原核微生物特殊結構

關于原核微生物特殊結構芽孢Endospore某些細菌在其生長發(fā)育后期，可在細胞內形成一個圓形或橢圓形抗逆性休眠體。第2頁,共59頁，2024年2月25日，星期天芽孢具有以下特點

（1）芽孢壁厚而致密，分三層：外層是芽孢外殼，為蛋白質性質。中層為皮層，由肽聚糖構成，含大量2，6－吡啶二羧酸。內層為孢子壁，由肽聚糖構成，包圍芽孢細胞質和核質,芽孢壁以內的區(qū)域的成分與一般細胞相似，稱為芽孢的核心（core）區(qū)域，芽孢萌發(fā)后孢子壁變?yōu)闋I養(yǎng)細胞的細胞壁。第3頁,共59頁，2024年2月25日，星期天（2）芽孢的含水率低，約38％～40％，其中的核心部位的含水率更低，約10％～25％。（3）芽孢中的酶具有耐熱性。第4頁,共59頁，2024年2月25日，星期天（4）芽孢中的2,6－吡啶二羧酸(dipicolinicacid簡稱DPA)含量高，為芽孢干重的5％～15％。在芽孢中合成大量營養(yǎng)細胞和不產芽孢的細菌體內沒有的DPA－Ca，不少學者認為，芽孢形成過程中，Ca2＋與DPA隨即螯合使芽孢中的生物大分子形成一種穩(wěn)定而強耐熱的凝膠，芽孢表現(xiàn)耐熱性，而當芽孢萌發(fā)形成營養(yǎng)細胞時，DPA消失，耐熱性也隨之喪失。第5頁,共59頁，2024年2月25日，星期天研究芽孢的意義在于：芽孢的有無、形態(tài)、大小和著生位置是細菌分類和鑒定中的重要指標；以是否能消滅芽孢作為衡量各種消毒滅菌手段合理性的最重要的指標；菌種保藏中多用產芽孢細菌的芽孢作為保藏對象，方便長期保存。芽孢不易著色，但可用孔雀綠染色。

第6頁,共59頁，2024年2月25日，星期天芽孢著生的位置依細菌種的不同而不同能產生芽孢的細菌屬不多，最主要是好氧的芽孢桿菌屬(Bacillus)和厭氧的梭狀芽孢桿菌屬(Clostridium)，其中的所有細菌都是具有芽孢的革蘭氏陽性桿菌。球菌中只有芽孢八疊球菌屬(Sporosarcina)產芽孢?；【兄挥醒挎呋【鷮?Sporovibrio)產芽孢。螺菌中的孢螺菌屬（Sporospirillum）也產芽孢。芽孢的有無、形態(tài)、位置及大小是細菌分類鑒定依據之一。

第7頁,共59頁，2024年2月25日，星期天芽孢位于菌體中部

芽孢位于菌體中部與端頭之間

芽孢位于菌體一端

枯草芽孢桿菌梭狀芽孢桿菌

破傷風桿菌

第8頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

芽孢的形成圖示為蘇云金芽孢桿菌。第9頁,共59頁，2024年2月25日，星期天芽孢的萌發(fā)

由休眠狀態(tài)的芽孢變?yōu)闋I養(yǎng)狀態(tài)的細菌過程?；罨鲅可L第10頁,共59頁，2024年2月25日，星期天芽孢耐熱機制

篩選利保存菌種、鑒定菌種滅菌指標：121℃，10‘

食品工業(yè)：罐頭發(fā)胖害發(fā)酵工業(yè)產毒菌DPA-Ca吡啶二羧酸鈣鹽學說皮層膨脹學說實際意義第11頁,共59頁，2024年2月25日，星期天2.莢膜(Capsule)莢膜是由一些細菌細胞膜分泌的包封于細胞壁表面的一種粘性物質莢膜能相對穩(wěn)定地附著在細胞壁表面，使細菌與外界環(huán)境有明顯的邊緣一般很厚，可達200nm，有的細菌莢膜很薄，在200nm以下，稱微莢膜（microcapsule）。

第12頁,共59頁，2024年2月25日，星期天莢膜capsule某些細菌壁外存在著一層厚度不定的膠狀物質。成分多糖多肽功能非必需的儲藏養(yǎng)料，堆積代謝產物保護作用附著的物質基礎種類菌膠團意義鑒定菌種制成代血漿或Sephadex污水處理三次采油

