牛大——-微生物

【专家解说】：细菌细胞一般结构 1、细胞壁（cell wall） 是位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的 一层较为坚韧，略具弹性的细胞结构。 证实细胞壁存在的方法： （1）细菌超薄切片的电镜直接观察； （2）质、壁分离与适当的染色，可以在光学显微镜下看到细胞壁； （3）机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁 （4）制备原生质体，观察细胞形态的变化； 细胞壁的功能： （1）固定细胞外形和提高机械强度； （2）为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需； （3）渗透屏障，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，保护细胞免受消化酶和青霉素等有害物质的损伤； （4）细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性的物质基础； 革兰氏染色与细胞壁： 革兰氏阳性细菌的细胞壁:肽聚糖,磷壁酸 肽聚糖,又称粘肽、胞壁质或粘质复合物，是真细菌细胞壁中的特有成分。 特点：厚度大（20~80nm） 化学组分简单，一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸。 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。 主要生理功能： 1、 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，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。 2、 贮藏磷元素； 3、 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； 4、 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） 5、 噬菌体的特异性吸附受体；（可作为细菌分类、鉴定的依据） 6、 能调节细胞内自溶素(autolysin)的活力，防止细胞因自溶而死亡。 细胞壁缺陷细菌： （1）L型细菌：细菌在某些环境条件下（实验室或宿主体内）通过自发突变 而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷变异型 特点： 没有完整而坚韧的细胞壁，细胞呈多形态； 有些能通过细菌滤器，故又称“滤过型细菌”； 对渗透敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋”似 的小菌落（直径在0.1mm左右）； （2）原生质体 特点： 对环境条件变化敏感，低渗透压、振荡、离心甚至通气等都易引起其破裂； 有的原生质体具有鞭毛，但不能运动，也不被相应噬菌体所感染； 在适宜条件（如高渗培养基）可生长繁殖、形成菌落，形成芽孢。及恢复成有细胞壁的正常结构。比正常有细胞壁的细菌更易导入外源遗传物质，是研究遗传规律和进行原生质体育种的良好实验材料。 （3）球状体 采用上述同样方法，针对革兰氏阴性细菌处理后而获得的残留部分细胞壁（外壁层）的球形体。与原生质体相比，它对外界环境具有一定的抗性，可在普通培养基上生长。 （4）支原体 在长期进化过程中形成的、适应自然生活条件的无细胞壁的原核生物。 2、细胞膜 生理功能： ①选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送； ②是维持细胞内正常渗透压的屏障； ③合成细胞壁和糖被的各种组分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、 荚膜多糖等）的重要基地； ④膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶系，是细胞的产能场所； ⑤是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位； 3、细胞质和内含物 概念：细胞质（cytoplasm）是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。含水量约80%。 细胞质的主要成分为核糖体、贮藏物、多种酶类和中间代谢物、质粒、各种营养物和大分子的单体等，少数细菌还有类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等。 