水处理微生物学.ppt

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1、水处理微生物学,1.绪论,1.1 微生物概论,一、什么是微生物 一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。是一些个体微小、构造简单的低等生物。,微生物的菌落,细菌的显微图样,二、人类对微生物的认识史 （1）一个难以认识的微生物世界 艾滋病，1213年的潜伏期，人类免疫缺陷病毒（HIV）引起；,艾滋病病毒模拟图,发霉的玉米、花生等胚附近，生长能产生剧毒真菌毒素的黄曲霉。,花生上的黄曲霉,黄曲霉菌落,（2）微生物学发展史 史前期：约8000年前1676，制曲、酿酒等 初创期：16761861，形态描述阶段，列文虎克自制显微镜 奠基期：18611897，生理水平研究，巴斯德，科赫 发展期：189719

2、53，生化水平研究，E.Bchner 成熟期：1953至今，分子生物学水平研究，J.Watson和F.Crick,三、微生物的分类和命名 三个概念 1.分类（classification）： 解决从个别到一般或从具体到抽象的问题。 2.鉴定（identification）： 与分类的概念相反。 3.命名（nomenclature）： 为新发现的微生物确定一个新学名。,（1）通用的分类单元 界（Kingdom） 门（Phylum） 纲（Class） 目（Order） 科（Family） 属（Genus） 种（Species）,大肠埃希氏菌在分类学中的地位,例：,细菌界（Bacteria） 朊细菌

3、门（Protobacteria） 发酵细菌纲（Zymobacteria） 肠杆菌目（Enterobacteriales） 埃希氏菌属（Escherichia） 大肠埃希氏菌（E.coli） 系统手册2000年,界是最大的分类单位，往下依次递小 在越是大的分类单位中，生物彼此的共同特征越少，亲缘关系越远；在越是小的分类单位中，共同特征越多，亲缘关系越近。,微生物的常用分类系统,细菌：伯杰氏鉴定细菌学手册（第八、第九版）、细菌系统学手册（第一版） 放线菌：中国科学院微生物研究所编著的放线菌目分科、分属检索表 真菌：Smith、 Alexopoulos 、 Ainsworth的分类系统,补充两个知识

4、点 1.种： 微生物的种是一个基本分类单元，它是一大群表形特征高度相似、亲缘关系及其接近、与同属那的其他物种有着明显的差异的一大群菌株的总称。 新种：指权威性的分类、鉴定手册中从未记载过得一种新分离并鉴定过的微生物。,2.界 两界系统：动物界和植物界 三界：菌物界、动物界和植物界 四界：原始生物界、菌界、植物界、动物界（由Copeland提出）,五界：Whittaker提出生物五界分类系统，后被Margulis修改为：原核生物界，原生生物界，真菌界，动物界和植物界 我国王大耜教授对生物分类提出六界： 病毒界、原核生物界、真核原生生物界、真菌界、动物界和植物界,分类依据： 形态学特征、表型特征、

5、生理特征、生态特征、血清反应、噬菌体反应等 DNA中G+C%，DNA杂交，DNA-rRNA杂交，16S rRNA碱基序列分析等,（2）水处理中常见的微生物,微生物,病毒界：病毒，亚病毒,原核生物界,蓝藻门,细菌门,真细菌,放线菌,古菌,立克次氏体、衣原体、支原体,真菌界,酵母菌,霉菌,动物界,微型后生动物,微型原生动物,（3）微生物命名 通常以学名命名：常采用二名法 即：一个属名+一个种名（均为拉丁字） 注意：属名和种名都要用斜体表示 属名在前，第一个字母大写 种名在后，第一个字母小写,例子： 1.大肠埃希氏杆菌：Escherichia coli 分类学文献中，上述两部分还应加写3项内容，即首

6、次定名人，现定名人和现名的定名年分 如：Escherichia coli（Migula） Castellani et Chalmers 1919,大肠杆菌,2.枯草芽孢杆菌（枯草杆菌） Bacillus subtilis （Ehrenberg） Cohn 1872 3.浮游球衣菌 Spgaerotilus natans Kiitzing 4.甲烷杆菌属 Methanobacterium,枯草芽孢杆菌菌落,若该菌鉴定到属，没有鉴定到种，则只有属名，如： 芽孢杆菌属的名称是Bacillus,芽胞杆菌的几种形态,有关命名的其他知识 1.属名 2.种名加词,四、微生物的特点 1.体积小，面积大 比面值

