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文檔簡介

微生物學教程,周德慶,高等教育出版社,1993第1章 緒 論 1、教材: 2、參考書 (1)微生物學教程,周德慶,高等教育出版社,1993 3、參考雜志 “微生物學報”、 “微生物學通報”、“微生物學雜志” 二、微生物與我們 微生物既是人類的敵人,更是人類的朋友! 微生物是自然界物質循環(huán)的關鍵環(huán)節(jié); 體內的正常菌群是人及動物健康的基本保證; 幫助消化、提供必需的營養(yǎng)物質、組成生理屏障;微生物可以為我們提供很多有用的物質;有機酸、酶、各種藥物、疫苗、面包、奶酪、啤酒、醬油等等 基因工程為代表的現代生物技術; 少數微生物也是人類的敵人! 鼠疫;天花;艾滋病;瘋牛病;埃博拉病毒。 可以說,微生物與人類關系的重要性,你怎么強調都不過分,微生物是一把十分鋒利的雙刃劍,它們在給人類帶來巨大利益的同時也帶來“殘忍”的破壞。它給人類帶來的利益不僅是享受,而且實際上涉及到人類的生存。 三、微生物的發(fā)現和微生物學的建立與發(fā)展 (一)古代人民對微生物的認識 (二)微生物的發(fā)現(列文虎克):1676年,微生物學的先驅荷蘭人列文虎克(Antony van leeuwenhoek)首次觀察到了細菌。 (三)微生物學的奠基 1 法國人巴斯德(Louis Pasteur)(18221895) (1) 發(fā)現并證實發(fā)酵是由微生物引起的; (2) 徹底否定了“自然發(fā)生”學說:著名的曲頸瓶試驗無可辯駁地證實,空氣內確實含有微生物,是它們引起有機質的腐敗。 (3) 免疫學預防接種:巴斯德研究了幾種對人類和牲畜危害很大的疾病,如雞瘟、牛羊炭疽病、人的狂犬病等,并發(fā)現引起這些病害的病原體,制成疫苗,用以預防和治療疾病,為免疫學奠定基礎。(挽救了許多人、畜生命) (4)其他貢獻 巴斯德消毒法:6065作短時間(15-20min)加熱處理,殺死有害微生物的方法。 2 德國人柯赫(Robert Koch)( 18431910) (1)微生物學基本操作技術方面的貢獻 a)細菌純培養(yǎng)方法的建立;b)設計了各種培養(yǎng)基,實現了在實驗室內對各種微生物的培養(yǎng);c)流動蒸汽滅菌;d)染色觀察和顯微攝影; (2)對病原細菌的研究作出了突出的貢獻 a)具體證實了炭疽桿菌是炭疽病的病原菌;b)發(fā)現了肺結核病的病原菌;(1905年獲諾貝爾獎);c)證明某種微生物是否為某種疾病病原體的基本原則著名的柯赫原則 (四)微生物學發(fā)展過程中的重大事件Griffith發(fā)現細菌轉化; 1929 Fleming 發(fā)現青霉素 1953 Watson和Crick提出DNA雙螺旋結構 t1977 Woese提出古生菌是不同于細菌和真核生物的特殊類群, 19821983 Prusiner發(fā)現朊病毒(prion) (五)20世紀的微生物學 1、十九世紀中到二十世紀初微生物學:鑒定病原菌、研究免疫學及其在預防疾病中的作用、尋找化學治療藥物、分析微生物的化學活性。 2、20世紀40年代后,微生物自身的特點使其成為生物學研究的“明星”,微生物學很快與生物學主流匯合,并被推到了整個生命科學發(fā)展的前沿,獲得了迅速的發(fā)展,在生命科學的發(fā)展中作出了巨大的貢獻。 微生物學的主要分支學科:按研究對對象分 (六)我國微生物學的發(fā)展 湯飛凡:沙眼病原體的分離和確證(國際領先) 陳華癸等:根瘤菌固氮作用的研究(開創(chuàng)農業(yè)微生物學) 抗生素的總產量已耀居世界首位:兩步法生產維生素C的技術居世界先進水平 (七)21世紀微生物學展望 2與其他學科實現更廣泛的交叉,獲得新的發(fā)展 四、微生物的類群及特點 微生物是微小生物的總稱,一般只有借助顯微鏡才能其進行觀察。 微生物類群:病毒;原核生物(真細菌、古生菌);真核生物(真菌:酵母、霉菌、蕈菌等,單細胞藻類;原生動物)等 微生物的特點 個體小、結構簡、胃口大、食譜廣、繁殖快、易培養(yǎng)、數量大、分布廣、種類多、級界寬、變異易、抗性強、休眠長、起源早、發(fā)現晚 個體小:測量單位:微米或納米 最小:火星隕石中發(fā)現的細菌化石(直徑 10 nm); 最大:德國科學家H. N. Schulz等1999年在納米比亞海岸的海底沉積物中發(fā)現的一種硫磺細菌(sulfur bacterium),其大小可達0.75 mm,Thiomargarita namibiensis,-“納米比亞硫磺珍珠” 結構簡:無細胞結構(病毒);單細胞;簡單多細胞; 胃口大: 食譜廣:微生物獲取營養(yǎng)的方式多種多樣,其食譜之廣是動植物完全無法相比的! 繁殖快:大腸桿菌一個細胞重約10 12 克,平均20分鐘繁殖一代; 易培養(yǎng):很多細菌都可以非常方便地進行人工培養(yǎng)! 數量大:在自然界中(土壤、水體、空氣,動植物體內和體表)都生存有大量的微生物! 分布廣:人跡可到之處,微生物的分布必然很多,而人跡不到的地方,也有大量的微生物存在! 種類多:微生物的生理代謝類型多;代謝產物種類多;微生物的種數“多”; 級界寬:Whittaker的五界分類系統(tǒng);Woese三原界分類系統(tǒng) 變異易:青霉素的生產:20單位/ ml(1943),10000單位/ ml 抗(逆)性強: 抗熱:有的細菌能在265個大氣壓,250 的條件下生長;自然界中細菌生長的最高溫度可以達到113 ;有些細菌的芽孢,需加熱煮沸8小時才被殺死; 抗寒:有些微生物可以在12 30的低溫生長; 抗酸堿:細菌能耐受并生長的pH范圍:pH 0.5 13; 耐滲透壓:蜜餞、腌制品,飽和鹽水(NaCl, 32%)中都有微生物生長; 抗壓力:有些細菌可在1400個大氣壓下生長; 第2章 純培養(yǎng)和顯微技術 培養(yǎng)物:在一定的條件下培養(yǎng)、繁殖得到的微生物群體。 