第4：真核微生物

水处理微生物学主讲人：吴声东给水排水专业基础课程：第四章真核微生物真核生物是一大类细胞核具有核膜，能进行有丝分裂，细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等多种细胞器的生物。真菌、显微藻类、原生动物和微型后生动物等属于真核生物类的微生物，故称为真核微生物真核微生物概述比较：原核微生物和真核微生物

原核微生物细胞无细胞核，只有原始核或拟核；

真核微生物细胞的主要特征是有细胞核和细胞器及复杂的内膜系统。

原核生物细胞无核膜，有一个明显的核区，核区集中了主要遗传物质，由一条与类组蛋白相联系的双链DNA构成的染色体组成。真核生物细胞则是由一条或一条以上的双链DNA与组蛋白等结合成的染色体，并由核膜包围。核、核膜、染色体原核细胞没有独立的内膜系统，与代谢有关的酶如呼吸酶合成酶等位于细胞膜上，因此它的能量代谢在质膜上进行。真核细胞不仅有独立的内膜系统，还有细胞骨架，呼吸酶在线粒体中，有专用的细胞器来完成各项生理功能，如线粒体、叶绿体。代谢场所原核细胞和真核细胞的区别典型的真核细胞结构（动物）典型的真核细胞结构（植物）有个Flash可以更形象的学习无论是真核细胞还是原核细胞、动物细胞还是植物细胞，它们都具有细胞质膜、DNA和RNA、核糖体等等，各种细胞都可以通过一分为二的分裂方式来形成新细胞，使生命得以延续。真核微生物的主要类群真核微生物植物界：显微藻类动物界：原生动物菌物界粘菌假菌真菌单细胞：酵母菌丝状：霉菌大型子实体：蕈菌或原生生物界微型后生动物4.1原生动物4.1.1原生动物的一般特征1.概念动物中最原始、最低等、结构最简单的单细胞动物。动物学中列为原生动物门。淡水阿米巴（变形虫）2.大小10～300µm3.细胞结构单细胞生物，无细胞壁，有细胞膜、细胞质，有分化的细胞器，细胞核有核膜细菌、病毒的大小？4.功能有独立生活的生命特征和生理特征。如：摄食、营养、呼吸、排泄、生长、繁殖、运动即对刺激的反应等各种功能由相应的细胞器执行。5.原生动物的营养类型（1）全动性营养－－绝大多数吞食其他生物和有机颗粒为食（2）植物性营养有色素的原生动物如绿眼虫等，进行光合作用。（3）腐生性营养某些无色鞭毛虫或寄生的原生动物，借助体表的原生质膜吸收环境和寄主的有机物6.原生动物的繁殖营养丰富、环境良好的条件下,大量繁殖。分为有性生殖和无性生殖。4.1.2原生动物的分类早期，根据细胞器和其他特点分为四个纲：鞭毛纲、肉足纲、纤毛纲和孢子纲。后将原吸管纲并如纤毛纲。动物学分类：鞭毛纲、肉足纲、纤毛纲（包括吸管纲）及孢子纲。鞭毛纲、肉足纲和纤毛纲存于水中，在废水生物处理中起到重要作用；而孢子纲中的孢子虫寄生在人体和动物体内，可随粪便排到污水中，需要消灭具有一根或多根鞭毛；有三种营养类型：全动性营养、植物性营养和腐生性营养。大小从几微米到几十微米，可依据形态和运动方式辨认。鞭毛纲在自然水体中，鞭毛虫喜欢在多污带和α－中污带生活。活性污泥培养初期或处理效果差，鞭毛虫大量出现，可作为污水处理的指示生物。自然水体的污染状况代表动物——眼虫（Euglena）

