第一章原核微生物

第一章原核微生物第一节细菌第二节古菌第三节放线菌第四节蓝细菌第一节细菌

细菌定义一细菌得形态与大小二细菌得细胞结构三细菌得培养特征四细菌得物理化学性质五细菌得物理化学性质与污水生物处理得关系

细菌得定义:细而短,结构简单,细胞壁坚韧,以二分分裂方式繁殖,水生性较强得一类原核微生物。细菌域共分为23门,31纲,71目,14亚目,201科,781属一、细菌得形态与大小(一)基本形态有球状、杆状、螺旋状、丝状等

1球菌(Coccus):根据细菌分裂后形成得新个体存在形式不同可以区分为:单球菌、双球菌、链球菌、四链球菌、八叠球菌及葡萄球菌等。

单球菌双球菌链球菌四链球菌八叠球菌葡萄球菌9大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流2杆菌(Bacillus):分为长杆菌(1、0-1、5×4-8μm)、短杆菌(0、6-0、7×0、9-1、0μm)形状:平直、稍弯曲、具原始分支,两端平齐、半圆等。排列方式:散在、链状、八字形等。电镜下得杆菌梭状芽孢杆菌乳酸杆菌杆菌得形态地衣芽孢杆菌枯草芽孢杆菌杆菌举例:枯草芽孢杆菌:分解长得淀粉链北京棒杆菌:生产谷氨酸苏云金芽孢杆菌:产生伴孢晶体可以杀玉米虫、棉铃虫等鳞翅目害虫荧光假单胞(杆)菌:低温下繁殖较快,就是奶类及蛋类在低温下腐败得主要原因3螺旋菌:个体形态呈现螺旋状。1)弧菌(螺旋不满一环)偏端生鞭毛或众生鞭毛如霍乱弧菌。2)螺旋菌(2-6环,小型、坚硬得)两端都有鞭毛如减少螺菌3)螺旋体(超过6环,柔软)如奋森氏螺旋体

4丝状菌:分布在水生境,潮湿土壤和活性污泥中。丝状体就是丝状菌分类得特征,如发硫菌、贝日阿托氏菌等。其中,营养条件会影响丝状菌得细胞形态。水处理中得丝状菌(二)细菌得大小1长度单位:微米(μm)2表示方法球菌:直径杆菌:宽×长

螺菌:宽、长、螺距通常球菌直径:0、2—1、5

μm,

杆菌:长1—5μm,宽0、5—1μm。例如E、coli:平均长度2μm;宽度0、5μm1500个大肠杆菌头尾相接等于3mm;109个大肠杆菌重1mg、二、细菌得细胞结构:基本结构:细胞壁、细胞质膜、细胞质、核质体等附属结构:荚膜、鞭毛、芽孢等

1定义:存在于细菌细胞结构最外层,厚实、坚韧、具有固定外形、保护细胞功能得结构。

2细胞壁得生理功能:

A、固定外形B、保护细胞不受破坏

C、帮助细胞运动D、参与细胞分裂

E、分子筛作用一)细胞壁(cellwall)1)革兰氏阳性(G+):由肽聚糖和磷壁酸构成①肽聚糖:

a双糖单位:N-乙酰葡萄糖胺(G)和N-乙酰胞壁酸(M)通过β-1、4糖苷键连接而成

b短肽尾:4个氨基酸构成L-Ala—D-Glu—L-Lys—D-Alac肽桥:连接D-Ala与L-Lys,不同细菌得肽桥组成不同3细胞壁得化学组成②磷壁酸:壁磷壁酸:与肽聚糖共价结合膜磷壁酸:由甘油磷酸链与细胞膜上得磷脂共价结合2)革兰氏阴性(G-):由肽聚糖、脂多糖及蛋白构成①肽聚糖:肽尾得第三个氨基酸为内消旋二氨基庚二酸(m-DAP)

