3 第三章 重要的微生物种类(1)

0.3-1 µm（直径）X 1-50 µm（长度） (长度是菌体两端点之间的距离，而非实际长度)
形
状
菌 种 名 称 亮白微球菌 (Micrococcus candidus )
直径或宽× 直径或宽×长（μm）
0.5 ∼ 0.7 0.5 ∼ 1.0 0.8 ∼ 1.0 0.4 ∼ 0.7 × 1.0 ∼ 3.0 0.6 ∼ 0.9 × 1.5 ∼ 6.0 0.8 ∼ 1.2 × 1.5 ∼ 4.0 0.9 ∼ 1.7 × 2.4 ∼ 5.0 0.3 ∼ 0.6 × 1.0 ∼ 3.0 1.5～2 .0 × 10～20 1.5～ 10～
1.1.3 螺旋菌 弧菌
螺旋菌
螺旋体菌
1.1.4 其它形状
柄杆菌（prosthecate bacteria）
细胞上有柄（stalk）、菌丝 （hyphae）、附器 （appendages）等细胞质伸 出物，细胞呈杆状或梭状， 并有特征性的细柄。 一般生活在淡水中固形物的 表面，其异常形态使得菌体 的表面积与体积之比增加， 能有效地吸收有限的营养物；
第三章 微生物的形态、构造、功能及 重要的工业微生物
Eubacteria （真细菌界）
Archaebacteria （古细菌界）
Eukarya （真核生物界）
Carl Woese利用16SrRNA建立分子进化树
原核细胞和真核细胞的区别
细胞核 原核细胞 细胞器
原核细胞 有明显核区， 无核膜、核仁 无线粒体，能 量代谢和许多 物质代谢在质 膜上进行
1.25-1.4 1.8-2.0 mm 0.1 mm 0.18 µm
光）时的分辨率
在对细菌进行光学显微镜观察时，油镜最常使用，也最为重要。
1.3 细菌细胞的结构及功能
一般构造：一般细菌都有的构造 特殊构造：部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造
1.3.1 细菌细胞壁
wall）位于细菌细胞最外面， （1）细胞壁（cell wall）位于细菌细胞最外面，是一层较坚 细胞壁（ 厚实、略有弹性的结构，约占细胞干重的10 10％ 25％。 韧、厚实、略有弹性的结构，约占细胞干重的10％∼ 25％。
贮藏磷元素；
噬菌体的特异性吸附受体； 革兰氏阳性细菌特异表面抗原的物质基础； 可作为细菌分 类、鉴定的依据
能调节细胞内自溶素(autolysin)的活力，防止细胞因自溶而死亡。 增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、避免被白细胞吞噬以及抗补 体的作用；
革兰氏阴性细菌的细胞壁
外膜 外膜蛋白 肽聚糖
周质空间
革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁成分的比较
肽聚糖(peptidoglycan),90% 又称粘肽(mucopeptide)、胞壁质(murein)或粘 质复合物(mucocomplex)，是真细菌细胞壁中的 特有成分。 磷壁酸（teichoic acid）,10% 结合在革兰氏阳性细菌细胞壁上的一种酸性多糖
O-特异侧链（O-specific side chain，或称O-多糖或 O-抗原）
脂多糖 核心多糖(core polysaccharide)
类脂A
脂多糖的主要功能 ☆类脂A是革兰氏阴性细菌致病物质——内毒素的物质基础； ☆具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能； ☆许多噬菌体在细胞表面的吸附受体；
C、外膜蛋白(outer membrane protein) 嵌合在LPS和磷脂层外膜上的蛋白。有20余种，但多数功能尚不清楚。 孔蛋白（porins）是由三个相同分子量（36000）蛋白亚基组 成的一种三聚体跨膜蛋白，中间有一直径约1nm的孔道，通过 孔的开、闭，可对进入外膜层的物质进行选择。 非特异性孔蛋白 可通过分子量小于800~900 的任何亲水性分子 特异性孔蛋白 只容许一种或少数几种相关 物质通过，如维生素B12和核 苷酸等。 脂蛋白(lipoprotein)是一种通过共价键使外膜层牢固地连接在 肽聚糖内壁层上的蛋白，分子量约为7200。
