西北农林食品微生物课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,绪论,第一章 原核微生物,第二章 真核微生物,第三章 非细胞微生物,第四章 微生物营养,第五章 微生物生长,第六章 微生物生态,第七章 微生物代谢,第八章 微生物遗传与育种,第九章 微生物与发酵食品,第十章 微生物与食品腐败变质,绪论,第一节 微生物学的研究对象,一、什么是,微生物,?,(microbe or microorganism),小（个体微小）：,简（结构简单）：,低（进化地位低）：,什么是,微生物,?,(microbe or microorganism,),微生物,单细胞：细菌、单细胞藻类,简单多细胞：曲霉、青霉,非细胞：病毒类,原核类：细菌、放线菌、支原体、衣原体、立克次氏体、蓝细菌等。,真核类：酵母、霉菌、原生动物等,非细胞类：病毒、类病毒、拟病毒、,朊病毒。,um:微米,nm：纳米,按细胞结构 按核结构 种类,非细胞生物-病毒、噬菌体等,原核生物-细菌、放线菌、蓝细菌等,高等藻类,细胞生物 藻类,高等动植物,低等藻类,真核生物,低等动植物,真菌类,原生动物,生物,微生物的种类,定义：微生物(microorganism)是对所有形体微小，结构简单，单细胞或简单的多细胞，甚至无细胞结构的低等生物的统称。微生物的类群十分庞杂，它包括：非细胞结构的病毒、类病毒、朊病毒和具有细胞结构的细菌、放线菌、支原体、立克次氏体、衣原体、蓝细菌、真菌、原生动物及显微藻类等。,微生物学是研究微生物及其生命活动基本规律和应用的科学。是在群体，细胞或分子水平上 研究微生物的形态结构，生理代谢、遗传变异、生态分布和分类进化等生命活动的基本规律，并将其应用于工业发酵、医疗卫生、环境保护、食品工业和生物工程等领域。,微生物学的根本任务就是发掘、利用和改善有益微生物，控制、消灭或改造有害微生物造福人类。,二、微生物的特性,1,、,个体微小、结构简单,2,、生长旺盛、繁殖快,3,、分布广、种类多,4,、适应性强、易变异、易于培养,5,、研究观察手段特殊,微生物的特点,在生命世界中，各种生物的体形大小相差极大。植物中的红杉高达350米，动物中的蓝鲸长达34米，而我们今天知道的最小微生物是病毒，如细小病毒的直径只有20nm（1nm为百万分之一mm）。,微生物一般指体形在0.1mm以下的小生物。个体微小的特性使微生物获得了高等生物无法具备的五大特征，即,个体微小结构简单,、分布广种类,多、,生长旺,盛,繁殖快、适应,性,强,易,变异、吸收,快易培养。,微生物的个体极其微小，,它的,大小单位是,m（1,m 10,-3,mm）或nm（1nm10,-3,m）。,例如,杆菌的宽度是0.5,m，80个杆菌“肩并肩”地排列成横队，也只有一根头发丝的宽度。杆菌的长度约2,m，故1500个杆菌头尾衔接起来仅有一颗芝麻长。,1,、个体微小、结构简单,2,、分布广、种类,多,可以说，,凡是有高等生物存在的地方就有微生物存在，没有高等生物的地方也有微生物存在,。,微生物在地球上几乎无处不有，无孔不入，就连我们人体的皮肤上，口腔里，甚至肠胃道里，都有许多微生物。85公里的高空、11公里深的海底、2000米深的地层、近100（甚至300）的温泉、零下250的环境下，均有微生物存在，这些都属极端环境。至于人们正常生产生活的地方，也正是微生物生长生活的适宜条件。因此，人类生活在微生物的汪洋大海之中，但常常是“深在菌中不知菌”。,微生物聚集最多的地方是土壤，土壤是各种微生物生长繁殖的大本营，任意取一把土或一粒土，就是一个微生物世界，不论数量或种类均很多。在肥沃的土壤中，每克土含有20亿个微生物，即使是贫瘠的土壤，每克土中也含有35亿个微生物。空气里悬浮着无数细小的尘埃和水滴，它们是微生物在空气中的藏身之地。哪里的尘埃多，哪里的微生物就多。一般来说，陆地上空比海洋上空的微生物多，城市上空比农村上空多，杂乱肮脏地方的空气里比整洁卫生地方的空气里的多，人烟稠密、家畜家禽聚居地方的空气里的微生物最多。,早在60年前我国有一位年轻人，就曾经乘飞机在160米到5300米的高空采集过微生物，发现都有微生物在活动，不过在160米高空的微生物比5300米处要多100倍。,各种水域中也有无数的微生物。居民区附近的河水和浅井水容易受到各种污染，水中的微生物就比较多。大湖和海水中，微生物较少,。,从人和动植物的表皮到人和动物的内 脏，也都经常生活着大量的微生物。如大肠杆菌在大肠中清理消化不完的食物残渣，所以，在正常情况下，还是人肠道缺少不了的帮手呢！