环境微生物学第02章

第二章原核微生物草履虫1细菌

1.1细菌的形态与大小球状球菌细胞个体呈球形或椭圆形，不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式，常被作为分类依据。分有：单球菌、双球菌（肺炎球菌）、四联球菌、八叠球菌（甲烷球菌）、链球菌、葡萄球菌。双球菌

四联球菌八叠球菌

链球菌

葡萄球菌葡萄球菌杆状细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较稳定，而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。分有：单杆菌、双杆菌、球杆菌和链杆菌。单杆菌双杆菌链杆菌球杆菌炭疽病的病原菌-------炭疽杆菌放线杆菌螺旋菌

螺旋菌呈螺旋卷曲状，螺纹不满一圈的称为弧菌。弧菌螺旋菌螺旋体菌弧菌：菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，

形似“C”字或逗号，鞭毛偏端生。蛭弧菌霍乱弧菌螺旋菌：菌体回转如螺旋，螺旋数目和螺距大小因种而异。鞭毛二端生细胞壁坚韧，菌体较硬。螺旋体菌：菌体柔软，用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。梅毒密螺旋体以杆菌为最常见，球菌次之，螺旋菌最少。极少数为其他形状，如丝状、三角形、方形、圆盘形等。细菌的大小细菌的大小测量单位是μm大小的测量方法显微镜测微尺显微照相后根据放大倍数进行测算

球菌：用直径表示，0.5～2.0um

表示方法

杆菌：宽×长，(0.5～1.0)×(1～5)um

螺旋菌：宽×长，(0.25～1.7)×(2～60)um另外，细菌的大小与个体的发育情况有关，刚分裂的新细菌小，随发育逐渐变大，老化后又变小。表1.1一些细菌的大小鞭毛菌毛芽孢微荚膜荚膜粘液层特殊构造细胞壁细胞膜间体核区内含物一般构造细菌细胞的模式构造1.2细菌细胞的结构①②③④⑤细胞质细胞壁1）概念：

细胞壁（cellwall）是位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧，略具弹性的细胞结构。细菌细胞的一般结构表1.2G＋和G－细胞壁的主要区别G＋细胞壁厚（20～80nm）化学组成：

a肽聚糖b磷壁酸c少量蛋白质和脂肪

2）细胞壁的化学组成与结构G－细胞壁较薄（10nm）外层：脂多糖

外壁层中层：磷脂层内层：脂蛋白内壁层：肽聚糖（10％）细胞壁的结构（

G+细菌与G﹣细菌细胞壁构造的比较）革兰氏阳性细菌（G+）革兰氏阴性细菌（G﹣）肽聚糖肽聚糖外膜1.保护原生质体免受渗透压引起的破裂作用；2.维持细菌的形态。溶菌酶处理不同形态的菌体细胞壁后，菌体均呈球状。3.细胞壁为多孔结构的分子筛，可以阻挡某些分子的进入。4.细胞壁为鞭毛提供支点，使鞭毛运动。3）细菌细胞壁功能细菌细胞的特殊结构某些细菌壁外存在着一层厚度不定的胶状物质。

荚膜

H2O（90～98％）

多糖或多肽1）定义2）化学组成负染色法又称衬托法

1.先染菌体。

2.再将背景染成黑色。在菌体及背景的衬托下，二者之间会出现透明区，就是荚膜，在显微镜下清晰可见。1.具有荚膜的S-型肺炎链球菌毒力强，有助于侵入人体。2.具有保护功能。免受噬菌体的吞噬；免受干燥影响。3.当缺乏营养时，可作为碳源和能源，有的可作氮源。4.具有生物吸附作用。在污水生物处理中可将水中的有机物吸附到菌体上。3）功能粘液层有些细菌不产生荚膜，仍分泌粘液的多糖，其疏松的粘附在菌体细胞壁表面上，与外界没有明显的边缘。在污水处理中也有一定的生物吸附功能。菌胶团有些细菌由于遗传特性，细菌按一定的方式互相粘结在一起，并被一个公共的荚膜包围形成一定形状的细菌集团，称作菌胶团。形状有：蘑菇形、分支状、球形等。见课本P30图1.2-6。在污水处理中也有一定的生物吸附功能。细菌的特殊结构

芽孢

某些细菌在其生长发育后期或遇到不良环境时，在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体。

所有的芽孢都可以抵挡外界不良环境。它是抵挡外界不良环境的休眠体。枯草杆菌芽孢的超薄切片电镜照片（标尺：0.2μm）左：端位；中：近端位；右：中央位,细菌芽孢的各种类型细菌芽孢的特点整个生物界中抗逆性最强的生命体，是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标。芽孢是细菌的休眠体，在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞含水率低，38～40％芽孢壁厚而致密DPA含量高，具有耐热性含有耐热性酶是一条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的丝状物。

