環(huán)境細(xì)胞微生物學(xué)第一章no

1、第一章 微生物的形態(tài)和構(gòu)造（一）原核微生物,微生物根據(jù)其不同的進(jìn)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(xì)胞微生物三大類群。原核微生物：細(xì)菌、放線菌、藍(lán)細(xì)菌、支原體、立克次氏體衣原體,第一節(jié) 細(xì)菌,細(xì)菌：是一類細(xì)胞細(xì)而短（細(xì)胞直徑約0.5μm，長度約0.5~5 μm）、結(jié)構(gòu)簡單、細(xì)胞壁堅(jiān)韌、以二等分裂方式繁殖和水生性比較強(qiáng)的原核微生物。,一、細(xì)菌的形態(tài)構(gòu)造及其功能,（一）形態(tài)和染色細(xì)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(xì)菌的一般形態(tài),桿菌(bacillus): 桿菌細(xì)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(xì)胞的連接方式,,螺旋菌(spirilla) :細(xì)胞呈彎曲桿狀的細(xì)菌統(tǒng)稱為螺旋菌。弧菌、螺菌、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(xì)菌,淋病球菌,Staphylococ

3、cus aureus,絲狀菌,桿菌,霍亂弧菌,典型細(xì)菌的大小可用Escherichia coli 作代表： 長2μm，寬：0.5μm。,最小的細(xì)菌,納米細(xì)菌：細(xì)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(xì)菌地下發(fā)現(xiàn)的超微型細(xì)菌，為正常細(xì)菌大小的1%,最大的細(xì)菌,納米比亞硫磺珍珠菌,細(xì)菌的染色,由于細(xì)菌的細(xì)胞極其微小又十分透明，用水浸片觀察法在光學(xué)顯微鏡下觀察時，只能看到大體形態(tài)和運(yùn)

4、動的情況。若要在光學(xué)顯微鏡下觀察其細(xì)致形態(tài)和主要構(gòu)造，一般都要對它們進(jìn)行染色。,,細(xì)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(xì)菌染上顏色，如果僅為了在顯微鏡下看清細(xì)菌的形態(tài)，用簡單染色即可。,,細(xì)菌的簡單染色步驟涂片→干燥→固定→染色→水洗→干燥→鏡檢,復(fù)雜染色法,用兩種或多種染料染細(xì)菌，目的是為了鑒別不同性質(zhì)的細(xì)菌，所以又叫鑒別染色法。主要的復(fù)染色法有:革蘭氏染色法抗酸性染色法,復(fù)雜染色法,革蘭氏染

5、色法：不僅能觀察到細(xì)菌的形態(tài)，而且還可將所有細(xì)菌區(qū)分為兩大類：染色反應(yīng)呈藍(lán)紫色的稱為革蘭氏陽性細(xì)菌，用G+表示；染色反應(yīng)呈紅色（復(fù)染顏色）的稱為革蘭氏陰性細(xì)菌，用G-表示。細(xì)菌對革蘭氏染色的不同反應(yīng)，是由于它們細(xì)胞壁的成分和結(jié)構(gòu)不同而造成的。,Gram stain革蘭氏染色法,準(zhǔn)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(jié)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(fù)染：以番紅復(fù)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(xiàng),1. 革蘭氏染色成敗的關(guān)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(rèn)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(rèn)為是革蘭氏陽性菌。因此必須 嚴(yán)格把握脫色時間。,2.選用培養(yǎng)18-24小時菌齡的細(xì)菌為宜，若細(xì)菌太老，由于菌體死亡或自溶常使革蘭氏陽性菌轉(zhuǎn)

7、呈陰性反應(yīng)。,革蘭氏染色的意義,分類鑒定菌種時的重要指標(biāo)：通過這一染色，可把幾乎所有的細(xì)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(xì)胞結(jié)構(gòu)、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(xué)特性方面的信息。,（二）原核生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能,細(xì)胞壁（cell wall）是包圍在細(xì)菌體表最外層的、堅(jiān)韌而有彈性的薄膜?；瘜W(xué)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(jiān)韌的多聚體結(jié)構(gòu)）,1、細(xì)胞壁,肽聚糖 革蘭陽性菌 聚糖骨架、四肽側(cè)鏈、五肽交聯(lián)橋 三維立體結(jié)構(gòu)，堅(jiān)固 40層左右革蘭陰性菌 聚糖骨架、四肽側(cè)鏈 二維平面結(jié)構(gòu)，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(diǎn),,青霉素作用位點(diǎn),,革蘭氏陽性細(xì)菌細(xì)胞壁壁厚，20~80納米，結(jié)構(gòu)簡單，含肽聚糖、磷壁酸革蘭氏

