任务2 细菌的形态观察
学习要求
1.巩固油镜的使用方法。
2.掌握细菌形态观察的基本方法。
3.掌握细菌的基本形态和结构。
知识准备
细菌在自然界中是分布最广、数量最多的一类生物，并与食品关系最为密切，是食品理论、工业发酵和酿造研究的主要对象，也是导致食品腐败的主要类群。
一、细菌的形态
细菌是单细胞原核微生物，个体微小，形态简单，以二等分裂方式繁殖（图2－5）。
1.球菌（coccus）
菌体呈球形或近似球形，以典型的二分裂殖方式繁殖，分裂后产生的新细胞常保持一定的空间排列方式。根据细胞分裂的方向及分裂后的各子细胞的空间排列状态不同，可将球菌分为以下几种：单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌等。
图2－5 细菌的各种形态
A—球菌B—杆菌C—螺旋菌
（1）单球菌 分裂后的细胞分散而单独存在的球菌，如尿素微球菌（Micrococcusureae）。
（2）双球菌 分裂后两个球菌成对排列的为双球菌，如肺炎双球菌（Diplococcuspneumoniae）。
（3）链球菌 分裂是沿一个平面进行，分裂后细胞排列成链状，如乳链球菌（Streptococcus lactis）。
（4）四联球菌 分裂是沿两个相垂直的平面进行分裂，分裂后每四个细胞在一起呈田字形，如四联微球菌（Micrococcus tetragenus）。
（5）八叠球菌 按三个互相垂直的平面进行分裂后，每八个球菌在一起成立方体形，如藤黄八叠球菌（Sarcina ureae）。
（6）葡萄球菌 分裂面不规则，多个球菌聚在一起，像一串串葡萄，如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）。
2.杆菌（bacterium）
杆菌是细菌中种类最多的类型，因菌种不同，菌体细胞的长短、粗细等都有所差异。
杆菌的形态：短杆状、长杆状、棒杆状、梭状、梭杆状、月亮状、分枝状、竹节状等；按杆菌细胞的排列方式则有链状、栅状、“八”字状以及有鞘衣的丝状等。
食品工业上用到的细菌大多是杆菌，如用于生产淀粉酶和蛋白酶的枯草芽孢杆菌；用于生产谷氨酸的北京棒状杆菌；乳品工业常用的保加利亚乳杆菌等。
3.螺旋菌（spirillum）
螺旋状的细菌称为螺旋菌。根据其弯曲情况分为以下几种。
弧菌：螺旋不满一圈，菌体呈弧形或逗号形。如：霍乱弧菌、逗号弧菌。
螺旋菌：螺旋满2～6环，螺旋状。如：干酪螺菌。
螺旋体：旋转周数在6环以上，菌体柔软。如：梅毒密螺旋体。
二、细菌的大小
细菌大小的度量单位：以微米（μm）为单位。
细菌大小的表示：球菌一般以直径来表示，球菌直径0.5～1μm。杆菌和螺旋菌则以长和宽来表示。如（1 ×2.5）μm，杆菌直径（0.5～1）μm，长为直径一至几倍，螺旋菌直径0.3～1μm，长1～50μm。
细菌大小的测定：在显微镜下使用显微测微尺测定。
细菌的重量：每个细菌细胞重量10－13～10－12g。例如：大肠杆菌平均长度2μm；宽度0.5μm。1500个大肠杆菌头尾相接等于3mm，109个大肠杆菌重1mg。由于菌种不同，细菌的大小存在很大的差异；对于同一个菌种，细胞的大小也常随着菌龄变化。另外，对于同一个菌种，染色前后其细胞大小都有所不同。所以，有关细菌大小的记载，常是平均值或代表性数值。
