環(huán)境微生物學第二章原核生物

第一節(jié)細菌第二節(jié)放線菌第三節(jié)絲狀細菌第四節(jié)光合細菌第五節(jié)藍細菌第六節(jié)立克次氏體、支原體和衣原體第二章原核生物1當前1頁，總共141頁。一、細菌的形態(tài)和大小二、細菌細胞的結構三、細菌的繁殖四、細菌的群體特征第一節(jié)細菌2當前2頁，總共141頁。什么是細菌？細菌是一類單細胞、個體微小、結構簡單、沒有真正細胞核的原核生物。水生性較強主要以二等分裂方式繁殖細胞細而短結構簡單、細胞壁堅韌第一節(jié)細菌細菌的一般特征3當前3頁，總共141頁。我們的周圍到處都有大量的細菌，特別是在溫暖、潮濕和富含有機物的地方，都會含有大量的細菌。用手去撫摸水池子底部、養(yǎng)魚水箱內部、河底石頭表面時有粘、滑的感覺。細菌在工、農、醫(yī)、環(huán)境保護等生產實踐中起著重要的作用。污染物的分解什么時候能感受到細菌的存在？第一節(jié)細菌4當前4頁，總共141頁。微生物的形態(tài)特征是鑒別菌種的依據之一。了解微生物的形態(tài)構造是學習微生物的第一步，掌握這些知識，對了解微生物的其他生物學特性、提高菌種的定向篩選效率、鑒別菌種、及時檢出雜菌等，都有非常重要的作用。一、細菌的形態(tài)和大小5當前5頁，總共141頁。形態(tài)桿菌（bacillus）長1~5μm，寬0.5~1μm螺旋菌（spirillum)長：5~15μm，寬：0.5~5μm球菌（coccus）0.5~2μm（一）形態(tài)與大小在自然界中桿菌最常見，球菌次之，螺旋狀最少一、細菌的形態(tài)和大小6當前6頁，總共141頁。球菌（coccus）0.5~2μm單球菌鏈球菌(streptococcus)八疊球菌(sarcina)雙球菌四聯球菌積聚成葡萄狀的——葡萄球菌(staphylococcus)eg.產甲烷八疊球菌肺炎球菌、腦膜炎球菌一、細菌的形態(tài)和大小7當前7頁，總共141頁。2005年7月，在四川某些縣市，突然出現不明原因的疾病，一些平日里養(yǎng)豬、賣豬、加工豬的農民，突然出現發(fā)高燒、周身酸痛、休克等病狀，有的人甚至因此死亡，一度引起人們的恐慌。2005年7月四川省出現豬鏈球菌病隨后，衛(wèi)生部將這一不明原因的疾病正式診斷為豬鏈球菌感染。這次豬鏈球菌病疫情累計報告人感染豬鏈球菌病例204例，其中死亡38例8當前8頁，總共141頁。產甲烷八疊球菌(顆粒污泥內部)(左劍惡博士提供)9當前9頁，總共141頁。桿菌（bacillus）長1~5μm，寬0.5~1μm大腸桿菌、傷寒桿菌、假單胞菌平均長2μm,寬度：0.5μm一、細菌的形態(tài)和大小10當前10頁，總共141頁?？莶輻U菌大腸桿菌（基因工程菌）一、細菌的形態(tài)和大小11當前11頁，總共141頁。螺旋菌（spirillum)長：5~15μm，寬：0.5~5μm弧菌(vibrio)（只有一個彎曲的螺旋狀細菌）一、細菌的形態(tài)和大小12當前12頁，總共141頁。細菌的大小與其所處的環(huán)境有關。廢水生物處理：e.g.活性污泥中的細菌要比河水、湖泊中的大。測SS時：活性污泥用0.45μm過濾膜；河水等用0.2μm過濾膜。

納米細菌（Nanobactedria）和超級細菌細菌的重量氨氧化菌（Nifrosomonassp.)2.4×10－13g/cell-dry亞硝酸鹽氧化菌（Nitrobacteragilis)1.0×10－13g/cell-dry亞硝酸菌(1014~1010個細菌才達到1mg)應注意的幾個問題：一、細菌的形態(tài)和大小13當前13頁，總共141頁。Biomass：20×10－11mg-COD/cell1.4×10－13g/cell廢水中（下水）0.02~1.9×10－12g/cell1.03~1.2g/cm3——比重河水中細胞密度：1.07~1.19(平均1.09)蛋白質：1.5糖：1.4~1.6核酸：2無機鹽：2.5脂類：<1一、細菌的形態(tài)和大小14當前14頁，總共141頁。形態(tài)特征是鑒別菌種的主要依據之一。形態(tài)的觀察：染色的分類：染色法簡單染色法（單染色法，僅供觀察用）鑒別染色法（革蘭氏染色法）丹麥醫(yī)生C.Gram于1884年創(chuàng)立。（二）形態(tài)觀察與染色因細菌的細胞極其微小、又十分透明，所以進行形態(tài)觀察時，一般要進行染色。一、細菌的形態(tài)和大小15當前15頁，總共141頁。革蘭氏染色（GramStain）的步驟：結晶紫初染（染上紫色）碘染媒染碘分子與結晶紫形成染色較牢固的復合物脫色處理95％乙醇脫色（不脫色）復染沙黃復染觀察紫陽性紅陰性媒染紫紫AB初染紫紫復染紫紅G+G-脫色紫無色一、細菌的形態(tài)和大小16當前16頁，總共141頁。注意：脫色過度、陽性菌會被誤染為陰性；脫色不夠、陰性菌會被誤認為陽性；若不經過復染，要觀察出來很艱難。革蘭氏染色的結果一、細菌的形態(tài)和大小17當前17頁，總共141頁。通過染色可把幾乎所有的細菌分成G＋、G－兩個大類，是分類鑒定菌種時的重要指標。兩類細菌在細胞結構、成分、形態(tài)、生理、生化、生態(tài)、降解有機物、藥物敏感性上等都存在有差異。革蘭氏染色有著重要的理論和實踐意義一、細菌的形態(tài)和大小18當前18頁，總共141頁。（一）細胞的基本結構（二）細胞的特殊結構（三）細菌細胞的物理化學性質二、細菌細胞的結構19當前19頁，總共141頁。二、細菌細胞的結構20當前20頁，總共141頁。細胞壁、細胞膜、（間體）、細胞質、核質體、內含物細菌細胞一般結構（基本結構）