7、：某一物体单位体积所占的表面积，物体的体积越小，其比表面积越大 如：1cm3豌豆，总表面积6cm2， 1cm3球菌，总表面积6m2,2.吸收多，转化快 如：Eschericha coli在1h内可分解其自重100010000倍的乳糖； Candidautilis（产朊假丝酵母）合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比牛强10万倍。,3.生长旺，繁殖快 例：E. coli合适条件下，细胞分裂一次仅需12.520min，每昼夜可分裂72次，这时产生4722366500万亿个后代，总重约可达4722吨。,4.适应强，易变异 适应极端环境如高温、高酸、高辐射等； 变异频率低，但短时间能产生大量变异的后代。

8、,5.分布广，种类多 物种多样性 生理代谢类型的多样性 代谢产物的多样性 遗传基因的多样性 生态类型的多样性,1.2 环境工程微生物学的研究对象和任务,一、研究对象 1.微生物学及环境微生物学的基础知识、理论、原理等； 2.多样性的微生物资源 3.有益微生物 4.可用于污染治理的新微生物物种的发现、创造 5.病原微生物及其他不利环境的微生物,二、研究任务 1.充分利用有益资源，防止有害活动 2.微生物对废物的处理、净化环境 ,思考 1.微生物是如何分类的？ 2.生物的分界有几种分法，是如何划分的？ 4.微生物是如何命名的？ 5.微生物有哪些特点？ 6.写出大肠埃希氏杆菌和枯草芽孢杆菌的拉丁文全

9、称。,第二章 病毒和亚病毒,拟病毒：只含有不具独立侵染性的RNA或DNA组分,非细胞生物,真病毒：至少含有核酸和蛋白质两种组分,亚病毒,类病毒：只含独立侵染性的RNA组分,朊病毒：只含单一蛋白质组分,2.1 病毒的特征与分类,1892年，俄罗斯学者 伊万诺夫斯基 首次发现了烟草花叶病的感病因子可通过细菌滤器 1935年，美国生物化学家 斯坦莱 从烟草花叶病叶中提取出了病毒结晶,病毒： 没有细胞结构 专性寄生在活的敏感细胞内 0.2m以下,电镜下的病毒,2.1.1 病毒的特点,形体极其微小 没有细胞构造 每种病毒只含一种核酸 专性寄生 以核酸和蛋白质的装配实现大量繁殖 离体条件，为无生命的生物大

10、分子，长期保持侵染活力 对抗生素不敏感，对干扰素敏感 有的病毒核酸可整合到宿主基因组，诱发潜伏性感染,2.1.2 病毒的分类,按专性宿主分类： 1.动物病毒 寄生在人体和动物体内，引起疾病,艾滋病病毒,非典冠状病毒,肝炎病毒,引起的疾病有：流感、艾滋病、麻疹、腮腺炎、甲肝、乙肝等,2.植物病毒 寄生在植物体内，引起疾病 如烟草花叶病、番茄丛矮病、马铃薯退化病、水稻萎缩病和小麦黑穗病等,烟草花叶病毒,3.细菌病毒噬菌体 1917年D.Herelle 在人的粪便中发现； 环境毒理学中将其作为 模式病毒；可评价水与 废水的处理效率；杀菌。,噬菌体,3.放线菌病毒 4.藻类病毒 5.真菌病毒,DNA病

11、毒 细小病毒组的成员一般是ssDNA 其余病毒都是dsDNA RNA病毒 呼肠孤病毒组的成员是dsRNA 其余的病毒都是ssRNA 注：动物病毒以线状的为dsDNA和ssRNA多，植物病毒以ssRNA为多，噬菌体以线状的为dsRNA多,按核酸分类,2.2 病毒的形态和结构,1.病毒的大小 多数能通过细菌过滤器，直径多数在100nm（20200nm）上下； 最大的病毒：牛痘苗病毒，直径200nm 最小的病毒：口蹄疫病毒，直径22nm,2.病毒的形态 动物病毒的形态有：球形、卵圆形、砖形等 植物病毒的形态有：杆状、丝状和球状 噬菌体的形态有：蝌蚪状和丝状,粘病毒,痘病毒,疱疹病毒,噬菌体,病毒的形

