《环境中的微生物》PPT课件.ppt

第二章 环境中的微生物 第一节 微生物类群与生物三域 一、微生物及其类群 二、生物三域特征 动物 植物 生 物 菌 病毒 细菌 真菌 藻 微型动物 “微型植物” 虫 生物分类单元 分类单元-界、门、纲、目、科、属、种。 生物分类的基本单元是种。 种以下可再分为亚种、变种、型和菌株等。 人（Homo sapiens L.) 动物界 脊索动物门（脊索动物亚门） 哺乳动物纲（真兽亚纲） 灵长目（类人猿亚目） 人科 人属 人种 对生物究竟分几界的问题，在人类发展历史上 有一个由浅入深，由简至繁，由低级到高级的 认识过程。 近100多年，从两界经历过三界系统、四界系 统、五界系统甚至六界系统，最后又出现三原 界系统。 二界系统：植物界、动物界 三界系统：植物界、动物界、原生生物界 四界系统：植物界、动物界、原始生物界（原生动物、真菌、部 分藻类）、菌界（细菌、蓝细菌） 五界系统：动物界、植物界、原生生物界、真菌界、原核生物界 三原界系统：古细菌原界、真细菌原界、真核生物原界 （一）两个生物分类系统 1、生物的五界系统： 惠特克，1969年； 动物界 植物界 原生生物界 真菌界 原核生物界 2、三原界（三域）系统：沃斯，1978 根据生物的16SrRNA碱基序列，对生 物进行划分。 真细菌 古细菌 真核生物 无细胞结构生物病毒 具细胞结构生物 生物 原核生物 真核生物 真细菌 古细菌 真菌 藻类 原生动物 动物 植物 真细菌 真菌 藻类 原生动物 动物 植物 真核生物 古细菌 生物 沃氏提出的三域（三原界）分类系统 16S rRNA碱基测序（80%的rRNA）： 原 理：根据不同原核生物16S rRNA碱基序列的相似 性比较不同生物间的进化关系。 第二节 真细菌 细菌：有时泛指全部原核微生物，有时专指原 核微生物中的真细菌，有时候仅指真细菌中一 部分微生物。 真细菌是人类研究得最多的一类原核生物。 一、细菌的个体形态、大小与染色 n细菌： n单细胞不分枝的原核微生物 。 （一）细菌的外形与大小 图1-1 常见的三种细菌典型形态 A.球菌 B.杆菌 C.螺旋菌 a.球菌 球形的细菌 球菌大小为0.52.0 m l 单球菌（脲微球菌） 2. 双球菌（肺炎链球菌） 3链球菌（乳链球菌） 4四联球菌 5八叠球菌（甲烷八叠球菌） 6葡萄球菌（金黄色葡萄球菌） 单球菌和双球菌 球菌(coccus) 脑膜炎奈瑟菌 双球菌(diplococcus) 肺炎链球菌 球菌(coccus) 四联球菌(tetrad) 球菌(coccus) 八叠球菌 (sarcina) 链球菌 (streptococcus) 球菌(coccus) 球菌(coccus) 葡萄球菌(streptococcus) b.杆菌 细胞呈杆状或圆柱状杆状或圆柱状，菌体直或 稍弯，粗短或细长。末端钝圆、 尖、膨大或平裁状。 直径在直径在0.50.51um11um15um5um（宽（宽 径径 长）长） 杆菌：单杆菌、双杆菌、链杆菌 大肠杆菌大肠杆菌 梭状芽孢杆菌梭状芽孢杆菌 属于肉毒杆菌属，可引起食物中毒 杆菌的形态多样 分枝杆菌双歧杆菌 不同杆菌的大小、长短、粗细很不一致。 炭疽芽胞杆菌 3-10 m 大 中 大肠埃希菌 2-3 m 小 布鲁菌 0.6-1.5 m 杆菌的形态多样 两端齐平 炭疽芽胞杆菌 两端尖细 白喉棒状杆菌 c.螺旋菌 细胞呈弧形的称为弧菌，其中若菌体多于一个弯曲，其程 度超过一圈，又称为螺旋菌。直径在0.55um，长度不等。 弧菌弧菌 螺旋菌 螺旋菌 弧菌 螺旋菌 螺杆菌 淡水中的螺旋菌 spirochetes . 是一种很常见的细菌 自然界中杆菌最常见，球菌次之，而螺 旋菌最少。 （二）细菌的染色 由于细菌的细胞极其微小又十分透明，因此 用水浸片或悬滴观察法在光学显微镜下进行 观察时，只能看到大体形态和运动情况。 若要在光学显微镜下观察其形态和主要构造 ，一般都要对它们进行染色。 细菌染色方法细菌染色方法 细菌染色法 死菌 活菌：用美蓝或TTC(氯化三苯基四氮唑）等作活菌染色 正染色 负染色：荚膜染色法等 简单染色法 鉴别染色法 革兰氏染色法 抗酸性染色法 芽孢染色法 吉姆萨染色法 革兰氏染色法 该染色法由丹麦医生C.Gram于1884年创立。 