环境微生物学原核微生物

环境微生物学原核微生物环境微生物学原核微生物第1页细菌是大家比较熟悉名字，因为有很多疾病是它们引发，如鼠疫杆菌、霍乱弧菌、破伤风杆菌、肺炎双球菌等致病菌对人类有害；那些腐败菌常引发食物和工农业产品腐烂变质，并散发出特殊臭味或酸败味。不过，大多数细菌是和人类和平共处，对人类不但无害而且有益，能给人类带来很大好处。如大家利用谷氨酸棒杆菌制造食用味精，用乳酸菌生产酸乳，用苏云金杆菌生产杀虫剂，细菌净化污水等。鼠疫杆菌第一节细菌环境微生物学原核微生物第2页细菌：单细胞不分枝原核微生物。细菌细胞微小而透明，通常见适当染料染色后显微镜观察。一、细菌个体形态和大小（自学）环境微生物学原核微生物第3页环境微生物学原核微生物第4页脑膜炎奈瑟菌双球菌(diplococcus)肺炎链球菌单球菌和双球菌环境微生物学原核微生物第5页四联球菌(tetrad)八叠球菌(sarcina)环境微生物学原核微生物第6页链球菌(streptococcus)葡萄球菌(streptococcus)环境微生物学原核微生物第7页环境微生物学原核微生物第8页大肠杆菌梭状芽孢杆菌属于肉毒杆菌属，可引发食物中毒分枝杆菌双歧杆菌环境微生物学原核微生物第9页炭疽芽胞杆菌3-10μm大肠埃希菌2-3μm布鲁菌0.6-1.5μm两端齐平炭疽芽胞杆菌两端尖细白喉棒状杆菌环境微生物学原核微生物第10页3、螺旋菌

细胞呈弧形称为弧菌，其中若菌体多于一个弯曲，其程度超出一圈，又称为螺旋菌。直径在0.5～5um，长度不等。

弧菌螺旋菌环境微生物学原核微生物第11页弧菌螺旋菌螺杆菌环境微生物学原核微生物第12页淡水中螺旋菌

spirochetes.是一个很常见细菌环境微生物学原核微生物第13页4、丝状菌丝状菌：是由柱状或椭圆状细菌细胞一个一个连接而成，外面有透明硬质状粘性物质包裹（称为鞘）。实际上是一个细菌群体形态。分布在水生境，潮湿土壤和活性污泥中。有铁细菌、硫磺细菌、球衣细菌等。铁细菌环境微生物学原核微生物第14页环境微生物学原核微生物第15页膨胀活性污泥中丝状细菌环境微生物学原核微生物第16页贝日阿托氏菌①生长在平板中贝日阿托氏菌,②生长在活性污泥中贝日阿托氏菌，③、④在静止培养活性污泥表面长满贝日阿托氏菌环境微生物学原核微生物第17页丝状菌硫细菌类①发硫菌②亮发菌③透明颤菌环境微生物学原核微生物第18页

（二）细菌大小*

球菌（直径）：0.5～2.0μm。*

杆菌（其长与宽度）：(0.5～1.0）μm×（1～5）μm。*

螺旋菌(宽度与弯曲长度):(0.25～1.7)μm×(2～60)μm。*海洋水系中有超微细菌（ultramicrobacteria）或称纳米细菌。可经过0.2μm滤膜，一些海洋系统或土壤中每g(mL)含有1012～1013个细胞。*非洲有特大细菌叫纳米比亚硫珍珠状菌（Thiomargaritanamibiensis），它直径达100～300μm，有时出现750μm细胞。

环境微生物学原核微生物第19页二、细菌细胞结构普通结构：细胞壁、细胞质膜、细胞质及其内含物、细胞核物质。特殊结构：芽孢、鞭毛、荚膜、黏液层、衣鞘及光合作用层片等。细菌细胞结构模式图