原生質體(protoplast)特殊結構莢膜（粘液層）、芽孢、鞭毛、菌毛二、細菌細胞的結構21當前21頁，總共141頁。（一）基本結構（1）定義：位于細胞最外的一層富有彈性的結構（2）功能：固定細胞外形協助鞭毛運動（鞭毛的支點）保護細胞不受外力的損傷（滲透壓）阻攔有害物質進入細胞（阻礙大分子進入）細菌的抗原性、致病性G+耐15-25atmG－耐5-10atm1.細胞壁（cellwall）二、細菌細胞的結構22當前22頁，總共141頁。（3）結構與主要成分：二、細菌細胞的結構23當前23頁，總共141頁。24當前24頁，總共141頁。二、細菌細胞的結構25當前25頁，總共141頁。二、細菌細胞的結構26當前26頁，總共141頁。二、細菌細胞的結構27當前27頁，總共141頁。肽聚糖（又稱粘肽/mucopeptide，胞壁質/murein）的基本結構基本組成（三部分）雙糖單位尾肽肽橋M—O—G)n(尾肽MG()nG：N-乙酰葡萄糖胺M：N-乙酰胞壁酸聯結肽聚糖與肽聚糖的橋梁，形成網格分子<其連接方式因細菌而異>糖苷鍵結合1.L-丙氨酸2.D-谷氨酸3.L-賴氨酸4.D-丙氨酸二、細菌細胞的結構28當前28頁，總共141頁。肽聚糖的網格交聯度（G＋）二、細菌細胞的結構29當前29頁，總共141頁。磷壁酸的分子結構二、細菌細胞的結構30當前30頁，總共141頁。G+G-壁厚厚(20-80nm)薄(10nm左右);內層(2-3nm),外層8nm層次單層多層(內層為肽聚糖)肽聚糖結構多層（網格緊密堅固）單層（30％亞單位交聯，網格較輕松）與細胞膜的關系不緊密緊密G+：肽聚糖占細胞壁干重的30％～95％；含有多糖和磷壁酸；不含脂蛋白；脂多糖只占1～4％，蛋白質少或無。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%，蛋白質含量高。的細胞壁結構的比較(小結)二、細菌細胞的結構31當前31頁，總共141頁。項目G＋菌G－菌對機械力的抗性強弱細胞壁抗溶菌酶弱（敏感）強（不敏感）*對青霉素、磺胺敏感不敏感*對鏈霉素、氯霉素、四環(huán)素不敏感敏感堿性染料的抑菌作用強弱*對陰離子去污劑敏感不敏感*對疊氮化鈉敏感不敏感對干燥抗性強抗性弱產芽孢有的產不產G＋和G－生理功能特性的比較沈萍，微生物學，p44*細胞壁最外層的脂多糖阻礙溶菌酶、抗生素、染料、去污劑等較大分子的進入二、細菌細胞的結構32當前32頁，總共141頁。（5）

Gramstain的原理在細胞膜或原生質體上染上不溶于水的結晶紫與碘的復合大分子。G＋：壁厚、肽聚糖含量高且分子交聯緊密，在用乙醇處理時，壁會因脫水而收縮，再加上它本身不含脂類、乙醇處理時很難在壁上溶出縫隙，結晶紫和碘的復合體仍保留在細胞內。G－：結晶紫－碘復合物易被溶出，乙醇脫色后呈無色。再經沙黃染色后呈新的顏色－紅色。二、細菌細胞的結構33當前33頁，總共141頁。2.細胞膜(cellmembrance)或細胞質膜（Cytoplasmicmembrance），質膜（plasmamembrance）（1）定義：緊貼在細胞壁內側的、由磷脂和蛋白質組成的、柔軟、富有彈性的半透性薄膜。（2）功能：控制細胞內外的物質（營養(yǎng)物質和代謝物廢物）的運送、交換維持細胞正常滲透壓合成細胞壁各種成分和莢膜

氧化磷酸化或光合磷酸化的產能基地

許多酶及電子呼吸鏈組分的所在地鞭毛的著生和生長點二、細菌細胞的結構34當前34頁，總共141頁。（3）結構：磷脂雙分子層組成膜的基本骨架極性頭：磷酸端—親水性、帶電性非極性尾：烴端磷脂分子層常呈液態(tài)，磷脂分子在膜中不斷運動(流動性)膜蛋白以不同形式分布于膜的兩側或在層中(海洋中的冰山)二、細菌細胞的結構35當前35頁，總共141頁。二、細菌細胞的結構36當前36頁，總共141頁。二、細菌細胞的結構37當前37頁，總共141頁。（4）組成：蛋白：70％（其中外周蛋白20－30％，固有蛋白70－80％）脂類：20～30％間體（mesosome）：定義：由細胞膜內皺形成的一種管狀、層狀或囊狀結構。位置：一般位于細胞分裂部位或其鄰近部位功能：促進細胞間隔的形成，與遺傳物質的復制及其相互分離有關二、細菌細胞的結構38當前38頁，總共141頁。3.細胞質（Cytoplasm）（1）定義：細胞膜包圍著的除核質體外的一切透明、膠狀或顆粒狀物質（2）功能、作用：生命活動的主要場所。（新陳代謝）（3）組成：水、蛋白質、核酸和脂類由于含有核糖核酸（RNA），所以是嗜堿性的，與堿性染料結合能力強幼令菌：細胞質非常稠密、均勻、易染色成熟細胞：含有顆粒狀貯藏物質，有時會有氣泡，不易染色二、細菌細胞的結構39當前39頁，總共141頁。