贮藏物 是一类由不同化学成分累积而成的不溶性沉淀颗粒，主要功能是贮存营养物。 1、聚-β-羟丁酸 类脂性质的碳源类贮藏物。它无毒、可塑、易降解，被认为是生产医用塑料、生物降解塑料的良好原料。 2、多糖类贮藏物： 在真细菌中以糖原为多 糖原粒较小，不染色需用电镜观察，用碘液染成褐色，可在光学显微镜下看到有的细菌积累淀粉粒，用碘液染成深兰色 3、异染粒： 颗粒大小为0.5～1.0μm，是无机偏磷酸的聚合物， 一般在含磷丰富的环境下形成。 功能是贮藏磷元素和能量，并可降低细胞的渗透压 4、藻青素： 一种内源性氮源贮藏物，同时还兼有贮存能源的作用。 通常存在于蓝细菌中。 5、硫粒: 很多真细菌在进行产能代谢或生物合成时，常涉及对还原性的硫化物如H2S，硫代硫酸盐等的氧化。 在环境中还原性硫素丰富时，常在细胞内以折光性很强的硫粒的形式积累硫元素。 当环境中环境中还原性硫缺乏时，可被细菌重新利用。 微生物储藏物的特点及生理功能： 1、不同微生物其储藏性内含物不同（例如厌气性梭状芽孢杆菌只含PHB，大肠杆菌只储藏糖原，但有些光和细菌二者兼有） 2、微生物合理利用营养物质的一种调节方式。当环境中缺乏能源而碳源丰富时，细胞内就储藏较多的碳源类内含物，甚至达到细胞干重的50%，如果把这样的细胞移入有氮的培养基时， 这些储藏物将被作为碳源和能源而用于合成反应 3、储藏物以多聚体的形式存在，有利于维持细胞内环境的平衡，避免不适合的pH，渗透压等的危害。（例如羟丅基丁酸分子呈酸性，而当其聚合成聚-β-羟丁酸（ PHB）就成为中性脂肪酸了，这样便能维持细胞内中性环境，避免菌体内酸性增高。） 4、储藏物在细菌细胞中大量积累，还可以被人们利用 磁小体 趋磁细菌细胞中含有的大小均匀、数目不等的Fe3O4颗粒，外有一层磷脂、蛋白或糖蛋白膜包裹。 功能是导向作用，即借鞭毛游向对该菌最有利的泥、水界面微氧环境处生活 实用前景，包括生产磁性定向药物或抗体，以及制造生物传感器等 羧酶体 一些自养细菌细胞内的多角形或六角形内含物 其大小与噬菌体相仿，在自养细菌的CO2固定中起着关键作用 气泡 许多光合营养型、无鞭毛运动的水生细菌中存在的充满气体的泡囊状内含物 功能：调节细胞比重以使细胞漂浮在最适水层中获取光能、O2和营养物质 载色体 光和细菌进行光和作用的部位；相当于绿色植物的叶绿体 核糖体 质粒 细菌染色体外的遗传物质，为细菌细胞非必需遗传物质，可游离或整合在染色体上 细菌细胞特殊结构 1、芽孢 概念：某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体，称为芽孢 细菌芽孢的特点： 整个生物界中抗逆性最强的生命体，是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要指标 芽孢是细菌的休眠体，在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞；产芽孢细菌的保藏多用其芽孢 产芽孢的细菌多为杆菌，也有一些球菌。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 芽孢与营养细胞相比化学组成存在较大差异，容易在光学显微镜下观察。（相差显微镜直接观察；芽孢染色） 伴孢晶体 特点：不溶于水，对蛋白酶类不敏感；容易溶于碱性溶剂 伴孢晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫有毒杀作用，因而可将这类产伴孢晶体的细菌制成有利于环境保护的生物农药——细菌杀虫剂。 2、糖被 包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质。 糖被按其有无固定层次、层次厚薄又可细分为荚膜、微荚膜粘液层和菌胶团。 特点 （1）主要成分是多糖、多肽或蛋白质，尤以多糖居多。经特殊的荚膜染色，特别是负染色（又称背景染色）后可在光学显微镜清楚地观察到它的存在。 （2）产生糖被是微生物的一种遗传特性，其菌落特征及血清学反应是是细菌分类鉴定的指标之一。 （3）荚膜等并非细胞生活的必要结构，但它对细菌在环境中的生存有利。（防止噬菌体入侵、在不良条件下的养分供应 （4）细菌糖被与病源菌的致病性有关。 （5）细菌糖被有利于自生固氮菌在好氧条件下的固氮作用 3、鞭毛 概念：某些细菌细胞表面着生的一至数十条长丝状、螺旋形的附属物，具有推动细菌运动功能，为细菌的“运动器官”。 