環(huán)境微生物學(xué)第二章原核微生物

1、環(huán)境微生物學(xué)第二章原核微生物（一）細(xì)菌的個(gè)體形態(tài)（二）細(xì)菌的大小(1) (2) (3) (4) (5) (6)梭狀芽孢桿菌弧菌螺菌1.革蘭氏陽性菌（G+）：主要為肽聚糖和磷壁酸（細(xì)胞壁）（壁磷壁酸）（肽聚糖）（膜磷壁酸）（蛋白質(zhì)）（細(xì)胞膜）（革蘭氏陽性菌細(xì)胞壁，G）（肽聚糖的立體結(jié)構(gòu)）2.革蘭氏陰性菌（G-）：主要為類脂質(zhì)和蛋白質(zhì)（孔蛋白）（磷脂）（外膜蛋白）（脂蛋白）（周脂空間）（細(xì)胞膜）（細(xì)胞壁）（肽聚糖）（外膜）（脂多糖）（蛋白質(zhì)）（革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁， G） 原生質(zhì)體包括細(xì)胞質(zhì)膜（原生質(zhì)膜）、細(xì)胞質(zhì)及其內(nèi)含物質(zhì)。1. 細(xì)胞質(zhì)膜蛋白質(zhì)磷脂分子親水基團(tuán)疏水基團(tuán) 細(xì)胞質(zhì)膜是緊貼細(xì)胞壁的內(nèi)側(cè)而

2、包圍細(xì)胞質(zhì)的一層柔軟而富有彈性的薄膜，它是半滲透膜。其結(jié)構(gòu)如圖所示。細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)1972年Singer和Nicolson提出的細(xì)胞膜液態(tài)鑲嵌模型。膜是由球形蛋白與磷脂構(gòu)成的流體鑲嵌式，流動(dòng)的脂類雙分子層構(gòu)成了膜的連續(xù)體，而蛋白質(zhì)象孤島一樣無規(guī)則地漂流在磷脂類的海洋當(dāng)中。細(xì)胞膜液態(tài)鑲嵌模型（1）核糖體： 是分散在細(xì)胞質(zhì)中的顆粒狀結(jié)構(gòu)，由核糖體核酸（占60%）和蛋白質(zhì)（占40%）組成。功能：是細(xì)胞合成蛋白質(zhì)的機(jī)構(gòu)。（2）內(nèi)含顆粒：細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中含有各種顆粒狀內(nèi)含物，它們大多數(shù)為細(xì)胞貯藏物，顆粒狀內(nèi)含物的多少因細(xì)菌的種類、菌齡及培養(yǎng)條件不同而改變。 主要有：異染粒、聚羥丁酸、肝糖粒、淀粉粒、脂肪粒、硫

3、粒和液泡等等。細(xì)胞質(zhì)中的內(nèi)含物異染粒：是普遍存在的貯藏物，主要成分是多聚偏磷酸鹽。異染粒大小和結(jié)構(gòu):大小為0.51m ，是多聚偏磷酸鹽的聚合物，分子呈線狀。功能：貯存磷元素和能量，降低滲透壓。多聚偏磷酸鹽對(duì)某些染料有特殊反應(yīng),產(chǎn)生與所用染料不同的顏色,因此得名異染顆粒.例:異染粒遇甲基胺藍(lán)變紫紅色. 含異染粒的細(xì)菌種類:棒狀桿菌和某些芽孢桿菌等. 聚羥丁酸顆粒(PHB)聚羥丁酸顆粒是許多細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)內(nèi)常含有的碳源類儲(chǔ)藏物.PHB不溶于水,易被脂溶性染料(如蘇丹黑)著色。功能:貯存碳源、能源和降低滲透壓。許多好氧菌和光合厭氧菌都含有聚羥丁酸顆粒。硫粒：是硫元素的貯藏體。形成：取決于環(huán)境硫化物含量,

4、當(dāng)環(huán)境中S含量高時(shí)，在體內(nèi)積累；當(dāng)缺S時(shí),氧化成硫酸被菌利用。功能： a.好氧硫細(xì)菌的能源 b.厭氧硫細(xì)菌的電子供體肝糖粒和淀粉粒:都是-1,4或-1,6糖苷鍵的葡萄糖聚合物。這些貯藏物通常較均勻地分布在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，顆粒較小。若這類貯藏物大量存在時(shí)，用碘使對(duì)其染色，肝糖粒能被碘液染成紅色，淀粉粒被碘成藍(lán)色。脂肪粒：脂肪粒的折光性較強(qiáng)，它可被脂溶性染料染色；細(xì)胞生長旺盛時(shí)，脂肪粒增多，細(xì)胞遭破壞后，脂肪?？捎坞x出來。氣泡：氣泡：由蛋白質(zhì)膜構(gòu)成的充滿氣體的泡狀物。由蛋白質(zhì)膜構(gòu)成的充滿氣體的泡狀物。有些細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中含有幾個(gè)或多個(gè)氣泡。有些細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中含有幾個(gè)或多個(gè)氣泡。氣泡的功能：調(diào)節(jié)細(xì)胞比重，以使其