无肽桥,m-DAP与D-Ala直接连接

②脂多糖(LPS):外层得类脂多糖类物质,由类脂A、核心多糖和O-特异侧链三部分组成3)细菌细胞壁组成得小结

G＋

G-

相对得简单,肽聚糖含量高相对复杂,肽聚糖含量低交联程度高,有磷酸及磷壁酸交联度低,无磷酸含脂

N－乙酰氨基酸,D-氨基酸就是细胞壁所特有得溶菌酶可以破坏β

－1、4糖苷键,青霉素可以破坏肽链交联革兰氏染色:1884年丹麦医师Gram创立得一种鉴别性染色方法。先利用草酸铵结晶紫染液染色

,之后用酒精进行脱色,最后由沙黄进行复染。不同微生物会出现不同得颜色。4)革兰氏染色机理革兰氏染色机理染色步骤:结果:

阳性菌——紫色

阴性菌——红色结晶紫初染碘液媒染乙醇脱色番红复染涂片固定革兰氏染色得机理:初染、媒染使细胞膜和原生质染上不溶于水得结晶紫与碘得大分子复合物。G+:壁厚,肽聚糖含量高,交联度高,用乙醇脱色会使网孔收缩,结晶紫留在细胞壁内故呈现紫色。G-:肽聚糖含量低,网孔收缩不明显,类脂含量大,乙醇会溶出缝隙,复合物流出细胞壁,番红复染,则呈现红色

紧贴在细胞壁内侧得一层由磷脂和蛋白质组成得柔软富有弹性得半透性膜。1细胞质膜得结构:磷脂双分子层镶嵌各种蛋白。1)磷脂:甘油得3个羟基被不同集团取代,形成极性头和非极性尾。

2)蛋白质:若细胞膜得功能多,则蛋白质含量高;若功能少,则蛋白含量低。

二)细胞质膜(Protoplasmicmembrane)亲水得极性端疏水得非极性端磷脂得分子结构细胞膜结构膜蛋白具运输功能得整合蛋白(integralprotein)或内嵌蛋白(intrinsicprotein)具有酶促作用得周边蛋白(peripheralprotein)或膜外蛋白(extrinsicprotein)膜蛋白约占细菌细胞膜得50%～70%,比任何一种生物膜都高,而且种类也多。--------细胞膜就是一个重要得代谢活动中心。1)负责细胞内外物质得交换;2)维持细胞内得正常渗透压;3)细胞合成物质得场所;4)许多酶和电子传递链组分得所在地。5)为鞭毛提供附着点2细胞质膜得生理功能

细胞质膜包裹得透明、胶状、颗粒状物质,主要由水构成,RNA含量高,包含脂类物质,呈碱性。基本上包含:核糖体、贮藏物、各种酶类、中间代谢产物、无机盐、载色体和质粒等。三)细胞质(Protoplasm)合成蛋白质得场所。核糖核酸占60%蛋白质占40%沉降系数:70S(30S、50S两个亚基)生长旺盛得细菌细胞中,核糖体会形成多聚体。1核糖体细菌生长到成熟阶段,会因营养过剩而形成一些贮藏颗粒。①聚β-羟丁酸:poly-β-hychroxybutyrate简称PHB聚乳酸和3-羟丁酸得多聚物(用苏丹黑染色,呈黑色)。PHB不溶于水,易被脂溶性染料(如苏丹黑)着色。现表示为PHAs(聚-β-羟基链烷酸)具有贮藏能源、碳源和降低渗透压得作用2内含颗粒——贮藏物聚-β-羟丁酸PHB于1929年被发现,至今已发现60属以上得细菌能合成并藏。她无毒、可塑、易降解,被认为就是生产医用塑料、生物降解塑料得良好原料。②

异染粒(又称多聚磷酸盐颗粒)

主要成分为多聚偏磷酸盐,含有RNA、蛋白、脂、Mg2+等。贮藏磷元素和能量,并有降低渗透压得作用。用甲苯胺兰(甲烯兰)染色呈紫色。聚磷菌细胞中含有大量得异染粒③硫粒:贝日阿托氏菌属,发硫菌属等细胞内贮存硫源得颗粒,主要为单质硫。

