“十二五”职业教育国家规划教材·微生物学及其技能训练(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：李志香,张家国

出版社：中国轻工业出版社

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“十二五”职业教育国家规划教材·微生物学及其技能训练试读：

前言

微生物学是食品类、生化与药品类等相关专业职业教育的主干专业基础课程之一，为进一步发挥该教材的作用和使用效果，拓宽使用专业范围，教材再版的名称改为《微生物学及其技能训练》，编写体例仍保持了原有风格。全书共分两篇，十五章。第一篇微生物学基础共分十章内容，考虑到生物类、食品类等相关专业均开设食品安全等课程，再版教材删除了“微生物与食品安全”一章，并对相关章节内容、图片和知识窗部分作了适当扩充调整和更新，从而进一步增强了趣味性、可读性，适当体现了微生物学近年来的发展和应用性。第二篇为技能训练部分，在保持原有的实践性、应用性、实用性、技能性与创新性于一体特色的基础上，遵循由易到难的原则，安排调整更新了部分实验内容；加强了基础和技能实训，扩充增加了十三章微生物学技能实训的选做项目，以利于不同专业任课教师根据本专业的教学实际进行选择，而留有更大的空间和选择余地。对涉及微生物学检验的相关实验如菌落总数、大肠菌群的检验、环境和人体表面微生物的检验等实验项目，依据国家颁布的新标准进行了修订和更新。

本教材适用于生物技术及应用、食品营养与检测、食品加工技术、食品贮运与营销、农产品质量检测、生物技术制药等相关职业教育专业用书，并可作为相关专业教学以及职业技术从业人员的参考用书。

本书配有与教材配套的数字化教学资源。为提高学生学习兴趣、方便学生自学和方便教师备课教学，设有教学课件，助教图片及flash动画和相关视频。

数字化教学资源制作：①课件编制：李志香第一章、第二章、第三章、第七章，高玲美第四章，史晓华第五章、第六章，鲁梅第八章，杨艳芬第九章；②助教图片及flash动画和相关视频由李志香汇编。

参与本书修订工作的老师都是长期从事微生物学教学和研究的资深及骨干教师，在教材修订工作中他们将多年来教学改革研究成果均渗透融合到相关编写内容中，他们是：齐鲁师范学院李志香教授，山东职业学院史晓华教授，潍坊工程职业学院鲁梅副教授，日照职业技术学院胡晓文讲师，山东经贸职业学院杨艳芬讲师，齐鲁师范学院高玲美副教授、丁宏伟副教授，张帜讲师、徐琛讲师。全书由李志香统稿。对他们的协作和支持以及辛勤付出表示诚挚的谢意。

限于编者水平和时间，书中难免有错误和疏漏之处，敬请各位同仁不吝赐教和批评指正，我们将会在再版时进行纠正。谢谢！李志香第一篇微生物学基础第一章 绪论

学习目标

1.掌握微生物的概念。

2.了解微生物在生物界的分类地位。

3.理解微生物的一般特点。

4.明确微生物学的研究内容和任务。

5.了解微生物的基本研究方法。第一节 微生物学的研究对象、任务和分科一、微生物的概念及主要类群（一）什么是微生物

微生物（microorganism）是指广泛存在于自然界中的一大群个体体积微小，结构简单，大多是单细胞，少数是多细胞，甚至没有细胞结构的低等生物。这些微小的生物必须借助于光学显微镜和电子显微镜才能看清它们的形态结构。

微生物是一个庞杂的大家族，包括：不具细胞结构的病毒、单细胞的立克次氏体、细菌、放线菌；具有完整细胞核的真核微生物，如霉菌和酵母菌、单细胞藻类、原生动物等；衣原体、支原体以及比病毒结构还简单的类病毒、朊病毒等也属于微生物。（二）微生物的特点

1.形体微小、结构简单

微生物的个体极其微小，要测量它们，必须用μm或nm作单位。3如一个典型的球菌体积仅为1μm，小的细菌甚至比大的病毒还要小；有些分子生物甚至比蛋白质分子还要小，如植物双粒病毒，直径仅有18～20 nm。它们的结构也是非常简单的，大多数微生物为单细胞，只有少数为简单的多细胞，有的甚至是分子生物。如马铃薯纺锤形块茎病毒（PSTV）仅是由359个核苷酸组成的单链环状RNA，长度为50nm；朊病毒仅由蛋白质分子组成。

2.代谢旺盛，繁殖快速

生物界中，微生物具有惊人的生长繁殖速度，其中二等分裂的细菌尤为突出。人们研究得最透彻的微生物是大肠埃希氏菌（Escherichia coli），其细胞在合适的生长条件下，每分裂一次的时间是12.5～20.0 min。如按每20 min 繁殖一代，则每小时分裂3次，24 h24可繁殖72代，一个细胞经过一昼夜的繁殖即可达到4.722×10个。

当然，由于条件的限制，细菌的指数分裂速度只能维持数小时，89而在液体培养基中，细菌细胞的浓度一般仅能达到10～10个/mL。微生物的这一特性在发酵工业上体现：生产效率高、发酵周期短。在生物学基本理论研究上的优越性体现：科研周期大大缩短、节省经费、效率提高。但是对于危害人、畜和植物等的病原微生物或使物品发霉的微生物来说，它们的这个特性就会给人类带来极大的麻烦甚至严重的祸害，因而需要认真对待。

3.适应性强、易变异

微生物对环境条件，特别是“极端环境”具有惊人的和极其灵活的适应性，这是高等动植物无法比拟的，诸如抗热性、抗寒性、抗盐性、抗酸性、抗压力等能力。例如：在海洋深处的某些硫细菌可在250～300℃正常生长；嗜盐细菌可在饱和盐水中正常生长繁殖；氧化硫杆菌（Thiobacillus thiooxidans）在pH 0.5～2.0（5%～10%的硫酸）的酸性环境中生长；脱氮硫杆菌生长的最高 pH 为10.7；许多微生物尤其是产芽孢的细菌可在干燥的条件下保存几十年、几百年甚至上千年。

微生物的个体一般都是单倍体，加之它具有繁殖快、数量多以及-6与外界环境直接接触等原因，虽然微生物的变异频率仅为（10～-910），由于世代短、子代众多，因而可在短时间内产生大量变异的后代。变异的表现可涉及形态结构、代谢途径、抗性、代谢产物的种类和产量等。在微生物育种中利用变异这一特性可获得高产菌株，如：以青霉素的产量变异为例，在1943年，利用产黄青霉（Penicillium chrysogenum）发酵生产青霉素，青霉素发酵液中只分泌约20单位/mL的青霉素。通过诱变现在发酵液中达到5 万～10 万单位/mL，成本大大降低。当然，病原菌产生的耐药性变异也很常见。微生物适应性强、易变异的特点在发酵工业中较为有益，但对大多数食品行业则是不利的。

