作为环境和实验室最容易培养到的几大类微生物,本期我们就来谈谈他们各种的特点,以及初步的分类判断。
细 菌
细菌为原核微生物的一类,是一类形状细短,结构简单,多以二分裂方式进行繁殖的原核生物,是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体,也是大自然物质循环的主要参与者。
细菌的繁殖
二分分裂繁殖是细菌最普遍、最主要的繁殖方式。在分裂前先延长菌体,染色体复制为二,然后垂直于长轴分裂,细胞赤道附近的细胞质膜凹陷生长,直至形成横隔膜,同时形成横隔壁,这样便产生两个子细胞。
单个或少数细菌细胞生长繁殖后,会形成以母细胞为中心的一堆肉眼可见、有一定形态构造的子细胞集团,这就是菌落。细菌菌落常表现为湿润、粘稠、光滑、较透明、易挑取、质地均匀以及菌落正反面或边缘与中央部位颜色一致等。细菌的菌落特征因种而异。
当许多菌落连成一片时,则称之为菌苔。菌落可作为判断纯度和初步判断菌种类型的重要依据。
不过在少数细菌中,也还存在着其它的繁殖方式,如不等二分裂、出芽繁殖、三分裂和多分裂等。不等二分裂是二分裂的变体形式,柄细菌的繁殖就是一个典型的例子。
细菌的形态
细菌的基本形态有三种:球状、杆状和螺旋状,分别称之为:球菌、杆菌和螺旋菌。
球菌大小以直径表示,多为0.5-1.0微米。根据分裂后细胞排列方式的不同进行分类。
细胞分裂后,新个体分散而单独存在,是单球菌。
两个细胞成对排列,是双球菌。
经两次分裂形成的四个细胞联在一起呈田字形,是四联球菌。
多个细胞排成链状,是链球菌。
细胞沿着三个互相垂直的方向进行分裂,分裂后的8个细胞叠在一起呈魔方状,是八叠球菌。
细胞无定向分裂,形成的新个体排列成葡萄串状,是葡萄球菌。
杆菌的大小以宽度×长度表示,一般为0.2-1.25×0.5-5.0微米。分为单杆菌、双杆菌、链杆菌等。杆菌菌体两端形态各异,如钝圆、平截或略尖等。各种杆菌的长度与直径比例差异很大,有的粗短,有的细长。杆菌是细菌中种类最多的,如大肠杆菌( coli)、枯草芽孢杆菌( )等。
螺旋菌大小一般为0.3-1.0×1.0-50微米,根据细胞弯曲程度和螺旋数目分为两种。若菌体弯曲不足一圈,似逗号形,称为弧菌,如霍乱弧菌( );菌体回转如螺旋状,则称为螺菌,如减少螺菌( minus)。
除此之外,还有一些特殊形态的细菌,如长有附属丝的红微菌,丝状的亮发菌等。
细菌的结构
细菌细胞是原核细胞,即在细胞中没有细胞核结构,只有明显核区(拟核),外面无核膜包围。与有真正细胞核的真核细胞相比,其它结构成分也有差异,如原核细胞壁的主要成分是一类含有氨基酸的多糖,称为肽聚糖,而真核细胞壁主要由纤维素或甲壳质组成。
细菌的鉴定
目前对细菌的鉴定大致可以有革兰氏染色镜鉴、选择性培养等,这些属于初步筛查;进一步有生化反应鉴定和血清分型等基于表型的鉴定技术,其中生化反应包含传统生化反应鉴定、商业化的API试剂条鉴定、VITEK细菌鉴定仪等;此外还有色谱与质谱技术分型以及基于分子生物技术的鉴定等等。
(注:关于各种鉴定技术从设备投入、鉴定周期、精确度等方面的综合比较请关注我们后续的专题文章)
放线菌
放线菌的形态
放线菌落较细菌干燥,不光滑,与培养基结合较牢,菌丝细(宽约1.0μm),直径与细菌相仿,分枝不分隔,可扩展成放射状;一般有基内菌丝、气生菌丝和孢子丝之分,由孢子丝产生孢子(如图)。
孢子的颜色、形状大小和菌丝体可溶性色素的有无等特征,是菌种初步判断的主要依据之一。
(放线菌菌落形态图)
放线菌是一大类具有分枝状菌丝体的原核微生物。最早(1875年)分离自人感染的泪腺中。因绝大多数放线菌都具有发育良好的菌丝体,19世纪以前人们曾将放线菌归于真菌中。1916年前后,等人在研究土壤微生物时,才首次把这些微小的“真菌”或丝状细菌称为“放线菌”(),并详细描述了这些微生物。在1990年著名的生命三域分类系统建立后,放线菌被正式划分于细菌域、厚壁菌门、放线杆菌纲。
放线菌的特点
放线菌为革兰氏阳性细菌,细胞核无核膜包被,细胞DNA的G + C mol %含量高 (>50 %)。多数菌生长较缓慢,产生可深入培养基内的营养菌丝和生长在表面的气生菌丝,并形成无性孢子。由于孢子、气生菌丝和营养菌丝颜色不同,常使菌落正反面呈不同颜色。放线菌的菌落形态多干燥致密,不易被挑起。
酵母菌
