成信工环境工程微生物学教案

环境工程微生物学教案

引言

同学们好！

很高兴这学期能和大家一起来学习《环境工程微生物学》这门课。

同学们在中学的时候都学过《生物学》吧。

生物：包括动物、植物和微生物。而我们这门课主要介绍其中的“微生物”的基本的特点、

性能和规律以及它们在环境保护领域中的应用情况。

不过，一说到微生物，同学们都很熟悉了：

不好的方面：

有的时候，有些人吃了卫生不合格的东西会闹肚子，还有，一些流行感冒；肺炎；扁

桃体炎等等，这些其实就是微生物在作怪。

好的方面：啤酒一一酵母菌；酱油：——曲霉等等

可见，我们人类生存的环境中，都充满了微生物。

(-)微生物与我们

微生物无处不在，我们无时不生活在“微生物的海洋”中。

举例：细菌数亿/g土壤，土壤中的细菌总重量估计为：10034X10"吨；

每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细菌，重感冒患者为8500万；

人体体表及体内存在大量的微生物。

(1)微生物是人类的朋友

生态循环：微生物是自然界物质循环的关键环节——帮助消化、提供必需的营养物质、

组成生理屏障体内的正常菌群是人及动物健康的基本保证；

日常生活：微生物可以为我们提供很多有用的物质一一有机酸、酶、各种药物、疫苗、

奶酪、啤酒、酱油等

环保领域：传统的微生物技术；基因工程为代表的现代生物技术一一基因工程菌在环保

领域的应用(石油降解菌、有机磷农药降解菌等等这些难降解微生物的培育技术的日益成熟)