5、漂浮在合適的水層中。氣泡吸收空氣，空氣中的氧氣可供代謝需要。例：許多光合細(xì)菌和水生細(xì)菌、鹽桿菌常含有氣泡。3. 擬核(nucleoid) 它由DNA纖維組成，即由一條環(huán)狀雙鏈的DNA分子高度折疊纏繞形成的。 擬核攜帶著細(xì)菌全部遺傳信息，它的功能是決定遺傳性狀和傳遞遺傳信息，是重要的遺傳物質(zhì)。鞭毛的著生方式：周生 細(xì)菌在固體培養(yǎng)基上的培養(yǎng)特征就是菌落特征。不同細(xì)菌菌落特征是不同的。幾種細(xì)菌菌落的特征 用稀釋平板法和平板劃線法將呈單個(gè)細(xì)胞的細(xì)菌接種在固體培養(yǎng)基上，給予一定的培養(yǎng)條件培養(yǎng)，細(xì)菌就可以在固體培養(yǎng)基上迅速繁殖成一個(gè)由無數(shù)細(xì)菌組成的群落，即菌苔。菌苔是細(xì)菌在斜面培養(yǎng)基接種線上長成的一片密集

6、的細(xì)菌群落，不同屬種細(xì)菌的菌苔形態(tài)是不同的。在斜面培養(yǎng)基上的菌苔特征 用穿刺接種法將某種細(xì)菌接種在明膠培養(yǎng)基中培養(yǎng)，能產(chǎn)生明膠水解酶水解明膠，不同的細(xì)菌將明膠水解成不同形態(tài)的溶菌區(qū)，依據(jù)這些不同形態(tài)的溶菌區(qū)或溶菌與否可將細(xì)菌進(jìn)行分類。在明膠培養(yǎng)基中的生長特征 用穿刺接種技術(shù)將細(xì)菌接種在含0.3%0.5%瓊脂半固體培養(yǎng)基中培養(yǎng)，細(xì)菌可呈現(xiàn)各種生長狀態(tài)，根據(jù)細(xì)菌的生長狀態(tài)判斷細(xì)菌的呼吸類型和鞭毛有無，能否運(yùn)動(dòng)。1. 絲狀、2. 念珠狀、3. 乳頭狀、4. 絨毛狀、5. 樹狀 在液體培養(yǎng)基中，細(xì)菌整個(gè)個(gè)體與培養(yǎng)基接觸，可以自由擴(kuò)散生長。它的生長狀態(tài)隨細(xì)菌屬、種的特征而異。細(xì)菌在肉湯培養(yǎng)基中的生長特征

7、（一）細(xì)菌表面電荷和等電點(diǎn)（二）微生物細(xì)胞的染色（三）細(xì)菌懸液的穩(wěn)定性（四）細(xì)菌懸液的渾濁度（五）細(xì)菌的多相膠體性質(zhì)（六）細(xì)菌的比表面積（七）細(xì)菌的密度和重量 細(xì)菌的等電點(diǎn)：細(xì)菌蛋白質(zhì)含量在50以上，蛋白質(zhì)是由氨基酸組成，氨基酸是兩性電解質(zhì)，在一定pH值的溶液中，氨基酸所帶的正電荷和負(fù)電荷相等時(shí)的pH值就稱該氨基酸的等電點(diǎn)。所以細(xì)菌也有各自的等電點(diǎn)。 氨基酸為兩性電解質(zhì)pH = 等電點(diǎn) 凈電荷=0 pH等電點(diǎn)凈電荷為負(fù)CHRCOOHNH3+CHRCOONH2CHRCOONH3+ + H+ OH- + H+ OH- 細(xì)菌的等電點(diǎn)多為pH25，在一般的培養(yǎng)條件下，細(xì)菌多處于偏堿性（pH7） 、中性