三、细菌的结构
基本结构包括：细胞壁、细胞膜、细胞质、核区、间体、核糖体、气泡和储藏物。
特殊结构包括：荚膜、鞭毛、纤毛、芽孢等（图2－6）。
图2－6 细菌细胞结构示意图
1.细菌细胞的基本结构
（1）细胞壁 细胞壁是位于菌体的最外层、内侧紧贴细胞膜的一层无色透明、坚韧而有弹性的结构。细胞壁占细胞干重的10%～25%。
细胞壁的功能：保护细胞免受外力损伤，维持菌体外形；协助鞭毛运动；与胞膜一起完成细胞内外物质交换；为正常细胞分裂所必需；与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性密切相关。
（2）细胞膜 细胞膜是紧贴细胞壁内侧、包围细胞质的一层柔软且富有弹性的半透明薄膜。
①细胞膜的化学组成：主要包括蛋白质、磷脂、糖类和少量核酸。
②细胞膜的结构：1972年桑格（Singer）和尼克森（Nicolson）提出的细胞膜液态镶嵌模型，认为：膜是由球形蛋白与磷脂按照二维排列方式构成的流体镶嵌式，流动的脂类双分子层构成了膜的连续体，而蛋白质像孤岛一样无规则地漂流在磷脂类的海洋当中（图2－7）。
图2－7 细胞膜结构模式图
③细胞膜的功能：细胞内外物质交换和运送；在原核微生物中，参与生物氧化和能量产生；与细胞壁及荚膜的合成有关；是鞭毛着生的位点。
（3）拟核（或称核质体、核区）由大型环状双链DNA纤丝不规则地折叠或缠绕而构成的无核膜、核仁的区域。
质粒：细菌染色体外的遗传物质，由共价闭合环状双链DNA分子组成。
（4）核糖体 是分散在细胞质中的颗粒状结构，由核糖体核酸（占60%）和蛋白质（占40%）组成。
（5）细胞质及其内含物 细胞质是在细胞膜内、除核区以外的细胞物质。细胞质是无色、透明、黏稠状物质，主要成分为水、蛋白质、核酸、脂类、少量糖和无机盐。
细胞质中的内含物：
①气泡：由蛋白质膜构成的充满气体的泡状物。有些细菌细胞质中含有几个或多个气泡。
②颗粒状内含物：细菌细胞质中含有各种颗粒状内含物，它们大多数为细胞贮藏物，颗粒状内含物的多少因细菌的种类、菌龄及培养条件不同而改变。
2.细菌细胞的特殊结构
（1）荚膜 某些细菌细胞壁外的一层黏液性物质（图2－8）。
图2－8 具有荚膜的不动杆菌
①根据荚膜的形状和厚度的不同，将荚膜分为以下四类。
荚膜或大荚膜：黏液状物质具有一定外形，相对稳定地附着在细胞壁外，厚度＞0.2μm。
微荚膜：黏液状物质较薄，厚度＜0.2μm，与细胞表面牢固结合。
黏液层：黏液物质没有明显的边缘，比荚膜松散，可向周围环境中扩散，增大黏性。
菌胶团：多个细菌共有一个荚膜。
②荚膜的组成：因种而异，除水外，主要是多糖（包括同型多糖和异型多糖），此外还有多肽、蛋白质、糖蛋白等。
③荚膜的生理功能：保护细胞，抗干燥；贮藏养料，是细胞外碳源和能源的储备物质；荚膜可以抵御外界细胞对菌体的吞噬作用；荚膜具有抗原性；与致病力有关。
（2）鞭毛 某些细菌表面由细胞内生出的细长、波曲、毛发状的结构（图2－9）。
图2－9 伤寒沙门菌
鞭毛具有运动功能，一般认为鞭毛靠鞭毛丝旋转而动，它们是细菌的“运动器官”。
鞭毛的长度：一般为15～20μm，最长可达70μm。
鞭毛的直径：为0.01～0.02μm。
