食品微生物学-第一章

食品微生物学第一章原核微生物第一节细菌第二节放线菌第三节其他原核微生物原核微生物是指一类没有核膜和核仁，只含有一个由裸露的DNA分子构成的原始核区，没有明显的细胞器，有大量的中间体，只以无性的二分裂方式繁殖的单细胞生物。原核微生物主要包括：细菌、放线菌、蓝细菌、立克次氏体、支原体、衣原体、螺旋体、古细菌等。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第一节细菌细菌（Bacteria）是一类个体微小、结构简单，细胞壁坚韧，多数以二分裂方式繁殖，水生性较强的单细胞原核微生物。生存环境：温暖潮湿、富含有机物的地方，都有大量细菌活动。有特殊的臭味或酸败味，发粘、发滑。应用：工业上生产各种氨基酸、核苷酸、酶制剂、乙醇、丙酮、丁醇、有机酸、抗生素等；农业上用作杀虫菌剂、细菌肥料的生产和在沼气发酵、饲料青贮等方面的应用；医药上如各种菌苗、类毒素、代血浆和许多医用酶类的生产等；以及细菌在环保和国防上的应用等，都是利用有益细菌活动的例子。危害：人、动物、植物的传染病、食物和工农业产品腐烂变质。一.细菌的基本形态和空间排列（一）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。单球菌：细胞分裂沿一个平面进行，新个体分散而单独存在.如尿素微球菌(Micrococcusureae)双球菌：细胞沿一个平面分裂，新个体成对排列.如肺炎双球菌(Diplococcuspneumoniae)链球菌：细胞沿一个平面进行分裂，新个体不但可保持成对的样子，并可连成链状.如：乳酸链球菌（Streptococcuslactis）四联球菌：细胞分裂是沿两个相垂直的平面进行，分裂后每四个细胞特征性地连在一起，呈田字形.如四联微球菌（Micrococcustetragenus）八叠球菌：细胞按三个互相垂直的平面进行分裂后，每八个球菌特征性地连在一起成立方体形.如尿素八叠球菌（Sarcinaureae)葡萄球菌：细胞无定向分裂，多个新个体形成一个不规则的群体，犹如一串葡萄。如：金黄色葡萄球菌（Staphylococcusaureus)（二）杆菌菌体成杆状的细菌称杆菌杆菌是细菌中种类最多的一类杆菌的形态：短杆状、长杆状、棒杆状、梭状杆状、月亮状、竹节状等；短杆菌长杆菌梭状芽孢杆菌按杆菌细胞繁殖后的排列方式则有链状、栅状、“八”字状等。枯草杆菌双歧杆菌（三）螺旋菌菌体弯曲的杆菌成为螺旋菌根据菌体弯曲程度的不同分为：1.弧菌2.螺菌菌体仅一个弯曲，螺旋不满一环如霍乱弧菌（Vibriocholerae）菌体有多个弯曲，一般螺旋2-6环如干酪螺菌（Spirillumtyrogenum）影响细菌形态的因素培养时间培养温度培养基成分浓度pH值渗透压结核杆菌的正常形态结核杆菌的异常形态二.细菌的大小及其测定方法(1)长度单位：微米(μm)(2)表示：球菌：直径杆菌：宽×长螺菌：宽×长，螺距通常球菌直径：0.5—2.0μm，杆菌:长（0.5—1.0）μm×宽（1.0—5.0）μm螺旋菌：长（0.3-2.0）μm×宽（1.0—20.0）μm最大的细菌纳米比亚嗜硫珠菌（Thiomargaritanamibiensis）（0.75mm）肉眼可见最小的细菌纳米细菌（nanobacteria)(50nm）与无细胞结构的病毒相仿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三.细菌的细胞结构及其功能基本结构特殊结构（一）细菌细胞的基本结构及其功能1、细胞壁细胞壁位于菌体的最外层，坚韧而略有弹性，其重量占细胞干重的10%-20%，细胞壁厚度一般在10-80nm。