12、态和相对大小,病毒的群体形态（小知识） 大量聚集并使宿主细胞发生病变时，就形成了具有一定形态、构造并能用光学显微镜观察和识别的特殊“群体”。 如：动植物细胞中的病毒包涵体 植物病毒在植物叶片上的枯斑 这类“群体形态”有助于病毒的分离、纯化、鉴别和计数等,3.病毒的化学组成和结构 （1）化学组成 蛋白质和核酸 个体大的病毒除含蛋白质和核酸，还含脂类和多糖,病毒粒子的结构图,(2) 结构,病毒粒子：成熟的或结构完整的、具有感染力的病毒体 病毒粒子有两种： 不具被膜的裸露病毒粒子 在核衣壳外面有被膜包围所构成的病毒粒子,病毒粒的对称体制 病毒粒的对称体制只有两种，即螺旋对称和二十面对称； 另外一些结

13、构复杂的病毒，实质上是上述两种对称结合的结果，也称为复合对称。,二十面对称 代表病毒为腺病毒（Adenovirus）,二十面体,腺病毒模式图,B.螺旋对称型 代表病毒为烟草花叶病毒（TMV）,该病毒核酸外由蛋白质衣壳包裹和保护，结构十分稳定，室温下保存50年不丧失侵染力,TMV模式图,C.复合对称型,二十面体对称,螺旋对称,代表病毒为T偶数噬菌体，有3种，即T2、T4和T6,T系噬菌体模式图,2.3 病毒的繁殖,2.3.1 病毒的繁殖,动物病毒、植物病毒和噬菌体的繁殖过程基本相似，此处以大肠杆菌T系噬菌体为例介绍繁殖过程 有如下四步：吸附，侵入，复制，聚集与释放,1.吸附 T系噬菌体以尾部末端

14、吸附到敏感细胞表面的某一特定的化学成分；,噬菌体与大肠杆菌相对大小,吸附,侵入,2.侵入 尾部酶水解细胞壁的肽聚糖形成孔，尾鞘消耗ATP获得能量而收缩将尾髓压入大肠杆菌细胞，尾髓将头部的DNA注入宿主细胞,3.复制与聚集 装配,噬菌体的装配,4. 噬菌体的释放 噬菌体粒子成熟后，其水解酶水解宿主细胞壁而使宿主细胞裂解，噬菌体粒子被释放，进而重新感染新的宿主细胞。,噬菌体的释放,2.3.2 病毒的溶原性,毒（烈）性噬菌体 侵入宿主细胞后，能引起宿主细胞裂解的噬菌体。,温和噬菌体 侵入宿主细胞后，其核酸附着并整合在宿主染色体上，和宿主的核酸同步复制，宿主细胞不裂解而继续生长,原噬菌体 在溶原细胞内

15、的温和噬菌体核酸称为原噬菌体。 原噬菌体随宿主细胞分裂传给子代细胞，子代也成为溶原细胞。溶原性是遗传特性。 原噬菌体没有感染力，一旦脱离溶原性细菌的染色体后即恢复复制能力，形成毒性噬菌体。,溶原性噬菌体的命名 在敏感菌株的名称后加括号，括号内写上， 如：大肠杆菌溶原性噬菌体的全称 Escherichia coli K12(),株名,表示溶原性噬菌体,2.4 病毒的培养,2.4.1 病毒的培养特征,1.液体培养,敏感菌株,接种,液体培养基,培养液变混浊,噬菌体,接种,培养液变透明,2.固体培养基,敏感细菌,感染噬菌体形成空斑,2.4.2 病毒的培养基,敏感细胞具备的条件 （1）活的敏感细胞 （2

