環(huán)境微生物學第02章

第二章原核微生物草履蟲1細菌

1.1細菌的形態(tài)與大小球狀球菌細胞個體呈球形或橢圓形，不同種的球菌在細胞分裂時會形成不同的空間排列方式，常被作為分類依據(jù)。分有：單球菌、雙球菌（肺炎球菌）、四聯(lián)球菌、八疊球菌（甲烷球菌）、鏈球菌、葡萄球菌。雙球菌

四聯(lián)球菌八疊球菌

鏈球菌

葡萄球菌葡萄球菌桿狀細胞呈桿狀或圓柱形，一般其粗細（直徑）比較穩(wěn)定，而長度則常因培養(yǎng)時間、培養(yǎng)條件不同而有較大變化。分有：單桿菌、雙桿菌、球桿菌和鏈桿菌。單桿菌雙桿菌鏈桿菌球桿菌炭疽病的病原菌-------炭疽桿菌放線桿菌螺旋菌

螺旋菌呈螺旋卷曲狀，螺紋不滿一圈的稱為弧菌?；【菪菪w菌弧菌：菌體只有一個彎曲，其程度不足一圈，

形似“C”字或逗號，鞭毛偏端生。蛭弧菌霍亂弧菌螺旋菌：菌體回轉如螺旋，螺旋數(shù)目和螺距大小因種而異。鞭毛二端生細胞壁堅韌，菌體較硬。螺旋體菌：菌體柔軟，用于運動的類似鞭毛的軸絲位于細胞外鞘內。梅毒密螺旋體以桿菌為最常見，球菌次之，螺旋菌最少。極少數(shù)為其他形狀，如絲狀、三角形、方形、圓盤形等。細菌的大小細菌的大小測量單位是μm大小的測量方法顯微鏡測微尺顯微照相后根據(jù)放大倍數(shù)進行測算

球菌：用直徑表示，0.5～2.0um

表示方法

桿菌：寬×長，(0.5～1.0)×(1～5)um

螺旋菌：寬×長，(0.25～1.7)×(2～60)um另外，細菌的大小與個體的發(fā)育情況有關，剛分裂的新細菌小，隨發(fā)育逐漸變大，老化后又變小。表1.1一些細菌的大小鞭毛菌毛芽孢微莢膜莢膜粘液層特殊構造細胞壁細胞膜間體核區(qū)內含物一般構造細菌細胞的模式構造1.2細菌細胞的結構①②③④⑤細胞質細胞壁1）概念：

細胞壁（cellwall）是位于細胞表面，內側緊貼細胞膜的一層較為堅韌，略具彈性的細胞結構。細菌細胞的一般結構表1.2G＋和G－細胞壁的主要區(qū)別G＋細胞壁厚（20～80nm）化學組成：

a肽聚糖b磷壁酸c少量蛋白質和脂肪

2）細胞壁的化學組成與結構G－細胞壁較?。?0nm）外層：脂多糖

外壁層中層：磷脂層內層：脂蛋白內壁層：肽聚糖（10％）細胞壁的結構（

G+細菌與G﹣細菌細胞壁構造的比較）革蘭氏陽性細菌（G+）革蘭氏陰性細菌（G﹣）肽聚糖肽聚糖外膜1.保護原生質體免受滲透壓引起的破裂作用；2.維持細菌的形態(tài)。溶菌酶處理不同形態(tài)的菌體細胞壁后，菌體均呈球狀。3.細胞壁為多孔結構的分子篩，可以阻擋某些分子的進入。4.細胞壁為鞭毛提供支點，使鞭毛運動。3）細菌細胞壁功能細菌細胞的特殊結構某些細菌壁外存在著一層厚度不定的膠狀物質。

