第二章(2-1) 原核微生物

第二章原核微生物微生物（病毒）古细菌（Archaea）细菌（Bacteria）真菌（酵母、霉菌等）、微型藻类、原生动物、后生动物非细胞型细胞型原核微生物真核微生物（Eukarya）细菌是一类细胞细而短（细胞直径约0.5μm，长度约0.5～5μm）、结构简单、细胞壁坚韧、以二等分裂方式繁殖和水生性较强的原核微生物

是给水与废水处理中最重要的一类微生物！第一节细菌（bacteria）一、一般形态和大小（一）个体形态和排列球菌杆菌螺旋菌基本形态丝状菌（仅少数）1、球菌

细胞个体呈球形或椭圆形，不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式，常被作为分类依据。金黄色葡萄球菌单球菌双球菌链球菌球菌分裂后的子细胞的连接方式八叠球菌四联球菌葡萄球菌2、杆菌

细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较稳定，而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。

杆状细菌的排列方式常因生长阶段和培养条件而发生变化，一般不作为分类依据。球杆菌链杆菌双杆菌梭状芽孢杆菌短杆菌长杆菌杆菌的基本形状枯草芽孢杆菌地衣芽孢杆菌3、螺旋菌霍乱弧菌螺旋菌弧菌（vibrio)：螺旋周数不足一圈细菌螺菌（spirillum)：2～6圈小型、坚硬的螺旋状细菌螺旋体（spirochaeta)：螺旋周数超6周，体长柔软4、丝状菌

分布在水生境，潮湿土壤和活性污泥中。丝状体是丝状菌分类的特征。水处理中的丝状菌细菌的特殊形态柄细菌肾形菌臂微菌网格硫细菌贝日阿托氏菌(丝状)具子实体的粘细菌细菌的异常形态结核杆菌的异常形态结核杆菌的正常形态(1)测量：测微尺(2)长度单位：

微米(μm)(3)表示：

球菌:直径0.5-1.0μm

杆菌:宽(0.5-1.0μm)×长螺旋菌:宽、长、螺距利用显微镜测微尺，显微照相后根据放大倍数进行测算

（二）大小最小：与无细胞结构的病毒相仿（50nm）最大：肉眼可见（0.75mm）细胞质纤毛鞭毛细胞质细胞膜细胞壁荚膜细胞壁细胞质膜原生质体基本结构特殊结构鞭毛芽孢荚膜细胞结构细菌模式图细胞质及内含物核质核质二、细胞结构1.细胞壁（cellwall）

细胞最外一层坚韧厚实的外被，主要由肽聚糖构成。细胞壁的生理功能：

1）维持外形，提高机械强度2）为细胞生长、分裂、和鞭毛运动必需3）阻碍大分子有害物质进入细胞4）赋予抗原性、对抗生素和噬菌体的敏感性

（1）细胞壁的化学组成和结构丹麦医生C.Gram（革兰）于1884年发明的一种鉴别不同类型细菌的染色方法——革兰氏染色法根据此染色法，细菌可分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌肽聚糖磷壁酸多糖孔蛋白质脂质外膜磷壁酸肽聚糖两种类型：单层较厚、比较致密的结构（２０－８０nm）两层膜结构(外层脂多糖较厚8~10nm，内层较薄2~3nm)特征G–

G+强度疏松坚韧厚度薄，5～10nm厚，20～80nm肽聚糖层数少，1～3层多，多达50层肽聚糖含量少（10～20％）高（50～90％）磷壁酸－＋脂多糖＋－脂肪含量较高一般无蛋白质含量较高无

革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁构造的比较（2）革兰氏染色：

步骤：涂片固定；结晶紫初染1min；碘液媒染1min；

95%乙醇脱色0.5min

番红复染2min。结果:

阳性菌——紫色；阴性菌——红色。革兰氏染色反应机理的推测阴性菌阳性菌革兰氏染色机制（1）与等电点有关：革兰氏阳性菌pH2～3，阴性菌pH4～5，加I-－KI媒染，等电点降低，阳性菌降低的更低，与结晶紫结合得更牢固；阴性菌结合力弱，易被乙醇脱色。（2）与细胞壁有关：革兰氏阴性菌细胞壁薄、脂类物质高，易被乙醇溶解增加细胞通透性；革兰氏阳性菌细胞壁厚、肽聚糖含量高、脂类物质含量低，肽聚糖被乙醇脱水使降低细胞通透性；因此复染后表现不同的染色效果。2、细胞质膜（protoplasmicmembrane）（1）细胞质膜及化学组成：

