第2章 细菌的形态与结构

第2章环境中的微生物第2节细菌的形态和结构2.1细菌的形态2.2细菌的分层结构2.3细菌的繁殖细菌是大家比较熟悉的名字，因为有很多疾病是它们引起的，如鼠疫杆菌、霍乱弧菌、破伤风杆菌、肺炎双球菌等致病菌对人类有害；那些腐败菌常引起食物和工农业产品腐烂变质，并散发出特殊的臭味或酸败味。鼠疫杆菌但是，大多数细菌是和人类和平共处的，对人类不仅无害而且有益，能给人类带来很大好处。例如：人们利用谷氨酸棒杆菌制造食用味精，用乳酸菌生产酸乳，用苏云金杆菌生产杀虫剂，利用产甲烷菌生产沼气，以及借助细菌来冶炼金属、净化污水、制作使庄稼增产的细菌肥料等。细菌的外形与大小细菌：单细胞不分枝的原核微生物。细菌细胞微小而透明，通常用适当染料染色后显微镜观察图1-1常见的三种细菌典型形态A.球菌B.杆菌C.弧菌2.1细菌的形态球菌球菌就是球形的细菌，它是这类细菌的总称，细胞呈球形或椭圆形。l．单球菌2．双球菌3．链球菌4．四联球菌5．八叠球菌6．葡萄球菌图1-2杆菌细胞呈杆状或圆柱状，菌体直或稍弯，粗短或细长。末端钝圆、尖、膨大或平裁状。直径在0.5～1um×1～5um（宽径×长）细长的杆菌又称为？丝状菌可引起活性污泥膨胀——第四章、第八章弧菌弧菌细胞呈弧形，其中若菌体多于一个弯曲，其程度超过一圈，又称为螺旋菌。直径在0.5～5um，长度不等。弧菌螺旋菌细菌细胞由外向里依次有鞭毛、菌（纤）毛、荚膜、细胞壁、细胞膜、细胞质，细胞质中又有液泡、储存性颗粒、核质等。图1-3细菌的结构2.2细菌的分层结构细胞壁功能提问：哪些功能？①固定细胞外形；②保护细胞免受外力的损伤；③阻拦大分子物质进人细胞；④使某些细菌具有致病性及对噬菌体的敏感性。伤寒杆菌细胞壁中含毒素两种最常见的细菌细胞壁结构革兰氏染色时差异显著1884年丹麦医师Gram所发明革兰氏染色法1.涂片固定2.单染—结晶紫染液第一次染色1min3.媒染—碘-碘化钾溶液浸湿30S4.脱色—95%乙醇溶液进行颜色洗脱5.复染—红色的藩红染液第二次染色呈现第二次染色的效果红色；称革兰氏阴性菌（红阴G-）细菌呈现第一次染色的效果紫色，革兰氏阳性菌（紫阳G＋）；G+菌细胞壁G-菌细胞壁G-菌细胞壁结构图解请对照两种细菌细胞壁的不同结构，说明为什么染色上会有区别？＊细菌可作为重金属吸附剂使用？与细菌细胞壁的哪些性质有关？开发与应用情况如何？细胞内含物1．气泡（水生细菌）提问：功能？相当于鱼的鱼漂2．异染颗粒蓝色侵染呈紫红色。化学本质——偏磷酸盐的聚合物。功能？磷源和能源性贮藏物，3．聚-羟基丁酸（简称PHB）颗粒功能？能量的贮存物;调节pH4．糖原和淀粉粒5．硫粒某些化能自养型硫细菌，贮存的能源物质，通常，一种细菌只含有一种或两种内含颗粒。核质体——原核生物所特有的原始细胞核。细菌的核质体是一个大型环状的双链DNA分子，长度0．25mm~3mm，为细菌遗传物质，卷曲折叠于核区。核区没有外膜（这是原核生物与真核生物一个主要的区别之处）核质体真核生物细胞细胞核核质体核膜荚膜是某些细菌在新陈代谢过程中形成的，分泌于细胞壁外的粘液状物质。多出现在“中老年细菌”外围功能？①储备粮；②生物吸附—菌胶团—多糖、糖蛋白水生生物的共性—含水率在90％~98％，极难染色；单染后墨汁背景衬托法观察多个菌体外面的荚膜物质互相融合，连为一体，组成共同的荚膜，菌体包埋其中，即成为菌胶团。形成菌胶团的典型细菌为动胶菌属的细菌。［菌胶团＋吸附物（物质、其他微生物）＝活性污泥］形成菌胶团的生物作用？——群体合作、阻挡原生动物的吞噬往往长度超过菌体若干倍，但直径很细。鞭毛鞭毛的着生方式和数目是细菌分类鉴定的重要指标。提问：功能？细菌藉鞭毛趋避运动—化学成分主要是？蛋白质2.菌毛纤细、中空、短直、数量较多（250根～300根）相当于各类禽兽的体表的毛发，如兔毛、狗毛、鸭毛等等，故称为菌毛。鸡毛掸子的作用提问：功能？主要与吸附营养物、有性生殖有关或称性丝，每一个有性细菌有1根～4根，参与细菌有性生殖时细菌间传递遗传物质。菌毛性菌毛（七）芽孢1．