（1）细胞壁的功能①保持细胞外形，提高机械强度；②抑制机械和渗透损伤（革兰氏阳性菌的细胞壁能耐受20kg/cm2的压力）；③介导细胞间相互作用（侵入宿主）;④防止大分子入侵；⑤协助细胞运动、生长、分裂和鞭毛运动。（2）细胞壁与革兰氏染色的关系革兰氏染色法是1884年由丹麦病理学家ChristianGram于年创立的。通过革兰氏颜色，可将所有细菌分为两大类革兰氏阳性细菌（用G+表示）革兰氏阴性细菌（用G-表示）步骤：结晶紫初染碘液媒染乙醇脱色番红复染涂片固定结果:阳性菌——紫色阴性菌——红色G+菌和G-菌细胞壁结构和化学组成的区别细胞壁结构及化学组成G+菌G-菌坚韧度较坚韧较疏松肽聚糖较厚，占细胞壁干重的50%-80%，有四肽链和五肽链，三维结构较薄，占细胞壁干重的5%-10%，二维结构，四肽链成分与G+菌不同，无五肽链磷壁酸特有，占细胞壁干重的50%无外膜（脂蛋白，脂质双层，脂多糖）极少很厚，占细胞壁干重的80%，特有脂多糖①G+菌的细胞壁特点：厚度大（20~80nm）化学组分简单，主要由肽聚糖和穿插在其中的磷壁酸组成，有少量脂多糖。磷壁酸(teichoicacid)肽聚糖(peptidoglycan):A.肽聚糖概念：肽聚糖是由N—乙酰胞壁酸（NAM）和N—乙酰葡糖胺（NAG）以及短肽链（主要是四肽）组成的亚单位聚合而成的大分子聚合物。B.磷壁酸磷壁酸是革兰氏阳性菌细胞壁的特有成分，约占细胞干重的50%。他们构成长链结构穿插在肽聚糖中。壁磷壁酸——结合在肽聚糖的N-乙酰胞壁按其结合酸上部位不同膜磷壁酸——结合在细胞膜的磷脂上另一端均伸出到细胞壁的表面磷壁酸的功能协助肽聚糖加固细胞壁；增强细胞膜的稳定性；提高膜结合酶的能力(使细胞壁形成负电荷环境,以利于吸附镁离子,维持酶活)构成噬菌体的吸附位点;形成表面抗原决定簇的主要成分。保证革兰氏阳性致病菌（如A族链球菌）与其寄主间的粘连②G-菌的细胞壁革兰氏阴性菌细胞壁分外膜层和肽聚糖层外壁层：位于肽聚糖层的外部厚8-10nm肽聚糖层：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。厚2-3nmA.肽聚糖肽聚糖含量较少，仅1-3层，含量约占细胞壁总重的5%-10%。仅形成单层网络结构，结构较疏松。故对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。B.外膜层脂蛋白脂质蛋白脂质双层磷脂双层微孔蛋白脂多糖类脂A：类脂A是G-病原菌内毒素的物质基础核心多糖：2-酮-3-脱氧辛糖酸（KDO)、L-甘油-D-甘露庚糖(Hep)、3，6-二脱氧D-半乳糖（阿比可糖）(Abq)O-特异侧链：可用灵敏的血清学方法鉴定，在传染病的诊断中有重要意义。③革兰氏染色原理G﹢菌：细胞壁肽聚糖含量高，结构致密，脂类物质含量低。当乙醇脱色处理时，细胞壁脱水，使肽聚糖层的网状结构孔径缩小，通透性降低，故使结晶紫-碘复合物保留在细胞内。呈紫色Gˉ菌：细胞壁肽聚糖含量低，交联松散，脂类含量高乙醇脱色不能使其结构收缩，其脂含量高,乙醇将脂溶解，细胞壁通透性增大，结晶紫-碘复合物被洗脱出来，复染后呈红色。2.细胞膜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。厚度一般为7-8nm。（1）细胞膜的结构与化学成分1972年Singer和Nicolson提出的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，而蛋白质象孤岛一样无规则地漂流在磷脂类的海洋当中。整合蛋白周边蛋白周边蛋白极性头非极性尾磷脂双分子层中间体中间体：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。作用：扩大细胞膜的表面积，增加酶的含量，尤其是呼吸酶。