原核微生物2-特殊结构.ppt

1芽孢(Spore),产生：某些细菌在它的生活史中的某个阶段或某些细菌为抵御外界不良环境时，在其细胞内形成一个圆形或椭圆形的内生孢子（endospore）叫芽孢。芽孢是抗逆性极强的休眠体，一般的芽孢在普通条件下可存活几年甚至几十年。在英国，一种环状芽孢杆菌（B.circulans）的芽孢在植物标本上已保存了200300年之久。,(二)细菌的特殊结构,芽孢Endospore,某些细菌在其生长发育后期，可在细胞内形成一个圆形或椭圆形抗逆性休眠体。,芽孢具有以下特点,（1）芽孢壁厚而致密，分三层：外层是芽孢外壳，为蛋白质性质。中层为皮层，由肽聚糖构成，含大量2，6吡啶二羧酸。内层为孢子壁，由肽聚糖构成，包围芽孢细胞质和核质,芽孢壁以内的区域的成分与一般细胞相似，称为芽孢的核心（core）区域，芽孢萌发后孢子壁变为营养细胞的细胞壁。,（2）芽孢的含水率低，约3840，其中的核心部位的含水率更低，约1025。（3）芽孢中的酶具有耐热性。,（4）芽孢中的2,6吡啶二羧酸(dipicolinicacid简称DPA)含量高，为芽孢干重的515。在芽孢中合成大量营养细胞和不产芽孢的细菌体内没有的DPACa，不少学者认为，芽孢形成过程中，Ca2与DPA随即螯合使芽孢中的生物大分子形成一种稳定而强耐热的凝胶，芽孢表现耐热性，而当芽孢萌发形成营养细胞时，DPA消失，耐热性也随之丧失。,研究芽孢的意义在于：芽孢的有无、形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标；以是否能消灭芽孢作为衡量各种消毒灭菌手段合理性的最重要的指标；菌种保藏中多用产芽孢细菌的芽孢作为保藏对象，方便长期保存。芽孢不易着色，但可用孔雀绿染色。,芽孢着生的位置依细菌种的不同而不同能产生芽孢的细菌属不多，最主要是好氧的芽孢杆菌属(Bacillus)和厌氧的梭状芽孢杆菌属(Clostridium)，其中的所有细菌都是具有芽孢的革兰氏阳性杆菌。球菌中只有芽孢八叠球菌属(Sporosarcina)产芽孢。弧菌中只有芽孢弧菌属(Sporovibrio)产芽孢。螺菌中的孢螺菌属（Sporospirillum）也产芽孢。芽孢的有无、形态、位置及大小是细菌分类鉴定依据之一。,芽孢位于菌体中部,芽孢位于菌体中部与端头之间,芽孢位于菌体一端,枯草芽孢杆菌梭状芽孢杆菌,破伤风杆菌,芽孢的形成,图示为苏云金芽孢杆菌。,芽孢的萌发,由休眠状态的芽孢变为营养状态的细菌过程。活化出芽生长,芽孢耐热机制,筛选利保存菌种、鉴定菌种灭菌指标：121，10食品工业：罐头发胖害发酵工业产毒菌,DPA-Ca吡啶二羧酸钙盐学说皮层膨胀学说,实际意义,2.荚膜(Capsule),荚膜是由一些细菌细胞膜分泌的包封于细胞壁表面的一种粘性物质荚膜能相对稳定地附着在细胞壁表面，使细菌与外界环境有明显的边缘一般很厚，可达200nm，有的细菌荚膜很薄，在200nm以下，称微荚膜（microcapsule）。,荚膜capsule,某些细菌壁外存在着一层厚度不定的胶状物质。,成分,多糖多肽,功能,非必需的储藏养料，堆积代谢产物保护作用附着的物质基础,种类,菌胶团,意义,鉴定菌种制成代血浆或Sephadex污水处理三次采油,微荚膜荚膜粘液层,图213细菌荚膜,负染色相差显微照片,电镜切片图,是否能形成荚膜是由微生物的遗传决定的，但还受到环境条件和营养条件的影响。