蛋白质，少量的多糖或多肽细菌的特殊结构鞭毛1）概念2）化学组成3）分类4）功能偏端单生两端单生周生鞭毛如：荧光假单胞如：鼠咬热螺旋体偏端丛生如：丁香假单胞两端丛生如：红色螺菌如：大肠杆菌

根据鞭毛的数量和排列情况，细菌分为以下五种类型：运动鞭毛生理功能运动方式：旋转

请说出下面细菌菌体从内到外的结构鞭毛菌毛拟核细胞质细胞质膜细胞壁荚膜cytoplasm思考1）细菌有哪几种形态？举例说明？2）细菌的一般结构和特殊结构是什么？各具有哪些生理功能？3）革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的细胞壁结构有什么异同？各有哪些化学组成？……菌落特征：细菌在固体培养基上的培养特征。菌落：由一个细菌繁殖起来的，由无数细菌组成具有一定形态特征的细菌集团。培养基：人工配制的供给微生物营养物质的基质固体培养基(加入约1-2%的琼脂);半固体培养基(加入0.5-1%的琼脂);液体培养基。1.3细菌的培养特征（1）固体培养基上的培养特征菌落的特征是分类鉴定的依据。可以从三方面看菌落的特征：（1）菌落的表面特征光滑or粗糙、干燥or湿润（2）菌落的边缘特征圆形、锯齿状等（3）纵剖面的边缘特征平坦、扁平、隆起等不同种的细菌菌落特征凝胶状、表面较光滑、湿润、与培养基结合不紧密，易挑取，正反颜色一致。细菌菌落一般特点

光滑型菌落肺炎克雷伯氏菌在DHL培养基上菌落形态

肺炎球菌在血琼脂平板上菌落菌苔（1）定义纯种菌体在固体培养基上生长繁殖时形成的肉眼可见的群体。菌苔是由许多同种菌的菌落繁殖形成,连成一片。同一菌体的菌苔特征和菌落特征是相同的，若有异样，则菌体受污染或变异，应分离纯化。菌苔与菌落有什么不同？(2)明胶培养基中的培养特征

用穿刺接种法将细菌接种在明胶培养基中培养，能产生明胶水解酶水解明胶，不同的细菌将明胶水解成不同形态的溶菌区，依据这些不同形态，可将细菌进行分类。穿刺接种法(从斜面菌种接入(半)固体培养基)：用接种针经火焰灭菌后，挑取少量菌种，垂直地穿入试管固体培养基中心至底部，然后穿刺线缓慢将针抽出，塞上棉塞。烧红接种针灭菌。细菌在明胶培养基中的培养特征(3)半固体培养基中的培养特征穿刺接种，根据细菌的生长状态判断细菌的呼吸类型和鞭毛有无，能否运动。呼吸类型与培养特征(4)液体培养基中的培养特征细菌在液体培养基中的培养特征是分类依据之一。因细胞特征、比重、运动能力和对氧气等关系的不同，而形成不同的群体形态，多数表现混浊，部分表现沉淀，好氧细菌则在液面大量生长，形成菌膜或环状等在液体中群体细菌的生存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）。1.4细菌的物理化学性质

等电点：指在某一定pH溶液中，氨基酸所带的正电荷和负电荷相等时的pH值。氨基酸蛋白质细菌也具有两性电解质的性质

G＋pH等＝2～3细菌等电点G－pH等＝4～5pH＝2～5G不稳定菌pH等＝3～4

偏碱性pH＞7细菌所处中性pH＝7高于细菌的等电点培养基偏酸性pH＝6～7☆故细菌表面总是带负电荷

（1）细菌表面电荷和等电点(2)细菌的染色原理及染色方法细菌细胞微小透明，染色后易于观察。

细菌在通常培养情况下总是带负电荷，故用带正电的碱性染料染色A简单染色：常用来观察细菌的形态、大小和排列方式。用一种染液染色菌体。一般菌体被染上染料的颜色。B复合染色法：两种染料染色，以区别细菌的革兰氏染色反应或抗酸性反应，或将菌体和某一结构染成不同颜色。常用的染色法有：革兰氏染色1884年，丹麦医生C.Gram发明程序：（1）初染（结晶紫30S）（2）媒染剂（碘液30S）（3）脱色（95%乙醇10~20S）（4）复染（蕃红30~60S）结果判断：菌体呈紫色的为革兰氏阳性菌（G+）

