环境微生物学第二章原核生物

第一节细菌第二节放线菌第三节丝状细菌第四节光合细菌第五节蓝细菌第六节立克次氏体、支原体和衣原体第二章原核生物1当前1页，总共141页。一、细菌的形态和大小二、细菌细胞的结构三、细菌的繁殖四、细菌的群体特征第一节细菌2当前2页，总共141页。什么是细菌？细菌是一类单细胞、个体微小、结构简单、没有真正细胞核的原核生物。水生性较强主要以二等分裂方式繁殖细胞细而短结构简单、细胞壁坚韧第一节细菌细菌的一般特征3当前3页，总共141页。我们的周围到处都有大量的细菌，特别是在温暖、潮湿和富含有机物的地方，都会含有大量的细菌。用手去抚摸水池子底部、养鱼水箱内部、河底石头表面时有粘、滑的感觉。细菌在工、农、医、环境保护等生产实践中起着重要的作用。污染物的分解什么时候能感受到细菌的存在？第一节细菌4当前4页，总共141页。微生物的形态特征是鉴别菌种的依据之一。了解微生物的形态构造是学习微生物的第一步，掌握这些知识，对了解微生物的其他生物学特性、提高菌种的定向筛选效率、鉴别菌种、及时检出杂菌等，都有非常重要的作用。一、细菌的形态和大小5当前5页，总共141页。形态杆菌（bacillus）长1~5μm，宽0.5~1μm螺旋菌（spirillum)长：5~15μm，宽：0.5~5μm球菌（coccus）0.5~2μm（一）形态与大小在自然界中杆菌最常见，球菌次之，螺旋状最少一、细菌的形态和大小6当前6页，总共141页。球菌（coccus）0.5~2μm单球菌链球菌(streptococcus)八叠球菌(sarcina)双球菌四联球菌积聚成葡萄状的——葡萄球菌(staphylococcus)eg.产甲烷八叠球菌肺炎球菌、脑膜炎球菌一、细菌的形态和大小7当前7页，总共141页。2005年7月，在四川某些县市，突然出现不明原因的疾病，一些平日里养猪、卖猪、加工猪的农民，突然出现发高烧、周身酸痛、休克等病状，有的人甚至因此死亡，一度引起人们的恐慌。2005年7月四川省出现猪链球菌病随后，卫生部将这一不明原因的疾病正式诊断为猪链球菌感染。这次猪链球菌病疫情累计报告人感染猪链球菌病例204例，其中死亡38例8当前8页，总共141页。产甲烷八叠球菌(颗粒污泥内部)(左剑恶博士提供)9当前9页，总共141页。杆菌（bacillus）长1~5μm，宽0.5~1μm大肠杆菌、伤寒杆菌、假单胞菌平均长2μm,宽度：0.5μm一、细菌的形态和大小10当前10页，总共141页。枯草杆菌大肠杆菌（基因工程菌）一、细菌的形态和大小11当前11页，总共141页。螺旋菌（spirillum)长：5~15μm，宽：0.5~5μm弧菌(vibrio)（只有一个弯曲的螺旋状细菌）一、细菌的形态和大小12当前12页，总共141页。细菌的大小与其所处的环境有关。废水生物处理：e.g.活性污泥中的细菌要比河水、湖泊中的大。测SS时：活性污泥用0.45μm过滤膜；河水等用0.2μm过滤膜。

纳米细菌（Nanobactedria）和超级细菌细菌的重量氨氧化菌（Nifrosomonassp.)2.4×10－13g/cell-dry亚硝酸盐氧化菌（Nitrobacteragilis)1.0×10－13g/cell-dry亚硝酸菌(1014~1010个细菌才达到1mg)应注意的几个问题：一、细菌的形态和大小13当前13页，总共141页。Biomass：20×10－11mg-COD/cell1.4×10－13g/cell废水中（下水）0.02~1.9×10－12g/cell1.03~1.2g/cm3——比重河水中细胞密度：1.07~1.19(平均1.09)蛋白质：1.5糖：1.4~1.6核酸：2无机盐：2.5脂类：<1一、细菌的形态和大小14当前14页，总共141页。形态特征是鉴别菌种的主要依据之一。形态的观察：染色的分类：染色法简单染色法（单染色法，仅供观察用）鉴别染色法（革兰氏染色法）丹麦医生C.Gram于1884年创立。（二）形态观察与染色因细菌的细胞极其微小、又十分透明，所以进行形态观察时，一般要进行染色。一、细菌的形态和大小15当前15页，总共141页。革兰氏染色（GramStain）的步骤：结晶紫初染（染上紫色）碘染媒染碘分子与结晶紫形成染色较牢固的复合物脱色处理95％乙醇脱色（不脱色）复染沙黄复染观察紫阳性红阴性媒染紫紫AB初染紫紫复染紫红G+G-脱色紫无色一、细菌的形态和大小16当前16页，总共141页。注意：脱色过度、阳性菌会被误染为阴性；脱色不够、阴性菌会被误认为阳性；若不经过复染，要观察出来很艰难。革兰氏染色的结果一、细菌的形态和大小17当前17页，总共141页。通过染色可把几乎所有的细菌分成G＋、G－两个大类，是分类鉴定菌种时的重要指标。两类细菌在细胞结构、成分、形态、生理、生化、生态、降解有机物、药物敏感性上等都存在有差异。革兰氏染色有着重要的理论和实践意义一、细菌的形态和大小18当前18页，总共141页。（一）细胞的基本结构（二）细胞的特殊结构（三）细菌细胞的物理化学性质二、细菌细胞的结构19当前19页，总共141页。二、细菌细胞的结构20当前20页，总共141页。细胞壁、细胞膜、（间体）、细胞质、核质体、内含物细菌细胞一般结构（基本结构）