混合培養(yǎng)物:含有多種微生物的培養(yǎng)物;純培養(yǎng)物:只有一種微生物的培養(yǎng)物。 菌落(colony):單個(或聚集在一起的一團)微生物在適宜的固體培養(yǎng)基表面或內部生長、繁殖到一定程度可以形成肉眼可見的、有一定形態(tài)結構的子細胞生長群體。 菌苔(lawn):眾多菌落連成一片。 不同微生物在特定培養(yǎng)基上生長形成的菌落或菌苔一般都具有穩(wěn)定的特征(形狀、顏色等),可以成為對該微生物進行分類、鑒定的重要依據 二、用固體培養(yǎng)基分離純培養(yǎng) 1、稀釋倒平板法:操作較麻煩,對好氧菌、熱敏感菌效果不好! 2、涂布平板法:使用較多的常規(guī)方法,但有時涂布不均勻! 3、平板劃線法 4、厭氧微生物的分離:厭氧罐;厭氧手套箱;稀釋搖管法。 三、用液體培養(yǎng)基分離純培養(yǎng)稀釋法進行液體分離必須在同一個稀釋度的許多平行試管中,大多數(一般應超過95%)表現為不生長。 四、單細胞(孢子)分離五、選擇培養(yǎng)分離:抑制大多數其它微生物的生長;使待分離的微生物生長更快; 1.利用選擇平板進行直接分離高溫下培養(yǎng):分離嗜熱細菌;培養(yǎng)基中不含N:分離固氮菌;培養(yǎng)基加抗生素:分離抗性菌;牛奶平板:分離蛋白酶產生菌;顏色反應:分離特定的菌株;2. 富集培養(yǎng) 六、二元培養(yǎng)物:大腸桿菌和蛭弧菌 第3章 微生物類群與形態(tài)結構 古生菌在進化譜系上與真細菌及真核生物相互并列,且與后者關系更近,而其細胞構造卻與真細菌較為接近,同屬于原核生物。真細菌(eubacteria)包括:普通細菌、放線菌、藍細菌、枝原體、立克次氏體和衣原體等 第一節(jié) 真細菌(Eubacteria) 一、一般形態(tài)及細胞結構 (一)個體形態(tài)和排列(P28):基本形態(tài):球狀;桿狀;螺旋狀 1、球狀 1)概念:細胞個體呈球形或橢圓形。 2)排列:不同種的球菌在細胞分裂時會形成不同的空間排列方式,常被作為分類依據。 單、雙、鏈、四聯(lián)、八疊、葡萄球菌等。 3)例子A 金黃色葡萄球菌;B 淋病奈瑟氏球菌;C 肺炎鏈球菌 2、桿狀 1)概念:細胞呈桿狀或圓柱形,一般其粗細(直徑)比較穩(wěn)定,而長度則常因培養(yǎng)時間、培養(yǎng)條件不同而有較大變化。 2)排列:桿狀細菌的排列方式常因生長階段和培養(yǎng)條件而發(fā)生變化,一般不作為分類依據。 3)例子:A 枯草芽孢桿菌;B 地衣芽孢桿菌;C 銅綠假單胞菌(綠膿桿菌);D 結核分枝桿菌;E 炭疽病的病原菌-炭疽桿菌;F 破傷風梭菌 3、螺旋狀:弧菌,螺旋菌、螺旋體菌 弧菌:菌體只有一個彎曲,其程度不足一圈,形似“C”字或逗號,鞭毛偏端生。 例子:霍亂弧菌;寄生性弧菌-蛭弧菌 螺旋菌:菌體回轉如螺旋,螺旋數目和螺距大小因種而異。鞭毛二端生。細胞壁堅韌,菌體較硬。 螺旋體菌:菌體柔軟,用于運動的類似鞭毛的軸絲位于細胞外鞘內。 例子:梅毒密螺旋體 4、其它形狀 柄桿菌(prosthecate bacteria):細胞上有柄(stalk)、菌絲(hyphae)、附器(appendages)等細胞質伸出物,細胞呈桿狀或梭狀,并有特征性的細柄。 星形細菌(star-shaped bacteria );方形細菌(square-ahaped bacteria) 4)異常形態(tài) 環(huán)境條件的變化:物理、化學因子的刺激阻礙細胞正常發(fā)育;培養(yǎng)時間過長:細胞衰老;營養(yǎng)缺乏;自身代謝產物積累過多。環(huán)境條件恢復正常。 (二)大小 1、范圍:最小:與無細胞結構的病毒相仿(50 nm);最大:肉眼可見(0.75 mm),(Thiomargarita namibiensis)(0.75mm);最小:nanobacteria;最大和最小細菌的個體大小懸殊: 一般細菌的大小范圍: 球菌:0.5 m (直徑)m1 m(長度)mm (直徑) X 1 80 m桿菌:0.2 1 m (直徑) X 1 50m螺旋菌:0.3 1 m(長度)(長度是菌體兩端點之間的距離,而非實際長度)m 2、測量方法:顯微鏡測微尺;顯微照相后根據放大倍數進行測算; 2、細菌大小測量結果的影響因素(參見 P 31) (三)細胞的結構 一般構造:一般細菌都有的構造; 特殊構造:部分細菌具有的或一般細菌在特殊環(huán)境下才有的構造。 1、細胞壁 1)概念:細胞壁(cell wall)是位于細胞表面,內側緊貼細胞膜的一層較為堅韌,略具彈性的細胞結構。 2)證實細胞壁存在的方法: (1)細菌超薄切片的電鏡直接觀察; (2)質、壁分離與適當的染色,可以在光學顯微鏡下看到細胞壁; (3)機械法破裂細胞后,分離得到純的細胞壁; (4)制備原生質體,觀察細胞形態(tài)的變化; 3)細胞壁的功能: (1)固定細胞外形和提高機械強度; (2)為細胞的生長、分裂和鞭毛運動所必需; (3)滲透屏障,阻攔酶蛋白和某些抗生素等大分子物質(分子量大于800)進入細胞,保護細胞免受溶菌酶、消化酶和青霉素等有害物質的損傷; (4)細菌特定的抗原性、致病性以及對抗生素和噬菌體的敏感性的物質基礎; 4)革蘭氏染色與細胞壁 (1)革蘭氏染色:C.Gram(革蘭)于1884年發(fā)明的一種鑒別不同類型細菌的染色方法。 