，在适宜条件下都能长成新的菌丝体，也是一种无性繁殖方式。三、放线菌的菌落放线菌在固体培养基上形成与细菌不同的菌落特征，放线菌菌丝相互交错缠绕形成质地致密的小菌落，干燥、不透明、难以挑取，当大量孢子覆盖于菌落表面时，就形成表面为粉末状或颗粒状的典型放线菌菌落，由于基内菌丝和孢子常有颜色，使得菌落的正反面呈现出不同的色泽。放线菌的菌落特征A：诺尔斯氏链霉菌；B：皮疽诺卡氏菌；C：酒红指孢囊菌；D：游动放线菌；E：小单胞菌；F：皱双孢马杜拉放线菌产抗菌素的放线菌的菌落特征A：卡特利链霉菌；B：弗氏链霉菌；C：吸水链霉菌金泪亚种；D：卡那霉素链霉菌；E：除虫链霉菌；F：生磺酸链霉菌第三节霉菌真菌在微生物世界中可以称得上是个巨人家族，真菌的个头较大，其中的许多成员对我们来说都是很熟悉的。例如，在潮湿的天气里，常常发现粮食、衣服、皮鞋上长了霉，我们做酱、酱油、豆腐乳用的曲霉和毛霉等霉菌；发面、酿酒用的酵母菌等都是真菌，就连人们爱吃的蘑菇、木耳等蕈子，也都是真菌大家族的成员。真菌是微生物中的一大类群，属于真核微生物，与人类关系非常密切。真菌是抗生素（如青霉素、头孢霉素）、有机酸等多种发酵工业的基础，在自然界中则扮演着各种复杂有机物分解者的角色。然而有些真菌是病原菌，引起人类和动植物病害，有些真菌产生毒素，使人、畜中毒，严重者引起癌症。如黄曲霉产生的黄曲霉毒素毒害肝脏，易引发肝癌。霉菌是丝状真菌的俗称，意即发霉的真菌，它们往往能形成分枝繁茂的菌丝体，但又不象蘑菇那样产生大型的子实体。在潮湿温暖的地方，很多物品上长出一些肉眼可见的绒毛状、絮状或蛛网状的菌落，那就是霉菌。一、霉菌的形态、大小和结构霉菌的菌丝构成霉菌营养体的基本单位是菌丝。菌丝是一种管状的细丝，把它放在显微镜下观察，很像一根透明胶管，它的直径一般为3-10微米，比细菌和放线菌的细胞约粗几倍到几十倍。菌丝可伸长并产生分枝，许多分枝的菌丝相互交织在一起，就叫菌丝体。根据菌丝中是否存在隔膜，可把霉菌菌丝分成两种类型：无隔膜菌丝：菌丝中无隔膜，整团菌丝体就是一个单细胞，其中含有多个细胞核。这是低等真菌（即鞭毛菌亚门和接合菌亚门中的霉菌）所具有的菌丝类型。有隔膜菌丝：菌丝中有隔膜，被隔膜隔开的一段菌丝就是一个细胞，菌丝体由很多个细胞组成，每个细胞内有1个或多个细胞核。在隔膜上有1至多个小孔，使细胞之间的细胞质和营养物质可以相互沟通。这是高等真菌（即子囊菌亚门和半知菌亚门中的霉菌）所具有的菌丝类型。霉菌菌丝的变态为适应不同的环境条件和更有效地摄取营养满足生长发育的需要，许多霉菌的菌丝可以分化成一些特殊的形态和组织，这种特化的形态称为菌丝变态。吸器：由专性寄生霉菌如锈菌、霜霉菌和白粉菌等产生的菌丝变态，它们是从菌丝上产生出来的旁枝，侵入细胞内分化成根状、指状、球状和佛手状等，用以吸收寄主细胞内的养料。假根：根霉属霉菌的菌丝与营养基质接触处分化出的根状结构，有固着和吸收养料的功能。菌网和菌环：某些捕食性霉菌的菌丝变态成环状或网状，用于捕捉其它小生物如线虫、草履虫等。霉菌的菌环和菌网a.菌环；b.简单菌网；c.复杂菌网菌核：大量菌丝集聚成的紧密组织，是一种休眠体，可抵抗不良的环境条件。其外层组织坚硬，颜色较深；内层疏松，大多呈白色。如药用的茯苓、麦角都是菌核。子实体：是由大量气生菌丝体特化而成，子实体是指在里面或上面可产生孢子的、有一定形状的任何构造。例如有三类能产有性孢子的结构复杂的子实体，分别称为闭囊壳、子囊壳和子囊盘。麦角菌的菌核二、霉菌的繁殖霉菌有着极强的繁殖能力，而且繁殖方式也是多种多样的。