荚膜并不是细菌的必要结构，荚膜的有无并不影响细菌的生存。一般认为，在碳氮比高和强的通气条件的培养基中有利于好氧细菌荚膜形成，有些细菌甚至要求在较低的温度条件下，如大肠杆菌。,荚膜的化学组成：荚膜的含水率在9098，其余为多糖、多肽、蛋白质、脂蛋白等。如肠膜状明串珠菌的荚膜主要成分为葡聚糖，炭疽杆菌的荚膜含多肽(单体为D谷氨酸)，巨大芽孢杆菌的荚膜由蛋白质与多糖组成。,荚膜的功能：荚膜的含水率超过90，具有保护细菌免受外界干燥的影响；荚膜能保护致病菌免受宿主吞噬细胞的吞噬，增强其致病力，如具有荚膜的S型肺炎链球菌毒性和致病力均比失去荚膜的R型菌株强；当缺乏营养时，荚膜可被用作碳源和能源，有的荚膜还可作氮源；废水生物处理中的细菌荚膜有生物吸附作用，将废水中的有机物、无机物及胶体吸附在菌体表面。,3粘液层(Slimelayer),产生：有些细菌不产荚膜，其细胞表面仍可分泌粘性的多糖，疏松地附着在细菌细胞壁表面上，与外界没有明显边缘，这叫粘液层在废水生物处理过程中有生物吸附作用，在曝气池中因曝气搅动和水的冲击力容易把细菌粘液冲刷入水中，以致增加水的粘度，同时可被其他微生物作为营养利用。,被粘液层包裹的细胞,生长在含碳氢化合物的培养基上的菌落,固氮菌自由生长形成的粘液层,4菌胶团,定义：狭义的菌胶团是指多数细菌按一定的排列方式粘集在一起，共同由一个荚膜包围形成具有一定形状的细菌聚集体。在微生物学领域里，习惯将动胶菌属(zoogloeaitzigsohn)形成的细菌团块称为菌胶团，实际上是一种泛称，它有两个种：枝状动胶菌(Zoogloearamigera)和垂(悬)丝状动胶菌(Zoogloeafiliendula)。,能否形成菌胶团是由细菌的遗传特性决定，同时还受到培养过程中环境条件变化的影响（如充氧情况、搅拌方式以及水质等）。一般当细菌处于碳氮比高的营养条件，凝絮体的结构就较好;当污泥处于碳氮比低或高温、营养不足的环境时，这类菌体外多糖类胶体基质或纤维素类基质都可作为营养被细菌所利用，从而使污泥解絮。,菌胶团的几种形态,垂丝状,分枝状,蘑菇形,椭圆形,在水处理工程领域内，则将在活性污泥或生物膜中，所有具有荚膜或粘液或明胶质的絮凝性细菌互相絮凝聚集成的菌胶团块也称为菌胶团，这是广义的菌胶团。菌胶团是活性污泥（绒粒）的结构和功能的中心，表现在数量上占绝对优势（丝状膨胀的活性污泥除外），是活性污泥的基本组分。,由枝状动胶菌属形成的活性污泥菌胶团,作用,有很强的生物吸附能力和氧化分解有机物的能力。一旦菌胶团受到各种因素的影响和破坏，则对有机物去除率明显下降，甚至无去除能力。保护作用，细菌形成菌胶团后可防止被微型动物所吞噬，并在一定程度上可免受毒物及机械剪切力的影响；为原生动物、微型后生动物提供了附着场所，同时，菌胶团通过对有机物的吸附和分解，为原生动物和微型后生动物创造良好的生存条件：去除毒物、提供食料、升高溶解氧等。,具有指示作用：通过菌胶团的颜色、透明度、数量、颗粒大小及结构的松紧程度可衡量好氧活性污泥的性能。例如新生菌胶团颜色浅、无色透明、结构紧密，则说明菌胶团生命力旺盛，吸附和氧化能力强，即再生能力强。老化的菌胶团，颜色深，结构松散，活性不强，吸附和氧化能力差。