莢膜

H2O（90～98％）

多糖或多肽1）定義2）化學組成負染色法又稱襯托法

1.先染菌體。

2.再將背景染成黑色。在菌體及背景的襯托下，二者之間會出現(xiàn)透明區(qū)，就是莢膜，在顯微鏡下清晰可見。1.具有莢膜的S-型肺炎鏈球菌毒力強，有助于侵入人體。2.具有保護功能。免受噬菌體的吞噬；免受干燥影響。3.當缺乏營養(yǎng)時，可作為碳源和能源，有的可作氮源。4.具有生物吸附作用。在污水生物處理中可將水中的有機物吸附到菌體上。3）功能粘液層有些細菌不產(chǎn)生莢膜，仍分泌粘液的多糖，其疏松的粘附在菌體細胞壁表面上，與外界沒有明顯的邊緣。在污水處理中也有一定的生物吸附功能。菌膠團有些細菌由于遺傳特性，細菌按一定的方式互相粘結在一起，并被一個公共的莢膜包圍形成一定形狀的細菌集團，稱作菌膠團。形狀有：蘑菇形、分支狀、球形等。見課本P30圖1.2-6。在污水處理中也有一定的生物吸附功能。細菌的特殊結構

芽孢

某些細菌在其生長發(fā)育后期或遇到不良環(huán)境時，在細胞內形成一個圓形或橢圓形、厚壁、含水量極低、抗逆性極強的休眠體。

所有的芽孢都可以抵擋外界不良環(huán)境。它是抵擋外界不良環(huán)境的休眠體。枯草桿菌芽孢的超薄切片電鏡照片（標尺：0.2μm）左：端位；中：近端位；右：中央位,細菌芽孢的各種類型細菌芽孢的特點整個生物界中抗逆性最強的生命體，是否能消滅芽孢是衡量各種消毒滅菌手段的最重要的指標。芽孢是細菌的休眠體，在適宜的條件下可以重新轉變成為營養(yǎng)態(tài)細胞含水率低，38～40％芽孢壁厚而致密DPA含量高，具有耐熱性含有耐熱性酶是一條由細胞質膜上的鞭毛基粒長出，穿過細胞壁伸向體外的纖細的波浪狀的絲狀物。

蛋白質，少量的多糖或多肽細菌的特殊結構鞭毛1）概念2）化學組成3）分類4）功能偏端單生兩端單生周生鞭毛如：熒光假單胞如：鼠咬熱螺旋體偏端叢生如：丁香假單胞兩端叢生如：紅色螺菌如：大腸桿菌

根據(jù)鞭毛的數(shù)量和排列情況，細菌分為以下五種類型：運動鞭毛生理功能運動方式：旋轉

請說出下面細菌菌體從內到外的結構鞭毛菌毛擬核細胞質細胞質膜細胞壁莢膜cytoplasm思考1）細菌有哪幾種形態(tài)？舉例說明？2）細菌的一般結構和特殊結構是什么？各具有哪些生理功能？3）革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌的細胞壁結構有什么異同？各有哪些化學組成？……菌落特征：細菌在固體培養(yǎng)基上的培養(yǎng)特征。菌落：由一個細菌繁殖起來的，由無數(shù)細菌組成具有一定形態(tài)特征的細菌集團。培養(yǎng)基：人工配制的供給微生物營養(yǎng)物質的基質固體培養(yǎng)基(加入約1-2%的瓊脂);半固體培養(yǎng)基(加入0.5-1%的瓊脂);液體培養(yǎng)基。1.3細菌的培養(yǎng)特征（1）固體培養(yǎng)基上的培養(yǎng)特征菌落的特征是分類鑒定的依據(jù)?？梢詮娜矫婵淳涞奶卣鳎海?）菌落的表面特征光滑or粗糙、干燥or濕潤（2）菌落的邊緣特征圓形、鋸齒狀等（3）縱剖面的邊緣特征平坦、扁平、隆起等不同種的細菌菌落特征凝膠狀、表面較光滑、濕潤、與培養(yǎng)基結合不緊密，易挑取，正反顏色一致。細菌菌落一般特點

光滑型菌落肺炎克雷伯氏菌在DHL培養(yǎng)基上菌落形態(tài)

肺炎球菌在血瓊脂平板上菌落菌苔（1）定義純種菌體在固體培養(yǎng)基上生長繁殖時形成的肉眼可見的群體。菌苔是由許多同種菌的菌落繁殖形成,連成一片。同一菌體的菌苔特征和菌落特征是相同的，若有異樣，則菌體受污染或變異，應分離純化。菌苔與菌落有什么不同？(2)明膠培養(yǎng)基中的培養(yǎng)特征

