微生物课件-第1章原核

(二）细菌的大小球菌：直径

：

0.5~2.0μm杆菌：宽×长：（0.5~1.0)μm×1.5μm螺旋菌:宽×长：(0.25~1.7)×(2~60)μm例：大肠杆菌平均长度2μm，宽度0.5μm；1500个大肠杆菌头尾相接等于3mm109个大肠杆菌重1mg。

极端情况*海洋水系中有超微细菌（ultramicrobacteria）或称纳米细菌。可通过0.2μm的滤膜，某些海洋系统或土壤中每g(mL)含有1012～1013个细胞。纳米比亚硫珍珠状菌

*非洲有特大的细菌叫纳米比亚硫珍珠状菌（Thiomargaritanamibiensis），它的直径达100～300μm，有时出现750μm的细胞。肉眼可见。

图A是单个细菌和一只果蝇的比较，显示出细菌差不多有果蝇的脑袋那么大。肉眼可见。

纳米比亚硫珍珠状菌细胞的形态与大小(引自Solomonetal.2002)二、细菌的细胞结构

细胞壁

细胞膜

一般结构细胞质核质结构芽孢鞭毛荚膜特殊结构粘液层菌胶团衣鞘原生质体一般构造特殊构造

细菌细胞结构示意图

细胞质类核间体内含物鞭毛细胞膜细胞壁纤毛核糖体荚膜细菌细胞模式图（一）细胞壁1.位置：

菌体最外层，坚韧而带有弹性，无色透明薄膜。约占细胞干重的10%~20%。细胞壁表2-6革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌细胞壁化学组成的比较细菌壁厚度/nm肽聚糖

/％磷壁酸/％脂多糖/％蛋白质/％脂肪/％革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌20～801040～9010＋－－＋约20约601～411～222.化学组成和结构革兰氏阳性菌细胞壁革兰氏阴性菌细胞壁图2-10细菌细胞壁的结构图A.革兰氏阳性菌的细胞壁B.革兰氏阴性菌的细胞壁

C.革兰氏阴性菌细胞壁的图解

革兰氏阳性菌细胞壁结构革兰氏阴性菌细胞壁结构细胞壁厚度：厚度大，20-80nm细胞壁分层：简单，一层

肽聚糖含量：多，占组分的40-90%，肽聚糖层数：多，由25～40层左右的网格状分子交织成的网套覆盖在整个细胞上。肽聚糖交联度：

高磷壁酸

：

有脂多糖

：无

G+菌的细胞壁革兰氏阳性菌细胞壁肽聚糖壁磷璧酸膜磷璧酸周质空间细胞质膜肽聚糖：由N—乙酰胞壁酸（NAM），N—乙酰葡糖胺（NAG）和短肽链(主要是四肽)组成的亚单位聚合而成的大分子聚合物。G+细菌肽聚糖的立体结构（片段）五个氨基酸组成四个氨基酸G－的细胞壁细胞壁厚度较薄10-15nm细胞壁分层外壁层6-10nm

内壁层2-3nm肽聚糖含量只占组分的5-10%肽聚糖层数低，一般1-2层肽聚糖交联度较低磷壁酸无脂多糖有抗原决定因子

O-抗原

蛋白质

（1）保护原生质体免受渗透压引起破裂。

（2）维持细菌的细胞形态(可用溶菌酶处理不同形态的细菌细胞壁后，菌体均呈现圆形得到证明)。

（3）细胞壁是多孔结构的分子筛，阻挡某些分子进入和保留蛋白质在间质(革兰氏阴性菌细胞壁和细胞质之间的区域)。

（4）细胞壁为鞭毛提供支点，使鞭毛运动。3、细胞壁的生理功能

（二）原生质体(protoplasm)

细胞质膜(原生质膜)

原生质体细胞质及其内含物细胞核物质

1.细胞质膜（protoplasmicmembrane）是半渗透膜

位置：细胞质膜是紧贴在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。它的质量占菌体的10％。(1)细胞质膜化学组成

蛋白质(60％～70％)

化学组成

脂质(30％～40％)

多糖(约2％)

蛋白质与膜的透性及酶的活性有关。脂质是磷脂，由磷酸、甘油、脂肪酸和含氮碱组成。

（2）细胞质膜的结构

镶嵌学说特点：细胞膜由磷脂双层分子为其基本结构，亲水基朝着膜的内、外表面的水相，疏水基在两层分子的中间，在双层分子中镶嵌蛋白质，有的蛋白质由外侧伸入膜中部，有的穿透两层磷脂分子，有的蛋白质在膜内的位置不固定，能转动和扩散，使细胞质膜成为一个流动镶嵌的功能区域。细菌的细胞质膜结构模式图

磷脂分子结构通式

OR1－C－O－CH2疏水的尾部

O（疏水端）

R2－C－O－CHOCH2－O－P－O－XO-

亲水的头部（极性端）式中：R1及R2为脂肪酸链，X为碱。（3）细胞质膜的功能

a.

细胞质膜是具高度选择性的半渗透膜，能阻止高分子通过（双向）。

b.

细胞质膜上有多种酶，是重要代谢活动中心。

c.

为鞭毛提供附着点，细胞膜上有鞭毛粒，鞭毛由此长出。2.细胞质及其内含物

细胞质细胞质概念：细胞质是在细胞质膜以内，除核物质以外的无色半透明、胶状、颗粒状物质的粘稠胶体，亦称原生质。细胞质化学组成：蛋白质、核酸、多糖、脂类、无机盐、水。

细菌（原核）细胞结构示意图细胞质类核间体内含物鞭毛细胞膜细胞壁纤毛核糖体荚膜不同菌龄细胞质特点：

幼龄菌：细胞质稠密、均匀、富含RNA，易被碱性、中性染料着色。

成熟菌：细胞质可形成各种储藏颗粒。

老龄菌：因缺营养，RNA被用作N、P源而降低，使细胞着色不均，故可通过染色判断细菌生长阶段。

细胞质内含物细胞质中颗粒状物质。(1)核糖体

是分散在细胞质中的亚微颗粒状结构，由核糖体核酸（rRNA）（占60%）和蛋白质（占40%）组成。细菌的核糖体沉降系数：70S，由50S大亚基和30S小亚基构成。功能：是细胞合成蛋白质的机构。（2）内含颗粒