微莢膜莢膜粘液層第13頁,共59頁，2024年2月25日，星期天圖2－13細菌莢膜負染色相差顯微照片

電鏡切片圖

第14頁,共59頁，2024年2月25日，星期天是否能形成莢膜是由微生物的遺傳決定的，但還受到環(huán)境條件和營養(yǎng)條件的影響。莢膜并不是細菌的必要結構，莢膜的有無并不影響細菌的生存。一般認為，在碳氮比高和強的通氣條件的培養(yǎng)基中有利于好氧細菌莢膜形成，有些細菌甚至要求在較低的溫度條件下，如大腸桿菌。

第15頁,共59頁，2024年2月25日，星期天莢膜的化學組成：莢膜的含水率在90％—98％，其余為多糖、多肽、蛋白質、脂蛋白等。如腸膜狀明串珠菌的莢膜主要成分為葡聚糖，炭疽桿菌的莢膜含多肽(單體為D—谷氨酸)，巨大芽孢桿菌的莢膜由蛋白質與多糖組成。第16頁,共59頁，2024年2月25日，星期天莢膜的功能：①莢膜的含水率超過90％，具有保護細菌免受外界干燥的影響；②莢膜能保護致病菌免受宿主吞噬細胞的吞噬，增強其致病力，如具有莢膜的S型肺炎鏈球菌毒性和致病力均比失去莢膜的R型菌株強；③當缺乏營養(yǎng)時，莢膜可被用作碳源和能源，有的莢膜還可作氮源；④廢水生物處理中的細菌莢膜有生物吸附作用，將廢水中的有機物、無機物及膠體吸附在菌體表面。第17頁,共59頁，2024年2月25日，星期天3．粘液層(Slimelayer)產生：有些細菌不產莢膜，其細胞表面仍可分泌粘性的多糖，疏松地附著在細菌細胞壁表面上，與外界沒有明顯邊緣，這叫粘液層在廢水生物處理過程中有生物吸附作用，在曝氣池中因曝氣攪動和水的沖擊力容易把細菌粘液沖刷入水中，以致增加水的粘度，同時可被其他微生物作為營養(yǎng)利用。第18頁,共59頁，2024年2月25日，星期天被粘液層包裹的細胞

第19頁,共59頁，2024年2月25日，星期天生長在含碳氫化合物的培養(yǎng)基上的菌落

固氮菌自由生長形成的粘液層

第20頁,共59頁，2024年2月25日，星期天4．菌膠團

定義：狹義的菌膠團是指多數細菌按一定的排列方式粘集在一起，共同由一個莢膜包圍形成具有一定形狀的細菌聚集體。在微生物學領域里，習慣將動膠菌屬(zoogloeaitzigsohn)形成的細菌團塊稱為菌膠團，實際上是一種泛稱，它有兩個種：枝狀動膠菌(Zoogloearamigera)和垂(懸)絲狀動膠菌(Zoogloeafiliendula)。

第21頁,共59頁，2024年2月25日，星期天能否形成菌膠團是由細菌的遺傳特性決定，同時還受到培養(yǎng)過程中環(huán)境條件變化的影響（如充氧情況、攪拌方式以及水質等）。一般當細菌處于碳氮比高的營養(yǎng)條件，凝絮體的結構就較好;當污泥處于碳氮比低或高溫、營養(yǎng)不足的環(huán)境時，這類菌體外多糖類膠體基質或纖維素類基質都可作為營養(yǎng)被細菌所利用，從而使污泥解絮。第22頁,共59頁，2024年2月25日，星期天菌膠團的幾種形態(tài)

垂絲狀分枝狀蘑菇形橢圓形第23頁,共59頁，2024年2月25日，星期天在水處理工程領域內，則將在活性污泥或生物膜中，所有具有莢膜或粘液或明膠質的絮凝性細菌互相絮凝聚集成的菌膠團塊也稱為菌膠團，這是廣義的菌膠團。菌膠團是活性污泥（絨粒）的結構和功能的中心，表現(xiàn)在數量上占絕對優(yōu)勢（絲狀膨脹的活性污泥除外），是活性污泥的基本組分。第24頁,共59頁，2024年2月25日，星期天由枝狀動膠菌屬形成的活性污泥菌膠團