1、初染:用堿性染料結晶紫對菌液涂片進行初染; 2、媒染:用碘溶液進行媒染,其作用是提高染料和細胞間的相互作用從而使二者結合得更牢固; 3、脫色:用乙醇或丙酮沖洗進行脫色。在經歷脫色后仍將結晶紫保留在細胞內的為革蘭氏陽性細菌,而革蘭氏陰性細菌的結晶紫被洗掉,細胞呈無色; 4、復染:用一種與結晶紫不同顏色堿性染料對涂片進行復染。例如沙黃,它使原來無色的革蘭氏陰性細菌最后呈現桃紅到紅色,而革蘭氏陽性細菌繼續(xù)保持深紫色。 表3-1 革蘭氏陽性和陰性細菌細胞壁成分的比較(P39) (2)革蘭氏陽性細菌的細胞壁 特點:厚度大(2080nm),化學組分簡單,一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸。 肽聚糖(peptidoglycan):又稱粘肽(mucopeptide)、胞壁質(murein)或粘質復合物(mucocomplex),是真細菌細胞壁中的特有成分。 磷壁酸(teichoic acid) A、肽聚糖:厚約2080nm,由40層左右的網格狀分子交織成的網套覆蓋在整個細胞上。雙糖單位: 雙糖單位中的-1,4-糖苷鍵很容易被溶菌酶(lysozyme)所水解,從而引起細菌因肽聚糖細胞壁的“散架”而死亡。 B、磷壁酸 革蘭氏陽性細菌細胞壁上特有的化學成分,主要成分為甘油磷酸或核糖醇磷酸。 壁磷壁酸,它與肽聚糖分子間進行共價結合,含量會隨培養(yǎng)基成分而改變,一般占細胞壁重量的10%,有時可接近50%。用稀酸或稀堿可以提取。 膜磷壁酸:跨越肽聚糖層并與細胞膜相交聯(lián)的膜磷壁酸(又稱脂磷壁酸),由甘油磷酸鏈分子與細胞膜上的磷脂進行共價結合后形成。其含量與培養(yǎng)條件關系不大。可用45%熱酚水提取,也可用熱水從脫脂的凍干細菌中提取。 (3)革蘭氏陰性細菌的細胞壁 A、肽聚糖:埋藏在外膜層之內,是僅由12層肽聚糖網狀分子組成的薄層(23nm),含量約占細胞壁總重的10%,故對機械強度的抵抗力較革蘭氏陽性菌弱。 B、外膜(outer membrane):位于革蘭氏陰性細菌細胞壁外層,由脂多糖、磷脂和脂蛋白等若干種蛋白質組成的膜,有時也稱為外壁。 脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)位于革蘭氏陰性細菌細胞壁最外層的一層較厚(810nm)的類脂多糖類物質。 組成:類脂A;核心多糖(core polysaccharide); O-特異側鏈(O-specific side chain,或稱O-多糖或O-抗原) 脂多糖的主要功能: LPS結構的多變,決定了革蘭氏陰性細菌細胞表面抗原決定簇的多樣性; LPS負電荷較強,與磷壁酸相似,也有吸附Mg2+、Ca2+等陽離子以提高其在細胞表面濃度的作用,對細胞膜結構起穩(wěn)定作用。 類脂A是革蘭氏陰性細菌致病物質內毒素的物質基礎;具有控制某些物質進出細胞的部分選擇性屏障功能;許多噬菌體在細胞表面的吸附受體。 C、外膜蛋白(outer membrane protein) 嵌合在LPS和磷脂層外膜上的蛋白。有20余種,但多數功能尚不清楚。孔蛋白;脂蛋白 D、周質空間(periplasmic space, periplasm) 又稱壁膜間隙。在革蘭氏陰性細菌中,一般指其外膜與細胞膜之間的狹窄空間(寬約1215nm),呈膠狀。周質空間是進出細胞的物質的重要中轉站和反應場所在周質空間中,存在著多種周質蛋白(periplasmic proteins): 水解酶類;結合蛋白;受體蛋白; (4)革蘭氏陽性和陰性細菌的比較 革蘭氏染色的原理(參見P46) 5)特殊細胞壁的細菌:某些分枝桿菌和諾卡氏菌的細胞壁主要由一類被稱為霉菌酸(Mycolic acid)的枝鏈羥基脂質組成,后者被認為與這些細菌感染能力有關。用抗酸性染色對宿主體內的分枝桿菌病原體進行檢測。 6)細胞壁缺陷細菌: 缺壁突變L型細菌實驗室或宿主體內形成 基本去盡原生質體(G+)部分去除球狀體(G-) 在自然界長期進化中形成枝原體 (1)L型細菌(L-form of bacteria) 細菌在某些環(huán)境條件下(實驗室或宿主體內)通過自發(fā)突變而形成的遺傳性穩(wěn)定的細胞壁缺陷變異型。因英國李斯德(Lister)預防研究所首先發(fā)現而得名(1935年,念珠狀鏈桿菌 Streptobacillus moniliformis) 特點: 沒有完整而堅韌的細胞壁,細胞呈多形態(tài);有些能通過細菌濾器,故又稱“濾過型細菌”;對滲透敏感,在固體培養(yǎng)基上形成“油煎蛋”似的小菌落(直徑在0.1mm左右); (2)原生質體(protoplast) 在人為條件下,用溶菌酶處理或在含青霉素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)而抑制新生細胞壁合成而形成的由一層細胞膜包裹的,圓球形、對滲透壓變化敏感的細胞,一般由革蘭氏陽性細菌形成。特點:對環(huán)境條件變化敏感,低滲透壓、振蕩、離心甚至通氣等都易引起其破裂;有的原生質體具有鞭毛,但不能運動,也不被相應噬菌體所感染;在適宜條件(如高滲培養(yǎng)基)可生長繁殖、形成菌落,形成芽孢。及恢復成有細胞壁的正常結構。比正常有細胞壁的細菌更易導入外源遺傳物質,是研究遺傳規(guī)律和進行原生質體育種的良好實驗材料。 (3)球狀體(sphaeroplast):又稱原生質球采用上述同樣方法,針對革蘭氏陰性細菌處理后:而獲得的殘留部分細胞壁(外壁層)的球形體。與原生質體相比,它對外界環(huán)境具有一定的抗性,可在普通培養(yǎng)基上生長。 (4)枝原體(Mycoplasma)在長期進化過程中形成的、適應自然生活條件的無細胞壁的原核生物。因它的細胞膜中含有一般原核生物所沒有的甾醇,? 所以即使缺乏細胞壁,其細胞膜仍有較高的機械強度。 2、細胞膜 細胞質膜(cytoplasmic membrane),又稱質膜(plasma membrane)、細胞膜(cell membrane)或內膜(inner membrane),是緊貼在細胞壁內側、包圍著細胞質的一層柔軟、脆弱、富有彈性的半透性薄膜,厚約78nm,由磷脂(占20%30%)和蛋白質(占50%70%) 組成。 2)觀察方法: 質壁分離后結合鑒別性染色在光學顯微鏡下觀察;原生質體破裂; 超薄切片電鏡觀察 3)細胞膜的化學組成與結構模型: (1)磷脂:膜蛋白約占細菌細胞膜的50%70%,比任何一種生物膜都高,而且種類也多。細胞膜是一個重要的代謝活動中心。 (3)液態(tài)鑲嵌模型(fluid mosaic model) (4)甾醇類物質 4)細胞膜的生理功能:(參見P 48) 5)間體(mesosome,或中體):細胞質膜內褶而形成的囊狀構造,其中充滿著層狀或管狀的泡囊。多見于革蘭氏陽性細菌。3、細胞質和內含物 1)概念:細胞質(cytoplasm)是細胞質膜包圍的除核區(qū)外的一切半透明、膠狀、顆粒狀物質的總稱。含水量約80%。細胞質的主要成分為核糖體、貯藏物、多種酶類和中間代謝物、質粒、各種營養(yǎng)物和大分子的單體等,少數細菌還有類囊體、羧酶體、氣泡或伴孢晶體等。2)顆粒狀貯藏物(reserve materials):貯藏物是一類由不同化學成分累積而成的不溶性沉淀顆粒,主要功能是貯存營養(yǎng)物。 聚-羥丁酸(poly-hydroxybutyrate, PHB):類脂性質的碳源類貯藏物它無毒、可塑、易降解,被認為是生產醫(yī)用塑料、生物降解塑料的良好原料。 多糖類貯藏物:在真細菌中以糖原為多糖原粒較小,不染色需用電鏡觀察,用碘液染成褐色,可在光學顯微鏡下看到。有的細菌積累淀粉粒,用碘液染成深蘭色。 異染粒(metachromatic granules)大小:為0.51.0m,成份:無機偏磷酸的聚合物,功能:1)貯藏磷元素和能量,2)降低細胞的滲透壓。一般在含磷豐富的環(huán)境下形成。 藻青素(cyanophycin):一種內源性氮源貯藏物。通常存在于藍細菌中。 硫粒(sulfur globules):很多真細菌在進行產能代謝或生物合成時,常涉及對還原性的硫化物如H2S,硫代硫酸鹽等的氧化。在環(huán)境中還原性硫素豐富時,常在細胞內以折光性很強的硫粒的形式積累硫元素。當環(huán)境中環(huán)境中還原性硫缺乏時,可被細菌重新利用。 3)磁小體(megnetosome): 4)羧酶體(carboxysome):一些自養(yǎng)細菌細胞內的多角形或六角形內含物其大小與噬菌體相仿,約10nm,內含1,5-二磷酸核酮糖羧化酶,在自養(yǎng)細菌的CO2固定中起著關鍵作用。 5)氣泡(gas vocuoles):許多光合營養(yǎng)型、無鞭毛運動的水生細菌中存在的充滿氣體的泡囊狀內含物,大小為0.21.0m75nm,內由數排柱形小空泡組成,外有2nm厚的蛋白質膜包裹。 功能:調節(jié)細胞比重以使細胞漂浮在最適水層中獲取光能、O2和營養(yǎng)物質。 氣泡的膜只含蛋白質而無磷脂。二種蛋白質相互交連,形成一個堅硬的結構,可耐受一定的壓力。膜的外表面親水,而內側絕對疏水,故氣泡只能透氣而不能透過水和溶質。 6)載色體(Chromatophore):光合細菌進行光合作用的部位相當于綠色植物的葉綠體。 7)核糖體(ribosome):組成:70S=50S(大)+ 30S(小)功能:蛋白質合成場所。 4、核區(qū)(nuclear region or area):原核生物所特有的無核膜結構、無固定形態(tài)的原始細胞核。5、特殊的休眠構造芽孢 1)概念:某些細菌在其生長發(fā)育后期,在細胞內形成一個圓形或橢圓形、厚壁、含水量極低、抗逆性極強的休眠體,稱為芽孢(endospore或spore,偶譯“內生孢子”)。 2)細菌芽孢的特點:整個生物界中抗逆性最強的生命體,是否能消滅芽孢是衡量各種消毒滅菌手段的最重要的指標。 芽孢是細菌的休眠體,在適宜的條件下可以重新轉變成為營養(yǎng)態(tài)細胞; 產芽孢細菌的保藏多用其芽孢。產芽孢的細菌多為桿菌,也有一些球菌。 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。 芽孢與營養(yǎng)細胞相比化學組成存在較大差異,容易在光學顯微鏡下觀察。(相差顯微鏡直接觀察;芽孢染色) 4)芽孢的耐熱機制:滲透調節(jié)皮層膨脹學說。 芽孢衣對多價陽離子和水分的透性很差皮層的離子強度很高,產生極高的滲透壓奪取芽孢核心的水分,結果造成皮層的充分膨脹。核心部分的細胞質卻變得高度失水,因此,具極強的耐熱性。(參見P52圖3-13) 5)伴孢晶體(parasporal crystal):少數芽孢桿菌,例如蘇云金芽孢桿菌(Bacillus thuringiensis)在其形成芽孢的同時,會在芽孢旁形成一顆菱形或雙錐形的堿溶性蛋白晶體內毒素,稱為伴孢晶體。特點:不溶于水,對蛋白酶類不敏感;容易溶于堿性溶劑。