细菌-环境工程微生物学

1、细菌-环境工程微生物学微微生生物物非细胞型：病毒、类病毒等非细胞型：病毒、类病毒等细胞型细胞型原核微生物原核微生物细菌域细菌域真核微生物：真菌（酵母、真核微生物：真菌（酵母、霉菌等）；单细胞藻类；霉菌等）；单细胞藻类；原生动物、水生植物等。原生动物、水生植物等。微生物的主要类群微生物的主要类群 细菌是一类细胞细短、结构简单、胞壁坚韧、多细菌是一类细胞细短、结构简单、胞壁坚韧、多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。 共分为共分为23门、门、31纲、纲、71目、目、201科、科、781属。属。细菌有四种形态：细菌有四种形态：1.球状球状 球菌球菌2.杆状

2、杆状 杆菌杆菌3.螺旋状螺旋状 螺旋菌螺旋菌4.丝状丝状 丝状菌丝状菌球菌球菌棒状杆菌棒状杆菌肠道杆菌肠道杆菌杆菌杆菌螺旋菌螺旋菌螺旋菌螺旋菌螺旋体菌螺旋体菌丝状菌细菌的大小 细菌大小测量：显微测微尺。细菌大小测量：显微测微尺。 细胞大小表示：直径细胞大小表示：直径长，单位：微米。长，单位：微米。细菌的大小测量单位是细菌的大小测量单位是m表示单位：表示单位：mmmnm103 m 10-3 m 普通光学显微镜下用普通光学显微镜下用测微尺测细菌大小测微尺测细菌大小一般细菌的大小范围：一般细菌的大小范围：0.5 2 um (直径直径)0.51 um(直径直径)1 80um(长度长度)0.251.7

3、um (直径直径) 2 60 um(长度长度)(长度是菌体两端点之间的距离，而非实长度是菌体两端点之间的距离，而非实际长度际长度)（nanobacteria）（50 nm）最大和最小细菌的个体大小悬殊：最大和最小细菌的个体大小悬殊：（Thiomargarita namibiensis）（0.31 mm）10亿亿 100 亿倍亿倍细菌大小比较细细菌菌细细胞胞结结构构特殊结构特殊结构：部分细菌具有的或部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的一般细菌在特殊环境下才有的（一）细胞壁（cell wall） 细胞壁是位于细胞体表最外层，内侧紧贴细胞细胞壁是位于细胞体表最外层，内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧

4、且略具弹性的细胞结构。约膜的一层较为坚韧且略具弹性的细胞结构。约占干重的占干重的1025%。1.细胞壁的化学组成与结构革兰氏阳性菌细胞壁厚度革兰氏阳性菌细胞壁厚度2080nm，结构简单。，结构简单。革兰氏阴性菌细胞壁厚度革兰氏阴性菌细胞壁厚度10nm，结构复杂。，结构复杂。G G+ + 细菌与细菌与G G - -细菌细胞壁的比较（表格比较）细菌细胞壁的比较（表格比较）细菌细菌壁厚壁厚nmnm肽聚糖肽聚糖磷壁酸磷壁酸脂多糖脂多糖蛋白质蛋白质脂肪脂肪G+G+2020808040409090+ +- -约约20201 14 4G-G-10101010- -+ +约约606011112222化学组成区

5、别：化学组成区别：+ +菌具有大量的肽聚糖，独含磷壁酸，不含脂多糖，蛋菌具有大量的肽聚糖，独含磷壁酸，不含脂多糖，蛋白质、脂质含量较少；白质、脂质含量较少；- -菌含有少量的肽聚糖，独含脂多糖，不含磷壁酸，蛋菌含有少量的肽聚糖，独含脂多糖，不含磷壁酸，蛋白质、脂质含量较多。白质、脂质含量较多。2.细胞壁的功能 保护原生质免受渗透压引起破裂的作用；保护原生质免受渗透压引起破裂的作用； 维持细菌的细胞形态；维持细菌的细胞形态； 阻拦大分子物质进入细胞；阻拦大分子物质进入细胞； 细胞壁为鞭毛提供支点，使鞭毛运动；细胞壁为鞭毛提供支点，使鞭毛运动； 使某些细菌具有致病性及对噬菌体的敏感。使某些细菌具有

