第二章微生物的特征

第一節(jié)細(xì)菌1、生物分為哪兩類?回憶與思考原核生物和真核生物2、原核生物包括哪些？包括細(xì)菌、放線菌、藍(lán)藻等一、細(xì)菌細(xì)胞的構(gòu)造細(xì)菌細(xì)胞構(gòu)造分基本構(gòu)造細(xì)胞壁細(xì)胞膜細(xì)胞質(zhì)核質(zhì)體基本結(jié)構(gòu)特殊結(jié)構(gòu)1、基本結(jié)構(gòu)莢膜細(xì)胞膜核質(zhì)體鞭毛細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞壁細(xì)菌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)細(xì)胞壁定義：包圍在菌細(xì)胞外面的一層無色透明、堅韌而有彈性的膜狀物質(zhì)。組成成分和結(jié)構(gòu)：由糖和氨基酸構(gòu)成的肽聚糖，2種氨基糖構(gòu)成骨架，再和小肽互相連接，構(gòu)成三維多層的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)根據(jù)細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)將細(xì)菌分類：革蘭氏陽性菌革蘭氏陰性菌革蘭氏染色是指細(xì)菌學(xué)中廣泛使用的一種重要的鑒別染色法,一般包括初染、媒染、脫色、復(fù)染等四個步驟.革蘭氏陽性（G+）革蘭氏陰性（G-）革蘭氏陽性（G+）菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)壁磷壁酸膜磷壁酸細(xì)胞壁細(xì)胞膜肽聚糖革蘭氏陰性（G-）菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)細(xì)胞壁細(xì)胞膜外膜脂多糖微孔蛋白肽聚糖胞質(zhì)周圍間隙細(xì)胞壁功能①維持細(xì)菌固有形態(tài)②保護(hù)細(xì)胞使其不受滲透壓的破壞③是有鞭毛細(xì)菌運(yùn)動的必要條件④與細(xì)菌分裂有關(guān)⑤與細(xì)胞膜共同完成菌細(xì)胞內(nèi)外的物質(zhì)交換細(xì)胞膜定義：緊貼細(xì)胞壁的一層薄膜叫細(xì)胞膜，又稱原生質(zhì)膜，其厚度為5-8nm討論：1、細(xì)胞膜的組成2、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)3、細(xì)胞膜的功能、細(xì)胞膜組成成分：磷脂雙分子和蛋白質(zhì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)：磷脂雙分子構(gòu)成基本骨架，親水頭部位于膜兩側(cè)，疏水尾部朝向膜中間；蛋白質(zhì)覆蓋或嵌插在磷脂雙分子層之間細(xì)胞膜功能：1.控制細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的交換2.調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外滲透壓3.將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開，保障細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的相對穩(wěn)定4、進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流核質(zhì)體核質(zhì)體由一個染色體構(gòu)成，其主要成分為脫氧核糖核苷酸主要功能是記錄和傳遞遺傳信息細(xì)胞質(zhì)胞質(zhì)是包含在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的大量的膠體，主要成分是水和蛋白質(zhì)。此外還含有糖、脂肪、無機(jī)鹽等成分，是細(xì)菌細(xì)胞的基礎(chǔ)物質(zhì)，也是細(xì)菌細(xì)胞的主要生命活動場所。細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中僅含一種細(xì)胞器------核糖體小結(jié)細(xì)菌細(xì)胞的構(gòu)造基本構(gòu)造特殊構(gòu)造細(xì)胞壁細(xì)胞膜細(xì)胞質(zhì)核質(zhì)體鞭毛莢膜芽孢2、細(xì)菌特殊結(jié)構(gòu)鞭毛（flagellum）長在某些細(xì)菌菌體上細(xì)長而彎曲的具有運(yùn)動功能的蛋白質(zhì)附屬絲狀物，稱為鞭毛。鞭毛的長度常超過菌體若干倍。少則1-2根，多則可達(dá)數(shù)百根。鞭毛莢膜芽孢鞭毛鞭毛的分類極端鞭毛菌單極鞭毛菌兩極鞭毛菌端從毛菌單端從毛菌兩端從毛菌周毛菌鞭毛蛋白：是一種呈球形或卵圓狀的蛋白質(zhì)，相對分子質(zhì)量為3萬~6萬，在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成后，由鞭毛基部通過中央孔道不斷運(yùn)輸至鞭毛的游離端進(jìn)行自裝配（不需酶或其他因子協(xié)助）。鞭毛的組成鞭毛由鞭毛亞基組成，這些亞基稱鞭毛蛋白