细菌生长到成熟阶段，因营养过剩（通常是缺氮，碳源和能源过剩）形成一些储藏颗粒，当缺乏营养时，可利用。通常一种细菌含一种或两种内含颗粒。内含颗粒特性：a、是普遍存在的贮藏物，大小为0.5—1μm

，由多聚偏磷酸、核糖核酸、蛋白质、脂质及Mg2+组成，主要成分是多聚偏磷酸盐的聚合物，分子呈线状，嗜碱性强。

b、用美兰染色时着色较深，呈紫红色，与菌体其他部位不同，故称异染粒。功能：贮存磷元素和能量，降低渗透压。

含异染粒的细菌种类：棒状杆菌和某些芽孢杆菌等,聚磷菌富含多聚偏磷酸盐颗粒。①异染粒（多聚偏磷酸盐颗粒）又称迂回体或捩转菌素+ADPppppppp+ATP()

n+ATP()+ADPn+1多聚偏磷酸盐HOPOHOHOn异染粒的化学结构为：②聚-β-羟基丁酸(PHB）存在：是许多细菌细胞质内常含有的碳源类储藏物，许多好氧菌和光合厌氧菌都含有聚β－羟丁酸颗粒。被一单层蛋白质膜包围。特性：为脂溶性物质，不溶于水,易被脂溶性染料(如苏丹黑)着色。在光学显微镜下清晰可见。功能：贮存碳源、能源和降低渗透压。意义：无毒,可塑,易降解,是生产医用塑料,生物降解塑料的原料。H--O—CH—CH2—CO---OHCH3〕〔n(n﹥6)CH3—CHOH—CH2—COOH单层蛋白质膜包围③硫粒是硫元素的贮藏体功能：a.好氧硫细菌的能源

b.厌氧硫细菌的电子供体形成：当环境中H2S含量高时，在体内积累S；当H2S不足时,S氧化成硫酸盐，以提供细菌细胞生命活动所需能量。硫粒具有很强的折光性，在光学显微镜下极易看到。H2S→S→SO4-2发硫菌（所有亮点都是硫粒）硫粒④多糖类贮藏物糖原：在真细菌中淀粉：光合细菌淀粉粒和糖原:都是α-1,4或α-1,6糖苷键的葡萄糖聚合物。这些贮藏物通常较均匀地分布在细胞质内，颗粒较小。若这类贮藏物大量存在时，用碘液对其染色，肝糖粒能被碘液染成红色，淀粉粒被碘成蓝色。脂肪粒：脂肪粒的折光性较强，它可被脂溶性染料染色；细胞生长旺盛时，脂肪粒增多，细胞遭破坏后，脂肪粒可游离出来。⑤气泡由蛋白质膜构成的充满气体的泡状物。有些细菌细胞质中含有几个或多个气泡。常见于光合细菌和水生细菌。气泡的功能：■调节细胞比重，加大菌体的浮力,借气泡漂浮能力，以使其漂浮在合适的水层中，使无鞭毛菌在合适的环境中生长。■气泡吸收空气，空气中的氧气可供代谢需要。⑥藻青素蓝细菌特有，由等量的精氨酸和天冬氨酸组成多肽，它是蓝细菌多余氮的贮藏体，为内源性氮源贮藏物，有贮藏能源的作用。ArgNHCOAspArgNHCOAspArgNHCOAspH3N+CO2-n⑦羧酶体存在：在蓝细菌、硝化细菌和硫杆菌体内含有羧酶体。特性：含有1,5-二磷酸核酮糖羧化酶，在光合细菌固定CO2的过程中起重要作用。⑧磁小体结构：主要成分是Fe3O4（硫复铁矿），还含有FeS2（黄铁矿），外有磷脂、蛋白或蛋白膜包裹，无毒。许多磁小体在细胞中排列成链状，。存在：趋磁细菌中。功能：起导向作用，使该菌借鞭毛游向最有利的泥、水界面微氧的生活环境。

通常一种细菌含一种或两种内含颗粒，如巨大芽孢杆菌只含聚-β-羟基丁酸，贝日阿托氏菌含聚-β-羟基丁酸和硫粒，大肠杆菌和产气杆菌含糖原。3、内膜系统

概念：由细胞质膜内陷形成的不规则的泡沫结构体系，如间体和类囊片。

间体：亦称中体，是细胞质中主要的膜状结构，与细胞膜连在一起。间体的存在增大了细胞膜的面积，使酶含量增加。

间体功能：进行呼吸作用的地方，类似于高等植物细胞的线粒体。

类囊片：与细胞膜连在一起。

类囊片功能：进行光合作用的场所，含有色素，类似于高等植物的叶绿体。类囊片间体4、细胞核质（拟核、似核、类核、细菌染色体）

和质粒（1）细胞核质（bacterialchromosome）

组成：由一条环状双链的DNA分子高度折叠缠绕形成。以大肠杆菌为例，大肠杆菌体长1~2μm，其DNA长度为1100μm，等于菌体的1000倍。

形状：球状、棒状、哑铃状。

功能：传递遗传信息，决定遗传性状，是重要的遗传物质。（2）质粒（plasmid）

概念：很多细菌细胞存在着染色质体外的遗传因子，绝大多数由供价闭合环状双螺旋DNA分子构成，能自我复制，称为质粒。它存在于细菌染色体外或附加于染色体上的遗传物质，分子量较细菌染色体小，约2～100×106道尔顿。每个菌体内有一个或几个，也可能有很多个，每个质粒可以有几个甚至50～100个基因。对细菌来说，质粒存在与否不至于影响其生存，但许多次生代谢产物，如抗菌素、色素的产生常受质粒控制。（三）细菌的特殊构造1、荚膜形成：某些细菌在一定营养条件下，向细胞壁表面分泌的一种松散、透明的粘性物质，把细胞壁完全包围封住，这层粘性物质就是荚膜，荚膜稳定，与外界环境有明显的边缘，系分类特征之一。荚膜荚膜（1）荚膜的化学组成：水90%～98%、多糖、蛋白质、脂、脂类蛋白复合体。（2）荚膜的功能：a、加强细菌的致病力，荚膜保护致病菌免受宿主吞噬细胞的吞噬。b、荚膜物质具有高度抗原性(组成细菌的K抗原)，能够诱导宿主细胞释放细胞因子。c、保护细菌免受干燥的影响，增强对不良环境的抵抗作用。d、荚膜是养料储藏库，当营养缺乏时，作碳源和能源，有的还可作氮源。e、生物吸附作用。2.粘液层