6、致病性及对噬菌体的敏感。（二）周质空间 水解酶类；水解酶类； 合成酶类；合成酶类； 结合蛋白；结合蛋白； 受体蛋白。受体蛋白。（三）原生质体细胞膜细胞膜细胞质及其内含物细胞质及其内含物细胞核物质细胞核物质1.细胞质膜 紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞质的一层柔软、紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜。脆弱、富有弹性的半透性薄膜。整合蛋白周边蛋白周边蛋白极性头非极性尾磷磷脂脂双双分分子子层层生理功能 维持渗透压的梯度和溶质的转移；维持渗透压的梯度和溶质的转移； 细胞质膜上有合成细胞壁等组分的酶；细胞质膜上有合成细胞壁等组分的酶； 膜内陷形成中间体，参与呼吸作用；膜内陷

7、形成中间体，参与呼吸作用； 质膜上有各种酶，进行物质和能量代谢；质膜上有各种酶，进行物质和能量代谢； 鞭毛附着点。鞭毛附着点。2.细胞质及其内含物 细胞质：是在细胞膜内除核区以外的细胞物质。细胞质：是在细胞膜内除核区以外的细胞物质。细胞质是无色、透明、粘稠状物质。细胞质是无色、透明、粘稠状物质。 与真核生物不同：与真核生物不同：细胞质不流动；细胞质不流动；核糖体是核糖体是70S；内含物成分不同。内含物成分不同。（1）核糖体：）核糖体： 是分散在细胞质中的颗粒状结构，由核糖体核是分散在细胞质中的颗粒状结构，由核糖体核酸酸 （占（占60%）和蛋白质（占）和蛋白质（占40%）组成。）组成。细菌的核糖

8、体细菌的核糖体沉降系数为：沉降系数为：70S，由，由50S大亚基和大亚基和 30S小亚基构成。小亚基构成。功能：是细胞合成蛋白质功能：是细胞合成蛋白质的机构。的机构。核糖体（Ribosome)(2)(2)内含颗粒：内含颗粒： 细菌细胞质中含有各种颗粒状内含物，它们大细菌细胞质中含有各种颗粒状内含物，它们大多数为细胞贮藏物，颗粒状内含物的多少因细多数为细胞贮藏物，颗粒状内含物的多少因细菌的种类、菌龄及培养条件不同而改变。菌的种类、菌龄及培养条件不同而改变。 主要有：异染粒、聚主要有：异染粒、聚-羟基丁酸、糖原、淀羟基丁酸、糖原、淀粉粒、脂肪粒、硫粒和气泡等等。粉粒、脂肪粒、硫粒和气泡等等。 （异

9、染粒）（异染粒）细细胞胞内内含含物物贮藏物贮藏物聚聚-羟丁酸羟丁酸（PHB）、）、多聚磷多聚磷酸盐颗粒、硫粒、酸盐颗粒、硫粒、糖原和淀粉粒、糖原和淀粉粒、 碳源及能源类碳源及能源类氮源类氮源类磷源磷源磁小体磁小体羧酶体羧酶体气泡气泡 藻青素藻青素 藻青蛋白藻青蛋白趋磁趋磁固定固定CO2调节浮力调节浮力厌氧氨厌氧氨氧化体氧化体氧化氧化NH4+为为N2一种细菌仅含有一到两种内含颗粒。一种细菌仅含有一到两种内含颗粒。3. 拟核 原核生物特有的无核膜包裹、无固定形态的原原核生物特有的无核膜包裹、无固定形态的原始细胞核。始细胞核。 是一个大型环状是一个大型环状DNADNA分子，一般不含蛋白质。分子，一般