4.核質體（nuclearbody）或核體（nucleoid）（1）定義：無核膜結構的原始細胞核，是一團裸露的且高度折疊纏繞的DNA分子。（2）功能：決定生物遺傳的主要部分（3）結構：大型環(huán)狀DNA分子長度：0.25~3mm核質體數：1～4個/cell<少數細菌有20～25個>二、細菌細胞的結構40當前40頁，總共141頁。5.內含物（intracellularmaterials）貯藏物（reservematerials）定義：貯備營養(yǎng)的物質，它是細菌新陳代謝的產物。特點：內含物的種類和量隨細菌的種類和培養(yǎng)條件有關；物質過剩時細菌將它們轉化成貯藏物，當營養(yǎng)缺乏時它們又被分解。二、細菌細胞的結構41當前41頁，總共141頁。生物除磷：細菌在好氧條件下，利用有機物分解產生的大量能量，可“過度攝取”周圍溶液中的磷酸鹽，并以異染顆粒的方式貯存與細胞內。（1）異染顆粒（metachromaticgranule）多聚偏磷酸（無機偏磷酸的聚合物）顆粒大小0.5～1μm功能：貯藏磷元素和能量，并可降低滲透壓。HOPHOOOHnn=2～106變化大用藍色染料（甲苯胺、甲烯藍）染色后不呈藍色而呈紫紅色，故稱異染顆粒。二、細菌細胞的結構42當前42頁，總共141頁。Poly-PnADPATP乙酰-CoAPHBNADH2NADPoly-Pn-1PiTCA乙醛酸循環(huán)磷攝取(好氧)(細胞外)聚－β－羥基丁酸二、細菌細胞的結構43當前43頁，總共141頁。應用：可制作易降解且無毒的塑料。結構：（2）聚－β－羥基丁酸（poly－β－pholroxybutyrate；PHB）碳源貯藏物，不溶于水功能：貯藏能量、碳源和降低細胞內滲透壓。HHHHHOOOCCCnn>106CH3二、細菌細胞的結構44當前44頁，總共141頁。微生物體內合成的聚合物二、細菌細胞的結構45當前45頁，總共141頁。同時生產PHB和多糖的低溫微生物(Deleyamarina)二、細菌細胞的結構46當前46頁，總共141頁。（3）肝糖和淀粉粒（glycogen）（4）硫（sulphur）碳源和能源的貯藏物元素硫的貯藏物；許多硫磺細菌都能在細胞內積累硫粒。（5）氣泡（gasvacuoles）充滿氣體的小氣囊，由2nm左右厚度的蛋白質膜所包圍；多存在于光合型無鞭毛運動的水生細菌；具有調節(jié)細胞比重，使其漂浮在水中的功能。二、細菌細胞的結構47當前47頁，總共141頁。（二）特殊結構1.莢膜（capsule）二、細菌細胞的結構48當前48頁，總共141頁。（1）定義：圍繞在細胞壁外的粘液層。比較薄時稱粘液層（slimelayer）。（2）功能：細胞保護作用作為碳源、能源物質（貯存營養(yǎng)）堆積代謝廢物使菌體附著于適當的物體表面二、細菌細胞的結構49當前49頁，總共141頁。組成：主要成分為多糖、多肽或蛋白，尤以多糖居多；細菌不同其莢膜的組成也不同。（4）應用：提取胞外多糖（石油開采中的鉆井液添加劑、印染、食品）菌膠團（Zoogloea）：莢膜物質相融合成一塊團，內含許多細菌時稱菌膠團。（3）構造與組成：一般厚于200nm，硬度和強度遠小于細胞壁；有些細菌（硫磺細菌、鐵細菌等）粘液層會逐漸變硬形成“鞘”。e.g.Zoogloea菌屬（動膠菌屬）不同細菌形成不同的菌膠團二、細菌細胞的結構50當前50頁，總共141頁。菌膠團與污水活性污泥（AS）處理系統污水活性污法的工藝流程為了給生物反應器中的微生物(活性污泥)提供氧氣，工程上要用空壓機向反應器中的污水鼓氣(即曝氣)，因此活性污泥處理系統的生物反應器一般稱為“曝氣池”。二、細菌細胞的結構51當前51頁，總共141頁。二、細菌細胞的結構活性污泥(activatedsludge):一種絨絮狀小泥粒，由好氧菌為主體的微型生物群以及膠體、懸浮物等組成。

52當前52頁，總共141頁。菌膠團是活性污泥中細菌的主要存在形式有較強的吸附和氧化有機物的能力活性污泥性能的好壞與含菌膠團多少、大小及結構的緊密程度有關（要求結構緊密、吸附沉降性能好）遇到不適宜的環(huán)境時，菌膠團就發(fā)生松散活性污泥(activatedsludge)的特點二、細菌細胞的結構53當前53頁，總共141頁。2.芽孢（endospore,spore）二、細菌細胞的結構54當前54頁，總共141頁。（1）定義：某些細菌在其生長發(fā)育后期可在細胞內形成一個圓形或橢圓形的抗逆性休眠體，稱為芽孢。在一定環(huán)境條件下由于細胞質和核質體的濃縮凝集所形成的一種特殊結構二、細菌細胞的結構55當前55頁，總共141頁。（2）特點與功能：每一細胞僅形成一個芽孢，故它無繁殖功能。壁厚、水分少（一般在40％左右）、不易透水。有極強的抗熱、抗化學藥物和抗壓等能力。普通細胞：70—80oC10分鐘死亡芽孢：100oC沸水中生存5.0－9.5小時121oC時10分鐘。二、細菌細胞的結構56當前56頁，總共141頁。有驚人的休眠力在休眠時，檢查不出任何代謝活力，也稱之為“隱身態(tài)”（Cryptobiosis）普通條件下可保存幾年或幾十年。