用穿刺接種法將細菌接種在明膠培養(yǎng)基中培養(yǎng)，能產(chǎn)生明膠水解酶水解明膠，不同的細菌將明膠水解成不同形態(tài)的溶菌區(qū)，依據(jù)這些不同形態(tài)，可將細菌進行分類。穿刺接種法(從斜面菌種接入(半)固體培養(yǎng)基)：用接種針經(jīng)火焰滅菌后，挑取少量菌種，垂直地穿入試管固體培養(yǎng)基中心至底部，然后穿刺線緩慢將針抽出，塞上棉塞。燒紅接種針滅菌。細菌在明膠培養(yǎng)基中的培養(yǎng)特征(3)半固體培養(yǎng)基中的培養(yǎng)特征穿刺接種，根據(jù)細菌的生長狀態(tài)判斷細菌的呼吸類型和鞭毛有無，能否運動。呼吸類型與培養(yǎng)特征(4)液體培養(yǎng)基中的培養(yǎng)特征細菌在液體培養(yǎng)基中的培養(yǎng)特征是分類依據(jù)之一。因細胞特征、比重、運動能力和對氧氣等關系的不同，而形成不同的群體形態(tài)，多數(shù)表現(xiàn)混濁，部分表現(xiàn)沉淀，好氧細菌則在液面大量生長，形成菌膜或環(huán)狀等在液體中群體細菌的生存形式隨密度不同或者在液體培養(yǎng)基表面形成膜（輕）使培養(yǎng)液混濁（中）或產(chǎn)生絮狀沉淀（粘重，如菌膠團、活性污泥）。1.4細菌的物理化學性質

等電點：指在某一定pH溶液中，氨基酸所帶的正電荷和負電荷相等時的pH值。氨基酸蛋白質細菌也具有兩性電解質的性質

G＋pH等＝2～3細菌等電點G－pH等＝4～5pH＝2～5G不穩(wěn)定菌pH等＝3～4

偏堿性pH＞7細菌所處中性pH＝7高于細菌的等電點培養(yǎng)基偏酸性pH＝6～7☆故細菌表面總是帶負電荷

（1）細菌表面電荷和等電點(2)細菌的染色原理及染色方法細菌細胞微小透明，染色后易于觀察。

細菌在通常培養(yǎng)情況下總是帶負電荷，故用帶正電的堿性染料染色A簡單染色：常用來觀察細菌的形態(tài)、大小和排列方式。用一種染液染色菌體。一般菌體被染上染料的顏色。B復合染色法：兩種染料染色，以區(qū)別細菌的革蘭氏染色反應或抗酸性反應，或將菌體和某一結構染成不同顏色。常用的染色法有：革蘭氏染色1884年，丹麥醫(yī)生C.Gram發(fā)明程序：（1）初染（結晶紫30S）（2）媒染劑（碘液30S）（3）脫色（95%乙醇10~20S）（4）復染（蕃紅30~60S）結果判斷：菌體呈紫色的為革蘭氏陽性菌（G+）

菌體呈紅色的為革蘭氏陰性菌（G-）

ABBBABAA1）初染（結晶紫30S）（1）初染（結晶紫30S）（2）媒染劑（碘液30S）（3）脫色（95%乙醇10~20S）（4）復染（蕃紅30~60S）ABBBABAA2）媒染劑（碘液30S）（1）初染（結晶紫30S）（2）媒染劑（碘液30S）

（3）脫色（95%乙醇10~20S）（4）復染（蕃紅30~60S）ABBBABAA3）脫色（95%乙醇10~20S）（1）初染（結晶紫30S）（2）媒染劑（碘液30S）（3）脫色（95%乙醇10-20S）（4）復染（蕃紅30~60S）ABBBABAA4）復染（蕃紅30~60S）A：革蘭氏陽性細菌G+B：革蘭氏陰性細菌G﹣（1）初染（結晶紫30S）（2）媒染劑（碘液30S）（3）脫色（95%乙醇10~20S）（4）復染（蕃紅30~60S）陽性菌陰性菌

1)革蘭氏染色與等電點的關系

2～3＝pH等(G+)＜pH等(G－)=4～5G+帶的負電荷比G－多，結合力大用I2－KI媒染后,等電點都下降,G+等電點下降的多與草酸銨結晶紫結合的更牢固,對脫色劑的抵抗力強