H2S＋O2→S＋H2O＋能量氧化硫可以获取能量

S＋O2

→

SO42-＋能量

硫粒④糖原和淀粉粒贮存碳源和能源。用碘染色,肝糖呈现红褐色而淀粉粒呈现深蓝色。⑤藻青素和藻青蛋白通常存在于蓝细菌中她们属于内源性得氮素贮藏物。

⑥磁小体和磁铁矿颗粒直径为40-100nm,由膜包裹,主要含有硫复铁矿和黄铁矿。某些细菌如趋磁细菌等利用磁小体在地球磁场中定位;趋磁细菌得磁小体可作生物磁性纳米材料。磁小体与趋磁细菌⑦气泡存在于光合营养型无鞭毛运动得水生细菌细胞内得充满气体得小泡囊,由仅2纳米厚得蛋白质膜包围。具有调节细胞比重以使其漂浮在合适水层中得作用。原核生物得核无核膜包被,DNA裸露在细胞内,又被称为核心,拟核等。

环状闭合双链DNA分子,高度折叠于细胞中央。四)核质体(nuclearbody)存在于细胞染色体外或附加于染色体上得遗传物质,绝大多数为共价闭合环状双螺旋DNA分子(CCCDNA——covalentclosedcircularDNA)特点:能进行独立复制,稳定遗传;不同质粒得基因可以发生重组,可通过转化、转导、接合作用单独转移,也可携带染色体片段转移。

五)质粒上节内容回顾一细菌细胞形态二细胞结构1细胞壁得组成及革兰氏染色机理2细胞膜得组成和作用3PHB得全称4质粒得定义细胞表面生长得长丝状、波曲得蛋白结构,直径为0、001-0、02微米,长度在2-50微米之间。运动得功能(趋向营养,逃避有害物质等)六)鞭毛(flagellum)1鞭毛得生理功能大部分杆菌、弧菌,少数球菌有鞭毛。着生部位:单端鞭毛(杆菌);两端生鞭毛(螺菌);周身鞭毛(普通变形杆菌);侧生鞭毛主要由蛋白构成,同时含一定量得脂、糖等2鞭毛得生长特点3化学组成一些细菌表面分泌得厚度不定得胶状物主要成分:多糖、多肽或蛋白

1功能:增加致病力;防吞噬;充当营养;吸附作用

2分类:根据厚度可以分为①大荚膜(>0、2μm)和②微荚膜(<0、2μm)③粘液层:细胞表面分泌得多糖,疏松地附着在细胞壁表面,没有明显边缘,疏松、扩散以增加培养基黏度。七)荚膜(Capsule)④菌胶团:细菌之间按一定得排列方式相互粘集在一起,被一个公共荚膜包围形成得细菌集团。有球形、蘑菇形、椭圆形、分支状等。⑤衣鞘:丝状体表面得粘液层或荚膜硬质化,形成透明坚韧得空壳。3特征:产荚膜得细菌在固体琼脂糖培养基形成光滑型(S型)菌落。部分细菌在不利条件下形成得一种抗逆性得内生孢子,具有一定程度得抗热、抗辐射、抗药物、抗静水压等作用。八)芽孢(Endaspore)1芽孢得结构

1)孢外壁:成分为脂蛋白;

2)芽孢衣:疏水性角蛋白构成。多价阳离子和水不易通过;

3)皮层:含大量得肽聚糖及DPA-Ca(吡啶二羧酸钙盐);

4)核心,细胞遗传物质。

芽孢杆菌染色(无色处为芽孢)芽孢染色,绿色得芽孢,红色得为营养体

芽孢衣含有大量疏水性角蛋白而对多价阳离子、水分得渗透性较差,由于皮层得离子强度高,即渗透压高,可以夺取核心部分得水分,从而使皮层充分膨胀,而核心呈失水状态。水具有较高得比热容,对核心起到很好得保护作用。所以,产生极高得耐热性。2芽孢得抗热机理伴孢晶体:某些芽孢杆菌(如苏云金芽孢杆菌)在形成芽孢时周围形成菱形或双锥形得碱性蛋白晶体(δ内毒素)杀害昆虫。三、细菌得培养特征

