细菌细胞特殊构造

食品微生物学的内容，知识点应该都挺齐全的。本思维导图主要整理的是细菌细胞特殊构造，涉及芽孢、伴孢晶体、糖被、鞭毛、菌毛、性菌毛等。内容较多，但结构很清晰、配色清新，带着一个好心情去学习吧！欢迎采纳哦！

细菌细胞特殊构造

• 芽孢
  • 定义：某些细菌生长发育后期，在一定条件下，在细胞内形成的一个圆形或椭圆形、厚壁、折光性强、含水量低、抗逆性强的休眠构造
  • 概述
    • 在细胞内形成，又叫内生孢子
    • 每个营养细胞内仅形成一个芽孢，一个芽孢萌发后仅能生成一个新营养细胞
    • 没有繁殖功能
    • 有很强折光性，显微镜下观察涂片易区分（营养细胞染上了颜色，芽孢抗染料且折光性强，表现透明而无色的外观）
    • 采用芽孢染色法也可以观察其形态
  • 分类
    • 芽孢体：有芽孢的菌体
    • 繁殖体（营养体）：未形成芽孢的菌体
    • 芽孢位置
      • 中央位
        • 枯草芽孢杆菌
      • 偏端位
        • 产气荚膜梭菌
      • 极端位
        • 破伤风杆菌
  • 结构（多层结构）
    • 胞外壁
      • 一层疏松的脂蛋白
    • 芽孢衣
      • 非常致密、无通透性，主要含疏水性角蛋白
    • 皮层
      • 很厚（占芽孢体积1/2），主要含肽聚糖和DPA，渗透压很高
    • 核心（含水量极低，含生命所必须的全部物质）
      • 芽孢壁
        • 含肽聚糖
      • 芽孢膜
        • 含磷脂、蛋白
      • 芽孢质
        • 含DPA-Ca（吡啶二羧酸钙盐）、核糖体、RNA和酶系
      • 芽孢核区
        • 含DNA
  • 特性
    • 多层膜结构、通透性差
    • 休眠体，新陈代谢几乎停止
    • 抗性强，抗热/干燥/辐射/药物/酶解等
    • 水分少，含吡啶二羧酸钙（DPA-Ca），富含疏水性角蛋白
    • 不具有繁殖能力，一个芽孢萌只能形成一个个体
  • 形成
    • 条件
      • 是种的特征，受基因调控
      • 环境条件
        • ①营养物质缺乏②代谢产物浓度过高，细胞生长停止，形成芽孢（苏云金芽孢杆菌例外）
        • 细胞为了度过不良环境产生孢子
        • 苏云金芽孢杆菌
          • 形成伴孢晶体（δ内毒素）
    • 过程
      • 轴丝形成、隔膜形成、前芽孢形成、皮层形成、芽孢衣形成、芽孢成熟、芽孢释放
      • DNA浓缩、束状染色质形成
      • 细胞膜内陷，细胞发生不对称分裂，出现隔膜
      • 小体积部分为前芽孢，前芽孢双层隔膜形成，抗辐射性提高
      • 两层隔膜间填充芽孢肽聚糖，合成DPA，积累钙离子，开始形成皮层
      • 再经脱水，折光率增高，芽孢衣合成结束
      • 皮层合成完成，芽孢成熟，抗热性出现
      • 芽孢囊裂解，芽孢游离外出
  • 萌发
    • 定义：由休眠状态的芽孢变成营养状态细菌的过程
    • 过程
      • 活化、出芽、生长
      • 萌发时，首先吸收水分、盐类和营养物质，体积膨大
      • 芽孢衣中富含Cys的蛋白质三维空间结构发生可逆变化，芽孢的透性增加，与发芽相关的蛋白酶活动增强
      • 芽孢衣上的蛋白质逐步降解，外界阳离子不断进入皮层使其膨胀，肽聚糖溶解消失，DPA-Ca等释放（皮层发生膨胀、溶解和消失）
      • 水分进入核心部位使之膨胀，各种酶类活化，开始合成细胞壁，核心迅速合成DNA、RNA和蛋白质，于是芽孢发芽长出芽管并发育成新营养细胞
      • 特点
        • 生长阶段前
          • 发芽过程中，芽孢特有的耐热性、光密度、折射率等特性逐步下降
          • DPA-Ca、aa和多肽逐步释放
          • 核心中含量较高的可防止DNA损伤的小酸溶性芽孢蛋白（SASPs）迅速下降
        • 发芽时
          • 芽管可以从极向或侧向伸出
          • 细胞壁强，出现强感受态，接受外来DNA发生遗传转化的可能性增强
      • 影响因素
        • 短时加热、低pH及强氧化剂处理可促进芽孢的活化作用
        • 使用L-丙氨酸、 葡萄糖、肌苷等萌发剂处理促进活化作用
  • 芽孢抗热机制
    • 渗透调节皮层膨胀学说
      • 芽孢衣对多价阳离子和水分的透性差以及皮层的离子强度高
      • 皮层具有极高的渗透压去夺取核心部分的水分
      • 皮层充分膨胀和核心高度失水，失水的核心赋予了芽孢极强耐热性
    • 另一种学说
      • 芽孢皮层中含有营养细胞所没有的2,6－吡啶二羧酸钙（DPA-Ca）
