環(huán)境細胞微生物學第一章no

1、第一章 微生物的形態(tài)和構造（一）原核微生物,微生物根據(jù)其不同的進化水平和形狀上的明顯差別可分為原核微生物、真核微生物和非細胞微生物三大類群。原核微生物：細菌、放線菌、藍細菌、支原體、立克次氏體衣原體,第一節(jié) 細菌,細菌：是一類細胞細而短（細胞直徑約0.5μm，長度約0.5~5 μm）、結構簡單、細胞壁堅韌、以二等分裂方式繁殖和水生性比較強的原核微生物。,一、細菌的形態(tài)構造及其功能,（一）形態(tài)和染色細菌的形態(tài)基本上只有三大

2、類：球狀、桿狀、螺旋狀,球菌(coccus): 單球菌；雙球菌；鏈球菌；四聯(lián)球菌；八疊球菌；葡萄球菌,細菌的一般形態(tài),桿菌(bacillus): 桿菌細胞呈桿狀或圓柱形：長桿菌、短桿菌、梭狀桿菌,球菌分裂后子細胞的連接方式,,螺旋菌(spirilla) :細胞呈彎曲桿狀的細菌統(tǒng)稱為螺旋菌?；【⒙菥?、螺旋體 螺旋不滿一周稱為弧菌，滿2~6環(huán)的稱為螺菌，6環(huán)以上稱為螺旋體。,特殊形態(tài)細菌,淋病球菌,Staphylococ

3、cus aureus,絲狀菌,桿菌,霍亂弧菌,典型細菌的大小可用Escherichia coli 作代表： 長2μm，寬：0.5μm。,最小的細菌,納米細菌：細胞直徑最小為50納米1996年在火星隕石中發(fā)現(xiàn)的一種直徑10納米的微小化石成分很可能是一種納米細菌地下發(fā)現(xiàn)的超微型細菌，為正常細菌大小的1%,最大的細菌,納米比亞硫磺珍珠菌,細菌的染色,由于細菌的細胞極其微小又十分透明，用水浸片觀察法在光學顯微鏡下觀察時，只能看到大體形態(tài)和運

4、動的情況。若要在光學顯微鏡下觀察其細致形態(tài)和主要構造，一般都要對它們進行染色。,,細菌染色法:,簡單染色法簡單染色法又叫作普通染色法，只用一種染料使細菌染上顏色，如果僅為了在顯微鏡下看清細菌的形態(tài)，用簡單染色即可。,,細菌的簡單染色步驟涂片→干燥→固定→染色→水洗→干燥→鏡檢,復雜染色法,用兩種或多種染料染細菌，目的是為了鑒別不同性質的細菌，所以又叫鑒別染色法。主要的復染色法有:革蘭氏染色法抗酸性染色法,復雜染色法,革蘭氏染

5、色法：不僅能觀察到細菌的形態(tài)，而且還可將所有細菌區(qū)分為兩大類：染色反應呈藍紫色的稱為革蘭氏陽性細菌，用G+表示；染色反應呈紅色（復染顏色）的稱為革蘭氏陰性細菌，用G-表示。細菌對革蘭氏染色的不同反應，是由于它們細胞壁的成分和結構不同而造成的。,Gram stain革蘭氏染色法,準備：拭凈玻片。 以無菌操作制作涂片，干燥，熱固定后備用。 初染：結晶紫染色1分鐘。水洗去掉浮色。 媒染：碘液（碘-碘化鉀）染色1分鐘。脫色：以95%乙醇脫

6、色10-30sec，革蘭氏陽性菌不被褪色而呈紫色，革蘭氏陰性菌被褪色呈無色。復染：以番紅復染1分鐘，革蘭氏陽性菌仍呈紫色，革蘭氏陰性菌呈現(xiàn)紅色。,革蘭氏染色注意事項,1. 革蘭氏染色成敗的關鍵是脫色時間，如脫色過度，革蘭氏陽性菌也可被脫色而被誤認為革蘭氏陰性菌；如脫色時間過短，革蘭氏陰性菌也會被誤認為是革蘭氏陽性菌。因此必須 嚴格把握脫色時間。,2.選用培養(yǎng)18-24小時菌齡的細菌為宜，若細菌太老，由于菌體死亡或自溶常使革蘭氏陽性菌轉