菌体呈红色的为革兰氏阴性菌（G-）

ABBBABAA1）初染（结晶紫30S）（1）初染（结晶紫30S）（2）媒染剂（碘液30S）（3）脱色（95%乙醇10~20S）（4）复染（蕃红30~60S）ABBBABAA2）媒染剂（碘液30S）（1）初染（结晶紫30S）（2）媒染剂（碘液30S）

（3）脱色（95%乙醇10~20S）（4）复染（蕃红30~60S）ABBBABAA3）脱色（95%乙醇10~20S）（1）初染（结晶紫30S）（2）媒染剂（碘液30S）（3）脱色（95%乙醇10-20S）（4）复染（蕃红30~60S）ABBBABAA4）复染（蕃红30~60S）A：革兰氏阳性细菌G+B：革兰氏阴性细菌G﹣（1）初染（结晶紫30S）（2）媒染剂（碘液30S）（3）脱色（95%乙醇10~20S）（4）复染（蕃红30~60S）阳性菌阴性菌

1)革兰氏染色与等电点的关系

2～3＝pH等(G+)＜pH等(G－)=4～5G+带的负电荷比G－多，结合力大用I2－KI媒染后,等电点都下降,G+等电点下降的多与草酸铵结晶紫结合的更牢固,对脱色剂的抵抗力强

(3)革兰氏染色法革兰氏染色的机制有以下两点2)与细胞壁有关G+脂类含量低(1～4%)乙醇既是脱色剂又是脱水剂肽聚糖脱水，细胞壁孔径缩小，其通透性降低G－脂类含量高(40～90%)脂类物质被乙醇溶解，增加细胞壁的孔径和通透性2古菌过去，由于研究手段技术原因，对古菌的了解很少，一直将它列入细菌范畴内。从1977年起，人们改进了研究方法，发现这类菌在细胞结构、化学组成及生存环境条件等方面的特殊性，所以将它从细菌中划分出来，称为古细菌（而细菌则称为真细菌），或称古菌。现在已将它与细菌、真核生物并列2.1概念的提出1977年，CarlWoese以16SrRNA序列比较为依据，提出的独立于真细菌和真核生物之外的生命的第三种形式。

在分类地位上与真细菌和真核生物并列为三域（Domain），并且在进化谱系上更接近真核生物。

在细胞构造上与真细菌较为接近，同属原核生物。

多生活于一些生存条件十分恶劣的极端环境中，例如高温、高盐、高酸等。古生菌在进化谱系上与真细菌及真核生物相互并列，且与后者关系更近，而其细胞构造却与真细菌较为接近，同属于原核生物。在显微镜下，古菌与细菌具有类似的个体形态。2.2古菌的特点

①古菌的形态细胞很薄，扁平。有精确的方角和垂直的边构成直角几何形态的细胞。

②古菌的细胞结构大多数古菌的细胞壁不含有二氨基庚二酸和胞壁酸。组分多为脂蛋白，蛋白质为酸性的，脂类是非皂化性甘油二醚的磷脂和糖脂的衍生物。有内含子。

③古菌的代谢代谢有多样性。在代谢过程中有特殊的辅酶，如绝对厌氧的产甲烷菌有辅酶M、F420、F430等。

2.2古菌的特点

④古菌的呼吸类型多为严格厌氧、兼性厌氧，少数为好氧。⑤古菌的繁殖以细胞分裂的方式繁殖，但繁殖速度较慢。⑥古菌的生活习性大多数生活在极端环境。如：高盐分、极热、极酸和绝对厌氧的环境中。它有特殊的代谢途径。2.3古菌的分类按照古菌的生活习性和生理特点，古菌可分为三大类型：产甲烷菌、嗜热嗜酸菌、极端嗜盐菌。

《伯杰氏系统细菌分类手册》:产甲烷菌,古生硫酸盐还原菌,极端嗜盐菌,无细胞壁古生菌,极端嗜热硫代谢菌①产甲烷菌产甲烷菌与其他微生物（水解菌、产酸菌）协同作用，能使有机物甲烷化，产生具有经济价值的生物能物质—甲烷。产甲烷菌是严格厌氧菌，现把它分为3目、7科、19属、70种。