(2)少数微生物也是人类的敌人

举例：

鼠疫：20世纪40年代

艾滋病，12〜13年的潜伏期，人类免疫缺陷病毒(HIV)引起；

发霉的玉米、花生等胚附近，生长能产生剧毒真菌毒素的黄曲霉一一引起肝炎

总结

从上面可以看出：

微生物无处不在，微生物既是人类的朋友，又是人类的敌人。那么作为人类来讲的我们，

怎样才能最大限度的来使环境中的微生物更好的为人类造福呢？

答案只有一个，就是要求我们人类自己要很好的掌握微生物的一些基本理论和知识；认

识、发现、培养和培养有益的微生物，利用它们为人类造福！！

那么作为环境工程专业的我们来讲，除了学习微生物的一些基本理论和知识外，也要知

道这些微生物在环境领域中的应用，所以在《微生物学》的基础上，出现了《环境工程微生

物学》这门课程，它是环境工程专业的一门专业基础课一一核心必修的。

同学们将来在大三、大四的时候学习的专业课一一水污染控制工程、大气污染控制工程

和固体废弃物的处理与处置等等这些课，那么咱们今天学习的《环境工程微生物学》就是上

面所列专业课的基础部分，所以很重要，希望同学们要好好学习。

（-）本课程的基本情况

1.本课程是环境工程（科学、监测）专业学生的专业基础课；

•理论部分（34学时）：分两大部分：一是微生物学的基础知识；二是微生物学在环

境领域中的应用。

•实验部分（14学时）：安排4-5个实验

2.本课程的特点

•理论性高一一对讲课内容的理解和记忆；

•实验性强——通过实验，提高学生的动手和实践操作能力！

3.教学方式

•课程讲授

•课堂提问、小组讨论

•实验操作方式

4.考核依据

❖平时成绩——考勤和作业（20%）

❖考试一一理论知识和实验两部分（80%）

5.参考资料

•王国惠主编.环境工程微生物学》.化学工业出版社.2005

•周群英主编.《环境工程微生物学》.高等教育出版社.2002

•任南琪主编.《污染控制微生物学》.哈尔滨工业大学出版社

•李军等编.《微生物与水处理工程》.化学工业出版社

我主要以前两本为主讲内容，考试内容也不会超出此范围。同学们如果有时间可以看一下后

两本书，主要侧重于应用。

6.拟安排的答疑时间和安排（五次答疑）

时间：第2周、4周、6周、8周、9周的周二上午10：00-11：30

地点：环境工程系教研室（科教楼2楼，系办对面）

第1章绪论

一、基本要求

⑴了解环境工程微生物学的研究对象和任务；

⑵了解微生物的分类方法和命名原则，理解原核微生物与真核微生物的含义；

⑶掌握微生物的共同特点。

二、教学重点与难点

微生物的分类方法、命名原则和微生物的特点。

三、教学内容

•微生物概述

•环境工程微生物学研究内容和任务

（-）微生物的概念

微生物是一些形体微小，结构简单、肉眼不可见的低等的生命体。

微小（形体微小）：卬!级一光学显微镜下可见（细胞）；nm级一电子显微镜下可见（细

胞器、病毒）

简单（结构简单）：单细胞，简单多细胞，非细胞结构

低（进化地位低）：

主要包括：

⑴原核类：三菌（细菌、放线菌、蓝细菌），三体（支原体、衣原体、立克次氏体）；

⑵真核类：真菌、原生动物、单细胞藻类；

⑶非细胞生物：病毒、类病毒、肮病毒

（-）微生物的特点

（1）体积小，面积大----比表面极大----

举例：假设人：面积/体积=1,则E.coli：面积/体积=30万

类比：水处理中的吸附材料活性碳，比表面积是几百到儿干

意义：扩大了吸收面、排泄面、信息交换面；提高了微生物和外界污染物的接触面，提高其

吸附性能

另外，对于微生物这个特点，是针对单个个体而言，个体小：微米、纳米，但是，同学们试

想一下，在自然环境中，微生物都是群体生长的，也就是数量很多的微生物在一起发挥作用，

可想而知，这样一来，群体的微生物的表面积大，吸附性能就更好了。

举例：60〜80个杆菌（肩并肩排列）=一根头发的直径，300个杆菌（头尾相连）=1粒釉米

长

意义：是将微生物作为群体研究的依据。——人们在研究微生物在环境中的作用时，更侧重

于研究其群体生长的特点，这一特点将在本书的第七章中详细讲解。

（2）吸收多，转化快

举例：和人类相比，微生物的吸收速度是人的300万倍，

比如：E.coli每小时消耗自身重量2000倍的糖，而人类40年消耗自身重量2000倍的糖

意义：为微生物生长提供了充足的物质基础，使微生物发挥“活化工厂”的作用一一吸收并

降解环境中的污染物。

（3）繁殖快

举例：以二均分裂的大肠杆菌为例：

1个E.coli在37℃牛奶中,

24h=4222乂10-,个=4222X103kg,

4〜球体积大小

意义：

①发酵工业，

②遗传学研究：缩短实验周期，

③致病菌：传布快，危害大

鼠疫；14世纪，欧洲1/4人口死亡

马铃薯晚疫病：1845~1846年，欧洲100万人口饿死

肝炎：80年代上海30万人口

爱滋病：津巴布韦1/4人口感染（4）分布广，种类繁多：适应性强

分布广：无微不至，无孔不入，无远不届，无物不食，无险不攀

种类多：地球上的微生物种类多的数不胜数，据报道地球上已经开发利用的微生物不到微生

物总数的1%。

适应强：冷：-70〜-196C,热：300C,酸、碱、盐：耐压

极端环境下都有微生物的踪迹。

（5）易变异

有利面：利用微生物的这种特性，生产实践中，获得优良特性的变种。

举例：发酵工业中，细粮改吃粗粮，筛选耐极端环境的菌株，提高单位产量。培养抗旱、抗

盐碱、抗病毒的农作物等等。

不利面：抗生素药的使用要谨慎

（三）人类对微生物世界的认识过程

引言：由于微生物上述的特点：个体微小（小得人们用肉眼看不到）、又喜欢群居生活，所

以人类对微生物世界的认识需要了很长的一段时间。

（1）史前期（感性认识阶段）

时间：8000年前〜1676年

其实，在人类认识微生物之前，已经在不自觉地应用它们的一些特点来为人类服务了，

举例：混粪肥田、刮骨疗毒、制曲酿酒、酿醋等

这个时期，人们虽然已经在生产、生活等方面利用微生物改善生活，但是，由于当时的技术

落后，人们还无法证实微生物的存在。

（2）初创期（形态学发展阶段）

时间：1676年〜1861年（17世纪中叶）

代表人物：英国科学家罗伯特•胡克

荷兰学者列文•虎克

1665年，英国科学家罗伯

特•胡克（人们可能更熟

悉他的另一个发现：胡克定

律）用他的显微镜观察软木

英国科学家切片的时候，惊奇的发现其

胡克发明的显微比方左辔人人，，函-，，胡克观察到的软胡克显微镜下的

中存在着一个一个"单兀"

罗伯特・胡镜结构。胡克把它们称作“细木片的细胞结构跳蚤

克

胞”。

荷兰人安东尼•冯•列文虎克（AnthonyVbn

Leeuwenhoek,1632-1723）制造的显微镜让人们大

开眼界。列文虎克自幼学习磨制眼镜片的技术，

他制造的显微镜其实就是一片凸透镜，而不是复

合式显微镜。不过，由于他的技艺精湛，磨制的

单片显微镜的放大倍数将近300倍，超过了以往

复合式显微镜成像光路图

任何一种显微镜。当列文虎克把他的显微镜对准

一滴雨水的时候，他惊奇的发现了其中令人惊叹列文虎克

的小小世界：无数的微生物游曳于其中。他把这的显微镜

个发现报告给了英国皇家学会，引起了一阵轰动。

在接下来的两个世纪中，复合式显微镜得到了

充分的完善，然而，光的波动性毁掉了人类使用它向极

小挑战的梦想。因为相邻衍射光斑的互扰，对于使用可

见光作为光源的显微镜，它的分辨率极限是0.2微米。在光学显微镜下放大

任何小于0.2微米的结构都没法识别出来。1000倍的细菌

提高显微镜分辨率的途径之一就是设法减小现代普通光学

光的波长，或者，用电子束来代替光。根据德布罗意的显微镜

物质波理论，运动的电子具有波动性，而且速度越快它

的“波长”就越短。如果能把电子的速度加到足够高，

并且汇聚它，就有可能用来放大物体。

1938年，德国工程师MaxKnoll和ErnstRuska

制造出了世界上第一台透射电子显微镜(TEM)。1952年，

金相显微镜

英国工程师CharlesOatley制造出了第一台扫描电子显

微镜(SEM)。电子显微镜是20世纪最重要的发明之一。

由于电子的速度可以加到很高，电子显微镜的分辨率可

以达到纳米级(10-9m)。很多在可见光下看不见的物体

(例如病毒)，在电子显微镜下现出了原形。

1664年，荷兰学者列文•虎克(RobertHooke)曾用原始的显微镜对生长在皮革表面及蔷

薇枯叶上的霉菌进行观察。后来，他又在牙垢、污水、粪便等，观察到了形态呈球状、杆状、

螺旋状的许多微小生物。

这一段时期,是人类对微生物最初的认识，特别是对其形态的认识。是比较初级的认识阶段。

(3)奠基期(生理学发展阶段)

时间：1861年〜1897年

19世纪中叶-末期

列文虎克发现微生物200年后，通过许多科学家的努力，特别是法国伟大的科学家巴斯德的

一系列创造性的研究工作，人们才开始认识微生物与人类有着十分密切的关系。今天，我们

把研究微生物的科学称作微生物学，巴斯德和科赫是公认的微生物学奠基人。他的工作为今

天的微生物学奠定了科学原理和基本的方法。

代表人物：法国人巴斯德(LouisPasteur)(1822-1895)；

德国人柯赫(RobertKoch)(1843—1910)；

这两位科学家的贡献是相当大的，他们的工作使人们真正开始认识微生物。

下面，我们就看看它们的主要贡献

1.巴斯德的贡献

巴斯德是一位非常了不起的微生物学家

D彻底否定了“自然发生”学说；

著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实,空气内确实含有微生物,是它们引起有机质的腐败。

一一巴斯德消毒法-食品生产的消毒。

"自生说"是一个古老的学说，认为一切生物是自然发生的.到了17世纪，虽然由于研究植物

和动物的生长发育和生活循环，使"自生说'’逐渐软弱,但是由于技术问题,如何证实微生物不

是自然发生的仍然是一个难题，这不仅是"自生说”的一个顽固阵地，同时也是人们正确认识

微生物生命活动的一大屏障.巴斯德在前人工作的基础上,进行了许多试验,其中著名的曲颈

瓶试验无可辩驳地证实,空气内确实含有微生物,它们引起有机质的腐败.巴斯德自制了一个

具有细长而弯曲的颈的玻瓶，其中盛有有机物水浸液（图1-4）,经加热灭菌后，瓶内可一直保

持无菌状态,有机物不发生腐败，因为弯曲的瓶颈阻挡了外面空气中微生物直达有机物浸液

内，一旦将瓶颈打断,瓶内浸液中才有了微生物,有机质发生腐败.巴斯德的实验彻底否定了”