形成：有些细菌不产荚膜，细胞表面分泌粘性的多糖，疏松地附着在细菌细胞壁表面，于外界没有明显边缘，叫粘液层。

作用：在废水处理中也有生物吸附作用，但易被冲刷入水中。3、菌胶团

形成：遗传性决定，细菌按一定的排列顺序互相粘集在一起，被一个公共荚膜包围，形成一定形状的细菌集团，叫做菌胶团。

形状：球形、椭圆形、蘑菇形、分枝状、垂丝状、不规则形。图2-14菌胶团的几种形态A.活性污泥中的指状菌胶团,B1.在低倍显微镜下的生枝动胶菌（Z.ramigera）纯培养絮状物，B2.在光学相差×833下的生枝动胶菌（Z.ramigera）细胞C.在印染废水活性污泥中的菌胶团

菌胶团的作用：具有荚膜的所有功能，是活性污泥的主要成分和功能中心。其大小、颜色、结构是活性污泥质量监测指标，当菌胶团色深、颗粒松散，表示老化。

4.衣鞘(sheath)

形成：在丝状体表面的粘液层或荚膜硬质化，形成一个透明坚韧空壳，叫衣鞘。水生境中的丝状菌多有衣鞘。如球衣菌属、纤发菌属、发硫菌属、亮发菌属、泉发菌属等荚膜、黏液层、衣鞘和菌胶团对染料的亲和力极低，很难着色，都用衬托(负染色)法染色。

衣鞘

细胞

浮游球衣菌的细胞与衣鞘概念：某些细菌生长到一定阶段或在一定环境条件下，细胞的正常生长和分裂停止，细胞内细胞质浓缩，逐步形成一个圆形、椭圆形或圆柱形的，对不良环境有较强抵抗力的特殊结构，称为芽饱。由遗传特性所决定，是分类鉴定依据之一。芽胞成熟后可自行从芽胞囊中释放出来。因芽胞的形成都是在细胞内，又称内生孢子。芽饱芽饱囊5.芽孢（休眠体）

位置：不同菌种生成芽孢的位置不同，可以此作为鉴定菌种的依据。

形状：圆形、椭圆形、短圆筒形。①、②位于细胞的中间，如枯草芽孢杆菌。

③位于菌体中间，直径大于菌体呈梭状，如梭状芽孢杆菌。

④芽孢位于菌体的一端，使菌体成鼓锤状。如破伤风杆菌。

菌体芽孢醋酸氧化脱硫肠状菌及其芽孢炭疽芽孢杆菌枯草芽孢杆菌

炭疽杆菌芽孢芽孢的不同形态在杆菌中能形成芽孢的种类较多，在球菌和螺旋菌中只有少数菌种可形成芽孢。能形成芽孢的细菌种类主要的产芽孢细菌种类好氧的芽孢杆菌属厌氧的梭菌属芽孢八叠球菌属孢螺菌属球菌杆菌螺菌芽孢结构芽孢囊：是产芽孢菌的营养细胞的外壳芽孢芽孢壁：肽聚糖,可发展为新细胞壁芽孢质膜：磷脂与蛋白质，发展为新细胞膜芽孢质：DPA-Ca，核糖体，RNA酶类核区：DNA胞外壁:含脂蛋白，透水性差，不易着色芽孢衣:疏水角蛋白,抗酶解,抗药物,多价阳离子难通过皮层:含芽孢肽聚糖,DPA-Ca,体积大,致密,渗透压高核心芽孢结构图产芽孢细菌

鼓槌状（破伤风梭菌）梭状（梭状芽孢杆菌）中央

梭状芽饱杆菌（可引起破伤风）芽孢的特点

（1）芽孢的含水率低，38％～40％。

（2）芽孢壁厚而致密。

（3）芽孢中的2,6-吡啶二羧酸(dipicolinicacid，简称DPA)含量高，为芽孢干重的5％～15％。2,6-吡啶二羧酸的存在使芽孢具有耐热性。

（4）含有耐热性酶。

以上四个特点使芽孢对不良环境如：高温、低温、干燥、光线和化学药物有很强的抵抗力。而芽孢在120～140℃还能生存几小时，营养细胞在体积分数5％苯酚溶液中很快死亡，芽孢却能存活15d。

芽孢不易着色，可用孔雀绿染色。芽孢结构图问题：

芽孢是休眠体还是繁殖体？6、鞭毛及其运动

概念：由细胞质膜上的鞭毛基粒长出，穿过细胞壁，伸向体外的一种纤细的波浪状的丝状物叫鞭毛。位置、数量和大小

大小：长度：2～50μm

直径：0.001～0.02μm（分辨率<0.2μm）

位置和数量：单生：偏端、两端丛生：偏端、两端周生：菌体周生鞭毛图2-15细菌鞭毛的着生位置A.杆菌：①极端生②亚极端生③两极端生④两束极端生⑤周身B.弧菌：①单根极端生②两束极端生③束极端生

运动：鞭毛是细菌的运动器官，具鞭毛的细菌都能运动，有的细菌虽无鞭毛，仍可运动，叫滑行。纤毛纤毛纤毛生产淀粉酶、蛋白酶、谷氨酸等；制做酸奶、泡菜等；生物农药、生物肥料；污水处理。3.细菌的繁殖方式(2)有性结合：频率低(1)无性繁殖（主要方式）：裂殖同形分裂异形分裂4.细菌的利用三、细菌的培养特征概念:培养基：根据各种微生物的营养要求，将水、碳源、氮源、无机盐及生长因子等物质，按一定比例配制而成的，用以培养微生物的基质，即培养基。

菌落

概念：由一个细菌繁殖起来，聚集在一起，形成肉眼看得见的，具有一定形态结构的细菌群体叫菌落。大肠杆菌菌落（平板划线法）菌落菌苔

培养特征及描述：

细菌的培养特征有多种。在固体培养基上、半固体培养基上、明胶培养基上，以及液体培养基中各不相同。这些培养特征均可用以鉴定细菌，或判断细菌的呼吸类型和运动性。（一）细菌在固体培养基上的培养特征

