第二章(2-1) 原核微生物

第二章原核微生物微生物（病毒）古細(xì)菌（Archaea）細(xì)菌（Bacteria）真菌（酵母、霉菌等）、微型藻類、原生動物、后生動物非細(xì)胞型細(xì)胞型原核微生物真核微生物（Eukarya）細(xì)菌是一類細(xì)胞細(xì)而短（細(xì)胞直徑約0.5μm，長度約0.5～5μm）、結(jié)構(gòu)簡單、細(xì)胞壁堅韌、以二等分裂方式繁殖和水生性較強(qiáng)的原核微生物

是給水與廢水處理中最重要的一類微生物！第一節(jié)細(xì)菌（bacteria）一、一般形態(tài)和大小（一）個體形態(tài)和排列球菌桿菌螺旋菌基本形態(tài)絲狀菌（僅少數(shù)）1、球菌

細(xì)胞個體呈球形或橢圓形，不同種的球菌在細(xì)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)。金黃色葡萄球菌單球菌雙球菌鏈球菌球菌分裂后的子細(xì)胞的連接方式八疊球菌四聯(lián)球菌葡萄球菌2、桿菌

細(xì)胞呈桿狀或圓柱形，一般其粗細(xì)（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。

桿狀細(xì)菌的排列方式常因生長階段和培養(yǎng)條件而發(fā)生變化，一般不作為分類依據(jù)。球桿菌鏈桿菌雙桿菌梭狀芽孢桿菌短桿菌長桿菌桿菌的基本形狀枯草芽孢桿菌地衣芽孢桿菌3、螺旋菌霍亂弧菌螺旋菌弧菌（vibrio)：螺旋周數(shù)不足一圈細(xì)菌螺菌（spirillum)：2～6圈小型、堅硬的螺旋狀細(xì)菌螺旋體（spirochaeta)：螺旋周數(shù)超6周，體長柔軟4、絲狀菌

分布在水生境，潮濕土壤和活性污泥中。絲狀體是絲狀菌分類的特征。水處理中的絲狀菌細(xì)菌的特殊形態(tài)柄細(xì)菌腎形菌臂微菌網(wǎng)格硫細(xì)菌貝日阿托氏菌(絲狀)具子實體的粘細(xì)菌細(xì)菌的異常形態(tài)結(jié)核桿菌的異常形態(tài)結(jié)核桿菌的正常形態(tài)(1)測量：測微尺(2)長度單位：

微米(μm)(3)表示：

球菌:直徑0.5-1.0μm

桿菌:寬(0.5-1.0μm)×長螺旋菌:寬、長、螺距利用顯微鏡測微尺，顯微照相后根據(jù)放大倍數(shù)進(jìn)行測算

（二）大小最?。号c無細(xì)胞結(jié)構(gòu)的病毒相仿（50nm）最大：肉眼可見（0.75mm）細(xì)胞質(zhì)纖毛鞭毛細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞膜細(xì)胞壁莢膜細(xì)胞壁細(xì)胞質(zhì)膜原生質(zhì)體基本結(jié)構(gòu)特殊結(jié)構(gòu)鞭毛芽孢莢膜細(xì)胞結(jié)構(gòu)細(xì)菌模式圖細(xì)胞質(zhì)及內(nèi)含物核質(zhì)核質(zhì)二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)1.細(xì)胞壁（cellwall）

細(xì)胞最外一層堅韌厚實的外被，主要由肽聚糖構(gòu)成。細(xì)胞壁的生理功能：

1）維持外形，提高機(jī)械強(qiáng)度2）為細(xì)胞生長、分裂、和鞭毛運動必需3）阻礙大分子有害物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞4）賦予抗原性、對抗生素和噬菌體的敏感性

（1）細(xì)胞壁的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)丹麥醫(yī)生C.Gram（革蘭）于1884年發(fā)明的一種鑒別不同類型細(xì)菌的染色方法——革蘭氏染色法根據(jù)此染色法，細(xì)菌可分為革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌肽聚糖磷壁酸多糖孔蛋白質(zhì)脂質(zhì)外膜磷壁酸肽聚糖兩種類型：單層較厚、比較致密的結(jié)構(gòu)（２０－８０nm）兩層膜結(jié)構(gòu)(外層脂多糖較厚8~10nm，內(nèi)層較薄2~3nm)特征G–