自生说”,并从此建立了病原学说,推动了微生物学的发展.

2）通过多年的研究，证明了酒、醋等的发酵过程是由微生物引起的；并且发酵的微生物的种

类也不一样。

酒精发酵是一个由微生物引起的生物过程还是一个纯粹的化学反应过程，曾是化学家和微生

物学家激烈争论的问题.巴斯德在否定“自生说”的基础上,认为一切发酵作用都可能和微生

物的生长繁殖有关.经不断地努力，巴斯德终于分离到了许多引起发酵的微生物,并证实酒精

发酵是由酵母菌引起的.此外，巴斯德还发现乳酸发酵,醋酸发酵和丁酸发酵都是不同细菌所

引起的.为进一步研究微生物的生理生化奠定了基础.

同时，巴斯德还是一位免疫学家。

3）免疫学——弱毒疫苗预防接种

鸡霍乱：在勉学学上的工作：最早是研究“鸡霍乱”。他从得病的鸡中，分离一种使鸡

的霍乱的病毒。分离出来后培养，然后注入健康的鸡中，他就发现，注入的纯培养物能使健

康的鸡的霍乱而死。

确实得出：传染病是由一定的病原体引起的。

但是，在一次偶然的机会，他把分离出的鸡的霍乱的病菌的培养液放在瓶子里，出去度

假了，等他回来后，他又做同样的试验，就是把放的日子有些久的培养物注入健康的鸡中，

他就发现，注入的纯培养物没有使健康的鸡的霍乱而死，而是发现，这些鸡只是由一点不舒

服，然后，就获得更健康。一一

理性的思考——发现这病的病毒性下降，但还是有促使及身体免疫力增强的能力！一一发明

T“弱毒疫苗”。

1877年，巴斯德研究了鸡霍乱,发现将病原菌减毒可诱发免疫性，以预防鸡霍乱病.其后

他又研究了牛,羊炭疽病和狂犬病,并首次制成狂犬疫苗,证实其免疫学说,为人类防病,治病

作出了重大贡献.后来，他又研究狂犬病，他用同样方法一一却发现不一样的结果。狗都得

狂犬病而死。

一次次以不懈的努力，最后发现增强动物身体免疫力的方法不止一种，一一最后发明了

狂犬病疫苗。

（4）其他贡献

一直沿用至今天的巴斯德消毒法（60〜65℃）作短时间加热处理，杀死有害微生物的一种

消毒法）和家蚕软化病问题的解决也是巴斯德的重要贡献，他不仅在实践上解决了当时法国

酒变质和家蚕软化病的实际问题,而且也推动了微生物病原学说发展，并深刻影响医学的发

展.