伴孢晶體對200多種昆蟲尤其是鱗翅目的幼蟲有毒殺作用,因而可將這類產伴孢晶體的細菌制成有利于環(huán)境保護的生物農藥細菌殺蟲劑。 6、細菌細胞壁以外的構造糖被(glycocalyx) 1) 概念:包被于某些細菌細胞壁外的一層厚度不定的膠狀物質。糖被按其有無固定層次、層次厚薄又可細分為莢膜(capsule或macrocapsule,大莢膜)、微莢膜(microcapsule)、粘液層(slime layer)和菌膠團(zoogloea)。 2)特點: (1)主要成分是多糖、多肽或蛋白質,尤以多糖居多。經特殊的莢膜染色,特別是負染色(又稱背景染色)后可在光學顯微鏡清楚地觀察到它的存在。 (2)產生糖被是微生物的一種遺傳特性,其菌落特征及血清學反應是是細菌分類鑒定的指標之一。 (3)莢膜等并非細胞生活的必要結構,但它對細菌在環(huán)境中的生存有利。(詳見P 57-58)(4)細菌糖被與人類的科學研究和生產實踐有密切的關系。(詳見P58) 7、細菌細胞壁以外的構造 鞭毛(flagellum,復flagella) 1) 概念:某些細菌細胞表面著生的一至數十條長絲狀、螺旋形的附屬物,具有推動細菌運動功能,為細菌的“運動器官”。 醫(yī)學全在線友情提供 鞭毛的有無和著生方式具有十分重要的分類學意義:單端鞭毛;端生叢毛;兩端生鞭毛;周生鞭毛等。 2)觀察和判斷細菌鞭毛的方法 電子顯微鏡直接觀察; 光學顯微鏡下觀察:鞭毛染色和暗視野顯微鏡; 根據培養(yǎng)特征判斷:半固體穿刺、菌落(菌苔)形態(tài)。 8、細菌細胞壁以外的構造菌毛(fimbria,復數fimbriae):長在細菌體表的纖細、中空、短直、數量較多的蛋白質類附屬物,具有使菌體附著于物體表面的功能。 每個細菌約有250300條菌毛。有菌毛的細菌一般以革蘭氏陰性致病菌居多,借助菌毛可把它們牢固地粘附于宿主的呼吸道、消化道、泌尿生殖道等的粘膜上,進一步定殖和致病。9、細菌細胞壁以外的構造 性毛(pili,單數pilus)構造和成分與菌毛相同,但比菌毛長,數量僅一至少數幾根。性毛一般見于革蘭氏陰性細菌的雄性菌株(即供體菌)中,其功能是向雌性菌株(即受體菌)傳遞遺傳物質。有的性毛還是RNA噬菌體的特異性吸附受體。 二、放線菌 (一)概念:在形態(tài)上具有分枝狀菌絲、菌落形態(tài)與霉菌相似,以孢子進行繁殖。“介于細菌與絲狀真菌之間又接近細菌的一類絲狀原核生物”放線菌:1)屬于原核微生物,2)細胞形態(tài)為分枝狀菌絲。 (二)形態(tài)與結構 單細胞,大多由分枝發(fā)達的菌絲組成; 菌絲直徑與桿菌類似,約1mm; 細胞壁組成與細菌類似,革蘭氏染色陽性(少數陰性); 細胞的結構與細菌基本相同; 按形態(tài)和功能可分為營養(yǎng)、氣生和孢子絲三種。 1、營養(yǎng)菌絲:匍匐生長于培養(yǎng)基內,吸收營養(yǎng),也稱基內菌絲。一般無隔膜,直徑0.2-0.8 mm,長度差別很大,有的可產生色素。 2、氣生菌絲:營養(yǎng)菌絲發(fā)育到一定階段,伸向空間形成氣生菌絲,疊生于營養(yǎng)菌絲上,可覆蓋整個菌落表面。在光學顯微鏡下觀察,顏色較深,直徑較粗(1-1.4 mm),有的產色素。 3、孢子絲:氣生菌絲發(fā)育到一定階段,其上可分化出形成孢子的菌絲,即孢子絲,又稱產孢絲或繁殖菌絲。其形狀和排列方式因種而異,常被作為對放線菌進行分類的依據。 (三)生長與繁殖繁殖方式: 1)無性孢子;存在多種孢子形成方式 2)菌絲斷裂:常見于液體培養(yǎng)中。 (四)菌落形態(tài) 1)能產生大量分枝和氣生菌絲的菌種(如鏈霉菌):菌落質地致密,與培養(yǎng)基結合緊密,小而不蔓延,不易挑起或挑起后不易破碎。 2)不能產生大量菌絲體的菌種(如諾卡氏菌):粘著力差,粉質,針挑起易粉碎 (五)分布特點及與人類的關系 1)放線菌常以孢子或菌絲狀態(tài)極其廣泛地存在于自然界,土壤中最多,其代謝產物使土壤具有特殊的泥腥味。 2)能產生大量的、種類繁多的抗生素(其中90%由鏈霉菌產生)。 3)有的放線菌可用于生產維生素、酶制制;此外,在甾體轉化、石油脫蠟、烴類發(fā)酵、污水處理等方面也有應用; 4)少數寄生型放線菌可引起人、動物(如皮膚、腦、肺和腳部感染)、植物(如馬鈴薯和甜菜的瘡痂病)的疾病。三、支原體、立克次氏體和衣原體革蘭氏陰性細菌,其大小和特性均介于通常的細菌與病毒之間。 (一)立克次氏體(Rickettsia) 1、概念:立克次氏體是大小介于通常的細菌與病毒之間,在許多方面類似細菌,專性活細胞內寄生的原核微生物。 2、特性 1)某些性質與病毒相近: a專性活細胞寄生物,除五日熱(戰(zhàn)壕熱)立克次氏體(Rickettsia wolhynica)外均不能在人工培養(yǎng)基上生長繁殖。 b體內酶系不完全,一些必需的養(yǎng)料需從宿主細胞獲得; c 細胞膜比一般細菌的膜疏松; d大小介于病毒與一般細菌之間。 2)從一種宿主傳至另一宿主的特殊生活方式主要媒介:節(jié)肢動物(虱、蜱、螨等)。通過節(jié)肢動物叮咬和排泄物傳播給人和其他動物。有的立克次氏體釀成嚴重疾病,如人類的流行性斑疹傷寒、羌蟲熱、Q熱等。 (二)支原體(Mycoplasma) 1、概念:又稱類菌質體,是介于一般細菌與立克次氏體之間的原核微生物。 2、特性 1)無細胞壁,只有細胞膜,細胞形態(tài)多變; 2)個體很小,能通過細菌過濾器,曾被認為是最小的可獨立生活的細胞型生物。 球狀體:0.2-0.25 m,最小達0.1 m; 絲狀體:最長可達150 m,因細胞柔軟且具扭曲性,致使細胞能通過孔徑比自身小得多的過濾器。 