10、不含蛋白质。长度为。长度为。 功能：负载细菌遗传信息的物质基础。功能：负载细菌遗传信息的物质基础。（四）荚膜、粘液层、菌胶团、衣鞘糖被 包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的透明胶状物质。的透明胶状物质。 糖被的类型糖被的类型糖糖被被包裹在单个细胞上硬质化在壁上有固定层次松散，未固定在壁上衣鞘衣鞘层次厚层次厚 ( (大大) )荚膜荚膜层次薄层次薄 微荚膜微荚膜粘液层粘液层包裹在细胞群上菌胶团菌胶团荚膜细菌群体特征 菌落：光滑型菌落，表面湿润、光泽、粘液状。菌落：光滑型菌落，表面湿润、光泽、粘液状。 菌胶团（菌胶团（zoogloeazoogloea）：有些细菌

11、由于其遗传特）：有些细菌由于其遗传特性决定，细菌之间按一定的方式互相黏集在一性决定，细菌之间按一定的方式互相黏集在一起，被一个公共荚膜包围形成一定形状的细菌起，被一个公共荚膜包围形成一定形状的细菌集团。集团。分离与观察 荚膜可通过离心培养液而沉降，粘液层扩散到培养荚膜可通过离心培养液而沉降，粘液层扩散到培养基中，使培养液呈凝胶状，不流动，离心不沉降。基中，使培养液呈凝胶状，不流动，离心不沉降。 荚膜、粘液层和衣鞘对染料的亲和力极低，很难着荚膜、粘液层和衣鞘对染料的亲和力极低，很难着色，经特殊染色（负染色法）后，可在光学显微镜色，经特殊染色（负染色法）后，可在光学显微镜下观察到。下观察到。成分荚

12、膜成分荚膜成分（荚膜含荚膜含水量很高水量很高）多糖多糖纯多糖纯多糖杂多糖杂多糖多肽和多糖多肽和多糖蛋白质蛋白质葡聚糖葡聚糖纤维素纤维素果聚糖果聚糖多肽多肽海藻酸海藻酸透明质酸透明质酸聚聚-D-D-谷氨酸谷氨酸糖被的功能 保护作用；保护作用； 贮藏养料；贮藏养料； 表面附着作用；表面附着作用； 堆积代谢废物；堆积代谢废物； 细菌间的信息识别作用；细菌间的信息识别作用； 作为透性屏障和离子交换系统。作为透性屏障和离子交换系统。应用应用1.用于菌种鉴定；用于菌种鉴定；2.用作药物和生化试剂；用作药物和生化试剂；提取葡聚糖提取葡聚糖“代血浆代血浆”；3.用作工业原料；用作工业原料；胞外多糖：黄原胶用于

13、石油开采；胞外多糖：黄原胶用于石油开采；4.用于污水的生物处理。用于污水的生物处理。危害危害 荚膜细菌的大量繁殖，常使糖厂的糖液发粘变质，荚膜细菌的大量繁殖，常使糖厂的糖液发粘变质，酒类、牛奶、面包等饮料和食品发粘变质。牙齿表面形酒类、牛奶、面包等饮料和食品发粘变质。牙齿表面形成龋齿。成龋齿。（五）芽孢 某些细菌在生活史的某个阶段或某些细菌在它某些细菌在生活史的某个阶段或某些细菌在它遇到外界不良环境时，在其细胞内形成一个内遇到外界不良环境时，在其细胞内形成一个内生孢子叫芽孢。生孢子叫芽孢。 能形成芽孢的细菌种类：能形成芽孢的细菌种类： 杆菌种类较多，球菌和螺旋菌较少。杆菌种类较多，球菌和螺旋菌

14、较少。芽孢芽孢芽孢的组成和结构芽孢的组成和结构多层结构，包括孢外壁、芽孢衣、皮层和核心。多层结构，包括孢外壁、芽孢衣、皮层和核心。DPA含量高，钙盐形式存在，与耐热性相关。含量高，钙盐形式存在，与耐热性相关。芽孢的特性芽孢的特性l含水量低、壁厚而致密，含水量低、壁厚而致密，DPA含量高，耐热性酶。含量高，耐热性酶。l通透性差，不易着色。通透性差，不易着色。l新陈代谢几乎停止，处于休眠状态。新陈代谢几乎停止，处于休眠状态。l有很强的有很强的抗热、抗干燥、抗辐射、抗化学能力。抗热、抗干燥、抗辐射、抗化学能力。l一个芽孢萌发产生一个个体。一个芽孢萌发产生一个个体。研究芽孢的理论与实践意义 细菌分类、