巴斯德在大学里学的是化学。由于他不到30岁便成了有名的化学家，法国里尔城的酒厂老

板便要求他帮助解决葡萄酒和啤酒变酸的问题，希望巴斯德能在酒中加些化学药品来防止酒

类变酸。巴斯德与众不同的地方是他善于利用显微镜观察，这使他在化学上有过前人没有的

重要发现。所以在解决葡萄酒变酸问题时，他首先也是用显微镜观察葡萄酒，看看正常的和

变酸的葡萄酒中究竟有什麽不同。结果巴斯德发现，正常的葡萄酒中只能看到一种又圆又大

的酵母菌，变酸的酒中则还有另外一种又小又长的细菌。他把这种细菌放到没有变酸的葡萄

酒中，葡萄酒就变酸了。于是巴斯德向酿酒厂的老板们指出，只要把酿好的葡萄酒放在接近

50℃的温度下加热并密封，葡萄酒便不会变酸。酿酒厂的老板们开始并不相信这个建议。巴

斯德便在酒厂里做示范。他把几瓶葡萄酒分成两组，一组加热，另一组不加热，放置几个月

后，当众开瓶品尝,结果加热过的葡萄酒依旧酒味芳醇，而没有加热的却把人的牙都酸软了。

从此以后，人们把这种采用不太高的温度加热杀死微生物的方法叫做巴斯德灭菌法。直到今

天，我们每天食用的牛奶还是采用巴斯德灭菌法来保鲜的。

2.科赫的贡献

操作方法：菌种分离、培养、接种、染色

病原菌；炭疽杆菌、结核杆菌（1905诺贝尔奖）

特点：建立了一套独特研究方法，进入生理学领域的研究，寻找病原菌；建立了一套微生物

的技术：接种、培养、分离和染色等，大大推动了微生物学的发展。

1843年12月11日，罗伯特・科赫出生于德国汉诺威附近的克劳斯塔尔小城。5岁时他告诉父母，

自己能借助报纸学会读书，预示了其超凡的智慧和毅力，高中时他表现出对微生物学的浓厚兴趣。

1862年他考入格廷根大学医学院，1866年毕业后先到部队当了几年随军医师，后又到东普鲁士

的沃尔施顿小镇开业行医。

当时的沃尔施顿正好流行牛炭疽病，科赫通过研究在牛的脾脏中找到了炭疽杆菌，并把它移

种到老鼠体内，使老鼠感染了炭疽病，最后又在老鼠体内得到了和从牛身上得到的完全相同的炭

疽杆菌。接着他又用血清以与牛体温相同的条件，在动物体外成功地培养出了炭疽杆菌。随后他

又研究炭疽杆菌的生活史，发现了杆菌——芽抱——杆菌的循环。1876年他在《植物生物学》

杂志上发表了他的研究成果。在医学界引起巨大的反响。

1880年科赫被邀请到柏林的德国卫生署任职，得到了良好的实验室和优秀的助手。1881年他

发明了使用固体培养基的“细菌纯培养法”，并开始研究结核病。他研究结核病死亡者的肺，但是

没有找到结核菌，可他把肺磨碎擦在老鼠和兔子身上后，却让他们感染了结核病，反复的试验使

他意识到结核菌很可能是透明的，必须给它染色才能观察到。于是他用各种色素进行染色试验，

并不断改变染色方法，终于在第271号样品中发现了染上蓝色素呈细棒状的结核杆菌。他又用血

清培养基对结核杆菌进行培养，获得了人工培养出的结核杆苗。他将结核杆菌制成悬液注射到豚

鼠的腹腔内，豚鼠因此感染了结核病，科学地证明了结核杆菌是结核病的病原菌。1882年3月

24日，他在德国柏林生理学会上宣读了他发现结核杆菌的有关论文，并与同年4月10日将论文

发表在《柏林医学周报》上，再一次引起医学界的轰动。

发现结核杆菌后，科赫通过进一步研究又阐明了结核病的传幡途径是空气和接触，这项发现

使1〜2级医院能及时制定对结核病人的新的防范规则，减少了病菌的扩散。1883年，科赫在印

度发现了霍乱的病原菌霍乱弧菌及其经过水、食物，衣物等用品的传播途径，并找到了控制它的

办法。1885年他被任命为柏林大学卫生学和细菌学教授，以及该院新设立的传染病研究所所长。

1890年他研究出结核菌素，并将它应用于结核病的诊断。1891年到1899年间，他还到埃及、南

非、印度等地研究了鼠疫、疟疾、回归热、锥虫病等，取得了许多新的重大发现。晚年他得出了

引起人结核病与引起牛结核病的结核杆菌并不完全相同的结论，虽然这一观点在当时引起了许多

争议，但今天已完全证明了其正确性，1910年5月27日，67岁的科赫在德国巴登的寓所里，坐

在他的圈手椅中安样地长眠了，他的骨灰被安葬在柏林传染病菌研究院内。纪念碑上刻有这样的

诗句：从这微观世界里，涌现出这颗巨星；你征服了全世界，所有人都感谢你；献上花环不凋零，

世世代代永铭记。科赫对人类医学事业所作出的贡献是巨大的.他为研究病原微生物所制定的“科

赫原则”，使19世纪70年代至20世纪20年代成了发现病原菌的黄金时代。他创立的微生物方

法学一直沿用至今，为微生物学作为生命科学的一门独立的分支科学奠定了基础。他的研究成果

拯救了无数人，他也因此获得了巨大的荣誉。他被授予柏林荣誉市民称号，获得民德国皇冠勋章、

红鹰大十字勋章，1905年他被授予诺贝尔生理学和医学奖。在他去世后，世界各国仍以不同的

方式纪念他。1982年3月24日，在纪念科赫发现结核杆菌一百周年之际，世界卫生组织和国际

防痍与肺病联合会共同倡议，将每年的3月24日定为“世界防治结核病日”，以表达对科赫的纪

念以及提醒公众对结核病防治的重视。这一天，包括中国在内的许多国家发行了《科赫发现结核

杆菌一百周年》纪念邮票，附图是民主德国发行的《科赫兹发现结核杆菌一百周年》小型张，邮

资图为科赫头像及其签名.边纸图案为科赫于1882年4月10日发表在《柏林医学周报》上的关

于发现结核杆菌的论文。

在这一时期，英国学者布赫纳(E.Buchner)在1897年研究了磨碎酵母菌的发酵作用，

把酵母菌的生命活动和酶化学相联系起来，推动了微生物生理学的发展。同时.，其他学者例如俄

国学者伊万诺夫斯基(Ivanovski)首先发现了烟草花叶病毒(Tobaccomosaicvirus,TMV),

扩大了微生物的类群范围。

特点：进入生化水平的研究，形成综合性普通微生物学。

(4)成熟期

时间：1953年~现在

特点：理论一深入到分子生物学

实践一深入到生物工程水平

代表人物：沃森和克里克发现了DNA的分子结构。

微生物学成为十分热门的前沿基础学科

微生物成为生物学研究中的最主要对象

生物工程中，发酵工程是最成熟的应用技术。

(四)微生物的分类和命名(了解)

1.在生物学上，对生物的分类采用按其生物属性和它们的亲缘关系有次序地分门别类排列成

一个系统。

2.七个等级：通用的分类单元

界(Kingdom)

门(Phylum)

纲(Class)

目(Order)

科(Family)

属(Genus)

种(Species)

【例】大肠埃希氏菌在分类学中的地位

细菌界(Bacteria)

肮细菌门(Protobacteria)

发酵细菌纲(Zymobacteria)

肠杆菌目(Enterobacteriales)

埃希氏菌属(Escherichia)

大肠埃希氏菌(E.coli)

3.微生物命名

瑞典植物学家林奈(C.Linnaeus)在分类学上最大的贡献是创立双名法(binomial

nomenclature),解决生物名称的纠纷。

即：一个属名+一个种名(均为拉丁字)

注意：属名和种名都要用斜体表示

属名在前，第一个字母大写

种名在后，第一个字母小写

［例】大肠埃希氏杆菌：Escherichiacoli

分类学文献中，上述两部分还应加写3项内容，即首次定名人，现定名人和现名的定

名年分

如:Escherichiacoli(Migula)Castellanie/Chalmers1919

(五)环境工程微生物学的研究对象和任务

(1)研究对象

①微生物学及环境微生物学的基础知识、理论、原理等；

②多样性的微生物资源

③可用于污染治理的新微生物物种的发现、创造

(2)研究任务

①利用有益的微生物资源为人类造福！

(1)食品行业：发酵(酿酒、制造酱油)

