4水处理微生物学-细菌.ppt

第二节细菌域 包括细菌门和蓝细菌 细菌门包括细菌 放线菌 衣原体 支原体 粘细菌 古细菌 螺旋体等 细菌 一 大小 细菌细胞微小而透明 大小以微米计 用显微镜也很难看清楚 通常用适当染料染色 增加标本与背景间折光率的差异 以便观察 不能染色的活体细胞 则可用相差显微镜进行观察 一 形态 分四种类型 球菌 单球 双球 链球等杆菌 单杆 双杆 链杆螺旋菌 红螺菌 绿螺菌丝状菌 铁细菌 丝状硫细菌等 球菌 单球菌 双球菌 四联球菌 八叠球菌 链球菌 细胞分裂沿一个平面进行 新个体分散而单独存在 如尿素微球菌 Micrococcusureae 细胞沿一个平面分裂 新个体成对排列 如肺炎双球菌 Diplococcuspneumoniae 细胞沿一个平面进行分裂 新个体不但可保持成对的样子 并可连成链状 如 乳链球菌 Streptococcuslactis 无乳链球菌 Streptococcusagalactiae 溶血链球菌 Streptococcushemolyticus 细胞分裂是沿两个相垂直的平面进行 分裂后每四个细胞特征性地连在一起 呈田字形 如四联微球菌 Micrococcustetragenus 细胞按三个互相垂直的平面进行分裂后 每八个球菌特征性地连在一起成立方体形 如藤黄八叠球菌 Sarcinaureae 细胞无定向分裂 多个新个体形成一个不规则的群体 犹如一串葡萄 如 金黄色葡萄球菌 Staphylococcusaureus 白色葡萄球菌 Staphylcoccusalbus 链球菌 streptococcus 葡萄球菌 stapylococcus 杆菌 单杆菌 双杆菌 链杆菌 螺旋菌 红螺菌属 绿螺菌属 紫硫螺菌属 弧菌等 丝状菌 铁细菌 丝状硫细菌等 环境条件及生长情况的变化会引起形态的变化 如节杆茵幼龄细胞为杆状 老龄细胞则呈球状 二 细胞结构 单细胞 1 细胞壁位于菌体外表面 较坚韧而富有弹性 占菌体的10 25 构成细胞壁的主要成分是肽聚糖 脂类和蛋白质 肽聚糖是由N 乙酰葡萄糖胺和N 乙酰胞壁酸以及少量氨基酸短肽链聚合而成的一个大分子复合体 形成多层网状结构 G 细菌的细胞壁化学组成以肽聚糖为主 75 的肽聚糖亚单位纵横交错连接 形成致密的网格结构 除肽聚糖外 大多数G 细菌的细胞壁中还含有磷壁酸 使细胞壁形成一个负电荷环境 G 细菌的细胞壁分为内壁层和外壁层 内壁层紧贴细胞 由肽聚糖组成 仅30 的肽聚糖亚单位彼此交织连结 网状结构较疏松 没有磷壁酸 有脂多糖 G 肽聚糖 磷壁酸 细胞质膜 G G 细胞质膜 肽聚糖 脂多糖 脂蛋白 类脂 G 染色原理 1 草酸胺结晶紫染色 紫色 2 经I KI处理后用乙醇脱色 能否脱除 3 用蕃红复染色 紫色 G 形成结晶紫 I的复合物红色 G 乙醇溶解脂类 失去网状结构 Crystalviolet结晶紫 2 GramsIodine mordant 媒染I KI 3 乙醇脱色 4 Safranin Counterstain 复染 1 涂片固定 2 单染 结晶紫染液第一次染色1min 3 媒染 碘 碘化钾溶液浸湿30S 4 脱色 95 乙醇溶液进行颜色洗脱 5 复染 红色的藩红染液第二次染色 革兰阳性革兰阴性 