4.吸收快，转化力强

微生物吸收和转化物质的能力比动物、植物要高很多倍，如在合适的环境下，Escherichia coli每小时内可消耗其自重2000倍的乳糖。产朊假丝酵母（Can-dida utilis）合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比牛强10万倍。人类对微生物的利用主要体现在它们的生物化学转化能力上，如1 kg酿酒酵母可把几千千克的糖发酵生成酒精。微生物的这个特性为它们的高速生长繁殖和产生大量代谢产物提供了充分的物质基础，从而使微生物有可能更好地发挥“活的化工厂”的作用。

5.食谱杂，易培养

微生物利用物质的能力是其他生物无法比拟的，从简单的无机物到复杂的有机物，都有能利用的微生物种类。有些不能被其他生物利用的物质，也能找到可以利用它们的微生物，如纤维素、石油、塑料等；有些对人及动植物有毒的物质如氰、酚、多氯联苯等，也能被一些微生物分解利用。微生物这一特性有利于进行综合利用，变废为宝，为社会创造财富。

6.种类多，分布广

微生物是无处不有无处不在，在生物圈的每一个角落都有微生物踪迹。如：土壤、空气、水体、海底、高空、动植物的体表，人体及与外界相通的体腔中都有数量众多的微生物。由于微生物的发现比动植物晚，加上鉴定微生物种的工作以及划分种的标准等问题较复杂，所以目前确定的微生物种数只有10万多种。随着科技的发展，分离、培养方法的改进和研究工作的进一步深入，将会有更多的微生物被发现。微生物复杂的生物多样性形成了代谢的多样性，从而为人类提供了丰富的资源宝库。（三）微生物在生物界的地位

对于生物的分类，过去很长一段时间人们曾把所有的生物分为动物界和植物界两大类。微生物中有些类群，如原生动物，细胞柔软而不具细胞壁，可运动，不行光合作用，属于动物界。有些类群，如藻类具细胞壁，行光合作用，归于植物界。但是许多细菌具细胞壁、可运动，又不行光合作用，将它们归于植物界或动物界均不合适。因此后来有人提出另立微生物界或原生生物界的创意，而与动物界和植物界相并列。直到1969年魏塔克（R.Whittaker）首先提出了五界分类系统，他将所有的生物分为：

①原核生物界：包括细菌、放线菌、蓝绿藻等所有的拟核生物；

②原生生物界：包括具有真核细胞的单细胞生物如大多数藻类和原生动物；

③真菌界（菌物界）：包括酵母菌、霉菌、菌蕈等真菌；

④植物界：包括所有典型的多细胞植物；

⑤动物界：包括所有的多细胞后生动物。《细菌分类基础》（王大耜编著，1977年）中提出：无细胞结构的病毒应看做一界，即病毒界（包括非细胞型的分子生物）。这样微生物在整个生物分类系统中占有四界，即：病毒界、原核生物界、真核原生生物界与真菌界。在当前流行的三域学说中（古菌域、细菌域、真核生物域）微生物分布于三个域中，这充分显示了微生物在自然界中的重要地位。由此可见，微生物学的研究对象是十分广泛而丰富的。但是在这些研究对象中，最主要的研究对象是细菌。二、微生物学的研究内容和任务

食品微生物学是专门研究微生物与食品之间相互关系的一门学科。研究的内容涉及与食品有关的微生物的生命活动的规律；如何利用有益微生物为人类制造食品；如何控制有害微生物、防止食品发生腐败变质；研究检测食品中微生物的方法、制定食品中的微生物指标，从而为判断食品的卫生质量提供科学依据。

微生物种类繁多，在自然界中分布极为广泛，高至12000 m 的高空，深至10000 m的海底，以及江、河、湖、溪中都有微生物的存在；土壤是微生物生活的大本营，就是在营养贫乏的岩石、矿山和干旱的沙漠中也都能找到微生物的踪迹；在动植物的体表和体内也存在着微生物；甚至在高达90℃以上的温泉和终年积雪的高山上都有微生物的存在。由此可见，微生物几乎无处不有、无处不在，可以这样说凡是有高等生物的地方，都有微生物的存在，没有高等生物存在或对高等生物有害的环境中，也有微生物的踪迹，并且生长繁茂。我们吃的食品和食物原料上，因生产方式、制作工艺、贮藏保存等环境条件的不同，在一定程度上会带有一定数量和种类的微生物。微生物在食品中可以起到有益作用，也可以起到有害作用，我们学习微生物及其生命活动是为了利用、控制、改造微生物，即充分利用微生物对人类生活有利的方面，控制其有害的方面，开发微生物资源，使之为社会服务，为人类造福。

微生物的活动与人们的生活及生产是息息相关的。早在古代，人们就采集野生菌类作为食物，利用微生物酿酒、制酱。随着科技的发展，人们对微生物与食品的关系有了深入地了解，对微生物种类及其作用机理的研究扩大了微生物在生产及食品制造中的应用范围。在应用方式上主要有以下几个方面。

1.利用微生物菌体

微生物菌体在人类生活中应用广泛，如食用菌是深受人们喜爱的食品；酸奶、泡菜中有大量的乳酸菌，有益于人类的健康；利用微生物生长迅速，繁殖快的特点，来大量地制造菌体蛋白质以代替饲料生产等。

2.利用微生物的代谢产物或代谢活动

如酿酒、抗生素的生产等。微生物在生长繁殖过程中会产生许多代谢产物，如蛋白质、氨基酸、有机酸、维生素等，这些代谢产物不仅增加了食品的营养，同时也增加了食品的风味。

3.微生物酶的利用

利用微生物所产生的酶类，如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、凝乳酶、葡萄糖异构酶等进行生产，腐乳、豆豉、酱油等就是利用微生物所产生的酶类将原料中的成分分解所制成的产品。目前，微生物酶制剂在食品工业中的应用日益广泛。

4.微生物多糖的利用

在20世纪70年代，分子生物学家发现一些多糖类如海藻酸钠、肝素、真菌多糖等具有许多重要的生物活性和生理功能，如防护放射损伤、抗肿瘤、抗衰老、抗凝血、抗细菌和病毒感染等。而细胞表面的多糖则具有细胞间通讯识别、信息传递、物质交换与运输、免疫等重要功能。从而开发出具有一定功效的药品和具有保健功能的食品。目前，多糖的研究范围越来越广泛，其研究成果应用于食品生产越来越多，多糖已成为新的研究热点。

