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1、微生物类群概述,根据微生物的细胞结构可分为：,第一节 细 菌（Bacteria),细菌是单细胞原核微生物，个体微小，形态简单，多以二等分裂方式繁殖。在自然界中，细菌分布最广、数量最多。细菌的形态构造及其功能 细菌的群体形态,（一）形态和染色,一、细菌的形态构造及其功能,自然界中哪种最多？,最多,其次,最少,1.球 菌,(1)单球菌 分裂后的细胞分散而单独存在的球菌.如尿素微球菌(Micrococcus ureae),(2)双球菌 分裂后两个球菌成对排列的为双球菌.如肺炎双球菌(Diplococcus pneumoniae),(3)链球菌 分裂是沿一个平面进行，分裂后细胞排列成链状.如乳链球菌（
2、Streptococcus lactis）,链球菌,链球菌,(4)四联球菌 分裂是沿两个相垂直的平面进行，分裂，分裂后每四个细胞在一起呈田字形.如四联微球菌（Micrococcus tetragenus）,(5)八叠球菌 按三个互相垂直的平面进行分裂后，每八个球菌在一起成立方体形.如藤黄八叠球菌（Sarcina ureae),八叠球菌,(6)葡萄球菌 分裂面不规则，多个球菌聚在一起，像一串串葡萄。如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus),葡萄球菌,葡萄球菌,球菌的分裂方式,2.杆菌 杆菌是细菌中种类最多的类型,因菌种不同,菌体细胞的长短、粗细等都有所差异。,短杆菌,长杆菌
3、,梭状芽孢杆菌,大肠杆菌,大肠杆菌,大肠杆菌的培养特征,棒状杆菌,大肠杆菌,梭状芽孢杆菌（腐肉中毒）,杆菌细胞两端的形态特征,2.杆 菌,螺旋菌干酪螺菌,弧菌例：霍乱弧菌、逗号弧菌,螺旋体梅毒密螺旋体,3、螺旋菌,螺旋菌的排列方式,弧菌,螺菌,螺旋体,弯曲1,2弯曲6,螺旋菌,细菌的特殊形态,培养时间、培养温度、培养基成分、浓度、pH值等环境条件对细菌形态都有明显的影响。一般处于幼龄阶段和生长条件适宜时，细菌形态正常、整齐，表现出特定的形态。在较老的培养物中，或不正常的条件下，细胞常出现不正常形态，尤其是杆菌，有的细胞膨大，有的出现梨形，有的产生分枝，有时菌体显著伸长以至呈丝状等异常形态。若将
4、它们转移到新鲜培养基中或适宜的培养条件下又可恢复原来的形态。,影响细菌形态的因素,细菌的大小,细菌大小的测定：(1)测量：测微尺(2)长度单位：微米(m)(亚细胞构造用nm)(3)表示：球菌：直径 杆菌：宽长 螺菌：宽、长、螺距,二、细 菌 的 大 小,细菌染色法,细菌的染色,革兰氏染色法是细菌细胞的复合染色法，由丹麦医生Hans Christian Gram于1884年创立。基本步骤：涂片固定 结晶紫初染1min 碘液媒染1min 95%乙醇脱色0.5min 沙黄复染1min 结果:革兰氏阳性菌紫色；革兰氏阴性菌红色。,革兰氏染色法,（二）细菌的细胞构造,细菌细胞结构,（一）细菌细胞的基本结