(2)环保方面：废水、气、物的处理净化

(3)医疗方面：生物疫苗(天化、霍乱)

②防治、控制、消除为生物的有害活动，变害为利。

(1)人体健康：消灭病原菌

(2)环保方面：抑制不利的微生物生长

四、作业及解答

1.什么是微生物？有哪些特点？

答：微生物是一些形体微小，结构简单、肉眼不可见的低等的生命体。

其特点如下：

(1)体积小，面积大----比表面极大----

(2)吸收多，转化快

(3)繁殖快

(4)分布广，种类繁多：适应性强

(5)易变异

2.环境工程微生物学研究内容和任务

答：主要研究内容：即研究微生物的形态、细胞结构、营养、代谢、生长、遗传和生态，有

了解微生物的降解作用以及微生物在环境工程领域的应用。

研究任务：利用有益的微生物资源为人类造福；防治、控制、消除为生物的有害活动,

变害为利。

第2章原核微生物

一、基本要求

⑴了解细菌的个体形态、大小，掌握细胞一般结构，理解细菌的培养特征；

⑵掌握细菌的染色原理、方法；

⑶了解古菌的特点及分类内容；

⑷了解放线菌的形态、大小、菌落特征及繁殖方式；

⑸理解蓝细菌的特点，了解其代表属：

⑹了解螺旋体、立克次氏体和枝原体。

二、教学重点与难点

重点：细胞一般结构，理解细菌的培养特征；

难点：细菌的染色原理、方法

三、教学内容

•细菌

•放线菌

•蓝细菌

•古细菌

•其它原核微生物

（-）细菌

1、引言：

细菌是大家比较熟悉的名字，日常生活中经常碰到。

因为

1）.有很多疾病是它们引起的，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；

2）.腐败菌常引起食物和工农业产品腐烂变质，并散发出特殊的臭味或酸败味。

3）.但是，大多数细菌是和人类和平共处的，对人类不仅无害而且有益，能给人类带来很

大好处。例如：人们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，利用产甲烷菌生产沼气，以及借助细菌来冶炼金属、净化污水、制作使庄稼增产

的细菌肥料等。

2、定义：

细菌：是一类体小而细、结构简单（球、杆、弧）、壁坚而韧、主要以二分裂、水生性很

强的原核微生物。

3、细菌的外形与大小

引言：认识细菌的形态是进行微生物鉴定的第一步，也是最基础的一项工作。

虽然微生物的种类繁多，但是其细胞形态却很简单，主要有以下四种。（有的书上为三

种）：球状、杆状、螺旋状和丝状。相应的细菌就叫球菌、杆菌、螺旋菌和丝状菌。

球菌球菌就是球形的细菌，它是这类细菌的总称，细胞呈球形或椭圆形。

细胞分裂后形成新细胞的排列方式，根据其排列方式可分为①单球菌，②双球菌，③链

球菌，（分裂一个方向）

④四联球菌，（分裂沿两个垂直的平面进行）

⑤八叠球菌，（分裂沿三个垂直的平面进行）

⑥葡萄球菌（细胞分裂无定向）一一类似于一串串的“葡萄”

杆菌细胞呈杆状或圆柱状，菌体直或稍弯，粗短或细长。细菌中种类最多的是杆菌。

直径在0.5~lumXl~5um（宽径义长）

对于同一个杆菌，随着培养之间的长短不同，其大小也会发生变化。（3）螺旋菌细胞呈

弯曲状，在细菌中种类较少，通常是病原菌。

（4）丝状菌一一活性污泥膨胀--原因之一

补充：除上述形状外，还有三角形、方形和圆盘形等形态的细菌。

特别提示！！

1）在正常情况下，细菌的个体形态是相对稳定的，故它也是细菌分类时的重要依据。

2）但是，环境条件的变化，如营养条件、温度、培养时间等，会引起细菌个体形态的改变

或畸形。

因此，在描述细菌的个体形态时，需要在给定条件下（给定的培养基、培养温度、时间

等）。

4、细菌的构造细菌细胞的一般构造：（1）细胞壁：（2）细胞膜和间体；（3）细胞质；（4）核质

体

细菌细胞的特殊构造：（1）荚膜；（2）鞭毛；（3）芽抱细胞壁除以原体外，几乎所有的缘

何微生物都有细胞壁。

细胞壁是包围在细菌原生质最外边的得一层较为坚韧并略具弹性的结构，其厚度在10~80nm

之间。

其主要成分：肽聚糖、蛋白质、脂类等

按照细胞壁成分不同，可以把细菌分为革兰氏阳性（G+）和革兰氏阴性（G-）两类（图

2-2）

引入革兰氏染色法（1884年丹麦医师Gram所发明）：这种方法要追溯到19世纪末，也就

是1884年丹麦医师Gram所发明的一种非常简单的方法,这种方法几乎把所有的细菌分为革

兰氏阳性（G+）和革兰氏阴性（G-）两类。

原因：随着研究的不断深入，发现革兰氏染色的结果不同是由于细菌的细胞壁成分不同引起

的。

革兰氏染色的过程：

a.涂片固定

b.单染一结晶紫染液第一次染色Imin

c.媒染一碘-碘化钾溶液浸湿30S

d.脱色一95%乙醇溶液进行颜色洗脱

e.复染一红色的藩红染液第二次染色

细菌呈现第一次染色的效果紫色，革兰氏阳性菌（紫阳G+）；

呈现第二次染色的效果红色；称革兰氏阴性菌（红阴6-）

细菌细胞壁的生理功能有：

①固定细胞外形；②保护细胞免受外力的损伤：③阻拦大分子物质进人细胞；④使某些细

菌具有致病性及对噬菌体的敏感性；⑤细胞壁为鞭毛提供支点，使鞭毛运动。

细胞质膜

细胞质膜(Cytoplasm)又称为质膜或细胞膜(cel1membraneorplasmamembrane)

a.质膜的组成及结构组成：由磷脂分子和蛋白质组成结构(图2-3)

b.质膜的功能

(1)控制内外物质的交换(吸收营养和排泄废物)；

(2)膜上有许多重要的酶(蛋白质)，是氧化和供能的场所；如：渗透酶、氧化磷酸化酶

等；

(3)细胞壁合成的场所；

(4)鞭毛的附着点。

(3)细胞质及内含物

包含在细菌细胞质膜以内的所有部分称细胞质。

a.细胞质区(Cytoplasmicarea)存在大量直径在10nm,沉降系数为70s的颗粒，称为核蛋

白体(或核糖体)它们由核糖核酸(RNA)和蛋白质组成。

功能：核蛋白体是蛋白质合成的场所。

b.内含物

某些细菌含有与特殊功能相连系的结构，称作内含体(inclusionbodies)它常常在光

学显微镜下观察到。这些颗粒常是储存物，可以与膜结合，例如聚-b-经丁酸盐(PHB)颗粒;