由于微生物分布的广泛性，在食品的生产加工、保藏、运输等环节，容易导致杂菌的污染，而引起食品的腐败变质。食品发生变质后其营养价值会降低或完全丧失而失去食用价值，甚至导致食物中毒或引发疾病；有些微生物是人类的致病菌，有些微生物在生长繁殖过程中产生毒素，人吃了含有一定数量和种类的有害菌、毒素的食品后，会引发食物中毒，影响机体健康，甚至危及生命。因此如何消除或控制微生物对人类的有害影响，对食品进行有效地检测，以保证食品的安全性，这是食品微生物学的重要任务之一。

进入21世纪，由于生物工程的应用，人们可以通过基因工程这个实验技术在DNA的分子水平上动手术，去改造微生物菌种，使其更好地发挥有益作用，提供更多更优质的食品，为人类造福，这是食品微生物学研究的另一个重要方面。三、微生物学与其他学科的关系

随着社会经济发展的需要，人们不断加强对微生物的研究，但由于其研究任务的不同，目前已形成了许多微生物学的分支学科。例如：着重于研究微生物生物学基本问题的有普通微生物学、微生物分类学、微生物生理学、微生物生态学、微生物遗传学等；依研究对象的种类而分，有细菌学、真菌学、病毒学等；按微生物的生活环境可分为土壤微生物学、海洋微生物学等；在应用微生物方面有农业微生物学、工业微生物学、医学微生物学、兽医微生物学、食品微生物学、乳品微生物学、环境微生物学、药物微生物学等。

食品微生物学是一门应用科学，在此领域中，人们要将数学、霉菌学、植物病理学、细菌学、化学和物理学的基本科学原理应用到解决食品微生物的问题上来。

20世纪微生物学、生物化学和遗传学的交叉形成了分子生物学；而21世纪的基因组学则是数、理、化、信息、计算机等多学科交叉的结果；随着各学科的迅速发展和人类社会的实际需要，各学科之间的交叉和渗透是必然的发展趋势。第二节 微生物学的形成与发展

整个微生物学的发展可分为：史前期、初创期、奠基期、发展期和成熟期五个时期。一、古代对微生物的认识和利用（史前期、推测时期）

微生物在食品生产方面的应用，远在8000年前就开始了，到公元前3000年左右，人类已经掌握了食物保藏技术。我们的祖先用腌制技术保存鱼，其后传至罗马，之后又发明了新的食品保藏方式——烟熏技术。在我国，利用微生物进行谷物酿酒的历史，至少可追溯到4000多年前的龙山文化时期。我们的祖先通过生产实践还总结出不少培养微生物的经验。例如：在公元6 世纪，后魏贾思勰所著的《齐民要术》一书中，就详细记载了制曲和酿酒的技术。现在知道，醋、酱和酒的饼曲是保存微生物菌种的好办法。

在农业方面，据考证，远在商代，已知使用经过一定时间储存的粪便来肥田。到了春秋战国时期，沤制粪便的应用更为普遍。公元前1世纪《汜胜之书》中就提出肥田要熟粪及瓜与小豆间作的耕作制度。《齐民要术》中还记载了栽种豆科植物可以肥沃土壤，提倡轮作，这实际上是应用根瘤菌的作用来为农业生产服务，当时虽然不知道根瘤菌的存在，也不知道固氮作用，但已会利用根瘤菌来积累氮肥了。而西方采用轮作制则是18世纪30年代以后的事了。

在医学方面，我国古代人民对疾病的病源及传染问题已有接近正确的推论，对防治疾病有着极丰富的经验。如春秋时代的名医扁鹊，即主张防重于治，为世界上发展较早的正确医学思想。我国劳动人民很早就应用茯苓、猪苓、灵芝等真菌治疗疾病。自古就有饮用沸水的习惯，这是预防肠道传染病的有效方法之一。公元前556年，就已知狂犬病来源于疯狗，而很重视驱逐疯狗来预防狂犬病。在11世纪就有种人痘预防天花的记载。到了16世纪用人痘预防天花，不仅在我国使用，而且先后传至俄国、日本、朝鲜、土耳其等地，1717年经土耳其传至英国，继而传到欧洲及美洲各国，在“人痘”的基础上才发展成为“牛痘”。

当时我们的祖先虽然不知道微生物的存在，但是在日常生活中却已经利用微生物，并且积累有丰富的经验。二、微生物的发现与奠基（一）微生物的发现（观察时期或初创时期公元1676—1861年）

自古以来，虽然人们对微生物的存在有所感受，已推测到自然界中除了看得见的生物外，还有些细小的肉眼看不见的生物存在，但缺乏直接的证据。17世纪，资本主义开始兴起，当时由于新兴工商业城市的出现，使航海贸易有了相当的发展，由于航海事业的需要，便促进了光学仪器的研究。当时，荷兰人列文虎克（Antonie Van Leeuwenhoek，1632—1723）于1676 年制成了能放大270～300 倍的显微镜。他用自制的显微镜观察了牙垢、粪便、井水及各种污水和腐败肉汁等，发现其中有许多球状、杆状和螺旋状的细菌以及原生动物等各种微小生物，绘制成图（见图1-1），并做了近于正确的描述，为微生物的存在提供了有力的证据，对以后微生物的研究创造了条件。这便是微生物的启蒙时代。图1-1 列文虎克绘制的部分细菌（二）微生物学的创立（奠基期或生理研究时期公元1861—1897年）

自列文虎克发现微生物后，在将近两个世纪内，有关微生物学知识的积累比较迟缓，直至19世纪三四十年代，由于马铃薯晚疫病在欧洲和北美洲严重发生，引起了灾荒，人们对致病的真正原因和发病规律的研究才更为重视。到了19世纪60年代，在欧洲一些国家中占重要经济地位的酿酒工业和蚕丝业发生了酒的变质和蚕的微粒子病，严重威胁着这些国家的经济发展，这便进一步推动了对微生物的研究，促进了微生物学的兴起。其中法国人巴斯德（Louis Pasteur，1822—1895）与德国人柯赫（Robert Koch，1843—1910）起了积极的作用。

巴斯德的重要贡献：

①否定了微生物自然发生说（spont aneous generation）。1857 年巴斯德根据曲颈瓶实验证实，空气中确实含有微生物，它们可以引起有机质的腐败。把培养基中的微生物加热杀死后，曲颈瓶弯曲的瓶颈阻挡了空气中的微生物，使其不能到达瓶内有机物浸汁内，但如果将瓶颈打断，空气中的微生物即可进入瓶内，致使有机质发生腐败。

②证实了发酵是由微生物引起的。巴斯德通过多年的试验，证明由于酵母菌的存在，使糖溶液发酵成酒精，污染杂菌时就会使酒变质，后来知道这些杂菌是酵母菌和醋酸菌。这一研究得出的结论是，发酵是由微生物引起的，并不是单纯的化学变化，不同种的微生物能引起不同类型的发酵。巴斯德的贡献是对微生物从形态转向生理生化的研究奠定了基础。