二、細菌細胞的結構普通細胞：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當前57頁，總共141頁。（3）結構與組成二、細菌細胞的結構58當前58頁，總共141頁。1）胞外壁（exosporium）厚度25nm左右；位于芽孢外層，是母細胞的殘留物；重量為芽孢干重的2～10％；主要成分是脂蛋白蛋白質52％糖類20％脂類12.5%磷酸5.5%灰分3.8%二、細菌細胞的結構59當前59頁，總共141頁。3）皮層（cortex）在芽孢中占有很大體積（36～60％）；含有大量的芽孢肽聚糖和吡啶二羧酸鈣鹽（不含磷壁酸）；含水率70％，比芽孢平均含水率（40％）高，但比一般細菌（80％）低，滲透壓高達20atm左右。2）芽孢衣（sporecoat）厚度為3nm左右；主要含疏水性角蛋白和少量磷脂蛋白；對溶菌酶、蛋白酶和表面活性劑有很強的抗性；對多價陽離子的透性很差。二、細菌細胞的結構60當前60頁，總共141頁。4）核心（core）又稱芽孢的原生質體芽孢壁芽孢膜芽孢質芽孢核區(qū)含水量極低；不含磷壁酸和吡啶二羧酸鈣（DPA－Ca）；

核心中的其他成分與一般細胞相似。核心二、細菌細胞的結構61當前61頁，總共141頁。（4）能形成芽孢的細菌這類的細菌種類不多主要是G＋桿菌，芽孢桿菌科的兩個屬芽孢桿菌屬（Bacillus）梭菌屬（Clostridium）球菌中只有極個別的屬才形成芽孢。（如：芽孢八疊球菌屬sporesarcina）能否形成芽孢、芽孢的大小和位置是鑒別菌種的形態(tài)特征之一二、細菌細胞的結構62當前62頁，總共141頁。伴孢晶體（parasporalcrystal）在芽孢形成的同時，在其近旁形成的菱形或雙錐形堿溶性蛋白晶體（又稱δ內毒素）大?。?.6x2μm,由18種氨基酸組成含量可達芽孢母細胞空殼（芽孢囊）干重的30％僅存在于少數芽孢桿菌中（如：蘇云金芽孢桿菌）二、細菌細胞的結構63當前63頁，總共141頁。二、細菌細胞的結構伴孢晶體（parasporalcrystal）應用：殺蟲劑。對200種昆蟲有毒殺作用、如搖蚊及其幼蟲（紅蟲）等。64當前64頁，總共141頁。性質營養(yǎng)細胞芽孢結構基本結構、特殊結構（典型革蘭氏陽性細菌）核心、內膜、初生細胞壁皮層、外膜、外殼層、外胞囊顯微鏡觀察外形化學成分鈣2,6-吡啶二羧酸聚-β-羥基丁酸多糖蛋白質伴孢晶體蛋白質（某些種別）含硫氨基酸酶促活性代謝（氧攝?。┐蠓肿雍铣蒻RNA抗輻射性抗熱性抗化學藥物和酸類對染料可染性溶菌酶作用無折光性低無有高較低無低高高有有低低低普遍方法可染敏感有折光性高有無低較高有高低低或缺無低或無高高高只有特殊方法可染抗性細菌芽孢和營養(yǎng)細胞的比較65當前65頁，總共141頁。一般認為水的含量是決定抗熱性的主要原因：水含量低，說明水分參與芽孢正常生理維持的程度低，因而高鹽時一般生命體中由于生物體內水溫過高而對生理代謝的致命性影響小。具有致密的芽孢壁、不易透水，因此對熱有阻礙作用。含有高耐熱性物質2，6－吡啶二羧酸：占本細胞的5－15％。含有抗熱性的酶，如過氧化氫酶。大量帶有二硫鍵的蛋白也提高了芽孢的耐熱性。其他物質，如芽孢中C16脂肪酸增多，可能與耐熱性有關。芽孢耐熱性的原理二、細菌細胞的結構66當前66頁，總共141頁。3.鞭毛（flagellum）二、細菌細胞的結構67當前67頁，總共141頁。（1）定義：著生在細胞表層的長絲狀、波曲的附屬物。（2）功能：具有運動功能。一般每秒可移動20～80μm，為自身長的十到數十倍，非?？?。（3）結構與組成：直徑0.01～0.02μm，其數量為十至數十根；G＋，G－細菌其結構不同；組成主要是蛋白質，有的還含有極少量的多糖和類脂；結構：基體鞭毛鉤鞭毛絲鞭毛的有無和著生方式是細菌分類的依據之一二、細菌細胞的結構68當前68頁，總共141頁。細菌鞭毛的著生位置二、細菌細胞的結構69當前69頁，總共141頁。細菌鞭毛的著生位置二、細菌細胞的結構70當前70頁，總共141頁。4.菌毛（pilus或fimbria）定義：長在細胞表層的一種纖細（7-9nm）、中空（直徑2-2.5nm）、短直、數量較多（250－300根）的附屬物，主要成分是蛋白質。功能：使細菌細胞較牢固地粘接在物體表面上，G－多常有菌毛。性菌毛（sexpilus,F-pilus或sexfimbria）性狀介于鞭毛與菌毛之間，每一細胞有1-4根。功能：用于不同細菌株間傳遞DNA片段。二、細菌細胞的結構71當前71頁，總共141頁。二、細菌細胞的結構72當前72頁，總共141頁。二、細菌細胞的結構73當前73頁，總共141頁。（三）細菌的物理化學性質1.細菌表面電荷與等電點細菌細胞含有大量蛋白質氨基酸：R－C－C－OHOH兩性電解質酸性條件下：正電荷堿性條件下：負電荷等電點：G＋：pH=2-3G－：pH=4-5培養(yǎng)基一般中性，所以一般情況下細菌帶負電。二、細菌細胞的結構74當前74頁，總共141頁。在水處理中應怎么辦？2.細菌溶液穩(wěn)定型：S型（均勻分布于培養(yǎng)基中，不發(fā)生凝聚，菌體為親水基，培養(yǎng)基混濁，加入強電解質可使之沉淀）不穩(wěn)定型：R型（又稱粗糙型，不穩(wěn)定，易發(fā)生凝聚而沉淀，培養(yǎng)基很清）二、細菌細胞的結構75當前75頁，總共141頁。二、細菌細胞的結構3.細菌懸濁液的渾濁度細菌體呈半透明狀態(tài)，光線照射后一部分反射，一部分透過菌體，一般細菌懸液呈渾濁現象。76當前76頁，總共141頁。三、細菌的繁殖細菌的繁殖方式裂殖二分裂(絕大多數細菌)三分裂(個別菌)(綠硫細菌中的暗網菌屬)復分裂(個別菌)(蛭弧菌)芽殖(極少數菌)(硝化桿菌紅微球菌等)77當前77頁，總共141頁。什么是菌落？