7、呈陰性反應。,革蘭氏染色的意義,分類鑒定菌種時的重要指標：通過這一染色，可把幾乎所有的細菌都分為革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌兩大類革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌在細胞結構、成分、形態(tài)、生理、生化、遺傳、免疫、生態(tài)和藥物敏感性等方面都呈現(xiàn)出明顯的差異，因此，革蘭氏染色可提供不少重要的生物學特性方面的信息。,（二）原核生物細胞的結構和功能,細胞壁（cell wall）是包圍在細菌體表最外層的、堅韌而有彈性的薄膜?；瘜W組成：主要成分是肽聚糖

8、（肽聚糖是由兩種氨基糖和氨基酸組成的一個堅韌的多聚體結構）,1、細胞壁,肽聚糖 革蘭陽性菌 聚糖骨架、四肽側鏈、五肽交聯(lián)橋 三維立體結構，堅固 40層左右革蘭陰性菌 聚糖骨架、四肽側鏈 二維平面結構，疏松 1～2層,N-乙酰葡糖胺,N-乙酰胞壁酸,β－1，4糖苷鍵,,,,共有組分,,溶菌酶作用位點,,青霉素作用位點,,革蘭氏陽性細菌細胞壁壁厚，20~80納米，結構簡單，含肽聚糖、磷壁酸革蘭氏

9、陰性細菌細胞壁較薄，10納米，結構復雜分為外壁層和內壁層外壁層分為：外層脂多糖，中間磷脂層，內層為脂蛋白內壁層含肽聚糖，不含磷壁酸,革蘭氏陽性細菌與革蘭氏陰性細菌細胞壁成分比較,1、細胞壁,功能：細菌細胞壁的生理功能有：    1)  保護原生質體免受滲透壓引起破裂的作用；    2)  維持細菌的細胞形態(tài)

10、(可用溶菌酶處理不同形態(tài)的細菌細胞壁后，菌體均呈現(xiàn)圓形得到證明)；    3)  細胞壁是多孔結構的分子篩，阻擋某些分子進入和保留蛋白質在間質(革蘭氏陰性菌細胞壁和細胞質之間的區(qū)域)；    4)  細胞壁為鞭毛提供支點，使鞭毛運動。,革蘭氏染色機理,革蘭氏染色是基于細菌細胞壁特殊化學組分基礎上的一種物理原因。,革

11、蘭氏染色機理,通過初染和媒染操作后，在細菌的膜或原生質體上染上了不溶于水的結晶紫與碘的大分子復合物。革蘭氏陽性細菌由于細胞壁較厚、肽聚糖含量較高和其分子交聯(lián)度較緊密，故在用乙醇脫色時，肽聚糖網(wǎng)孔會因脫水而明顯收縮，再加上它基本不含類脂，故乙醇處理不能在壁上溶出縫隙，因此結晶紫與碘的復合物會牢牢阻留在其細胞壁內，使其呈現(xiàn)紫色。,革蘭氏染色機理,反之，革蘭氏陰性菌因其壁薄、肽聚糖含量低和交聯(lián)松散，故遇乙醇后，肽聚糖網(wǎng)孔不易收縮，加上它的類脂

12、含量高，所以當乙醇把類脂溶解后，在細胞壁上就會出現(xiàn)較大的縫隙，這樣結晶紫與碘的復合物就極易被溶解出細胞壁，因此，通過乙醇脫色后，細胞又呈無色。這時，再經(jīng)番紅等紅色染料進行復染，就使脫色的革蘭氏陰性細菌呈粉紅色，而革蘭氏陽性細菌則仍保持第一次的染色結果-紫色（實為紫中帶紅）。,2、細胞膜,質膜的組成及結構：由磷脂分子和蛋白質組成 雙層膜結構 質膜的功能1.控制細胞內外的物質運送、交換