原生质体(protoplast)特殊结构荚膜（粘液层）、芽孢、鞭毛、菌毛二、细菌细胞的结构21当前21页，总共141页。（一）基本结构（1）定义：位于细胞最外的一层富有弹性的结构（2）功能：固定细胞外形协助鞭毛运动（鞭毛的支点）保护细胞不受外力的损伤（渗透压）阻拦有害物质进入细胞（阻碍大分子进入）细菌的抗原性、致病性G+耐15-25atmG－耐5-10atm1.细胞壁（cellwall）二、细菌细胞的结构22当前22页，总共141页。（3）结构与主要成分：二、细菌细胞的结构23当前23页，总共141页。24当前24页，总共141页。二、细菌细胞的结构25当前25页，总共141页。二、细菌细胞的结构26当前26页，总共141页。二、细菌细胞的结构27当前27页，总共141页。肽聚糖（又称粘肽/mucopeptide，胞壁质/murein）的基本结构基本组成（三部分）双糖单位尾肽肽桥M—O—G)n(尾肽MG()nG：N-乙酰葡萄糖胺M：N-乙酰胞壁酸联结肽聚糖与肽聚糖的桥梁，形成网格分子<其连接方式因细菌而异>糖苷键结合1.L-丙氨酸2.D-谷氨酸3.L-赖氨酸4.D-丙氨酸二、细菌细胞的结构28当前28页，总共141页。肽聚糖的网格交联度（G＋）二、细菌细胞的结构29当前29页，总共141页。磷壁酸的分子结构二、细菌细胞的结构30当前30页，总共141页。G+G-壁厚厚(20-80nm)薄(10nm左右);内层(2-3nm),外层8nm层次单层多层(内层为肽聚糖)肽聚糖结构多层（网格紧密坚固）单层（30％亚单位交联，网格较轻松）与细胞膜的关系不紧密紧密G+：肽聚糖占细胞壁干重的30％～95％；含有多糖和磷壁酸；不含脂蛋白；脂多糖只占1～4％，蛋白质少或无。G-：肽聚糖占5-20%；不含多糖和磷壁酸；含有脂蛋白；脂多糖占11~12%，蛋白质含量高。的细胞壁结构的比较(小结)二、细菌细胞的结构31当前31页，总共141页。项目G＋菌G－菌对机械力的抗性强弱细胞壁抗溶菌酶弱（敏感）强（不敏感）*对青霉素、磺胺敏感不敏感*对链霉素、氯霉素、四环素不敏感敏感碱性染料的抑菌作用强弱*对阴离子去污剂敏感不敏感*对叠氮化钠敏感不敏感对干燥抗性强抗性弱产芽孢有的产不产G＋和G－生理功能特性的比较沈萍，微生物学，p44*细胞壁最外层的脂多糖阻碍溶菌酶、抗生素、染料、去污剂等较大分子的进入二、细菌细胞的结构32当前32页，总共141页。（5）

Gramstain的原理在细胞膜或原生质体上染上不溶于水的结晶紫与碘的复合大分子。G＋：壁厚、肽聚糖含量高且分子交联紧密，在用乙醇处理时，壁会因脱水而收缩，再加上它本身不含脂类、乙醇处理时很难在壁上溶出缝隙，结晶紫和碘的复合体仍保留在细胞内。G－：结晶紫－碘复合物易被溶出，乙醇脱色后呈无色。再经沙黄染色后呈新的颜色－红色。二、细菌细胞的结构33当前33页，总共141页。2.细胞膜(cellmembrance)或细胞质膜（Cytoplasmicmembrance），质膜（plasmamembrance）（1）定义：紧贴在细胞壁内侧的、由磷脂和蛋白质组成的、柔软、富有弹性的半透性薄膜。（2）功能：控制细胞内外的物质（营养物质和代谢物废物）的运送、交换维持细胞正常渗透压合成细胞壁各种成分和荚膜

氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地

许多酶及电子呼吸链组分的所在地鞭毛的着生和生长点二、细菌细胞的结构34当前34页，总共141页。（3）结构：磷脂双分子层组成膜的基本骨架极性头：磷酸端—亲水性、带电性非极性尾：烃端磷脂分子层常呈液态，磷脂分子在膜中不断运动(流动性)膜蛋白以不同形式分布于膜的两侧或在层中(海洋中的冰山)二、细菌细胞的结构35当前35页，总共141页。二、细菌细胞的结构36当前36页，总共141页。二、细菌细胞的结构37当前37页，总共141页。（4）组成：蛋白：70％（其中外周蛋白20－30％，固有蛋白70－80％）脂类：20～30％间体（mesosome）：定义：由细胞膜内皱形成的一种管状、层状或囊状结构。位置：一般位于细胞分裂部位或其邻近部位功能：促进细胞间隔的形成，与遗传物质的复制及其相互分离有关二、细菌细胞的结构38当前38页，总共141页。3.细胞质（Cytoplasm）（1）定义：细胞膜包围着的除核质体外的一切透明、胶状或颗粒状物质（2）功能、作用：生命活动的主要场所。