端生鞭毛菌一般作直線運(yùn)動，運(yùn)動速度慢，周生鞭毛菌多作翻滾運(yùn)動，方向多變，運(yùn)動速度快。鞭毛的運(yùn)動芽孢產(chǎn)芽孢細(xì)菌在營養(yǎng)條件缺乏時，在細(xì)胞內(nèi)形成圓形或橢圓形的芽孢休眠體,其由DNA和外部多層蛋白質(zhì)及肽聚糖包圍而成常見的產(chǎn)芽孢細(xì)菌主要為芽孢桿菌屬（Bacillus)、梭狀芽孢桿菌屬(Clostridium)、芽孢乳酸菌屬：(Sporolaetobacilbs)等芽孢含水量極低，抗逆性強(qiáng)，能經(jīng)受高溫、紫外線，電離輻射以及多種化學(xué)物質(zhì)滅殺等，細(xì)菌芽孢特點(diǎn)肉毒梭菌的芽胞在沸水中要經(jīng)過5至9.5h才被殺死；巨大芽胞桿菌芽胞的抗輻射能力比E.coli細(xì)胞要強(qiáng)36倍。芽胞的休眠能力更為突出，在常規(guī)條件下，一般可以保持幾年至幾十年而不死。芽孢特點(diǎn)（1）耐溫（2）沒有繁殖力（3）沒有濕度要求（4）很難殺死）細(xì)菌芽孢的位置芽孢模式圖莢膜莢膜(capsule)是某些細(xì)菌表面的特殊結(jié)構(gòu)，是位于細(xì)胞壁表面的一層松散的粘液物質(zhì)，莢膜的成分因不同菌種而異，主要是由葡萄糖與葡萄糖醛酸組成的聚合物，也有含多肽與脂質(zhì)的莢膜形成莢膜的形成與環(huán)境條件密切相關(guān)。一般在動物體內(nèi)或含有血清或糖的培養(yǎng)基中容易形成莢膜，在普通培養(yǎng)基上或連續(xù)傳代則易消失。有莢膜的細(xì)菌在固體培養(yǎng)基上形成粘液（M）型或光滑（S）型菌落，失去莢膜后其菌落變成粗糙（R）型。莢膜功能（1）對外界干擾具有增強(qiáng)抗性作用，使本身對外界其他生物的毒力抵抗有增強(qiáng)作用。如動物體內(nèi)莢膜能使菌體免受白血球吞噬。

(2)是細(xì)胞代謝物的廢物庫。(3)是養(yǎng)料的貯藏庫，當(dāng)營養(yǎng)缺乏時，可用莢膜中含有的多糖和多肽，作為碳源和能量來源。（4)對干燥有抵抗作用。（5）幫助細(xì)菌附著到物體表面。如形成牙斑時由變異鏈球菌產(chǎn)生的粘著物。二、細(xì)菌的細(xì)胞形態(tài)及其大小形態(tài)：主要有球形、桿狀、螺旋形三、細(xì)菌的繁殖細(xì)菌主要以無性二分裂方式繁殖(裂殖)，即1個細(xì)菌分裂為2個細(xì)菌，2個細(xì)菌分裂為4個細(xì)菌。細(xì)菌的這種成倍生長成為指數(shù)生長。細(xì)菌生長到一定時期，在細(xì)胞中間逐漸形成橫隔，由一個母細(xì)胞分裂為兩個大小相等的子細(xì)胞。細(xì)胞分裂是連續(xù)的過程，分裂中的兩個子細(xì)胞形成的同時，在子細(xì)胞的中間又形成橫隔，開始細(xì)菌的第二次分裂采用電子顯微鏡研究細(xì)菌的分裂過程表明：細(xì)菌細(xì)胞分裂大致可經(jīng)過核物質(zhì)與細(xì)胞質(zhì)分裂、橫隔壁形成和子細(xì)胞分離等過程細(xì)菌繁殖速度快，一般細(xì)菌約20～30min便分裂一次，即為一代。接種子肉湯培養(yǎng)中的細(xì)菌在適宜的溫度下迅速生長繁殖，肉湯很快即可變渾濁，表明有細(xì)菌的大量生長，有些細(xì)菌，如結(jié)核分枝桿菌的繁殖速度較慢，需要15-18小時才能繁殖一代（觀看視頻）細(xì)菌生長繁殖的基本條件：充足的營養(yǎng)物質(zhì)適宜的環(huán)境（溫度、酸堿度、氣體條件、