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离。,5衣鞘(Sheath),水生境中的丝状菌多数有衣鞘，如球衣菌属、纤发菌属、发硫菌属、亮发菌属、泉发菌属等丝状体表面的粘液层或荚膜硬质化，形成一个透明坚韧的空壳，叫衣鞘。荚膜、粘液层、衣鞘和菌胶团对染料的亲和力极低，很难着色，都用衬托(负染色)法染色。,6.鞭毛(Flagellum),定义：鞭毛是由细胞质膜上的鞭毛基粒长出的，穿过细胞壁伸向体外的一条纤细的波浪状的丝状物。直径为0.0010.02m，长度不等，在250m之间具有鞭毛的细菌都能运动不具鞭毛的细菌一般都不能运动但贝日阿托氏菌、透明颤菌、发硫菌的段殖体及粘细菌例外，它们没有鞭毛，却以一种“滑动”的方式运动。,某些细菌长在体表的长丝状、波曲的附属物。,鞭毛细丝：鞭毛球蛋白三条丝状亚基一条鞭毛细丝钩形鞘：蛋白质亚基组成基体：套管作用,鞭毛flegellum,根据鞭毛的位置和数目，对细菌分类,(1)单端单生鞭毛菌只在菌体的一端生有一根鞭毛，如霍乱弧菌、荧光假单胞菌（Pseudomonasflurescens）；(2)单端丛生鞭毛菌只在菌体的一端生有一束鞭毛，铜绿假单胞菌（Pseudomonasaeruginosa）(3)双端单生鞭毛菌在菌体的两端各生有一根鞭毛，如鼠咬热螺旋菌（Spirochaetamorsusmuris）；(4)双端丛生鞭毛菌在菌体的两端各生有一束鞭毛，如红色螺菌（Spirillumrubrum）、产碱杆菌（B.alcaligenes）；(5)周生鞭毛菌在菌体的周身都生有鞭毛，如大肠杆菌、枯草杆菌。,杆状细菌鞭毛的着生方式,AmotileE.colipropelsitselffromplacetoplacebyrotatingitsflagella.Tomoveforward,theflagellarotatecounterclockwiseandtheorganismswims.Butwhenflagellarrotationabruptlychangestoclockwise,thebacteriumtumblesinplaceandseemsincapableofgoinganywhere.Thenthebacteriumbeginsswimmingagaininsomenew,randomdirection.Swimmingismorefrequentasthebacteriumapproachesachemoattractant(food).Tumbling,hencedirectionchange,ismorefrequentasthebacteriummovesawayfromthechemoattractant.Soitisacomplexcombinationofswimmingandtumblingthatkeepstheminareasofhigherfoodconcentrations.,鞭毛运动,鞭毛的化学组成主要为:蛋白质，还含有少量的多糖、脂类和核酸等。鞭毛的运动是靠细胞质膜上的ATP酶水解ATP提供能量。,三、细菌的培养特征,细菌在固体培养基上的培养特征细菌在半固体培养中的培养特征细菌在明胶培养基中的培养特征细菌在液体培养基中的培养特征,细菌群体形态,菌落(colony)以母细胞为中心的、肉眼可见的、有一定形态构造的子细胞群体。