细胞壁的功能1 细胞壁具有保护作用 使细胞免遭外界损伤 维持细胞形状和保持细胞的完整性 细菌失去细胞壁之后 任何形态的细胞均呈球状 细胞壁的功能2 细胞壁具有一定的韧性和弹性 这样可以保护原生质体 避免渗透压对细胞产生破坏作用 细胞壁的功能3 细胞壁具有多孔性 在营养代谢时 可以允许水及一些化学物质通过 但对大分子物质有阻挡作用 是有效的分子筛 细胞壁的功能4 对于有鞭毛的细菌来说 细胞壁为鞭毛提供支点 支撑鞭毛的运动 如果用溶菌酶水解掉细胞壁 则细菌无法运动 原生质体包括细胞膜 细胞质 细胞内含物 细胞核物质 2 细胞膜细胞膜又称原生质膜或质膜 是外侧紧贴于细胞壁而内侧包围细胞质的一层柔软而富有弹性的半透性薄膜 其化学组成是脂类 20 30 和蛋白质 60 70 少量多糖 细胞膜的结构由磷脂双分子层与蛋白质组成 双层磷脂夹在蛋白质分子之间 有的蛋白质分子又镶嵌在磷脂中间 亲水的极性基朝向膜内外表面疏水的非极性基在内层 细胞膜的作用1 细胞膜上特殊的渗透酶和载体蛋白能选择性地转运可溶性的小分子有机化合物及无机化合物 控制营养物 代谢产物进出细胞 维持渗透压梯度 细胞膜的作用2 具有合成细胞壁和形成横膈膜组分的酶 合成细胞壁 3 膜内陷形成的中间体和各种酶有细胞色素 参与呼吸作用 转运电子和磷酸化 行使物质和能量代谢 4 膜上有鞭毛基粒 为鞭毛生长提供支点 3 细胞质细胞质是细胞膜内除细胞核外所有物质的统称 是细菌细胞的基本物质 为一种透明粘稠的胶状物 细胞质的主要成分是水 蛋白质 核酸 主要是RNA 脂类 少量的糖类和无机盐类 细胞质中含有各种酶系统 使细菌细胞与其周围环境不断地进行新陈代谢 细胞质中还有核糖体和各种不同的内含物 内含物 核糖体由约60 的RNA和40 的蛋白质组成的 以核蛋白形式存在的颗粒状结构 是蛋白质的合成场所 高速离心时原核生物核糖体沉降系数均为70s 由一个30S亚基和一个50S亚基组成 16SRNA负责蛋白质合成中的转录 决定蛋白质特异性 P44 内含物 气泡在许多营光合作用 无鞭毛运动的水生细菌 如紫色光合细菌和蓝细菌 的细胞内 常含有为数众多的充满气体的小饱囊 称为气泡 气泡由厚仅2nm的蛋白质膜所包围 具有调节细胞比重使其飘浮在合适水层中的作用 内含物 异染粒 多聚磷酸盐颗粒 为偏磷酸盐的聚合物 嗜碱性或嗜中性较强 用蓝色染料染色后 不呈蓝色而呈紫红色 故称异染颗粒 它是营养过剩时磷源和能源的贮藏物 细菌老龄时作为C P源被利用 聚磷菌 PAOs 中富含异染颗粒 内含物 聚 羟基丁酸是 羟基丁酸的多聚体 不溶于水 易被脂溶性染料着色 光学显微镜下可见 羟基丁酸分子呈酸性 当其聚合为聚 羟基丁酸时 成为中性脂肪酸 从而维持细胞内环境中性 它是碳源和能量的贮存物 并可直接或间接用作还原力 在许多细菌细胞质内经常可发现PHB颗粒 内含物 聚 羟基丁酸 内含物 聚 羟基丁酸 内含物 糖原和淀粉粒前者遇碘呈红褐色 后者遇碘呈蓝色 可在光学显微镜下看到 也是碳源和能源的贮藏物 内含物 硫粒硫磺细菌生活在含H2S的环境中时 细胞内积累折光性很强的硫粒 是硫素贮藏物质 也是某些化能自养型硫细菌 如氧化硫硫杆菌贮存的能源物质 能通过氧化元素硫为硫酸而获取能量 是硫元素的贮藏体 功能 