生活在有机物质丰富的水沟、池沼或缓流中。温暖季节可大量繁殖，常使水呈绿色。眼虫体呈绿色，梭形，长约60μm，前端钝圆，后端尖

。眼虫在运动中有趋光性，这是因为在鞭毛基部紧贴着储蓄泡有一红色眼点，靠近眼点近鞭毛基部有一膨大部分，能接受光线，称光感受器。肉足纲机体表面仅有细胞质形成的一层薄膜。形体小，无色透明，多没有固定形态。叫变形虫。少数呈球形，有伪足。形成伪足作为运动和摄食的细胞器。全动性营养。肉足纲可分为两个亚纲，即根足亚纲和辐足亚纲图4太阳虫图1.淡水阿米巴（变形虫）图2，动态中的食物泡.食物泡中充满了酶，用来消化猎物。图3.细胞核，还能看到许多不同阶段的食物泡变形虫食性广，单细胞藻类、细菌、小原生动物、真菌、有机碎片等皆是它们的食物。变形虫生命力强，在条件不好时，可以形成一个包囊(休眠体)度过难关。在污水生物处理系统中，变形虫在活性污泥培养中期出现。纤毛纲纤毛纲的原生动物叫纤毛虫。有游泳型和固定型两种以纤毛作为运动和摄食的细胞器。是原生动物中最高级的一类，有固定的、结构细致的摄食细胞器。草履虫喇叭虫游泳型纤毛虫，属全毛目钟虫固着型纤毛虫，属缘毛目，虫体呈典型的钟罩形，故称钟虫类。钟虫类的虫体在不良环境中发生变态，运动前进方向由向前运动改为向后运动纤毛纲中的游泳型纤毛虫多在中污带，少数在寡污带。污水生物处理中，在活性污泥培养中期或在处理效果较差时出现。固着型纤毛虫，喜在寡污带生活，是水体自净程度高、污水生物处理好的指示生物。4.1.3原生生物的胞囊形成原因环境条件变坏，可以使原生动物不能正常生活而形成胞囊。环境变坏指：如水干枯、水温和pH值过高或过低，溶解氧不足，缺乏食物或排泄物积累过多，废水中的有机物浓度超过它的适应能力等。所有原生动物在污水生物处理中起到指示生物的作用。一旦形成胞囊，就可判断污水处理不正常4.2微型后生动物原生动物以外的多细胞动物叫后生动物。形体微小的，需借助显微镜观察的后生动物称为微型后生动物。如：轮虫、线虫、寡毛虫等轮虫轮虫的形态长度4～4000µm，多数在500µm左右；身体为长型，分头部、躯干和尾部，头部有纤毛组成的能转动的轮盘。轮盘是运动和摄食器官。大多数以细菌、霉菌、藻类、原生动物及有机颗粒为食；猪吻轮虫为肉食性，在污水处理中若大量出现，会将活性污泥蚕食光。轮虫可作为水生动物的食料，如鱼饲料等生活习性轮虫要求有较高的溶解氧，是水体寡污带和污水生物处理效果好的指示生物线虫线虫的形态长型，多数在1mm以下；线虫前端口上有感觉器官，体内有神经系统，有消化道和食道。荧光显微镜下的秀丽线虫线虫有三种营养类型：腐食型、植食型和肉食型；线虫有寄生和自由活动两种方式；污水处理中出现的多是自由活动的。线虫的习性污水处理中常见的线虫线虫是污水处理净化程度差的指示生物寡毛类动物污水处理中常见的的寡毛虫污水生物处理中出现的多为红斑顠体虫颤蚓和水丝蚓为河流、湖泊底泥污染的指示生物4.3藻类4.3.1藻类的一般特征1.形态大小和细胞结构形体大小和结构差异大，小的藻类只能在光学显微镜下观察；有单细胞的个体和群体，群体是若干个个体以胶质相连，大小以微米计；2.习性真核藻类具有叶绿体，光能自养，可进行光合作用；少树腐生，极少数共生。生长条件：阳光、pH4～104.3.2藻类的分类及简介根据藻类的光合色素的种类、个体形态、细胞结构、生殖方式和生活史等分为10门：原核：蓝藻门真核：裸藻门、绿藻门、轮藻门、金藻门、黄藻门、硅藻门、甲藻门、红藻门及褐藻门裸藻门特点：（1）不具有细胞壁（2）有鞭毛，能运动（3）多数具有叶绿体（4）繁殖方式为纵裂（4）环境恶化，裸藻失去鞭毛形成胞囊生长环境生长在有机物丰富的静止水体或缓慢的流水中，对温度的适应范围广，大量繁殖时形成绿色、红色或褐色的水华是水体富营养化的指示生物但是，它也有不足之处。特别是没有反映现代生物的两个最基本和最进步类群——动物与植物的系统关系及其历史渊源。