把手放到显微镜下观察，一双普通的手上带有细菌四万到四十万个，即使是一双刚刚用清水洗过的手，上面也有近三百个细菌。人们在握手时，会把许多细菌传播给对方，所以握手也能传播疾病！幸好大多数微生物不是致病菌，否则后果将不堪设想。,微生物种类繁多。迄今为止，我们所知道的微生物约有10万种，有人估计目前已知的种只占地球上实际存在的微生物总数的20%，微生物很可能是地球上物种最多的一类。微生物资源是极其丰富的，但在人类生产和生活中仅开发利用了已发现微生物种数的1%。,一般细菌在最适条件下每,20min,就能繁殖一代,。每昼夜可繁殖72代，由1个细菌变成,4722366500万亿,个（重约,4722吨,）,3,、繁殖,速度,快,、代谢能力强,微生物名称,代时,每日分裂次数,温度（）,每日增殖率,细,菌,乳酸菌,38分,38,25,2.710,11,大肠杆菌,18分,80,37,1.210,24,根瘤菌,110分,13,25,8.210,3,枯草杆菌,31分,46,30,7.010,13,光合细菌,144分,10,30,1.010,3,酿酒酵母,120分,12,30,4.110,3,藻,类,小球藻,7小时,3.4,25,10.6,念球藻,23小时,1.04,25,2.1,硅藻,17小时,1.4,20,2.64,草履虫,10.4小时,2.3,26,4.92,微生物的代时和每日增殖率,当然，由于种种条件的限制，这种疯狂的繁殖是不可能实现的。细菌数量的翻番只能维持几个小时，不可能无限制地繁殖。因而在培养液中繁殖细菌，它们的数量一般仅能达到每毫升110亿个，最多达到100亿。尽管如此，它的繁殖速度仍比高等生物高出千万倍。,微生物的这一特性在发酵工业上具有重要意义，可以提高生产效率，缩短发酵周期。,4,、,适应性强、易培养、易变异,微生物对环境条件尤其是恶劣的“极端环境”具有惊人的适应力。例如，多数细菌能耐0到196的低温；在海洋深处的某些硫细菌可在250-300的高温条件下正常生长；一些嗜盐细菌甚至能在饱和盐水中正常生活；产芽孢细菌和真菌孢子在干燥条件下能保藏几十年、几百年甚至上千年。耐酸碱、耐缺氧、耐毒物、抗辐射、抗静水压等特性在微生物中也极为常见。,微生物个体微小，与外界环境的接触面积大，容易受到环境条件的影响而发生性状变化（变异）。尽管变异发生的机会只有百万分之一到百亿分之一，但由于微生物繁殖快，也可在短时间内产生大量变异的后代。正是由于这个特性，人们才能够按照自己的要求不断改良在生产上应用的微生物，如青霉素生产菌的发酵水平由每毫升20单位上升到近10万单位，利用变异和育种得到如此大幅度的产量提高，在动植物育种工作中简直是不可思议的,。,这非常有利于微生物通过体表吸收营养和排泄废物，就使它们的“胃口”十分庞大。而且，微生物的食谱又非常广泛，凡是动植物能利用的营养，微生物都能利用，大量的动植物不能利用的物质，甚至剧毒的物质，微生物照样可以视为美味佳肴。如大肠杆菌在合适条件下，每小时可以消耗相当于自身重量2000倍的糖，而人要完成这样一个规模则需要40年之久。如果说一个50kg的人一天吃掉与体重等重的食物，恐怕无人会相信。,物体的表面积和体积之比称为,比表面积,。如果把人的比表面积值定为1，则大肠杆菌的比表面积值高达30万！,因而，,微生物是一个,小体积大面积系统,。,我们可以利用微生物这个特性，发挥“微生物工厂”的作用，使大量基质在短时间内转化为大量有用的化工、医药产品或食品，为人类造福，使有害物质化为无害，将不能利用的物质变为植物的肥料。,研究和观察手段特殊,分离纯化后，用显微镜观察。,第二节,微生物科学的起源与奠基,一、古代人类对微生物的利用,在古代，虽然人们不知道什么是微生物，但在长期生产、生活中积累了丰富的经验。距今四千多年前的龙山文化时期，我国就有利用 微生物酿酒的历史。范胜之书、齐民要术都有体现人们利用微生物的经验。,二、微生物的发现与微生物学的奠基,17,世纪，荷兰人,吕文,虎克,(Antony van Leeuwenhoek,，,1632,1723,）,制成了能放大,200,300,倍的简单显微镜，用它观察了雨水、牙垢及腐败有机物等，并将所观察到的微小生物，作了正确地描述，发表在英国,皇家学会科学研究会报,上。,显微镜发明之前，人们还没直接看到微生物，基本上还处于对微生物世界的无知状态。,这从历史上曾遭受多次严重的瘟疫大流的行事实得到充分的证明，如鼠疫（黑死病）、天花、麻风、梅毒和肺结核（白疫）的大流行。