培养方法：用稀释平板法和平板划线法将呈单个细胞的细菌接种在固体培养基（含质量浓度为15～20g/L的琼脂）上，给一定的培养条件培养，经一定时间后即可长出菌落。菌落培养皿平板培养基从三方面观察描述菌落特征：

菌落表面的特征：光滑、粗糙、干燥、湿润；

菌落边缘的特征：圆形、边缘整齐、呈锯齿状、边缘呈毛发状、边缘呈花瓣状等；

纵剖面的特征：平坦、扁平、隆起、凸起、草帽状、脐状、乳头状等。图2-16几种细菌菌落的特征A.纵剖面：①.扁平②隆起③低凸起④高凸起⑤脐状⑥草帽状⑦乳头状B.表面结构、形状及边缘：

⑧圆形，边缘整齐⑨不规则，边缘波浪⑩不规则，颗粒状，叶状⑪规则，放射状，边缘花瓣形⑫规则，边缘整齐，表面光滑⑬规则，边缘齿状⑭规则，有同心环，边缘完整⑮不规则，似毛毯状⑯规则，似菌丝状⑰不规则，卷发状，边缘波状⑱不规则，丝状⑲不规则，根状（一）细菌在固体培养基上的培养特征菌苔：

菌苔是细菌在斜面培养基接种线上长成的一片密集的细菌群落，不同属种细菌的菌苔形态是不同的。图2-17在斜面培养基上的菌苔特征斜面培养基菌苔菌苔微生物妙图欣赏大肠杆菌培养皿中的细菌能够幻化成骷髅形状细菌奇妙几何图案细菌微型艺术品霉菌酵母菌5.2.2在明胶培养基中的培养特征

用穿刺接种法将某种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，依据这些不同形态的溶菌区或溶菌与否可将细菌进行分类。

图2-18在明胶培养基中的生长特征5.2.3半固体培养特征

方法：在半固体培养基（含质量浓度3～5g/L琼脂）上，用接种针穿刺接种。

判断：呼吸类型、有无鞭毛、能否运动图2-19细菌在半固体培养基中的生长特征A.丝状B.念珠状C.乳头状D.绒毛状E.树状5.2.4液体培养特征

观察描述：

培养基表面：光泽、皱褶

培养基混浊度：混浊、透明图2-20细菌在肉汤培养基中的生长特征A.絮状B.环状C.菌膜D.薄膜状

6.细菌的物理化学性质

6.1细菌表面电荷和等电点

细菌体含有50%以上的蛋白质。而蛋白质由20种氨基酸按一定的排列顺序由肽键连接组成。氨基酸是两性电解质：

a、在碱性溶液中带负电荷：

RR

NH3+－C－COO-＋NaOH→NH2－C－COO-＋Na+＋H2OHHb、在酸性溶液中带正电荷：

RR

NH3+－C－COO-＋HCl→NH3+－C－COOH＋Cl-

HH氨基酸的等电点：当在某一定pH溶液中，氨基酸所带的正电荷和负电荷相等时的pH，称为该氨基酸的等电点。细菌的等电点：蛋白质也是两性电解质，也呈现一定的等电点。细菌细胞壁表面含表面蛋白，细菌也有两性电解质的性质，它们也有各自的等电点。革兰氏阳性菌（G+菌)：等电点为pH2～3

革兰氏阴性菌（G－菌）：等电点为pH4～5

pH在3～4之间为革兰氏染色不稳定性菌细菌在培养液中的带电情况：

pH>细菌等电点细菌带负电荷

pH<细菌等电点细菌带正电荷一般细菌所处环境pH>细菌等电点，细菌表面总是带负电。6.2细菌的染色原理及染色方法（1）细菌染色的原理细菌菌体无色透明，在显微镜下由于菌体与其背景反差小，不易看清菌体的形态和结构。用染色液染菌体，以增加菌体与背景的反差，在显微镜下可清楚看见菌体的形态。常用染料：

a、碱性染料：结晶紫、龙胆紫、碱性品红（复红）、蕃红、美蓝（亚甲蓝）、甲基紫、中性红、孔雀绿等。

b、酸性染料：酸性品红、刚果红、曙红等。（2）染色方法

简单染色法：用一种染料染细菌，目的是便于观察。涂片干燥染色1min水洗、吸干镜检固定步骤：复合染色法：用两种染料染色，目的：区别G+、G-菌或抗酸性反应，或将菌体和某一结构染成不同颜色，以便观察。（3）革兰氏染色法(Gramstainprocedure)1884年丹麦细菌学家ChristainGram创造了革兰氏染色法。将一大类细菌染上色，而另一类染不上色，以便将两大类细菌分开，作为分类鉴定的第一步。因为是用于鉴别细菌，故称为鉴别染色法。由丹麦细菌学家ChristianGram于1884年创立。草酸铵结晶紫初染碘－碘化钾液媒染乙醇脱色蕃红复染涂片固定革兰氏染色法（GramStain）镜检结果:

阳性菌(G+)——紫色

阴性菌(G-)——红色步骤：

Figure2-GramstainofGram-E.colicellsFigure1-AGramstainofGram+Staphylococcuscells.金黄色葡萄球菌大肠杆菌（4）革兰氏染色的机制

a、革兰氏染色与细菌等电点有关

已知革兰氏阳性菌的等电点为pH2～3，革兰氏阴性菌的等电点为pH4～5。革兰氏阳性菌的等电点比革兰氏阴性菌的等电点低，说明革兰氏阳性菌带的负电荷比革兰氏阴性菌多。它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，因革兰氏阳性菌的等电点降低得多，与草酸铵结晶紫结合得更牢固，对乙醇脱色的抵抗力更强。它的菌体与草酸铵结晶紫、碘-碘化钾的复合物不被乙醇提取，呈紫色。而革兰氏阴性菌与草酸铵结晶紫的结合力弱,其菌体与草酸铵结晶紫、碘-碘化钾的复合物很容易被乙醇提取而呈现无色。b、革兰氏染色与细胞壁有关

因革兰氏阴性菌的脂质含量高，肽聚糖含量很低，用乙醇脱色时，革兰氏阴性菌的脂质被乙醇溶解，增加细菌细胞壁的孔径及其通透性，乙醇很易进入细胞内将草酸铵结晶紫、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。