5、构,（1）细胞壁的功能 固定细胞外形和提高机械强度，使其免受渗透压等外力 的损伤；为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；阻拦大分子有害物质（抗生素和酶）进入细胞；与细菌的抗原性致病性和对噬菌体的敏感性密切相关。,1、细胞壁约占细胞干重的10%25%。,化学组成：,革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌细胞壁成分比较,（2）细胞壁的化学组成与结构,细胞壁的基本骨架肽聚糖 肽聚糖：是由N-乙酰胞壁酸（NAM）和N-乙酰葡糖胺（NAG）以及少数氨基酸短肽链组成的亚单位聚合而成的大分子复合体。肽聚糖单体：是由NAG、NAM、肽尾、肽桥构成。,化学结构：,革兰氏阳性细菌肽聚糖单体,革兰氏阴性细菌肽聚糖单体,细胞壁
6、的基本骨架肽聚糖,肽聚糖网格状结构,细胞壁的基本骨架肽聚糖,由肽聚糖和磷壁酸组成,磷壁酸：占40%。G+菌所特有,其主链由数十个磷酸甘油或磷酸核糖醇组成,有的还有由D-Ala和还原糖组成的侧链。,肽聚糖:占30-70%,不同菌种中 肽聚糖(肽链)组分不同,革兰氏阳性菌细胞壁,内壁层：紧贴胞膜,仅由12层肽聚糖分子构成,占细胞壁干重510%,无磷壁酸。,外膜层：位于肽聚糖层的外部。外膜蛋白 脂多糖 脂蛋白、包括:蛋白质层 外膜蛋白 孔蛋白;孔蛋白 磷脂.,革兰氏阴性菌细胞壁,由外膜层和内壁层组成,细胞壁的结构（G+细菌与G细菌细胞壁构造的比较）,革兰氏阳性细菌（G+）,革兰氏阴性细菌（G）,肽聚
7、糖,肽聚糖,外膜,第一步：结晶紫使菌体染成紫色第二步：碘和结晶紫形成大分子复合物，分子大，能被细胞壁 阻留在细胞内。第三步：酒精脱色，细胞壁成分和构造不同，出现不同的反应。第四步：沙黄复染。G+菌：细胞壁厚，肽聚糖含量高，交联度大，当乙醇脱色时，肽聚糖因脱水而孔径缩小，故结晶紫-碘复合物被阻留在细胞内，细胞不能被酒精脱色，仍呈紫色。G菌：肽聚糖层薄，交联松散，乙醇脱色不能使其结构收缩，因其含脂量高,乙醇将脂溶解，缝隙加大，结晶紫-碘复合物溶出细胞壁，酒精将细胞脱色，细胞无色，沙黄复染后呈红色。,革兰氏染色的机理,阳性菌,阴性菌,A,B,B,B,A,B,A,A,（1）初染（结晶紫60S）,革兰氏
8、染色程序和结果,A,B,B,B,A,B,A,A,革兰氏染色程序和结果,（2）媒染剂（碘液60S）,A,B,B,B,A,B,A,A,革兰氏染色程序和结果,（3）脱色（95%乙醇30S）,A,B,B,B,A,B,A,A,革兰氏染色程序和结果,（4）复染（蕃红120S）,A：革兰氏阳性细菌G+,B：革兰氏阴性细菌G,（1）初染（结晶紫60S）（2）媒染剂（碘液60S）（3）脱色（95%乙醇30S）（4）复染（蕃红120S）,G+细菌和G-一系列生物学特性的比较,思考：为什么通过革兰氏染色G+呈兰色，G-呈红色？,脱色剂-95%乙醇为脂溶剂破坏G的外膜、肽聚糖层和细胞质膜，于是被乙醇溶解的结晶紫和碘的
9、复合物从细胞中渗漏出来，当再用藩红复染时，显现红色。但在G+细胞中，乙醇使厚的肽聚糖层脱水，导致孔隙变小，由于结晶紫和碘的复合物分子较大，不能通过细胞壁，保持紫色。,青霉素的作用,作用于肽聚糖肽桥的联结，即抑制肽聚糖的合成，故仅对生长着的菌有效，主要是G+菌。,2、细胞膜 细胞膜是紧贴细胞壁内侧包围细胞质的一层柔软、富有弹性的半透明薄膜。,(1)细胞膜的化学组成,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。,细胞膜液态镶嵌模型,(2)细胞膜的结构1972年Singer和Nicolson提出的细胞膜液