16、）能提供病毒附着的受体 （3）敏感细胞内没有破坏特异性病毒的限制性核酸内切酶,动物病毒的培养基 植物病毒的培养基 噬菌体的培养基,2.4.3 病毒的培养,动物病毒的培养 动物接种方法 鸡胚接种方法 组织培养技术,病毒的滴度 指能产生培养管中的50CPE（细胞病理效应）的最高病毒稀释度（最少的病毒量），称为TCLD50（组织培养感染剂量） 若是敏感动物，则用ID50（使50敏感动物发生变化的感染剂量）或LD50（引起50敏感动物死亡的致死剂量）表示病毒的滴度。,2.5 环境因素对病毒的影响及在污水处理过程中的去除效果,2.5.1物理因素对病毒的影响,1.温度 宿主细胞外的病毒，5565范围内1h

17、可灭活 高温灭活病毒的机理 高温使病毒的核酸和蛋白质均受损伤，但灭活蛋白质更快；蛋白质变性阻碍了病毒吸附在宿主细胞上，削弱其感染力。 注：低温不会灭活病毒,2.光及其他辐射 （1）紫外辐射 灭活部位是病毒的核酸，使核酸中的嘧啶环受到影响。 （2）可见光 日光对肠道病毒有灭活作用。 （3）离子辐射 X射线等,3.干燥,2.5.2化学因素对病毒的影响,1.破坏病毒蛋白质的化学物质 酚、低渗缓冲溶液环境 2.破坏核酸的化学物质 甲醛，亚硝酸，氨 3.影响病毒脂类被膜的化学物质 醚，十二烷基硫酸钠，氯仿等,2.5.3抗菌物质对病毒的影响,一般抗菌物质对病毒无灭活作用,2.5.4 病毒在污水处理过程的去

18、除效果,一级处理 30 二级处理 9099 三级处理 滴度常用对数值下降46,2.6 亚病毒,1.类病毒 只含RNA一种成分、专性寄生在活细胞内的分子病原体,2.拟病毒 又称类类病毒、壳内类病毒或病毒卫星 指一类包裹在真病毒粒中的有缺陷的类病毒。 一般仅由裸露的RNA或DNA所组成,3.朊病毒（Prion） 又称普利昂或蛋白侵染子 是一类不含核酸的蛋白质分子 可引起宿主体内现成的同类蛋白质分子发生与其相似的构象变化，从而使宿主致病。 引起的疾病：羊搔痒病，疯牛病，人的早老年性痴呆病，震颤病等,思考题,1.病毒的特点 2.病毒分类依据是什么？分为哪些类病毒？ 3.病毒的化学组成和结构是什么？对称

19、体制如何？ 4.大肠杆菌T系噬菌体的繁殖过程。 5.毒性噬菌体与温和噬菌体，溶原性细胞，原噬菌体的概念。 6.不同培养方式中病毒的培养特征。 7.物理化学因素如何影响病毒？,第三章 原核微生物,指一类细胞核无核膜包裹，只存在称作核区的裸露DNA的原始单细胞生物,原核生物,原核微生物,细菌门,蓝细菌门,真细菌、古菌、粘细菌、放线菌,衣原体、支原体、立克次氏体、螺旋体,蓝细菌,3.1 细菌,细菌（Bacteria）,细菌是一类细胞细而短（细胞直径约0.5m，长度约0.55m）、结构简单、细胞壁坚韧、以二等分裂方式繁殖和水生性较强的原核微生物,是给水与废水处理中最重要的一类微生物！,3.1.1 细菌

20、的个体形态和大小,1.细菌的形态 （1）球状 （2）杆状 （3）螺旋状 （4）丝状（仅有少数）,（1）球菌,葡萄球菌,根据分裂方向及相互间连接方式又分为单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌等。是分类的一个依据。,右图自上而下： 双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌,电镜下的球菌,葡萄球菌,球菌的形态,（2）杆菌,细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较稳定，而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。,杆菌的几种形态,球杆菌,链杆菌,双杆菌,电镜下的杆菌,梭状芽孢杆菌,乳酸杆菌,杆菌的形态,（3）螺旋菌,霍乱弧菌,螺旋菌,弧菌（vibrio)：螺旋周数不足一圈细菌