3)可進行人工培養(yǎng),但營養(yǎng)要求苛刻,菌落微小,呈典型的 “油煎荷包蛋”形狀; 4)一些支原體能引起人類、牲畜、家禽和作物的病害疾病; 5)應用活組織細胞培養(yǎng)病毒或體外組織細胞培養(yǎng)時,常被支原體污染。 (三)衣原體(Chlamydia) 1、概念:介于立克次氏體與病毒之間,能通過細菌濾器,專性活細胞內寄生的一類原核微生物。過去誤認為“大病毒”,但它們的生物學特性更接近細菌而不同于病毒。 2、特性 1)細胞結構與細菌類似; 2)細胞呈球形或橢圓形,直徑0.2-0.3 m,能通過細菌濾器;具有類似的細胞壁,細胞壁內也含有胞壁酸、二氨基庚二酸;70S核糖體也是由30S和50S二個亞基組成; 3)專性活細胞內寄生:衣原體有一定的代謝活性,能進行有限的大分子合成,但缺乏產生能量的系統(tǒng),必須依賴宿主獲得ATP,因此又被稱為“能量寄生型生物”。 4)在宿主細胞內生長繁殖具有獨特的生活周期,即存在原體和始體兩種形態(tài)。(參見P350)5)衣原體廣泛寄生于人類、哺乳動物及鳥類,少數致病; 沙眼衣原體是人類砂眼的病原體,甚至引起結膜炎、角膜炎、等臨床癥狀,成為致盲的重要原因。 四、粘細菌(myxobacteria) 一、概念:粘細菌又名子實粘細菌,是一類具有最復雜的行為模式和生活史的原核微生物。二、生活史 1、營養(yǎng)細胞:桿狀、柔軟、缺乏堅硬的細胞壁,無鞭毛,產生粘液,可在固體表面作“滑行”運動,以分裂方式進行繁殖。 2、子實體:營養(yǎng)細胞發(fā)育到一定階段,在適宜的條件下形成形態(tài)各異,肉眼可見的子實體。五、蛭弧菌(Bdellovibrio) (一)概念:寄生于其它細菌并導致其裂解的一類弧菌,其行為類似噬菌體。 (二)用途:可能成為防治有害細菌的一種有力武器。 六、藍細菌(Cyanobacteria) 1、概念:也稱藍藻或藍綠藻(blue-green algae),是一類含有葉綠素a、能以水作為供氫體和電子供體、通過光合作用將光能轉變成化學能、同化CO2為有機物質的光合細菌。以前曾歸于藻類,因為它和高等植物一樣具有光和色素(葉綠素a),能進行產氧型光合作用。第二節(jié) 古生菌(Archaea) 一、概念的提出:1977年,Carl Woese以16S 原名:古細菌(Archaebacteria);后改名:古生菌(Archaea)t多生活于一些生存條件十分惡劣的極端環(huán)境中,例如高溫、高鹽、高酸等。trRNA序列比較為依據,提出的獨立于真細菌和真核生物之外的生命的第三種形式。在分類地位上與真細菌和真核生物并列為三域(Domain),并且在進化譜系上更接近真核生物。在細胞構造上與真細菌較為接近,同屬原核生物。 二、細胞形態(tài):在顯微鏡下,古生菌與細菌具有類似的個體形態(tài)。 三、細胞結構:在細胞的結構與功能上,古生菌既有類似真細菌之處,也有類似真核生物之處,還具有一些自己獨特的特點。 (一)細胞壁:具有與真細菌類似功能的細胞壁;細胞壁的結構和化學成分均差別甚大;已研究過的一些古生菌,它們細胞壁中沒有真正的肽聚糖,而是由多糖(假肽聚糖)、糖蛋白或蛋白質構成的。 (三)細胞質和內含物:無復雜內膜的細胞器,核糖體為70 S。 (四)核區(qū):沒有具有核仁、核摸的細胞核,染色體DNA為共價閉和環(huán)狀。 第三節(jié) 真核微生物 真核微生物的特征:細胞核具有核膜;能進行有絲分裂;細胞質中存在線粒體或同時存在葉綠體等細胞器; 真菌:是一類低等真核生物, 特點: 1、核:具有細胞核,進行有絲分裂; 2、細胞器:細胞質中含有線粒體但沒有葉綠體,不進行光合作用,無根、莖、葉的分化; 3、繁殖:以產生有性孢子和無性孢子二種形式進行繁殖; 4、營養(yǎng)方式:為化能有機營養(yǎng)(異養(yǎng))、好氧; 5、運動:不運動(僅少數種類的游動孢子有1-2根鞭毛); 6、種類:繁多,形態(tài)各異、大小懸殊,細胞結構多樣。 一、霉菌 (一)概念:霉菌(mold)是一些“絲狀真菌”的統(tǒng)稱,不是分類學上的名詞。霉菌菌體均由分枝或不分枝的菌絲(hypha)構成。許多菌絲交織在一起,稱為菌絲體(mycelium)。(參見P33) (二)分布特點及與人類的關系 (三)形態(tài)結構 1、菌絲: 1)細胞形態(tài):無隔膜菌絲;有隔膜菌絲 m,比一般細菌和放線菌菌絲大幾到幾十倍。m2)菌絲功能:營養(yǎng)菌絲;氣生菌絲;繁殖菌絲霉菌菌絲直徑約為210 2、菌絲的特化:1)菌環(huán);2)菌網;3)附枝:匍匐菌絲、假根(類似樹根,吸收營養(yǎng)),功能是固著和吸收營養(yǎng)。4)附著枝;5)吸器;6)附著胞;7)菌核;8)子座等 3、細胞結構:細胞壁的化學成分。 (四)菌落:由粗而長的分枝狀菌絲組成,菌落疏松,呈絨毛狀、絮狀或蜘蛛網狀,比細菌菌落大幾倍到幾十倍,有的沒有固定大小。各種霉菌,在一定培養(yǎng)基上形成的菌落大小、形狀、顏色等相對穩(wěn)定,所以菌落特征也為分類依據之一。 (五)霉菌繁殖方式及生活史霉菌的繁殖方式:無性孢子;有性孢子;菌絲斷片 1)無性孢子繁殖:無性孢子有:厚垣孢子、節(jié)孢子、分生孢子、孢囊孢子等。 2)有性孢子繁殖:兩個性細胞結合產生新個體的過程: a)質配:兩個性細胞結合,細胞質融合,成為雙核細胞每個核均含單倍染色體(n+n)。 b)核配:兩個核融合,成為二倍體接合子核,此時核的染色體數是二倍(2n)。 c)減數分裂:具有雙倍體的細胞核經過減數分裂,核中的染色體數目又恢復到單倍體狀態(tài)(n)。 