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-) 革革 兰兰 氏氏 染染 色色 法法 1.涂片固定 w2.初染 结晶紫染结晶紫染 液第一次液第一次染 色 1min 3.媒染碘碘 -碘化钾碘化钾溶 液浸湿 4. 脱色95%95%乙醇溶液乙醇溶液 进行颜色洗脱 5.复染红色的藩红染液第二次染色红色的藩红染液第二次染色 呈现第二次染色的效果 红色红色；称革兰氏阴性菌革兰氏阴性菌 （红阴红阴G G - - ） 细菌呈现第一次染色的效 果紫色紫色，革兰氏阳性菌革兰氏阳性菌 （紫阳紫阳GG ） ）； ww ww 革兰氏染色的意义 通过这一染色，可把几乎所有的细菌分成革兰 氏阳性菌和革兰氏阴性菌两个大类。因此是分 类鉴定的重要指标。 这两类细菌在细胞结构、成分、形态、生理、 生化、遗传、免疫、生态和药物敏感性等方面 都呈现出明显的差异，因此任何细菌只要先通 过很简单的革兰氏染色，即可提供不少其他重 要的生物学特性方面的信息。 二、细菌的结构 细菌的结构细菌的结构 （一）细胞壁（一）细胞壁 功能功能 提问：哪些功能？ 固定细胞外形；固定细胞外形； w w 保护保护细胞免受外力的损伤；细胞免受外力的损伤； w w 阻拦阻拦大分子物质进人细胞大分子物质进人细胞 ； w w 使细胞具有致病性及对噬菌使细胞具有致病性及对噬菌 体的敏感性体的敏感性。 w为鞭毛提供支点，使鞭毛运动为鞭毛提供支点，使鞭毛运动 。 伤寒 杆菌 细胞 壁中 含毒 素 GG + + 菌细胞壁菌细胞壁 GG - - 菌细胞壁菌细胞壁GG - - 菌细胞壁结构图解菌细胞壁结构图解 请对照两种细菌细胞壁的不同结构，说明为什么染色上会 有区别？ 革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较 细细胞壁 革兰兰阳性菌革兰兰阴性菌 强度较坚韧较坚韧较较疏松 厚度20-80nm10-15nm 肽肽聚糖层层数可多达50层层1-2层层 肽肽聚糖含量占细细胞壁干重50%-80%占细细胞壁干重5%-20% 磷壁酸+ 脂质质双层层+ 脂蛋白+ 脂多糖+ 原生质体(protoplast)：革兰阳性菌细胞壁完全缺失后， 原生质仅被一层细胞膜包住。 原生质球(spheroplast)：未全部去掉的细胞壁的细菌， 肽聚糖层受损后尚有外膜保护。 细菌细胞壁缺陷型或L型：因基因突变而产生的无壁 类型，细胞壁受损后仍能生长和分裂的细菌。在一般环境 中不能耐受菌体内的高渗透压而将会涨破死亡。在高渗环 境下，仍可存活。 细胞壁缺陷型细菌 革兰氏染色机理 1.与细菌等电点有关 革兰氏阳性菌的等电点为pH23，革兰氏阴性菌的 等电点为pH45。革兰氏阳性菌的等电点比革兰氏 阴性菌低，说明革兰氏阳性菌带的负电荷比革兰氏 阴性菌多。它们与草酸铵结晶紫的结合力大，用碘- 碘化钾媒染后，两者的等电点均得到降低，但革兰 氏阳性菌的等电点降低的多，故与草酸铵结晶紫结 合得更牢固，对乙醇脱色的抵抗力更强。 2.与细胞壁有关 革兰氏阳性菌的脂类物质的含量很低，肽聚糖的含量 高。革兰氏阴性菌相反，用乙醇脱色时，革兰氏阴性 菌的脂类物质被乙醇溶解，增加细菌细胞壁的孔径及 其通透性，乙醇容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，使菌体呈现无色。 革兰氏阳性菌由于脂类物质含量极低，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 细胞壁的孔径，降低细胞壁的通透性，阻止乙醇分子 进入细胞，草酸铵结晶紫和碘-碘化钾的复合物被截留 在细胞内而不被脱色，仍呈现紫色。 （二）原生质体 包括细胞质膜（原生质膜）、细胞质及其内含 物、细胞核物质。 1.细胞质膜 紧贴细胞壁的内侧而 包围细胞质的一层柔 软而富有弹性的薄膜 。是选择性半渗透膜 。 主要化学成分：蛋白 质（6070%）、脂类 （3040%）、多糖（ 约2%）。 