克隆(clone)如果菌落是由一个单细胞发展而来的，则它就是一个纯种细胞群或克隆。,菌苔(lawn)大量细胞密集地接种到固体培养基表面，结果长成的“菌落”连成一片。,(一)细菌在固体培养基上培养特征,细菌在固体培养基上的培养特征就是菌落特征。所谓菌落（colony）是由一个细菌在有限空间中繁殖起来的肉眼可见的，由无数细菌组成具有一定形态特征的细菌集团。如果各菌落由于生长空间和分离手段等原因连成一片或呈线，则称为菌苔（lawn）。,一般在描述菌落的特征时往往从以下几个方面来进行：形状：圆形、点状还是不规则形；大小；颜色；菌落表面特征：光滑还是粗糙，干燥还是湿润等；菌落的边缘特征：有圆滑，边缘整齐，呈锯齿状，边缘伸出卷曲呈毛发状，边缘呈花瓣状等；纵剖面的特征：平坦、扁平、隆起、凸起、草帽状、脐状、乳头状等。,例如：具有荚膜的肺炎链球菌所形成的荚膜是表面光滑、湿润、粘稠的，称为光滑型菌落；不具有荚膜的枯草芽孢杆菌所形成的菌落为表面干燥、皱褶、平坦的，称为粗糙型菌落。蕈状芽孢杆菌的细胞是链状的，其菌落表面粗糙，边缘有毛状凸起并卷曲。浮游球衣菌在0.1水解酪素固体培养基上长成平坦、透明、边缘呈卷曲毛发状的菌落。贝日阿托氏菌在含醋酸钠、硫化钠及过氧化氢的培养基上长成平坦、半透明、圆盘或椭圆状的菌落。,菌落形态是个体形态的集中表现,个体群体球状体小、圆、隆起杆状大、圆、隆起大、扁平鞭毛很大、不规则芽孢透明度差，皮肤状皱褶荚膜群体透明度高，鼻涕状，菌落大,斜面培养特征,将含菌样品在斜面上划线得到的斜面菌苔可用于菌种保藏和鉴定，不同属种细菌的菌苔形态也是不同的。同样可以通过形状、生长程度、隆起形状、表面形状、光泽、透明度、颜色和质地等方面来对菌苔进行观察和描述。,丝状,有小刺,念珠状,扩展状,假根状,树状,(二)在明胶培养基中的培养特征,用穿刺接种法将某种细菌接种在明胶培养基中培养，能生长繁殖并水解（液化）明胶成为一定形状的溶解区，则说明该菌能分泌胞外蛋白酶。,(三)细菌在半固体培养基中的培养特征,用穿刺接种技术将细菌接种在含0.30.5琼脂半固体培养基中培养，细菌可呈现出各种生长状态。根据细菌的生长状态判断细菌的呼吸类型和鞭毛有无，能否运动。,可依据如下生长状况判断细菌呼吸类型：如果细菌在培养基的表面及穿刺线的上部生长者为好氧菌。沿着穿刺线自上而下生长者为兼性厌氧菌或兼性好氧菌。如果只在穿刺线的下部生长者为厌氧菌。,根据如下生长状况判断细菌是否运动：如果只沿着穿刺线生长者为没有鞭毛，不运动的细菌；如果不但沿着穿刺线生长而且穿透培养基扩散生长者为有鞭毛，运动的细菌。,(四)细菌在液体培养基中的培养特征,在液体培养基中，细菌与培养基完全接触，自由扩散生长经过13d的培养，菌体的生长会使得培养基发生一些变化，如基内浑浊、表面形成菌环、菌膜、菌醭、沉淀、气泡等。对于不同的细菌属、种，这种变化也是不同的。,细菌在液体培养基中的培养特征,如对于好氧菌或需氧菌培养液仅上部浑浊，厌氧菌培养液仅下部浑浊，兼性厌氧菌培养液均匀浑浊。有的细菌在培养基表面形成菌膜，而培养基很少浑浊或不浑浊，有的细菌使培养基浑浊，菌体均匀分布于培养基中。有的细菌互相凝聚成大颗粒沉在容器底部，培养基很清。细菌在液体培养基中的培养特征也是细菌分类鉴定的重要依据之一。,四.