把細菌細胞接種到固體培養(yǎng)基的表面（或內部），經過生長繁殖而形成菌體聚集在一起的、肉眼可以看見的細菌集合體，稱之為“菌落”（colony）。如果菌落是由一個單細胞發(fā)展而來的，則它是一個純種的細胞群或克?。╟lone）。長成的菌落相互聯接到一片時，稱之為菌苔（lawn）。四、細菌的群體特征78當前78頁，總共141頁。四、細菌的群體特征紅球菌RR1的菌落79當前79頁，總共141頁。菌落的形態(tài)特征大小形狀光澤顏色硬度透明度邊緣形狀分類、鑒定的主要特征之一菌落的應用：細菌的分離、純化、鑒定、計數四、細菌的群體特征80當前80頁，總共141頁。四、細菌的群體特征81當前81頁，總共141頁。無鞭毛不能運動的細菌（特別是球菌）：菌落較小、較厚、邊緣圓整。為什么？因為只有靠硬擠的方式擴大菌落的體積和面積。有鞭毛的細菌：菌落大而扁平、形狀不規(guī)則、邊緣多缺口。有莢膜的細菌：菌落往往十分光滑，并呈透明的蛋清狀，形狀較大。產生芽孢的細菌：有干燥之感、菌落表面粗糙，有皺紋不透明。不同細菌的菌落特征四、細菌的群體特征82當前82頁，總共141頁。斜面培養(yǎng)基上的生長特征（菌苔）四、細菌的群體特征83當前83頁，總共141頁。半固體培養(yǎng)基中的培養(yǎng)特征四、細菌的群體特征84當前84頁，總共141頁。四、細菌的群體特征85當前85頁，總共141頁。液體培養(yǎng)基中的培養(yǎng)特征四、細菌的群體特征86當前86頁，總共141頁。一、放線菌的一般特征二、放線菌的形態(tài)特征三、放線菌的繁殖與生理特性四、常見的放線菌五、放線菌的群體特征第二章第二節(jié)放線菌87當前87頁，總共141頁。一、放線菌的一般特性放線菌是一種習慣稱呼，在分類學上沒有特定的意義。單細胞微生物。至今發(fā)現的放線菌都是G+。由于與細菌十分接近，類似于呈絲狀生長的G+細菌。第二節(jié)放線菌放線菌（Actinomycetes）又稱發(fā)射狀霉菌（Rayfungi）是一類呈菌絲狀生長、以孢子繁殖和陸生性強的原核生物。（一）放線菌的基本特征88當前88頁，總共141頁。放線菌與細菌相近之處：原核生物菌絲直徑與細菌相仿細胞壁主要成分為肽多糖最適生長pH與細菌相近、一般呈微堿性對溶菌酶敏感細菌所敏感的抗生素，放線菌也敏感（二）放線菌的分布與生長環(huán)境常存在于含水量低、有機物豐富呈堿性的土壤中。一般土中的放線菌孢子數107左右/g土壤。土壤的“泥腥味”由放線菌產生的。第二節(jié)放線菌89當前89頁，總共141頁。（三）放線菌的應用抗菌素的產生（2/3的抗菌素是由放線菌生產的）最常見的是鏈霉菌屬streptomyces酶（蛋白酶）維生素（B12）有很強的分解纖維素、石蠟、瓊脂、角蛋白、橡膠的能力。在自然界的物質循環(huán)上起著重要的作用。有些菌能氧化分解氰化物、在水處理上有重要意義。第二節(jié)放線菌90當前90頁，總共141頁。二、放線菌的形態(tài)結構菌體：由纖細的菌絲組成。長：50~600μm內部相通Φ：0.5~1μm無隔膜菌絲營養(yǎng)菌絲（培養(yǎng)基內部）氣生菌絲(頂端能形成孢子)第二節(jié)放線菌91當前91頁，總共141頁。92當前92頁，總共141頁。93當前93頁，總共141頁。三、放線菌的繁殖與生理特性孢子由橫割分裂方式產生細胞膜內陷、并向內逐漸收縮而形成橫隔膜。細胞壁、膜同時內陷。第二節(jié)放線菌放線菌的繁殖方式借孢子分生孢子：最常見，如鏈霉菌屬(Streptomyces)等孢囊孢子無鞭毛：如鏈孢囊菌屬(Streptosporangium)有鞭毛：如游動放線菌屬(Actinoplanes)借菌絲基內菌絲斷裂：如諾卡氏菌屬(Nocardia)等任何菌絲片斷：各種放線菌94當前94頁，總共141頁。對氧的需求：大多數放線菌是好氧的，只有某些種是微量好氧菌和厭氧菌。溫度條件：大多數放線菌的最適生長溫度為2337℃，高溫放線菌的生長溫度范圍在5065℃，也有許多菌種在2023℃以下仍生長良好pH條件：適宜的pH范圍：微堿性（7－8）對水分要求：菌絲體比細菌營養(yǎng)體抗干燥能力強，很多菌種放置在盛有CaCl2和H2SO4的干燥器內能存活一年半左右。營養(yǎng)特點：能利用多種有機物；微量營養(yǎng)元素對其生長影響顯著（參見教科書）