10、态镶嵌模型。,(3)细胞膜的功能 能选择性控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送 是维持细胞内正常渗透压的结构屏障 是合成细胞壁和糖被有关成分（如肽聚糖、磷壁酸、脂多糖和荚膜多糖）的重要场所 膜上含有与氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢有关的酶系，是细胞的产能基地 是鞭毛基体的着生部位，并可提供鞭毛旋转运动所需的能量。,间体：由细胞膜内褶形成的一种管状、层状或串状物，一般位于细胞分裂的部位或附近。,间体间体的功能:参与隔膜形成与核分裂有关类线粒体功能,3、拟核（或核质体、核区）由大型环状双链DNA纤丝不规则地折叠或缠绕而构成的无核膜、核仁的区域。,细菌DNA：长度一般为13mm例：大肠杆菌的D
11、NA长约1mm。生长迅速的细菌在核分裂之后细胞往往来不及分裂,所以细胞中常有24个核，而生长缓慢的细菌细胞中一般只有12个核。功能：负载遗传信息。,拟核,质粒：细菌染色体外的遗传物质，由共价闭合环状双链DNA分子组成分子量约为100 106 D.携带1100个基因,一个菌细胞可有一至数个质粒。,质粒的特点：可自我复制，稳定遗传。对生存不是必 要的。复制与染色体分开，但同步进行。不同质粒携带不同遗传信息。无质粒细菌可通过接合、转化、转导等 方式获得，不能自发产生。例：细菌抗药性因子、大肠杆菌F因子。质粒应用:基因工程，体外重组。,4、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%）
12、和蛋白质（占40%）组成。,细菌的核糖体沉降系数为：70S，由50S大亚基和 30S小亚基构成。功能：是细胞合成蛋白质的机构。,5、细胞质及其内含物,细胞质功能：细胞质中含有丰富的酶系，是营养物质合成、转化、代谢的场所。,细胞质：是在细胞膜内除核区以外的细胞物质。细胞质是无色、透明、粘稠状物质。主要成分为水，蛋白质，核酸，脂类、少量糖和无机盐。,内含物：气泡：由蛋白质膜构成的充满气体的泡状物。有些细菌 细胞质中含有几个或多个气泡。,气泡的功能：调节细胞比重，以使其漂浮在合适的水层中。气泡吸收空气，空气中的氧气可供代谢需要。例：许多光合细菌和水生细菌、盐杆菌常含有气泡。,颗粒状内含物：细菌细胞质
13、中含有各种颗粒状内含物，它们大多数为细 胞贮藏物，颗粒状内含物的多少因细菌的种类、菌龄及培 养条件不同而改变。主要有：异染粒、聚-羟丁酸、肝糖粒、淀粉粒、脂肪粒、硫粒和液泡等等。异染粒：异染粒大小为0.51m，是多聚偏磷酸盐的聚合物，分 子呈线状。对某些染料有特殊反应,产生与所用染料不同 的颜色,因此得名异染颗粒。功能：贮存磷元素和能量，降低渗透压。,聚-羟丁酸颗粒是许多细菌细胞质内常含有的碳源类储藏物。PHB不溶于水，易被脂溶性染料(如苏丹黑)着色。功能:贮存碳源、能源和降低渗透压。许多好氧菌和光合厌氧菌都含有聚-羟丁酸颗粒。,聚-羟丁酸颗粒(PHB),硫粒,形成：是硫元素的贮藏体。取决于环