细胞质中发现的分散颗粒如多聚磷酸盐颗粒(也称为异染粒)。某些细菌中也能看到脂肪滴。

一个有趣的内含体是在蓝细菌(蓝绿藻)和生活在水环境中的其他光合细菌内发现的气泡，在

细胞内四周排列的由蛋白质构成的气泡提供浮力，使得细菌漂浮靠近水的表面。详情见表

2.1

表2.1细菌细胞质中的内含物

内含物存在于组成功能

非单位膜被包裹的

聚B-羟基丁酸许多细菌主要是PHB能量的贮存物;调节pH

硫滴H2S氧化细菌和紫硫光合细菌液状硫能源

气泡许多水生细菌罗纹蛋白膜浮力-相当于鱼的鱼漂

竣基化体自养细菌CO2固定酶固定CO2的部位

绿色体绿色光合细菌类脂、蛋白、菌绿素捕光中心

碳氢内含物许多利用碳氢化合物的细菌包裹在蛋白质壳中内含物能源

磁石体许多水生细菌磁铁颗粒趋磁性

无膜包裹的

多聚葡糖甘许多细菌高分子葡萄糖聚合物碳源和能源

多聚磷酸盐许多细菌高分子磷酸盐聚合物磷酸盐贮藏物

藻青素(cyanophycin)许多蓝细菌精氨酸和天冬氨酸的多肽氮源

藻胆蛋白体许多蓝细菌捕光色素和蛋白质捕捉光能

c.核区（nucleararea）原核、类核或染色质区

原核生物所特有的原始细胞核。

细菌的核质体是一个大型环状的双链DNA分子，长度0.25mm〜3mm,为细菌遗传物质，卷曲

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的区别之处）

处于细胞质中部的絮状的区域。

含有一个染色体、质粒

d.附加体：附着在染色体的质粒。

功能：细菌遗传信息的物质基础。

4.2特殊结构：

荚膜

在一定营养条件下，部分细菌新陈代谢过程中能够向细胞外分泌一些胶粘性的物质，并

附着在细胞的表面，这类物质称之为荚膜（图2-4）。

类比：青蛙、泥瞰身体外的一层胶粘的物质。a.荚膜的组分：多糖和多肽，一含水率在

90%~98%,极难染色b.荚膜的主要功能:

I.使细胞免受干燥的危害。

II.病原菌的荚膜与致病能力有关。

III.在水处理中，荚膜能吸附废水中的有机物、无机固体物及胶体物，把它们吸附在细胞

表面，有利于对其的吸收降解。

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3雷英期爆科］菌胶团：多个菌体外

面的荚膜物质互相融合，连为一体，组成共同的荚膜，菌体包埋其中，即成为菌胶团（图2-4）。

形成菌胶团的典型细菌为动胶菌属的细菌。［菌胶团+吸附物（物质、其他微生物）=活性

污泥］形成菌胶团的生物作用？一一群体合作、阻挡原生动物的吞噬

鞭毛①形态：鞭毛是从细胞膜内长出，穿过壁伸出体外，形成细长的丝（图2-5）。

892-5海毛的电镜剪片

②功能：细菌细胞运动的器官。

③类型：根据鞭毛着生位置和数目分为以下几种。

细菌的鞭毛类型

1.偏端单毛，2.两端单毛，3.偏端丛毛,

4.两端丛毛，5.周毛

在各类细菌中，弧菌、螺旋菌、和假单胞菌普遍都有鞭毛。

意义：一般认为细菌体是否能形成鞭毛、鞭毛着生的位置如何等等都具有分类学的意义，

是细菌分类鉴定的重要指标。

菌毛（菌须）①形态特征（图2-7）

附着在细菌表面的短而僵直的丝状附着物（须）。

纤细、中空、短直、数量较多（250根〜300根）相当于各类禽兽的体表的毛发，如兔毛、

狗毛、鸭毛等等，故称为菌毛。或称性丝。

每一个有性细菌有1根〜4根，参与细菌有性生殖时细菌间传递遗传物质。

②功能：菌膜、性器，主要与吸附营养物、有性生殖有关（4）芽胞在一定的生长阶段（当

环境恶劣时），细胞质浓缩凝集，细菌胞内逐步形成一个球形或卵形的、具有厚壁构，并

处于休眠状态的物质，这种物质称为芽抱。

芽胞的多层结构：（由内至外，依次为）

①芽抱外壁;

②一层或几层芽抱衣

主要成分是角蛋白，非常致密，通透性差，能够阻止各类化学物质包括杀菌剂的进入;

③皮层

很厚，主要成分为芽抱特有的肽聚糖，其中含有一种特殊的物质——哦咤二皴酸以及大

量的Ca2+,二者形成了一种极为耐热的凝胶状物质，使得芽胞菌异常抗热，在沸水中芽抱

也可存活数小时。

④芽抱质

含水量极低，细胞内代谢极为缓慢，处于休眠状态。结构致密，染料不能渗入，不着色

多层作用一使芽狗对高温、干燥、辐射、酸、碱和有机溶剂等杀菌因子具有极强抵抗能力芽

苑，，复苏，，一合适的环境中，恢复普通的细胞结构，失去各类抵抗功能。芽抱W抱子或种子（狗

子：繁殖体（种子）多）能否形成芽抱，芽抱的形状、大小及其在细胞内的位置，是

细菌种的特征，在分类鉴定上有一定意义。能形成芽抱的细菌种类不多，最主要的是芽胞

杆菌属（/%d//〃。和梭菌属（（7e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，有些形成的芽抱膨大，宽度明显超过菌体。如炭疽芽胞杆菌-