直到今天，也还有爱滋病等新的严重传染病在出现和流行。,公元6世纪，第一次鼠疫，埃及、阿富汗、意大利等，死亡,1亿,人；14世纪，第二次，欧洲约死,2500万,人口，亚洲,4000万,（其中中国,1300万,）；第三次，香港、印度地区死亡,100万,人口。三次共计,2亿,人。,植物病源微生物对农作物的危害也有类似情况。例如，19世纪中叶欧洲发生的马铃薯晚疫病大流行。,所以，人们当时对待眼前的微生物往往表现出,“视而不见，嗅而不闻，触而不觉，食而不察，得其益而不感其好，受其害而不觉其恶”,的愚昧状态,。,19,世纪，,1857,年微生物学奠基人，法国学者,路易,巴斯德,(Louis,pasteur,，,1822,1895,）,发表了,关于乳酸发酵的记录,之后，开始对发酵本质进行探索，他研究了丁酸、乳酸、醋酸和乙醇的发酵过程，证明了这些过程是由不同的微生物引起的。,1861,年他通过令人信服的,曲颈 瓶实验,，揭示了腐败的本质。,主要贡献：,1,、否定“自然发生学说，建立胚种学说；,2,、巴氏消毒法；,3,、接种疫苗预防疫病。,曲颈 瓶实验,柯赫,同时期的另一位微生物学奠基人是德国学者柯赫,(Robert,koch,，,1842,1910,）。,主要贡献：,1,、细菌分离纯化技术，首次分离出炭疽杆菌,(1877,年,),，相继在,1882,1883,年间又分离出结核杆菌、链球菌和霍乱弧菌等病原微生物。,2,、培养基制作与染色技术。创立了显微摄影、悬滴培养及染色等一整套微生物研 究方法。,3,、提出了著名的柯赫法则。,柯赫法则：病原微生物总是在患传染病的动物中发现，不存在于健康个体中；可自原寄主获得 病原微生物的纯培养；纯培养物人工接种健康寄主，必然诱发与原寄主相同的症状；必须自人工接种后发病寄主再次分离出同一病原的纯培养。他的工作为微生物学奠定了坚实的科学基础。,李斯特（,J.Lister),英国爱丁堡医院医生，建立外科消毒术。,伊万诺夫斯基 首先,(1892,年,),发现,烟草花叶病毒（,TMV),，,病叶研磨过滤后的无菌滤液可引起健康烟草 发 病，由此发现了超显微生物的存在，拓展了微生物学的领域。,20,世纪，,1929,年细菌学家弗莱明发现青霉素。,19世纪末还有几位出色的微生物学家，如,维诺格拉斯基,和,贝耶林克(Beijerinck）,他们的研究工作，使我们认识了一个全新 的细 菌世界。一些自养的细菌只靠元素氮、铁或硫、二氧化碳就能够生长繁殖，并担负着完成自 然界氮、硫、碳元素循环的重任，从而使土壤肥力得到保持。,三、微生物与21世纪产业,21世纪是生物学的世纪，其突出特点之一是更加充分地发掘和用生物资源来解决世界面临的危机。现代生物技术已经能够对生物进行人工设计、定向改造。对以生物技术为手段的传统工业如医药、食品、轻工及农业赋予新的生命力。,因为现代科学技术的高速发展，新技术在微生物学研究中的广泛应用，以及各学科间的相互渗透，微生物学将在生物技术为主导的21世纪，日益显露出解决人类面临危机的巨大作用。微生物由于其细胞比表面积大、生长繁殖快、培养条件简单，能高效表达外源基因性状等特点，所以大量的基因工程产品，多以微生物为受体,。,例如生长激素释放抑制素(Somatostatin、胰岛素、干扰素等。,胰岛素,是专门控制人体内血糖含量的蛋白质，治疗1位糖尿病人1天所需的胰岛素相当于40头牛或50头猪的胰脏提取量。100kg胰脏可得34克胰岛素，而用基因工程技术，生产10克胰岛素仅需200升工程菌发酵液。,干扰素,是一种抗病毒特效药，对预防、治疗癌症，战胜由病毒引起的疾病有独特作用。,随着人类基因组计划的顺利实施，在对人类疾病基因了解清楚的基础上，一些基因治疗药物正在应运而生。,粮食短缺是未来世界面临的最大困难。基因工程在农业上的应用，可把有特殊经济价值的基因引入动、植物体内，对家畜、家禽及农作物进行品种改良，从而获得高产、优质、抗病虫害的新品种，以提高农业资源利用率，降低生产成本。例如科学家们研究将微生物的固氮基因转移至水稻、小麦，假若成功，便会大幅度降低农业生产投入。,还有人试图将鸡卵清蛋白质基因、蚕丝核蛋白质基因转入E.coli和酵母细胞获得表达。假若这些研究成功并投入生产，那么不远的将来人们便可穿上发酵生产的丝制品，吃不带壳的“鸡蛋”。,第三节 微生物在食品工业中的应用,一、食品微生物学,食品微生物学是一门研究与食品有关的各种微生物类群特性、微生物在食品中存在和发展的控制及微生物在食品工业中应用等基本内容的科学，它对发展社会经济、保障人民的身体健康、提高人们的生活质量等均有重要的意义。