4）具有一定屏障作用，对大分子或有害物质起阻拦作用。渗透 具有一定屏障作用，对大分子或有害物质起阻拦作用。 屏障，阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质（分子量大于800 800） 屏障，阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质（分子量大于800） 进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、 进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、消化酶和青霉素等有害物质 的损伤 5）细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的 细菌特定的抗原性、 敏感性的物质基础
方形细菌（square-ahaped bacteria）
星形细菌（star-shaped bacteria ）
正常形态 异常形态 环 境 条 件 恢 复 正 环境条件的变化： 常 化恘愁 悩 形 态 愗悩 的 正常 异 常
1.2 细菌细胞的大小
一般细菌的大小范围：
0.5-1 µm （直径）
0.2-1 µm （直径） X 1-80 µm（长度）
物镜 特性 放大倍数 数值孔径值 焦距（f） 焦距（ 工作距离
450nm 光源（蓝 光源（ 搜索物镜 4× 0.10 40 mm 17-20 mm 2.3 µm 低倍镜
10×
高倍镜 40-45× 0.55-0.65 4 mm 0.5-0.7 mm 0.35 µm
油镜
90-100×
0.25 16 mm 4-8 mm 0.9 µm
（4）革兰氏染色与细胞壁： ： 简单染色法 正染色 鉴别染色法 死菌 负染色： 荚膜染色法等 细菌染色法
活菌：用美蓝或TTC（氧化三苯基四氮唑）等作活菌染色
革兰氏染色法 抗酸性染色法 芽孢染色法 姬姆萨染色法
革兰氏染色
鉴别染色法
C.Gram（革兰）于1884年 发明的一种鉴别不同类型 细菌的染色方法。
测量方法
显微镜测微尺和显微照相后根据放大倍数进行测算
细菌大小测量结果的影响因素 个体差异；
干燥、固定后的菌体会一般由于脱水而比活菌体缩短1/3-1/4；
染色方法的影响，一般用负染色法观察的菌体较大；
幼龄细菌一般比成熟的或老龄的细菌大；
环境条件，如培养பைடு நூலகம்中渗透压的改变也会导致细胞大小的变化。
光学显微镜物镜的特性
在工业微生物学中，将涉及细菌和放线菌的病毒——噬菌体。
1 1.1 个体形态 球状 基 本 形 态 杆状
恐状
1.1.1 球菌
双球菌
细胞个体呈球形或 链球菌 椭圆形，不同种的 球菌在细胞分裂时 会形成不同的空间 排列方式，常被作 为分类依据。 八叠球菌 四联球菌
葡萄球菌
1.1.2 杆菌 单杆菌 细胞呈杆状或圆柱形， 双杆菌 一般其粗细（直径） 比较稳定，而长度则 常因培养时间、培养 条件不同而有较大变 化。 球杆菌 杆状细菌的排列方式常因生 长阶段和培养条件而发生变 化，一般不作为分类依据。 链杆菌
肽聚糖
目前所知的肽聚糖已超过100种， 在这一“肽聚糖的多样性”中，主 要的变化发生在肽桥上。
B、磷壁酸
革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成分，主要 成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。
磷壁酸 壁磷壁酸，它与肽 跨越肽聚糖层 聚糖分子间进行共 并与细胞膜相 价结合，含量会随 交联的膜磷壁 培养基成分而改变 酸（又称脂磷 ，一般占细胞壁重 壁酸），由甘 量的10%，有时可 油磷酸链分子 接近50%。用稀酸 与细胞膜上的 或稀碱可以提取。 磷脂进行共价 结合后形成。其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。
D、用一种与结晶紫具有不同颜色的碱性染料对 涂片进行复染。例如沙黄，它使原来无色的革 涂片进行复染。例如沙黄，它使原来无色的革 兰氏阴性细菌最后呈现桃红到红色， 兰氏阴性细菌最后呈现桃红到红色，而革兰氏 阳性细菌继续保持深紫色
革兰氏染色法（ Stain） 革兰氏染色法（Gram Stain）
步骤：
真核细胞 有核膜，核仁 有线粒体，能量 代谢和许多合成 代谢在线粒体中 进行
核糖体
分布在细胞质 分布在内质网膜 中，沉降系数 上，沉降系数为 为70S 80S
真核细胞
原核微生物 主要包括：细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次 氏体和衣原体等， 在工业上有重要作用的原核微生物主要是细菌、放线菌和蓝细菌 真核微生物 主要的真核微生物有：酵母菌、霉菌（丝状真菌）、蕈菌 （大型真菌）、藻类和原生动物 在工业上有重要作用的原核微生物主要是细菌、放线菌和蓝细菌 非细胞微生物 各种病毒