15、鉴定中的重要形态学指标细菌分类、鉴定中的重要形态学指标 指导菌种保藏指导菌种保藏 提高菌种筛选率提高菌种筛选率 制定灭菌参数：制定灭菌参数：肉类：肉毒梭菌；肉类：肉毒梭菌；外科器材：破伤风梭菌和产气荚膜梭菌；外科器材：破伤风梭菌和产气荚膜梭菌；实验室和发酵工业：嗜热脂肪芽孢杆菌；实验室和发酵工业：嗜热脂肪芽孢杆菌；伴孢晶体 少数芽孢杆菌（如苏云金芽孢杆菌简称少数芽孢杆菌（如苏云金芽孢杆菌简称“Bt”Bt”）在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形、方在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形、方形或不规则形的碱溶性蛋白质晶体。形或不规则形的碱溶性蛋白质晶体。苏云金芽孢杆菌和伴孢晶体苏云金芽孢杆菌

16、和伴孢晶体对鳞翅目、双翅目和鞘翅目对鳞翅目、双翅目和鞘翅目的的200多种昆虫和动、植物线多种昆虫和动、植物线虫有毒杀作用，对人畜安全、虫有毒杀作用，对人畜安全、对害虫的天敌和植物无害，对害虫的天敌和植物无害，有利于环境保护。常用苏云有利于环境保护。常用苏云金芽孢杆，即金芽孢杆，即“Bt”细菌杀虫细菌杀虫剂。剂。实用意义：实用意义：细菌杀虫剂细菌杀虫剂生物农药生物农药细菌的其他休眠构造 某些细菌还能形成其他休眠构造：如固氮菌的孢某些细菌还能形成其他休眠构造：如固氮菌的孢囊，粘球菌的粘液孢子，蛭弧菌的蛭孢囊等。囊，粘球菌的粘液孢子，蛭弧菌的蛭孢囊等。 孢囊是棕色固氮菌等一些固氮菌在外界缺乏营养孢囊

17、是棕色固氮菌等一些固氮菌在外界缺乏营养的条件下，由整个营养细胞外壁加厚、细胞失水的条件下，由整个营养细胞外壁加厚、细胞失水而形成的一种抗干旱但不耐热的圆形休眠体。而形成的一种抗干旱但不耐热的圆形休眠体。（六）鞭毛 由细胞质膜上的鞭毛基粒长出穿过细胞壁伸向由细胞质膜上的鞭毛基粒长出穿过细胞壁伸向体外的纤细的波浪状丝状物。体外的纤细的波浪状丝状物。 数目为一至数十条，具有运动功能，成分为蛋数目为一至数十条，具有运动功能，成分为蛋白质。白质。 鞭毛一般长度为鞭毛一般长度为15-20um，直径为，直径为显微镜观察肉眼观察 电子显微镜下直接观察通过特殊的鞭毛染色使鞭毛加粗在光镜下观察 半固体培养基上上

18、平板培养基上在暗视野中通过对细菌水浸片的观察鞭毛的着生方式鞭毛的着生方式周生周生鞭毛的实践意义 细菌分类鉴定的重要依据。细菌分类鉴定的重要依据。 鞭毛着生的位置和数目是细菌种的特征，具有鞭毛着生的位置和数目是细菌种的特征，具有分类鉴定的意义。分类鉴定的意义。 鞭毛蛋白是一种很好的抗原物质，不同鞭毛上鞭毛蛋白是一种很好的抗原物质，不同鞭毛上氨基酸组成有很大区别，故可通过血清学反应氨基酸组成有很大区别，故可通过血清学反应进行分类鉴定。进行分类鉴定。（七）其他结构 菌毛（伞毛、纤毛、线毛）菌毛（伞毛、纤毛、线毛） 构造比鞭毛简单，无基体，直接着生于细胞膜上。构造比鞭毛简单，无基体，直接着生于细胞膜上