（新陈代谢）（3）组成：水、蛋白质、核酸和脂类由于含有核糖核酸（RNA），所以是嗜碱性的，与碱性染料结合能力强幼令菌：细胞质非常稠密、均匀、易染色成熟细胞：含有颗粒状贮藏物质，有时会有气泡，不易染色二、细菌细胞的结构39当前39页，总共141页。4.核质体（nuclearbody）或核体（nucleoid）（1）定义：无核膜结构的原始细胞核，是一团裸露的且高度折叠缠绕的DNA分子。（2）功能：决定生物遗传的主要部分（3）结构：大型环状DNA分子长度：0.25~3mm核质体数：1～4个/cell<少数细菌有20～25个>二、细菌细胞的结构40当前40页，总共141页。5.内含物（intracellularmaterials）贮藏物（reservematerials）定义：贮备营养的物质，它是细菌新陈代谢的产物。特点：内含物的种类和量随细菌的种类和培养条件有关；物质过剩时细菌将它们转化成贮藏物，当营养缺乏时它们又被分解。二、细菌细胞的结构41当前41页，总共141页。生物除磷：细菌在好氧条件下，利用有机物分解产生的大量能量，可“过度摄取”周围溶液中的磷酸盐，并以异染颗粒的方式贮存与细胞内。（1）异染颗粒（metachromaticgranule）多聚偏磷酸（无机偏磷酸的聚合物）颗粒大小0.5～1μm功能：贮藏磷元素和能量，并可降低渗透压。HOPHOOOHnn=2～106变化大用蓝色染料（甲苯胺、甲烯蓝）染色后不呈蓝色而呈紫红色，故称异染颗粒。二、细菌细胞的结构42当前42页，总共141页。Poly-PnADPATP乙酰-CoAPHBNADH2NADPoly-Pn-1PiTCA乙醛酸循环磷摄取(好氧)(细胞外)聚－β－羟基丁酸二、细菌细胞的结构43当前43页，总共141页。应用：可制作易降解且无毒的塑料。结构：（2）聚－β－羟基丁酸（poly－β－pholroxybutyrate；PHB）碳源贮藏物，不溶于水功能：贮藏能量、碳源和降低细胞内渗透压。HHHHHOOOCCCnn>106CH3二、细菌细胞的结构44当前44页，总共141页。微生物体内合成的聚合物二、细菌细胞的结构45当前45页，总共141页。同時生产PHB和多糖的低温微生物(Deleyamarina)二、细菌细胞的结构46当前46页，总共141页。（3）肝糖和淀粉粒（glycogen）（4）硫（sulphur）碳源和能源的贮藏物元素硫的贮藏物；许多硫磺细菌都能在细胞内积累硫粒。（5）气泡（gasvacuoles）充满气体的小气囊，由2nm左右厚度的蛋白质膜所包围；多存在于光合型无鞭毛运动的水生细菌；具有调节细胞比重，使其漂浮在水中的功能。二、细菌细胞的结构47当前47页，总共141页。（二）特殊结构1.荚膜（capsule）二、细菌细胞的结构48当前48页，总共141页。（1）定义：围绕在细胞壁外的粘液层。比较薄时称粘液层（slimelayer）。（2）功能：细胞保护作用作为碳源、能源物质（贮存营养）堆积代谢废物使菌体附着于适当的物体表面二、细菌细胞的结构49当前49页，总共141页。组成：主要成分为多糖、多肽或蛋白，尤以多糖居多；细菌不同其荚膜的组成也不同。（4）应用：提取胞外多糖（石油开采中的钻井液添加剂、印染、食品）菌胶团（Zoogloea）：荚膜物质相融合成一块团，内含许多细菌时称菌胶团。（3）构造与组成：一般厚于200nm，硬度和强度远小于细胞壁；有些细菌（硫磺细菌、铁细菌等）粘液层会逐渐变硬形成“鞘”。e.g.Zoogloea菌属（动胶菌属）不同细菌形成不同的菌胶团二、细菌细胞的结构50当前50页，总共141页。菌胶团与污水活性污泥（AS）处理系统污水活性污法的工艺流程为了给生物反应器中的微生物(活性污泥)提供氧气，工程上要用空压机向反应器中的污水鼓气(即曝气)，因此活性污泥处理系统的生物反应器一般称为“曝气池”。二、细菌细胞的结构51当前51页，总共141页。二、细菌细胞的结构活性污泥(activatedsludge):一种绒絮状小泥粒，由好氧菌为主体的微型生物群以及胶体、悬浮物等组成。

52当前52页，总共141页。菌胶团是活性污泥中细菌的主要存在形式有较强的吸附和氧化有机物的能力活性污泥性能的好坏与含菌胶团多少、大小及结构的紧密程度有关（要求结构紧密、吸附沉降性能好）遇到不适宜的环境时，菌胶团就发生松散活性污泥(activatedsludge)的特点二、细菌细胞的结构53当前53页，总共141页。2.芽孢（endospore,spore）二、细菌细胞的结构54当前54页，总共141页。（1）定义：某些细菌在其生长发育后期可在细胞内形成一个圆形或椭圆形的抗逆性休眠体，称为芽孢。在一定环境条件下由于细胞质和核质体的浓缩凝集所形成的一种特殊结构二、细菌细胞的结构55当前55页，总共141页。（2）特点与功能：每一细胞仅形成一个芽孢，故它无繁殖功能。壁厚、水分少（一般在40％左右）、不易透水。有极强的抗热、抗化学药物和抗压等能力。普通细胞：70—80oC10分钟死亡芽孢：100oC沸水中生存5.0－9.5小时121oC时10分钟。