虽然霉菌菌丝体上任一片段在适宜条件下都能发展成新个体，但在自然界中，霉菌主要依靠产生形形色色的无性或有性孢子进行繁殖。孢子有点像植物的种子，不过数量特别多，特别小。霉菌的无性孢子直接由生殖菌丝的分化而形成，常见的有节孢子、厚垣孢子、孢囊孢子和分生孢子。节孢子：菌丝生长到一定阶段时出现横隔膜，然后从隔膜处断裂而形成的细胞称为节孢子。如白地霉产生的节孢子。厚垣孢子：某些霉菌种类在菌丝中间或顶端发生局部的细胞质浓缩和细胞壁加厚，最后形成一些厚壁的休眠孢子，称为厚垣孢子。如毛霉属中的总状毛霉。孢囊孢子：在孢子囊内形成的孢子叫孢囊孢子。孢子囊是由菌丝顶端细胞膨大而成，膨大部分的下方形成隔膜与菌丝隔开，膨大细胞的原生质分化成许多小块，每小块可发育成一个孢子。孢囊孢子有两种类型，一种为生鞭毛，能游动的叫游动孢子，如鞭毛菌亚门中的绵霉属；另一种是不生鞭毛，不能游动的叫静孢子，如接合菌亚门中的根霉属。霉菌的游动孢子霉菌的静孢子左：毛霉的孢子囊；中：孢子囊壁破裂，露出静孢子；右：囊轴分生孢子：是在生殖菌丝顶端或已分化的分生孢子梗上形成的孢子，分生孢子有单生、成链或成簇等排列方式，是子囊菌和半知菌亚门的霉菌产生的一类无性孢子。霉菌分生孢子的着生和形态（青霉、曲霉、镰刀霉）曲霉的分生孢子梗和顶囊上的分生孢子镰刀霉的镰刀形大分生孢子青霉的帚状分生孢子梗和分生孢子曲霉的分生孢子头彩图霉菌的有性繁殖和有性孢子：经过两性细胞结合而形成的孢子称为有性孢子。霉菌的有性繁殖过程一般分为三个阶段，即质配、核配和减数分裂。质配是两个配偶细胞的原生质融合在同一细胞中，而两个细胞核并不结合，每个核的染色体数都是单倍的。核配即两个核结合成一个双倍体的核。减数分裂则使细胞核中的染色体数目又恢复到原来的单倍体有性孢子的产生不及无性孢子那么频繁和丰富，它们常常只在一些特殊的条件下产生。常见的有卵孢子、接合孢子、子囊孢子和担孢子，分别由鞭毛菌亚门、接合菌亚门、子囊菌亚门和担子菌亚门的霉菌所产生。卵孢子：菌丝分化成形状不同的雄器和藏卵器，雄器与藏卵器结合后所形成的有性孢子叫卵孢子。霉菌的卵孢子1.雄器；2.藏卵器；3.卵孢子接合孢子：由菌丝分化成两个形状相同、但性别不同的配子囊结合而形成的有性孢子叫接合孢子。霉菌的接合孢子左：毛霉的(+)和(-)型菌丝在交界处结合产生黑色的带状，肉眼可见；右：取小黑点用显微镜观察所看到的接合孢子子囊孢子：菌丝分化成产囊器和雄器，两者结合形成子囊，在子囊内形成的有性孢子即为子囊孢子。霉菌的子囊孢子a．子囊果；b．子囊；c．伪侧丝；d．子囊孢子担孢子：菌丝经过特殊的分化和有性结合形成担子，在担子上形成的有性孢子即为担孢子。担孢子的形成过程示意图a-d．双核细胞；e．核融合；f-g．核分裂；h．担孢子形成；i．担孢子成熟并释放霉菌的孢子具有小、轻、干、多，以及形态色泽各异、休眠期长和抗逆性强等特点，每个个体所产生的孢子数，经常是成千上万的，有时竟达几百亿、几千亿甚至更多。这些特点有助于霉菌在自然界中随处散播和繁殖。对人类的实践来说，孢子的这些特点有利于接种、扩大培养、菌种选育、保藏和鉴定等工作，对人类的不利之处则是易于造成污染、霉变和易于传播动植物的霉菌病害。三、霉菌的菌落由于霉菌的菌丝较粗而长，因而霉菌的菌落较大，有的霉菌的菌丝蔓延，没有局限性，其菌落可扩展到整个培养皿，有的种则有一定的局限性，直径1-2厘米或更小。菌落质地一般比放线菌疏松，外观干燥，不透明，呈现或紧或松的蛛网状、绒毛状或棉絮状；菌落