(3)革蘭氏染色法革蘭氏染色的機制有以下兩點2)與細胞壁有關G+脂類含量低(1～4%)乙醇既是脫色劑又是脫水劑肽聚糖脫水，細胞壁孔徑縮小，其通透性降低G－脂類含量高(40～90%)脂類物質被乙醇溶解，增加細胞壁的孔徑和通透性2古菌過去，由于研究手段技術原因，對古菌的了解很少，一直將它列入細菌范疇內。從1977年起，人們改進了研究方法，發(fā)現(xiàn)這類菌在細胞結構、化學組成及生存環(huán)境條件等方面的特殊性，所以將它從細菌中劃分出來，稱為古細菌（而細菌則稱為真細菌），或稱古菌。現(xiàn)在已將它與細菌、真核生物并列2.1概念的提出1977年，CarlWoese以16SrRNA序列比較為依據(jù)，提出的獨立于真細菌和真核生物之外的生命的第三種形式。

在分類地位上與真細菌和真核生物并列為三域（Domain），并且在進化譜系上更接近真核生物。

在細胞構造上與真細菌較為接近，同屬原核生物。

多生活于一些生存條件十分惡劣的極端環(huán)境中，例如高溫、高鹽、高酸等。古生菌在進化譜系上與真細菌及真核生物相互并列，且與后者關系更近，而其細胞構造卻與真細菌較為接近，同屬于原核生物。在顯微鏡下，古菌與細菌具有類似的個體形態(tài)。2.2古菌的特點

①古菌的形態(tài)細胞很薄，扁平。有精確的方角和垂直的邊構成直角幾何形態(tài)的細胞。

②古菌的細胞結構大多數(shù)古菌的細胞壁不含有二氨基庚二酸和胞壁酸。組分多為脂蛋白，蛋白質為酸性的，脂類是非皂化性甘油二醚的磷脂和糖脂的衍生物。有內含子。

③古菌的代謝代謝有多樣性。在代謝過程中有特殊的輔酶，如絕對厭氧的產(chǎn)甲烷菌有輔酶M、F420、F430等。

2.2古菌的特點

④古菌的呼吸類型多為嚴格厭氧、兼性厭氧，少數(shù)為好氧。⑤古菌的繁殖以細胞分裂的方式繁殖，但繁殖速度較慢。⑥古菌的生活習性大多數(shù)生活在極端環(huán)境。如：高鹽分、極熱、極酸和絕對厭氧的環(huán)境中。它有特殊的代謝途徑。2.3古菌的分類按照古菌的生活習性和生理特點，古菌可分為三大類型：產(chǎn)甲烷菌、嗜熱嗜酸菌、極端嗜鹽菌。

《伯杰氏系統(tǒng)細菌分類手冊》:產(chǎn)甲烷菌,古生硫酸鹽還原菌,極端嗜鹽菌,無細胞壁古生菌,極端嗜熱硫代謝菌①產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷菌與其他微生物（水解菌、產(chǎn)酸菌）協(xié)同作用，能使有機物甲烷化，產(chǎn)生具有經(jīng)濟價值的生物能物質—甲烷。產(chǎn)甲烷菌是嚴格厭氧菌，現(xiàn)把它分為3目、7科、19屬、70種。