废（污）水处理系统中的主要细菌,在废（污）水处理系统的活性污泥中，含有的主要细菌有：生枝动胶菌、大肠杆菌、假单胞杆菌、产碱杆菌、黄杆菌等，球衣菌、发硫菌等丝状菌的生长也是与污水生物处理的效果密切相关的细菌。,1.大肠埃希氏菌（Escherichiacoli，俗称大肠杆菌）,形态：菌体呈短杆或长杆状，（0.51.0）m（1.03.0）m，革兰氏阳性，运动（周毛）或不运动，无芽孢，一般无荚膜。菌落呈白色至黄白色，扩展，光滑，闪光。,在牛奶中能迅速产酸并使之凝固，不胨化；不液化明胶，不水解淀粉，是人类肠道中的正常寄居菌在肠道中一般不致病，但当它侵入某些器官时，可引起炎症，是水和食品中微生物学检验的指示菌。,工业上应用大肠杆菌制取氨基酸（天门氨基酸、色氨酸、苏氨酸等）、多种酶（天门冬酰氨酶、青霉素酰化酶、酰基转移酶、溶菌酶等），经改造后可作为工程菌，用于生产各种多肽蛋白质类药物（如生长素、胰岛素、干扰素、白介素、红细胞生成素等）和氨基酸；在自然和污染水体中普遍存在，对污染环境中的有机物降解有一定作用。,2.假单胞菌（Pseudomonassp.）,革兰氏阴性，直或微弯杆菌，单个，卵圆到短杆，有的长杆，大多数为（0.51.0）m（1.54）m，无芽孢，以端生鞭毛运动（单毛或丛毛），有少数种不运动。菌苔不明显呈色，可产生水溶性色素。氧化性而非发酵性异养菌。大多数不氧化乙醇为醋酸，在pH值4.5以下不生长。多数种能氧化葡萄糖、分解蛋白质和利用无机氮。好氧菌，有的种在有NO3存在下能无氧呼吸。,工业上用于生产维生素C、抗生素、多种酶、酶抑制剂等；可用于从石油产品制造水杨酸、苯甲酸等产品；消除环境污染，如：处理石油废水，含酚、氰和化学农药的污水等。,3.球衣菌（Sphaerotilussp.）,杆状细胞成链，G外被衣鞘，异养型，能利用糖类、醇类和有机酸类。有PHB作为储存物质，好氧，在低氧分压下生长更佳但不能在完全无氧的环境下生长。细胞大小为（1.22.4）m（310）m，鞭毛端生，适于在缓慢流动的水中生长，在自然环境中分离得到的球衣菌菌落边缘不规则丝状向外伸展。生长的温度范围较宽，能在1540范围内生长，最适生长温度为30左右。生长的pH范围为5.88.1，在中性或中偏碱性范围内生长最佳。,长期以来，人们把球衣菌作为水体有机污染的一种重要生物指标，它喜欢在多污带和中污带定居，球衣菌的大量生长被认为是引起丝状菌膨胀的主要原因之一；但从另一个方面看，如果提供合适的碳、氮、磷比例，利用球衣菌进行水体脱氮除磷的可能性是存在的。,思考题,1.细菌的基本形态有几种?2.细菌的一般结构及其生理功能有那些？3.细菌的特殊结构及其生理功能有哪些?4.何谓革兰氏染色？其基本步骤包括哪四步？5.革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的细胞壁结构及化学组成有什么主要区别?6.叙述细菌细胞质膜结构、化学组成及生理功能。,7.何谓荚膜?它有什么生理功能?8.细菌细胞质中的颗粒物包括哪些？对细菌生存或生长各有哪些作用？9.粘液层与荚膜的区别何在？荚膜与菌胶团的不同之处何在？10.芽孢的定义与作用是什么？研究芽孢的意义何在？11.细菌菌落、菌苔的定义是什么?细菌的主要培养特征包括哪些?了解细菌培养特征的实践意义何在?12.可以通过何种培养技术对细菌的呼吸类型和运动能力进行判断?,