e)霉菌的有性孢子包括接合孢子、卵孢子、子囊孢子等。半知菌:有一些霉菌,至今尚未發(fā)現其生活史中有有性繁殖階段,這類真菌稱為半知菌 二、酵母菌 (一)概念:酵母菌(yeast)是一群單細胞的真核微生物。這個術語也是無分類學意義的普通名稱,通常用于以芽殖或裂殖來進行無性繁殖單細胞真菌,以與霉菌區(qū)分開。有些可產生子囊孢子進行有性繁殖。(參見P34) (二)分布及與人類的關系1、多分布在含糖的偏酸性環(huán)境,也稱為“糖菌”。 (三)形態(tài)結構1、個體形態(tài)形態(tài):卵圓、圓、圓柱、梨形等單細胞, 大小:細胞直徑一般比細菌粗10倍左右; 假菌絲:有的酵母菌子代細胞連在一起成為鏈狀。2、細胞結構:細胞壁的化學成分。 (四)菌落特征:與細菌菌落類似,但一般較細菌菌落大且厚,表面濕潤,粘稠,易被挑起,多為乳白色,少數呈紅色。 (五)繁殖方式和生活史 1、無性繁殖1)芽殖;2)裂殖 2、有性繁殖:酵母菌以形成子囊和子囊孢子的形式進行有性繁殖。 3、生活史:酵母菌單倍體和雙倍體細胞均可獨立存在,有三種類型: 1)單倍體型:營養(yǎng)體只能以單倍體形式存在(核配后立即進行減數分裂) 2)雙倍體型:營養(yǎng)體只能以雙倍體形式存在(核配后不立即進行減數分裂) 3)單雙倍體型:營養(yǎng)體既可以單倍體也可以雙倍體形式存在,都可進行出芽繁殖。 假酵母:酵母菌中尚未發(fā)現其有性階段的酵母 第四章 微生物的營養(yǎng) 營養(yǎng)物質:那些能夠滿足微生物機體生長、繁殖和完成各種生理活動所需的物質。 營養(yǎng):微生物獲得和利用營養(yǎng)物質的過程 第一節(jié) 微生物的營養(yǎng)要求 一、微生物細胞的化學組成 二、營養(yǎng)物質及其生理功能 三、微生物的營養(yǎng)類型生長所需要的營養(yǎng)物質:自養(yǎng)型生物;異養(yǎng)型生物生物生長過程中能量的來源:光能營養(yǎng)型;化能營養(yǎng)型光能自養(yǎng)型:以光為能源,不依賴任何有機物即可正常生長 光能異養(yǎng)型:以光為能源,但生長需要一定的有機營養(yǎng) 化能自養(yǎng)型:以無機物的氧化獲得能量,生長不依賴有機營養(yǎng)物 化能異養(yǎng)型:以有機物的氧化獲得能量,生長依賴于有機營養(yǎng)物質 三、微生物的營養(yǎng)類型 1光能無機自養(yǎng)型(光能自養(yǎng)型)碳源:以CO2為主要唯一或主要碳源;能源:進行光合作用獲取生長所需要的能量;供氫體:以無機物如H2、H2S、S等作為供氫體或電子供體,使CO2還原為細胞物質; 例子:1)藻類及藍細菌等和植物一樣,以水為電子供體,進行產氧型的光合作用。 2)紅硫細菌,以H2S為電子供體,合成細胞物質,并伴隨硫元素的產生。 2光能有機異養(yǎng)型(光能異養(yǎng)型)碳源:不能以CO2為主要或唯一的碳源;供氫體:有機物為供氫體,利用光能將CO2還原為細胞物質;在生長時大多數需要外源的生長因子; 例子:紅螺菌屬中的一些細菌能利用異丙醇作為供氫體,將CO2還原成細胞物質,同時積累丙酮。 3化能無機自養(yǎng)型(化能自養(yǎng)型)碳源:以CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源, 能源:無機物氧化過程中放出的化學能;電子供體:利用H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等。化能無機自養(yǎng)型只存在于微生物中,可在完全無機及無光的環(huán)境中生長。 意義:它們廣泛分布于土壤及水環(huán)境中, 參與地球物質循環(huán)。 4化能有機異養(yǎng)型(化能異養(yǎng)型)碳源:主要是一些有機化合物,如淀粉、糖類、纖維素、有機酸等。能源:有機物氧化過程中放出的化學能; 例子:1)大多數細菌、真菌、原生動物都是化能有機異養(yǎng)型微生物;腐生型(metatrophy):可利用無生命的有機物(如動植物尸體和殘體)作為碳源;寄生型(paratrophy):寄生在活的寄主機體內吸取營養(yǎng)物質,離開寄主就不能生存;在腐生型和寄生型之間還存在中間類型: 兼性腐生型(facultive metatrophy); 兼性寄生型(facultive paratrophy); 注:不同營養(yǎng)類型之間的界限并非絕對(P82): 1)異養(yǎng)型微生物并非絕對不能利用CO2; 2)自養(yǎng)型微生物也并非不能利用有機物進行生長; 5營養(yǎng)缺陷型:某些菌株發(fā)生突變(自然突變或人工誘變)后,失去合成某種(或某些)對該菌株生長必不可少的物質(通常是生長因子如氨基酸、維生素)的能力,必須從外界環(huán)境獲得該物質才能生長繁殖,這種突變型菌株稱為營養(yǎng)缺陷型(auxotroph),相應的野生型菌株稱為原養(yǎng)型(prototroph)。 第二節(jié) 培養(yǎng)基 培養(yǎng)基(medium):是人工配制的,適合微生物生長繁殖或產生代謝產物的營養(yǎng)基質。 任何培養(yǎng)基都應該具備微生物生長所需要六大營養(yǎng)要素:碳源、氮源、無機鹽、能源、生長因子、水。 