在现代社会中，与食品微生物学相关的知识和技能也是食品科技工作者及从业人员必备的。,食品工业中传统的生物技术以,酿造,为主，近代以,发酵,为主，当代以,克隆,为主。,目前人类面临的四大危机：资源短缺、能源短缺、人口爆炸、生态环境，最终解决办法要靠生物技术。,二、我国食品微生物学的发展,三、微生物在食品工业中应用,微生物菌体应用,微生物代谢产物应用,微生物酶制剂应用,功能保健成分,四、在食品加工、制造中 控制和消除微生物。,GMP,、,HACCP,、,栅栏技术,等。,第一章 原核微生物,原核微生物包括,细菌、放线菌、立克次氏体、衣原体、支原体、蓝细菌和古细菌,等。它们都是单细胞原核生物，形态结构简单，单生或聚生；个体微小，一般为110m，仅为真核细胞的十分之一至万分之一；无细胞核结构，只有核物质存在的核区；大都无有性生殖，多行分裂生殖，有的以孢子繁殖；生理类型多样，多数需有机养料，有的行光合自养或化能自养；需氧、厌氧或兼性好氧。原核微生物中的某些属种能利用空气中的氮气,。,原核微生物与真核微生物的主要区别,第一节 细菌,（Bacteria）,一、,细菌的形态,细菌是单细胞生物，也就是说，一个细胞就是一个个体。细菌的基本形态有三种：球状、杆状和螺旋状，分别被称为,球菌、杆菌和螺旋菌,。,球菌,球菌大小以直径表示，多为,0.5-1.0,微米。根据分裂后细胞排列方式的不同进行分类。细胞分裂后，新个体分散而单独存在，是,单球菌,，如尿素微球菌（,Micrococcus,ureae,）。,两个细胞成对排列，是,双球菌,，如肺炎双球菌,多个细胞排成链状，是,链球菌,，如乳链球菌（Streptococcus lactis）。细胞沿着三个互相垂直的方向进行分裂，分裂后的8个细胞叠在一起呈魔方状，是,八叠球菌,，如尿素八叠球菌（Sarcina ureae）。细胞无定向分裂，形成的新个体排列成葡萄串状，是,葡萄球菌,，如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）。,经两次分裂形成的四个细胞联在一起呈田字形，是,四联球菌,，如四联微球菌（Micrococcus tetragenus）。,链球菌,四联球菌,杆菌,杆菌的大小以宽度,长度表示，一般为,0.2-1.250.5-5.0,微米。分为,单杆菌、双杆菌、链杆菌等,。菌体两端形态各异，如钝圆、平截或略尖等。各种杆菌的长度与直径比例差异很大，有的粗短，有的细长。杆菌是细菌中种类最多的，如大肠杆菌（,Escherichia coli,）、,枯草芽孢杆菌（,Bacillus,subtlis,）,等。,螺旋菌,螺旋菌大小一般为0.3-1.01.0-50微米，根据细胞弯曲程度和螺旋数目分为两种。若菌体弯曲不足一圈，似逗号形，称为,弧菌,，如霍乱弧菌（Vibrio cholerae）；菌体回转如螺旋状，则称为,螺菌,，如减少螺菌（Spirillum minus）。,特殊形态,除以上3种基本形态外，细菌还有以下几类特殊形态，例如，柄细菌细胞呈杆状、梭状或弧状。在细胞的一端有鞭毛，另一端有一特征性的细柄可附着在基质上，如柄细菌属（Caulobacter）。鞘细菌或称衣细菌，是多个成链的杆状细胞包围在一个共同的鞘套中，形成不分枝的丝状体。有些类群的鞘套中还有铁的氧化物，如多孢锈铁菌。最近，还有人从盐场的晒盐池中分离出一种特殊的近于正方形的细菌，对其特征正在作深入的研究。,畸形、衰颓形,二、细菌的大小,细菌种类繁多，大小各异。小的如蛭弧菌属（Bdelovibrio），能侵入并寄生在其它的细胞内，其个体体积与大的病毒（如痘病毒）接近。大的贝氏硫菌的单个细胞可长达716,m。,大肠杆菌,绿脓杆菌,细菌细胞的大小一般用显微测微尺测量，并以多个菌体的平均值或变化范围表示。,表示方法,：其中,球菌大小以直径,表示；,杆菌以宽长,表示；,螺旋菌以宽弯曲长度,表示。长度单位为微米（m）。一般球菌的大小为0.51m,杆菌为0.5113m。,菌 名（m）,乳酸链球菌酿脓链球菌金黄色葡萄球菌最大八叠球菌大肠杆菌普通变形杆菌伤寒沙门氏菌嗜酸乳细菌枯草芽胞杆菌炭疽芽胞杆菌霍乱弧菌迂回螺菌,直径或宽*长度,0.610.8144.5 0.5*130.51*130.60.7*230.60.9*1.560.81.2*1.23 11.5*48 0.30.6*13 0.52*1020,0.51,几种常见细菌大小,细菌的大小和形态除随种类而变化外，同一种细菌的大小和形态还要受环境条件（如培养基成分、浓度、培养温度和时间等）的影响。