      • 能稳定芽孢中的生物大分子，形成稳定而耐热强的凝胶，从而增加了芽孢耐热性
  • 意义
    • 是细菌分类鉴定中的重要形态学指标--有无、形态、大小及着生位置等
    • 有利于提高菌种的筛选效率
    • 有利于菌种的长期保藏
    • 有利于判断各种消毒、杀菌措施的优劣
    • 增加了食品生产、发酵工业生产中的许多困难
    • DPA的应用
      • （DPA）结合铽（Tb）在紫外线照射下发明亮绿色荧光，用于快速鉴定芽孢菌—如炭疽芽孢杆菌
• 伴孢晶体
  • 少数芽孢杆菌，如苏云金芽孢杆菌
  • 在形成芽孢的同时，会在旁边形成一颗菱形或双锥形碱溶性蛋白晶体（δ-内毒素）
  • 对200多种昆虫尤其鳞翅目幼虫有毒杀作用，常被制成细菌杀虫剂
• 糖被
  • 定义
    • 存在于某些细菌细胞壁外的一层松散、透明的黏液状或胶质状的厚度不定的物质
  • 特点
    • 是遗传特性，但与环境（尤其是营养条件）相关（这点与芽孢相同）
    • 经特殊染色，特别是负染色可以在光镜观察，常用炭黑墨水（脱水不染色也可以观察到）
    • 化学组成因菌种而异，主要是多糖，有些含有蛋白质和多肽，也有多糖多肽复合型
  • 结构
    • 包裹在单个细胞上
      • 固定在壁上
        • 层次厚：（大）荚膜-具有一定外形，相对稳定地附于细胞壁外面
        • 层次薄：微荚膜
      • 松散，未固定在壁上
        • 黏液层-没有明显边缘，可扩散到环境中
    • 包裹在细胞群上
      • 菌胶团-多个细胞被包围在一个共同的荚膜之中
  • 主要功能
    • 保护作用：抗干燥；不被白细胞吞噬；防止噬菌体吸附和裂解；作透性屏障，保护细菌免受重金属离子毒害
    • 贮藏养料--备营养缺乏时重新利用
    • 表面吸附作用，比如口腔中的链球菌会引起龋齿
    • 堆积代谢废物-生物被膜
    • 细菌间信息识别作用--QS信号分子
  • 研究&实践意义
    • 菌种鉴定
    • 食品添加剂
    • 污水处理
    • 制备药物
• 鞭毛
  • 概述
    • 定义：着生于某些细菌体表的细长、波浪形弯曲的丝状蛋白质附属物，数目为1~10根，是细菌的运动器官
    • 长15~20μm，直径很细，仅10~20nm
  • 观察方法
    • 电镜
    • 光镜-鞭毛染色法
    • 暗视野显微镜（水镜片或悬滴标本）
    • 半固体穿刺培养法
  • 位置
    • 一端生（一根/一束），两端生（一根/一束），周生，侧生
  • 结构组成
    • 主要成分：鞭毛蛋白组成，有些含多糖、类脂，是很好的抗原
    • 鞭毛丝：中空螺旋状、丝状结构，球蛋白亚基螺旋排列，为H抗原
    • 鞭毛钩：即钩形鞘，是连接鞭毛丝和基体的一个弯曲筒状部分，由蛋白质亚基组成中空螺旋状、丝状结构，球蛋白亚基螺旋排列
    • 基体：由几个环状结构构成，环中央有一杆状结构--鞭毛杆--将鞭毛固定于细胞膜与细胞壁脂多糖上
  • • G-
      • L环、P环、S环和M环连 在一起合称S-M环
        • L环和P环分别包埋在细菌细胞壁的外膜（脂多糖）和内壁层（肽聚糖），M环在细胞膜内
        • S-M环周围被10余个驱动该环快速旋转的Mot蛋白围成一圈
        • S-M环基部还有一个起键钮作用的Fli蛋白（读取信号），根据细胞提供的信号让鞭毛进行正转或逆转
        • 新近发现的C环连接在细胞膜和质的交界处，功能与S-M相同（驱动）
    • G+
      • 结构简单，除其基体仅有S环和M环外，其他均与G-相同
    • 原核生物的鞭毛都有共同构造
      • 基体、鞭毛钩、鞭毛丝
  • 栓菌实验证明了鞭毛运动“旋转论”的正确性，鞭毛通过旋转推动细菌菌体运动，犹如轮船的螺旋桨，运动速度快
• 菌毛
  • 定义：又称纤毛、伞毛或须毛，是一种着生于某些细菌体表的纤细、中空、短直且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
  • 结构：比鞭毛结构简单，无基体等构造，直接着生于细胞膜上，穿过细胞壁后伸展于体表
  • 多存在于G-致病菌中，与菌体的吸附有关（有些G+也有）
  • 功能
    • 促进细菌的黏附，例如黏附在细胞表面或有机质上
    • 促使某些细菌缠集在一起而在液体表面形成菌膜以获得充分氧气
    • 是许多G-细菌的抗原——菌毛抗原
• 性菌毛
  • 又称性毛，构造与菌毛相同，比菌毛长，较粗，数目少，是特殊的菌毛
  • 一般多见于G-细菌中（菌毛也是多见于G-细菌），性状介于鞭毛和菌毛之间
  • 功能
    • 存在于G-菌的雄性菌株中-供体菌，具有向雌性菌株-受体菌传递遗传物质的作用
    • 在不同性别菌株间传递DNA片段
    • 有的是RNA噬菌体特异性吸附受体