紧贴在细胞壁内侧，包围细胞质的一层薄膜，柔软而富有弹性，半渗透膜。含60％～70％的蛋白质，含30％～40％的脂类，约2％的多糖。

亲水的极性端疏水的非极性端脂类是磷脂，由磷酸、甘油、脂肪酸和含胆碱组成细胞质膜的磷脂细胞质膜的蛋白质具运输作用的整合蛋白（integralprotein)或内在蛋白（intrinsicprotein）具酶促作用的周边蛋白（peripheralprotein）或膜外蛋白（

extrinsicprotein）细胞膜是一个重要的代谢活动中心（2）细胞膜的结构：液态镶嵌模型（fluidmosaicmodel）1）膜主体脂双分子层，亲水基团在表面，疏水基团在内部2）双分子层有流动性3）蛋白镶嵌或贯穿或浮在表面4）不对称性1972年，辛格和尼科尔森提出该模型1）选择运输2）维持渗透压3）合成细胞壁和糖被重要基地4）细胞产能场所5）鞭毛基体着生点和旋转供能（3）细胞质膜的生理功能

不同种类细菌的膜在其结构和功能方面存在很大差异。这种差异非常巨大且具有特征性，因此膜化学可被用于对细菌进行鉴定。

细胞质（cytoplasm)：除核区外的半透明、胶状、颗粒状物质总称。含水量80％左右。内含物（inclusionbody）：颗粒状构造，如：贮藏物、气泡等。3、细胞质及内含物细胞质主要成分为核糖体、贮藏物、多种酶类和中间代谢物、质粒、各种营养物和大分子的单体等。核糖体

(1)化学组成：由核糖核酸（RNA）和蛋白质两种化学成分组成。

(2)染色特性：核糖体易被碱性染料染色，在光镜下细胞质中核糖体丰富的部位嗜碱性较强。

(3)电镜结构：是近似球形的致密颗粒，直径为20nm。

(4)功能：合成蛋白质。核糖体结构

模式图

贮藏物（reservematerials）不同化学成分累积成的不溶沉淀颗粒，贮藏营养物。贮藏物碳源及能源氮源：蓝细菌的藻青素、藻青蛋白磷源（异染粒）：聚磷菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌糖原：E.Coli、芽孢杆菌、蓝细菌等PHB：固氮菌、产碱菌、肠杆菌硫粒：紫硫细菌、丝硫细菌、贝氏硫杆菌①聚-β-羟基丁酸(poly-β-hydroxybutyrate,PHB)PHB于1929年被发现，至今已发现60属以上的细菌能合成并贮藏。它无毒、可塑、易降解，被认为是生产医用塑料、生物降解塑料的良好原料。可作炭源和磷源②多糖类贮藏物在真细菌中以糖原为多糖原粒较小，不染色时需用电镜观察，用碘液染成褐色，可在光学显微镜下看到。糖原粒淀粉粒有的细菌积累淀粉粒，用碘液染成深兰色。③异染颗粒(metachromaticgranules)在暗视野显微镜下看到的迂回螺菌(Spirillum

volutans)异染粒（迂回体）颗粒大小为0.5～1.0μm，是无机偏磷酸的聚合物，一般在含磷丰富的环境下形成。功能是贮藏磷元素和能量，并可降低细胞的渗透压。④藻青素（cyanophycin）一种内源性氮源贮藏物，同时还兼有贮存能源的作用。通常存在于蓝细菌中。由含精氨酸和天冬氨酸残基（1:1）的分枝多肽所构成，分子量在25000～125000。⑤硫粒（sulfurglobules）很多真细菌在进行产能代谢或生物合成时，常涉及对还原性的硫化物如H2S，硫代硫酸盐等的氧化。在环境中还原性硫素丰富时，常在细胞内以折光性很强的硫粒的形式积累硫元素。当环境中还原性硫缺乏时，可被细菌重新利用。4、核质（原核）细胞质纤毛鞭毛核糖体细胞膜细胞壁荚膜核质原核、类核或染色质区处于细胞质中部的絮状的区域。含一个染色体及质粒。功能：细菌遗传信息的物质基础。原核5、特殊结构某些细菌壁外存在着一层厚度不定的胶状物质。这类物质称之为荚膜。双球菌的荚膜菌胶团

Ⅰ.使细胞免受干燥的危害。a.荚膜的组分多糖和多肽或蛋白质b.荚膜的主要功能：III．吸附作用Ⅱ.贮藏养料c.活性污泥中的菌胶团丝状、球状、蘑菇状菌胶团大型指状菌胶团（粘液层、荚膜、鞘）不同细胞的荚膜连在一起，形成一个内含多个菌体的胶团，称菌胶团。（Ｐ14）

1）、荚膜(capsule)某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体，称为芽孢（endospore或spore）细菌芽孢的各种类型左：端位；中：近端位；右：中央位枯草杆菌营养细胞和芽孢囊超薄切片电镜照片2）、芽孢功能：抵抗逆境类型：大小、着生部位耐热、辐射、化学试剂，等不良环境。

如：肉毒梭菌100℃5个小时以上杀死；芽孢抗紫外线一般是营养细胞的一倍。芽孢是细菌的休眠体，条件适宜可萌发；多为杆菌，是分类鉴定依据之一；可通过芽孢染色在普通显微镜下观察到。细菌芽孢的特点是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标。芽孢是细