8、（pH7）和偏酸性（ 6 pH 7） ，高于細(xì)菌的等電點(diǎn)，所以，細(xì)菌表面總是帶負(fù)電荷。 大多數(shù)微生物細(xì)胞極其微小又十分透明，一般都要對(duì)細(xì)胞進(jìn)行染色再觀察，微生物染色法種類可以概括如下：微生物染色法死菌活菌：用美藍(lán)湖TTC（氯化三苯基四氮唑）正染色負(fù)染色 莢膜染色法單染復(fù)染革蘭氏染色法芽孢染色法革蘭氏染色步驟：革蘭氏染色機(jī)制：1.與等電點(diǎn)有關(guān)：G的等電點(diǎn)比G低，與草酸銨結(jié)晶紫的結(jié)合力大，用碘碘化鉀媒染后，結(jié)合力更大，不會(huì)被乙醇脫色，故呈紫色。2.與細(xì)胞壁有關(guān)： G細(xì)胞壁脂類含量高，乙醇脫色時(shí)細(xì)胞壁被溶解，增加其通透性，草酸銨結(jié)晶紫、碘碘化鉀復(fù)合物被提取，故菌體呈現(xiàn)無色，在復(fù)染中再次著色。 細(xì)菌在

9、培養(yǎng)基中的存在狀態(tài)有穩(wěn)定的和不穩(wěn)定的兩種：穩(wěn)定的為S型、不穩(wěn)定的為R型。 細(xì)菌體呈半透明狀態(tài)，光線照射菌體時(shí)，一部分光線透射過菌體，一部分光線被折射。所以細(xì)菌懸液呈現(xiàn)渾濁現(xiàn)象?？捎媚苛Ρ葷帷⒐怆姳壬?jì)、比濁計(jì)等測其濁度，可略知其數(shù)目（包括活菌和死菌）。 細(xì)菌體積微小，但其比表面積巨大，這有利于吸附和吸收營養(yǎng)物，有利于排泄代謝產(chǎn)物，使細(xì)菌生長繁殖加快。（七）細(xì)菌的密度和重量 細(xì)菌的密度在之間。細(xì)菌的密度與菌體所含的物質(zhì)有關(guān)。整個(gè)菌體的密度略大于水的密度。一、古菌的特點(diǎn)二、古菌的分類1. 形態(tài)：多樣，有的扁平，有的有精確的方角；2. 結(jié)構(gòu)：細(xì)胞膜、細(xì)胞壁與細(xì)菌差別很大；3. 代謝：古菌在代謝過程中

10、有許多特殊的輔酶；4. 呼吸類型：多數(shù)古菌為嚴(yán)格厭氧、兼性厭氧，少數(shù)專性好氧；5. 繁殖方式與速度：古菌繁殖速度較慢，進(jìn)化速度也比細(xì)菌慢；6. 生活習(xí)性：大多數(shù)古菌生活在極端環(huán)境，如鹽分高的湖泊中，極熱、極酸和絕對(duì)厭氧的環(huán)境。它有特殊的代謝途徑，有的古菌還有熱穩(wěn)定性酶和其他特殊酶。 按照古菌的生活習(xí)性和生理特性，古菌可分為三大類群：1. 產(chǎn)甲烷菌；2.嗜熱嗜酸菌；3.極端嗜鹽菌。 在84版伯杰氏系統(tǒng)細(xì)菌學(xué)手冊中，將古菌分為五大群：1. 產(chǎn)甲烷古菌；2. 古生硫酸鹽還原菌；3. 極端嗜鹽菌；4. 無細(xì)胞壁古生菌；5. 極端嗜熱硫代謝菌。產(chǎn)甲烷菌是古細(xì)菌中最早被認(rèn)識(shí)和應(yīng)用的。為什么產(chǎn)甲烷菌受到重視

11、？產(chǎn)甲烷菌在自然界、糞便、污水廠剩余污泥的厭氧消化、固體廢棄物的堆肥中，與其他細(xì)菌協(xié)同作用，將有機(jī)物最終轉(zhuǎn)化為CH4有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的清潔燃料和生物能源。有的可以在極高（飽和）的含鹽環(huán)境中生長。如：曬鹽場、鹽湖、鹽漬食物等3.熱原體無細(xì)胞壁，適合在較高溫度下生長（5560C）。4.古生硫酸鹽還原菌不規(guī)則類球形，最適溫度83C。5.嗜熱嗜酸菌專性嗜熱，最適生長溫度為70105C。 舊稱為或。因?yàn)樗c高等綠色植物和高等藻類一樣，含有光合色素葉綠素a，也能進(jìn)行產(chǎn)氧型光合作用，現(xiàn)代技術(shù)研究表明：藍(lán)細(xì)菌的細(xì)胞核沒有核膜；沒有有絲分裂器；沒有葉綠體；核糖體為70S；細(xì)胞壁與細(xì)菌相似，由肽聚糖構(gòu)成；因而對(duì)青霉素和