周质空间(periplasmic space, periplasm) D、周质空间
革兰氏阳性细菌周质空间
又称壁膜间隙。在革兰氏阴性细菌中， 又称壁膜间隙。在革兰氏阴性细菌中，一般指其外膜与细胞膜之间 的狭窄空间（宽约12~15nm），呈胶状 12~15nm），呈胶状。 的狭窄空间（宽约12~15nm），呈胶状。是进出细胞的物质的重要中 转站和反应场所。存在着多种周质蛋白（ 转站和反应场所。存在着多种周质蛋白（periplasmic proteins）— ） 水解酶类、合成酶类、结合蛋白、受体蛋白。 水解酶类、合成酶类、结合蛋白、受体蛋白。
革兰氏染色程序 A、用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染
B、用碘溶液进行媒染，其作用是提高染料和 用碘溶液进行媒染， 细胞间的相互作用从而使二者结合得更牢。 细胞间的相互作用从而使二者结合得更牢。
C、用乙醇或丙酮冲洗进行脱色。在经历脱色后 用乙醇或丙酮冲洗进行脱色。 仍将结晶紫保留在细胞内的为革兰氏阳性细菌 革兰氏阳性细菌， 仍将结晶紫保留在细胞内的为革兰氏阳性细菌， 革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉 的结晶紫被洗掉， 而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉，细胞呈无 色。
（2）细胞壁观察 ）
细菌超薄切片的电镜直接观察
质、壁分离与适当的染色，可以在光学显微镜下看到细胞壁
机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁
制备原生质体，观察细胞形态的变化
（3）细胞壁的功能 ） 维持细胞外形，保护细胞免受外力（机械性或渗透压） 1) 维持细胞外形，保护细胞免受外力（机械性或渗透压）的损伤 2）作为鞭毛运动的支点 3）为细胞的正常分裂增殖所必需
球状菌
乳链球菌 (Streptococcus lactis ) 金黄色葡萄球菌 大肠埃希氏菌 (Escherichia coli ) 嗜酸乳杆菌 (Lactobacillus acidophilus )
杆状菌 枯草芽孢杆菌 (Bacillus subtilis ) 巨大芽孢杆菌 (Bacillus megaterium ) 霍乱弧菌 (Vibrio cholerae ) 螺旋状菌 迂回螺菌 (Spirillum volutans)
革兰氏阴性细菌的细胞壁 A、肽聚糖
埋藏在外膜层之内，是仅由1-2层肽聚糖网状分子 组成的薄层(2-3nm)，含量约占细胞壁总重的10%， 故对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。
没有特殊的肽桥，只形成较为疏稀 、机械强度较差的肽聚糖网套
内消旋二氨基庚二酸(m-DAP) （只在原核微生物细胞壁上发现）
涂片固定
结果:
阳性菌——紫色 紫色 阳性菌 阴性菌——红色 阴性菌 红色
结晶紫初染
碘液媒染
乙醇脱色
番红复染
革兰氏阴性细菌
革兰氏阳性细菌
Figure 1 - A Gram stain of Gram + Staphylococcus cells.
Figure 2 - Gram stain of Gram - E. coli cells
磷壁酸主要生理功能： 细胞壁形成负电荷环境，增强细胞膜 对二价阳离子的吸收；
二价阳离子，特别是高浓度的Mg2+。的存在， 二价阳离子，特别是高浓度的Mg2+。的存在， 对于保持膜的硬度，提高细胞膜上需Mg 对于保持膜的硬度，提高细胞膜上需Mg2+的 合成酶的活性极为重要。 合成酶的活性极为重要。
磷壁酸的结构
A、肽聚糖
双糖 单位
革兰氏阳性细 菌的细胞壁
厚度大（20-80nm） 厚度大（20-80nm）
厚约20~80nm，由40层左 右的网格状分子交织成的 网套覆盖在整个细胞上。 原核生物所特有的已糖
糖 肽聚糖 愁肽聚糖
糖
惦 愌
与 四 型 个 交 氨 替 基 方 酸 式 分 连 子 接 按 而 成 型
由
脂多糖 B、外膜 (outer membrane) 磷脂 周质空间
肽聚糖 外膜蛋白
脂蛋白
位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层，由脂多糖、磷脂和脂 蛋白等若干种蛋白质组成的膜，有时也称为外壁。
脂多糖（lipopolysaccharide, LPS） 位于革兰氏阴性细菌细胞壁最外层的一层较厚（8-10nm）的类 脂多糖类物质。