在适宜的生长条件下，幼龄细胞或对数期培养物的形态一般较为稳定，因而适宜于进行形态特征的描述。在非正常条件下生长或衰老的培养体，常表现出膨大、分枝或丝状等畸形。,例如巴氏醋酸菌(Acetobacter pasteurium)在高温下由短杆状转为纺锤状、丝状或链状，干酪乳杆菌的老龄培养体可从长杆状变为分枝状等。少数细菌类群（如芽孢细菌、鞘细菌和粘细菌）具有几种形态不同的生长阶段，共同构成一个完整的生活周期，应作为一个整体来描述研究。,三、细菌的细胞结构,细菌的细胞结构分为基本结构和特殊结构。,基本结构：,指一般细菌都有的结构，例如细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体和核糖体等；,特殊结构：,指某些细菌在生长的特定阶段所形成的结构，例如，芽孢、鞭毛和荚膜等。,他们是细菌分类鉴定的重要依据。,细胞结构与功能,Procaryotic Cell Organization and Function,（一）、细菌细胞的基本结构,1、细胞壁(cell wall),位于细胞最外层。厚实、坚韧，主要由肽聚糖构成，有固定外形和保护细胞等多种功能。通过染色、质壁分离或制成原生质体，再在光学显微镜下观察，用电子显微镜观察细菌超薄切片，均可确证细胞壁存在。（占细胞干重的1025%）。,细胞壁的功能,主要有：,固定细胞外形；,协助鞭毛运动；,保护细胞免受外力的损伤；,为正常细胞分裂所必需；,阻拦大分子物质进入细胞（如革兰氏阴性细菌细胞壁可阻拦分子量超过,800,的抗生素透入）：,与细菌的抗原性、致病性（如内毒素）和对噬菌体的敏感性密切相关。,细胞壁是细菌细胞的一般构造，特殊情况下也可发现几种细胞壁缺损的或无细胞壁的细菌存在：,原生质体,：指在人工条件下用溶菌酶除尽原有细胞壁或用青霉素抑制细胞壁的合成后，所留下的仅由细胞膜裹着的脆弱细胞，一般由革兰氏阳性菌形成；,球状体或原生质球,：指还残留部分细胞壁的原生质体，一般由革兰氏阴性细菌形成；,L型细菌,：1935年时，在英国李斯德预防医学研究所中发现一种由自发突变而形成细胞壁缺损的细菌念珠状链杆菌，它的细胞膨大，对渗透压十分敏感，在固体培养基表面形成“油煎蛋”似的小菌落。,细胞壁化学组成,主要成分：肽聚糖、磷脂、蛋白等。肽聚糖是由,N-,乙酰葡萄糖胺（,NAG),、,N-,乙酰胞壁酸（,NAM),和多肽聚合成多网状结构大分子化合物。,革兰氏阳性细菌的和革兰氏阴性细菌细胞壁构造,革兰氏染色法,(,Gram-Staining),丹麦人革兰氏,(Gram)1844,年发明了革兰氏染色法，通过本方法可将所有细菌分为革兰氏阳性,(Gram-Positive),和革兰氏阴性,(Gram-Negative),两大类。两大类的细胞壁的化学组成和结构由很大差异。,革兰氏阳性细菌被乙醇洗后不退色保持红紫色,而革兰氏阴性细菌在用典液处理后会被酒精脱色,最后被番红染成粉红色。,结晶,紫30s,水洗2s,典液1min,水洗,95乙醇或丙酮10-30s水洗,番红30-60s,水洗并吸干,其简单操作分初染、媒染、脱色和复染4步。,革兰氏染色有着十分重要的理论与实践意义。通过这一染色，几乎可把所有的细菌分成革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌两个大类，因此它是分类鉴定菌种时的重要指标。又由于这两大类细菌在细胞结构、成分、形态、生理、生化、遗传、免疫、生态和药物敏感性等方面都呈现出明显的差异，因此任何细菌只要通过简单的革兰氏染色，就可提供不少其他重要的生物学特性方面的信息。,G,+,与,G,-,细菌细胞壁的区别,革兰氏阳性细菌所特有的磷壁酸,磷壁酸是革兰氏阳性细菌细胞壁所特有的成分。它有两种类型，其一为壁磷壁酸，它与肽聚糖分子间发生共价结合，可用稀酸或稀碱进行提取，其含量有时可达壁重的50（或细胞干重的10），含量多少与培养基成分密切相关；其二为膜磷壁酸（即脂磷壁酸），由甘油磷酸链分子与细胞膜上的磷脂进行共价结合形成，它的含量与培养条件关系不大，可用45热酚水提取，也可用热水从脱脂的冻干细菌中提取。,革兰氏阴性细菌特有的脂多糖（LPS）,脂多糖是位于革兰氏阴性细菌细胞壁最外层的一层较厚（810nm）的类脂多糖类物质。它由类脂A、核心多糖和O特异侧链3部分所组成。,其主要功能有：是革兰氏阴性细菌致病性内毒素的物质基础；与磷壁酸相似，也有吸附Mg2+、Ca2+等阳离子以提高这些离子在细胞表面浓度的作用；由于LPS结构的变化，决定了革兰氏阴性细菌细胞表面抗原决定簇的多样性。