食品微生物学1原核微生物课件

第一章 原核微生物【知识目标知识目标】1掌握细菌、放线菌的形态结构及菌落特征，理解细菌、放线菌的繁殖方式。2了解引起食品腐败变质的常见的几种细菌的生物学特性。3了解蓝细菌、支原体、衣原体、立克次氏体、古细菌的生物学特性。【技能目标技能目标】1学会识别常见细菌、放线菌的形态特点。2能识别由常见细菌在食品生产中引起的腐败现象。第一节第一节 细菌细菌 细菌是一类个体微小、结构简单、细胞壁坚韧、多数以二分裂方式繁殖、水生性较强的单细胞原核微生物。细菌是单细胞原核生物，每一个细胞就是一个独立生活的个体，细菌的形态就是细胞的形态。细菌的其基本形态有三种：球状、杆状和螺旋状，分别称为球菌、杆菌和螺旋菌。（一）球菌 菌体呈球形或近似球形的细菌称球菌，按其分裂后细胞排列方式不同分为以下几种类型：1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12765431微球菌 2葡萄球菌 3双球菌 4链球菌5含有双球菌的链球菌 6具有荚膜的球菌 7八叠球菌图1-1 球菌的形态及排列方式（二）杆菌 菌体呈杆状的细菌称杆菌。杆菌是细菌中种类最多的一类。分为：1、长杆菌2、短杆菌3、球杆菌图1-2 各种杆菌的形态（三）螺旋菌 菌体弯曲的杆菌称为螺旋菌。根据菌体弯曲程度的不同可分为弧菌和螺菌两种类型（图1-3）。1弧菌菌体仅一个弯曲，形如弧形、逗号或香蕉状，螺旋不满一环，如霍乱弧菌2螺菌菌体有多个弯曲，回转如螺旋状，一般螺旋26环，如干酪螺菌图1-3 弧菌和螺菌的形态 在正常生长条件下，不同种类的细菌形态是相对稳定的。但细菌的形态受环境条件影响很大，例如改变培养时的温度、培养基的成分与浓度、培养时间、渗透压、pH值等，都能引起细菌形态发生变化。图1-4 巴氏醋酸杆菌的异常形态图1-5 乳酸杆菌的异常形态 （一）细菌细胞的基本结构及其功能1、细胞壁、细胞壁 细胞壁是位于菌体的最外层，内侧紧贴细胞膜的一层无色透明，坚韧而有弹性的结构。细胞壁约占细胞干重的10%25%。（1）细胞壁的功能）细胞壁的功能 保护细胞免受外力损伤,维持菌体外形 协助鞭毛运动 与胞膜一起完成细胞内外物质交换 为正常细胞分裂所必需 与细菌的抗原性致病性和对噬菌体的敏感性密切相关。（2）细胞壁与革兰氏染色的关系）细胞壁与革兰氏染色的关系革兰氏染色法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1min95%乙醇脱色0.5min 番红复染min 结果结果:革兰氏革兰氏阳性菌阳性菌紫色紫色；革兰氏革兰氏阴性菌阴性菌红色。红色。G+细菌细胞壁的结构v革兰氏阳性菌细胞壁：革兰氏阳性菌细胞壁：由肽聚糖和磷壁酸组成由肽聚糖和磷壁酸组成 磷壁酸：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DAla和还原糖组成的侧链。肽聚糖肽聚糖:占3070%,不同菌种中肽聚糖(肽链)组分不同。G-细菌细胞壁的结构v革兰氏阴性菌细胞壁：革兰氏阴性菌细胞壁：分内壁层和外壁层。分内壁层和外壁层。内壁层：内壁层：紧贴胞膜,仅由12层肽聚糖分子构成,占细胞壁干重5 10%,无磷壁酸。外壁层：外壁层：位于肽聚糖层的外部。脂多糖;脂蛋白、包括:蛋白质层:基质蛋白、外壁蛋白;磷脂.表1-1 G+菌和G-菌细胞壁结构和化学组成的区别结构及化学组成 G+菌 G-菌 坚韧度肽聚糖磷壁酸外膜（脂蛋白、脂质双层、脂多糖）较坚韧较厚，占细胞壁干重50%80%，有四肽链和五肽桥，三维结构特有，占细胞壁干重50%极少较疏松较薄，占细胞壁干重5%10%，二维结构，四肽链成分与G+菌不同，无五肽桥无很厚，占细胞壁干重80%，特有脂多糖革兰氏染色原理第一步：结晶紫使菌体着上紫色第二步：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。