实际上，植物与动物的祖先类型不仅都可以在原生生物中找到，而且它们在原始生物中的祖先类型甚至具有一定的同一性。这种同一性在现代的一种原始生物--眼虫身上还可以找到。

眼虫是一种生活在水中的单细胞原生生物。身体呈长梭形或圆柱形，前端有一个凹口，由此伸出一根鞭毛，其摆动在水中产生的反作用力能够推动身体运动；凹口的下方有一个具有感光机能的红色的眼点（眼虫的名称就因具有眼点而得）。如果把它们放在含有有机物的水中，眼虫能够靠细胞膜吸取水里的有机物“食物”，过着动物式的异养生活。这些性质使动物学家认为，眼虫是一种“原生动物”。但是同时，眼虫的细胞却又有含叶绿素的叶绿体，能够进行光合作用，自己制造营养。因此，植物学家认为，它是一种“原生植物”；由于它的细胞外面没有细胞壁，植物学家给它起了另外一个名字——裸藻。眼虫的这种“动物植物双重性”使许多科学家相信，动物与植物有共同的祖先——它很可能就是与眼虫类似的、某种生活在远古水域中的单细胞原生生物。在漫长的进化过程中，它们当中的某些个体伴随着基因组的变化加强了运动、摄食的结构和功能，同时逐步“丢失”了进行光合作用的结构和功能，最终生活方式转变成为完全的异养；另外一些个体则伴随着基因组的其它方式的变化向着完全自养的方式转变。前一种方式代表着最早的动物的产生，后一种方式代表着最早的植物的出现。原始的原生动物和原生植物分异伊始都是单细胞的，随后，它们分别向多细胞方向发展。绿藻门特点：形体多样，有单细胞体、群体、多细胞丝状体、多细胞片状体等类型；绿藻的细胞内，都具有真核，有核膜、核仁；细胞壁分两层，内层主要是纤维素组成，外层为果胶质，常常粘液化。多含叶绿素a、b，也含有叶黄素、泥黄素等；贮藏物为淀粉和油类；有无性生殖和有性生殖单细胞：衣藻石莼

绿管浒苔

团藻错综根枝藻

刺松藻不同形状的绿藻绿藻鸡汤竹荪卷脆皮绿藻乳酪芥末绿藻珊瑚花小球藻和栅藻富含蛋白质，可作为食品绿藻是藻类生理生化研究的材料及宇宙航行的供氧体绿藻在水体自净中起净化和指示生物作用轮藻门具有大型顶细胞，其他特点大致与绿藻相同，也有人将其归于绿藻门。卵配生殖，在淡水和半咸水中生长轮藻可烟熏驱蚊，轮藻生长的水中无孑孓生长。硅藻门硅藻为单细胞，形体像小盒，由上壳和下壳组成；硅藻的细胞壁由硅质和果胶质组成；细胞内有一个核和两个以上的色素体。硅藻的形态硅藻的细胞有些硅藻可作土壤和水体盐度、腐殖质含量和酸碱度的指示生物；是水中动物的食料。甲藻门甲藻多为单细胞的个体；有细胞壁，细胞核大，细胞质中有大液泡；有色素体，藻体呈棕黄色或黄绿色