G+強(qiáng)度疏松堅韌厚度薄，5～10nm厚，20～80nm肽聚糖層數(shù)少，1～3層多，多達(dá)50層肽聚糖含量少（10～20％）高（50～90％）磷壁酸－＋脂多糖＋－脂肪含量較高一般無蛋白質(zhì)含量較高無

革蘭氏陽性和陰性細(xì)菌細(xì)胞壁構(gòu)造的比較（2）革蘭氏染色：

步驟：涂片固定；結(jié)晶紫初染1min；碘液媒染1min；

95%乙醇脫色0.5min

番紅復(fù)染2min。結(jié)果:

陽性菌——紫色；陰性菌——紅色。革蘭氏染色反應(yīng)機(jī)理的推測陰性菌陽性菌革蘭氏染色機(jī)制（1）與等電點有關(guān)：革蘭氏陽性菌pH2～3，陰性菌pH4～5，加I-－KI媒染，等電點降低，陽性菌降低的更低，與結(jié)晶紫結(jié)合得更牢固；陰性菌結(jié)合力弱，易被乙醇脫色。（2）與細(xì)胞壁有關(guān)：革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁薄、脂類物質(zhì)高，易被乙醇溶解增加細(xì)胞通透性；革蘭氏陽性菌細(xì)胞壁厚、肽聚糖含量高、脂類物質(zhì)含量低，肽聚糖被乙醇脫水使降低細(xì)胞通透性；因此復(fù)染后表現(xiàn)不同的染色效果。2、細(xì)胞質(zhì)膜（protoplasmicmembrane）（1）細(xì)胞質(zhì)膜及化學(xué)組成：

緊貼在細(xì)胞壁內(nèi)側(cè)，包圍細(xì)胞質(zhì)的一層薄膜，柔軟而富有彈性，半滲透膜。含60％～70％的蛋白質(zhì)，含30％～40％的脂類，約2％的多糖。

親水的極性端疏水的非極性端脂類是磷脂，由磷酸、甘油、脂肪酸和含膽堿組成細(xì)胞質(zhì)膜的磷脂細(xì)胞質(zhì)膜的蛋白質(zhì)具運輸作用的整合蛋白（integralprotein)或內(nèi)在蛋白（intrinsicprotein）具酶促作用的周邊蛋白（peripheralprotein）或膜外蛋白（

extrinsicprotein）細(xì)胞膜是一個重要的代謝活動中心（2）細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)：液態(tài)鑲嵌模型（fluidmosaicmodel）1）膜主體脂雙分子層，親水基團(tuán)在表面，疏水基團(tuán)在內(nèi)部2）雙分子層有流動性3）蛋白鑲嵌或貫穿或浮在表面4）不對稱性1972年，辛格和尼科爾森提出該模型1）選擇運輸2）維持滲透壓3）合成細(xì)胞壁和糖被重要基地4）細(xì)胞產(chǎn)能場所5）鞭毛基體著生點和旋轉(zhuǎn)供能（3）細(xì)胞質(zhì)膜的生理功能

不同種類細(xì)菌的膜在其結(jié)構(gòu)和功能方面存在很大差異。這種差異非常巨大且具有特征性，因此膜化學(xué)可被用于對細(xì)菌進(jìn)行鑒定。

細(xì)胞質(zhì)（cytoplasm)：除核區(qū)外的半透明、膠狀、顆粒狀物質(zhì)總稱。含水量80％左右。內(nèi)含物（inclusionbody）：顆粒狀構(gòu)造，如：貯藏物、氣泡等。3、細(xì)胞質(zhì)及內(nèi)含物細(xì)胞質(zhì)主要成分為核糖體、貯藏物、多種酶類和中間代謝物、質(zhì)粒、各種營養(yǎng)物和大分子的單體等。核糖體

(1)化學(xué)組成：由核糖核酸（RNA）和蛋白質(zhì)兩種化學(xué)成分組成。

(2)染色特性：核糖體易被堿性染料染色，在光鏡下細(xì)胞質(zhì)中核糖體豐富的部位嗜堿性較強(qiáng)。

(3)電鏡結(jié)構(gòu)：是近似球形的致密顆粒，直徑為20nm。

(4)功能：合成蛋白質(zhì)。核糖體結(jié)構(gòu)