21、,螺菌（spirillum)：26圈小型、坚硬的螺旋状细菌,螺旋体（spirochaeta)：螺旋周数超6周，体长柔软,（4）丝状菌,分布在水生境，潮湿土壤和活性污泥中。丝状体是丝状菌分类的特征。,水处理中的丝状菌,细菌的大小以m计， 如：E.Coli长2 m，宽0.5 m ，1500个相当一粒芝麻长,2 .细菌的大小,较大细菌，1997年在纳米比亚海岸沉积物中发现的硫细菌（Thiomargarita namibiensis）0.10.3mm，肉眼可见。 较小细菌，1998年芬兰学者E.O.Kajander发现引起尿结石的纳米细菌（Nanobacteria），直径仅50nm，为E.Coli的1

22、/10，与病毒大小类似。分裂缓慢，三天才分裂一次，是目前所知最小的具有细胞壁的细菌。,细菌大小的测量及表示方法如下图所示,利用显微镜测微尺，显微照相后根据放大倍数进行测算,3.1.2 细菌的细胞结构,细菌是单细胞微生物。 所有细菌的结构：细胞壁，原生质体。 原生质体包括：细胞质膜，细胞质及其内含物，拟核 部分细菌的特殊结构：芽孢、鞭毛、荚膜、粘液层、菌胶团、衣鞘及光合作用片层,细菌细胞构造模式图,在细菌细胞内，虽然没有细胞核，仍然有核物质，核物质 DNA 盘绕成一团，用染色方法可以看到，称拟核。,1. 细胞壁（cell wall）,细胞最外一层坚韧厚实的外被， 主要由肽聚糖构成。 细胞壁的生理

23、功能： 1）维持外形，提高机械强度 2）为细胞生长、分裂、和鞭毛运动必需 3）阻碍大分子有害物质进入细胞 4）赋予抗原性、对抗生素和噬菌体的敏感性,（1）细胞壁的化学组成和结构,丹麦医生C.Gram（革兰）于1884年 发明的一种鉴别不同类型细菌的 染色方法。,根据此染色法，细菌可分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌,革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁构造的比较,革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁构造的比较,肽聚糖,磷壁酸,多糖,孔,蛋白质,脂质,外膜,磷壁酸,肽聚糖,2. 原生质体,（1）细胞质膜（protoplasmic membrane）,细胞质膜及化学组成： 紧贴在细胞壁内侧，包围细胞质的一层薄膜，柔软而富

24、有弹性，半渗透膜。 含6070的蛋白质，含3040的脂类，约2的多糖。,细胞质膜,细胞质膜的蛋白质,具运输作用的整合蛋白（integral protein)或内在蛋白（intrinsic protein）,具酶促作用的周边蛋白（peripheral protein）或膜外蛋白（ extrinsic protein）,脂类是磷脂，由磷酸、甘油、脂肪酸和含胆碱组成,细胞质膜的磷脂,细胞膜的结构：液态镶嵌模型（fluid mosaic model）,1）膜主体脂双分子层 ，亲水基团在表面，疏水基团在内部 2）双分子层有流动性 3）蛋白镶嵌或贯穿或浮在表面 4）不对称性,1972年，辛格和尼科尔森提出

25、该模型,1）选择运输 2）维持渗透压 3）合成细胞壁和糖被重要基地 4）细胞产能场所 5）鞭毛基体着生点和旋转供能,细胞质膜的生理功能,不同种类细菌的膜在其结构和功能方面存在很大差异。这种差异非常巨大且具有特征性，因此膜化学可被用于对细菌进行鉴定。,细胞质（cytoplasm)：除核区外的半透明、胶状、颗粒状物质总称。含水量80左右。 内含物（inclusion body）：颗粒状构造，如：贮藏物、气泡等。,（2）细胞质及内含物,细胞质主要成分为核糖体、贮藏物、多种酶类和中间代谢物、质粒、各种营养物和大分子的单体等。,核糖体,(1) 化学组成：由核糖核酸（RNA）和蛋白质两种化学成分组成。 (