观察和判断细菌鞭毛的方法 电子显微镜直接观察 光学显微镜下观察：鞭毛染色和暗视野显微镜 根据培养特征判断：半固体穿刺、菌落（菌苔）形态 鞭毛的生长方式是在其顶部延伸 鞭毛推动细菌运动的特点： （1）速度 一般速度在每秒20～80μm范围，最高可达每秒100μm（每分钟达到3000倍体长），超过了陆上跑得最快的动物——猎豹的速度（每分钟1500倍体长或每小时110公里）。 （2）方式 细菌以推进方式做直线运动， 以翻腾形式做短促转向运动 （3）细菌的趋避运动 鞭毛的功能是运动，这是原核生物实现其趋性，即趋向性的最有效方式。 4、菌毛 长在细菌体表的纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质类附属物，具有使菌体附着于物体表面的功能。 每个细菌约有250～300条菌毛。有菌毛的细菌一般以革兰氏阴性致病菌居多，借助菌毛可把它们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，进一步定殖和致病。 5、性毛 构造和成分与菌毛相同，但比菌毛长，数量仅一至少数几根 性毛一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌株（即供体菌）中，其功能是向雌性菌株（即受体菌）传递遗传物质。有的性毛还是RNA噬菌体的特异性吸附受体 放线菌 概念 在形态上具有分枝状菌丝、菌落形态与霉菌相似，以孢子进行繁殖 放线菌是具有菌丝、以孢子进行繁殖、革兰氏染色阳性的一类原核微生物，属于真细菌范畴。 形态与结构 单细胞，大多由分枝发达的菌丝组成； 菌丝直径与杆菌类似，约1mm； 细胞壁组成与细菌类似，革兰氏染色阳性（少数阴性）； 细胞的结构与细菌基本相同， 按形态和功能可分为营养、气生和孢子丝三种。 繁殖方式 1、 无性孢子 2、 菌丝断裂：常见于液体培养中，工业发酵生产抗生素时都以此法大量繁殖放线菌 细菌的芽孢是休眠体，而放线菌的孢子是繁殖体 菌落形态 1、能产生大量分枝和气生菌丝的菌种（如链霉菌） 菌落质地致密，与培养基结合紧密，小而不蔓延，不易挑起或挑起后不易破碎。 2、不能产生大量菌丝体的菌种（如诺卡氏菌） 粘着力差，粉质，针挑起易粉碎 分布特点及与人类的关系 放线菌常以孢子或菌丝状态极其广泛地存在于自然界，土壤中最多，其代谢产物使土壤具有特殊的泥腥味。 能产生大量的、种类繁多的抗生素（其中90%由链霉菌产生） 有的放线菌可用于生产维生素、酶制制；此外，在甾体转化、石油脱蜡、烃类发酵、污水处理等方面也有应用 少数寄生型放线菌可引起人、动物（如皮肤、脑、肺和脚部感染）、植物（如马铃薯和甜菜的疮痂病）的疾病。 立克次氏体 1、 概念 是大小介于通常的细菌与病毒之间，在许多方面类似细菌，专性活细胞内寄生的原核微生物。 2、 特性 1）某些性质与病毒相近 体内酶系不完全，一些必需的养料需从宿主细胞获得； 细胞膜比一般细菌的膜疏松：可透性膜，使它们有可能容易从宿主细胞获得大分子物质，但也决定了它们一旦离开宿主细胞则易死亡 2）从一种宿主传至另一宿主的特殊生活方式 支原体 1、概念 又称类菌质体，是介于一般细菌与立克次氏体之间的原核微生物 2、特性 1）无细胞壁，只有细胞膜，细胞形态多变 2）个体很小，能通过细菌过滤器，曾被认为是最小的可独立生活的细胞型生物。 3）可进行人工培养，但营养要求苛刻，菌落微小，呈典型的“油煎荷包蛋”形状； 4）一些支原体能引起人类、牲畜、家禽和作物的病害疾病 5）应用活组织细胞培养病毒或体外组织细胞培养时，常被支原体污染； 衣原体 1、概念 介于立克次氏体与病毒之间，能通过细菌滤器，专性活细胞内寄生的一类原核微生物。 2、特性 1）细胞结构与细菌类似； 2）细胞呈球形或椭圆形，直径0.2-0.3 mm，能通过细菌滤器； 3）专性活细胞内寄生（衣原体有一定的代谢活性，能进行有限的大分子合成，但缺乏产生能量的系统，必须依赖宿主获得ATP，因此又被称为“能量寄生型生物”）； 4）在宿主细胞内生长繁殖具有独特的生活周期，即存在原体和始体两种形态 5）衣原体广泛寄生于人类、哺乳动物及鸟类，少数致病（沙眼衣原体）； 6）衣原体不耐热，60度10分钟即被灭活，但它不怕低温，冷冻干燥可保藏多年。对红霉素、氯霉素、四环素敏感 蓝细菌 1、概念 也称蓝藻或蓝绿藻，是一类含有叶绿素a、能以水作为供氢体和电子供体、通过光合作用将光能转变成化学能、同化CO2为有机物质的光合细菌 2、特性 1）分布极广； 2）形态差异极大，有球状、杆状和丝状等形态 3）细胞中含有叶绿素a，进行产氧型光合作用； 4）具有原核生物的典型细胞结构：细胞核无核膜，也不进行有丝分裂，细胞壁含胞壁酸 和二氨基庚二酸，革兰氏染色阴性 5）营养极为简单，不需要维生素，以硝酸盐或氨作为氮源，多数能固氮，其异形细胞是进行固氮的场所。 