模式圖

貯藏物（reservematerials）不同化學(xué)成分累積成的不溶沉淀顆粒，貯藏營養(yǎng)物。貯藏物碳源及能源氮源：藍(lán)細(xì)菌的藻青素、藻青蛋白磷源（異染粒）：聚磷菌、白喉棒桿菌、結(jié)核分枝桿菌糖原：E.Coli、芽孢桿菌、藍(lán)細(xì)菌等PHB：固氮菌、產(chǎn)堿菌、腸桿菌硫粒：紫硫細(xì)菌、絲硫細(xì)菌、貝氏硫桿菌①聚-β-羥基丁酸(poly-β-hydroxybutyrate,PHB)PHB于1929年被發(fā)現(xiàn)，至今已發(fā)現(xiàn)60屬以上的細(xì)菌能合成并貯藏。它無毒、可塑、易降解，被認(rèn)為是生產(chǎn)醫(yī)用塑料、生物降解塑料的良好原料?？勺魈吭春土自储诙嗵穷愘A藏物在真細(xì)菌中以糖原為多糖原粒較小，不染色時需用電鏡觀察，用碘液染成褐色，可在光學(xué)顯微鏡下看到。糖原粒淀粉粒有的細(xì)菌積累淀粉粒，用碘液染成深蘭色。③異染顆粒(metachromaticgranules)在暗視野顯微鏡下看到的迂回螺菌(Spirillum

volutans)異染粒（迂回體）顆粒大小為0.5～1.0μm，是無機(jī)偏磷酸的聚合物，一般在含磷豐富的環(huán)境下形成。功能是貯藏磷元素和能量，并可降低細(xì)胞的滲透壓。④藻青素（cyanophycin）一種內(nèi)源性氮源貯藏物，同時還兼有貯存能源的作用。通常存在于藍(lán)細(xì)菌中。由含精氨酸和天冬氨酸殘基（1:1）的分枝多肽所構(gòu)成，分子量在25000～125000。⑤硫粒（sulfurglobules）很多真細(xì)菌在進(jìn)行產(chǎn)能代謝或生物合成時，常涉及對還原性的硫化物如H2S，硫代硫酸鹽等的氧化。在環(huán)境中還原性硫素豐富時，常在細(xì)胞內(nèi)以折光性很強(qiáng)的硫粒的形式積累硫元素。當(dāng)環(huán)境中還原性硫缺乏時，可被細(xì)菌重新利用。4、核質(zhì)（原核）細(xì)胞質(zhì)纖毛鞭毛核糖體細(xì)胞膜細(xì)胞壁莢膜核質(zhì)原核、類核或染色質(zhì)區(qū)處于細(xì)胞質(zhì)中部的絮狀的區(qū)域。含一個染色體及質(zhì)粒。功能：細(xì)菌遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)。原核5、特殊結(jié)構(gòu)某些細(xì)菌壁外存在著一層厚度不定的膠狀物質(zhì)。這類物質(zhì)稱之為莢膜。雙球菌的莢膜菌膠團(tuán)

Ⅰ.使細(xì)胞免受干燥的危害。a.莢膜的組分多糖和多肽或蛋白質(zhì)b.莢膜的主要功能：III．吸附作用Ⅱ.貯藏養(yǎng)料c.活性污泥中的菌膠團(tuán)絲狀、球狀、蘑菇狀菌膠團(tuán)大型指狀菌膠團(tuán)（粘液層、莢膜、鞘）不同細(xì)胞的莢膜連在一起，形成一個內(nèi)含多個菌體的膠團(tuán)，稱菌膠團(tuán)。（Ｐ14）

1）、莢膜(capsule)某些細(xì)菌在其生長發(fā)育后期，在細(xì)胞內(nèi)形成一個圓形或橢圓形、厚壁、含水量極低、抗逆性極強(qiáng)的休眠體，稱為芽孢（endospore或spore）細(xì)菌芽孢的各種類型左：端位；中：近端位；右：中央位枯草桿菌營養(yǎng)細(xì)胞和芽孢囊超薄切片電鏡照片2）、芽孢功能：抵抗逆境類型：大小、著生部位耐熱、輻射、化學(xué)試劑，等不良環(huán)境。

如：肉毒梭菌100℃5個小時以上殺死；芽孢抗紫外線一般是營養(yǎng)細(xì)胞的一倍。芽孢是細(xì)菌的休眠體，條件適宜可萌發(fā)；多為桿菌，是分類鑒定依據(jù)之一；可通過芽孢染色在普通顯微鏡下觀察到。細(xì)菌芽孢的特點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(biāo)。芽孢是細(xì)