14、境硫化物含量，当环境中S含量高时，在体内积累；当 缺S时，氧化成硫酸被菌利用。功能：a.好氧硫细菌的能源 b.厌氧硫细菌的电子供体,肝糖粒和淀粉粒:都是-1,4或-1,6糖苷键的葡萄糖聚合物。这些贮藏物通常较均匀地分布在细胞质内，颗粒较小。若这类贮藏物大量存在时，用碘使对其染色，肝糖粒能被碘 液染成红色，淀粉粒被碘成蓝色。脂肪粒：脂肪粒的折光性较强，它可被脂溶性染料染色；细 胞生长旺盛时，脂肪粒增多，细胞遭破坏后，脂肪粒可游离 出来。液泡：许多活细菌细胞内有液泡，液泡主要成分是水和可溶 性盐类，被一层脂蛋白的膜包围。可用中性红染色使之显现 出来。液泡具有调节渗透压的功能，还可与细胞质进行物质
15、交换。,（二）细菌细胞的特殊构造,1 糖被,层次厚（大荚膜）在壁上有固定层次 层次薄:微荚膜 包裹在单个细胞上 松散，未固定在壁上:粘液层 包裹在细胞群上：菌胶团,糖被,糖被的功能,大量极性基团可保护菌体免受干旱损伤；可防止噬菌体 的吸附和裂解；一些动物致病菌的荚膜可保护它们免受宿 主白细胞的吞噬；贮藏养料以备营养缺乏时重新利用；作为透性屏障和离子交换系统，以保护细菌免受重金属 离子的毒害；表面附着作用；细菌间的信息识别作用；堆积代谢废物。,鞭毛的着生方式：,周生,2 鞭毛,鞭毛的化学组成：主要由鞭毛蛋白构成，还含有少量的多糖、脂类和核酸等。鞭毛起源于细胞质膜内侧的基粒。细胞质区内有一个颗粒状
16、小体，此小体为基粒，鞭毛自 基粒长出穿过细胞壁延伸到细胞外部。,注意：G细菌和G-细菌鞭毛的区别,鞭毛的观察：电镜特殊鞭毛染色，在光学显微镜下观察半固体穿刺培养从固体培养基上的菌落形态判断一般情况下：菌落形状大，薄且不规则，边缘极不平整，可能有鞭毛。菌落十分圆滑，边缘平整且相对较厚，可能没有鞭毛。,3 纤毛（或线毛、菌毛、伞毛）某些菌体表面存在的短而多的附属物。纤毛比鞭毛更短、更细，且又直又硬。数量很多，不具有运动功能，但与菌的致病性吸附等有关。,4 芽孢 某些菌在其生长发育后期，细胞内形成一个圆形、厚壁、含水量低、抗逆性强的休眠构造。,芽孢,能形成芽孢的细菌种类：杆菌种类较多，球菌和螺旋菌较
17、少。芽孢杆菌属梭状芽孢杆菌属芽孢乳杆菌属生孢八叠球菌属(其中的一个种),芽孢的组成和结构多层结构，主要包括孢外壁、芽孢衣、皮层和核心。,芽孢的结构,芽孢的外壁层厚而致密，主要成分为脂蛋白，通透性差,不易着色。核心含有大量的DNA、RNA、蛋白质酶等物质，还含有2,6-吡啶二羧酸（DPA）,DPA是芽孢特有的成分。一般以 DPA-Ca的形式存在皮层主要含芽孢肽聚糖、DPA-Ca，皮层体积大，比较致密。芽孢平均含水量低,约40%.,芽孢的特性具有很强的抗热、抗干燥、抗辐射、抗化学药物能力。含水量低、壁厚而致密，通透性差,不易着色。新陈代谢几乎停止，处于休眠状态。一个芽孢萌发产生一个个体。芽孢的抗热
18、机制 目前尚不清楚，但可能与以下因素有关，如含水量低、壁厚而致密，芽孢中的酶分子量小，比较耐热。过去认为芽孢抗热与DPA有关，现在已否认了这种假设。,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：芽孢杆菌属梭状芽孢杆菌属芽孢八叠球菌属,能形成芽孢的细菌种类,芽孢的形成过程,芽孢的本质,即不是细菌生活周期的必经阶段，也不是细菌繁殖的一种形式，又不是对环境的消极反应，而是一种生命形式，一种独立的休眠体。,一般为无性繁殖，二分裂法。（裂殖）同形裂殖：裂殖后形成的子细胞大小相等。异形裂殖：分裂产生两个大小不等的子细胞。细菌分裂过程：核分裂形成横隔壁子细胞分离