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

10、(可用溶菌酶處理不同形態(tài)的細(xì)菌細(xì)胞壁后，菌體均呈現(xiàn)圓形得到證明)；    3)  細(xì)胞壁是多孔結(jié)構(gòu)的分子篩，阻擋某些分子進(jìn)入和保留蛋白質(zhì)在間質(zhì)(革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁和細(xì)胞質(zhì)之間的區(qū)域)；    4)  細(xì)胞壁為鞭毛提供支點(diǎn)，使鞭毛運(yùn)動。,革蘭氏染色機(jī)理,革蘭氏染色是基于細(xì)菌細(xì)胞壁特殊化學(xué)組分基礎(chǔ)上的一種物理原因。,革

11、蘭氏染色機(jī)理,通過初染和媒染操作后，在細(xì)菌的膜或原生質(zhì)體上染上了不溶于水的結(jié)晶紫與碘的大分子復(fù)合物。革蘭氏陽性細(xì)菌由于細(xì)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(jié)晶紫與碘的復(fù)合物會牢牢阻留在其細(xì)胞壁內(nèi)，使其呈現(xiàn)紫色。,革蘭氏染色機(jī)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(dāng)乙醇把類脂溶解后，在細(xì)胞壁上就會出現(xiàn)較大的縫隙，這樣結(jié)晶紫與碘的復(fù)合物就極易被溶解出細(xì)胞壁，因此，通過乙醇脫色后，細(xì)胞又呈無色。這時，再經(jīng)番紅等紅色染料進(jìn)行復(fù)染，就使脫色的革蘭氏陰性細(xì)菌呈粉紅色，而革蘭氏陽性細(xì)菌則仍保持第一次的染色結(jié)果-紫色（實(shí)為紫中帶紅）。,2、細(xì)胞膜,質(zhì)膜的組成及結(jié)構(gòu)：由磷脂分子和蛋白質(zhì)組成 雙層膜結(jié)構(gòu) 質(zhì)膜的功能1.控制細(xì)胞內(nèi)外的物質(zhì)運(yùn)送、交換

13、2.滲透屏障的功能（維持細(xì)胞內(nèi)正常滲透壓） 3.參與細(xì)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(diǎn)，并為其提供運(yùn)動所需能量,間體(mesosome),由細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)陷而成的一種管狀的、層狀或囊狀的結(jié)構(gòu)，一般位于細(xì)胞分裂部位或其鄰近，功能主要是促進(jìn)細(xì)胞間隔的形成并與遺傳物質(zhì)的復(fù)制及其相互分離有關(guān)。,間體,白喉?xiàng)U菌的間體,3、細(xì)胞質(zhì)及內(nèi)含物,細(xì)胞質(zhì)：是在細(xì)菌細(xì)胞膜以內(nèi)除

14、核質(zhì)體外的無色透明、粘稠的復(fù)雜膠體，亦稱原生質(zhì)。由蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂質(zhì)、無機(jī)鹽和水組成。,,細(xì)胞內(nèi)含物：核糖體內(nèi)含顆粒,,核糖體(ribosome)：它們由核糖核酸(rRNA)和蛋白質(zhì)組成。功能：核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所。每個細(xì)菌細(xì)胞約含5000～50000個核糖體。,內(nèi)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(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中的內(nèi)含物,4.擬核(nucleoid),細(xì)菌核質(zhì)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(zhì)體是負(fù)載細(xì)菌遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)。它的功能是決定遺傳性狀和傳遞遺傳性狀。,5、特殊結(jié)構(gòu),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(xì)菌能夠向細(xì)胞外分泌一些膠粘性的物質(zhì)，并附著在細(xì)胞的表面，這類物質(zhì)稱之為莢膜。不同細(xì)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(tuán)。,

16、雙球菌的莢膜,菌膠團(tuán),一種細(xì)菌的負(fù)染照片，顯示莢膜,高碳氮比和強(qiáng)通氣條件的培養(yǎng)基有利于好氧細(xì)菌的莢膜形成。莢膜是細(xì)菌的分類特征之一糖被莢膜（莢膜和微莢膜）粘液層菌膠團(tuán)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(zhì)：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(zhì)，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(guān)。（如S型肺炎鏈球菌）莢膜使細(xì)胞免受干燥的危害，保護(hù)致病菌免受宿主吞噬細(xì)胞的吞噬。 貯藏養(yǎng)料，當(dāng)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(xì)菌莢膜對廢水中的物質(zhì)有生物吸附作用。,,黏液層，細(xì)胞表面分泌的黏性多糖，疏松附著在

18、細(xì)菌細(xì)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(zhì)化，形成一個透明堅(jiān)韌的空殼，為衣鞘。,(2)、鞭毛,①形態(tài)：鞭毛是從細(xì)胞膜內(nèi)長出(主要由鞭毛蛋白構(gòu)成)穿過壁伸出體外，形成細(xì)長的絲 。② 功能：細(xì)菌細(xì)胞運(yùn)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(cè)生 。鞭毛在實(shí)踐中的意義是作為菌種分類鑒定中的重要指標(biāo)。,細(xì)菌的鞭毛,鞭毛的著生方式：,周生,鞭毛的觀察：電