不同细菌的鞭毛数目和着生位置不同，鞭毛数目一般一至数十条。根据鞭毛的数量和在菌体上的排列位置，可将细菌分为一端单毛菌（monotrichate）、两端单毛菌（amphitrichate）、丛毛菌（lophotrichate）和周毛菌（peritrichate）四类（图2－10）。细菌是否产生鞭毛，以及鞭毛的数目和排列位置，都具有种的特征，可作为鉴定细菌的依据之一。
图2－10 细菌鞭毛排列示意图
（3）芽孢
①概念：某些菌生长到一定阶段，细胞内形成一个圆形、椭圆形或卵圆形的内生孢子，是对不良环境有较强抵抗力的休眠体。
②能形成芽孢的细菌种类：在杆菌中能形成芽孢的种类较多，在球菌和螺旋菌中只有少数菌种可形成芽孢。
③芽孢的组成和结构：芽孢有多层结构，主要包括芽孢外壁、芽孢衣、皮层和核心（图2－11）。
图2－11 芽孢结构图
a.芽孢的特性：具有很强的抗热、抗干燥、抗辐射、抗化学药物能力；含水量低、壁厚而致密，通透性差，不易着色；新陈代谢几乎停止，处于休眠状态；一个芽孢萌发产生一个个体。
b.芽孢的抗热机制：目前尚不清楚，但可能与以下因素有关，如含水量低、壁厚而致密，芽孢中的酶相对分子质量小，比较耐热。
四、细菌的繁殖
（1）一般为无性繁殖，二分裂法。同形裂殖：裂殖后形成的子细胞大小相等。异形裂殖：分裂产生两个大小不等的子细胞。
（2）细菌分裂过程：①核分裂；②形成横隔壁；③子细胞分离。
材料用具
各种细菌的染色装片或斜面菌种；香柏油、二甲苯、无菌水；显微镜、擦镜纸、接种环、酒精灯、载玻片、盖玻片、吸水纸、小滴管。
任务实施
一、观察细菌的基本形态
用低倍镜、高倍镜和油镜观察溶血链球菌、棒杆菌、螺菌、浮游球衣菌的染色装片，并分别在油镜下绘图。
二、观察细菌的细胞结构
用低倍镜、高倍镜和油镜观察巨大芽孢杆菌（示细胞壁）、巨大芽孢杆菌（示异染粒）、苏云金芽孢杆菌（示伴胞晶体）、普通变形菌（示鞭毛）、丙酮丁醇梭菌（示芽孢）、褐球固氮菌（示荚膜）等细菌的染色装片，并分别在油镜下绘图。
三、观察枯草杆菌活菌（常用压滴法观察）
（1）将洁净无油腻的载片放于自己右边前方，在中央放一小滴无菌水。
（2）将酒精灯放于自己正前方，点燃。
（3）用无菌操作方法从枯草芽孢杆菌斜面中沾取少量菌体，与载片上的水滴充分混匀，把接种环上残留的菌体杀灭后，放回试管架。
（4）用镊子夹一洁净的盖玻片，使其一边先接触菌液，然后将整个盖玻片慢慢放下，注意不要产生气泡。如菌液过多，可用吸水纸适当吸去一部分。
（5）先用低倍镜然后转用高倍镜观察，观察时光线要适当调暗些。
四、注意事项
（1）注意擦镜头时，只能用擦镜纸。
（2）观察完毕，必须将镜筒上升，才能取下装片，放入另一装片后，要按使用油镜要求，重新操作，不能在油镜下直接取下和替换装片！
（3）无菌操作过程中，接种环灭菌后不能触及其他物品，挑菌不能过多。
五、实训报告
1.绘图
（1）给出你所观察到的几种细菌的个体形态视野图。
（2）给出你所观察到的细菌细胞结构视野图，并注明各部分。
2.试指出在制备活菌装片时，应注意什么问题。
【问题思考】
1.用明视野显微镜观察细菌的形态时，用染色装片好，还是用非染色的活体装片好，为什么？观察活体装片与染色装片，光线调节各有什么不同？
2.无菌操作过程中，可否将棉塞放在桌面上？为什么？