二、细菌细胞的结构56当前56页，总共141页。有惊人的休眠力在休眠时，检查不出任何代谢活力，也称之为“隐身态”（Cryptobiosis）普通条件下可保存几年或几十年。二、细菌细胞的结构普通细胞：5％石炭酸（苯酚）溶液中很快死亡芽孢：5％石炭酸（苯酚）溶液中忍耐15天57当前57页，总共141页。（3）结构与组成二、细菌细胞的结构58当前58页，总共141页。1）胞外壁（exosporium）厚度25nm左右；位于芽孢外层，是母细胞的残留物；重量为芽孢干重的2～10％；主要成分是脂蛋白蛋白质52％糖类20％脂类12.5%磷酸5.5%灰分3.8%二、细菌细胞的结构59当前59页，总共141页。3）皮层（cortex）在芽孢中占有很大体积（36～60％）；含有大量的芽孢肽聚糖和吡啶二羧酸钙盐（不含磷壁酸）；含水率70％，比芽孢平均含水率（40％）高，但比一般细菌（80％）低，渗透压高达20atm左右。2）芽孢衣（sporecoat）厚度为3nm左右；主要含疏水性角蛋白和少量磷脂蛋白；对溶菌酶、蛋白酶和表面活性剂有很强的抗性；对多价阳离子的透性很差。二、细菌细胞的结构60当前60页，总共141页。4）核心（core）又称芽孢的原生质体芽孢壁芽孢膜芽孢质芽孢核区含水量极低；不含磷壁酸和吡啶二羧酸钙（DPA－Ca）；

核心中的其他成分与一般细胞相似。核心二、细菌细胞的结构61当前61页，总共141页。（4）能形成芽孢的细菌这类的细菌种类不多主要是G＋杆菌，芽孢杆菌科的两个属芽孢杆菌属（Bacillus）梭菌属（Clostridium）球菌中只有极个别的属才形成芽孢。（如：芽孢八叠球菌属sporesarcina）能否形成芽孢、芽孢的大小和位置是鉴别菌种的形态特征之一二、细菌细胞的结构62当前62页，总共141页。伴孢晶体（parasporalcrystal）在芽孢形成的同时，在其近旁形成的菱形或双锥形碱溶性蛋白晶体（又称δ内毒素）大小：0.6x2μm,由18种氨基酸组成含量可达芽孢母细胞空壳（芽孢囊）干重的30％仅存在于少数芽孢杆菌中（如：苏云金芽孢杆菌）二、细菌细胞的结构63当前63页，总共141页。二、细菌细胞的结构伴孢晶体（parasporalcrystal）应用：杀虫剂。对200种昆虫有毒杀作用、如摇蚊及其幼虫（红虫）等。64当前64页，总共141页。性质营养细胞芽孢结构基本结构、特殊结构（典型革兰氏阳性细菌）核心、内膜、初生细胞壁皮层、外膜、外壳层、外胞囊显微镜观察外形化学成分钙2,6-吡啶二羧酸聚-β-羟基丁酸多糖蛋白质伴孢晶体蛋白质（某些种别）含硫氨基酸酶促活性代谢（氧摄取）大分子合成mRNA抗辐射性抗热性抗化学药物和酸类对染料可染性溶菌酶作用无折光性低无有高较低无低高高有有低低低普遍方法可染敏感有折光性高有无低较高有高低低或缺无低或无高高高只有特殊方法可染抗性细菌芽孢和营养细胞的比较65当前65页，总共141页。一般认为水的含量是决定抗热性的主要原因：水含量低，说明水分参与芽孢正常生理维持的程度低，因而高盐时一般生命体中由于生物体内水温过高而对生理代谢的致命性影响小。具有致密的芽孢壁、不易透水，因此对热有阻碍作用。含有高耐热性物质2，6－吡啶二羧酸：占本细胞的5－15％。含有抗热性的酶，如过氧化氢酶。大量带有二硫键的蛋白也提高了芽孢的耐热性。其他物质，如芽孢中C16脂肪酸增多，可能与耐热性有关。芽孢耐热性的原理二、细菌细胞的结构66当前66页，总共141页。3.鞭毛（flagellum）二、细菌细胞的结构67当前67页，总共141页。（1）定义：着生在细胞表层的长丝状、波曲的附属物。（2）功能：具有运动功能。一般每秒可移动20～80μm，为自身长的十到数十倍，非常快。（3）结构与组成：直径0.01～0.02μm，其数量为十至数十根；G＋，G－细菌其结构不同；组成主要是蛋白质，有的还含有极少量的多糖和类脂；结构：基体鞭毛钩鞭毛丝鞭毛的有无和着生方式是细菌分类的依据之一二、细菌细胞的结构68当前68页，总共141页。细菌鞭毛的着生位置二、细菌细胞的结构69当前69页，总共141页。细菌鞭毛的着生位置二、细菌细胞的结构70当前70页，总共141页。4.菌毛（pilus或fimbria）定义：长在细胞表层的一种纤细（7-9nm）、中空（直径2-2.5nm）、短直、数量较多（250－300根）的附属物，主要成分是蛋白质。功能：使细菌细胞较牢固地粘接在物体表面上，G－多常有菌毛。性菌毛（sexpilus,F-pilus或sexfimbria）性状介于鞭毛与菌毛之间，每一细胞有1-4根。功能：用于不同细菌株间传递DNA片段。二、细菌细胞的结构71当前71页，总共141页。二、细菌细胞的结构72当前72页，总共141页。二、细菌细胞的结构73当前73页，总共141页。（三）细菌的物理化学性质1.