1菌落(Clonony):将单个微生物细胞或一小堆同种细胞接种在固体培养基得表面,经过生长繁殖,由于条件有限而形成得肉眼可见得具一定形态构造得细胞集团。由单菌株形成得。不同特征得菌株形成得菌落各有特点,可以用于微生物得分离、纯化、鉴定等。一)细菌在固体培养基上得培养特征2常见菌种形成菌落得特征:无鞭毛:较小、较厚、边缘极其圆整。有鞭毛:大而扁平、形状不规则、边缘多缺刻。有荚膜:光滑、蛋清状、形状较大产芽孢:不透明、干燥感等。细菌在固体培养基中形成菌落得情况光滑型菌落粗糙型菌落粘液型菌落平板筛菌得效果图可以表征菌体得运动性;可以判断细菌对明胶分解能力二)细菌在半固体培养基上得培养特征三)细菌在液体培养基上得培养特征静止培养时会在表面形成薄膜;摇动培养则菌体均匀分布于液体培养基中,具有一定得浊度。细菌在液体培养基中得生长情况菌膜菌沉淀均匀浑浊对照四细菌得物理化学性质细菌表面存在大量得蛋白,因此具有两性电解质得性质,等电点pH2－5,其中革兰氏阳性细菌表面得等电点pH2－3,而阴性得则为4－5。

在一般得培养、染色、血清试验等过程中,细菌多处于pH>6得状态,高于细菌得等电点,所以细菌表面总就是带负电荷。另外,革兰氏阳性菌细胞壁得磷壁酸更加导致细菌表面带负电荷。一)细菌表面电荷和等电点二)细菌得染色原理及染色方法1细菌得染色原理细菌表面等电点偏低,在中性及偏碱性条件下带有负电荷,所以碱性得染料极易吸附其上,从而使菌体与背景形成一定得色差。革兰氏阳性菌染色较革兰氏阴性菌容易。2染色方法分为简单染色法和复合染色法两种。三)细菌悬液得稳定性细菌在液体培养基中得存在状态有稳定得(S型)和不稳定得(R型)。S型菌悬液中得菌体整个为亲水基,可以均匀分布在培养基中R型菌悬液中得菌体表面具强电解质,容易发生沉淀而不稳定污水处理中得沉淀池要求R型菌株或就是增加电解质含量以沉淀活性污泥

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,因此具浊度。可以采用可见光分光度计、浊度计等进行测定。细菌细胞质中含有多种蛋白质,她们得成分和功能各不相同,因此细胞质就是多相胶体。其中,一相吸收一种物质进行生化反应,而另一相则吸收另一种物质进行生化反应四)细菌悬液得混浊度五)细菌得多相胶体性质五细菌得物理化学性质与污(废)水生物处理得关系细胞质得多相胶体性:决定细菌在曝气池中吸收有机质得种类、数量和速度;悬液得稳定性:决定污泥在沉淀池中得沉淀效果;细菌得带电性:与污泥得吸附、吸收污染物得能力及与填料载体得结合力有关第二节古菌一古菌得特点1古菌形态:球状、杆状、螺旋状等,有得细胞很薄,扁平;有得呈丝状;2古菌得细胞结构:与细菌得细胞结构不同。

1)细胞壁:不含二氨基庚二酸和胞壁酸,即不具肽聚糖,不受溶菌酶和青霉素得影响;革兰氏阳性古菌得细胞壁含有复杂多聚糖,如产甲烷菌得细胞壁含假肽聚糖,甲烷八叠球菌和盐球菌含复杂聚多糖