多层结构功能由内至外，依次为①芽孢外壁某些细菌当环境恶劣时，细胞质浓缩凝集，逐步形成一个圆形、椭圆形或圆柱形的休眠体，称为芽孢。②一层或几层芽孢衣主要成分是角蛋白，非常致密，通透性差，能够阻止各类化学物质包括杀菌剂的进入；由蛋白质、脂类和糖组成类似于“蚕结茧变蛹”茧壳蛹壳③皮层很厚，主要成分为芽孢特有的肽聚糖，其中含有一种特殊的物质——吡啶二羧酸以及大量的Ca2+，二者形成了一种极为耐热的凝胶状物质，使得芽孢菌异常抗热，在沸水中芽孢也可存活数小时。④芽孢质中含水量极低，细胞内代谢极为缓慢，处于休眠状态。多层作用—使芽孢对高温、干燥、辐射、酸、碱和有机溶剂等杀菌因子具有极强抵抗能力芽孢“复苏”—合适的环境中，恢复普通的细胞结构，失去各类抵抗功能。芽孢≠孢子或种子（孢子：繁殖体（种子）1→多）孢子能否形成芽孢，芽孢的形状、大小及其在细胞内的位置（如图），是细菌种的特征，在分类鉴定上有一定意义。结构致密，染料不能渗入，不着色能形成芽孢的细菌种类不多，最主要的是芽孢杆菌属（Bacillus）和梭菌属（Cletridium），它们都是革兰氏阳性菌。很多都是强致病菌，如肉毒梭菌、破伤风梭菌，有些形成的芽孢膨大，宽度明显超过菌体。含芽孢的梭菌芽孢宽度超过菌体，使细胞呈梭状炭疽芽孢杆菌…..生物恐怖主义者为什么会看中这种细菌呢？首先因为炭疽是一种严重的疾病，分布又非常广泛。…...还因为它几乎是一种永不死亡的细菌，-----它们能够形成芽孢，因而很不容易死亡。在环境恶劣的时候，细菌内部会有一小部分浓缩起来，在这一部分周围形成几层坚硬的壳。里面的生命活动变得非常缓慢，而壳外面那部分就死亡消失了，这就是芽孢。环境条件一变好，壳里面的部分会像“发芽”一样长出来。2．形成过程产芽孢菌通常在养料耗尽时停止生长形成芽孢，他有这样几个过程芽孢的形成对于产芽孢菌度过困境有着极为重要的意义，芽孢可在普通条件下保存几年甚至几十年都依然可以复活。在实验室进行灭菌处理时，由于芽孢最难杀死，灭菌手段主要考虑的是杀灭芽孢；芽孢菌普遍存在于处理各类有毒废水中，并对水质净化起着十分重要的作用。（一）无性生殖细菌的繁殖方式很多，主要是以无性的二分裂繁殖2.3细菌的繁殖形成横隔，尚未分裂的球菌大肠杆菌(二)有性生殖研究表明各类细菌普遍具有有性生殖能力雌雄性菌毛1．质粒复制转移细菌等原核生物质粒染色体2．部分染色体复制转移极少数个体可以进行，大约只占0.1~1%。但这却有着十分重要的生物学意义。提问：有性生殖意义何在呢？种内进化、种间合作共生特有的抗性基因可以传递给另一些种类的细菌；（三）菌落定义——固体培养基上的各种菌类的“村落”。固体培养基——固体状态的培养细菌的基质有的是天然物质，如土豆、馒头及其他各种固体食物，微生物学研究中多使用人工制作的固体琼脂培养基。向“营养汤”中加入琼脂(约2％)加热到100℃，然后再冷却就制成了人工固体培养基。常用的固体培养基容器称为培养皿。培养皿通常称平板细菌在培养基上生长，会形成各种颜色和外观的菌落。纯化的菌落是菌种鉴定、通过诱变技术或基因工程改良的前提。单菌落（纯菌落）菌落形态菌落的特征主要由各种微生物特殊的遗传特性决定，同时也与培养基成分及培养条件有关当固定培养基成分及培养条件相同时，不同种类微生物形成的菌落特征是固定的，可作为微生物鉴定的重要依据。菌落描述a.隆起特征描述b.边缘特征描述c.表面特征描述没有鞭毛不运动的细菌，特别是球菌，常形成较小、较厚、边缘较整齐的菌落；有鞭毛的细菌则较大而扁平，边缘波状、锯齿状等；有荚膜的细菌菌落较大并且表面光滑，而没有荚膜的则表面较粗糙；具有芽孢的细菌菌落表面常有褶皱并且不透明。细菌菌落具有一些共同的特征：小、湿润、粘稠、与基质结合松散，易被剥离，质地均匀，各部位颜色一致。但不同的细菌菌落也具有自己特有的特征。霉菌（真菌）菌落啤酒红酵母菌（真菌）菌落提问：在液体中群体细菌的生存会有哪些形式？随密度不同或者在液体培养基表面形成膜（轻）使培养液混浊（中）或产生絮状沉淀（粘重，如菌胶团、活性污泥）。