以上两点基本可较圆满地解释革兰氏染色机制。6.3细菌悬液的稳定性

稳定型（S型）：即光滑型，S型菌悬液很稳定，菌体为亲水基，均匀分配于培养基中，不发生凝聚，只在电解质浓度高时发生凝聚。

不稳定型（R型）：即粗糙型，具有强电解质，菌悬液很不稳定，容易发生凝聚而沉淀在瓶底，培养基很清。

细菌悬液不稳定性在污（废）水处理中的意义

细菌悬液的稳定性和不稳定性在水处理工艺中有极为重要的意义。尤其是在污水、废水生物处理中的二次沉淀池（以下简称二沉池）的沉淀效果与细菌悬液在水中稳定性的程度关系密切。二沉池中的细菌悬液发生不稳定性可取得好的沉淀效果。因此，要使活性污泥中粗糙型（R型）细菌的数量占优势。或者投加强电解质（表面不活性剂），改变活性污泥的表面张力，可改善活性污泥的沉淀效果。6.4细菌悬液的浑浊度

（1）细菌体呈半透明状态，光线照射菌体时，一部分光线透过菌体，一部分光线被折射。所以，细菌悬液呈现浑浊现象。

（2）可通过浑浊度大小，判断菌数。可用目力比浊、光电比色计、比色计等测其混浊度，可略知其数目（包括死菌和活菌）。6.5细菌的多相胶体性质

细菌细胞质中含有多种蛋白，其功能各不相同，细胞质是多相胶体，同时催化并进行着多种生化反应。6.6细菌的比表面积计量单位：细胞以um计，亚细胞以nm计；比表面积：面积/体积人比表面积＝1

大肠杆菌比表面积为人的30万倍

细菌群体的总表面积巨大，有利于细菌吸附和吸收营养物，有利于排泄代谢产物，使细菌生长繁快。6.7细菌的相对密度和质量细菌的相对密度：1.07~1.19单个细菌的质量大约为：1×10－9～1×10－10mg五、细菌的物理化学性质与污(废)水

生物处理的关系

①

污（废）水生物处理的工作主体是活性污泥中的细菌，细菌的物理化学性质直接影响污、废水的处理效果。

②细胞质的多相胶体性质决定细菌在曝气池中吸收废水中的有机污染物的种类、数量和速度

③细菌表面解离层的S型或R型决定其悬液的稳定性，即决定其在沉淀池中的沉淀效果；

④

比表面积的大小决定其吸附、吸收污染物的能力及与其他微生物的竞争能力；⑤细菌的带电性与它吸附、吸收废水有机污染物的能力，与填料载体的结合力有关，与沉淀效果有关。细菌的物理化学特性是由它们的遗传性决定的，当处理效果差时，人们通常采用絮凝剂和沉淀剂，适当调整pH，改善活性污泥的沉淀性能，增强处理效果。

第二节古菌域概述：

古菌是嗜极端环境的微生物，嗜酸、嗜盐、嗜碱、嗜热、嗜冷及嗜压等古菌有特殊细胞结构、生理（酶和辅酶）及代谢。加强对古菌的研究，利用它们的极端性应用于环境的治理很有价值。

古菌是最古老的生命体，古菌一些奇特的生活习性和与此相关的潜在生物技术开发前景，长期以来一直吸引着许多人的注意。古菌常被发现生活于各种极端自然环境下，如大洋底部的高压热溢口、热泉、盐碱湖等。

综合微生物的细胞结构、化学组成，尤其对DNA、RNA及它们特殊的生活环境进行了深入细致的研究和比较，微生物学家根据rRNA序列的不同，将所有生物划分三大域：

古菌域（Archaea）细菌域（Eubacteria）真核生物域（Eucarya或Eukarya）

原核微生物一、古菌的特点形态：球形、杆状、螺旋形、耳垂形、盘状、不规则形状、多形态，有的细胞薄而扁平，呈直角几何形态，有单个细胞、呈丝状体或团聚体。直径大小：在0.1～15m，丝状体长度有200m；结构：大多数细胞壁不含二氨基庚二酸和胞壁酸，不受溶菌酶和内酰胺抗生素如青霉素的作用；代谢：有许多特殊辅酶；呼吸类型：多为严格厌氧、兼性厌氧，还有专性好氧；繁殖速度：较慢，进化速度较细菌慢；生活习性：大多数细菌生活在极端环境，如高盐、极热、极酸和绝对厌氧的环境。简要介绍，主要自学

二、古菌的分类

按照古菌的生活习性和生理特性，古菌可分为三大类型：

1.产甲烷菌(methanogenus)

专性厌氧菌，在自然界中与水解菌、产酸菌等协同作用，使有机物甲烷化，产生甲烷－天然气的主要成分。

2.嗜热嗜酸菌(thermoacidophiles)

包括古生硫酸还原菌和极端嗜热古菌，这类菌的特点是专性嗜热、好氧、兼性厌氧、严格厌氧，革兰氏阴性、杆状、丝状或球状。最适生长温度在70～105℃之间，嗜酸性和中性，自养或异养生长。大多数种是硫代谢菌。

3.极端嗜盐菌(extremelyhalophiles)

它们栖息在高盐环境如晒盐场、天然盐湖或高盐腌渍食物如鱼和肉类。对NaCl有特殊的适应和需要，需盐下限9%，大多数约12%～23%，有的能在32%（饱和状态）下生长。

在1984年出版的《伯杰氏系统细菌学手册》第一版（第三卷）（Bergey’sManualofSystematicBacteriologyvolume3）中，将古菌放在第25组。分为五大群：

群1.产甲烷古菌(methanogenicarchaeobacteria)，

群2.古生硫酸盐还原菌（还原硫酸盐的古菌）（archaeobacterialsulfatereducers），

群3.极端嗜盐古菌(extremelyhalophilicArchaeobacteria)，

群4.无细胞壁古菌（cellwall-lessarchaeobacteria），

群5.极端嗜热的和过度嗜热硫代谢古菌（极端嗜热的代谢硫的古菌）（extremelythemophilicS0－metabolizers）,见图2-3。

（一）泉古生菌门

大多数泉古生菌(PhylumCrenarchaeota)极端嗜热、嗜酸，代谢硫。硫在厌氧呼吸中作为电子受体和无机营养的电子源。它们多生长在含硫地热水或土壤中（如美国的黄石国家公园的富硫温泉）。其下有1纲3目、5科、22属,其代表属特征见表2-1。其中的热网菌属（Pyrodictium）的最低生长温度是82℃，最适温度是105℃，最高生长温度为110℃。有无机营养和有机营养型，S0