第25頁,共59頁，2024年2月25日，星期天作用

①有很強的生物吸附能力和氧化分解有機物的能力。一旦菌膠團受到各種因素的影響和破壞，則對有機物去除率明顯下降，甚至無去除能力。②保護作用，細菌形成菌膠團后可防止被微型動物所吞噬，并在一定程度上可免受毒物及機械剪切力的影響；③為原生動物、微型后生動物提供了附著場所，同時，菌膠團通過對有機物的吸附和分解，為原生動物和微型后生動物創(chuàng)造良好的生存條件：去除毒物、提供食料、升高溶解氧等。第26頁,共59頁，2024年2月25日，星期天④具有指示作用：通過菌膠團的顏色、透明度、數量、顆粒大小及結構的松緊程度可衡量好氧活性污泥的性能。例如新生菌膠團顏色淺、無色透明、結構緊密，則說明菌膠團生命力旺盛，吸附和氧化能力強，即再生能力強。老化的菌膠團，顏色深，結構松散，活性不強，吸附和氧化能力差。⑤有很好的沉降性能，使混合液在二沉池中迅速地完成泥水分離。第27頁,共59頁，2024年2月25日，星期天5．衣鞘(Sheath)水生境中的絲狀菌多數有衣鞘，如球衣菌屬、纖發(fā)菌屬、發(fā)硫菌屬、亮發(fā)菌屬、泉發(fā)菌屬等絲狀體表面的粘液層或莢膜硬質化，形成一個透明堅韌的空殼，叫衣鞘。莢膜、粘液層、衣鞘和菌膠團對染料的親和力極低，很難著色，都用襯托(負染色)法染色。第28頁,共59頁，2024年2月25日，星期天6.鞭毛(Flagellum)定義：鞭毛是由細胞質膜上的鞭毛基粒長出的，穿過細胞壁伸向體外的一條纖細的波浪狀的絲狀物。直徑為0.001～0.02μm，長度不等，在2～50μm之間具有鞭毛的細菌都能運動不具鞭毛的細菌一般都不能運動但貝日阿托氏菌、透明顫菌、發(fā)硫菌的段殖體及粘細菌例外，它們沒有鞭毛，卻以一種“滑動”的方式運動。

第29頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

某些細菌長在體表的長絲狀、波曲的附屬物。鞭毛細絲：鞭毛球蛋白三條絲狀亞基一條鞭毛細絲鉤形鞘：蛋白質亞基組成基體：套管作用鞭毛flegellum第30頁,共59頁，2024年2月25日，星期天根據鞭毛的位置和數目，對細菌分類(1)單端單生鞭毛菌只在菌體的一端生有一根鞭毛，如霍亂弧菌、熒光假單胞菌（Pseudomonasflurescens）；(2)單端叢生鞭毛菌只在菌體的一端生有一束鞭毛，銅綠假單胞菌（Pseudomonasaeruginosa）(3)雙端單生鞭毛菌在菌體的兩端各生有一根鞭毛，如鼠咬熱螺旋菌（Spirochaetamorsusmuris）；(4)雙端叢生鞭毛菌在菌體的兩端各生有一束鞭毛，如紅色螺菌（Spirillumrubrum）、產堿桿菌（B.alcaligenes）；(5)周生鞭毛菌在菌體的周身都生有鞭毛，如大腸桿菌、枯草桿菌。第31頁,共59頁，2024年2月25日，星期天桿狀細菌鞭毛的著生方式

第32頁,共59頁，2024年2月25日，星期天AmotileE.colipropelsitselffromplacetoplacebyrotatingitsflagella.Tomoveforward,theflagellarotatecounterclockwiseandtheorganism"swims".Butwhenflagellarrotationabruptlychangestoclockwise,thebacterium"tumbles"inplaceandseemsincapableofgoinganywhere.Thenthebacteriumbeginsswimmingagaininsomenew,randomdirection.Swimmingismorefrequentasthebacteriumapproachesachemoattractant(food).Tumbling,hencedirectionchange,ismorefrequentasthebacteriummovesawayfromthechemoattractant.Soitisacomplexcombinationofswimmingandtumblingthatkeepstheminareasofhigherfoodconcentrations.