19、。 功能：作为噬菌体的吸附位点。功能：作为噬菌体的吸附位点。 作为附着到哺乳动物细胞或其他物体的工具。作为附着到哺乳动物细胞或其他物体的工具。大肠杆菌的纤毛大肠杆菌的纤毛性毛 构造和成分与菌毛相同，但比菌毛长。构造和成分与菌毛相同，但比菌毛长。 数量仅一至少数几根。数量仅一至少数几根。 性毛一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌珠中。性毛一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌珠中。 其功能是向雌性菌珠（受体菌）传递遗传物质。其功能是向雌性菌珠（受体菌）传递遗传物质。鞭毛菌毛性毛糖被四、细菌的物理化学特性 （一）细菌表面电荷和等电点（一）细菌表面电荷和等电点 氨基酸是两性电解质；氨基酸是两性电解质； 在某一定在

20、某一定pH溶液中，氨基酸所带的正、负电荷相溶液中，氨基酸所带的正、负电荷相等时的等时的pH，就是该氨基酸的等电点。，就是该氨基酸的等电点。 细菌等电点为细菌等电点为pH 2-5。 （G+ pH 2-3）（G- pH 4-5），）， pH 3-4为革为革兰氏染色不稳定性菌。兰氏染色不稳定性菌。 一般的培养、染色、血清试验等过程中，细菌一般的培养、染色、血清试验等过程中，细菌多处于偏碱性、中性和偏酸性，高于其等电点，多处于偏碱性、中性和偏酸性，高于其等电点，所以细菌鞭毛总是带负电。所以细菌鞭毛总是带负电。 废水中也是如此。废水中也是如此。（二）细菌的染色原理及染色方法 细菌无色透明，反差小，不易看

21、清。细菌无色透明，反差小，不易看清。 常用染料：常用染料： 碱性：结晶紫、龙胆紫、碱性品红、番红、亚碱性：结晶紫、龙胆紫、碱性品红、番红、亚甲蓝、中性红、孔雀绿等。甲蓝、中性红、孔雀绿等。 酸性：酸性品红、刚果红、曙红等。酸性：酸性品红、刚果红、曙红等。 通常细菌带负电荷，所以用带正电的碱性染料。通常细菌带负电荷，所以用带正电的碱性染料。 少数特殊细菌用酸性染料，成为抗酸性染色。少数特殊细菌用酸性染料，成为抗酸性染色。细菌染色法细菌染色法死菌死菌正染色正染色革兰氏染色法革兰氏染色法抗酸性染色法抗酸性染色法芽孢染色法芽孢染色法姬姆萨染色法姬姆萨染色法鉴别染色法鉴别染色法简单染色法简单染色法活菌活

22、菌负染色：荚膜染色法等负染色：荚膜染色法等用美蓝或用美蓝或TTCTTC（氧化三苯基四氮唑）氧化三苯基四氮唑）等作活菌染色等作活菌染色C. Gram（革兰）于革兰）于1884年发明的一种年发明的一种鉴别不同类型细菌鉴别不同类型细菌的染色方法。的染色方法。革兰氏染色法革革兰兰氏氏染染色色法法l1.涂片涂片3.媒染媒染-溶液浸湿溶液浸湿1min4. 脱色脱色95%乙醇溶乙醇溶液进行颜色洗脱液进行颜色洗脱5.复染复染第二第二次染色次染色1minLeft: 单菌染色结果(G+或 G-)Right: 混合菌染色结果(G+和 G-)革兰氏染色结果及细菌分类革兰氏染色阴性甲菌甲菌乙菌乙菌初染初染结晶紫结晶紫媒染媒染碘液碘液脱色脱色乙醇乙醇复染复染番红番红紫色（紫色（G）红色（红色（G-）革兰氏染色步骤示意图革