据统计（1983），国际上已报道根据LPS的结构特性而鉴定过沙门氏菌属的表面抗原类型多达2107个；是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。,革兰氏阳性细菌肽聚糖的结构 可用最典型的金黄色葡萄球菌为代表说明。它的肽聚糖层厚约2080nm，由40层左右网状分子所组成。网状的肽聚糖大分子实际上是由大量小分子单体聚合而成的。两个肽聚糖单体交联起来。,革兰氏阳性、阴性细菌肽聚糖的结构不同,每一肽聚糖单体含有3个组成部分：,双糖单位,，即由1个N乙酰葡萄胺与1个N乙酰胞壁酸分子通过1，4糖苷键连接而成；,短肽“尾”，,即由4个氨基酸连起来的短肽链连接在N乙酰胞壁酸分子上。这4个氨基酸是按L型与D型交替排列的方式连接而成的，即丙氨酸(L)谷氨酸(D)赖氨酸(L)丙氨酸(D)；,肽“桥”,，在金黄色葡萄球菌中为甘氨酸五肽。这一肽“桥”的氨基端与前一肽聚糖单体肽“尾”中的第4氨基酸D-丙氨酸的羧基相连接，而它的羧基端则与后一肽聚糖单体肽“尾”中的第3个氨基酸碱性氨基酸L赖氨酸的氨基相连接，从而使前后两个肽聚糖单体交联起来。,图2-5 革兰氏阳性细菌肽聚糖单体的结构,革兰氏阴性细菌细胞壁的肽聚糖结构,以E.coli为代表，它的肽聚糖含量占细胞壁的10弱，一般由12层网状分子构成，在细胞壁上的厚度仅为23nm。其结构单体与革兰氏阳性细菌基本相同，,差别仅在于,：肽尾的第3个氨基酸为内消旋二氨基庚二酸meso-DAP）；没有特殊的肽桥，其前后两个单体间的联系仅由甲肽尾的第4个氨基酸D丙氨酸的羧基与乙肽尾第3氨基酸meso-DAP）的氨基直接连接而成,。,由于革兰氏阳性细菌与阴性细菌肽聚糖单体结构的差异以及其间相互联系的不同，因此交联而成的肽聚糖网的结构和致密度就有明显的差别。,革兰氏染色的机制,（染色与细胞壁关系）,通过对细菌细胞壁的详细分析，就为解释革兰氏染色的机制提供了较充分的基础。目前多用物理机制解释革兰氏染色现象。革兰氏染色差异主要基于细菌细胞壁的特殊化学组分。通过初染和媒染，在细菌细胞的膜或原生质体上染上了不溶于水的结晶紫与碘的大分子复合物。革兰氏阳性菌由于细胞壁较厚、肽聚糖含量较高和其分子交联度较紧密，故在用乙醇洗脱时，肽聚糖网孔会因脱水而明显收缩，再加上G+菌的细胞壁基本上不含类脂，故乙醇处理不能在壁上溶出缝隙，因此，结晶紫与碘复合物仍牢牢阻留在其细胞壁内，使其呈现紫色。,革兰氏阴性细菌因其壁薄、肽聚糖含量低和交联松散，故遇乙醇后，肽聚糖网孔不易收缩，加上它的类脂含量高，所以当乙醇把类脂溶解后，在细胞壁上就会出现较大的缝，这样结晶紫与碘的复合物就极易被溶出细胞壁。因此，通过乙醇脱色，细胞又呈无色。这时，再经番红等红色染料复染，就使革兰氏阴性细菌获得了新的颜色红色，而革兰氏阳性菌则仍呈紫色（实为紫中带红）。,2,.,细胞膜（,The Plasma,Menbrane,）,细胞膜（cell menbrane)-又称细胞质膜或质膜，是紧贴在细胞壁内侧的一层由磷脂和蛋白质组成的,柔软和富有弹性的半透性薄膜,。通过质壁分离、选择性染色、原生质体破裂或电子显微镜观察等方法，可以证明细胞膜的存在。细胞膜成明显的双层结构，总厚度为810nm。细胞膜中的脂类物质主要是甘油磷脂,由含氮碱基、磷酸甘油和脂肪酸构成。,磷脂膜双分子层,通常呈液态，其流动性取决于不饱和脂肪酸的含量和类型。,在电子显微镜下观察时，细胞膜呈明显的双层结构在上下两暗色层间夹着一浅色的中间层。这是因为，细胞膜的基本结构由两层磷脂分子整齐地排列而成。,每一,磷脂分子,由1个带正电荷且能溶于水的极性头（磷酸端）和1个不带电荷和不溶于水的非极性尾（烃端）所构成。极性头朝向膜的内外两个表面，呈亲水性；而非极性的疏水尾（长链脂肪酸，其链长和饱和度与细菌的生长温度有关）则埋藏在膜的内层，从而形成一个磷脂双分子层。,（1）细胞膜结构,据目前所知，磷脂双分子层通常呈液态，不同的内嵌蛋白和外周蛋白可在磷脂双分子层液体中作侧向运动，犹如漂浮在海洋中的冰山。这就是Singer和Nicolson（1972）提出的细胞膜液态镶嵌模式(图26)。,（2）细胞膜的功能,控制细胞内外的物质（营养物质和代谢废物）的运送与交换；,维持细胞内正常渗透压的屏障；,合成细胞壁各种组分（LPS、肽聚糖、磷壁酸）和荚膜等大分子的场所；,进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地；,许多酶（半乳糖苷酶、细胞壁和荚膜的合成酶及ATP酶等）和电子传递链的所在部位。