细菌表面电荷与等电点细菌细胞含有大量蛋白质氨基酸：R－C－C－OHOH两性电解质酸性条件下：正电荷碱性条件下：负电荷等电点：G＋：pH=2-3G－：pH=4-5培养基一般中性，所以一般情况下细菌带负电。二、细菌细胞的结构74当前74页，总共141页。在水处理中应怎么办？2.细菌溶液稳定型：S型（均匀分布于培养基中，不发生凝聚，菌体为亲水基，培养基混浊，加入强电解质可使之沉淀）不稳定型：R型（又称粗糙型，不稳定，易发生凝聚而沉淀，培养基很清）二、细菌细胞的结构75当前75页，总共141页。二、细菌细胞的结构3.细菌悬浊液的浑浊度细菌体呈半透明状态，光线照射后一部分反射，一部分透过菌体，一般细菌悬液呈浑浊现象。76当前76页，总共141页。三、细菌的繁殖细菌的繁殖方式裂殖二分裂(绝大多数细菌)三分裂(个别菌)(绿硫细菌中的暗网菌属)复分裂(个别菌)(蛭弧菌)芽殖(极少数菌)(硝化杆菌红微球菌等)77当前77页，总共141页。什么是菌落？

把细菌细胞接种到固体培养基的表面（或内部），经过生长繁殖而形成菌体聚集在一起的、肉眼可以看见的细菌集合体，称之为“菌落”（colony）。如果菌落是由一个单细胞发展而来的，则它是一个纯种的细胞群或克隆（clone）。长成的菌落相互联接到一片时，称之为菌苔（lawn）。四、细菌的群体特征78当前78页，总共141页。四、细菌的群体特征红球菌RR1的菌落79当前79页，总共141页。菌落的形态特征大小形状光泽颜色硬度透明度边缘形状分类、鉴定的主要特征之一菌落的应用：细菌的分离、纯化、鉴定、计数四、细菌的群体特征80当前80页，总共141页。四、细菌的群体特征81当前81页，总共141页。无鞭毛不能运动的细菌（特别是球菌）：菌落较小、较厚、边缘圆整。为什么？因为只有靠硬挤的方式扩大菌落的体积和面积。有鞭毛的细菌：菌落大而扁平、形状不规则、边缘多缺口。有荚膜的细菌：菌落往往十分光滑，并呈透明的蛋清状，形状较大。产生芽孢的细菌：有干燥之感、菌落表面粗糙，有皱纹不透明。不同细菌的菌落特征四、细菌的群体特征82当前82页，总共141页。斜面培养基上的生长特征（菌苔）四、细菌的群体特征83当前83页，总共141页。半固体培养基中的培养特征四、细菌的群体特征84当前84页，总共141页。四、细菌的群体特征85当前85页，总共141页。液体培养基中的培养特征四、细菌的群体特征86当前86页，总共141页。一、放线菌的一般特征二、放线菌的形态特征三、放线菌的繁殖与生理特性四、常见的放线菌五、放线菌的群体特征第二章第二节放线菌87当前87页，总共141页。一、放线菌的一般特性放线菌是一种习惯称呼，在分类学上没有特定的意义。单细胞微生物。至今发现的放线菌都是G+。由于与细菌十分接近，类似于呈丝状生长的G+细菌。第二节放线菌放线菌（Actinomycetes）又称发射状霉菌（Rayfungi）是一类呈菌丝状生长、以孢子繁殖和陆生性强的原核生物。（一）放线菌的基本特征88当前88页，总共141页。放线菌与细菌相近之处：原核生物菌丝直径与细菌相仿细胞壁主要成分为肽多糖最适生长pH与细菌相近、一般呈微碱性对溶菌酶敏感细菌所敏感的抗生素，放线菌也敏感（二）放线菌的分布与生长环境常存在于含水量低、有机物丰富呈碱性的土壤中。一般土中的放线菌孢子数107左右/g土壤。土壤的“泥腥味”由放线菌产生的。第二节放线菌89当前89页，总共141页。（三）放线菌的应用抗菌素的产生（2/3的抗菌素是由放线菌生产的）最常见的是链霉菌属streptomyces酶（蛋白酶）维生素（B12）有很强的分解纤维素、石蜡、琼脂、角蛋白、橡胶的能力。在自然界的物质循环上起着重要的作用。有些菌能氧化分解氰化物、在水处理上有重要意义。第二节放线菌90当前90页，总共141页。二、放线菌的形态结构菌体：由纤细的菌丝组成。长：50~600μm内部相通Φ：0.5~1μm无隔膜菌丝营养菌丝（培养基内部）气生菌丝(顶端能形成孢子)第二节放线菌91当前91页，总共141页。92当前92页，总共141页。93当前93页，总共141页。三、放线菌的繁殖与生理特性孢子由横割分裂方式产生细胞膜内陷、并向内逐渐收缩而形成横隔膜。细胞壁、膜同时内陷。第二节放线菌放线菌的繁殖方式借孢子分生孢子：最常见，如链霉菌属(Streptomyces)等孢囊孢子无鞭毛：如链孢囊菌属(Streptosporangium)有鞭毛：如游动放线菌属(Actinoplanes)借菌丝基内菌丝断裂：如诺卡氏菌属(Nocardia)等任何菌丝片断：各种放线菌94当前94页，总共141页。对氧的需求：大多数放线菌是好氧的，只有某些种是微量好氧菌和厌氧菌。温度条件：大多数放线菌的最适生长温度为2337℃，高温放线菌的生长温度范围在5065℃，也有许多菌种在2023℃以下仍生长良好pH条件：适宜的pH范围：微碱性（7－8）对水分要求：菌丝体比细菌营养体抗干燥能力强，很多菌种放置在盛有CaCl2和H2SO4的干燥器内能存活一年半左右。营养特点：能利用多种有机物；微量营养元素对其生长影响显著（参见教科书）