细胞质膜的生理功能 1.维持渗透压的梯度和溶质的转移； 2.细胞质膜上有合成细胞壁和形成横膈膜组分 的酶，在膜的外表面合成细胞壁； 3.膜内陷形成中间体，含有细胞色素，参与呼 吸作用。中间体与染色体的分离和细胞分裂有 关，还为DNA提供附着点； 4.在细胞质膜上进行物质代谢和能量代谢。 5.细胞质膜上有鞭毛基粒，鞭毛由此长出，即 为鞭毛提供附着点。 2.细胞质和内含物 细胞质是细胞质膜以内，除核物质以外 的无色透明、粘稠的复杂胶体，亦称原 生质。 主要由蛋白质、核酸、多糖、脂类、无 机盐和水组成。 核糖体：由RNA和蛋白质组成，是合成 蛋白质的场所。 其中RNA占60%，蛋白质占40%。大肠 杆菌可以分解出三种分子质量不同的 RNA，16SRNA、23SRNA和5SRNA。 核糖体的沉降系数是70S（由50S和30S 两个亚基组成） 细胞内含颗粒细胞内含颗粒 1气泡（水生细菌） 提问：功能？提问：功能？ 相当于鱼的鱼漂相当于鱼的鱼漂 2异染颗粒 可被甲苯胺染成紫红色。 化学本质偏磷酸盐的聚 合物。 功能？功能？ 磷源和能源性贮藏物磷源和能源性贮藏物， 3聚-羟基丁酸（简称 PHB ）颗粒 功能？功能？ 能量的贮存物能量的贮存物; ;调节调节pHpH 4糖原和淀粉粒 用作碳源和能源 5硫粒 某些化能自养型硫细菌化能自养型硫细菌，贮存 的能源物质能源物质 w w 通常，一种细菌只含有通常，一种细菌只含有 一种或两种内含颗粒一种或两种内含颗粒。 3.拟核 无核膜和核仁，由DNA组成。 携带全部或部分遗传信息，它的功能是决定遗 传性状和传递遗传信息，是重要的遗传物质。 （三）荚膜、粘液层和菌胶团 荚膜:某些细菌细胞壁外的一层较松厚，而且较 固定的粘液性物质。不易着色，一般采用负染 色法。 成分:多糖、多肽和脂类 肺炎链球菌荚膜 荚膜 功能: 1.保护作用：保护细菌免受干燥的影响，保护 不受宿主吞噬细胞的吞噬。 2.当缺乏营养时，荚膜可被用作碳源和能源。 3.具荚膜的致病菌毒力强，失去荚膜的致病力 下降。 4.废水生物处理中的细菌荚膜有生物吸附作用 ，将废水中的有机物、无机物及胶体吸附在细 菌体表面上。 有些细菌不产生荚膜，其细胞仍可分泌粘性的 多糖，疏松地附着在细菌细胞壁表面，与外界 没有明显的边缘,则叫粘液层。在废水生物处理 过程中有生物吸附作用。 有些细菌由于其遗传特性决定，细菌之间按一 定的排列方式粘集在一起，被一个公共的荚膜 包围成一定形状的细菌集团叫做菌胶团。 菌胶团的形成是由这类细菌遗传特性所决定的。菌胶团的形状 有球形、蘑菇形、椭圆形、分支状、垂丝状及不规则形。 上述各种菌胶团在活性污泥中均有，形成 菌胶团的典型细菌为动胶菌属的细菌。 （六）鞭毛 由细胞质膜上的鞭毛基粒长出穿过细胞 壁伸向体外的一条纤细的波浪状的丝状 物。直径0.0010.02um，长250um. 化学成分：鞭毛蛋白 功能：运动，鞭毛的有无以及鞭毛着生 的部位是菌种分类鉴定的重要指标。 根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：在菌体四周都有鞭毛。 鞭毛菌分类 单毛菌 双毛菌 丛毛菌 周毛菌 端生单根鞭毛端生单根鞭毛 端生丛状鞭毛端生丛状鞭毛 实验室可采用特殊染色，使染料的复合物附着并积累 在鞭毛上，加粗其直径， 可用普通光学显微镜观察。 菌毛 比鞭毛更细，较短，直硬，数 量也较多的细丝。非运动器官 G-菌多有，G+ 菌少数有。 功能：菌毛分普通菌毛和性菌 毛(有吸附作用)。有性菌毛的细 菌叫雄性菌。雄性菌与雌性可 通过性菌毛接合，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。 （八）芽孢（八）芽孢 某些细菌生长到一定阶段，在细胞内形成一个 圆形成圆柱形的对不良环境条件具有较强的抵 抗逆休眠体。细菌的芽孢都生长在细胞内，又 称内生孢子(Endospora)，细菌中只有少数几 个属具有芽孢。 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