,鞭毛的着生点和提供其运动所需的能量等。,3,、间体或间体（,Mesosome,）,原核生物虽然没有单位膜包裹的形成的细胞器，但许多原核生物也演化出来一类由细胞质膜内陷折叠形成不规则形状、管状或囊状结构。由于其再结构上大多未与细胞质膜脱开，所以与真核生物的细胞器不同，这种结构被称为间体或中间体。相当于高等生物的线粒体，故有人称之为“拟线粒体”。,4,、细胞质及其内含物（,The,Cytoplasmic,Matrix),细胞质(cytoplasm)是细胞膜内所含的无色透明粘稠的胶状物质。其主要成分为水、蛋白质、核酸、脂类、糖、无机盐以及核糖体和一些颗粒状内含物。细菌细胞质和真核细胞的细胞质相比较，更易于被碱性染料染色。,气泡,气泡,颗粒壮内含物,:,异染颗粒、聚,羟基丁酸颗粒、肝糖粒和淀粉粒、硫滴、液泡、多肽。,颗粒状内含物(granule),-这是细胞质中的颗粒性贮藏物质，其种类和数量随环境条件而异。颗粒性贮藏物质的形成能防止细胞内渗透压或酸度过高，当环境养料缺乏时又可被分解利用。颗粒状内含物的大小和化学性质各异，主要类型有6种。,糖原（glycogen）和淀粉(starch),：是细菌细胞内主要的碳素和能源贮存物质。与碘液作用时，糖原呈红褐色而淀粉呈蓝色。肠道细菌常积累糖原，而多数其它细菌和蓝细菌则以淀粉为贮存物质。当培养环境中碳氮比高时，会促进碳素养料颗粒体的累积。,多聚羟基丁酸（hydroxybutyric acid,PHB,)：是细菌特有的一种与类脂相似的碳源和能源贮存物质。PHB易被脂溶性染料（如苏丹黑）着色而不易被普通碱性染料染色。根瘤菌属（Rhizobium）、固氮菌属(Azotobacter)、红螺菌属(Rhodospirillum)和假单胞菌属(Pseudomonas)的细菌常积累PHB。,异染粒(metachromatic granule,)：是细菌特有的磷素贮藏养料。因用蓝色染料（如亚甲蓝或甲苯胺蓝）染成紫红色而得名。主要成分是聚偏磷酸盐。发现于迂回刚螺菌(Spirillumvolutans)，也存在于多种细菌，如白喉棒杆菌(Corynebacterium diphtheriae)和鼠疫杆菌(Yersinia pestis)细胞中。鼠疫杆菌的异染粒排列于细胞两端，又称极体，是该菌的重要鉴别特征之一。硫磺颗粒(Sulfur droplet)：这是某些化能自养的硫细菌贮存的能源物质。例如贝氏硫菌属(Beggiatoa)和发硫菌属(Thiothrix)能在氧化H,2,S的过程中获得能量并在细胞内以固态硫粒的形式贮存元素硫。当环境中缺少H 2S时，它们能通过进一步氧化硫来获取能量。,磁粒(magnetite)：,是少数磁性细菌(magneticbacteria)细胞内特有的串状Fe3O4的磁性颗粒。磁性细菌能藉以感知地球磁场并使细胞顺磁场方向排列。,伴孢晶体（parasporal crystal)：,少数芽孢杆菌，例如苏云金杆菌（Bacillusothuringiensis）在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体(即内毒素)，称为伴孢晶体。它的干重可达芽孢囊重量的30左右，由18种氨基酸组成，大小约0.62.0m。由于伴孢晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫有毒杀作用，因而可将苏云金杆菌制成细菌杀虫剂。,5、核糖体(ribosome),由RNA和蛋白质构成，呈颗粒状亚显微结构。常以游离态分散于细菌细胞中，数量可达上万个。是蛋白质生物合成的场所。,6,、,Nuckeoid,核区,细菌是原核微生物，所以其细胞只有比较原始的细胞核，即原核。细菌的细胞核为一巨大紧密缠绕的环状双链DNA丝状结构，只有少量蛋白质与之结合，无核膜包裹，分布再细胞质的一定区域内，所以称之为核区。,质粒(plasmid),质粒是细菌染色体以外的遗传物质，能独立复制，为共价闭合环状双链DNA。质粒的分子量比染色体小，通常在110010,6,道尔顿，含有几个到上百个基因。质粒不仅对微生物本身具有重要意义，而且在遗传工程研究中是外源基因的重要载体，许多天然或经人工改造的质粒已成为基因克隆、转化、转移及表达的重要工具。,质粒是非必要的遗传物质，一般只控制生物的次要性状，但能自我复制和稳定遗传。