13、2.滲透屏障的功能（維持細胞內正常滲透壓） 3.參與細胞壁（肽聚糖、磷壁酸）和莢膜的生物合成 4.許多酶和電子傳遞鏈組分的所在部位 5. 為鞭毛的著生點，并為其提供運動所需能量,間體(mesosome),由細胞質膜內陷而成的一種管狀的、層狀或囊狀的結構，一般位于細胞分裂部位或其鄰近，功能主要是促進細胞間隔的形成并與遺傳物質的復制及其相互分離有關。,間體,白喉桿菌的間體,3、細胞質及內含物,細胞質：是在細菌細胞膜以內除

14、核質體外的無色透明、粘稠的復雜膠體，亦稱原生質。由蛋白質、核酸、多糖、脂質、無機鹽和水組成。,,細胞內含物：核糖體內含顆粒,,核糖體(ribosome)：它們由核糖核酸(rRNA)和蛋白質組成。功能：核糖體是蛋白質合成的場所。每個細菌細胞約含5000～50000個核糖體。,內含物,1）多聚磷酸鹽顆粒，磷酸鹽儲存體。也稱異染粒2）聚β-羥基丁酸(PHB)3）硫粒4）糖原和淀粉粒5）氣泡6）藻青素顆粒7）羧化體8）磁

15、小體,細菌細胞質中的內含物,4.擬核(nucleoid),細菌核質體（擬核）含有一個大型環(huán)狀的雙鏈DNA分子，長度為0.25~3mm。核質體是負載細菌遺傳信息的物質基礎。它的功能是決定遺傳性狀和傳遞遺傳性狀。,5、特殊結構,莢膜鞭毛 菌毛（菌須）芽孢,(1)、莢膜,在一定營養(yǎng)條件下，部分細菌能夠向細胞外分泌一些膠粘性的物質，并附著在細胞的表面，這類物質稱之為莢膜。不同細胞的莢膜連在一起，形成一個公共莢膜包圍多個菌體，稱菌膠團。,

16、雙球菌的莢膜,菌膠團,一種細菌的負染照片，顯示莢膜,高碳氮比和強通氣條件的培養(yǎng)基有利于好氧細菌的莢膜形成。莢膜是細菌的分類特征之一糖被莢膜（莢膜和微莢膜）粘液層菌膠團衣鞘,葡聚糖：腸膜狀明串珠菌等 纖維素：木醋桿菌 雜多糖：幾種鏈球菌（如肺炎鏈球菌）,純多糖,多糖,多肽：碳疽芽孢桿菌蛋白質：鼠疫耶爾森氏菌等多肽和多糖：巨大芽孢桿菌DNA：幾種鹽桿菌（生長在亞適量

17、鹽濃度下時形成）,莢膜成分,,,,a. 莢膜的組分：多糖和多肽或蛋白質，尤以多糖居多。,莢膜的含水率為90%~98%,b. 莢膜的主要功能：病原菌的莢膜與致病能力有關。（如S型肺炎鏈球菌）莢膜使細胞免受干燥的危害，保護致病菌免受宿主吞噬細胞的吞噬。 貯藏養(yǎng)料，當營養(yǎng)缺乏時，可被用作碳源和能源，有的可作氮源。水處理中，細菌莢膜對廢水中的物質有生物吸附作用。,,黏液層，細胞表面分泌的黏性多糖，疏松附著在

18、細菌細胞壁表面上，與外界沒有明顯邊緣。衣鞘：水生絲狀菌體表的黏液層或莢膜硬質化，形成一個透明堅韌的空殼，為衣鞘。,(2)、鞭毛,①形態(tài)：鞭毛是從細胞膜內長出(主要由鞭毛蛋白構成)穿過壁伸出體外，形成細長的絲 。② 功能：細菌細胞運動的器官 ③ 類型：根據(jù)鞭毛著生位置和數(shù)目分為三種，端生 、周生 、側生 。鞭毛在實踐中的意義是作為菌種分類鑒定中的重要指標。,細菌的鞭毛,鞭毛的著生方式：,周生,鞭毛的觀察：電