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。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 蛋白质蛋白质主要包括主要包括 磷脂磷脂 糖类糖类 少量核酸少量核酸2.细胞膜细胞膜（2）细胞膜的功能 完成营养物质的运输 产能场所 细胞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类，所以细胞膜是细菌能量代谢的场所。生物合成作用 细胞膜上含有多种合成酶类，菌体的许多成分，如肽聚糖、磷壁酸、磷脂、脂多糖等均在细胞膜上合成，所以，细胞膜是合成代谢的场所。3细胞质 细胞膜内除核质以外的一切物质统称为细胞质。细胞质的主要成分是蛋白质、核酸、核糖、脂类、糖类、无机盐和水等。细胞质内含有多种酶系统，是细菌细胞进行合成代谢和分解代谢的重要场所。细胞质中没有真核细胞所具有的细胞器，但含有许多内含物，主要有核糖体、质粒、异染颗粒、肝糖粒、淀粉粒、液泡等。核糖体 分散在细胞质中的颗粒状结构，由核糖体核酸（占60%）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。4.细胞核 细菌细胞核因没有核膜、核仁，所以称为原核、拟核或核区。它是由一条环状双链的DNA分子高度折叠而形成的染色体，还有少量的RNA及蛋白质。细胞核没有固定的形态，但与细胞质区分明显。细胞核携带着细菌的绝大多数遗传信息，是细菌新陈代谢和遗传变异的物质基础。（二）细菌细胞的特殊结构及其功能 鞭毛概念：有些细菌的表面有从体内伸出细长而呈波浪状弯曲的丝状物称为鞭毛，是细菌的运动“器官”。长度：超过菌体很多倍，但直径小。主要成分：蛋白质，还有少量多糖、脂类和核酸。着生位置和数量：由细菌的遗传特性所决定的，是菌种鉴定的重要依据。图1-10 细菌的各种鞭毛类型（1）偏端单毛菌（2）两端单毛菌（3）偏端丛毛菌（4）两端丛毛菌（5）周毛菌2芽孢 概念：有些细菌在其生长发育后期，在菌体内形成一个圆形或椭圆形、壁厚、含水量低、抗逆性强的休眠孢子称为芽孢，又称内生孢子。芽孢菌：凡是能形成芽孢的细菌统称为芽孢菌，芽孢细菌主要分属于需氧芽孢杆菌属和梭状芽孢杆菌属的细菌中。有芽孢的菌体称为芽孢体，未形成芽孢的菌体称为营养体。芽孢芽孢的有无、大小、形状和位置（图1-11），是细菌种类鉴别的重要依据。折光性强，必须用特殊染色法才能在显微镜下观察到。图1-11 细菌芽孢的位置和大小示意图1中央位 2近端位 3极端位芽孢的形态成熟芽孢具有多层结构，主要由孢外壁、芽孢衣、皮层、核心组成（图1-12）。芽孢的核心含有细菌生命活动所必需的全部物质。图1-12 细菌芽孢构造模式图芽孢的组成合结构芽孢是细菌抵抗不良环境条件的一种休眠体。当芽孢遇到适宜条件时，开始萌发，形成新的菌体，使细菌恢复正常代谢（图1-13）。一个芽孢萌发只能产生一个营养体。图1-13 芽孢杆菌生活史芽孢的生活史3荚膜通常是一菌一膜，但也有多菌共膜的，称为菌胶团（图1-14）。图1-14 细菌的荚膜与菌胶团1细菌的荚膜 2细菌的菌胶团某些细菌在一定的环境条件下，可向细胞表面分泌的一层疏松、透明的黏液状物质称为荚膜。一般厚为0.2m。（1）大荚膜：较厚（超过0.2m），有明显边缘和一定形状，相对稳定地位于细胞壁外，与细胞壁结合较紧密。（2）微荚膜：较薄（小于0.2m），其他同荚膜。（3）黏液层：没有明显边缘，可以扩散到周围环境中，与细胞壁结合不紧。（4）菌胶团：多菌共膜，即荚膜包裹在细胞群体外。根据荚膜的厚度和形状不同可分为以下几种类型：荚膜的化学成分 因菌种不同而异，其中水分约占90%以上，固形物主要是多糖，少数是多肽、脂多糖等。荚膜的主要作用（1）保护作用 （2）储藏养料 （3）表面吸附作用 （4）致病菌的荚膜与致病力有关4纤毛 概念：纤毛又称菌毛、柔毛、伞毛、须毛，是有些杆菌在菌体外着生的比鞭毛细、短、直、硬，且数目多的蛋白质丝或细管。