a 好氧硫细菌的能源b 厌氧硫细菌的电子供体 形成 当环境中H2S含量高时 在体内积累S 当H2S不足时 S氧化成硫酸盐 以提供被菌细胞生命活动所需能量 H2S S SO4 2 内含物 多肽结晶有的芽孢杆菌在芽孢形成期于细胞质内形成晶体 对鳞翅目幼虫有强烈毒性 可用于防治农业害虫 如 苏云金芽孢杆菌内含物 磁粒是磁性细菌细胞内特有的串状Fe3O4的磁性颗粒场 并使细胞顺磁场方向排列 内含物 拟核原始的核 细菌的染色体 由一条环状的双链DNA高度折叠缠绕形成 携带细菌的全部遗传信息 决定遗传性状和传递遗传信息 细胞核质细菌的核位于细胞质内 为一絮状的核区 结构简单 它没有核膜 核仁 没有固定形态 这些是与真核微生物的主要区别之处 核区内集中有与遗传变异密切相关的脱氧核糖核酸 DNA 由一条环状双链DNA分子高度折叠缠绕而成 称为染色质体或细菌染色体 细菌的核携带遗传信息 其功能是决定遗传性状和传递遗传信息 细胞核质粒质粒是指独立于染色体外 存在于细胞质中 能自我复制 由共价闭合环状双螺旋DNA分子所构成的遗传因子 其相对分子质量较细菌染色体小 每个菌体内有一个或几个 也可能有很多个质粒 按照功能可将质粒分为抗药性质粒 R因子 致育因子 F因子 降解质粒以及对某些重金属离子具有抗性的质粒 因此可以作为基因的运载工具 组建新菌株 细菌染色体外的共价闭合环状双链DNA分子 分子量约为 100 106D 携带1 100个基因 一个菌细胞可有一至数十个质粒 质粒的特点 1 可以在细胞质中独立于染色体之外 即以游离状态 存在 也可以插入到染色体上以附加体的形式存在 2 在细胞分裂时 可以不依赖于细菌染色体而独立进行自我复制 也可以插入到细菌染色体中与染色体一道进行复制 3 质粒可以通过转化 转导 或接合作用而由一个细胞转移到另一个细胞 使两个细胞都成为带有质粒的细胞 4 质粒对于细胞生存并不是必要的 质粒的种类 1 大肠杆菌的F因子2 细菌抗药质粒 R因子 3 大肠杆菌素质粒 Col因子 4 降解质粒5 Vi质粒 质粒应用 4 荚膜是某些细菌在新陈代谢过程中形成的 分泌于细胞壁外的粘液状物质 按其覆盖细胞壁的厚度以及形状 有以下几种情况 具有一定外形 相对稳定地附着于细胞壁外 厚约200nm 称为荚膜 各菌体外面的荚膜物质互相融合 连为一体 组成共同的荚膜 多个菌体包埋其中 即成为菌胶团 肺炎链球菌荚膜 荚膜的化学组成因菌种而异 主要是多糖类 也有多肽 蛋白质等 荚膜的含水率很高 一般在90 以上 有的甚至达98 荚膜使固体琼脂培养基上形成的菌落分为表面湿润 有光泽 粘液状的光滑型菌落 简称S型 和无荚膜细菌形成的表面干燥 粗糙的粗糙型菌落 R型 荚膜的功能对细菌起保护作用 使细菌免受干燥的影响 保护致病菌免受宿主吞噬细胞的吞噬 防止微小动物的吞噬和噬菌体的侵袭 增强对外界不良环境的抵抗力 荚膜有助于细菌的侵染力 荚膜是细胞外贮藏物 当营养缺乏时可作为碳 或氮 源和能源被利用 许多细菌通过荚膜或粘液层相互连接 形成体积和密度较大的菌胶团 应用 荚膜也可以成为有价值的材料 如 Leucomostocmesenteroides的葡聚糖荚膜已用于生产代血浆的主要成分 右旋糖酐和葡聚糖凝胶制剂 从野菜黄单胞菌 