19、鏡：光學顯微鏡: 用染料加粗鞭毛可觀察到；暗視野，水浸片半固體穿刺培養(yǎng)從固體培養(yǎng)基上的菌落形態(tài)判斷:菌落形狀大，薄且不規(guī)則，邊緣極不平整，可能有鞭毛。菌落十分圓滑，邊緣平整且相對較厚，可能沒有鞭毛。,,,無動力,有動力,,,半固體穿刺培養(yǎng)（含0.3%~0.4%瓊脂）,,(3)、菌毛,,菌毛（pillus, fimbria) , 是長在細菌體表的一種纖細、中空、短直、數(shù)量較多（250-300）的蛋白質附屬物。在革蘭氏陰性菌種常

20、見。結構較鞭毛簡單，功能是使細菌較牢固地粘連載物體表面上。,大腸桿菌的菌毛圖片來自http://www.denniskunkel.com/,(4)、芽孢,在一定的生長階段，細菌細胞內形成一個球形或卵形的、具有厚壁結構，并處于休眠狀態(tài)的物質，這種物質稱為芽孢（endospore, spore）。功能：抵抗逆境芽孢有極強的抗熱能力抗輻射、抗化學藥物抗靜水壓極強的休眠能力,能形成芽孢的細菌種類：在桿菌中能形成芽孢的種類較多，在

21、球菌和螺旋菌中只有少數(shù)菌種可形成芽孢。產(chǎn)生芽孢的幾個屬：芽孢桿菌屬梭狀芽孢桿菌屬芽孢乳桿菌屬生孢八疊球菌屬（其中的一個種）,細菌芽孢的各種類型,芽孢的組成和結構 芽孢有多層結構，主要包括孢外壁、芽孢衣、皮層和核心.,,,芽孢的特性:1.含水量低、2.壁厚而致密，通透性差3.芽孢中的DPA含量高，與芽孢耐熱性有關4.芽孢含有耐熱性酶芽孢是抵抗外界不良環(huán)境的休眠體。 一個芽孢萌發(fā)產(chǎn)生一個個體。,October

22、: anthrax alertAnthrax spores were discovered at a newspaper office in Florida. Further cases were confirmed in New York, Washington DC and elsewhere but police have failed to establish whether the outbreaks were linked

23、 to September 11.,Bacillus anthracis,伴孢晶體,少數(shù)芽孢桿菌在其形成芽孢的同時，會在芽孢旁形成一顆菱形或雙椎形的堿溶性蛋白晶體，稱為伴孢晶體。,,在芽孢桿菌屬（Bacillus）中，為人類研究最深入最廣泛的是Bacillus thuringensis(蘇云金芽孢桿菌)。 B.thuringensis 的伴孢晶體對許多鱗翅目、雙翅目和鞘翅目等200多種昆蟲和動、植物線蟲有毒殺作用，因此可將這類細菌制成

24、對人畜安全、對害蟲的天敵和植物無害，有利于環(huán)境保護的生物農(nóng)藥（“Bt”細菌殺蟲劑）。,Bacillus thuringensis(蘇云金芽孢桿菌) （enhanced SEM，X14085，bar. 1 micrometer）,二、細菌的群體形態(tài)（培養(yǎng)特征）,菌落(colony)：以母細胞為中心的一堆肉眼可見的、有一定形態(tài)構造的子細胞集團。如果細菌是由一個單細胞發(fā)展而來的，它就是一個純種的細胞群或克隆(clone)。如果將某一純種

25、的大量細胞密集地接種到固體培養(yǎng)基表面，結果長成的各個“菌落”相互聯(lián)接成一片，這就是菌苔(lawn)。,,表面特征：光滑還是粗糙，干燥還是濕潤邊緣特征：圓形、邊緣整齊、呈鋸齒裝、邊緣伸出卷曲呈毛發(fā)狀、邊緣呈花斑狀縱剖面特征：平坦、扁平、隆起、凸起、草帽狀、膠狀、乳頭狀等,,光滑型菌落：如肺炎鏈球菌具莢膜，表面光滑、濕潤、黏稠，稱為光滑型菌落（S型）粗糙型菌落：枯草芽孢桿菌不具莢膜，菌落表面為表面干燥、皺褶、平坦，稱為粗糙型菌落（R型