12、溶菌酶敏感；革蘭氏染色反應(yīng)陰性；因此，有的單細(xì)胞，呈桿狀或球狀；有的多細(xì)胞，呈絲狀。二.結(jié)構(gòu)和功能屬原核細(xì)胞，有藻紅素、藻藍(lán)（紅）素等細(xì)胞器；有些能產(chǎn)生轉(zhuǎn)化的休眠體或異形胞；異形胞可固定大氣中的氮。三.繁殖方式多樣：二分裂、出芽、斷裂、多重分裂等。四.生境對(duì)極端環(huán)境有很強(qiáng)的耐受力，分布很廣：淡水、海水、潮濕土壤、樹皮、沙漠、巖石縫等。u 是光合細(xì)菌中細(xì)胞最大的一類，與其他光合細(xì)菌不同，它有葉綠素a、類胡蘿卜素、藻膽素、藻膽蛋白體，分別吸收不同波長的光，因此藍(lán)細(xì)菌呈現(xiàn)藍(lán)、綠、紅或棕色，顏色隨光照條件改變而改變。u藍(lán)細(xì)菌通過葉綠素a等吸收光能，釋放氧氣；吸收水和無機(jī)鹽合成有機(jī)物供自身營養(yǎng)。一、色球

13、藻綱二、藻殖段綱按藍(lán)細(xì)菌的形態(tài)和結(jié)構(gòu)的特征分為二綱： 色球藻綱為單細(xì)胞個(gè)體或群體，細(xì)胞以二分裂繁殖。群體種類在細(xì)胞壁外分泌果膠類物質(zhì)構(gòu)成膠質(zhì)鞘膜，彼此融合形成大的膠團(tuán)（球形或塊狀）。色球藻綱各屬如下圖所示， 藻殖段綱的藻體為絲狀體，形成異型胞和殖段體，也叫連鎖體。藻殖段綱如下圖所示，放線菌：是一類介于細(xì)菌和真菌之間的單細(xì)胞微生物。l 一方面,放線菌的細(xì)胞構(gòu)造和細(xì)胞壁化學(xué)組成與細(xì)菌相似，與細(xì)菌同屬原核微生物；l 另一方面，放線菌菌體呈纖細(xì)的菌絲，且分枝，又以外生孢子的形式繁殖，這些特征又與霉菌相似。 放線菌菌落中的菌絲常從一個(gè)中心向四周輻射狀生長，并因此而得名。 大部分放線菌由分枝狀菌絲組成。菌

14、絲大多無隔膜，仍屬單細(xì)胞。菌絲的粗細(xì)與桿菌相近(1m 左右）。 放線菌菌絲由于形態(tài)、功能不同，分為基內(nèi)菌絲、氣生菌絲和孢子絲，部分孢子絲如下圖所示：u基內(nèi)（營養(yǎng)）菌絲:潛入培養(yǎng)基內(nèi)攝取營養(yǎng)，有的無色，有的產(chǎn)生色素（黃、橙、紅、紫、藍(lán)、綠、褐、黑）u氣生菌絲:由營養(yǎng)菌絲長出培養(yǎng)基外，伸向空氣中的菌絲。u孢子絲:放線菌發(fā)育到一定階段，在氣生菌絲的上部分化出孢子絲。孢子絲的外形隨種的不同而異，是種的特征，為分類鑒定的依據(jù)之一。 放線菌的菌落由菌絲體組成。所謂菌絲體就是由菌絲相互纏繞而形成的。菌落特征：u 介于細(xì)菌和霉菌之間，因?yàn)槠錃馍z較細(xì)，生長緩慢，菌絲分枝并相互交錯(cuò)纏繞，所以形成的菌落質(zhì)地硬而

15、且致密，菌落較小而不廣泛延伸；u 菌落表面呈緊密的絨狀或堅(jiān)實(shí)、干燥、多皺；u 有的菌絲潛入培養(yǎng)基，不易被挑取。有的菌落成白色粉末狀，質(zhì)地松散，易被挑起，如諾卡氏菌屬。放線菌 放線菌是通過分生孢子或孢囊孢子繁殖的，也可以一段營養(yǎng)菌絲繁殖,有生活史。放線菌的分生孢子和孢囊孢子的形成孢子絲的形成孢子絲的形態(tài)孢囊孢子的形成鏈霉菌的生活史：1.孢子萌發(fā)，2.基內(nèi)菌絲，3.氣生菌絲，4.孢子絲，5.孢子絲分化為孢子 鏈霉菌屬能分解多種有機(jī)質(zhì)。是產(chǎn)生抗菌素的主要來源。 大部分系需氧性腐生菌，少數(shù)厭氧寄生。許多種在自然界有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化及污水生物處理中起著重要的作用。如用于烴類的降解、氰與腈類的轉(zhuǎn)化。 此屬多分布于