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，--它们能够形成芽泡，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，这就是芽抱。环境条件一变好，

壳里面的部分会像“发芽”一样长出来。

功能：抵抗逆境

类型：据大小及在细胞中的部位（图2-8）。

图二8细菌芽泡的各师类型左，靖便：中，近雌；石：中央位

形成过程产芽抱菌通常在养料耗尽时停止生长形成芽抱,他有这样几个过程。

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芽抱的形成对于产芽抱菌度过困境有着极为重要的意义，芽抱可在普通条件下保存几年

甚至几十年都依然可以复活。

在实验室进行灭菌处理时，由于芽抱最难杀死，灭菌手段主要考虑的是杀灭芽抱。

芽抱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重要的作用。

5.细菌的培养特征

5.1细菌的菌落特征

固体培养和液体培养两种。

固体培养基上的各种菌类的“村落

固体培养基——固体状态的培养细菌的基质

有的是天然物质，如土豆、馒头及其他各种固体食物，微生物学研究中多使用人工制作的固

体琼脂培养基。

向“营养汤”中加入琼脂（约2%）加热到100℃,然后再冷却就制成了人工固体培养基。

常用的固体培养基容器称为培养皿。培养皿通常称壬板细菌在培养基上生长，会形成各种颜

色和外观的菌落。纯化的菌落是菌种鉴定、通过诱变技术或基因工程改良的前提。菌落的特

征主要由各种微生物特殊的遗传特性决定，同时也与培养基成分及培养条件有关。当固定

培养基成分及培养条件相同时，不同种类微生物形成的菌落特征是固定的，可作为微生物鉴

定的重要依据。

没有鞭毛不运动的细菌，特别是球菌，常形成较小、较厚、边缘较整齐的菌落；有鞭毛的细

菌则较大而扁平，边缘波状、锯齿状等；

有荚膜的细菌菌落较大并且表面光滑，而没有荚膜的则表面较粗糙；

具有芽他的细菌菌落表面常有褶皱并且不透明。细菌菌落具有一些共同的特征：小、湿润、

粘稠、与基质结合松散，易被剥离，质地均匀，各部位颜色一致.但不同的细菌菌落也具有

自己特有的特征。提问：在液体中群体细菌的生存会有哪些形式？

随密度不同，或者在液体培养基表面形成膜（轻），使培养液混浊（中）或产生絮状沉

淀（粘重，如菌胶团、活性污泥）。（二）放线菌

定义：是一类呈菌丝状生长、主要以抱子繁殖和陆生性较强的原核生物。

分布：土壤、空气、水体、反刍动物肠道。

放线菌的形态构造（1）放线菌近细菌特征

有原核；细胞壁的主要成分是肽聚糖；菌丝直径与细菌相仿；有的放线菌产生有鞭毛的抱子，

其鞭毛类型与细菌相同；放线菌噬菌体的形状与细菌的相似；最适生长pH相近，一般呈微

碱性；DNA重组的方式与细菌的相同；核糖体同为70S；对溶菌酶敏感；凡细菌所敏感的抗

生素，放线菌也同样敏感。

（2）放线菌的分布与生活方式

放线菌一般分布在含量较低；有机物丰富和呈微碱性的土壤中。107个/g左右。

能看到：北方春季深层黑土地的白丝

能闻到：泥土特有的“泥腥味”

（1）放线菌的形态结构（模式图）

基内菌丝（Substratemycelium）：又称营养菌丝，功能是吸收营养，直径0.2T.2um长度

100—600um,色素可有可无。

气生菌丝（Aerialmycelium）：基内菌丝长到一定时期，长出培养基外，伸向空间的菌丝,

直径1—L4um,长短不一，形状不一，颜色较深。

抱子丝（Reproductivemycelium）：当气生菌丝生长发育到一定阶段，气生菌丝上分化出的

可形成抱子的菌丝。抱子的形状及在气生菌丝上排列的方式随种而异。功能：繁殖

2、放线菌的菌落形态

菌落质地硬而且致密，菌落小而不广泛延伸

菌落表面呈紧密的绒状或坚实、干燥多皱。

菌落边缘下陷，接种针难以挑取，有时可挑碎，有时可将整个菌落挑起。

老龄菌：幼龄菌菌落与细菌难以区分。菌落周围具放射状菌丝，由于菌丝和抱子常具不同色

素，使菌落

正面，背面呈不同色泽。

3、放线菌的繁殖

(1)分生狗子

(2)抱子囊抱子

(3)菌丝断裂

(4)其他方式

4、放线菌与人类

绝大多数抗生素由放线菌产生；

用来生产纤维素、酶、维生素；

具固氮作用，用于生产生物菌肥；

少数寄生型放线菌可引起动植物病害有的放线菌能破坏棉毛织品和纸张。

(三)蓝细菌(cyanobacteria)