注:任何培養(yǎng)基一旦配成,必須立即進行滅菌處理(參見P85); 常規(guī)高壓蒸汽滅菌:1.05kg/cm2, 121.315-30分鐘;0.56kg/cm2, 112.6 15-30分鐘; 某些成分進行分別滅菌;過濾除菌; 一、選用和設計培養(yǎng)基的原則和方法 1、選擇適宜的營養(yǎng)物質; 2、營養(yǎng)物的濃度及配比合適; 3、物理、化學條件適宜; 4、經濟節(jié)約; 5、精心設計、試驗比較:進行生態(tài)模擬,研究某種微生物的培養(yǎng)條件; 文獻查閱,設計特定微生物的培養(yǎng)基配方; 試驗比較,確定特定微生物的最佳培養(yǎng)條件。 通常培養(yǎng)pH條件:細菌與放線菌:pH77.5;酵母菌和霉菌:pH4.56范圍內生長;水活度:在天然環(huán)境中,微生物可實際利用的自由水或游離水的含量。 二、培養(yǎng)基的類型及應用 1按成份不同劃分:天然培養(yǎng)基(complex medium):以化學成分還不清楚或化學成分不恒定的天然有機物組成合成培養(yǎng)基(synthetic medium):是由化學成份完全了解的物質配制而成的培養(yǎng)基,也稱化學限定培養(yǎng)基(chemically defined medium)。 2根據物理狀態(tài)劃分:固體培養(yǎng)基;半固體培養(yǎng)基;液體培養(yǎng)基; 3按用途劃分: 1)基礎培養(yǎng)基(minimum medium):在一定條件下含有某種微生物生長繁殖所需的基本營養(yǎng)物質的培養(yǎng)基,也稱為基本培養(yǎng)基。 2)完全培養(yǎng)基(complete medium):在一定條件下含有某種微生物生長繁殖所需的所有營養(yǎng)物質的培養(yǎng)基牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基就是枯草芽孢桿菌等的完全培養(yǎng)基。 3)加富培養(yǎng)基和富集培養(yǎng)基(enrichment medium)加富培養(yǎng)基:在普通培養(yǎng)基(如肉湯蛋白胨培養(yǎng)基)中加入某些特殊營養(yǎng)物質制成的一類營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基。特殊營養(yǎng)物質:血液、血清、酵母浸膏、動植物組織液等。 用途:培養(yǎng)營養(yǎng)要求比較苛刻的異養(yǎng)型微生物。富集培養(yǎng)基:根據待分離微生物的特點設計的培養(yǎng)基,用于從環(huán)境中富集和分離某種微生物。(目的微生物在這種培養(yǎng)基中較其他微生物生長速度快,并逐漸富集而占優(yōu)勢,從而容易達到分離該種微生物的目的。) 4)鑒別培養(yǎng)基(differential medium)用于鑒別不同類型微生物的培養(yǎng)基特定的化學反應,產生明顯的特征性變化,根據這種特征性變化,可將該種微生物與其他微生物區(qū)分開來。 5)選擇培養(yǎng)基(selective medium)用于將某種或某類微生物從混雜的微生物群體中分離出來的培養(yǎng)基根據不同種類微生物的特殊營養(yǎng)需求或對某種化學物質的敏感性不同,在培養(yǎng)基中加入相應的特殊營養(yǎng)物質或化學物質,抑制不需要的微生物的生長,有利于所需微生物的生長。 第三節(jié) 營養(yǎng)物質進入細胞 一、簡單擴散(diffusion)特點: 被動的物質跨膜運輸方式;物質運輸過程中不消耗能量;不能進行逆濃度運輸;運輸速率與膜內外物質的濃度差成正比。擴散并不是微生物細胞吸收營養(yǎng)物質的主要方式,水是唯一可以通過擴散自由通過原生質膜的分子,脂肪酸、乙醇、甘油、苯、一些氣體分子(O2、CO2)及某些氨基酸在一定程度上也可通過擴散進出細胞。 二、促進擴散(facilitated diffusion)特點: 被動的物質跨膜運輸方式;物質運輸過程中不消耗能量;參與運輸的物質在運輸過程中不發(fā)生化學變化;不能進行逆濃度運輸;運輸速率與膜內外物質的濃度差成正比;有載體(carrier)參與。通過促進擴散進行跨膜運輸的物質需要借助與載體(carrier)的作用才能進入細胞,而且每種載體只運輸相應的物質,具有較高的專一性。被運輸的物質:氨基酸、單糖、維生素、無機鹽等 三、主動運輸(active transport)特點:主動的物質跨膜運輸方式;物質運輸過程中需要消耗能量(ATP);可以進行逆濃度運輸;有載體(carrier)參與。主動運輸是廣泛存在于微生物中的一種主要的物質運輸方式 1、初級主動運輸(primary active transport):由電子傳遞系統(tǒng)、ATP酶、或細菌嗜紫紅質引起的質子運輸方式。 2、次級主動運輸(secondary active transport):質子濃度差消失過程中偶聯(lián)其他物質運輸。 有:同向運輸(symport);逆向運輸(antiport);單向運輸(uniport)。 3、基團轉位(group translocation)特點:有一個復雜的運輸系統(tǒng)來完成物質的運輸;物質在運輸過程中發(fā)生化學變化;基團轉位主要用于糖的運輸。 4、Na+,K+-ATP酶(Na+,K+-ATPase)系統(tǒng)四、膜泡運輸(memberane vesicle transport):主要存在于原生動物中。 第 五 章 微生物的代謝 第一節(jié) 代謝概論 代謝(metabolism):細胞內發(fā)生的各種化學反應的總稱。 第二節(jié) 微生物

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