③发明制造疫苗和预防接种。巴斯德在对蚕的微粒子病深入研究的同时还研究了鸡的霍乱、牛和羊的炭疽病、人的狂犬病，发现传染病是由病原菌引起的。他还发明了用接种减毒的菌苗，来预防人和动物的疾病。巴斯德在医学方面的研究奠定了传染病微生物病原说的基础，同时发明了制造疫苗的方法和预防接种，使免疫学发展成为一门独立的学科。

④创造发明了巴氏消毒法。上述曲颈瓶实验也导致巴斯德创造了有效的灭菌方法，并引入到微生物的研究中，推动了基础微生物学的发展。灭菌原理还应用于罐头等食品工业。60～65℃短时间加热处理，可杀死有害微生物，该方法沿用至今。

柯赫是一位德国的医生，作为细菌学的奠基人，他的一系列工作，为疾病的病原说建立了牢固的基础。柯赫的重要贡献在于：

①发明固体培养基，并建立通过固体培养基分离纯化各种细菌，得到纯培养，只有纯培养获得成功才有可能对细菌进行分别的具体研究。

②用自创的方法分离到许多病原菌，如炭疽芽孢杆菌（1877）、结核分枝杆菌（1882）、链球菌（1882）、霍乱弧菌（1883）等。

③建立了实验动物感染法。通过研究牛的炭疽病，于1884年提出了确定病原菌的严格准则，即柯赫定理。这一法则至今仍指导着动、植物病原菌的鉴定。

④创用了显微技术，染色方法，显微摄影技术等，以便观察细菌的形态。

在柯赫定理提出后的20年中，相继分离出各种致病微生物，进而提出防治各种传染病的有效方法，推动了医学事业的发展。随着微生物的应用越来越广泛，各种微生物学专著也陆续出现。三、近现代微生物学的发展

1.发展期（公元1897—1953年）

由于巴斯德、柯赫等学者的贡献，微生物学在19世纪末和20世纪初已牢固地建立起来了。其后，微生物学的主要发展有两个方面：一是研究传染病和免疫学，二是研究疾病的防治和化学治疗剂的功效。此时微生物学和其他学科是各自独立向前发展的，而后，微生物学在发展中和生物化学相互结合起来了。肌肉酵解和酵母菌酒精发酵的并行研究，逐步揭示了它们之间的基本相似之处，出人意料地使动物生理学家、微生物学家、生物化学家找到了共同语言。几年后，分析动物和微生物的营养，弄清了另一个共同性的物质——维生素，认识到动物所需要的维生素与细菌、酵母菌所需要的生长因素是相同的，从生化方面，揭示了维生素是生物体合成许多辅酶的前体，它对细胞的代谢起着不可缺少的作用，从而显示出在代谢水平上所有生物的基本相似点，这就形成了微生物学家和生物化学家常说“生化的统一性”的观点。1935 年电子显微镜的问世，使微生物学的发展进入了新阶段。

微生物学的另一发展方面是和遗传学相结合。因为研究高等动植物的遗传机制，很难达到细胞水平和分子水平。因此经典遗传学发展到一定阶段将受到必然的限制。自1941年比德耳和塔图姆从真菌链孢霉中分离出一系列的生化突变体，并使其同果蝇一样被选作为遗传研究的良好材料起，到细菌的转化现象、细菌的接合、转导的发现，以及华生和克里克1953年提出DNA分子的双螺旋结构模型和半保留复制的假设，到20世纪60年代初莫诺等人提出的操纵子学说和调节酶的变构理论，仅仅是短短的20年内，已将遗传学推到了分子水平。从20世纪60年代到70年代分子遗传学的发展日新月异。

2.成熟期（1953年至今）

由于分子遗传学的迅速发展，使得人们利用分子遗传学的技术，有目的改造旧物种和创造新的生物。这就是自20世纪七八十年代后所兴起的一项崭新的DNA重组技术和遗传工程，这在生物育种方面开辟了广阔的前景。

20世纪80年代，在世界范围内兴起了新技术革命的浪潮，所谓新技术革命，即信息技术、新型材料、新的能源、海洋开发和生物工程等新技术的开发和应用。生物工程并不是一门全新的学科，它是微生物工程学吸收了新发展起来的基因工程、细胞融合、固相菌等新技术发展起来的一门现代工程学。生物工程和发酵工程一样都是应用活的生物体，在最适当的条件下，进行生产，以最少的原料、最短的时间，消耗最少的能源，生产最高质量的产品。

基因工程在生物工程中具有重要的作用，因为“种”是最重要的。人们可以通过基因工程这个实验技术在DNA的分子水平上动手术，将一种细胞的结构基因转移到另一种细胞中去，而使之具有新的遗传性状，产生大量的新产品。如：利用这种技术在20世纪80年代后生产出了商品胰岛素、激素、疫苗。现在不仅在微生物间DNA的分子水平上动手术，在远缘生物间同样进行基因转移，如科学家已将鸡卵清蛋白基因、大豆球蛋白基因成功的转移到大肠杆菌细胞中，通过对大肠杆菌的培养发酵生产出鸡卵清蛋白和大豆球蛋白。因此，基因工程的成功，为生物工程的产品开辟了新的途径，现在已有许多动植物的产品由微生物大量生产。如今，基因工程载体的构建、质粒的改造、基因库的建立和保存、基因的正确表达及产物的获得均离不开微生物。四、微生物学应用展望及其所对应的职业岗位

21世纪的食品微生物学将进一步向健康、安全的方向发展。食品微生物与能源、信息、材料、计算机的结合也将开辟新的研究和应用领域。微生物学的研究技术和方法也将会在吸收其他学科的先进知识的基础上，向自动化、定向化和定量化的方向发展。

微生物产业在21世纪将呈现全新的局面。微生物产业除了更广泛地利用和挖掘不同生境的自然资源微生物外，基因工程菌将形成一批强大的工业生产菌生产外源基因表达的产物，特别是药物和食品的生产将出现前所未有的新局面。

此外，微生物工业将生产各种各样的新产品，如降解性塑料、生物能源等，为世界的经济和社会发展作出更大的贡献。在新型的生物技术产业中将为人类创造巨大的财富。

国家在“十一五”规划及近期的“十二五”规划中，重点发展生物产业和微生物制造等高新技术。确信未来微生物在应用领域方面将会更加广阔，我们所对应的职业岗位也会越来越多。如：微生物培菌、微生物发酵、微生物灭菌、食用菌栽培、乳品检验发酵、饲料检验、动植物检疫、食品检验、药物检验、环境微生物检测、生物产业下游技术等众多职业工种，都与微生物学密切相关。因此，微生物学是一门应用性和职业性很强的学科，它在生物产业的人才培养中起着举足轻重的作用。