26、）,金黃色葡萄球菌on blood agar plate,（一）在固體培養(yǎng)基上的培養(yǎng)特征,,Samples were taken from the numbered colonies and examined microscopically,細菌菌落的特征,一般都較小，菌落與培養(yǎng)基結合不緊密，用接種針容易挑起，多數(shù)表面較光滑、濕潤、較粘稠，質地均勻，色澤多樣。,無鞭毛、不能運動的細菌尤其是各種球菌來說，隨著菌落中個體數(shù)目的劇增，只能

27、靠“硬擠”的方式來擴大菌落的體積和面積，就形成了較小、較厚、邊緣極其圓整的菌落。長有鞭毛的細菌：菌落大而扁平、形狀不規(guī)則和邊緣多缺刻，運動能力強的細菌還會出現(xiàn)樹根狀甚至能滑動的菌落。有莢膜的細菌：菌落十分光滑，并呈透明的蛋清狀，形狀較大。,,產(chǎn)芽孢的細菌：芽孢引起折光率變化，是菌落的外形變得很不透明或有“干燥”之感，并因其細胞分裂后常連成長鏈狀而引起菌落表面粗糙、有褶皺感，再加上它們一般都有周生鞭毛，因此產(chǎn)生了既粗糙、多褶、不透明，

28、又有外形及邊緣不規(guī)則特征的菌落。,菌苔：是細菌在斜面培養(yǎng)基接種線上長成的一片密集的細菌菌落。,（二）在半固體培養(yǎng)基中的培養(yǎng)特征,用穿刺接種技術將細菌接種在質量濃度3-5g/L瓊脂培養(yǎng)基中，根據(jù)細菌的生長狀態(tài)可判斷細菌的呼吸類型和鞭毛有無。細菌在培養(yǎng)基的表面及穿刺線上部生長為好氧菌；沿穿刺線自上而下生長者為兼性厭氧菌；如只在穿刺線的下部生長為厭氧菌。只沿穿刺線生長者沒有鞭毛；穿透培養(yǎng)基擴散生長者有鞭毛。,（三）細菌在液體培養(yǎng)基中的培養(yǎng)

29、特征,三、細菌的物理化學性質,（一）細菌表面電荷和等電點（二）細菌懸液的穩(wěn)定性（三）細菌懸液的混濁度（四）細菌的密度和重量,（一）細菌表面電荷和等電點,氨基酸是兩性電解質：在堿性溶液中表現(xiàn)出帶負電荷在酸性溶液中表現(xiàn)出帶正電荷在某一定pH溶液中，氨基酸所帶的正電荷和負電荷相等，此pH值稱為氨基酸的等電點。,細菌菌體含有50%以上的蛋白質，蛋白質由氨基酸構成，細菌也具有兩性電解質的性質。它們有各自的等電點。已知細菌的等電點在p

30、H2~5G+菌的等電點在pH2~3G-菌的等電點在pH4~5pH3~4為革蘭氏染色不穩(wěn)定性菌,,細菌培養(yǎng)液的pH高出細菌的等電點，細菌游離羧基電離，細菌帶負電荷細菌培養(yǎng)液的pH低于細菌的等電點，細菌游離氨基電離，細菌帶正電一般情況下，細菌多處于高于細菌等電點的環(huán)境，所以細菌表面總是帶負電荷。加上細菌細胞壁的磷壁酸含有大量酸性較強的磷酸基，更加導致細菌表面帶負電。,（二）細菌懸液的穩(wěn)定性,細菌分為S型（光滑型）和R型（粗糙型）。

31、S型菌懸液很穩(wěn)定，整個菌體為親水的，均勻分布在培養(yǎng)液中，不發(fā)生凝聚。R型菌懸液很不穩(wěn)定容易發(fā)生凝聚而沉淀在器皿底部，培養(yǎng)液很清。分布狀態(tài)取決于細菌表面的解離層、親水基和疏水基的比例及平衡活性污泥中R型細菌的數(shù)量占優(yōu)勢為好,（三）細菌懸液的混濁度,細菌懸液一般呈現(xiàn)渾濁現(xiàn)象可用光電比色計、比濁計測其濁度，由此可略知其數(shù)目（包括活菌和死菌）,（四）細菌的多相膠體性質,細菌是多相膠體，可同時進行多種生化反應。,（五）細菌的密度和重量,