6）分泌粘液层、荚膜或形成鞘衣，因此具有强的抗干旱能力。 7）无鞭毛，但能在固体表面滑行，进行光趋避运动 8）许多种类细胞质中有气泡，使菌体漂浮，保持在光线最充足的地方，以利光合作用 原生动物 1、概念 是单细胞的真核生物。细胞结构比较复杂。分布广泛，营养类型多为吞噬方式，少数有光合方式。 2、形态结构 1、个体形态 形态多样，大小相差较大 2、细胞结构 除常规结构外，还有些具有特殊功能的结构 鞭毛和纤毛（9+2） 3、 繁殖方式 1、无性繁殖 （1）芽殖；（2）裂殖 2、有性繁殖 同配生殖；结合生殖 病毒 1、特点 1）不具有细胞结构，具有一般化学大分子的特征。(例如一些简单的病毒仅由核酸和蛋白质外壳（coat）构成，故可把它们视为核蛋白分子) 2）一种病毒的毒粒内只含有一种核酸，DNA或者RNA。(朊病毒甚至仅由蛋白质构成) 3）大部分病毒没有酶或酶系极不完全，不含催化能量代谢的酶，不能进行独立的代谢作用。 4）严格的活细胞内寄生，没有自身的核糖体，没有个体生长，也不进行二均分裂，必须依赖宿主细胞进行自身的核酸复制，形成子代。 5）个体微小，在电子显微镜下才能看见。 6）对大多数抗生素不敏感，对干扰素敏感。(例如利福平可抑制痘病毒复制) 病毒是一类既具有化学大分子属性，又具有生物体基本特征；既具有细胞外的感染性颗粒形式，又具有细胞内的繁殖性基因形式的独特生物类群。是超显微的、没有细胞结构的、专性活细胞内寄生的实体 2、定义（至今无完整定义） 3、病毒颗粒： 病毒的细胞外颗粒形式，也是病毒的感染性形式 大多数噬菌体都是以裂解细胞方式释放 4、噬菌体 烈性噬菌体：感染宿主细胞后能在细胞内正常复制并最终杀死细胞，形成裂解循环 温和噬菌体或称溶源性噬菌体：感染宿主细胞后不能完成复制循环，噬菌体基因组 长期存在于宿主细胞内，没有成熟噬菌体产生。这一现象称做溶源性现象 溶源性感染对细胞的影响： 溶源菌中的温和噬菌体基因组通常不影响细胞的繁殖功能，但它们可能引起其他的细胞变化。 (1)免疫性 被温和噬菌体感染后形成的溶源性细菌具有“免疫性”，即其它同类噬菌体虽然可以再次感染该细胞，但不能增殖，也不能导致溶源性细菌裂解 (2)溶源转变 溶源性细菌有时还能获得一些新的生理特性，例如白喉杆菌只有在含有特定 类型的原噬菌体时才能产生白喉毒素，引起被感染机体发病 微生物的营养 1、概念 营养物质：那些能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质 营养：微生物获得和利用营养物质的过程 营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是生物维持和延续其生命形式的一种生理过程 2、微生物生长所需要的营养物质及其生理功能 碳源物质；氮源物质；能源物质；无机盐；生长因子；水 3、微生物的营养类型 光能自养型：以光为能源，不依赖任何有机物即可正常生长 光能异养型：以光为能源，但生长需要一定的有机营养 化能自养型：以无机物的氧化获得能量，生长不依赖有机营养物 化能异养型：以有机物的氧化获得能量，生长依赖于有机营养物质 光能无机自养型和光能有机异养型微生物可利用光能生长，在地球早期生态环境的演化过程中起重要作用 不同营养类型之间的界限并非绝对： 异养型微生物并非绝对不能利用CO2 自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长 有些微生物在不同生长条件下生长时,其营养类型也会发生改变 微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化的适应能力 微生物的培养基 1、 概念 培养基： 是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质 2、选用和设计培养基的原则和方法 1、选择适宜的营养物质 实验室的常用培养基： 细菌：牛肉膏蛋白胨培养基（或简称普通肉汤培养基）； 放线菌：高氏1号合成培养基培养； 酵母菌：麦芽汁培养基； 霉菌：查氏合成培养基； 实验室一般培养：普通常用培养基； 遗传研究：成分清楚的合成培养基； 生理、代谢研究：选用相应的培养基配方； 例如枯草芽孢杆菌： 一般培养：肉汤培养基或LB培养基； 自然转化：基础培养基； 观察芽孢：生孢子培养基； 产蛋白酶：以玉米粉、黄豆饼粉为主的产酶培养基 2、营养物的浓度及配比合适 营养物质的浓度适宜：高浓度糖类物质、无机盐、重金属离子等不仅不能维持和促进微生物的生长，反而起到抑制或杀菌作用 营养物质之间的配比适宜：培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微生物的生长 繁殖和(或)代谢产物的形成和积累，其中碳氮比(C/N)的影响较大 3、物理、化学条件适宜 pH；培养基的pH必须控制在一定的范围内，以满足不同类型微生物的生长繁殖或产生代谢产物。