微生物作为研究生命本质的重要材料，仍将发挥其他生物材料难以替代的作用。

由此可见，微生物虽然微小，但其作用却是巨大的；它不仅是人们取之不尽，用之不竭的天然资源宝库，同时也是我们就业及后续学习的基础和依托。

同学们，你喜欢微生物吗？那就让我们从现在开始，展开你想象的翅膀一起学习、实验、探索吧！知识窗 微生物工程

微生物工程又称发酵工程。它是将传统的发酵技术与现代生物工程中的基因工程、细胞工程、蛋白质工程和酶工程等相结合，使发酵工业进入到微生物工程的阶段。发酵是微生物特有的作用，在几千年前就被人类所认识，并且用来制造酒、面包、酱、醋等。微生物工程是大规模发酵生产工艺的总称，就是利用微生物发酵作用，通过现代工程技术手段来生产有用物质，或者把微生物直接应用于生物反应器的技术。它是在发酵工艺基础上吸收基因工程、细胞工程和酶工程以及其他技术的成果而形成的。

发酵工程的内容包括菌种选育、培养基的配制、灭菌、种子扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯（生物分离工程）等方面。发酵工程跟化学工业、医药、食品、能源、环境保护和农牧业等许多领域关系密切，对它的开发有很大的经济效益。DNA重组技术和生物反应器（装有固定化酶的容器，能进行生物化学合成）是微生物工程中的两大支柱。从工业规模生产这一点看，生物反应器尤其重要。因为只有通过微生物发酵，才能形成新的产业。复习与思考题

1.微生物包括哪些类群？有哪些特点？

2.微生物在生物分类中的地位如何？微生物最主要的研究对象是什么？

3.微生物学研究的任务是什么？

4.试述巴斯德和柯赫的主要工作和在微生物发展史上的杰出贡献。

5.试述微生物学在生命科学中的重要地位。

6.通过社会调查和查找资料，试就微生物在工业、农业、医药、食品等方面的应用作简要介绍。第二章 原核微生物

学习目标

1.掌握球菌、杆菌、螺旋菌的概念、分类。

2.了解细菌细胞的一般结构和特殊结构。

3.掌握细菌细胞壁肽聚糖的结构，革兰氏染色法的原理、方法。

4.了解细菌的繁殖方式及二分裂繁殖的过程。

5.掌握菌落、菌苔的概念。

6.掌握放线菌的形态特征，繁殖方式。

7.了解蓝细菌、立克次氏体、衣原体、支原体的形态结构及特征。

原核生物，就是广义的细菌，指一大类细胞核无核膜包裹，只存在核区的裸露DNA的原始单细胞生物，包括细菌、放线菌、蓝细菌、立克次氏体、支原体和衣原体等。在自然界中，细菌分布最广、数量最多。本章将重点介绍与食品生产、食品污染和食物中毒密切相关的多种细菌。第一节 细菌

细菌是一类个体微小、结构简单、有细胞壁、多以二分裂方式繁殖的单细胞原核生物。一、细菌的形态与大小

细菌的形态极其简单，基本形态要借助于光学和电子显微镜来观察和研究。基本形态包括球状、杆状和螺旋状三大类，分别称为球菌、杆菌和螺旋菌，仅少数为其他形状。（一）细菌的个体形态

1.球菌（coccus）

细胞呈球形或椭圆形。依细胞分裂面的数目和分裂后新细胞的排列方式可区分为以下6种主要类型（图2-1A）。图2-1 细菌的基本形态

A.球菌：1—双球菌 2—链球菌 3—四联球菌 4—八叠球菌 5—葡萄球菌

B.杆菌：6—杆菌（端钝圆） 7—杆菌（菌体稍弯） 8—短杆菌 9—杆菌（端尖） 10—分枝杆菌

11—棒状杆菌 12—长丝状杆菌 13—双杆菌 14—链杆菌（端钝圆和平截）

C.螺旋菌：15—弧菌 16—螺旋菌（1）单球菌 细胞分裂后产生的两个子细胞立即分开，如尿素小球菌（Mi-crococcus ureae）。（2）双球菌 细胞分裂一次后产生的两个新细胞不分开而成对排列，如肺炎双球菌（Diplococcus pneumoniae）。（3）链球菌 细胞按一个平行面多次分裂后产生的新细胞不分开而排列成链，如乳酸链球菌（Streptococcus lactis）。（4）四联球菌 细胞按两个互相垂直的分裂面各分裂一次后产生的四个细胞不分开，每四个菌体呈田字形，如四联小球菌（Micrococcus tetragenus）。（5）八叠球菌 细胞沿三个互相垂直的分裂面连续分裂三次后形成的含八个细胞的立方体，如尿素八叠球菌（Sarcina ureae）。（6）葡萄球菌 细胞经多次不定向分裂后形成的新细胞聚集成葡萄状，如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）。

2.杆菌（bacillus）

杆状的细菌称为杆菌。一般杆状的细菌长度差异显著。根据杆菌的长短不同，可以分为长杆菌、短杆菌、球杆菌等；杆菌菌体的两端依照菌种的不同呈现各种形状，大多数菌体两端钝圆、有的是平截的，有的呈半圆形、有的略尖。根据菌体某个部位是否膨大可以分为棒状杆菌和梭状杆菌；根据芽孢有无可以分为无芽孢杆菌和芽孢杆菌。杆菌总是沿横轴方向分裂，绝大多数杆菌是分散独立存在的，但也有成对相连称双杆菌，呈链状排列的称链杆菌（图2-1B）。

由于杆菌的排列方式既少又不稳定，因而很少用于分类鉴定。

杆菌是细菌中种类最多的。工农业生产中所用的细菌大多数是杆菌。杆菌中也有不少是致病菌。

3.螺旋菌（spirilla）

细胞呈弯曲杆状的细菌统称为螺旋菌。一般分散存在，能运动。根据其长度、螺旋数目和螺距等差别，可分为两种形态（图2-1C）：（1）弧菌 菌体弯曲度小于一周，形似C字，如霍乱弧菌（Vibrio cholerae）。（2）螺旋菌 菌体回转如螺旋，弯曲度大于一周。螺旋菌的旋转圈数和螺距大小因种类而异。有的菌体较短，螺旋紧密；有些很长，并呈现较多的螺旋和弯曲。有些螺旋菌的菌体柔软，借轴丝收缩运动并称为螺旋体，如梅毒密螺旋体（Treponema pallidium）。

4.特殊形态的细菌

除以上三种基本形态的细菌外，细菌还有以下几类特殊形态，如图2-2。例如，柄细菌属（Caulobacter），细胞呈杆状、梭状或弧状。在细胞的一端有鞭毛，另一端为一特征性的细柄可附着在基质上。又如球衣菌属（Sphaerotilus），能形成衣鞘，杆状的细胞呈链状排列在衣鞘内而成为丝状。还有人从盐场的晒盐池中分离出一种特殊的近于正方形的细菌。图2-2 特殊形态的细菌