鞭

毛

運

動第33頁,共59頁，2024年2月25日，星期天鞭毛的化學組成主要為:蛋白質，還含有少量的多糖、脂類和核酸等。鞭毛的運動是靠細胞質膜上的ATP酶水解ATP提供能量。第34頁,共59頁，2024年2月25日，星期天三、細菌的培養(yǎng)特征細菌在固體培養(yǎng)基上的培養(yǎng)特征細菌在半固體培養(yǎng)中的培養(yǎng)特征細菌在明膠培養(yǎng)基中的培養(yǎng)特征細菌在液體培養(yǎng)基中的培養(yǎng)特征

第35頁,共59頁，2024年2月25日，星期天細菌群體形態(tài)菌落(colony)

以母細胞為中心的、肉眼可見的、有一定形態(tài)構造的子細胞群體?？寺?clone)

如果菌落是由一個單細胞發(fā)展而來的，則它就是一個純種細胞群或克隆。菌苔(lawn)

大量細胞密集地接種到固體培養(yǎng)基表面，結果長成的“菌落”連成一片。第36頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

(一)細菌在固體培養(yǎng)基上培養(yǎng)特征細菌在固體培養(yǎng)基上的培養(yǎng)特征就是菌落特征。所謂菌落（colony）是由一個細菌在有限空間中繁殖起來的肉眼可見的，由無數細菌組成具有一定形態(tài)特征的細菌集團。如果各菌落由于生長空間和分離手段等原因連成一片或呈線，則稱為菌苔（lawn）。

第37頁,共59頁，2024年2月25日，星期天一般在描述菌落的特征時往往從以下幾個方面來進行：①形狀：圓形、點狀還是不規(guī)則形；②大小；③顏色；④菌落表面特征：光滑還是粗糙，干燥還是濕潤等；⑤菌落的邊緣特征：有圓滑，邊緣整齊，呈鋸齒狀，邊緣伸出卷曲呈毛發(fā)狀，邊緣呈花瓣狀等；⑥縱剖面的特征：平坦、扁平、隆起、凸起、草帽狀、臍狀、乳頭狀等。第38頁,共59頁，2024年2月25日，星期天例如：具有莢膜的肺炎鏈球菌所形成的莢膜是表面光滑、濕潤、粘稠的，稱為光滑型菌落；不具有莢膜的枯草芽孢桿菌所形成的菌落為表面干燥、皺褶、平坦的，稱為粗糙型菌落。蕈狀芽孢桿菌的細胞是鏈狀的，其菌落表面粗糙，邊緣有毛狀凸起并卷曲。浮游球衣菌在0.1％水解酪素固體培養(yǎng)基上長成平坦、透明、邊緣呈卷曲毛發(fā)狀的菌落。貝日阿托氏菌在含醋酸鈉、硫化鈉及過氧化氫的培養(yǎng)基上長成平坦、半透明、圓盤或橢圓狀的菌落。

第39頁,共59頁，2024年2月25日，星期天菌落形態(tài)是個體形態(tài)的集中表現(xiàn)

個體群體球狀體小、圓、隆起桿狀大、圓、隆起大、扁平鞭毛很大、不規(guī)則芽孢透明度差，皮膚狀皺褶莢膜群體透明度高，鼻涕狀，菌落大第40頁,共59頁，2024年2月25日，星期天斜面培養(yǎng)特征將含菌樣品在斜面上劃線得到的斜面菌苔可用于菌種保藏和鑒定，不同屬種細菌的菌苔形態(tài)也是不同的。同樣可以通過形狀、生長程度、隆起形狀、表面形狀、光澤、透明度、顏色和質地等方面來對菌苔進行觀察和描述。第41頁,共59頁，2024年2月25日，星期天絲狀

有小刺

念珠狀

擴展狀

假根狀

樹狀

第42頁,共59頁，2024年2月25日，星期天(二)在明膠培養(yǎng)基中的培養(yǎng)特征用穿刺接種法將某種細菌接種在明膠培養(yǎng)基中培養(yǎng)，能生長繁殖并水解（液化）明膠成為一定形狀的溶解區(qū)，則說明該菌能分泌胞外蛋白酶。