（2）细胞膜的功能细胞内、外的物质交换的主要屏障和介质；合成细胞壁和糖被的各种组分的重要基地；是细胞的产能场所；传递信息；是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位；3.细胞质细胞膜内除核质以外的一切物质统称为细胞质细胞质的主要成分为:蛋白质、核酸、核糖、脂类、糖类、无机盐和水等酶系统——细菌细胞进行合成代谢和分解代谢的重要场所核糖核酸含量高（幼龄）无细胞器，有内含物——核糖体、质粒、异染颗粒、肝糖粒、淀粉粒、液泡等。核糖体是分散在细胞质中的颗粒状结构，由核糖体核酸（占60%）和蛋白质（占40%）组成。功能：是细胞合成蛋白质的机构。质粒细菌染色体外的遗传物质，由共价闭合环状双链DNA分子组成。气泡聚-β-羟基丁酸硫粒糖原碳源及能源类藻青素氮源类异染粒磷源类储藏物羧酶体颗粒状内含物4.细胞核原核生物特有的无核膜包裹、无固定形态的原始细胞核。功能：负载细菌遗传信息的物质基础。结构—大型环状的双链DNA分子（二）细菌细胞的特殊结构及其功能鞭毛、芽孢、荚膜、纤毛1.鞭毛某些细菌细胞表面有从体内伸出细长而呈波浪状弯曲的丝状物，这种丝状物称作鞭毛。鞭毛具有推动细菌运动功能，为细菌的“运动器官”。（1）观察和判断细菌鞭毛的方法电子显微镜直接观察光学显微镜下观察：鞭毛染色和暗视野显微镜根据培养特征判断：半固体穿刺、菌落（菌苔）形态（2）鞭毛着生的方法侧生周生两端丛生两端单生偏端单生偏端丛生2.芽孢概念：某些细菌在其生长发育后期细胞内细胞质浓缩，在菌体内逐步行成一个圆形或椭圆形、壁厚、含水量低、抗逆性强的休眠孢子.芽胞成熟后可自行从芽胞囊中释放出来。因芽胞的形成都是在细胞内，故又称内生孢子。芽胞囊芽胞（1）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：需氧芽孢杆菌属梭状芽孢杆菌属（2）芽孢的大小、形状、位置（3）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：孢外壁芽孢衣皮层芽孢膜芽孢核区芽孢质核心芽孢囊：是产芽孢菌的营养细胞外壳产芽孢细菌芽孢孢外壁：主要含脂蛋白，透性差(有的无)芽孢衣：主要含疏水性角蛋白，抗酶解、抗药物，多价阳离子难通过皮层：主要含芽孢肽聚糖及DPA-Ca，体积较大，渗透压高，含水量大核心芽孢壁：含肽聚糖，可发展成新的细胞壁芽孢质膜：含磷脂、蛋白质，可发展为新细胞的膜芽孢质：含DPA-Ca、核糖体、RNA和酶类核区：含DNA（4）细菌芽孢的特点★1、对高温、干燥、辐射、化学药物有强大的抵抗力。★2、含水量低、壁厚而致密，通透性差,不易着色，折光性强。★3、芽胞内新陈代谢几乎停止，处于休眠状态，但保持潜在萌发力。★4、一个芽孢萌发只产生一个营养状态的细胞。（5）芽孢的形成3.荚膜某些细菌在一定环境条件下，向细胞表面分泌的一层疏松、透明的粘液状物质称为荚膜，也叫糖被。荚膜包裹在单个细胞上包裹在细胞群上在壁上有固定层次松散，未固定在壁上菌胶团层次厚(大)荚膜层次薄微荚膜粘液层荚膜的主要作用①保护作用，如保护细胞免受干旱损伤，保护细胞免受吞噬等；②贮藏养料，以备营养缺乏时重新利用；③表面附着作用，引起龋齿的streptococcussalivarius（唾液链球菌）分泌的糖被将细菌牢牢地粘附于齿表；④作为渗透屏障和离子交换系统，以保护细菌免受金属离子的毒害；⑤细菌间的信息识别作用；⑥堆积代谢废物⑦为主要表面抗原（K抗原），是有些病原菌的毒力因子；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。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