细菌的形态与培养时的温度、培养基的成分与浓度、培养时间等环境条件有关。一般处于幼龄及生产条件适宜时，细菌形态正常、整齐；在营养物质匮乏的培养物中或不正常的培养条件下，细胞常表现出不正常形态。如有的细胞膨大或出现梨形、丝状等不规则形态。若将它们再转移到新鲜培养基上并在适宜的条件下培养，它们能重新恢复其原来的形状。

细菌的形态是细菌分类鉴定的指标之一。（二）细菌的大小

细菌因种类繁多而大小各异，通常用微米（μm）作为测量单位。细菌细胞的大小一般用显微测微尺来测量并以多个菌体的平均值或变化范围来表示。测量球菌的大小用其直径来表示，一般球菌直径在0.5～1μm。测量杆菌和螺旋菌则需测量其长度和宽度。螺旋菌的长度是以其自然弯曲的长度来计算，而不是以真正的长度计算的。杆菌一般长1～5μm，宽0.5～1μm，螺旋菌一般长1～50μm，宽0.3～1μm。

由于菌种的不同，细菌的大小存在着较大的差异；染色方法的不同，就是同一菌种也会不一样；细胞的大小常随着菌龄变化，一般幼龄细菌比成熟的或老年的细菌大很多。由于以上原因，有关细菌大小，-13-129常以平均值来计算。每个细菌细胞质量10～10g，大约10个大肠杆菌的细胞才达1mg。二、细菌的细胞结构与功能

细菌的细胞结构模式图如图2-3所示。图2-3 细菌细胞结构模式图（据Ryan等）

细菌细胞的结构可分为基本结构和特殊结构，一般细菌都有的结构称为基本结构，包括细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核等，而仅在部分细菌中才有的或在特殊环境中才形成的构造称为特殊构造，主要包括鞭毛、纤毛、性菌毛、荚膜和芽孢等。（一）细菌的基本结构

1.细胞壁（cell wall）

细胞壁是包围在细胞最外的一层坚韧且略具弹性的无色透明薄膜。它约占菌体干质量的10%～25%。细胞壁的主要功能是维持细胞形状；提高机械强度、保护细胞免受机械性或其他破坏；阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、消化酶等有害物质的损伤等。

革兰氏染色法是1884年丹麦病理学家Christain Gram发明的一种细菌鉴别方法，也是细菌学中最常用、最重要的一种鉴别染色法。不同细菌细胞壁的化学组成和结构不同，通过革兰氏染色法可将大多数＋-的细菌分为革兰氏阳性菌（G）和革兰氏阴性菌（G）两大类。＋（1）革兰氏阳性菌的细胞壁 G细菌的细胞壁的特点是厚度大，大约20～80nm，但化学成分简单，一般含肽聚糖和磷壁酸，所含肽＋聚糖约占干质量的50%～80%，而磷壁酸是G细菌特有的成分。

肽聚糖是原核微生物特有的一类大分子复合物。以金黄色葡萄球菌（Staph-ylococcus aureus）为例，每一个肽聚糖单体由3部分组成。①双糖单位：由一个N-乙酰葡萄糖胺（NAG）和N-乙酰胞壁酸（NAM）通过β-1，4-糖苷键相连。②四肽尾：由4个氨基酸交替连接。③肽桥：为甘氨酸五肽，连接前后2个四肽尾，起到了“桥梁”的作用。这种肽聚糖结构形成了坚硬而有弹性的三维空间网络，覆盖在整个细胞上（图2-4）。不同种类的细菌细胞壁中肽聚糖的结构与＋组成不完全相同。一般说，G细菌的肽聚糖层较厚，如枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）为40层，而且交联度高。＋

磷壁酸是结合在G细菌细胞壁上的一种酸性多糖，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。＋图2-4 G细菌肽聚糖的单体图解-＋（2）革兰氏阴性菌的细胞壁 G细菌细胞壁的特点是厚度较 G-细菌薄，层次多，成分较复杂，肽聚糖层很薄，仅2～3 nm。G细菌的细胞壁分为外壁层和内壁层。内壁层紧贴细胞膜，厚1～3nm，占壁质量的5%～10%，是一层到少数几层的肽聚糖，因而只能形成较-稀疏、机械强度较差的肽聚糖网套。外壁层是G细菌所特有的结构，位于壁的最外层，厚度为8～10nm，在化学成分和结构上与细胞膜相＋似，主要成分为脂多糖、脂蛋白，类脂的含量高于G细菌，但不含-磷壁酸。在G细菌中，其外壁层与细胞膜间的狭窄空间称周质空间，其中存在着多种周质蛋白。＋-

G和G细菌的细胞壁结构和化学成分的差异不仅反映在染色反应上，更反映在一系列形态、构造、化学组分、生理生化和致病性等的差别上，从而对生命科学的基础理论研究和实际应用产生了巨大的影响。＋-

G和G细菌在细胞壁结构和化学组成等方面的差异见表2-1和图2-5。表2-1 革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌细胞壁的主要区别图2-5 细菌细胞壁结构模式图（据Salvers等）（3）缺壁细菌 在自然界长期进化中和在实验室菌种的自发突变中都会产生少数缺细胞壁的种类。此外，在实验室中，还可用人为方法获得人工缺壁细菌。细胞壁缺陷细菌主要包括①原生质体：人工条件下用溶菌酶除去细胞壁或用青霉素抑制细胞壁合成后，所留下的部＋-分。一般由 G细菌形成。②球形体：残留部分细胞壁，一般由G细菌形成，有一定抗性。特点：对渗透压敏感；长鞭毛也不运动；对噬菌体不敏感；细胞不能分裂等。③L型细菌：一种由自发突变形成的变异型，无完整细胞壁，在固体培养基表面形成“油煎蛋”状小菌落。④支原体：长期进化形成的，适应自然生活条件的无细胞壁的原核生物，因为它的细胞膜中含有一般原核生物所没有的固醇，所以具有较高的机械强度。（4）细胞壁结构与革兰氏染色的关系 革兰氏染色法是微生物学中最重要的染色方法，其原理直到该法发明100 年后才得到了确切的证明。革兰氏染色步骤如下：固定过的细胞先用结晶紫染色，接着加碘液媒染，细菌细胞壁内由于染色形成结晶紫与碘的复合物。随后加酒精从薄的细胞壁中洗出结晶紫与碘染色的复合物，但是结晶紫-碘复合物不能从厚的细胞壁中洗出。最后，用较浅的石炭酸复红复染，使脱色的细胞呈红色，但用结晶紫初染的细胞，仍保持第一次的染色结果。保持原来染色（厚的细胞壁）的细胞称作革兰氏阳性细菌，在光学显微镜下呈现蓝紫色。脱色的细胞（薄的细胞壁和外膜）称作革兰氏阴性细菌，被染成红色。表2-2所示为革兰氏染色程序和结果。表2-2 革兰氏染色程序和结果