滲透壓）四、細(xì)菌的生長條件充足的營養(yǎng)物質(zhì)必須有充足的營養(yǎng)物質(zhì)才能為細(xì)菌的新陳代謝及生長繁殖提供必需的原料和足夠的能量⑴

水分水分是微生物細(xì)胞的主要組成成分，大約占鮮重的70％～90％⑵

碳源糖類是較好的碳源，尤其是單糖（葡萄糖、果糖）、雙糖（蔗糖、麥芽糖、乳糖），絕大多數(shù)微生物都能利用水分碳源氮源物質(zhì)無機(jī)元素生長因子⑶

氮源物質(zhì)：蛋白質(zhì)、氨基酸——在實(shí)驗(yàn)室和發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中，通常以銨鹽、硝酸鹽、牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、魚粉、血粉、蠶蛹粉、豆餅粉、花生餅粉作為微生物的氮源常量礦質(zhì)元素是磷、硫、鉀、鈉、鈣、鎂、鐵等。微量元素有鉬、鋅、錳、鈷、銅、硼、碘、鎳、溴、釩等（4）無機(jī)元素生長因子是指維生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等特殊有機(jī)營養(yǎng)物。⑸

生長因子：適宜的環(huán)境氧的需求氧的存在與否和生長有關(guān)，有些細(xì)菌僅能在有氧條件下生長；有的只能在無氧環(huán)境下生長根據(jù)代謝類型可分為氧溫度PH滲透比例好氧菌、厭氧菌、專性厭氧菌、兼性厭氧菌、微好氧菌溫度細(xì)胞生長的溫度極限為-7℃～90℃，根據(jù)微生物生長所需的溫度不同，可將微生物分為以下幾種:嗜冷菌,嗜溫菌,嗜熱菌,嗜高熱菌,15~45℃，最適37