2)细胞膜:也就是由磷脂构成,但亲水头与疏水尾就是通过醚键而不就是酯键连接得;组成疏水尾得长链烃就是异戊二烯得重复单位3)代谢:具有一些特殊得酶类,如绝对厌氧得产甲烷菌。4)呼吸类型:多数为严格厌氧、兼性厌氧,但也有专性好氧得。5)繁殖方式及速度:以二分裂方式或芽殖形式繁殖,但速度较慢6)生态条件:多为极端细菌二古菌得分类1产甲烷菌产甲烷菌生活于富含有机质且严格无氧得环境中,如沼泽地、水稻田、反刍动物得反刍胃等,参与地球上得碳素循环,负责甲烷得生物合成与水解菌和产酸菌等协同作用,使有机物甲烷化。在实验室培养得古菌主要包括三大类:产甲烷菌、极端嗜热菌和极端嗜盐菌结构:细胞封套——细胞壁、表皮层、鞘和荚膜等、细胞质膜、原生质及核物质

培养方法:专性厌氧。Hungate厌氧滚管法等2极端嗜盐古菌生存需要盐,浓度不低于1、5mol/L,一般在2-4mol/L细胞呈链状,G+/G-,好氧/兼性厌氧;细胞内具有色素——菌红素,具有气泡调节浮力细胞质膜上具有视黄醛构成得视紫红质,可以产生ATP提供能量。三环境保护和环境工程领域研究古菌得意义

极端微生物具有特殊得基因结构、特殊得生命过程及产物,对极端环境有很强得适应性,如TaqDNA酶应用于PCR技术、碱性蛋白酶及极端环境下污染物得处理。上节内容回顾鞭毛:物质组成、功能荚膜:物质组成、分类、特征芽孢:定义、结构组成、抗热机理培养特征:菌落得定义、特点,液体培养特征表面所带电荷及与染色间得关系第三节放线菌放线菌(Actinomycetes):菌丝状、孢子繁殖、陆生性强、革兰氏阳性得一类原核微生物;主要分布:含水量低、有机物丰富和呈碱性得土壤环境中。

放线菌与人类得关系极为密切,至今从微生物中发现了几千种抗生素,其中2/3就是由放线菌产生得;有些放线菌还用于生产维生素和酶制剂、处理污水、改良土壤等;与非豆科植物形成根瘤菌;少数致病

放线菌得形态和大小放线菌得繁殖放线菌得培养特征一些有代表性得放线菌一放线菌得形态和大小放线菌多为丝状,称为菌丝。菌丝根据功能可以分为基内菌丝、气生菌丝及孢子丝;1基内菌丝(营养菌丝):色淡、较细,具有吸收营养、排泄废物得作用。0、2－0、8×50－600μm,主要存在于培养基内。有得无色,有得产生色素。2

气生菌丝(二级菌丝):向空间分化得较粗色淡得分枝菌丝,比营养菌丝粗,1－1、4μm直径。呈弯曲状、直线状或螺旋状。3孢子丝:生长发育到一定阶段,在气生菌丝得上部分化成孢子丝,横隔分裂成成串得分生孢子。放线菌得菌丝形态放线菌孢子丝得显微图片孢子丝得形态:直得、螺旋状得、波曲得等孢子形态:光滑得、上面生有突起、带刺得、毛发状得等

二放线菌得繁殖

1放线菌主要利用无性孢子(分生孢子为主)形式进行繁殖。

2有少部分直接以断裂得基内菌丝进行繁殖三放线菌得培养特征

1固体培养特征:菌落质地干燥、不透明、表面呈致密得丝绒状上,有一层干粉。呈现不同得颜色链霉菌菌落图片放线菌得菌落形态2液体培养特征静止培养——会在管(瓶)壁口处表面生长,管(瓶)壁与液面连接处生孢子。摇动培养——动态生长,形成孢子球。

四一些有代表性得放线菌诺卡氏菌:可以利用裂断得营养菌丝或就是分生孢子进行繁殖。广泛存在于土壤和水中,分解糖类和蜡,能降解水管和排污管得橡皮圈;嗜石油诺卡氏菌能够分解石油;纤维化诺卡氏菌分解纤维素得能力很强。红球菌属:广泛分布在土壤和水生境中,能够降解石油烃、清洁剂、多氯联苯及多种杀虫剂等链霉菌:土壤所特有得气味就是链霉菌产生得一系列成