甲藻在短期内大量繁殖会造成海洋“赤潮”甲藻死后沉在海底形成生油地层中的主要化石赤潮褐藻门海带属、裙带属含碘量高，可供食用红藻门江篱属、石花菜属、麒麟属可提取琼脂，供食用、医药用及制生化试剂江篱石花菜海带裙带思考1.从细胞大小、结构、生理特性等方面，比较真核微生物与原核微生物有哪些异同点？2.原生动物中各纲在水体自净和污水生物处理中如何其指示作用？3.污水生物处理中的指示生物有哪些？试总结说明，并比较各有何特点。4.水体富营养化与哪些藻类有关？4.4真菌4.4.1概述真菌(Fungi)分布广泛，类群庞大，形态差异极大，约有十几万种。菌体形态大小差别很大。生殖方式为无性或有性，同宗或异宗配合。生活循环简单或复杂。生活习性，兼性或专性腐生，寄生或共生。在有机物的生物处理中起积极作用。电镜下的酵母菌电镜下的红曲霉肉眼可见的蘑菇包含哪几大类?①有边缘清楚的核膜包围着细胞核，而且在一个细胞内有时可以包含多个核，其它真核生物很少出现这种现象；②不含叶绿素，营养方式为异养吸收型；③以产生大量孢子进行繁殖；④除酵母菌为单细胞外，一般具有发达的菌丝体。陆生性较强真菌是一类低等真核生物，主要有4个特点：异养方式多样，凡从活的动物、植物吸收养分的称为寄生(Parasitism)；从死的动、植物体或其他无生命的有机物中吸取养分的称为腐生(saprophytism)；从活的有机体吸取养分，同时又提供该活体有利的生活条件，从而彼此间互相受益、互相依赖的称为共生(symbiosis)。三种营养方式异养吸收：通过细胞表面自周围环境中吸收可溶性营养物质4.4.2酵母菌酵母菌(yeast)一般泛指能发酵糖类的各种单细胞真菌。在分类系统中分别属于担子菌纲、子囊菌纲和半知菌纲。有氧化型和发酵型两种。发酵型：发酵糖为乙醇（或甘油、有机酸等）和二氧化碳，用于面包、馒头和酿酒氧化型：无发酵能力或发酵能力弱而氧化能力强①个体多以单细胞状态存在；②多数出芽生殖，也有裂殖；③能发酵糖类产能；④细胞壁常含甘露聚糖；⑤喜在含糖量较高的偏酸性环境中生长。

酵母菌的特点：在自然界分布很广，主要分布于偏酸性含糖环境中。如水果、蔬菜、蜜饯的表面和果园土壤中最常见。不少酵母菌可以利用烃类物质，故在炼油厂附近的土层中可以找到这类可利用石油的酵母菌。酵母菌的分布酵母菌的应用酵母菌是人类利用最早的微生物，与人类关系密切。如各种酒类生产，面包制作，甘油发酵，饲用、药用及食用单细胞蛋白生产，从酵母菌体提取核酸、麦角甾醇、辅酶A、细胞色素C、凝血质和维生素等生化药物。少数酵母菌能引起人或其它动物的疾病；在石油加工工业中脱蜡，降低石油凝固点，处理炼油厂含油废水、含酚废水及其他高含有机物的废水均有应用；用于监测重金属。酵母菌的形态基本形态：球形、卵圆形、腊肠形、椭圆形等。

特殊形状：假菌丝。假菌丝是由酵母菌在繁殖时子细胞没有脱离母体而与母细胞线连成链，形成假丝状。图3-5假丝酵母菌与白地霉(1.细胞；2.假菌丝)酵母菌的大小比细菌的单细胞个体要大得多，一般为直径为1~5微米，长约5~30微米。如酿酒酵母(Saccharomyc

es

cervisiae)细胞大小为2.5～10μm×4.5～21μm。酵母菌的细胞结构酵母菌细胞结构模式图

1.细胞壁厚约25nm，重量达细胞干重的25％，主要成分为“酵母纤维素”细胞壁有三层结构，呈三明治状：外层为甘露聚糖，中间为蛋白质，内层为葡聚糖；酵母菌细胞壁可用玛瑙螺胃液制成的蜗牛消化酶水解，形成原生质体酵母菌的细胞壁结构

原生质体的形状？2.细胞膜位于细胞壁内侧，厚约7nm，结构与原核微生物相似；电子显微镜下呈3层结构，主要成分为：蛋白质（干重的50％），类脂（40％）和少量糖类；酵母细胞膜上的类脂中含有甾醇，其中麦角甾醇居多，经紫外线照射形成维生素D2。