第二节放线菌一般生理特性95当前95页，总共141页。多数种无气生菌丝，只有营养菌丝，以横隔分裂方式形成孢子。少数种在营养菌丝表面覆极薄的一层气生菌丝枝。菌落外貌与结构多样，一般比链霉菌菌落小，表面崎岖多皱，致密干燥，一触即碎，或者为面团；有的种菌落平滑或凸起，无光或发亮呈水浸状。四、常见的放线菌第二节放线菌诺卡氏菌属(Nocardia)（又名原放线菌属）(Proactinomyces)96当前96页，总共141页。诺卡氏菌主要分布于土壤，已报导100余种，能产生30多种抗生素多为好气性腐生菌，少数为厌气性寄生菌。能同化各种碳水化合物，有的能利用碳氢化合物、纤维素等。

有些诺卡氏菌可用于石油脱蜡、烃类发酵以及污水处理中分解腈类化合物。第二节放线菌97当前97页，总共141页。五、放线菌的群体特征（1）能形成大量气生菌丝的菌种：因为有基内菌丝、气生菌丝又能产生孢子。所以与一般的细菌菌落有明显的不同。表面丝绒状、有一层色彩新鲜的干粉。（呈粉状）有各种各样的颜色，正面与背面不同，正面是孢子的颜色，背面是菌丝分泌的颜色。难以挑起。第二节放线菌（一）菌落特征（2）不形成大量菌丝体的菌种：呈粉质状，粘着力差，易粉碎。（如：诺卡氏菌）98当前98页，总共141页。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第二节放线菌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99当前99页，总共141页。第二节放线菌（二）液体培养特征静置培养：在瓶壁液面处形成斑状或膜状菌落，或沉降于瓶底而不使培养基混浊振荡培养：常形成由短的菌丝体所构成的球状颗粒。100当前100页，总共141页。铁细菌硫磺细菌球衣细菌丝状细菌与污泥膨胀在第十章讲第三节丝状菌101当前101页，总共141页。工程上常把菌体细胞能相连而形成丝状的微生物统称丝状菌，如丝状细菌、放线菌、丝状真菌和丝状藻类（如蓝细菌）等。第三节丝状菌常见的丝状细菌铁细菌（一般是自养型丝状细菌）硫磺细菌（一般是自养型丝状细菌）球衣细菌102当前102页，总共141页。球衣细菌丝状细菌的一种，能形成假菌丝。好氧菌,DO<0.1mg/l时仍能生长适宜pH：6~8温度：300C左右（<15℃生长不良）由于表面积大，吸收营养物能力强，有较强的有机物分解能力。对消毒剂如液氯、漂白粉等的抵抗力较弱第三节丝状菌103当前103页，总共141页。在污水活性污泥处理系统中，丝状菌大量繁殖后，会使污泥结构松散、上浮，引起“污泥膨胀”现象，从而影响处理效果和出水水质。第三节丝状菌丝状细菌与污泥膨胀104当前104页，总共141页。第四节光合细菌一、光合细菌的一般特性二、光合细菌的分类三、光合细菌的生理特性四、光合细菌的应用105当前105页，总共141页。一、光合细菌的一般特性具有原始光合体系的原核生物，能利用非产氧光合作用（循环光合磷酸化）获得能量。对氢的利用特性：能利用H2S、H2或有机物中的氢，不能利用水中的氢，故光合作用中不产生O2（不产氧的光合作用，anoxygenicphotosynthesis）。细胞颜色：细胞内含有菌绿素和类胡萝卜素，随两者的量和比例的不同使菌体呈现红、橙、绿、蓝绿、紫红、紫或褐色等颜色。细胞形态：多样化，有球形、杆状、卵圆形及螺旋形。对水分的要求：为典型的水生菌，广泛分布于自然界的水域中沼泽、湖泊、水田、浅海。第四节光合细菌106当前106页，总共141页。湖泊（BOD10ppm）江河（BOD<1.0ppm）水稻土海滨土曝气池102~103cell/ml1~10cell/ml105~106cell/g103~104cell/g106~107cell/g小林达治：日本土壤肥料学杂志，46（4），148~156，1975环境中光合细菌的数量第四节光合细菌107当前107页，总共141页。二、光合细菌的分类：<红螺菌目Rhodospirillal>共4科1、Rhodospirillaceae科<红螺菌科>红色无硫菌科Purplenonsulfurbacteria俗称非硫紫细菌碳源和氢源：碳源和氢源为有机物（属于光能异养型细菌）存在环境：多存在于富含有机物的厌氧水层能量获取形式：光合作用（厌氧条件），但一部分菌在好氧条件下也可以呼吸方式获取能量好氧黑暗条件下：细胞内载色体减少，通过三羧酸循环进行有机酸的代谢。（需生长因子，主要是VB类）在厌氧和好氧条件下的代谢途径截然不同，且在条件改变时代谢途径迅速转换，随环境的变化而机动改变。第四节光合细菌108当前108页，总共141页。红色无硫菌的培养109当前109页，总共141页。2、Chromatiaceae科—着色菌科（红硫菌科）Purplesulfurbacteria—俗称紫硫细菌碳源和氢源：碳源为CO2（光能自养型）；