2.细胞膜（cell membrane）

细胞膜又称原生质膜或质膜，是细胞壁以内包围着细胞质的一层柔软而具有弹性的半透膜，厚度约7～8 nm。通过质壁分离、鉴定性染色或原生质破裂等方法可在光学显微镜下观察到；也可用电子显微镜观察细菌的超薄切片，可更清晰地观察到细胞膜表现为内外两暗色层夹着一浅色中间层的一种双层膜结构，称为单位膜。（1）化学成分 细胞膜由含有亲水区域和疏水区域的两亲性分子磷脂组成。在膜中磷脂以双分子层排列，极性头部亲水区指向膜的外表面，而其疏水区脂肪酸的尾部指向膜的内层。膜对于大分子或电荷高的分子成为一个选择渗透屏障，使它们不易通过磷脂双分子的疏水性内层。原生质膜（细胞膜）的磷脂双分子层中埋藏有各种功能的蛋白（图2-6），包括转运蛋白、能量代谢中的蛋白和能够对化学刺激检测和反应的受体蛋白。整合蛋白（integral proteins）是完全地与膜连接而且贯穿全膜的蛋白，所以这些蛋白在此区域中有疏水性氨基酸埋藏在磷脂中。外周蛋白（peripheral proteins）是由于磷脂带正电荷极性头，只是通过电荷作用与膜松散连接的一类，用盐溶液洗涤可以从纯化的膜上除去。脂类和蛋白质均在运动，而且是彼此之间相对运动。这就是被广泛接受的称作液态镶嵌模式的细胞膜结构模型。（2）细胞膜的功能

①维持渗透压的梯度和溶质的转移；②细胞质膜是半渗透膜，具有选择性的渗透作用，能阻止高分子通过，并选择性地逆浓度梯度吸收某些低分子进入细胞；③由于膜有极性，膜上有各种与渗透有关的酶，还可使两种结构相类似的糖进入细胞的比例不同，吸收某些分子，排出某些分子；④细胞质膜上有合成细胞壁和形成横隔膜组分的酶，故在膜的外表面合成细胞壁；⑤膜内陷形成的中间体（相当于高等植物的线粒体）含有细胞色素，参与呼吸作用；⑥中间体与染色体的分离和细胞分裂有关，还为DNA提供附着点。图2-6 细菌细胞质膜的基本结构

细胞质膜上有琥珀酸脱氢酶、NADH脱氢酶、细胞色素氧化酶、电子传递系统、氧化磷酸化酶及三磷酸腺苷酶（ATPase），能够在细胞质膜上进行物质代谢和能量代谢。

细胞质膜上有鞭毛基粒，鞭毛由此长出，即为鞭毛提供附着点。

3.间体和其他内膜结构

原核生物没有由单位膜包裹形成的细胞器，但许多原核生物类群也演化出一类由细胞膜凹陷和折叠形成的特殊结构，主要包括：（1）间体（mesosome） 是从质膜向内伸展的细胞质中主要单位膜结构，常常同核质相联系，位于细胞分裂处。间体的功能可能参与呼吸作用、同DNA的复制和细胞的分裂有关。（2）载色体（chromatophore） 也称为色素体，是光合细菌进行光合作用的部位，由单层的与细胞膜相连的内膜所围绕，主要化学成分是蛋白质和脂类。它们含有菌绿素、胡萝卜素等色素以及光合磷酸化所需的酶系和电子传递体。在绿硫菌科和红硫菌科中存在。（3）羧酶体（carboxysome） 又称为多角体，是自养细菌所特有的内膜结构，可能是固定CO场所。2（4）类囊体（thylakoid） 由单位膜组成，含有叶绿素、胡萝卜素等光合色素和有关酶类，在蓝细菌中为其进行光合作用的场所。

4.细胞质及其内含物

细胞质（cytoplasm）是指被细胞膜包围的除核区以外的一切半透明、胶状物质的总称。其主要成分是水、蛋白质、核酸、脂类、糖、无机盐以及核糖体和一些颗粒状内含物。（1）核糖体（ribosome） 亦称核蛋白体，由一个小的亚基和一个大的亚基组成，核糖体的亚基是由蛋白质和RNA组成的复合物，是细胞中合成蛋白质的场所。原核细胞中的核糖体，尽管在形状上和功能上与真核细胞相似，但是组建核糖体亚基的蛋白质和RNA性质有差别。（2）颗粒状内含物 某些细菌含有与特殊功能相关的结构，可以在光学显微镜下观察到。这些颗粒常是储存物，可以与膜结合，例如聚-β-羟丁酸盐（PHB）颗粒；根瘤菌属（Rhizobium）、固氮菌属（Azoto-bacter）、假单胞菌属（Pseudomonas）等细菌常积累 PHB（图2-7）。细胞质中发现的分散颗粒如多聚磷酸盐颗粒（也称为异染粒）。某些细菌中也能看到脂肪滴。一个有趣的内含体是在蓝细菌（蓝绿藻）和生活在水环境中的其他光合细菌内发现的气泡——由蛋白质构成、在细胞内四周排列并提供浮力，使得细菌漂浮靠近水的表面。少数趋磁细菌细胞内含有特有的磁粒，主要成分是 FeO，具有导向功能，即借鞭毛引导细菌游向最有利的泥、水界面34微氧环境。图2-7 红螺菌（Rhodospirillum）的PHB（据Madigan等）

5.细胞核

原核生物所特有的无核膜包裹、无固定形态的原始细胞核。又称原核、拟核或核基因组。

细菌的DNA在细胞质中为大型的环状DNA分子，长度0.25～3.0 6nm。不同种的细菌之间DNA大小不同（大肠杆菌染色体有4×10碱基对长）。DNA是环状、致密超螺旋，而且与真核细胞中发现的组蛋白相类似的蛋白质结合。虽然染色体没有核膜包围，但在电子显微镜中常可看到细胞内分离的核区，称为拟核（nucleoid），是细菌等原核生物负载遗传信息的主要物质基础，是细菌生长发育、新陈代谢和遗传变异的控制中心。

古细菌的染色体和真细菌的染色体类似，是一个单个环状的DNA分子，不包含在核膜内，而DNA分子大小通常小于大肠杆菌的DNA。（二）细菌的特殊结构

细菌的特殊结构是细胞可变部分，不是每个都有，如糖被鞭毛、荚膜、芽孢等。

1.糖被（glycocalyx）

包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的透明胶状物质。糖被的有无、厚薄与菌种的遗传性相关外，还与环境尤其是营养条件密切相关。糖被按其有无固定层次、层次厚薄又可细分为荚膜（capsule 或 macrocapsule即大荚膜，见图2-8）、微荚膜（microcapsule）、黏液层（slime layer）和菌胶团（zoogloea）等数种。图2-8 荚膜