环境微生物学原核微生物第20页G+菌细胞壁G-菌细胞壁G-菌细胞壁结构图解1、细胞壁

细胞壁是包围在细菌体表最外层、坚韧而有弹性薄膜。主要含有肽聚糖，另外还可能有磷壁酸、脂多糖等。环境微生物学原核微生物第21页环境微生物学原核微生物第22页环境微生物学原核微生物第23页环境微生物学原核微生物第24页环境微生物学原核微生物第25页环境微生物学原核微生物第26页环境微生物学原核微生物第27页环境微生物学原核微生物第28页环境微生物学原核微生物第29页环境微生物学原核微生物第30页环境微生物学原核微生物第31页环境微生物学原核微生物第32页环境微生物学原核微生物第33页环境微生物学原核微生物第34页环境微生物学原核微生物第35页革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较环境微生物学原核微生物第36页环境微生物学原核微生物第37页细胞壁功效

保持和固定细胞形态；

保护原生质体免受渗透压引发破裂作用；

为鞭毛提供支点，使鞭毛运动。多孔结构起到分子筛作用，阻拦大分子物质进入细胞；

使细胞含有致病性及对噬菌体敏感性。伤寒杆菌细胞壁中含毒素环境微生物学原核微生物第38页2、细胞质膜（1）细胞膜化学组成紧贴细胞壁内侧而包围细胞质一层柔软而富有弹性薄膜。是选择性半渗透膜。主要化学成份：蛋白质（60~70%）、脂类（30~40%）、多糖（约2%）。蛋白质与膜透性及酶活性相关；

脂类是磷脂，由磷酸、甘油、脂肪酸和胆碱组成。环境微生物学原核微生物第39页（2）细胞膜结构流动镶嵌模型：磷脂分子组成膜基础骨架，上下两层磷脂分子层平行排列，含有极性磷脂分子亲水基朝向膜内、外表面水相，疏水基在中间。蛋白质镶嵌在磷脂层中或膜表面，有蛋白质由外侧升入膜中间，有穿透膜两层磷脂分子，膜表面蛋白质还带有多糖。环境微生物学原核微生物第40页（3）细胞质膜生理功效维持渗透压梯度和溶质转移；细胞壁合成场所；膜内陷形成中间体含有细胞色素，参加呼吸作用；中间体与染色体分离和细胞分裂相关，还为DNA提供附着点。细胞质膜上有有呼吸电子传递需要酶系，含有类似高等生物线粒体功效，进行物质和能量代谢；鞭毛基粒位于细胞质膜，即为鞭毛提供附着点。环境微生物学原核微生物第41页3、细胞质和内含物细胞质是细胞质膜以内，除核物质以外无色透明、粘稠复杂胶体，亦称原生质。主要由蛋白质、核酸、多糖、脂类、无机盐和水组成。细胞质内含各种酶系统，是细菌细胞进行新陈代谢场所。环境微生物学原核微生物第42页核糖体：由RNA和蛋白质组成，是合成蛋白质场所。其中RNA占60%，蛋白质占40%。大肠杆菌能够分解出三种分子质量不一样RNA，16SRNA、23SRNA和5SRNA。核糖体沉降系数是70S（由50S和30S两个亚基组成）核糖体环境微生物学原核微生物第43页细胞内含颗粒环境微生物学原核微生物第44页细胞内含颗粒环境微生物学原核微生物第45页Chromatiumbuderi硫粒细胞内含颗粒硫粒

贝日阿托氏菌属、发硫菌属、紫硫螺旋菌数、绿硫菌属利用H2S作为能源，氧化H2S为硫粒积累在菌体内。当缺乏营养时，氧化体内硫粒为SO42-，从中取得能量。环境微生物学原核微生物第46页细胞内含颗粒环境微生物学原核微生物第47页

藻青素颗粒（cyanophycingranule）：为蓝细菌特有。由等量精氨酸和天冬氨酸组成多肽，它是蓝细菌多出氮贮存体。羧酶体(carboxysome):