氢源为H2S存在环境：多分布于富含H2S的厌氧水层，有时会大量繁殖，使水层变成红色。能量获取形式：光合作用；许多菌也可以光能异养方式生存3、Chlorobiaceae科—绿菌科Greensulfurbacteria绿硫菌碳源和氢源：碳源为CO2（光能自养型）；氢源为H2S与红硫菌的营养要求性相近。第四节光合细菌110当前110页，总共141页。4、Chloroflexaceae科（绿弯菌科）Glidingfilamentousgreensulfurbacteria丝状绿硫菌碳源和氢源：以有机物为碳源（光能异养型），但也可利用CO2和H2S（光能自养）近年来才发现的新菌，如Chloroflexaceaeaurantiacus高温菌，在富含H2S的碱性温泉水中生长（45~600C）。第四节光合细菌111当前111页，总共141页。

培养条件细菌科名厌氧，光照（光合作用）厌氧，黑暗（脱氮或发酵）好氧，光照或黑暗（呼吸作用）有光合色素无光合色素H2S+CO2有机物有机物H2S+CO2有机物红螺菌科（Rhodospirillaceae)着色菌科（Chromatiaceae）绿菌科（Chlorobiaceae）绿色丝状菌科（Chloroflexaceae）－＋＋＋＋－－＋±－－－－±－－＋－－＋光合细菌获取能量的方式“＋”表示可以生长；“－”表示不生长；“±”表示只有少数可以生长。112当前112页，总共141页。非循环光合磷酸化的基本过程：H2O光分解：H2O=1/2O2+2H++2e－电子经过系统Ⅰ、Ⅱ传给NADP+生成NADPH2，从而为还原CO2提供了[H]，同时发生光合磷酸化反应，产生还原CO2所需的能量。系统Ⅱ中有O2和ATP产生。系统Ⅰ中有NADPH2和ATP产生。CO2+H2O[CH2O]+O21、绿色植物的光合作用：非循环光合磷酸化绿色植物、藻类、蓝细菌等利用光能产生ATP的磷酸化反应。三、光合细菌的生理特性第四节光合细菌113当前113页，总共141页。IIII114当前114页，总共141页。非循环光合磷酸化的特点：电子传递方式为非循环式。在有氧条件下进行。反应中同时产生ATP、还原能力[H]和O2。叶绿素a系统（系统Ⅰ）叶绿素b系统（系统Ⅱ）还原能力[H]来源于H2O分子的光解产生的H+和e－。第四节光合细菌115当前115页，总共141页。2、循环光合磷酸化（cyclicphotophosphorylation）厌氧光合菌利用光能产生ATP的磷酸化反应。菌绿素菌绿素+菌绿素*光e－铁氧还蛋白泛醌eCyt.fCyt.bADP+PiATPCO2+核酮糖—5－磷酸核酮糖1，5—二磷酸2H2A2AGlucose第四节光合细菌116当前116页，总共141页。在光能作用下电子从菌绿素（菌紫素）上逐出后，通过类似呼吸链的循环，又回到菌绿素，其间产生ATP。产ATP与还原力[H]分别进行。还原力来自H2S等无机供氢体。在厌氧条件下进行时，H有时可以从有机物中获取。不产氧。CO2+4[H][CH2O]+H2O（NADPH2）循环光合磷酸化的特点第四节光合细菌117当前117页，总共141页。细菌与高等植物光合作用的区别高等植物细菌光合色素叶绿素菌绿素环式磷酸化过程（Ⅰ型光反应中心）有有非环式磷酸化过程（Ⅱ型光反应中心）有无（除蓝绿细菌外）氧气产生不产生（除蓝绿细菌外）供氢体H2OH2、H2S,其他硫化物，有机物碳源CO2CO2或有机物细胞器类囊体载色体，绿色泡囊118当前118页，总共141页。四、光合细菌的应用1、制造单细胞蛋白（singlecellprotein）—SCP蛋白质含量高（70%左右），且易于提取（提高率可高达65%）另外含有大量的维生素。蛋白质脂肪碳水化合物灰分B1B2B6B12红色无硫细菌66%7%23%4%12μg/g50521酵母54%10%26%7%2~2030~6040~50——细菌62~73%10~15%10%6~12%11~13110~1304.8~7.60.11~0.17提取的蛋白的用途：食用、药用菌体：鱼饲料，养鱼池或水箱中放入光合细菌可以增产。119当前119页，总共141页。2、产氢气R.rubrum红螺菌科的产氢率（100%等于全部转变为H2和CO2）乳酸废水99%酸乳酪废水67%乳清液69%3、提取色素有些光合细菌（如：SphaeroidesS株）在好氧黑暗条件下培养时，容易产生高浓度的红色素。色素含量一般为干菌体的6%以上。（出处同上）提取方法：甲醇—丙酮提取减压浓缩（周晓云，工业微生物，1983，vol.1.p:20~27）有些菌能利用甲酸等低级脂肪酸，从而产生氢气。因产生的H2中只含CO2，故不需要复杂的净化系统。第四节光合细菌120当前120页，总共141页。4、提取辅酶Q（UQ—10）红色非硫细菌大多含有辅酶Q－10（即（UQ）），也有些含有UQ9、UQ8，红色硫细菌、绿细菌含UQ－7，有些也含有VBK2。