糖被的功能：①保护作用，如保护细胞免受干旱损伤，保护细胞免受吞噬等；②贮藏养料，以备营养缺乏时重新利用；③作为渗透屏障和离子交换系统，以保护细菌免受金属离子的毒害；④表面附着作用，引起龋齿的唾液链球菌（Streptococcus salivarius）分泌的糖被将细菌牢牢地黏附于齿表；⑤细菌间的信息识别作用；⑥堆积代谢废物。

糖被在科学研究和生产实践中都有较多的应用，例如用于菌种鉴定；用作药物和生化试剂，有些细菌的糖被可提取葡聚糖用来制备生化试剂和“代血浆”；用作工业原料的黄原胶，已经用于石油开采中的钻井液添加剂以及印染、食品等行业；形成菌胶团的细菌，有助于吸附、沉降污水中的有害物质。当然，如管理不当，有些细菌的糖被也会给人类带来有害作用，除了几种致病菌外，还会影响制糖厂和食品厂的生产，并影响食糖、酒类、面包、牛乳等的质量。

2.鞭毛和纤毛

鞭毛（flagellum，flagella）是某些细菌表面着生的一种从细胞质膜和细胞壁伸出细胞外面的、蛋白质组成的丝状体结构，是细菌的“运动器官”。

鞭毛纤细而具有刚韧性，直径仅15～25nm，长度可超过细菌菌体许多倍，达15～20μm。借助于特殊的染色法使鞭毛加粗后可以在光学显微镜下看到鞭毛，在电子显微镜下可以更清楚地观察到它们的形态（图2-9）。若用悬滴法和半固体琼脂穿刺培养可以根据运动性来判断菌体有无鞭毛。球菌除了个别种类外，一般不生鞭毛，弧菌和螺旋菌大多生鞭毛，杆菌则两者皆有。

具有鞭毛的细菌其鞭毛数目和在细胞表面分布因种不同而有所差异，是细菌鉴定的依据之一。一般有五种类型：偏端单生鞭毛菌（图2-10a），两端单生鞭毛菌（图2-10b），偏端丛生鞭毛菌（图2-10c），两端丛生鞭毛菌（图2-10d），周生鞭毛菌（图2-10e）。图2-9 细菌鞭毛的电镜照片图2-10 鞭毛类型

鞭毛与细菌运动有关，这是原核生物实现其趋性的最有效方式。如趋化性、趋光性、趋氧性和趋磁性等多种。

菌毛（fimbria，复数为fimbriae）又称纤毛，是细菌细胞体表发现的纤细、中空、短直而且数量较多的蛋白质类的附属物，具有使菌体附着于物体表面上的功能。直径一般为3～10nm，每个菌体一般有250～300条。纤毛多数存在于革兰氏阴性致病菌中。

性纤毛（sex pilus）又称性菌毛，构造和成分与纤毛相同，一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌株中，与遗传物质从一个细菌转移到另一个细菌有关，即在细菌接合交配时起作用，有的还是RNA噬菌体的特异性吸附受体。性菌毛比菌毛稍长，数量少，只有一根或几根。

3.芽孢

芽孢（endospore）是某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成的一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量低、抗逆性强的休眠体。在一些属，包括芽孢杆菌属和梭菌属中产生。它们是由细菌的DNA和外部多层蛋白质及肽聚糖包围而构成，芽孢对干燥和热具有高度抗性。形成芽孢的细菌中每一细胞仅形成一个芽孢，所以没有繁殖功能。

芽孢具有较厚的芽孢壁，为具多层膜结构的坚实小体。由内向外依次为芯髓、内膜、芽孢壁、皮质、外膜和外衣共六部分构成。一般含内生芽孢的细菌总称为孢子囊（sporangium），见图2-11。其结构组成特点是：含水量低（平均40%），壁致密，含芽孢肽聚糖和吡啶-2，6-二羧酸钙（DPA-Ca）。

芽孢在许多细菌中，主要是芽孢杆菌属和梭菌属产生一种特化的结构，它无繁殖功能，为抗逆性休眠体。在光学显微镜下用特殊的芽孢染色（如孔雀绿染色）或通过相差显微镜能够观察到芽孢。由于芽孢有许多层包围细菌遗传物质的结构，使得芽孢具有惊人的、对所有类型环境应力的抗性，例如热、紫外线辐射、化学消毒剂和干燥。由于许多重要的病原菌可产生芽孢，因此，必须设计灭菌措施以除去这些坚硬的结构，因为某些菌能经受住在沸水中煮沸几小时。某些芽孢细菌如苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis），在形成芽孢的同时还可在细胞内形成一个蛋白质成分的伴胞晶体（parasporal crystal），晶体一般为菱形、方形或不规则形，对100 多种鳞翅目昆虫的幼虫有毒性，对人畜则无害，是一种生物农药。

研究细菌的芽孢，有着重要的实践意义：第一，芽孢的形状、大小、位置随不同细菌而异（图2-12），具有鉴别的意义。第二，作为灭菌指标。在食品工业中，罐头生产常以能否杀灭肉毒梭菌的芽孢作为标准。这种细菌的芽孢pH7.0时，121℃需要10 min才能杀死。在发酵工业和微生物学研究中，常以能否杀灭嗜热芽孢杆菌作为标准。这种细菌的芽孢，121℃需要12 min才能杀死，所以规定湿热灭菌121℃下至少15 min才能算是达到无菌要求。第三，有利于菌种保藏。炭疽杆菌的芽孢在土壤中可保存10～20年，在实验室条件下，芽孢可以保存更长时间。图2-11 芽孢构造（横切）示意图图2-12 各种芽孢的形态及位置（三）细菌染色技术

微生物一般都是很小的生物体，通过染色的方法，可以强化细胞或细胞组分与周围环境之间的反差，是利用普通光学显微镜来观察微生物细胞的简捷方法。

1.染色的原理

微生物染色的基本原理，是借助物理因素和化学因素的作用而进行的。物理因素如细胞及细胞物质对染料的毛细现象、渗透、吸附作用等。化学因素则是根据细胞物质和染料的不同性质而发生的各种化学反应。酸性物质对于碱性染料较易吸附，且吸附作用稳固；同样，碱性物质对酸性物质较易于吸附。细菌的等电点较低，pH在2～5，故在中性、碱性或弱酸性溶液中，菌体蛋白质电离后带负电荷；而碱性染料电离时染料离子带正电荷。因此，带负电荷的细菌常和带正电荷的碱性染料进行结合。所以，在细菌学上常用碱性染料进行染色。

2.细菌染色一般程序（1）涂片 临床标本或液体培养物可直接涂抹于洁净的载玻片

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