第二節(jié)放線菌一般生理特性95當前95頁，總共141頁。多數種無氣生菌絲，只有營養(yǎng)菌絲，以橫隔分裂方式形成孢子。少數種在營養(yǎng)菌絲表面覆極薄的一層氣生菌絲枝。菌落外貌與結構多樣，一般比鏈霉菌菌落小，表面崎嶇多皺，致密干燥，一觸即碎，或者為面團；有的種菌落平滑或凸起，無光或發(fā)亮呈水浸狀。四、常見的放線菌第二節(jié)放線菌諾卡氏菌屬(Nocardia)（又名原放線菌屬）(Proactinomyces)96當前96頁，總共141頁。諾卡氏菌主要分布于土壤，已報導100余種，能產生30多種抗生素多為好氣性腐生菌，少數為厭氣性寄生菌。能同化各種碳水化合物，有的能利用碳氫化合物、纖維素等。

有些諾卡氏菌可用于石油脫蠟、烴類發(fā)酵以及污水處理中分解腈類化合物。第二節(jié)放線菌97當前97頁，總共141頁。五、放線菌的群體特征（1）能形成大量氣生菌絲的菌種：因為有基內菌絲、氣生菌絲又能產生孢子。所以與一般的細菌菌落有明顯的不同。表面絲絨狀、有一層色彩新鮮的干粉。（呈粉狀）有各種各樣的顏色，正面與背面不同，正面是孢子的顏色，背面是菌絲分泌的顏色。難以挑起。第二節(jié)放線菌（一）菌落特征（2）不形成大量菌絲體的菌種：呈粉質狀，粘著力差，易粉碎。（如：諾卡氏菌）98當前98頁，總共141頁。A：諾爾斯氏鏈霉菌B：皮疽諾卡氏菌C：酒紅指孢囊菌D：游動放線菌E：小單胞菌F：皺雙孢馬杜拉放線菌第二節(jié)放線菌A：卡特利鏈霉菌B：弗氏鏈霉菌C：吸水鏈霉菌金淚亞種D：卡那霉素鏈霉菌E：除蟲鏈霉菌F：生磺酸鏈霉菌99當前99頁，總共141頁。第二節(jié)放線菌（二）液體培養(yǎng)特征靜置培養(yǎng)：在瓶壁液面處形成斑狀或膜狀菌落，或沉降于瓶底而不使培養(yǎng)基混濁振蕩培養(yǎng)：常形成由短的菌絲體所構成的球狀顆粒。100當前100頁，總共141頁。鐵細菌硫磺細菌球衣細菌絲狀細菌與污泥膨脹在第十章講第三節(jié)絲狀菌101當前101頁，總共141頁。工程上常把菌體細胞能相連而形成絲狀的微生物統稱絲狀菌，如絲狀細菌、放線菌、絲狀真菌和絲狀藻類（如藍細菌）等。第三節(jié)絲狀菌常見的絲狀細菌鐵細菌（一般是自養(yǎng)型絲狀細菌）硫磺細菌（一般是自養(yǎng)型絲狀細菌）球衣細菌102當前102頁，總共141頁。球衣細菌絲狀細菌的一種，能形成假菌絲。好氧菌,DO<0.1mg/l時仍能生長適宜pH：6~8溫度：300C左右（<15℃生長不良）由于表面積大，吸收營養(yǎng)物能力強，有較強的有機物分解能力。對消毒劑如液氯、漂白粉等的抵抗力較弱第三節(jié)絲狀菌103當前103頁，總共141頁。在污水活性污泥處理系統中，絲狀菌大量繁殖后，會使污泥結構松散、上浮，引起“污泥膨脹”現象，從而影響處理效果和出水水質。第三節(jié)絲狀菌絲狀細菌與污泥膨脹104當前104頁，總共141頁。第四節(jié)光合細菌一、光合細菌的一般特性二、光合細菌的分類三、光合細菌的生理特性四、光合細菌的應用105當前105頁，總共141頁。一、光合細菌的一般特性具有原始光合體系的原核生物，能利用非產氧光合作用（循環(huán)光合磷酸化）獲得能量。對氫的利用特性：能利用H2S、H2或有機物中的氫，不能利用水中的氫，故光合作用中不產生O2（不產氧的光合作用，anoxygenicphotosynthesis）。細胞顏色：細胞內含有菌綠素和類胡蘿卜素，隨兩者的量和比例的不同使菌體呈現紅、橙、綠、藍綠、紫紅、紫或褐色等顏色。細胞形態(tài)：多樣化，有球形、桿狀、卵圓形及螺旋形。對水分的要求：為典型的水生菌，廣泛分布于自然界的水域中沼澤、湖泊、水田、淺海。第四節(jié)光合細菌106當前106頁，總共141頁。湖泊（BOD10ppm）江河（BOD<1.0ppm）水稻土海濱土曝氣池102~103cell/ml1~10cell/ml105~106cell/g103~104cell/g106~107cell/g小林達治：日本土壤肥料學雜志，46（4），148~156，1975環(huán)境中光合細菌的數量第四節(jié)光合細菌107當前107頁，總共141頁。二、光合細菌的分類：<紅螺菌目Rhodospirillal>共4科1、Rhodospirillaceae科<紅螺菌科>紅色無硫菌科Purplenonsulfurbacteria俗稱非硫紫細菌碳源和氫源：碳源和氫源為有機物（屬于光能異養(yǎng)型細菌）存在環(huán)境：多存在于富含有機物的厭氧水層能量獲取形式：光合作用（厭氧條件），但一部分菌在好氧條件下也可以呼吸方式獲取能量好氧黑暗條件下：細胞內載色體減少，通過三羧酸循環(huán)進行有機酸的代謝。（需生長因子，主要是VB類）在厭氧和好氧條件下的代謝途徑截然不同，且在條件改變時代謝途徑迅速轉換，隨環(huán)境的變化而機動改變。第四節(jié)光合細菌108當前108頁，總共141頁。紅色無硫菌的培養(yǎng)109當前109頁，總共141頁。2、Chromatiaceae科—著色菌科（紅硫菌科）Purplesulfurbacteria—俗稱紫硫細菌碳源和氫源：碳源為CO2（光能自養(yǎng)型）；