UQ－10是治心脏病的药的成分之一。光合细菌的UQ含量高，是酵母的14倍，是菠菜叶的82倍。（刘如林，光核菌及其应用，北京中国农业出版社，1991.12:P167~168）光合细菌的辅酶Q，即参与光化学系和呼吸系两个电子传递链，起到真核细胞的质体醌和辅酶Q的二个作用。第四节光合细菌121当前121页，总共141页。5、农业上的应用促进有益微生物的生长，如含有促进放线菌生长的物质，而放线菌能抑制病源菌的生长。可使蔬菜、稻子茎叶茂盛，增产（氨基酸的作用）花卉等观叶植物，叶子变宽、绿、厚。6、生物除臭剂能利用硫化氢、腐胺、尸胺、低级脂肪酸等，故可除臭。在日本已应用，如养猪厂，堆肥厂。第四节光合细菌122当前122页，总共141页。7、在废水处理中的应用（高浓度废水的处理）优点：（徐向阳，环境污染与防治，1990，12(5)，P32）不像活性污泥那样受DO的限制，也不像厌氧甲烷菌对O2的存在非常敏感，厌氧、好氧条件下均可降解有机物。高浓废水不需稀释也可直接处理，可节省占地面积核设备投资。负荷高：2~7kg/m3·天（BOD）在100C左右的低温条件下仍可保持处理效果。可回收菌体作各种资源。在脱氮高的光合细菌作用下可除氮。能处理高盐分、油脂和环状化合物。可作为前处理。产生的污泥少，产泥率0.3g/gBOD。第四节光合细菌123当前123页，总共141页。缺点：保持PSB的优势问题，一般PSB反应槽中的PSB数比一般细菌少一个数量级。处理水质不好，需进一步处理。缺乏工艺设计参数，运行管理难度大。（如何保持PSB菌）污泥的沉降性能较差—需要絮凝剂。一般工艺：可溶化预处理PSB处理槽沉淀池污泥回流后续处理菌体利用废水第四节光合细菌124当前124页，总共141页。可溶化的目的：PSB仅能利用单糖、氨基酸、低级脂肪酸等小分子化合物，可溶化可使大分子化合物消化。应用前景：苯、苯酚等芳香化合物的处理。废水的脱色（厌氧条件下偶氮双键还原断裂）微生物制剂：改善活性污泥的性能（沉降性、污泥量）、脱臭参考书：北村博编，光合细菌，学会出版社，1994第四节光合细菌125当前125页，总共141页。第五节蓝细菌一、蓝细菌的定义、分布与生长环境二、蓝细菌的形态结构与特点三、蓝细菌的繁殖与生理特点四、蓝藻毒素126当前126页，总共141页。第五节蓝细菌一、蓝细菌的定义、分布与生长环境蓝细菌（Cyanobacteria）旧名蓝藻（bluealgae）或蓝绿藻（blue-greenalgae），是一类革兰氏染色阴性、无鞭毛、含叶绿素（但不形成叶绿体）、能进行产氧光合作用的大型原核生物。广泛分布于各种水体、土壤和部分生物体内外、甚至岩石表面和其他恶劣环境（高温、低温、盐湖、荒漠和冰原等）。但一般喜欢生长于较温暖的地区或一年中温暖的季节。127当前127页，总共141页。蓝细菌与水体环境质量关系密切，典型的水华藻类在水体中生长茂盛时，能使水色变蓝或其它颜色。某些种属的蓝细菌大量繁殖会引起“水华”（淡水水体）或“赤潮”（海水），导致水质恶化，引起一系列环境问题。有的蓝细菌并能发出草腥气味或霉味。第五节蓝细菌北京某景观水体水华128当前128页，总共141页。第五节蓝细菌二、蓝细菌的形态结构与特点蓝细菌的形态多样单细胞球状、杆状、长丝状、分枝丝状等类型菌体外常具有胶质外套，使多个菌体或菌丝体聚成一团129当前129页，总共141页。细胞壁结构外：脂多糖内：肽聚糖细胞内有贮藏物：糖原、聚磷酸盐等。第五节蓝细菌体积一般比细菌大直径：3~30μm，长最大可达60μm细胞结构与G－相似细胞含叶绿素a外、类胡萝卜素及藻胆蛋白（Phycobiliprotein）等光合色素。菌体多呈蓝绿色，但在不同光照条件下，菌体所含色素比例改变，可呈现黄、褐、红等颜色。在水生的种类细胞中常常有气泡。130当前130页，总共141页。生理特性一些种类能分泌胞外多糖，形成粘液层、荚膜等。光合作用的部位为类囊体（其数量很少，贴近在细胞膜附近）。在类囊体中的膜上色素和光合电子传递链的有关成份。第五节蓝细菌三、蓝细菌的繁殖与生理特点芽殖丝状体断裂休眠细胞蓝细菌的繁殖方式131当前131页，总共141页。发现及研究过程1878年Francis最早报道了泡沫节球藻(蓝藻，NodulariaSpumigena)对动物产生毒害作用。1959年Bishop等首次分离出微囊藻毒素(Microcystin)。1982年Botes等对微囊藻毒素的结构进行分析。1994年Lawton等提出藻毒素的HPLC测定方法，并被WHO以及许多研究者采用。四、蓝藻毒素第五节蓝细菌许多水华蓝藻为产毒藻类。世界10~95%的蓝藻水华可产生藻毒素，平均59%。

(WHO,2003)132当前132页，总共141页。第五节蓝细菌1、蓝藻毒素(Cyanotoxins)的类型胞内次生代谢产物,随细胞老化溶解而释