蓝细菌是古老的生物，能产生氧气，使地球由无氧环境转为有氧环境；分布广泛，淡水、海

水、潮湿土壤等均有生长，耐高温和干燥：在污水处理、水体自净中起积极作用，也是水体

富营养化的指示生物。

兰细菌的组成

(胡算卜案

「两种至色景：红光下奢量高

、焦雇工白《利用有效光源

〔一种红色素：绿丸下4■上高

气池：存在于如葩质中.功能：使菌体漂浮水面，利于光舍作用

特征：

(1)、个体形态差异大：球形、杆状；多形态；有单细胞，也有丝状体形态，直径约为-3即1。

(2)、吸收二氧化碳、无机盐和水合成有机物供自身营养，放出氧气。

(3)、特殊结构：具光合器、气泡、异形胞。

(4)、呈蓝、绿、红等颜色，蓝细菌的颜色随光照条件改变而改变。

(四)古细菌

古菌是最古老的生命体，它们多生长于极端环境，如热泉、高压的海底火山口、盐湖等。

1、古菌的特点

(1)形态：薄，扁平；

(2)细胞结构：多含脂蛋白，不含二氨基庚二酸和胞壁酸；

(3)代谢：多样性，代谢中有特殊的辅酶；

(4)呼吸类型：多数厌氧

(5)繁殖：繁殖速度慢，进化速度慢

(6)生活习性：极端环境生活。

2、古菌的分类

按生活习性和生理特征分类：产甲烷菌，嗜热嗜酸菌，极端嗜盐菌

(1)产甲烷菌--厌氧处理中存在的一种微生物

①细胞结构

包括：细胞封套(细胞壁、表面层、鞘和荚膜)、细胞膜、细胞质和核质

②培养方法

专性厌氧，需要在特殊环境下操作

(2)嗜热嗜酸菌

包括：古生硫酸还原菌和极端嗜热古菌

特点：专性嗜热、好氧、兼性厌氧、严格厌氧，革兰氏阳性、杆状、丝状或球状。

最适生长温度在70〜1050c

嗜酸性和嗜中性，自养或异氧生长。

多数是硫代谢菌

（3）极端嗜盐古菌

生活环境：高盐环境，如：晒盐场，天然盐湖，高盐腌渍食物等；

通常需盐下限为L5mol/L的NaCl,多数需要NaCl为2〜4moi/L

特点：细胞呈链状、杆状或球状；靠钠、氯和镁离子维持细胞结构和硬度；革兰氏阴性或阳

性，好氧或兼性厌氧，化能有机营养型；生长温度可高达55℃。

（五）其他原核微生物（自学）

1、立克次氏体

2、支原体

3、衣原体

4、铁细菌

5、硫细菌

6、球衣细菌

四、作业及解答

1.什么是原核微生物、原核微生物有什么特点？

答：原核微生物是单细胞生物，没有真正的细胞核，有核糖体和裸露的环状DNA（常被称为

染色体），缺少由膜包着的细胞器：如线粒体、溶酶体、过氧化物酶体、内质网等。

2.什么是细菌的一般结构和特殊结构？它们的特征是什么？

答：一般结构（或基本结构）：

细胞壁

细胞质膜

细胞质

内含物

细胞核物质（核质体）

是一般细菌所具有的结构。

特殊结构：如芽抱、荚膜、鞭毛等。特殊结构是细菌分类鉴定的依据。

3.细菌的鞭毛是着生在细胞壁上吗？它有什么功能？

答：不是。鞭毛是着生在细胞膜上，是细菌运动的器官。

4.革兰氏阳性和格兰氏阴性菌的细胞壁有何不同？

答：二者的区别请见表L2T

表L2-1革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌细胞螂物成的比较

细密壁厚度/nm肽聚精/%磷壁酸/%脂多糖/%蛋白质/%脂肪/%

里氏阳性菌20-8040-90+一约201~4

革兰氏阳性菌1010-+约6011-22

第3章真核微生物

一、基本要求

⑴理解原生动物的一般特征、分类，了解各纲特点及在水体自净、污水处理中的作用；

⑵了解微型后生动物的典型代表（轮虫，线虫，寡毛类动物，浮游甲壳动物，苔群虫和羽苔

虫）；

⑶掌握藻类一般特征，了解各门特征；

⑷掌握酵母菌、霉菌的形态、结构、繁殖、培养特征，了解主要代表属。

二、教学重点与难点

重点：藻类一般特征，掌握酵母菌、霉菌的形态、结构、繁殖、培养特征

三、教学内容

（-）真菌

1.概述：

真菌属于低等的真核生物

真菌的一般特点

/不进行光合作用

/真菌能产生范子，进行繁殖

/多为分枝或不分枝的丝状体

/异氧吸收性

/陆地性较强

2.分类：

在生产实际中，经常把真菌按照其细胞形态分为：霉菌、酵母菌和伞菌。

我们重点掌握霉菌和酵母菌的一些特征。

下面先看霉菌。

3、霉菌

霉菌（丝状真菌）：生长在营养基质上形成绒毛状、蜘蛛网状或絮状菌丝体的真菌，通

常称为霉菌。

C藻轶的翅

霉苗隶属于\子素苗纲

I半知前突

3.1霉菌的形态

通常说的霉菌的营养体是山菌丝构成的，这些菌丝有的分节、有的不分节。许多菌丝相

互交织就形成了菌丝体。所以说，菌丝体：指真菌狗子在适宜固体培养基上发芽、伸长、分

枝及其相互交织而成的菌丝集团。

根据功能分，菌丝体有两种类型：

营养菌丝：密布在营养基质内部，执行营养物质和水分吸收功能的菌丝体称为营养菌

丝体或基内菌丝体；

气生菌丝：伸展到空气中的菌丝体称为气生菌丝体。

菌丝

根据菌”的基本形态分根据前生的分布和功能分

营养的丝

f无隔膜雷丝r

、生菌丝

1市犒腹囱丝J

L繁殖器官

③细胞结构

与酵母菌细胞结构相似，由细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质和内含物等组成。

在细胞壁与细胞膜之间还有一种由单层膜包围而成的特殊膜结构一一膜边体，其形

状为管状、囊状、球状、卵圆或多层折迭状，该结构分布于细胞周围，类似于细菌的间

体。

（2）霉菌的繁殖方式

•4W靶子

f和于

匏•北子

分殳免于

彳雄艳于

弁光手

（3）霉菌的菌落特征

①菌落形态：呈绒毛状、絮状或蜘蛛网状

②菌落大小：较放线菌、细菌大得多

③菌落外形：圆形或无限发展

④颜色：死子或抱子梗含色素，也可向培养基分泌色素。

点青本的青落黑根■的脑落

各种霉菌，在一定培养基上形成的菌落大小、形状、颜色等相

对稳定，所以菌落特征也为分类依据之一。

（4）霉菌的代表属

单细胞的：

①毛霉

1.坐左力*.

花子、般会花孑.

1MH.・乳，杀R”

②根霉

I.千分*M：»髓儿地.<«.为*

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艳或艳子.同域地于.幔令

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多细胞的:

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