在蓝细菌、硝化细菌和硫杆菌体内含有羧酶体。它是1，5-二磷酸核酮糖羧化酶贮存体，可能是固定CO2场所。呈多角形，直径约100nm。磁小体(magnetosome)和磁铁矿颗粒(Fe3O4）:直径为40～100nm，由膜包裹。许多磁小体在细胞中排列成链状，含有硫复铁矿（Fe3S4）和黄铁矿（FeS2）。是一些细菌如水生趋磁细菌(magnetotactiacbacteria)定位工具。环境微生物学原核微生物第48页趋磁性水螺菌（Aquaspirillummagnetotacticum））环境微生物学原核微生物第49页环境微生物学原核微生物第50页4、核物质（拟核）——原核生物所特有原始细胞核。也称拟核。细菌核质体是一个大型环状双链DNA分子，长度0.25mm~3mm，为细菌遗传物质，卷波折叠于核区。核区没有外膜（这是原核生物与真核生物一个主要区分之处）核质体真核生物细胞细胞核核质体核膜环境微生物学原核微生物第51页拟核携带全部或个别遗传信息，它功效是决定遗传性状和传递遗传信息，是主要遗传物质。环境微生物学原核微生物第52页质粒存在于染色体外小分子环状DNA，能够毒力进行复制或整合到染色体上。能够被遗传或者传递给后代。质粒存在对细胞本身生长与繁殖并不主要，但能够给细胞带来新特征，如抗药性、致病性等环境微生物学原核微生物第53页1、荚膜

是一些细菌在新陈代谢过程中形成，分泌于细胞壁外粘液状物质，把细胞壁完全包围封住，这层粘性物质叫荚膜。含水率在90％~98％，极难染色，普通采取负染色法。主要成份：多糖、多肽、脂类或脂类蛋白复合体单染后墨汁背景衬托法观察（二）细菌特殊结构环境微生物学原核微生物第54页荚膜功效:①含有荚膜S型肺炎链球菌毒力强，有利于肺炎链球菌侵染人体。②荚膜保护致病菌免受宿主吞噬细胞吞噬，保护细菌免受干燥影响。③当缺乏营养时，荚膜可被用作碳源和能源，有荚膜还可作氮源。④废水生物处理中细菌荚膜有生物吸附作用，将废水中有机物、无机物及胶体吸附在细菌体表面上。环境微生物学原核微生物第55页2.黏液层(slimelayer)

不产荚膜细菌在其表面分泌黏性多糖，疏松地附着在细菌细胞壁表面上，与外界没有显著边缘，这叫黏液层。

黏液层在废水生物处理过程中有生物吸附作用，在曝气池中因曝气搅动和水冲击力轻易把细菌黏液冲刷入水中，以致增加水中有机物，它可被其它微生物作碳源利用。环境微生物学原核微生物第56页3.

菌胶团(zoogloea)些细菌因为其遗传特征决定，细菌之间按一定排列方式粘集在一起，被一个公共荚膜包围成一定形状细菌集团叫做菌胶团。菌胶团形状有球形、蘑菇形、椭圆形、分枝状、垂丝状及不规则形。上述各种菌胶团在活性污泥中都有，经典有动胶菌属(Zoogloea)，它有两个种：生枝状动胶菌(Zoogloearamigera)和垂(悬)丝动胶菌(Zoogloeafilipendula。

环境微生物学原核微生物第57页菌胶团几个形态A.活性污泥中指状菌胶团,B1.在低倍显微镜下生枝动胶菌（Z.ramigera）纯培养絮状物，B2.在光学相差×833下生枝动胶菌（Z.ramigera）细胞C.在印染废水活性污泥中菌胶团环境微生物学原核微生物第58页4、衣鞘(sheath)