酵母菌的细胞膜结构

3.细胞核酵母菌具有真核—多孔核膜包裹起来的细胞核。在电子显微镜下，可看到核膜是一种双层单位膜，其上存在着大量直径40～70nm的圆形小孔，细胞核与细胞质间的物质交换通过该通道进行，核内合成的RNA通过核孔转移到细胞质中，为蛋白质合成提供模板。酵母菌的细胞核酵母细胞核是其遗传信息的主要贮存库。4.细胞器—线粒体(Mitochondria)通常呈杆状，数量1～20个，横断面直径约0.3～1μm，长0.5～3μm。线粒体具双层膜，内膜向内卷曲折叠成崤，崤上有小圆形颗粒。线粒体含丰富的类脂、磷酸、麦角甾醇、RNA、DNA和蛋白质，并含有RNA聚合酶和呼吸酶，后者与三羧酸循环和电子传递有关。线粒体5.其他结构成熟的酵母菌细胞中，有一个大型的液泡。老龄菌细胞质由于营养过剩，形成一些内含物，如：异染颗粒、脂肪粒、蛋白质和多糖。少数酵母菌还存在微体等细胞器。液泡酵母菌的繁殖酵母菌的繁殖方式多样，对科学研究、菌种鉴定和菌种选育工作十分重要。繁殖方式无性繁殖有性繁殖：芽殖：各属酵母均存在裂殖：在裂殖酵母菌中存在产无性孢子节孢子：地霉属等产生掷孢子：掷孢酵母属等产生厚垣孢子：Candidaalbicans等产生如酵母属、接合酵母属等代表性的繁殖方式1.无性繁殖之一：芽殖芽体形成过程：（1）水解酶分解芽体部位的细胞壁多糖，使细胞壁变薄；（2）核物质(染色体)和细胞质等在芽体起始部位堆积，芽体逐步长大；（3）芽体达到最大体积时在芽体与母细胞之间形成隔离壁；子细胞与母细胞在隔离壁处分离。（4）在母细胞上留下一个芽痕，在子细胞上留下一蒂痕。光学显微镜下无法直接看到酵母菌的芽痕。用钙荧光素(calcafluor)或樱草灵(Primulin)等荧光染料染色，可在荧光显微镜下看到芽痕、蒂痕。通过扫描电镜摄影，可以清晰地看到芽痕和蒂痕的细微结构。芽痕的观察酵母菌以形成子囊和子囊孢子的方式进行有性繁殖。2.有性生殖过程：两个邻近的形态相同、性别不同的细胞各伸出一根管状原生质突起，然后相互接触并融合而成一个通道，细胞质结合(质配)，两个核在此通道内结合(核配)，形成双倍体细胞，并随即进行减数分裂，形成4个或8个子核，每一子核和其周围的原生质形成孢子。各种类型酵母菌的子囊孢子

含有孢子的细胞称为子囊，子囊内的孢子称为子囊孢子。酵母菌的培养特征固体培养基上的培养特征大多数酵母菌的菌落特征与细菌相似，但比细菌菌落大而厚；菌落表面光滑、湿润、粘稠，容易挑起，菌落质地均匀，正反面和边缘、中央部位的颜色都很均一，菌落多为乳白色，少数为红色，个别为黑色。啤酒酵母的菌落红酵母的菌落酵母菌菌落不同形态的酵母菌菌落可用于生物处理的酵母菌能以尿素和硝酸盐为氮源，不需任何生长因子。能利用五碳和六碳糖，即能利用造纸工业的亚硫酸废液、木材水解液及糖蜜等生产人畜食用的蛋白质。1.产朊假丝酵母产朊假丝酵母能发酵葡萄糖、蔗糖、棉子糖，不发酵麦芽糖、半乳糖、乳糖和蜜二糖。不分解脂肪，能同化硝酸盐。

2.解脂假丝酵母从黄油、人造黄油、石油井口黑油土、炼油厂及动植物油脂生产车间等处采样，可分离到解脂假丝酵母。解脂假丝酵母能利用石油等烷烃，是石油发酵脱蜡和制取蛋白质的较优良的菌种。

3.热带假丝酵母