02环境微生物学第二章原核生物

1第一节细菌第二节放线菌第三节丝状细菌第四节光合细菌第五节蓝细菌第六节立克次氏体、支原体和衣原体第二章原核生物2一、细菌的形态和大小二、细菌细胞的结构三、细菌的繁殖四、细菌的群体特征第一节细菌3什么是细菌？细菌是一类单细胞、个体微小、结构简单、没有真正细胞核的原核生物。水生性较强主要以二等分裂方式繁殖细胞细而短结构简单、细胞壁坚韧第一节细菌细菌的一般特征4我们的周围到处都有大量的细菌，特别是在温暖、潮湿和富含有机物的地方，都会含有大量的细菌。用手去抚摸水池子底部、养鱼水箱内部、河底石头表面时有粘、滑的感觉。细菌在工、农、医、环境保护等生产实践中起着重要的作用。污染物的分解什么时候能感受到细菌的存在？第一节细菌5微生物的形态特征是鉴别菌种的依据之一。了解微生物的形态构造是学习微生物的第一步，掌握这些知识，对了解微生物的其他生物学特性、提高菌种的定向筛选效率、鉴别菌种、及时检出杂菌等，都有非常重要的作用。一、细菌的形态和大小6形态杆菌（bacillus）长1~5μm，宽0.5~1μm螺旋菌（spirillum)长：5~15μm，宽：0.5~5μm球菌（coccus）0.5~2μm（一）形态与大小在自然界中杆菌最常见，球菌次之，螺旋状最少一、细菌的形态和大小7球菌（coccus）0.5~2μm单球菌链球菌(streptococcus)八叠球菌(sarcina)双球菌四联球菌积聚成葡萄状的——葡萄球菌(staphylococcus)eg.产甲烷八叠球菌肺炎球菌、脑膜炎球菌一、细菌的形态和大小82005年7月，在四川某些县市，突然出现不明原因的疾病，一些平日里养猪、卖猪、加工猪的农民，突然出现发高烧、周身酸痛、休克等病状，有的人甚至因此死亡，一度引起人们的恐慌。2005年7月四川省出现猪链球菌病随后，卫生部将这一不明原因的疾病正式诊断为猪链球菌感染。这次猪链球菌病疫情累计报告人感染猪链球菌病例204例，其中死亡38例9产甲烷八叠球菌(颗粒污泥内部)(左剑恶博士提供)10杆菌（bacillus）长1~5μm，宽0.5~1μm大肠杆菌、伤寒杆菌、假单胞菌平均长2μm,宽度：0.5μm一、细菌的形态和大小11枯草杆菌大肠杆菌（基因工程菌）一、细菌的形态和大小12螺旋菌（spirillum)长：5~15μm，宽：0.5~5μm弧菌(vibrio)（只有一个弯曲的螺旋状细菌）一、细菌的形态和大小13细菌的大小与其所处的环境有关。废水生物处理：e.g.活性污泥中的细菌要比河水、湖泊中的大。测SS时：活性污泥用0.45μm过滤膜；河水等用0.2μm过滤膜。纳米细菌（Nanobactedria）和超级细菌细菌的重量氨氧化菌（Nifrosomonassp.)2.4×10－13g/cell-dry亚硝酸盐氧化菌（Nitrobacteragilis)1.0×10－13g/cell-dry亚硝酸菌(1014~1010个细菌才达到1mg)应注意的几个问题：一、细菌的形态和大小14Biomass：20×10－11mg-COD/cell1.4×10－13g/cell废水中（下水）0.02~1.9×10－12g/cell1.03~1.2g/cm3——比重河水中细胞密度：1.07~1.19(平均1.09)蛋白质：1.5糖：1.4~1.6核酸：2无机盐：2.5脂类：1一、细菌的形态和大小15形态特征是鉴别菌种的主要依据之一。•形态的观察：染色的分类：染色法简单染色法（单染色法，仅供观察用）鉴别染色法（革兰氏染色法）丹麦医生C.Gram于1884年创立。（二）形态观察与染色因细菌的细胞极其微小、又十分透明，所以进行形态观察时，一般要进行染色。一、细菌的形态和大小16革兰氏染色（GramStain）的步骤：结晶紫初染（染上紫色）碘染媒染碘分子与结晶紫形成染色较牢固的复合物脱色处理95％乙醇脱色（不脱色）复染沙黄复染观察紫阳性红阴性媒染紫紫AB初染紫紫复染紫红G+G-脱色紫无色一、细菌的形态和大小17注意：脱色过度、阳性菌会被误染为阴性；脱色不够、阴性菌会被误认为阳性；若不经过复染，要观察出来很艰难。