和H2

是无机营养型古菌的电子源。

从2001年出版的《伯杰系统细菌学手册》第二版中，将原核生物分为古菌域和细菌域。古菌域分类为泉古生菌门（AⅠ门）和广古生菌门（AⅡ门）。

古菌域分类：泉古生菌门(AⅠ门)

广古生菌门(AⅡ门)

图2-3根据16SrRNA碱基顺序比较古菌详细的系统发育树名称

温度/℃pH革兰氏染色与O2关系电子受体营养源细胞壁最低最适最高

热网菌属（Pyrodictium）

硫化叶菌属（Sulfolobus）

热变形菌属（Thermoproteus）82

70

70105

70～80110

80

97嗜酸

2～3

2.5～6.5G-厌氧

好氧

厌氧S0

O2Fe2+S0

S0

、H2

糖、谷氨酸、

葡萄糖、氨基酸、乙醇、有机酸、S0

、H2、CO、CO2为唯一碳源脂蛋白多糖糖蛋白表2-1泉古生菌门代表属特征

(二)广古生菌门（PhylumEuryarchaeota）

广古生菌门下有7纲：

1.甲烷杆菌纲

2.甲烷球菌纲

3.甲嗜高热菌纲

4.盐杆菌纲

5.热原体纲

6.热球菌纲

7.古生球菌纲其下有：9目、15科、48属。见表2-2。名称温度/℃pHNaCl/%革兰氏染色与O2关系营养源低中高最低最适最高产甲烷菌严格厌氧CO、CO2、H2、甲酸、甲醇、乙酸、乙醇坎氏甲烷嗜高热菌8498110盐杆菌属817～2336好氧蛋白质、氨基酸热原体属55～591～2G-好氧煤矿废物堆FS-SO42-嗜酸菌属47606500.73.5G-好氧热温泉极端嗜热S0

代谢菌88～100厌氧古生球菌目：长在海底热流火山口，有产甲烷辅酶F420和甲烷蝶呤。还原硫酸盐古生菌83G-H2、乳酸、葡萄糖表2-2广古生菌门代表属特征

环境保护和环境工程领域研究古菌的意义

嗜酸菌、嗜盐菌、嗜碱菌、嗜热菌、嗜冷菌及嗜压菌等古菌具有特殊的基因结构、特殊的生命过程及产物，对它们的研究有利于解决人类生命起源及演化；对其基因组的研究有助于从分子水平研究极限条件下微生物的适应性，加深对生命本质的认识。极端微生物有广阔的应用前景，已应用的有：

极端嗜碱微生物的碱性酶用于生产洗衣粉；从嗜高温菌体内提取的TaqDNA聚合酶应用于PCR（聚合酶链反应）技术中，使体外扩增DNA成为可能，使该技术得到发展。目前极端废水处理状况：高盐分（化工、发酵工业废水等）；酸性废水(如味精废水pH=2～3、合成制药废水pH=4)；碱性废水(如造纸废水pH=14)；极毒重金属废水；低温废水；超高温废水；

高CODCr废水：CODCr高达1×104～10×104mg/L的化工、发酵工业、制药废水等。

以上废水都涵盖了自然极端环境的所有恶劣条件。目前处理这些废水时，都要事先将极端废水调整到合适的范围后再进行微生物处理。

盐分高、有机物浓度过高，用大量的水稀释；水温过高要先冷却；水温过低要加温；过酸用碱调节到中性；过碱用酸调节到中性。

工艺复杂，运行费用高，浪费资源。

利用产甲烷菌对粪便和高浓度有机废水进行厌氧消化处理的时间已久，但对其他极端环境的古菌研究较少，知之不多。加强对古菌深入研究很有必要，最终目的获得各种有益古菌菌种，将它们应用于上述各种废水的处理中，提高废水处理的效果，降低投资成本和运行费用。

课后自学该章节古菌研究应用现状第三节蓝细菌（蓝绿细菌、蓝藻）

蓝细菌(Cyanobacteria)是古老的生物。

50亿年前，由于蓝细菌出现使地球上空由无氧的环境转变为有氧环境。人们从前寒武纪地壳中发现有大量蓝细菌（如螺旋蓝细菌属）生长形成的化石化的叠层岩（约35亿年）中得到证实。蓝细菌对于研究生物进化有重要意义。

蓝细菌有固氮作用，由于有固氮蓝细菌及根瘤菌、固氮菌的共同作用，每年可固定全球1.7×108t氮，有效地利用了氮气。地球上的氮气恒定在体积百分数78％。

一、蓝细菌的形态大小

形态：单细胞，呈杆状和球状。

大小：蓝细菌的直径：1～10m，长度不等。

胶团：色球蓝细菌属为单细胞个体或群体，群体种类在细胞壁外分泌果胶类物质构成胶质鞘膜，彼此融合形成大的胶团(球形或块状)。

丝状体：由多个细胞黏集成的聚合体呈丝状，直径约1～12m，长50～500m，如螺旋蓝细菌属的个体为螺旋状的丝状体。图2－21蓝细菌门第Ⅰ亚组的代表属图2－22蓝细菌门第Ⅱ和第Ⅲ亚组的代表属

图2－23蓝细菌门第Ⅳ亚组的代表属

二、蓝细菌的细胞结构及其功能

蓝细菌属原核微生物，有G-菌的细胞壁、质膜、在细胞内有拟核或核质，核糖体、羧酶体、类囊体、藻胆蛋白体串、蓝藻素(或红藻素)、糖原颗粒、脂质颗粒及气泡。在呈丝状体的蓝细菌中，有些丝状体不分支，能产生专化的静息细胞(休眠体,restingcell)或异形胞囊(heterocyst)．