26、2) 染色特性：核糖体易被碱性染料染色，在光镜下细胞质中核糖体丰富的部位嗜碱性较强。 (3) 电镜结构：是近似球形的致密颗粒，直径为20nm。 (4) 功能：合成蛋白质。,贮藏物（reserve materials）,不同化学成分累积成的不溶沉淀颗粒，贮藏营养物。,聚羟丁酸（PHB） 类脂性质的碳源贮藏物，不溶于水，溶于有机溶剂，可用尼罗兰或苏丹黑染色，具有贮藏能量、碳源和降低细胞内渗透压等作用。 Bacillus megaterium（巨大芽孢杆菌）在合适的条件下，其体内PHB可达细胞干重的60左右。 PHB是由生物合成的高聚物，具有无毒、可塑和易降解等特点，正在大力开发应用于医用塑料和快餐

27、盒等的优质原料。,贮藏物,异染粒 由多聚偏磷酸、核糖核酸、蛋白质、脂类及Mg2+组成，可用甲苯胺或甲烯蓝染成紫红色。 一般在含磷丰富的环境中形成，具有贮藏磷元素和能量以及降低细胞渗透压等作用。 聚磷菌富含异染颗粒，可用于废水中无机磷的处理。,贮藏物,硫粒 含硫粒的细菌能利用H2S做能源，氧化H2S为硫粒积累在菌体内。 当缺乏营养时，氧化体内硫粒为SO42-，从中取得能量。硫粒具有强的折光性，在光学显微镜下极易看到。 含硫粒的细菌，可以处理含H2S类的污染物。,贮藏物,又叫核质体、原始核、细菌染色体，无核膜核仁的原始细胞核结构。 富尔根染色为紫色的形态不定，环状ds-DNA，少量蛋白结合，0.2

28、53mm长。 功能：遗传物质。,（3）拟核,拟核（nucleoid）,3. 特殊结构,（1）荚膜（capsule）,荚膜：某些细菌在其表面分泌的一种粘性物质，把细胞壁完全包围封住。 荚膜一般很厚，有的细菌荚膜很薄，在200m以下，称为微荚膜。 荚膜是分类特征之一。,荚膜作为分类鉴定的依据,荚膜,（1）荚膜（capsule）,荚膜的化学组成：含水率9098，有的含多糖、或多肽，还有的含脂类或脂类蛋白复合体。 荚膜难染色，可用负染色法染色。 荚膜的功能： A.保护致病菌免受宿主吞噬细胞的吞噬，保护细胞免受干燥的影响； B.可作为碳源和能源或氮源； C.废水处理中，细菌荚膜有吸附作用。,（2）粘液层

29、（slime layer）,为粘性多糖，疏松的附着在细菌细胞壁表面。 废水生物处理中，有吸附作用，在曝气池中因曝气搅拌和水的冲击力容易把细菌粘液冲刷入水中，增加水中有机物，可被其他微生物利用,（3）菌胶团（zoogloea）,有些细菌由于其遗传特性决定，细菌之间按一定的排列方式互相粘集在一起，被一个公共荚膜包围形成一定形状的细菌集团。 活性污泥中常有细菌胶团。,（3）芽孢（spore）,圆形或椭圆、厚壁、含水少、抗逆强的休眠体。 无繁殖能力。 耐热、辐射、化学试剂，等不良环境。 如：肉毒梭菌1005个小时以上杀死；芽孢抗紫外线一般是营养细胞的一倍。,芽孢是细菌的休眠体，条件适宜可萌发； 多为杆

30、菌，是分类鉴定依据之一； 可通过芽孢染色在普通显微镜下观察到。,芽孢的形态,1. DNA浓缩，束状染色质形成 2. 细胞膜内陷，不对称分裂，小的为前芽孢（forespore） 3. 前芽孢双层隔膜形成，抗辐射增强 4. 在双层隔膜之间填充芽孢肽聚糖，合成DPACa，形成皮层，脱水 5. 芽孢衣合成结束 6. 皮层合成结束，芽孢成熟 7. 芽孢囊裂解,芽孢形成环境缺乏营养或有害物质过多,枯草芽孢杆菌芽孢形成需8h，200个gene参与，系列化学成分和生理功能变化。,（4）鞭毛（flagella）,某些细菌体表长丝状、波曲的蛋白附属物，使细菌具运动功能。 是分类上重要特征之一。,暗视野显微镜观察、