Xanthomonascampestris 荚膜提取黄原胶 它是优良的食品添加剂 又是石油开采中优良的压浆剂 用产菌胶团的菌进行污水处理等 通过荚膜的血清学反应进行细菌鉴定 荚膜膨胀试验 危害 食品变质发粘 增强致病力 造成严重龋齿等 5 芽孢某些在生活史的某阶段或遇到不良环境时 在细胞内形成的内生孢子 叫芽孢 是抵御不良环境的休眠体 也是细菌鉴定的依据之一 芽孢的特点含水率低 38 40 壁厚而致密 外层为蛋白质外壳 中层为肽聚糖皮层 内层为肽聚糖胞子壁 形成过程中具有耐热性 含有耐热性酶 萌发形成后失去耐热性 耐性强 抵抗外界不良环境耐受性强 炭疽芽孢杆菌 生物恐怖主义者为什么会看中这种细菌呢 首先因为炭疽是一种严重的疾病 分布又非常广泛 还因为它几乎是一种永不死亡的细菌 它们能够形成芽孢 因而很不容易死亡 在环境恶劣的时候 细菌内部会有一小部分浓缩起来 在这一部分周围形成几层坚硬的壳 里面的生命活动变得非常缓慢 而壳外面那部分就死亡消失了 这就是芽孢 环境条件一变好 壳里面的部分会像 发芽 一样长出来 6 鞭毛某些细菌长在体表的细长 波曲的丝状物 鞭毛长度往往超过菌体若干倍 但直径很细 一般为10nm 20nm 需用电镜才能观察 经特殊染色 使媒染剂与染料的复合物附着并积累在鞭毛上 加粗其直径 则可用普通光学显微镜观察 鞭毛数目为一至数十根 具有运动的功能 鞭毛的基体与菌体细胞膜相连 去除细胞壁 鞭毛仍保留 但失去运动能力 E coli 1 无性生殖细菌的繁殖方式很多 主要是以无性的二分裂繁殖 细菌的繁殖 形成横隔 尚未分裂的球菌 2 有性生殖 研究表明各类细菌普遍具有有性生殖能力 质粒复制转移 三 细菌的营养特征 固体培养基 生长于固体培养基上 来源于一个或少数几个细胞 肉眼可见的微生物群体 称为菌落 各种微生物在一定条件下形成的菌落特征具有一定的稳定性和专一性 这是衡量菌种纯度 辨认和鉴定菌种的重要依据 RobertKoch 1843 1910 创用固体培养基 他还创用了染色方法和实验动物感染 为发现多种传染病的病原菌提供实验手段 colony菌落的质地和颜色 colony菌落的质地和颜色 斜面培养基 三 细菌的营养特征 半固体培养基 观察细菌的运动特性 鞭毛的有无及需氧性 三 细菌的营养特征 液体培养基 细菌在液体培养基中生长使培养基混浊 混浊情况因细菌对O2要求不同而有别 兼性厌氧菌 培养液均匀混浊需氧菌 培养液仅上部混浊厌氧菌 培养液仅下部混浊 四 细菌的物理特征 50 以上为氨基酸 蛋白质 氨基酸是两性电解质 在碱性溶液中带负电荷 在酸性溶液中带正电荷 在一般的培养 染色 血清试验等过程中溶液pH高于pI 因此细菌多带负电 等电点 在某一定pH溶液中 氨基酸所带的正电荷和负电荷相等时的pH称为该氨基酸的等电点 以pI表示 五 细菌的染色原理 碱性染料 带 电荷 结晶紫 龙胆紫 碱性品红 复红 番红 美蓝 甲基紫 中性红 孔雀绿等 酸性染料 带 电荷 酸性品红 刚果红等 细菌多带负电荷 常用碱性染料 常用染料 简单染色 增加菌体和背景的反差以便观察 复合染色 以两种染料区分细菌的革蓝氏染色反应或抗酸性染色反应 或将菌体和其中的某一结构染成不同颜色以区分 染色方法 革蓝氏染色 实验 六 细菌的其他