质粒的存在一般也有助于生物在特殊环境下生长；,质粒的种类：质粒按功能可分为接合质粒、抗性质粒、降解质粒、细菌素质粒、致瘤质粒和共生固氮质粒等。,二、细菌的特殊结构1、鞭毛和运动性（,Flagella and Motility）,定义：,某些细菌长在体表的长丝状、波曲的附属物，称为鞭毛，其数目为110根，具有运动功能。,大肠杆菌鞭毛,在各类细菌中，弧菌、螺菌和假单胞菌类普遍都长有鞭毛。在杆状细菌中，有的有鞭毛，有的没有鞭毛；而在球状细菌中，仅有个别属(动性球菌属)的细菌才有鞭毛。生鞭毛菌的鞭毛数目与着生位置随细菌种类而异，并依此可区分为偏端丛生鞭毛菌、两端丛生鞭毛菌和周生鞭毛菌。,偏端单生鞭毛,两端单生鞭毛,偏端丛生鞭毛,两端丛生鞭毛,周生鞭毛,要证明某一细菌是否存在着直径只有0.010.02m的鞭毛，可用电子显微镜去观察。在光学显微镜下，经过染料加粗的鞭毛也可清楚地观察到。在喑视野中，对,水浸片或悬滴标本,中运动着的细菌，也可根据其运动情况判断它们是否存在着鞭毛。,在下述两种情况下，凭肉眼观察也可初步判断某细菌是否有鞭毛存在：在半固体培养基中（含0.3%0.4琼脂）用穿刺接种法接种某一细菌，经培养后，如果在其穿刺线周围有呈混浊的扩散区，说明该菌具有运动能力，即可推测其存在着鞭毛，反之则无鞭毛；根据某菌在平板培养基上的菌落形状也可判断该菌是否有鞭毛。一般地说，如果某菌产生的菌落形状大而薄边缘极不规则，说明该菌具有运动能力。反之，如果菌落十分圆整，边缘光滑，相对较厚，则说明它没有鞭毛的。,细菌的运动方式,水平向前,翻斤斗,水平向前,翻斤斗,菌毛或伞毛（pilus或fimbria）,菌毛（曾有纤毛、散毛、伞毛、线毛或顺毛等译名）是长在细菌体表的一种纤细（直径79 nm）、中空（直径22.5 nm）、短直及数量较多（250300根）的蛋白质附属物，在革兰氏阴性细菌中较为常见。它的结构较鞭毛简单，功能是使细菌较牢固地粘连在物体（呼吸道、消化道、泌尿生殖道的粘膜）表面上。有菌毛者尤以革兰氏阴性致病菌居多，例如淋病奈氏球菌。,另一种特殊的性菌毛菌毛称作。,它的性状介于鞭毛与上述普通菌毛间，即比菌毛稍长。每1个细胞有14根，其功能是在不同性别的菌株间传递DNA片段。有的性菌毛还是RNA噬菌体的吸附受体。性菌毛一般多见于革兰氏阴性细菌中。,2,、细菌的特殊结构,芽孢,（,1,）定义,：某些细菌在一定的生长阶段，可在细胞内生成一个圆形、椭圆形或圆柱形高度折光的休眠体，称为芽孢。由于每一细胞仅形成,1,个芽孢，故它无繁殖功能。,（,2,）芽孢的特性概述,芽孢有极强的抗性,.,休眠力惊人,.,能产生芽孢的细菌种类不多,.,芽孢有极强的抗热、抗辐射、抗化学药物和抗静水压等能力。,例如,肉毒梭菌,在,100,沸水中，要经过,5.09.5h,才被杀死，至,121,时，平均也要经,10min,才能杀死；,热解糖梭菌,的营养细胞在50下经短时间即被杀死，可是它的一群芽孢在,132,下经,4.4min,才能杀死其中的90%.芽孢的抗紫外线能力,要比其营养的细胞强约1倍。巨大芽孢杆菌芽孢的抗辐射能力要比E.coli的营养细胞强36倍。,芽孢的休眠能力十分惊人。,在休眠期间，无任何代谢活力。一般的芽孢在普通条件下可保存几年至几十年的活力。从德国的一个植物标本上分离到保存了,200300年,的,枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌,，而凝结芽孢杆菌和环状芽孢杆菌的芽孢也已保存了50100年之久。有些湖底沉积土中的芽孢杆菌经5001000年后仍有活力，更有经2000年甚至更长时间仍保持芽孢生命力的记载。,能产生芽孢的细菌种类不多。主要是革兰氏阳性杆菌芽孢杆菌科的两个属，即,好氧性的芽孢杆菌属和厌氧性的梭菌属,。球菌中只有极个别的属(,芽孢八叠球菌属),才形成芽孢。在典型的螺旋菌中，至今还未发现产芽孢的菌。,（,3,）细菌芽孢的形状和位置,偏,生芽孢,偏端生芽孢,端生芽孢,中生芽孢,轴丝形成；,隔膜形成；,前孢子,(,forespore,),形成,:,成熟前芽孢的双层隔壁形成，这时抗辐射性提高；,皮层形成,:,在上述两层隔壁间充填芽孢肽聚糖，合成,DPA,，,累积钙离子，开始形成皮层，折光率增高；,孢子外壳层形成；,皮层合成完成，芽孢成熟，抗热性出现；,芽孢囊裂解，芽孢游离。,（,4,）芽孢形成,（,5,）细菌芽孢结构,EX-exosporim,SC-spore coat,CX-cortex,CW-core wall,N-nucleoid,CR-ribosomes,（,6,）芽孢