为了维持培养基pH的相对恒定，通常在培养基中加入pH缓冲剂，或在进行工业发酵时补加酸、碱 水活度；在天然环境中，微生物可实际利用的自由水或游离水的含量，纯水αw为1.00,溶液中溶质越多, αw越小。微生物一般在αw为0.60～0.99的条件下生长, αw过低时,微生物生长的迟缓期延长,比生长速率和总生长量减少。微生物不同，其生长的最适αw不同 氧化还原电位；就向微生物与pH的关系一样，不同类型微生物生长对氧化还原电位(Ф)的要求不同。氧化还原电位与氧分压和pH有关,也受某些微生物代谢产物的影响增加通气量(如振荡培养、搅拌)提高培养基的氧分压，或加入氧化剂，从而增加Ф值；在培养基中加入抗坏血酸（0.1%）、硫化氢(0.025%)、半胱氨酸（<0.05%)、谷胱甘肽、二硫苏糖醇、庖肉等还原性物质可降低Ф值 4、经济节约 以粗代精：对微生物来说，各种粗原料营养更加完全，效果更好。而且在经济上也节约 以废代好 以烃代粮：以石油或天然气副产品代替糖质原料来培养微生物 以简代繁 以纤代糖 以无机氮代蛋白 5、精心设计、试验比较 进行生态模拟，研究某种微生物的培养条件； 文献查阅，设计特定微生物的培养基配方； 试验比较，确定特定微生物的最佳培养条件； 3、培养基的类型 1．按成份不同划分 天然培养基：以化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物组成 合成培养基：是由化学成份完全了解的物质配制而成的培养基，也称化学限定培养基 2．根据物理状态划分 固体培养基；半固体培养基；液体培养基； 3．按用途划分 （1）基础培养基：在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基，也称为基本培养基 （2）完全培养基：在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的所有营养物质的培养基 （3）加富培养基和富集培养基：在普通培养基（如肉汤蛋白胨培养基）中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基（目的微生物在这种培养基中较其他微生物生长速度快，并逐渐富集而占优势，从而容易达到分离该种微生物的目的） （4）鉴别培养基：用于鉴别不同类型微生物的培养基特定的化学反应，产生明显的特征性变化，根据这种特征性变化,可将该种微生物与其他微生物区分开来 （5）选择培养基：用于将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基根据不同种类微生物的特殊营养需求或对某种化学物质的敏感性不同，在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的生长，有利于所需微生物的生长 营养物质进入细胞 1、扩散 物质跨膜扩散的能力和速率与该物质的性质有关,分子量小、脂溶性、极性小的物质易通过扩散进出细胞 扩散并不是微生物细胞吸收营养物质的主要方式,水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子,脂肪酸、乙醇、甘油、苯、一些气体分子(O2、CO2)及某些氨基酸在一定程度上也可通过扩散进出细胞 2、促进扩散 特点： （1）被动的物质跨膜运输方式； （2）物质运输过程中不消耗能量； （3）参与运输的物质本身的分子结构不发生变化； （4）不能进行逆浓度运输； （5）运输速率与膜内外物质的浓度差成正比。 通过促进扩散进行跨膜运输的物质需要借助与载体的作用才能进入细胞，而且每种载体只运输相应的物质，具有较高的专一性。 载体只影响物质的运输速率，并不改变该物质在膜内外形成的动态平衡状态； 这种性质都类似于酶的作用特征，因此载体蛋白也称为透过酶； 透过酶大都是诱导酶,只有在环境中存在机体生长所需的营养物质时，相应的透过酶才合成。 3、主动运输 主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式 运输物质所需能量来源： 1. 协同运输中的离子梯度动力； 2. ATP驱动的泵通过水解ATP获得能量； 3. 光驱动的泵利用光能运输物质，见于细菌 4、膜泡运输 膜泡运输主要存在于原生动物中，特别是变形虫，为这类微生物的一种营养物质的运输方式)。