19、芽殖,（三）细菌的繁殖,菌苔:大量分散的纯种细胞密集生长,结果长成的各“菌落”连接成一片。,(1)平板培养,二、细菌的群体形态,1.固体培养,(2)斜面培养,菌落：在固体培养基上,以母细胞为核心的一堆肉眼可见的，有一定形态、构造等特征的子细胞集团。,Streptomyces coelicolor-1,铜绿假单孢,粘质沙雷氏菌,沙门氏菌,费氏志贺氏菌,对于一个样品，针对微生物来说最想了解的问题（首要问题）,存在的微生物种类各类微生物的数量各类微生物的作用说明：只是针对可人工培养的微生物来说，乐观估计可人工培养的部分只占总数的10%（保守估计只有1%）；证据来源有两方面分子生物学的探索；和原位培养
20、的比较。,一、微生物的形态和菌落特征的比较表,二、细菌菌落形态的多样性（示意图）,延展性较强的一些霉菌菌丝（松散）,平板中菌落形态,三、菌落特征描写方法,大小 大、中、小、针尖状。可先将整个平板上的菌落粗略观察一下，再决定大、中、小的标准，或由教师指出一个大小范围。颜色 黄色、金黄色、灰色、乳白色、红色、粉红色等。干湿情况 干燥、湿润、粘稠 形态 圆形、不规则等 高度 扁平、隆起、凹下 透明程度 透明、半透明、不透明 边缘 整齐、不整齐注意：可以进一步细分描述,菌落形态可因培养基成分不同而发生显著变化（枯草芽孢杆菌在营养缺乏时形成的雪花状菌落）,三、平板菌落计数的表述及计算,因为微生物不易完全
21、分散成单个细胞；菌落的来源也并非完全为单个细胞；因此其测定结果比实际菌数偏低；引入菌落形成单位（colony-forming units，cfu）来表示，而不以绝对菌体数量来表示样品的活菌含量。计算公式：,计算公式说明：如样品来源为液体其表示为CFU/ml；所加样品量为每个平板所加入的相应稀释液的体积（ml）。,四、菌落计数原则（六条）,1、先计算相同稀释度的平均菌落数。若其中一个平板有较大片状菌苔生长时，则不应采用，而应以无片状菌苔生长的平板作为该稀释度的平均菌落数。若片状菌苔的大小不到平板的一半，而其余的一半菌落分布又很均匀时，则可将此一半的菌落数乘2以代表全平板的菌落数，然后再计算该稀释
22、度的平均菌落数。,2、首先选择平均菌落数在30300之间的，当只有一个稀释度的平均菌落数符合此范围时，则以该平均菌落数乘其稀释倍数即为该样品的细菌总数（见下表，例1）。3、若有两个稀释度的平均菌落数均在30300之间，则按两者菌落总数之比值来决定。若其比值小于2，应采取两者的平均数；若大于2，则取其中稀释度(倍数)较小的计算菌落总数（见下表，例2及例3）。,4、若所有稀释度的平均菌落数均大于300，则应按稀释度(倍数)最高的平均菌落数乘以稀释倍数（见下表，例4）。5、若所有稀释度的平均菌落数均小于30，则应按稀释度(倍数)最低的平均菌落数乘以稀释倍数（见下表，例5）。6、若所有稀释度的平均菌落数均不在30300之间，则以最近300或30的平均菌落数乘以稀释倍数（见下表，例6）。,计算菌落总数方法举例（加样量为1mL）,针对计数原则的说明,1、比较时要换算至同一个稀释度进行；2、霉菌可能难以完全遵循此六项计数原则，菌落大，漫延性强，30300个/皿时，菌落过密重叠而无法计数。3、牛肉膏培养基：只计细菌的数量 高氏1号培养基：只计放线菌的数量 马丁氏培养基：只计霉菌的数量,2.液体培养基,3.半固体培养,