第43頁,共59頁，2024年2月25日，星期天(三)細菌在半固體培養(yǎng)基中的培養(yǎng)特征

用穿刺接種技術將細菌接種在含0.3％～0.5％瓊脂半固體培養(yǎng)基中培養(yǎng)，細菌可呈現(xiàn)出各種生長狀態(tài)。根據細菌的生長狀態(tài)判斷細菌的呼吸類型和鞭毛有無，能否運動。第44頁,共59頁，2024年2月25日，星期天可依據如下生長狀況判斷細菌呼吸類型：如果細菌在培養(yǎng)基的表面及穿刺線的上部生長者為好氧菌。沿著穿刺線自上而下生長者為兼性厭氧菌或兼性好氧菌。如果只在穿刺線的下部生長者為厭氧菌。第45頁,共59頁，2024年2月25日，星期天根據如下生長狀況判斷細菌是否運動：如果只沿著穿刺線生長者為沒有鞭毛，不運動的細菌；如果不但沿著穿刺線生長而且穿透培養(yǎng)基擴散生長者為有鞭毛，運動的細菌。第46頁,共59頁，2024年2月25日，星期天(四)細菌在液體培養(yǎng)基中的培養(yǎng)特征在液體培養(yǎng)基中，細菌與培養(yǎng)基完全接觸，自由擴散生長經過1～3d的培養(yǎng)，菌體的生長會使得培養(yǎng)基發(fā)生一些變化，如基內渾濁、表面形成菌環(huán)、菌膜、菌醭、沉淀、氣泡等。對于不同的細菌屬、種，這種變化也是不同的。

第47頁,共59頁，2024年2月25日，星期天細菌在液體培養(yǎng)基中的培養(yǎng)特征

第48頁,共59頁，2024年2月25日，星期天如對于好氧菌或需氧菌培養(yǎng)液僅上部渾濁，厭氧菌培養(yǎng)液僅下部渾濁，兼性厭氧菌培養(yǎng)液均勻渾濁。有的細菌在培養(yǎng)基表面形成菌膜，而培養(yǎng)基很少渾濁或不渾濁，有的細菌使培養(yǎng)基渾濁，菌體均勻分布于培養(yǎng)基中。有的細菌互相凝聚成大顆粒沉在容器底部，培養(yǎng)基很清。細菌在液體培養(yǎng)基中的培養(yǎng)特征也是細菌分類鑒定的重要依據之一。

第49頁,共59頁，2024年2月25日，星期天四.廢（污）水處理系統(tǒng)中的主要細菌在廢（污）水處理系統(tǒng)的活性污泥中，含有的主要細菌有：生枝動膠菌、大腸桿菌、假單胞桿菌、產堿桿菌、黃桿菌等，球衣菌、發(fā)硫菌等絲狀菌的生長也是與污水生物處理的效果密切相關的細菌。

第50頁,共59頁，2024年2月25日，星期天1.大腸埃希氏菌（Escherichiacoli，俗稱大腸桿菌）形態(tài)：菌體呈短桿或長桿狀，（0.5～1.0）μm×（1.0～3.0）μm，革蘭氏陽性，運動（周毛）或不運動，無芽孢，一般無莢膜。菌落呈白色至黃白色，擴展，光滑，閃光。第51頁,共59頁，2024年2月25日，星期天在牛奶中能迅速產酸并使之凝固，不胨化；不液化明膠，不水解淀粉，是人類腸道中的正常寄居菌在腸道中一般不致病，但當它侵入某些器官時，可引起炎癥，是水和食品中微生物學檢驗的指示菌。

第52頁,共59頁，2024年2月25日，星期天工業(yè)上應用大腸桿菌制取氨基酸（天門氨基酸、色氨酸、蘇氨酸等）、多種酶（天門冬酰氨酶、青霉素?；?、?；D移酶、溶菌酶等），經改造后可作為工程菌，用于生產各種多肽蛋白質類藥物（如生長素、胰島素、干擾素、白介素、紅細胞生成素等）和氨基酸；在自然和污染水體中普遍存在，對污染環(huán)境中的有機物降解有一定作用。

第53頁,共59頁，2024年2月25日，星期天2.假單胞菌（Pseudomonassp.）

革蘭氏陰性，直或微彎桿菌，單個，卵圓到短桿，有的長桿，大多數為（0.5～1.0）μm×（1.5～4）μm，無芽孢，以端生鞭毛運動（單毛或