產(chǎn)甲烷菌的培養(yǎng)方法：由于產(chǎn)甲烷菌是嚴格厭氧的，其分離和培養(yǎng)等要求特殊的環(huán)境和方法。如厭氧的培養(yǎng)條件、厭氧的操作條件（如厭氧手套箱）。在環(huán)境工程中，產(chǎn)甲烷菌具有特殊的意義。在厭氧條件下，產(chǎn)甲烷菌與其他菌（水解菌、產(chǎn)酸菌等）共同作用，將有機物轉化為甲烷，這就是所謂的“沼氣發(fā)酵”。專性厭氧，需要在特殊環(huán)境下操作；目前最好的是厭氧手套箱厭氧培養(yǎng)箱可進行分裝厭氧培養(yǎng)基，倒制平板，離心厭氧微生物收集菌體，對氧敏感的酶的分離純化等②嗜熱嗜酸菌包括古生硫酸還原菌和極端嗜熱古菌。這一類菌的特點：好氧、嚴格厭氧或兼性厭氧，G－，桿狀、絲狀或球狀，專性嗜熱（最適溫度在70～105℃之間），嗜酸性和嗜中性，自養(yǎng)或異養(yǎng)。大多數(shù)是硫代謝菌。③極端嗜鹽菌這類菌對NaCL有特殊的適應性和需要性。棲息在高鹽環(huán)境。通常極端嗜鹽菌的要求鹽濃度下限為1.5mol/L（約9％），大多數(shù)為2～4mol/L（約12～23％），甚至高達5.5mol/L（32％，達飽和狀態(tài)）。有的種類也能在低鹽濃度下生長。思考1）在pH為6、7和7.5的溶液中，細菌各帶什么電荷？在pH為1.5的溶液中，細菌帶什么電荷？為什么？2）革蘭氏染色的機制和步驟是什么？3）細菌菌落的概念；細菌有哪些培養(yǎng)特征？4）古菌包括哪幾種？生活習性各是什么？5）用什么培養(yǎng)技術判斷細菌的呼吸類型和能否運動？如何判斷？3放線菌1.放線菌的形態(tài)構造2.放線菌的繁殖3.放線菌的群體特征從分類學上，是真細菌的一大類群，G+。在伯杰氏手冊中屬厚壁菌門，放線菌綱。是介于細菌和真菌之間的單細胞微生物：（1）細胞結構和化學組成與細菌同屬原核生物。（2）菌體呈纖細的菌絲，且分枝，又以外生孢子的形式繁殖，這些特征又與霉菌相似。3.1放線菌的形態(tài)構造

放線菌的形態(tài)比細菌復雜些，但仍屬于單細胞。在顯微鏡下，放線菌呈分枝絲狀，我們把這些細絲一樣的結構叫做菌絲，菌絲直徑與細菌相似，小于1微米。菌絲細胞的結構與細菌基本相同。

根據(jù)菌絲形態(tài)和功能的不同，放線菌菌絲可分為基內菌絲、氣生菌絲和孢子絲三種。鏈霉菌屬是放線菌中種類最多、分布最廣、形態(tài)特征最典型的類群，其形態(tài)如下圖所示。放線菌的菌絲鏈霉菌的一般形態(tài)和構造光學顯微鏡下觀察到的放線菌3.2放線菌的繁殖

放線菌沒有有性繁殖，主要通過形成無性孢子方式進行無性繁殖，成熟的分生孢子或孢囊孢子散落在適宜環(huán)境里發(fā)芽形成新的菌絲體；另一種方式是菌絲體的無限伸長和分枝，在液體振蕩培養(yǎng)（或工業(yè)發(fā)酵）中，放線菌每一個脫落的菌絲片段，在適宜條件下都能長成新的菌絲體，也是一種無性繁殖方式。

3.3放線菌的菌落

放線菌在固體培養(yǎng)基上形成與細菌不同的菌落特征，放線菌菌絲相互交錯纏繞形成質地致密的小菌落，干燥、不透明、難以挑取，當大量孢子覆蓋于菌落表面時，就形成表面為粉末狀或顆粒狀的典型放線菌菌落，由于基內菌絲和孢子常有顏色，使得菌落的正反面呈現(xiàn)出不同的色澤。放線菌的菌落特征A：諾爾斯氏鏈霉菌；B：皮疽諾卡氏菌；C：酒紅指孢囊菌；D：游動放線菌；E：小單胞菌；F：皺雙孢馬杜拉放線菌產(chǎn)抗菌素的放線菌的菌落特征

A：卡特利鏈霉菌；B：弗氏鏈霉菌；C：吸水鏈霉菌金淚亞種；D：卡那霉素鏈霉菌；E：除蟲鏈霉菌；F：生磺酸鏈霉菌

4藍細菌(Crynobacteria)

4.1藍細菌的特性

1.藍細菌細胞結構簡單，只具原始核，無核膜和核仁，只有染色質，只具葉綠素，沒有葉綠體。

2.藍細菌含多種色素：葉綠素a、脂環(huán)族類胡蘿卜素、藻膽素、藻膽蛋白體。呈藍、綠、紅等顏色。

3.許多藍細菌的細胞質中存在氣泡

4.藍細菌沒有鞭毛，借助于粘液在固體基質表面滑行。

5.藍細菌是光能自養(yǎng)型生物

6.分布：淡水、海水、潮濕土壤、樹皮、巖石

7.應用：水體自凈作用；可作水體富營養(yǎng)化的指示生物4.2藍細菌分類

1.色球藻綱