产甲烷菌的培养方法：由于产甲烷菌是严格厌氧的，其分离和培养等要求特殊的环境和方法。如厌氧的培养条件、厌氧的操作条件（如厌氧手套箱）。在环境工程中，产甲烷菌具有特殊的意义。在厌氧条件下，产甲烷菌与其他菌（水解菌、产酸菌等）共同作用，将有机物转化为甲烷，这就是所谓的“沼气发酵”。专性厌氧，需要在特殊环境下操作；目前最好的是厌氧手套箱厌氧培养箱可进行分装厌氧培养基，倒制平板，离心厌氧微生物收集菌体，对氧敏感的酶的分离纯化等②嗜热嗜酸菌包括古生硫酸还原菌和极端嗜热古菌。这一类菌的特点：好氧、严格厌氧或兼性厌氧，G－，杆状、丝状或球状，专性嗜热（最适温度在70～105℃之间），嗜酸性和嗜中性，自养或异养。大多数是硫代谢菌。③极端嗜盐菌这类菌对NaCL有特殊的适应性和需要性。栖息在高盐环境。通常极端嗜盐菌的要求盐浓度下限为1.5mol/L（约9％），大多数为2～4mol/L（约12～23％），甚至高达5.5mol/L（32％，达饱和状态）。有的种类也能在低盐浓度下生长。思考1）在pH为6、7和7.5的溶液中，细菌各带什么电荷？在pH为1.5的溶液中，细菌带什么电荷？为什么？2）革兰氏染色的机制和步骤是什么？3）细菌菌落的概念；细菌有哪些培养特征？4）古菌包括哪几种？生活习性各是什么？5）用什么培养技术判断细菌的呼吸类型和能否运动？如何判断？3放线菌1.放线菌的形态构造2.放线菌的繁殖3.放线菌的群体特征从分类学上，是真细菌的一大类群，G+。在伯杰氏手册中属厚壁菌门，放线菌纲。是介于细菌和真菌之间的单细胞微生物：（1）细胞结构和化学组成与细菌同属原核生物。（2）菌体呈纤细的菌丝，且分枝，又以外生孢子的形式繁殖，这些特征又与霉菌相似。3.1放线菌的形态构造

放线菌的形态比细菌复杂些，但仍属于单细胞。在显微镜下，放线菌呈分枝丝状，我们把这些细丝一样的结构叫做菌丝，菌丝直径与细菌相似，小于1微米。菌丝细胞的结构与细菌基本相同。

根据菌丝形态和功能的不同，放线菌菌丝可分为基内菌丝、气生菌丝和孢子丝三种。链霉菌属是放线菌中种类最多、分布最广、形态特征最典型的类群，其形态如下图所示。放线菌的菌丝链霉菌的一般形态和构造光学显微镜下观察到的放线菌3.2放线菌的繁殖

放线菌没有有性繁殖，主要通过形成无性孢子方式进行无性繁殖，成熟的分生孢子或孢囊孢子散落在适宜环境里发芽形成新的菌丝体；另一种方式是菌丝体的无限伸长和分枝，在液体振荡培养（或工业发酵）中，放线菌每一个脱落的菌丝片段，在适宜条件下都能长成新的菌丝体，也是一种无性繁殖方式。

3.3放线菌的菌落

放线菌在固体培养基上形成与细菌不同的菌落特征，放线菌菌丝相互交错缠绕形成质地致密的小菌落，干燥、不透明、难以挑取，当大量孢子覆盖于菌落表面时，就形成表面为粉末状或颗粒状的典型放线菌菌落，由于基内菌丝和孢子常有颜色，使得菌落的正反面呈现出不同的色泽。放线菌的菌落特征A：诺尔斯氏链霉菌；B：皮疽诺卡氏菌；C：酒红指孢囊菌；D：游动放线菌；E：小单胞菌；F：皱双孢马杜拉放线菌产抗菌素的放线菌的菌落特征

A：卡特利链霉菌；B：弗氏链霉菌；C：吸水链霉菌金泪亚种；D：卡那霉素链霉菌；E：除虫链霉菌；F：生磺酸链霉菌

4蓝细菌(Crynobacteria)

4.1蓝细菌的特性

1.蓝细菌细胞结构简单，只具原始核，无核膜和核仁，只有染色质，只具叶绿素，没有叶绿体。

2.蓝细菌含多种色素：叶绿素a、脂环族类胡萝卜素、藻胆素、藻胆蛋白体。呈蓝、绿、红等颜色。

3.许多蓝细菌的细胞质中存在气泡

4.蓝细菌没有鞭毛，借助于粘液在固体基质表面滑行。

5.蓝细菌是光能自养型生物

6.分布：淡水、海水、潮湿土壤、树皮、岩石

7.应用：水体自净作用；可作水体富营养化的指示生物4.2蓝细菌分类

1.色球藻纲