水生境中丝状菌多数有衣鞘，如球衣菌属、纤发菌属、发硫菌属、亮发菌属、泉发菌属等丝状体表面黏液层或荚膜硬质化，形成一个透明坚韧空壳，叫衣鞘。

荚膜、黏液层、衣鞘和菌胶团对染料亲和力极低，极难着色，都用衬托(负染色)法染色。

衣鞘

细胞

浮游球衣菌细胞与衣鞘环境微生物学原核微生物第59页5、芽孢

一些细菌生长到一定阶段，在细胞内形成一个圆形、椭圆形或圆柱形、对不良环境条件含有较强抵抗逆休眠体。细菌芽孢都生长在细胞内，又称内生孢子(Endospora)。芽孢对干燥（在干燥下可存活几年、几十年），紫外线，有毒化学物、热、化学药品抵抗力强，能使细菌渡过不良环境。普通芽孢能耐高温。环境微生物学原核微生物第60页芽孢是抵抗外界不良环境休眠体。是分类判定依据之一。能形成芽孢细菌种类不多，最主要是好氧芽孢杆菌属（Bacillus）和厌氧梭菌属（Cletridium），芽孢八叠球菌属、芽孢弧菌属。它们都是革兰氏阳性菌。很多都是强致病菌，如肉毒梭菌、破伤风梭菌，有些形成芽孢膨大，宽度显著超出菌体。含芽孢梭菌

芽孢宽度超出菌体，使细胞呈梭状环境微生物学原核微生物第61页炭疽芽孢杆菌…..生物恐怖主义者为何会看中这种细菌呢？首先因为炭疽是一个严重疾病，分布又非常广泛。…...还因为它几乎是一个永不死亡细菌，-----它们能够形成芽孢，因而很不轻易死亡。在环境恶劣时候，细菌内部会有一小个别浓缩起来，在这一个别周围形成几层坚硬壳。里面生命活动变得非常迟缓，而壳外面那个别就死亡消失了，这就是芽孢。环境条件一变好，壳里面个别会像“发芽”一样长出来。环境微生物学原核微生物第62页芽胞大小、形状、位置等随菌种而异，有主要判别意义。炭疽芽胞杆菌肉毒梭菌破伤风梭菌环境微生物学原核微生物第63页醋酸氧化脱硫肠状菌及其芽孢炭疽芽孢杆菌枯草芽孢杆菌环境微生物学原核微生物第64页芽孢抗性强原因(P29~30)：1.原生质高度脱水，含水量少。2.有厚、致密壁。3.含与抗热性相关吡啶二羧酸（DPA)。4.芽孢内含有抗热性酶。芽孢萌发后变成营养细胞，抗性损失。芽孢不是繁殖器官，只是休眠体。

环境微生物学原核微生物第65页

芽孢形成对于产芽孢菌度过困境有着极为主要意义，芽孢可在普通条件下保留几年甚至几十年都依然能够复活。

在试验室进行灭菌处理时，因为芽孢最难杀死，灭菌伎俩主要考虑是杀灭芽孢；（＊怎样杀灭芽孢呢？）

芽孢菌普遍存在于处理各类有毒废水中，并对水质净化起着十分主要作用。环境微生物学原核微生物第66页6、鞭毛由细胞质膜上鞭毛基粒长出穿过细胞壁伸向体外一条纤细波浪状丝状物。直径为0.001~0.02um，长为2~50um.化学成份：鞭毛蛋白功效：运动，靠细胞膜上ATP酶水解ATP提供能量。依据鞭毛数目与排列情况分：

一端单毛菌：菌体一端只有一条鞭毛。二端单毛菌：菌体二端各有一条鞭毛。

丛毛菌：菌体一端或二端各有一丛鞭毛(偏端丛生鞭毛菌、二端丛生鞭毛菌)

周毛菌：在菌体四面都有鞭毛。环境微生物学原核微生物第67页细菌鞭毛着生位置A.杆菌：①极端生②亚极端生③两极端生④两束极端生⑤周身B.弧菌：①单根极端生②两束极端生③束极端生环境微生物学原核微生物第68页单毛菌双毛菌丛毛菌周毛菌环境微生物学原核微生物第69页