氫源為H2S存在環(huán)境：多分布于富含H2S的厭氧水層，有時會大量繁殖，使水層變成紅色。能量獲取形式：光合作用；許多菌也可以光能異養(yǎng)方式生存3、Chlorobiaceae科—綠菌科Greensulfurbacteria綠硫菌碳源和氫源：碳源為CO2（光能自養(yǎng)型）；氫源為H2S與紅硫菌的營養(yǎng)要求性相近。第四節(jié)光合細菌110當前110頁，總共141頁。4、Chloroflexaceae科（綠彎菌科）Glidingfilamentousgreensulfurbacteria絲狀綠硫菌碳源和氫源：以有機物為碳源（光能異養(yǎng)型），但也可利用CO2和H2S（光能自養(yǎng)）近年來才發(fā)現的新菌，如Chloroflexaceaeaurantiacus高溫菌，在富含H2S的堿性溫泉水中生長（45~600C）。第四節(jié)光合細菌111當前111頁，總共141頁。

培養(yǎng)條件細菌科名厭氧，光照（光合作用）厭氧，黑暗（脫氮或發(fā)酵）好氧，光照或黑暗（呼吸作用）有光合色素無光合色素H2S+CO2有機物有機物H2S+CO2有機物紅螺菌科（Rhodospirillaceae)著色菌科（Chromatiaceae）綠菌科（Chlorobiaceae）綠色絲狀菌科（Chloroflexaceae）－＋＋＋＋－－＋±－－－－±－－＋－－＋光合細菌獲取能量的方式“＋”表示可以生長；“－”表示不生長；“±”表示只有少數可以生長。112當前112頁，總共141頁。非循環(huán)光合磷酸化的基本過程：H2O光分解：H2O=1/2O2+2H++2e－電子經過系統Ⅰ、Ⅱ傳給NADP+生成NADPH2，從而為還原CO2提供了[H]，同時發(fā)生光合磷酸化反應，產生還原CO2所需的能量。系統Ⅱ中有O2和ATP產生。系統Ⅰ中有NADPH2和ATP產生。CO2+H2O[CH2O]+O21、綠色植物的光合作用：非循環(huán)光合磷酸化綠色植物、藻類、藍細菌等利用光能產生ATP的磷酸化反應。三、光合細菌的生理特性第四節(jié)光合細菌113當前113頁，總共141頁。IIII114當前114頁，總共141頁。非循環(huán)光合磷酸化的特點：電子傳遞方式為非循環(huán)式。在有氧條件下進行。反應中同時產生ATP、還原能力[H]和O2。葉綠素a系統（系統Ⅰ）葉綠素b系統（系統Ⅱ）還原能力[H]來源于H2O分子的光解產生的H+和e－。第四節(jié)光合細菌115當前115頁，總共141頁。2、循環(huán)光合磷酸化（cyclicphotophosphorylation）厭氧光合菌利用光能產生ATP的磷酸化反應。菌綠素菌綠素+菌綠素*光e－鐵氧還蛋白泛醌eCyt.fCyt.bADP+PiATPCO2+核酮糖—5－磷酸核酮糖1，5—二磷酸2H2A2AGlucose第四節(jié)光合細菌116當前116頁，總共141頁。在光能作用下電子從菌綠素（菌紫素）上逐出后，通過類似呼吸鏈的循環(huán)，又回到菌綠素，其間產生ATP。產ATP與還原力[H]分別進行。還原力來自H2S等無機供氫體。在厭氧條件下進行時，H有時可以從有機物中獲取。不產氧。CO2+4[H][CH2O]+H2O（NADPH2）循環(huán)光合磷酸化的特點第四節(jié)光合細菌117當前117頁，總共141頁。細菌與高等植物光合作用的區(qū)別高等植物細菌光合色素葉綠素菌綠素環(huán)式磷酸化過程（Ⅰ型光反應中心）有有非環(huán)式磷酸化過程（Ⅱ型光反應中心）有無（除藍綠細菌外）氧氣產生不產生（除藍綠細菌外）供氫體H2OH2、H2S,其他硫化物，有機物碳源CO2CO2或有機物細胞器類囊體載色體，綠色泡囊118當前118頁，總共141頁。四、光合細菌的應用1、制造單細胞蛋白（singlecellprotein）—SCP蛋白質含量高（70%左右），且易于提?。ㄌ岣呗士筛哌_65%）另外含有大量的維生素。蛋白質脂肪碳水化合物灰分B1B2B6B12紅色無硫細菌66%7%23%4%12μg/g50521酵母54%10%26%7%2~2030~6040~50——細菌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、藥用菌體：魚飼料，養(yǎng)魚池或水箱中放入光合細菌可以增產。119當前119頁，總共141頁。2、產氫氣R.rubrum紅螺菌科的產氫率（100%等于全部轉變?yōu)镠2和CO2）乳酸廢水99%酸乳酪廢水67%乳清液69%3、提取色素有些光合細菌（如：SphaeroidesS株）在好氧黑暗條件下培養(yǎng)時，容易產生高濃度的紅色素。色素含量一般為干菌體的6%以上。（出處同上）提取方法：甲醇—丙酮提取減壓濃縮（周曉云，工業(yè)微生物，1983，vol.1.p:20~27）有些菌能利用甲酸等低級脂肪酸，從而產生氫氣。因產生的H2中只含CO2，故不需要復雜的凈化系統。第四節(jié)光合細菌120當前120頁，總共141頁。4、提取輔酶Q（UQ—10）紅色非硫細菌大多含有輔酶Q－10（即（UQ）），也有些含有UQ9、UQ8，紅色硫細菌、綠細菌含UQ－7，有些也含有VBK2。UQ－10是治心臟病的藥的成分之一。