真核微生物是一大类具有真正细胞核,具有核膜与核仁分化的较高等的微生物,细胞内有线粒体等较复杂的细胞结构。这类微生物包括酵母菌、霉菌、微细藻类、原生动物和大型真菌等。
酵母菌是一类单细胞的真核微生物的通俗名称。
酵母菌的形态
酵母菌细胞的形态通常有球形、卵圆形、腊肠形、椭圆形、柠檬形或藕节形等。比细菌的单细胞个体要大得多,一般为1-5微米×5-30微米。酵母菌无鞭毛,不能游动。
大多菌落较大、较厚、光滑、湿润、外观较稠、不透明,菌落颜色多为乳白色或矿烛色,少数干皱,呈红色或粉红色。
一些不产假菌丝的其菌落更隆起、边缘极圆整;产假菌丝的其菌落较扁平,表面和边缘较粗糙。菌体直径4~10μm,圆形、椭圆形、卵形、柠檬形、黄瓜形等,在液体培养中酵母菌体生长常会生成沉淀或形成菌膜。
酵母菌具有典型的真核细胞结构,有细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质、液泡、线粒体等,有的还具有微体。
酵母菌的繁殖
酵母菌有多种繁殖方式,有的把只进行无性繁殖的酵母菌称作“假酵母”,而把具有有性繁殖的酵母菌称作“真酵母”。其中酵母菌的无性繁殖又有芽殖和裂殖两种方式。
酵母菌最常见的无性繁殖方式是芽殖。芽殖发生在细胞壁的预定点上,此点被称为芽痕,每个酵母细胞有一至多个芽痕。成熟的酵母细胞长出芽体,母细胞的细胞核分裂成两个子核,一个随母细胞的细胞质进入芽体内,当芽体接近母细胞大小时,自母细胞脱落成为新个体,如此继续出芽。如果酵母菌生长旺盛,在芽体尚未自母细胞脱落前,即可在芽体上又长出新的芽体,最后形成假菌丝状。
裂殖是少数酵母菌进行的无性繁殖方式,类似于细菌的裂殖。其过程是细胞延长,核分裂为二,细胞中央出现隔膜,将细胞横分为两个具有单核的子细胞。
酵母菌是以形成子囊和子囊孢子的方式进行有性繁殖的。两个临近的酵母细胞各自伸出一根管状的原生质突起,随即相互接触、融合,并形成一个通道,两个细胞核在此通道内结合,形成双倍体细胞核,然后进行减数分裂,形成4个或8个细胞核。每一子核与其周围的原生质形成孢子,即为子囊孢子,形成子囊孢子的细胞称为子囊。
真菌的鉴定(包括酵母及霉菌)
真菌鉴定,特别是霉菌鉴定目前还没有一个类似细菌鉴定的标准。这主要是由于现有的常规方法在鉴定真菌到种的水平能力还是有限的。目前基于表型鉴定方法由于相对较低的成本,被大量实验室广泛地使用,但这往往需要有经验的技术人员才能胜任,比如对培养基、培养条件的选择等;此外表型鉴定还受到参考数据库的大小和类型的限制,这些数据库多是面向临床诊断而不是工业应用,所以基于这类数据库的鉴定结果往往存在一定的偏差。值得提及的是近年来,分子生物学的发展,为真菌的准确鉴定提供了新的可靠的技术手段和鉴定渠道。
霉 菌
霉菌呈菌线体形态,是丝状真菌的通称,即“发霉的真菌”。它们往往能形成分枝繁茂的菌丝体,但又不象蘑菇那样产生大型的子实体。在潮湿温暖的地方,很多物品上长出一些肉眼可见的绒毛状、絮状或蛛网状的菌落,即是霉菌。
霉菌的形态
菌丝粗大,宽约4.0~8.0μm,无色透明或呈现各种鲜艳的颜色,有营养菌丝与繁殖菌丝之分。多数霉菌菌丝有分隔,为多细胞分枝丝状体。菌落形态较大,质地蔬松,外观干燥,不透明,菌落与培养基间连接紧密,不易挑取,菌落正反面,边缘与中心的颜色、构造通常不一致,有霉味。
菌丝的孢子较大,在低倍镜下即可清晰观察到有隔或无隔菌孢子及巨大的孢子囊。孢子成熟时使菌落表面呈粉末状或颗粒状。孢子颜色因种而异,常与霉菌的水溶性色素不一而形成菌落正反面呈现不同颜色。各种霉菌在一定的培养基上生长形成的菌落大小、形状、颜色等特征相对稳定,是霉菌初步判断的主要依据之一。
霉菌的繁殖
霉菌有着极强的繁殖能力,而且繁殖方式也是多种多样的。虽然霉菌菌丝体上任一片段在适宜条件下都能发展成新个体,但在自然界中,霉菌主要依靠产生形形色色的无性或有性孢子进行繁殖。
霉菌的无性孢子直接由生殖菌丝的分化而形成,常见的有节孢子、厚垣孢子、孢囊孢子和分生孢子。
霉菌的有性繁殖过程包括质配、核配、减数分裂三个过程,常见的有性孢子卵孢子、接合孢子、子囊孢子、担孢子。
霉菌的孢子具有小、轻、干、多,以及形态色泽各异、休眠期长和抗逆性强等特点,每个个体所产生的孢子数,经常是成千上万的,有时竟达几百亿、几千亿甚至更多,这些特点有助于霉菌在自然界中随处散播和繁殖。
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