端生单根鞭毛端生丛状鞭毛

试验室可采取特殊染色，使染料复合物附着并积累在鞭毛上，加粗其直径，可用普通光学显微镜观察。环境微生物学原核微生物第70页纤毛比鞭毛更细，较短，直硬，数量也较多细丝。非运动器官，G-菌多有，G+菌少数有。功效：菌毛分普通菌毛和性菌毛(有吸附作用)。有性菌毛细菌叫雄性菌。雄性菌与雌性可经过性菌毛接合，没有之不能接合。菌毛在普通光学显微镜下看不到,必须用电子显微镜观察。环境微生物学原核微生物第71页三、细菌培养特征1、细菌在固体培养基上培养特征细菌在固体培养基上培养特征就是菌落特征。菌落是由一个细菌繁殖起来，由无数细菌组成含有一定形态特征细菌集团。环境微生物学原核微生物第72页

菌落特征主要由各种微生物特殊遗传特征决定，同时也与培养基成份及培养条件相关，当培养基成份及培养条件相同时，不一样种类微生物形成菌落特征是固定，可作为微生物判定主要依据。

菌落形态环境微生物学原核微生物第73页几个细菌菌落特征A.纵剖面：①.扁平②隆起③低凸起④高凸起⑤脐状⑥草帽状⑦乳头状B.表面结构、形状及边缘：

⑧圆形，边缘整齐⑨不规则，边缘波浪⑩不规则，颗粒状，叶状⑪规则，放射状，边缘花瓣形⑫规则，边缘整齐，表面光滑⑬规则，边缘齿状⑭规则，有同心环，边缘完整⑮不规则，似毛毯状⑯规则，似菌丝状⑰不规则，卷发状，边缘波状⑱不规则，丝状⑲不规则，根状环境微生物学原核微生物第74页固体培养基上菌落生长情况光滑型菌落粗糙型菌落粘液型菌落环境微生物学原核微生物第75页环境微生物学原核微生物第76页菌苔：在斜面培养基接种线上长成一片密集细菌群落。不一样属种细菌菌苔形态是不一样。

图2-17在斜面培养基上菌苔特征环境微生物学原核微生物第77页2、在明胶培养基中培养特征图2-18在明胶培养基中生长特征

用穿刺接种法将某种细菌接种在明胶培养基中培养，能产生明胶水解酶水解明胶，不一样细菌将明胶水解成不一样形态溶菌区。

环境微生物学原核微生物第78页3、细菌在半固体培养基中生长情况1）以穿刺接种法将细菌接种至0.3-0.5%琼脂上观察其生长2）判定特征a.在穿刺线上生长：无鞭毛、不运动细菌；b.线上生长，且其周围也生长:有、运动c.好氧菌：长在培养基表面d.厌氧菌：穿刺线底部生长

e.兼性厌氧菌：整个线上生长

f.好氧和微量好氧菌：穿刺线上部环境微生物学原核微生物第79页1、3：有动力2：无动力环境微生物学原核微生物第80页4、在液体培养基中培养特征环境微生物学原核微生物第81页细菌在液体培养基中生长情况菌膜菌沉淀均匀浑浊对照环境微生物学原核微生物第82页

四、细菌物理化学特征

(一)细菌表面电荷和等电点

细菌体含有50％以上蛋白质。蛋白质由20种氨基酸按一定排列次序由肽键连接组成。氨基酸是两性电解质，在碱性溶液中表现出带负电荷，在酸性溶液中表现出带正电荷，在某一定pH溶液中，氨基酸所带正电荷和负电荷相等时pH，称为该氨基酸等电点。*

已知细菌等电点在pH2～5，革兰氏阳性菌等电点为pH2～3；革兰氏阴性菌等电点为pH4～5；pH=3～4之间为革兰氏染色不稳定性菌。COO-

NH2+NaOH

HCl

环境微生物学原核微生物第83页

（二）细菌染色原理及染色方法

1.细菌染色原理

细菌菌体无色透明，在显微镜下因为菌体与其背景反差小，不易看清菌体形态和结构。因为细菌在通常培养情况下总是带负电荷，故用带正电碱性染色液染菌体，以增加菌体与背景反差。