革兰氏染色的结果一、细菌的形态和大小18通过染色可把几乎所有的细菌分成G＋、G－两个大类，是分类鉴定菌种时的重要指标。两类细菌在细胞结构、成分、形态、生理、生化、生态、降解有机物、药物敏感性上等都存在有差异。革兰氏染色有着重要的理论和实践意义一、细菌的形态和大小19（一）细胞的基本结构（二）细胞的特殊结构（三）细菌细胞的物理化学性质二、细菌细胞的结构20二、细菌细胞的结构21细胞壁、细胞膜、（间体）、细胞质、核质体、内含物细菌细胞一般结构（基本结构）原生质体(protoplast)特殊结构荚膜（粘液层）、芽孢、鞭毛、菌毛二、细菌细胞的结构22（一）基本结构（1）定义：位于细胞最外的一层富有弹性的结构（2）功能：固定细胞外形协助鞭毛运动（鞭毛的支点）保护细胞不受外力的损伤（渗透压）阻拦有害物质进入细胞（阻碍大分子进入）细菌的抗原性、致病性G+耐15-25atmG－耐5-10atm1.细胞壁（cellwall）二、细菌细胞的结构23（3）结构与主要成分：二、细菌细胞的结构2425二、细菌细胞的结构26二、细菌细胞的结构27二、细菌细胞的结构28肽聚糖（又称粘肽/mucopeptide，胞壁质/murein）的基本结构基本组成（三部分）双糖单位尾肽肽桥M—O—G)n(尾肽MG()nG：N-乙酰葡萄糖胺M：N-乙酰胞壁酸联结肽聚糖与肽聚糖的桥梁，形成网格分子其连接方式因细菌而异糖苷键结合1.L-丙氨酸2.D-谷氨酸3.L-赖氨酸4.D-丙氨酸二、细菌细胞的结构29肽聚糖的网格交联度（G＋）二、细菌细胞的结构30磷壁酸的分子结构二、细菌细胞的结构31G+G-壁厚厚(20-80nm)薄(10nm左右);内层(2-3nm),外层8nm层次单层多层(内层为肽聚糖)肽聚糖结构多层（网格紧密坚固）单层（30％亚单位交联，网格较轻松）与细胞膜的关系不紧密紧密G+：肽聚糖占细胞壁干重的30％～95％；含有多糖和磷壁酸；不含脂蛋白；脂多糖只占1～4％，蛋白质少或无。G-：肽聚糖占5-20%；不含多糖和磷壁酸；含有脂蛋白；脂多糖占11~12%，蛋白质含量高。GG的细胞壁结构的比较(小结)二、细菌细胞的结构32项目G＋菌G－菌对机械力的抗性强弱细胞壁抗溶菌酶弱（敏感）强（不敏感）*对青霉素、磺胺敏感不敏感*对链霉素、氯霉素、四环素不敏感敏感碱性染料的抑菌作用强弱*对阴离子去污剂敏感不敏感*对叠氮化钠敏感不敏感对干燥抗性强抗性弱产芽孢有的产不产G＋和G－生理功能特性的比较沈萍，微生物学，p44*细胞壁最外层的脂多糖阻碍溶菌酶、抗生素、染料、去污剂等较大分子的进入二、细菌细胞的结构33（5）Gramstain的原理在细胞膜或原生质体上染上不溶于水的结晶紫与碘的复合大分子。G＋：壁厚、肽聚糖含量高且分子交联紧密，在用乙醇处理时，壁会因脱水而收缩，再加上它本身不含脂类、乙醇处理时很难在壁上溶出缝隙，结晶紫和碘的复合体仍保留在细胞内。G－：结晶紫－碘复合物易被溶出，乙醇脱色后呈无色。再经沙黄染色后呈新的颜色－红色。二、细菌细胞的结构342.细胞膜(cellmembrance)或细胞质膜（Cytoplasmicmembrance），质膜（plasmamembrance）（1）定义：紧贴在细胞壁内侧的、由磷脂和蛋白质组成的、柔软、富有弹性的半透性薄膜。（2）功能：控制细胞内外的物质（营养物质和代谢物废物）的运送、交换维持细胞正常渗透压合成细胞壁各种成分和荚膜氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地许多酶及电子呼吸链组分的所在地鞭毛的着生和生长点二、细菌细胞的结构35（3）结构：磷脂双分子层组成膜的基本骨架极性头：磷酸端—亲水性、带电性非极性尾：烃端磷脂分子层常呈液态，磷脂分子在膜中不断运动(流动性)膜蛋白以不同形式分布于膜的两侧或在层中(海洋中的冰山)二、细菌细胞的结构36二、细菌细胞的结构37二、细菌细胞的结构38（4）组成：蛋白：70％（其中外周蛋白20－30％，固有蛋白70－80％）脂类：20～30％间体（mesosome）：定义：由细胞膜内皱形成的一种管状、层状或囊状结构。