静息细胞(休眠体)比营养细胞大，它萌发释放运动的细胞群．

异型胞囊（固氮）有折射性的末端颗粒和厚的外壁(有别于营养细胞)，它是固氮的部位，固定大气中的氮。

丝状体有分支的蓝细菌，如单歧蓝细菌属体内有气泡，调节浮力，可以垂直上下游动。三、蓝细菌的繁殖

蓝细菌的繁殖是通过二分裂、出芽、断裂、多重分裂或从无柄的个体释放一系列顶生细胞(外生细胞)进行繁殖。由丝状体构成的类型通过反复的中间细胞分裂而生长，或通过丝状体无规则的断裂，或通过末端释放能运动的细胞断链(运动的细胞群，hormogon)进行繁殖。

四、蓝细菌的生境

蓝细菌对极端环境有极强的耐受力。因此，分布很广，在淡水、海水、潮湿土壤、树皮、干燥的沙漠、岩石缝隙里均能生长。耐高温的嗜热菌种可在75℃，中性至碱性热泉水中生长。

五、蓝细菌的代谢

蓝细菌与紫色硫细菌和绿色硫细菌不同，它有叶绿素a，吸收680～685nm的光波（原绿蓝细菌属除含叶绿素a，还含叶绿素b）。脂环族类胡萝卜素(吸收450～550nm的光波)、藻胆素(吸收550～650nm的光波)及藻胆蛋白体[异藻蓝(青)素、藻蓝(青)素及藻红素]，它吸收560～630nm的光波。

呈色：蓝细菌呈现蓝、绿、红或棕色，它的颜色随光照条件改变而改变。

蓝细菌的光合作用（光合自养）

蓝细菌依靠叶绿素a、藻胆素和藻蓝素吸收光，将能量传递给光合系统，通过卡尔文循环固定二氧化碳，同时吸收水和无机盐合成有机物供自身营养，并放出氧气。颤蓝细菌属在厌氧条件下，氧化H2S进行不产氧的光合作用。螺旋蓝细菌属适合在碱性湖泊中生长，它除光合作用释放大量氧气外，还可释放H2。

化能异养：部分蓝细菌可以通过氧化葡萄糖和其他糖类，在黑暗条件下缓慢生长。

六、蓝细菌的分类

蓝细菌的细胞结构简单，只具原始核，没有核膜和核仁，只具染色质；只具叶绿素，没有叶绿体。故蓝细菌属于原核生物。

（一）在植物学和藻类学中分类：根据蓝藻的形态、结构特点分为两纲：蓝藻门色球藻纲藻殖段纲

色球藻纲：单细胞个体或群体，细胞以二分裂繁殖，球形，在细胞壁外分泌果胶类物质，构成胶质鞘膜，彼此融合构成大的胶团，其中微囊藻属、腔球藻属可引起富营养化。

藻殖段纲：藻体为丝状体，形成异形胞和殖段体，其中鱼腥藻属引起富营养化。固氮鱼腥藻（二）在《伯杰氏系统细菌学手册》第二版中分类根据菌落、细胞形态、繁殖方式，超微结构、遗传特征、生理生化特征及其生境，以及5SrRNA和16SrRNA进行分类，在《伯杰氏系统细菌学手册》第二版中列在BⅩ门，将蓝细菌门分类为1纲5亚组4亚群1科56属。蓝细菌5个亚组的特征见表2-7，各属详见表2-8。表2-7蓝细菌5个亚组的特征亚组一般形状繁殖与生长异形胞G+C/%其他特点部分代表属Ⅰ单细胞杆菌或球菌；非丝状聚合体二分裂；出芽－31～71几乎不运动管孢蓝细菌属、色球蓝细菌属、微囊蓝胞菌属、黏杆蓝细菌属、黏球蓝细菌属、原绿蓝细菌属Ⅱ单细胞杆菌或球菌；可聚集成聚合体多分裂形成小孢子－40～46仅某些小孢子运动宽球蓝细菌属、皮果蓝细菌属、拟色球蓝细菌属Ⅲ丝状，不分枝的仅有营养细胞的丝状体在单个平面上二分裂，断裂－34～67通常可运动鞘丝蓝细菌属、颤蓝细菌属、原绿丝蓝细菌属、假鱼腥蓝细菌属Ⅳ丝状，不分枝可以包含特异细胞的丝状体单平面二分裂；断裂形成连锁体＋38～47常可运动，可产生静息孢子鱼腥蓝细菌属、筒孢蓝细菌属、水花束丝蓝细菌属、念珠蓝细菌属、眉蓝细菌属、胶须蓝细菌属、单歧蓝细菌属Ⅴ丝形丝状体或有分枝或由多余一排的细胞组成在多个平面上二分裂；形成连锁体＋42～44可产生静息孢子，在蓝细菌中有最大的形态复杂度和分化飞氏蓝细菌属、真枝蓝细菌属、吉特勒氏蓝细菌属表2-8蓝细菌门的各属第一亚组第二亚组第三亚组第四亚组第五亚组管胞蓝细菌属Chamaesiphon第一亚群

节螺蓝细菌属Arthrospira第一亚群

第一科

色球蓝细菌属Chroococcus蓝囊胞菌属Cyanocystis博氏蓝细菌属Borzia鱼腥蓝细菌属Anabaena拟绿胶蓝细菌属Chlorogloeopsis蓝细菌属Cyanobacterium小皮果蓝细菌属Dermocarpella发毛针蓝细菌属Crinalium项圈蓝细菌属Anabaenopsis飞（费）氏蓝细菌属Fischerella蓝菌属Cyanobium斯塔尼尔氏菌属Stanieria吉特勒氏线状蓝细菌属Geitlerinema蓝束丝蓝细菌属Aphanizomenon吉特勒氏蓝细菌属Geitleria蓝丝细菌属Cyanothece异球蓝细菌属Xenococcus纤发鞘丝蓝细菌属Leptolyngbya蓝螺菌属Cyanospira

lyengariella第一亚组第二亚组第三亚组第四亚组第五亚组纤维蓝细菌属Dactylococcopsis第二亚群湖丝蓝细菌属Limnothrix拟筒孢蓝细菌属Cylindrospermopsis拟念珠蓝细菌属Nostochopsis粘杆菌属Gloeobacter拟色球蓝细菌属Chroococcidiopsis鞘丝蓝细菌属Lyngbya筒孢蓝细菌属Cylindrospermum真枝蓝细菌属Stignonema粘球蓝细菌属Gloeocapsa粘八叠球菌属Myxosarcina微鞘蓝细菌属Microcoleus节球蓝细菌属Nodularia粘杆蓝细菌属Gloeothece宽球蓝细菌属pleurocapsa颤蓝细菌属Oscillatoria念珠蓝细菌属Nostoc微囊蓝胞菌属Microcystis浮霉丝状蓝细菌属Planktothrix伪枝蓝细菌属Scytonema