℃，大腸桿菌-10℃，最適20

℃，嗜冷芽孢桿菌30~75℃，最適55

℃，嗜熱執(zhí)法芽孢桿菌100℃以上，最適37

℃，海底、火山噴口的的古細(xì)菌PH在細(xì)菌的新陳代謝過程中，酶的活性在一定的PH范圍才能發(fā)揮。多數(shù)病原菌最適PH為中性或弱堿性（pH7.2～7.6）。嗜堿菌,嗜酸菌,PH8.5～11.5PH0～5.5一般培養(yǎng)基的鹽濃度和滲透壓對大多數(shù)細(xì)菌是安全的，少數(shù)細(xì)菌如嗜鹽菌需要在高濃度（3%）的NaCl環(huán)境中生長良好。滲透比例五、細(xì)菌的概況(一)菌種鑒定的幾方面特征1、培養(yǎng)特征：①在固體培養(yǎng)基平板上的菌落和斜面上的菌苔性狀（形狀、光澤、透明度、顏色、質(zhì)地等）。②在半固體培養(yǎng)基中穿刺接種培養(yǎng)的生長情況。③在液體培養(yǎng)基中混濁程度，液面有無菌膜、菌環(huán)，管底有無絮狀沉淀，培養(yǎng)液顏色等。個體形態(tài)：鏡檢細(xì)胞形狀、大小、排列，革蘭氏染色反應(yīng)，運(yùn)動性，鞭毛位置、數(shù)目，芽孢有無、形狀和部位，莢膜，細(xì)胞內(nèi)含物；放線菌和真菌的菌絲結(jié)構(gòu)，孢子絲、孢子囊或孢子穗的形狀和結(jié)構(gòu)，孢子的形狀、大小、顏色及表面特征等。3、生理生化特征：生理生化特征與微生物的酶和調(diào)節(jié)蛋白的本質(zhì)和活性直接相關(guān)，酶及蛋白質(zhì)都是基因產(chǎn)物，所以對微生物生理生化特征的比較也是對微生物基因組的間接比較，加上測定生理生化特征比直接分析基因組要容易得多，因此生理生化特征對于微生物的系統(tǒng)分類仍然是有意義的。4、血清學(xué)試驗(yàn)與噬菌體分型。5、氨基酸順序和蛋白質(zhì)分析。6、核酸的堿基組成【(G+C)%】7、核酸的分子雜交。（二）工業(yè)上常用的細(xì)菌革蘭氏陰性菌醋酸桿菌大腸埃希氏菌黃桿菌革蘭氏陽性菌四聯(lián)球菌明串珠菌內(nèi)生芽桿菌醋酸桿菌：名細(xì)胞橢圓或短桿，0.4～0.8μm×1.0～2.0μm，單生、成對，偶爾成短鏈；細(xì)胞端尖或平,可運(yùn)動，單鞭毛或兩根鞭毛。不產(chǎn)芽孢。極端嚴(yán)格好氧，發(fā)酵果糖和其他底物幾乎只產(chǎn)生乙酸。生長溫度范圍為5～42℃，最適生長溫度為30℃，最適PH5.4～6.3，PH過堿很少生長。該屬菌能將乙醇氧化成醋酸，并可將醋酸和乳酸氧化成CO2和水。其生長所需的最好碳源是乙醇、甘油和乳酸。有些菌株能夠合成纖維素，當(dāng)這些菌株生長在靜止的液體培養(yǎng)基中時，會在表面形成一層纖維素薄膜。醋酸桿菌屬細(xì)菌主要分布在花、果實(shí)、葡萄酒、啤酒、蘋果汁、醋和果園土等環(huán)境中，并可引起菠蘿的粉紅病和蘋果、梨的腐爛。該屬菌在食品工業(yè)上可用于食醋釀造。大腸桿菌革蘭氏陰性短桿菌，大小0.5～0.8um×1～2um。周生鞭毛，能運(yùn)動，無芽孢。能發(fā)酵多種糖類，產(chǎn)酸、產(chǎn)氣，是人和動物腸道中的正常棲居菌，嬰兒出生后即隨哺乳進(jìn)入腸道，與人終身相伴，幾乎占糞便干重的1/3。國家規(guī)定，每毫升飲用水中的菌落總數(shù)小于100，每100毫升水中不得檢出總大腸菌群