不是细菌的运动“器官”。大小：其直径为5nm10nm，长为0.2m0.5m。分类：它可分为普通纤毛和性纤毛。普通纤毛：能使细菌相互黏着或附着在某种物体上或液面上形成菌膜。性纤毛：又称性菌毛（F-菌毛），其功能是细菌在接合作用时向雌性菌株传递遗传物质。细菌一般以无性繁殖为主，是简单的二均裂殖，即一个细胞通过对称的二分裂，形成两个形态、大小和构造完全相同的子细胞。细菌的裂殖分三个阶段：1核分裂 2形成横膈 3子细胞分离图1-15 双螺旋DNA链的复制图1-16 细菌的分裂和排列示意图菌落：由一个菌体细胞或同种的几个菌体细胞接种在固体培养基上，在适合的环境条件下，菌体生长繁殖后所形成。由无数个个体组成，肉眼可见，具有一定形态特征的群体。菌苔：许多菌落融成一片。(1)(1)平板培养平板培养（一）细菌在固体培养基上的培养特征图1-17 细菌的菌落特征（二）细菌在半固体培养基上的培养特征用穿剌接种技术将细菌接种在含0.3%0.5%琼脂的半固体培养基中培养的特征，可根据细菌的生长状态判断细菌的呼吸类型、有无鞭毛和能否运动（图1-18A和C）。如果细菌在穿剌线上及穿剌线周围扩散生长，即为有鞭毛、能运动的细菌；如果只沿穿剌线上生长，即为无鞭毛、不运动的细菌；如果细菌在培养基的表面及穿剌线的上部生长，即为好氧菌；如果沿整条穿剌线生长，即为兼性厌氧菌；如果在穿剌线底部生长，即为厌氧菌。（三）细菌在液体培养基中的培养特征细菌在液体培养基中的特征，因其细胞特征、相对密度、运动能力、与氧气关系等有所不同（图1-18D）。图1-18 琼脂穿刺、琼脂斜面、明胶穿刺以及肉汤（液体培养）中的培养特征（一）假单孢杆菌属（二）葡萄球菌属（三）产碱杆菌属（四）黄杆菌属（五）埃希氏杆菌属和肠杆菌属（六）沙门氏菌属和志贺氏菌属（七）变形杆菌属（八）乳杆菌属（九）明串珠菌属（十）醋酸杆菌属（十一）芽孢杆菌属（十二）梭状芽孢杆菌属（十三）微球菌属（十四）链球菌属 放线菌是一类介于细菌和真菌之间的单细胞生物。一方面，放线菌的细胞构造和细胞壁的化学组成与细菌相似，与细菌同属原核生物；另一方面,放线菌菌体呈纤细的菌丝状,而且分枝,又以外生孢子的形式繁殖，这些特征又与霉菌相似。放线菌菌落中的菌丝常从一个中心向四周辐射状生长,因此叫放线菌。放线菌的细胞为分枝的丝状，称为菌丝。菌丝无隔为单细胞。菌丝不断分枝缠绕形成具有一定空间形态特征的菌丝体。由于形态和功能不同分为三种类型1、基内菌丝（营养菌丝）2、气生菌丝3、孢子丝图1-19 放线菌的形态1基内菌丝2气生菌丝3孢子丝图1-20放线菌孢子丝形态放线菌主要通过产生无性孢子的方式进行繁殖，但也能以菌丝断裂的片断进行繁殖。放线菌产生的无性孢子主要有：1分生孢子 2节孢子 3孢囊孢子图1-21 放线菌孢子形成类型（1）分生孢子（2）节孢子（3）孢囊孢子（1）分生孢子孢子丝细胞壁内的原生质围绕核质体，从菌丝的顶部向基部逐渐凝聚，形成圆形或椭圆形的孢子。（2）节孢子节孢子又称粉孢子，细胞膜和细胞壁同时内陷，逐渐向内缢缩，形成横膈，把孢子丝缢裂成一串孢子，多为杆状或柱状。（3）孢囊孢子有的放线菌通过菌丝盘卷，或通过菌丝顶端膨大形成孢子囊，孢子囊内产生横膈而形成孢子。分生孢子节孢子孢囊孢子形状：球形、椭圆形、圆柱状、杆状、梭状等；表面形态：光滑、褶皱、疣、剌、毛发、鳞片等；颜色：白色、灰色、红色、绿色、蓝色、橙黄色等；孢子的特征也是菌种鉴定的重要依据。孢子 放线菌的菌落由菌丝体组成；大多菌落质地硬而且致密，菌落较小，呈绒状，或坚实、干燥、多皱；不易挑起 个别放线菌（如诺卡氏菌属）不形成大量的菌丝，黏着力不强，结构为粉质，用针挑取易破碎。1链霉菌属 链霉菌属是高等放线菌，菌丝无隔膜，多分枝，可形成基内菌丝、气生菌丝 和孢子丝，孢子丝内通过原生质凝聚分裂形成孢子（图1-22）。图1-22 凝聚分裂形成孢子 放线菌种类很多，但对食品造成污染的放线菌很少。现主要介绍以下两个属。