光合細菌的UQ含量高，是酵母的14倍，是菠菜葉的82倍。（劉如林，光核菌及其應用，北京中國農業(yè)出版社，1991.12:P167~168）光合細菌的輔酶Q，即參與光化學系和呼吸系兩個電子傳遞鏈，起到真核細胞的質體醌和輔酶Q的二個作用。第四節(jié)光合細菌121當前121頁，總共141頁。5、農業(yè)上的應用促進有益微生物的生長，如含有促進放線菌生長的物質，而放線菌能抑制病源菌的生長。可使蔬菜、稻子莖葉茂盛，增產（氨基酸的作用）花卉等觀葉植物，葉子變寬、綠、厚。6、生物除臭劑能利用硫化氫、腐胺、尸胺、低級脂肪酸等，故可除臭。在日本已應用，如養(yǎng)豬廠，堆肥廠。第四節(jié)光合細菌122當前122頁，總共141頁。7、在廢水處理中的應用（高濃度廢水的處理）優(yōu)點：（徐向陽，環(huán)境污染與防治，1990，12(5)，P32）不像活性污泥那樣受DO的限制，也不像厭氧甲烷菌對O2的存在非常敏感，厭氧、好氧條件下均可降解有機物。高濃廢水不需稀釋也可直接處理，可節(jié)省占地面積核設備投資。負荷高：2~7kg/m3·天（BOD）在100C左右的低溫條件下仍可保持處理效果?？苫厥站w作各種資源。在脫氮高的光合細菌作用下可除氮。能處理高鹽分、油脂和環(huán)狀化合物?？勺鳛榍疤幚?。產生的污泥少，產泥率0.3g/gBOD。第四節(jié)光合細菌123當前123頁，總共141頁。缺點：保持PSB的優(yōu)勢問題，一般PSB反應槽中的PSB數比一般細菌少一個數量級。處理水質不好，需進一步處理。缺乏工藝設計參數，運行管理難度大。（如何保持PSB菌）污泥的沉降性能較差—需要絮凝劑。一般工藝：可溶化預處理PSB處理槽沉淀池污泥回流后續(xù)處理菌體利用廢水第四節(jié)光合細菌124當前124頁，總共141頁。可溶化的目的：PSB僅能利用單糖、氨基酸、低級脂肪酸等小分子化合物，可溶化可使大分子化合物消化。應用前景：苯、苯酚等芳香化合物的處理。廢水的脫色（厭氧條件下偶氮雙鍵還原斷裂）微生物制劑：改善活性污泥的性能（沉降性、污泥量）、脫臭參考書：北村博編，光合細菌，學會出版社，1994第四節(jié)光合細菌125當前125頁，總共141頁。第五節(jié)藍細菌一、藍細菌的定義、分布與生長環(huán)境二、藍細菌的形態(tài)結構與特點三、藍細菌的繁殖與生理特點四、藍藻毒素126當前126頁，總共141頁。第五節(jié)藍細菌一、藍細菌的定義、分布與生長環(huán)境藍細菌（Cyanobacteria）舊名藍藻（bluealgae）或藍綠藻（blue-greenalgae），是一類革蘭氏染色陰性、無鞭毛、含葉綠素（但不形成葉綠體）、能進行產氧光合作用的大型原核生物。廣泛分布于各種水體、土壤和部分生物體內外、甚至巖石表面和其他惡劣環(huán)境（高溫、低溫、鹽湖、荒漠和冰原等）。但一般喜歡生長于較溫暖的地區(qū)或一年中溫暖的季節(jié)。127當前127頁，總共141頁。藍細菌與水體環(huán)境質量關系密切，典型的水華藻類在水體中生長茂盛時，能使水色變藍或其它顏色。某些種屬的藍細菌大量繁殖會引起“水華”（淡水水體）或“赤潮”（海水），導致水質惡化，引起一系列環(huán)境問題。有的藍細菌并能發(fā)出草腥氣味或霉味。第五節(jié)藍細菌北京某景觀水體水華128當前128頁，總共141頁。第五節(jié)藍細菌二、藍細菌的形態(tài)結構與特點藍細菌的形態(tài)多樣單細胞球狀、桿狀、長絲狀、分枝絲狀等類型菌體外常具有膠質外套，使多個菌體或菌絲體聚成一團129當前129頁，總共141頁。細胞壁結構外：脂多糖內：肽聚糖細胞內有貯藏物：糖原、聚磷酸鹽等。第五節(jié)藍細菌體積一般比細菌大直徑：3~30μm，長最大可達60μm細胞結構與G－相似細胞含葉綠素a外、類胡蘿卜素及藻膽蛋白（Phycobiliprotein）等光合色素。菌體多呈藍綠色，但在不同光照條件下，菌體所含色素比例改變，可呈現黃、褐、紅等顏色。在水生的種類細胞中常常有氣泡。130當前130頁，總共141頁。生理特性一些種類能分泌胞外多糖，形成粘液層、莢膜等。光合作用的部位為類囊體（其數量很少，貼近在細胞膜附近）。在類囊體中的膜上色素和光合電子傳遞鏈的有關成份。第五節(jié)藍細菌三、藍細菌的繁殖與生理特點芽殖絲狀體斷裂休眠細胞藍細菌的繁殖方式131當前131頁，總共141頁。發(fā)現及研究過程1878年Francis最早報道了泡沫節(jié)球藻(藍藻，NodulariaSpumigena)對動物產生毒害作用。1959年Bishop等首次分離出微囊藻毒素(Microcystin)。1982年Botes等對微囊藻毒素的結構進行分析。1994年Lawton等提出藻毒素的HPLC測定方法，并被WHO以及許多研究者采用。四、藍藻毒素第五節(jié)藍細菌許多水華藍藻為產毒藻類。世界10~95%的藍藻水華可產生藻毒素，平均59%。

(WHO,2003)132當前132頁，總共141頁。第五節(jié)藍細菌1、藍藻毒素(Cyanotoxins)的類型胞內次生代謝產物,隨細胞老化溶解而釋