1、大腸桿菌是細(xì)菌，屬于原核生物;具有由肽聚糖組成的細(xì)胞壁，只含有核糖體簡單的細(xì)胞器，沒有細(xì)胞核擬核;細(xì)胞質(zhì)中的質(zhì)粒常用作基因工程中的運(yùn)載體。3、人體與大腸桿菌的關(guān)系：在不致病的情況下(正常狀況下)，可認(rèn)為是互利共生(一般高中階段認(rèn)為是這種關(guān)系);在致病的情況下，可認(rèn)為是寄生。)大腸桿菌的特點(diǎn)及應(yīng)用4、在培養(yǎng)基培養(yǎng)時無需添加生長因子，向培養(yǎng)基中加入伊紅美藍(lán)遇大腸桿菌，菌落呈深紫色，并有金屬光澤，可鑒別大腸桿菌是否存在5、大腸桿菌在生物技術(shù)中的應(yīng)用：大腸桿菌作為外源基因表達(dá)的宿主，遺傳背景清楚，技術(shù)操作簡單，培養(yǎng)條件簡單，大規(guī)模發(fā)酵經(jīng)濟(jì)，倍受遺傳工程專家的重視。目前大腸桿菌是應(yīng)用最廣泛，最成功的表達(dá)體系，常做高效表達(dá)的首選體系大腸桿菌代謝類型是兼性厭氧型，可以在無氧條件下生存，比如人或動物腸道，主要進(jìn)行無氧呼吸或發(fā)酵產(chǎn)能。也可以在微量氧環(huán)境下生存，可以進(jìn)行有氧呼吸產(chǎn)能。在自然界中屬于分解者，在人或動物腸道中屬于消費(fèi)者。大腸桿菌的代謝類型環(huán)境中的細(xì)菌六、環(huán)境及工業(yè)用細(xì)菌工業(yè)用的細(xì)菌一、環(huán)境中的細(xì)菌細(xì)菌存在于各種環(huán)境之中，從溫度高達(dá)100℃溫泉口，直到兩極地區(qū)都存在細(xì)菌，它們是各個生態(tài)系統(tǒng)的主要成員，從事許多重要工作。1.營養(yǎng)

再循環(huán)3.促進(jìn)植物的生長2.與植物構(gòu)成共生關(guān)系1.營養(yǎng)再循環(huán)微生物在C、N和S以及Fe之類的金屬等的轉(zhuǎn)型方面至關(guān)重要細(xì)菌能固定大氣的碳與氮的化合物，參入碳循環(huán)中碳循環(huán)碳在自然界的存在形式：簡單化合物CH4，復(fù)雜化合物淀粉、纖維素、木質(zhì)素、碳?xì)浠衔镂⑸锿ㄟ^對腐敗植物的分解重新釋放碳化物，不斷補(bǔ)充空氣中的CO2含量碳循環(huán)分為厭氧條件和需氧條件兩個過程在此循環(huán)中有光合細(xì)菌、產(chǎn)甲烷細(xì)菌參與碳循環(huán)碳循環(huán)過程氮循

環(huán)亞硝酸鹽，硝酸鹽亞硝化單胞菌屬和亞硝化球菌屬來完成第一步硝化作用：銨離子第二步反硝化作用：硝酸鹽

氮?dú)?氧化亞氮由異養(yǎng)型脫氮假單胞菌來進(jìn)行第三步氮同化作用:無機(jī)氮(被用作氮素營養(yǎng)源)與摻入微生物體內(nèi)的新的含氮有機(jī)物合成的過程第四步固氮作用:由需氧細(xì)菌或厭氧細(xì)菌來進(jìn)行。需氧過程由固氮菌屬和固氮螺菌屬來完成，厭氧過程由梭菌屬參入.2.細(xì)菌與植物的共生作用各種微生物與植物的葉、莖、花、種子和根都有共生的關(guān)系植物釋放的物質(zhì)會增加周圍土壤的微生物群體細(xì)菌進(jìn)行的固氮作用會使植物提高氨離子的可利用性這個作用對低肥力的土壤是很重要的根瘤菌就是一種固氮菌，與豆科植物形成共生群叢。這種結(jié)合要求細(xì)菌感染植物的根細(xì)胞，并經(jīng)由侵染線傳到鄰近的根細(xì)胞，于是此處的根細(xì)胞就因感染而分裂，從而形成根瘤。

二、工業(yè)中的細(xì)菌傳統(tǒng)生物工藝學(xué)現(xiàn)代生物工藝學(xué)生物腐蝕發(fā)酵食品食品腐敗1.傳統(tǒng)生物工藝學(xué)幾千年來人們都用細(xì)菌來制造各種各樣的產(chǎn)品，隨著對微生物更加深入的研究，其產(chǎn)品開發(fā)越來越多，現(xiàn)今細(xì)菌廣泛應(yīng)用于各種過程，從抗生素的合成到制造生物燃料。2.現(xiàn)代生物工藝學(xué)這一類產(chǎn)品出現(xiàn)在