16、土壤及污泥中。以其具有分解有機(jī)質(zhì)的能力及產(chǎn)生抗菌素的潛力，因而受到重視。 它具有以下一些特點(diǎn)： 1. 個(gè)體大小介于細(xì)菌和病毒之間，球形或桿形。除伯氏立克次氏體外均不能通過細(xì)菌濾器； 2. 細(xì)胞結(jié)構(gòu)像細(xì)菌，具有細(xì)胞壁和細(xì)胞膜；革蘭氏染色陰性； 3. 專性活細(xì)胞內(nèi)寄生； 4. 裂殖方式繁殖； 5. 對(duì)熱、干燥、光照、脫水及普通化學(xué)試劑的抗性較差，但能耐低溫； 6. 有的不致病，而有的會(huì)釀成嚴(yán)重疾病。第五節(jié) 其他原核微生物 1898年被發(fā)現(xiàn)，1976年才被確定其分類地位，它具有以下特點(diǎn)：1. 細(xì)胞呈球形或絲狀，從幾m到150m；2. 不具細(xì)胞壁，只有細(xì)胞膜；3. 菌落中間密集較厚，顏色較深，邊緣平坦

17、，較薄而且透明，顏色也較淺。4. 裂殖方式繁殖；5. 對(duì)干擾素不敏感，對(duì)溶菌酶無反應(yīng)。 支原體廣泛分布于土壤、污水、溫泉或其他溫?zé)岬沫h(huán)境以及昆蟲、脊椎動(dòng)物和人體內(nèi)。大多數(shù)腐生，少數(shù)是致病菌。 ，過去曾認(rèn)為它是“大病毒”，后來發(fā)現(xiàn)其性質(zhì)更接近細(xì)菌而不同于病毒，其特點(diǎn)如下： 衣原體的個(gè)體比立克次氏體稍小，但形態(tài)相似，球形； 具有細(xì)胞壁，革蘭氏染色陰性。 細(xì)胞以裂殖方式繁殖； 專性活細(xì)胞內(nèi)寄生，在宿主細(xì)胞內(nèi)發(fā)育繁殖具有獨(dú)特的生活周期。能進(jìn)行有限大分子合成，但缺乏產(chǎn)生能量的系統(tǒng)，必需依賴宿主獲取ATP，這是區(qū)別于立克次氏體的最顯著的特征； 衣原體不耐熱，在60C下，10min即被滅活，但不怕低溫； 對(duì)

18、抗生素和干擾素敏感。 螺旋體是一類形態(tài)和運(yùn)動(dòng)機(jī)理獨(dú)特的細(xì)菌。螺旋體靠軸絲的收縮而運(yùn)動(dòng)。它的繁殖方式為縱裂，腐生或寄生，腐生者多在河流、池塘、湖泊、海洋或淤泥中生存，已知的螺旋體有5屬：螺旋體屬、瘠螺旋體屬不致病，密螺旋體屬、疏螺旋體屬、鉤端螺旋體屬致病，分別引起梅毒、回歸熱及鉤端螺旋體病。螺旋體螺旋體螺旋體特特 征征細(xì)細(xì) 菌菌立克次氏體立克次氏體衣衣 原原 體體支支 原原 體體病病 毒毒直徑直徑可見性可見性細(xì)菌濾器細(xì)菌濾器革蘭氏染色革蘭氏染色細(xì)胞壁細(xì)胞壁繁殖方式繁殖方式培養(yǎng)方式培養(yǎng)方式核酸種類核酸種類核糖體核糖體大分子合成大分子合成產(chǎn)生產(chǎn)生ATP入侵方式入侵方式對(duì)抗生素對(duì)抗生素對(duì)干擾素對(duì)干擾素增殖過程中結(jié)構(gòu)的完增殖過程中結(jié)構(gòu)的完整性整性0.22.0光鏡可見光鏡可見不能濾過不能濾過陽性或陰性陽性或陰性堅(jiān)韌細(xì)胞壁堅(jiān)韌細(xì)胞壁裂殖裂殖人工培養(yǎng)基人工培養(yǎng)基DNA或或RNA有有有有有有多樣多樣敏感敏感某些菌敏感某些菌敏感保持保持0.30.6光鏡可見光鏡可見不能濾過不能濾過陰性陰性與細(xì)菌相似與細(xì)菌相似裂殖裂殖宿主細(xì)胞宿主細(xì)胞