多生长在含水量较低，通气较好的土壤中。已知链霉菌属有一千多个菌种，有许多抗生素如链霉素、土霉素、内疗素、春雷霉素等均由此属菌产生。此属中的多数种类没有气生菌丝，只有基内菌丝。分枝菌丝会猝然断裂产生球状或杆状的粉孢子，粉孢子以横隔分裂方式形成（图1-23）。菌落为粉质，用针挑时易破。此属菌有些种类可产生抗生素，有些种类可用于石油脱蜡、烃类发酵以及污水处理。图1-23 横隔分裂形成孢子2诺卡氏菌属 一类含有叶绿素a，能进行产氧性光合作用的原核微生物。过去称其为蓝藻或蓝绿藻。细胞特征：细胞具有原始核，只有叶绿素，无叶绿体，G-;分布：生长在土壤、岩石、树皮和水中，可使水的颜色随蓝细菌本身颜色变化而变化形态：单细胞体、群体和丝状体。通常呈蓝色或蓝绿色。繁殖方式：无性繁殖的二分裂；营养类型：光能自养型 又名类菌质体和霉形体，是一类介于细菌与立克次氏体之间的能独立生活的最小原核生物。细胞特征：可通过细菌滤器，没有细胞壁，细胞柔软，形态多变，具高度多形性，着色力弱，G-；分布：土壤、污水、昆虫、脊椎动物及人体内，少数腐生；分裂方式：二分分裂方式繁殖，有些可以出芽方式或从球状体长出丝状体；生理生化特征：多数寄生而引起人及动物疾病。支原体抵抗力不强；容易被消毒剂灭活；对青霉素不敏感，对强力霉素、氯霉素、红霉素、螺旋霉素、链霉素等敏感，大多对四环素耐药。一类能通过细菌滤器，严格细胞内寄生，有独特发育周期的原核细胞型微生物。细胞为球形或椭圆形，有细胞壁，革兰染色阴性，以二分裂方式繁殖。仅在脊椎动物的细胞内繁殖。与立克次氏体在形态、大小、染色和结构等方面均很相似。不同之处有两点：一是传播时不需要媒介；另一特点是一旦侵入寄主细胞后，便出现特征性变化。在宿主细胞内的发育阶段存在原体和始体两种细胞形态。一类只能寄生在真核细胞内的革兰阴性原核微生物。是Ricketts于1909年研究落矶山斑疹热时，首次发现这个病原菌。立克次氏体细胞结构与细菌相似，但个体比细菌小，其形态常因不同宿主或不同的发育阶段而呈现不同形态，如球状、双球状、杆状或丝状。有细胞壁，革兰氏阴性，无芽孢，不运动；一般以哺乳动物为储存宿主，并在节肢动物如虱、蚤、蜱和螨的体内生长繁殖，可使人畜致病立克次氏体对低温抵抗力强，易被热干燥等杀死。对化学消毒剂敏感，对青霉素不敏感，对四环素、氯霉素等广谱抗生素敏感，而磺胺类药物不但不能抑制其生长，反而能刺激其繁殖。古细菌简称古菌，细胞薄而扁平，形态独特多样，如叶片状、棍棒状、盘状、球状、丝状等。细胞壁大多不含肽聚糖，质膜中具有醚键的类脂。大多生活在厌氧、高盐或高热等极端环境中。根据古细菌的生活习性和生理特性不同将其分为三大类群：产甲烷菌、嗜热嗜酸菌、极端嗜盐菌。产甲烷菌：产甲烷菌的营养类型是化能有机营养型或化能无机营养型。产甲烷菌只能利用简单的C1化合物（甲酸、甲醇等）、乙酸和CO2为碳源，利用H2还原CO2生成甲烷，利用甲烷发酵或利用乙酸呼吸来获取生命活动所需的能量。【本章小结本章小结】细菌是单细胞原核微生物。其三种基本形态：球状、杆状和螺旋状。杆菌是细菌中种类最多的一类。细菌个体很小，必须借助显微镜才能观察到。细菌细胞的基本结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质、原核、内含物、核糖体，特殊结构只是部分细菌才具有或仅在特殊条件下才形成的构造，如芽孢、鞭毛、荚膜、纤毛等。细菌繁殖主要是无性繁殖中的二分裂。菌落是由一个菌体细胞或同种的几个菌体细胞接种在固体培养基上形成肉眼可见的群体。细菌的菌落一般为湿润、较光滑、较透明、较黏稠、质地均匀、菌落正反面或边缘与中央部位的颜色一致，易挑取等特征。细菌菌落特征因种而异，是细菌分类鉴定的依据之一。放线菌是原核微生物，其细胞为菌丝，无隔，单细胞。菌丝体分为基内菌丝、气生菌丝和孢子丝。繁殖主要通过产生无性孢子的方式进行，无性孢子主要有：分生孢子、节孢子和孢囊孢子。孢子形成的方式主要为横隔式分裂。放线菌的菌落由菌丝体组成。