19、鏡：光學(xué)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(xì)菌體表的一種纖細(xì)、中空、短直、數(shù)量較多（250-300）的蛋白質(zhì)附屬物。在革蘭氏陰性菌種常

20、見。結(jié)構(gòu)較鞭毛簡單，功能是使細(xì)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(xì)菌細(xì)胞內(nèi)形成一個球形或卵形的、具有厚壁結(jié)構(gòu)，并處于休眠狀態(tài)的物質(zhì)，這種物質(zhì)稱為芽孢（endospore, spore）。功能：抵抗逆境芽孢有極強(qiáng)的抗熱能力抗輻射、抗化學(xué)藥物抗靜水壓極強(qiáng)的休眠能力,能形成芽孢的細(xì)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(xì)菌芽孢的各種類型,芽孢的組成和結(jié)構(gòu) 芽孢有多層結(jié)構(gòu)，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(guān)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(xì)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(hù)的生物農(nóng)藥（“Bt”細(xì)菌殺蟲劑）。,Bacillus thuringensis(蘇云金芽孢桿菌) （enhanced SEM，X14085，bar. 1 micrometer）,二、細(xì)菌的群體形態(tài)（培養(yǎng)特征）,菌落(colony)：以母細(xì)胞為中心的一堆肉眼可見的、有一定形態(tài)構(gòu)造的子細(xì)胞集團(tuán)。如果細(xì)菌是由一個單細(xì)胞發(fā)展而來的，它就是一個純種的細(xì)胞群或克隆(clone)。如果將某一純種

25、的大量細(xì)胞密集地接種到固體培養(yǎng)基表面，結(jié)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(xì)菌菌落的特征,一般都較小，菌落與培養(yǎng)基結(jié)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(zhì)地均勻，色澤多樣。,無鞭毛、不能運(yùn)動的細(xì)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(kuò)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(xì)菌：菌落大而扁平、形狀不規(guī)則和邊緣多缺刻，運(yùn)動能力強(qiáng)的細(xì)菌還會出現(xiàn)樹根狀甚至能滑動的菌落。有莢膜的細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)菌在斜面培養(yǎng)基接種線上長成的一片密集的細(xì)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(shù)將細(xì)菌接種在質(zhì)量濃度3-5g/L瓊脂培養(yǎng)基中，根據(jù)細(xì)菌的生長狀態(tài)可判斷細(xì)菌的呼吸類型和鞭毛有無。細(xì)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(kuò)散生長者有鞭毛。,（三）細(xì)菌在液體培養(yǎng)基中的培養(yǎng)

29、特征,三、細(xì)菌的物理化學(xué)性質(zhì),（一）細(xì)菌表面電荷和等電點(diǎn)（二）細(xì)菌懸液的穩(wěn)定性（三）細(xì)菌懸液的混濁度（四）細(xì)菌的密度和重量,（一）細(xì)菌表面電荷和等電點(diǎn),氨基酸是兩性電解質(zhì)：在堿性溶液中表現(xiàn)出帶負(fù)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(fù)電荷相等，此pH值稱為氨基酸的等電點(diǎn)。,細(xì)菌菌體含有50%以上的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)由氨基酸構(gòu)成，細(xì)菌也具有兩性電解質(zhì)的性質(zhì)。它們有各自的等電點(diǎn)。已知細(xì)菌的等電點(diǎn)在p

30、H2~5G+菌的等電點(diǎn)在pH2~3G-菌的等電點(diǎn)在pH4~5pH3~4為革蘭氏染色不穩(wěn)定性菌,,細(xì)菌培養(yǎng)液的pH高出細(xì)菌的等電點(diǎn)，細(xì)菌游離羧基電離，細(xì)菌帶負(fù)電荷細(xì)菌培養(yǎng)液的pH低于細(xì)菌的等電點(diǎn)，細(xì)菌游離氨基電離，細(xì)菌帶正電一般情況下，細(xì)菌多處于高于細(xì)菌等電點(diǎn)的環(huán)境，所以細(xì)菌表面總是帶負(fù)電荷。加上細(xì)菌細(xì)胞壁的磷壁酸含有大量酸性較強(qiáng)的磷酸基，更加導(dǎo)致細(xì)菌表面帶負(fù)電。,（二）細(xì)菌懸液的穩(wěn)定性,細(xì)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(xì)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(xì)菌的數(shù)量占優(yōu)勢為好,（三）細(xì)菌懸液的混濁度,細(xì)菌懸液一般呈現(xiàn)渾濁現(xiàn)象可用光電比色計(jì)、比濁計(jì)測其濁度，由此可略知其數(shù)目（包括活菌和死菌）,（四）細(xì)菌的多相膠體性質(zhì),細(xì)菌是多相膠體，可同時進(jìn)行多種生化反應(yīng)。,（五）細(xì)菌的密度和重量,