2.染色方法

（1）简单染色法

简单染色法是用一个染料染菌体，目标是为了增加菌体与背景反差，便于观察。

（2）复合染色法

复合染色法是用两种染料染色，以区分不一样细菌。如革兰氏染色反应和抗酸性染色反应，或将菌体和某一结构染成不一样颜色，方便观察。环境微生物学原核微生物第84页简单染色法原理和详细步骤见试验四环境微生物学原核微生物第85页革兰氏染色法该染色法由丹麦医生C.Gram于1884年创建。分为初染、媒染、脱色和复染四步。

甲菌

乙菌初染

结晶紫媒染

碘液脱色

乙醇复染

沙黄紫色(G+)

红色(G-)环境微生物学原核微生物第86页革

兰

氏

染

色

法1.涂片固定2.初染—结晶紫染液第一次染色

1min

环境微生物学原核微生物第87页3.媒染—碘-碘化钾溶液浸湿30S4.脱色—95%乙醇溶液进行颜色洗脱5.复染—红色藩红染液第二次染色环境微生物学原核微生物第88页展现第二次染色效果红色；称革兰氏阴性菌（红阴G-）

细菌展现第一次染色效果紫色，革兰氏阳性菌（紫阳G＋）；环境微生物学原核微生物第89页环境微生物学原核微生物第90页革兰氏染色机理与细菌等电点相关革兰氏阳性菌等电点为pH2~3，革兰氏阴性菌等电点为pH4~5。革兰氏阳性菌等电点比革兰氏阴性菌低，说明革兰氏阳性菌带负电荷比革兰氏阴性菌多。它们与草酸铵结晶紫结协力大，用碘-碘化钾媒染后，二者等电点均得到降低，但革兰氏阳性菌等电点降低多，故与草酸铵结晶紫结合得更牢靠，对乙醇脱色抵抗力更强。环境微生物学原核微生物第91页与细胞壁相关革兰氏阳性菌脂类物质含量很低，肽聚糖含量高。革兰氏阴性菌相反，用乙醇脱色时，革兰氏阴性菌脂类物质被乙醇溶解，增加细菌细胞壁孔径及其通透性，乙醇轻易进入细胞内将草酸铵结晶紫和碘-碘化钾复合物提取出来，使菌体展现无色。革兰氏阳性菌因为脂类物质含量极低，而肽聚糖含量高，乙醇既是脱色剂又是脱水剂，使肽聚糖脱水缩小细胞壁孔径，降低细胞壁通透性，阻止乙醇分子进入细胞，草酸铵结晶紫和碘-碘化钾复合物被截留在细胞内而不被脱色，仍展现紫色。环境微生物学原核微生物第92页

（三）细菌悬液稳定性

细菌在液体培养基中存在状态有稳定和不稳定两种。*

稳定叫S型（光滑型）。S型菌整个菌体为亲水基，它均匀分布于培养基中，不发生凝聚，菌悬液很稳定。只在电解质浓度高时才发生凝聚。*

不稳定性叫R型（粗糙型）。它含有强电解质，菌悬液很不稳定，轻易发生凝聚而沉淀在瓶底，培养基很清。环境微生物学原核微生物第93页

细菌悬液稳定性和不稳定性在水处理工艺中有极为主要意义。尤其是在污水、废水生物处理中二次沉淀池（以下简称二沉池）沉淀效果与细菌悬液在水中稳定性程度关系亲密。二沉池中细菌悬液发生不稳定性可取得好沉淀效果。所以，要使活性污泥中粗糙型（R型）细菌数量占优势。或者投加强电解质（表面不活性剂），改变活性污泥表面张力，可改进活性污泥沉淀效果。环境微生物学原核微生物第94页

（四）细菌悬液浑浊度

细菌体呈半透明状态，光线照射菌体时，一个别光线透过菌体，一个别光线被折射。所以，细菌悬液展现浑浊现象。可用目力比浊、光电比色计、比浊计等测其浑浊度，可略知其数目(包含活菌和死菌)。

（五）细菌多相胶体性质

细菌细胞质中含有各种蛋白质，它们成份和功效各不相同，所以细胞质是多相胶体，某一相吸收一组物质进