位置：一般位于细胞分裂部位或其邻近部位功能：促进细胞间隔的形成，与遗传物质的复制及其相互分离有关二、细菌细胞的结构393.细胞质（Cytoplasm）（1）定义：细胞膜包围着的除核质体外的一切透明、胶状或颗粒状物质（2）功能、作用：生命活动的主要场所。（新陈代谢）（3）组成：水、蛋白质、核酸和脂类由于含有核糖核酸（RNA），所以是嗜碱性的，与碱性染料结合能力强幼令菌：细胞质非常稠密、均匀、易染色成熟细胞：含有颗粒状贮藏物质，有时会有气泡，不易染色二、细菌细胞的结构404.核质体（nuclearbody）或核体（nucleoid）（1）定义：无核膜结构的原始细胞核，是一团裸露的且高度折叠缠绕的DNA分子。（2）功能：决定生物遗传的主要部分（3）结构：大型环状DNA分子长度：0.25~3mm核质体数：1～4个/cell少数细菌有20～25个二、细菌细胞的结构415.内含物（intracellularmaterials）贮藏物（reservematerials）定义：贮备营养的物质，它是细菌新陈代谢的产物。特点：内含物的种类和量随细菌的种类和培养条件有关；物质过剩时细菌将它们转化成贮藏物，当营养缺乏时它们又被分解。二、细菌细胞的结构42生物除磷：细菌在好氧条件下，利用有机物分解产生的大量能量，可“过度摄取”周围溶液中的磷酸盐，并以异染颗粒的方式贮存与细胞内。（1）异染颗粒（metachromaticgranule）多聚偏磷酸（无机偏磷酸的聚合物）颗粒大小0.5～1μm功能：贮藏磷元素和能量，并可降低渗透压。HOPHOOOHnn=2～106变化大用蓝色染料（甲苯胺、甲烯蓝）染色后不呈蓝色而呈紫红色，故称异染颗粒。二、细菌细胞的结构43Poly-PnADPATP乙酰-CoAPHBNADH2NADPoly-Pn-1PiTCA乙醛酸循环磷摄取(好氧)(细胞外)聚－β－羟基丁酸二、细菌细胞的结构44应用：可制作易降解且无毒的塑料。结构：（2）聚－β－羟基丁酸（poly－β－pholroxybutyrate；PHB）碳源贮藏物，不溶于水功能：贮藏能量、碳源和降低细胞内渗透压。HHHHHOOOCCCnn106CH3二、细菌细胞的结构45微生物体内合成的聚合物二、细菌细胞的结构46同時生产PHB和多糖的低温微生物(Deleyamarina)二、细菌细胞的结构47（3）肝糖和淀粉粒（glycogen）（4）硫（sulphur）碳源和能源的贮藏物元素硫的贮藏物；许多硫磺细菌都能在细胞内积累硫粒。（5）气泡（gasvacuoles）•充满气体的小气囊，由2nm左右厚度的蛋白质膜所包围；•多存在于光合型无鞭毛运动的水生细菌；•具有调节细胞比重，使其漂浮在水中的功能。二、细菌细胞的结构48（二）特殊结构1.荚膜（capsule）二、细菌细胞的结构49（1）定义：围绕在细胞壁外的粘液层。比较薄时称粘液层（slimelayer）。（2）功能：细胞保护作用作为碳源、能源物质（贮存营养）堆积代谢废物使菌体附着于适当的物体表面二、细菌细胞的结构50组成：主要成分为多糖、多肽或蛋白，尤以多糖居多；细菌不同其荚膜的组成也不同。（4）应用：提取胞外多糖（石油开采中的钻井液添加剂、印染、食品）菌胶团（Zoogloea）：荚膜物质相融合成一块团，内含许多细菌时称菌胶团。（3）构造与组成：一般厚于200nm，硬度和强度远小于细胞壁；有些细菌（硫磺细菌、铁细菌等）粘液层会逐渐变硬形成“鞘”。e.g.Zoogloea菌属（动胶菌属）不同细菌形成不同的菌胶团二、细菌细胞的结构51菌胶团与污水活性污泥（AS）处理系统处理水污水曝气池二沉池回流污泥剩余污泥初沉池污水活性污法的工艺流程为了给生物反应器中的微生物(活性污泥