表2-8蓝细菌门的各属续表1第一亚组第二亚组第三亚组第四亚组第五亚组原绿蓝细菌属Prochloron假鱼腥蓝细菌属Pseudoanabaena眉蓝细菌属Calothrix聚球蓝细菌属Synechococcus螺旋蓝细菌属Spirulina胶须蓝细菌属Rivularia集胞蓝细菌属Synechocystis斯塔尼尔氏蓝细菌属Starria单歧蓝细菌属Tolypothrix束蓝细菌属Symploca束毛蓝细菌属Trichodesmium浅灰蓝细菌属Tychonema14717126

表2-8蓝细菌门的各属续表2

七、蓝细菌与人类及环境的关系

（一）为人类提供食品

用钝顶螺旋蓝细菌属（Spirulinaplatensis）和极大螺旋蓝细菌属（Spirulinamaximun）制成营养品。

（二）净化水体，提供氧气

蓝细菌在污水处理、水体自净中起积极作用，用它吸收水体中氮和磷等无机物，吸收CO2和水，利用光能进行光合作用，放氧气。可有效地去除氮和磷。在氮、磷丰富的水体中生长旺盛，可作水体富营养化的指示生物。

（三）引起富营养化水体水华

微囊蓝细菌属、鱼腥蓝细菌属和水华束丝蓝细菌属在富营养化（N、P过剩）的海湾和湖泊中由于大量繁殖，引起海湾的赤潮和湖泊的水花(华)。

微囊蓝细菌属能分泌毒素，严重者引起水生动物大量死亡。暴发湖泊（如太湖、巢湖、滇池）蓝藻事件，影响人类生活与健康，影响工农业生产。微囊蓝细菌（微囊藻）引起太湖水华太湖湖面覆盖微囊蓝细菌(微囊藻)的情景采水样微囊蓝细菌（微囊藻）

和螺旋蓝细菌（螺旋藻）微囊蓝细菌（微囊藻）

微囊蓝细菌（微囊藻）引起太湖水华蓝细菌引起太湖水华（赤潮）2007.7.现场情景蓝藻细菌

团藻

团藻

出现了“水华”的湖泊

2013年7月19日，安徽巢湖东半湖蓝藻暴发，双桥河、柘皋河入湖口、巢湖湿地及孙村、温村一带湖岸沿线蓝藻聚集，水体发出阵阵腥臭，部分水域蓝藻粘稠，几成冻湖。出现了“赤潮”的海洋

引起富营养化的主要藻类

蓝细菌（蓝藻）中的微囊藻属、腔球藻属、鱼腥藻属富营养化的危害：１.使水体功能丧失

ａ.作饮水源：藻类分泌致臭、致毒物及它本身死亡、腐败，严重影响水质。且大量藻体堵塞水质处理过滤设备，增加水质处理成本。

ｂ.养水产品：由于大量藻类的代谢活动，耗尽了水中溶解氧，大量的藻类覆盖在水面，大气中的氧不易溶于水，造成水体缺氧，使浮游动物、鱼类无法生存。

ｃ.观赏价值：由于大量藻类死亡、腐烂，致使水体发黑、发臭，失去观赏价值。２.引起水体退化（沼泽化）第四节放线菌

概念：放线菌是细菌的一个特殊类群，属真细菌纲中的放线菌亚纲。它是介于细菌与丝状真菌之间又接近于细菌的一类丝状原核生物，因菌落呈放射状而得名。一、放线菌的个体形态、大小和结构形态：菌体由纤细的长短不一的菌丝组成，菌丝分枝，为单细胞。主要为革兰氏阳性。在菌丝生长过程中，核物质不断复制分裂，不形成横隔膜，也不分裂，无数分枝的菌丝组成很细密的菌丝体。大小：营养菌丝直径：0.2～0.8μm，长度：50～600μm；气生菌丝直径1～1.4μm。根据菌丝的生长部位不同和不同功能，

将菌丝分为三类：

①营养(基内)菌丝：摄取培养基内营养，菌丝宽度为0.2～0.80μm，长度为50～600μm之间，有无色的、有的产色素(黄、橙、红、紫、蓝、绿、褐、黑)。

②气生菌丝：由营养菌丝长出培养基外，伸向空间的菌丝为气生菌丝。直径为1～1.4μm。有呈弯曲状、直线状或螺旋状。有的产色素。

③孢子丝:在气生菌丝的上部分化出孢子丝。孢子丝的形状有多种。孢子丝发育到一定阶段，其顶端形成分生孢子，它可产生各种色素，呈粉白、灰、黄、橙、红、蓝、绿等色。营养菌丝气生菌丝孢子丝图2－24几种放线菌孢子丝的形态图2－25诺卡氏菌A.星状诺卡氏菌（N.asteroides）B.假诺卡氏菌属（Pseudonocardia）A.直形、B.波浪状、C.螺旋形、D.交替着生、E.丛生或轮生(Substratemycelium）(Aerialmycelium)(Reproductivemycelium)基内菌丝气生菌丝孢子丝基内菌丝（Substratemycelia气生菌丝（Aerialmycelia）Aerialhyphaeemergingfromthesubstratemycelium.孢子丝（Reproductivemycelium）Streptomyceslividans1326

LawnofaerialhyphaeMagnificationofaerailhyphae二、放线菌的菌落特征菌落概念：由一个分生孢子或一段营养菌丝生长繁殖引起许多菌丝互相缠绕而成。菌落形状：菌种不同菌落不同，分为两型：

a、以链霉菌属为代表：紧密、坚硬型

b、以诺卡氏菌属为代表：粉质型链霉菌属诺卡氏菌属各种放线菌菌落形态三、放线菌的繁殖放线菌是以无性方式繁殖

凝聚分裂

分生孢子

孢子