31、鞭毛染色光学显微镜观察、半固体穿刺接种、固体接种可以判断是否有鞭毛,鞭毛着生方式,（4）鞭毛（flagella）,鞭毛大小：直径0.0010.02m，长度在250m； 具有鞭毛的细菌能运动，不具鞭毛的细菌不能运动。 鞭毛的运动是靠细胞质膜上的ATP酶水解ATP提供能量。,鞭毛（flagellum）结构-阳性与阴性菌不同,细菌鞭毛着生于细胞膜上，但运动支点由细胞壁提供。,鞭毛（flagellum）组成,包括： 基体、钩形鞘、鞭毛丝。 G和G基体构造有所不同； G基体（basal body）四个环（ring），从外至内：L环：连在细胞壁外的外膜； P环：连在肽聚糖； SM环：嵌埋在细胞膜，被一对M

32、ot 蛋白包围，驱动SM旋转。SM基部还有一Fli蛋白，起按钮作用，决定正转或逆转。,鞭毛运动动力：质子动势。,有关鞭毛运动的机制曾有过“旋转论”（rotation theory）和“挥鞭论”（bending theory）的争议。 1974年，美国学者西佛曼（M.Silverman）和西蒙（M.Simon）曾设计了一个“拴菌”试验(tethered-cell experiment)，设法把单毛菌鞭毛的游离端用相应抗体牢牢“拴”在载玻片上，然后在光学显微镜下观察细胞的行为。 发现，该菌是在载玻片上不断打转（而非伸缩挥动），从而肯定了“旋转论”是正确的。,鞭毛（flagellum）运动机制,思考

33、,1）细菌有哪几种形态？举例说明？ 2）细菌的一般结构和特殊结构是什么？各具有哪些生理功能？ 3）革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的细胞壁结构有什么异同？各有哪些化学组成？ 4）细菌的鉴定依据有哪些？试总结说明。,个体体积的增大单个细菌生长 数目的增多群体生长,1 生长,3.1.3 细菌的生长繁殖,2 繁殖,主要为裂殖，是无性繁殖，一个母细胞分裂成两个子细胞 细菌分裂过程： 核复制后分裂 形成横隔 子细胞分离,3.细菌的培养特征,（1）固体培养基上的培养特征,菌落特征：细菌在固体培养基上的培养特征。 菌落：由一个细菌繁殖起来的，由无数细菌组成具有一定形态特征的细菌集团。 可用稀释平板法和平板划线法接

34、种形成菌落。,不同种的细菌菌落特征,菌落的特征是分类鉴定的依据。 可以从三方面看菌落的特征： （1）菌落的表面特征 （2）菌落的边缘特征 （3）纵剖面的边缘特征,凝胶状、表面较光滑、湿润、与培养基结合不紧密，易挑取，正反颜色一致。,细菌菌落一般特点,光滑型菌落,肺炎克雷伯氏菌在DHL培养基上菌落形态,粘膜肺炎球菌在血琼脂平板上菌落,枯草芽孢杆菌菌落形态粗糙型菌落,菌苔,（1） 定义,纯种菌体在固体培养基上生长繁殖时形成的肉眼可见的群体。菌苔是由许多菌体繁殖形成。,同一菌体的菌苔特征和菌落特征是相同的，若有异样，则菌体受污染或变异，应分离纯化。,菌苔与菌落有什么不同？,2.明胶培养基中的培养特征

35、,用穿刺接种法将细菌接种在明胶培养基中培养，能产生明胶水解酶水解明胶，不同的细菌将明胶水解成不同形态的溶菌区，依据这些不同形态，可将细菌进行分类。,3.半固体培养基中的培养特征,穿刺接种，根据细菌的生长状态判断细菌的呼吸类型和鞭毛有无，能否运动。,呼吸类型与培养特征,4.液体培养基中的培养特征,细菌在液体培养基中的培养特征是分类依据之一。,因细胞特征、比重、运动能力和对氧气等关系的不同，而形成不同的群体形态，多数表现混浊，部分表现沉淀，好氧细菌则在液面大量生长，形成菌膜或环状等,1. 细菌表面电荷和等电点,定义： 等电点：氨基酸所带的正电荷和负电荷相等时的pH值，称为该氨基酸的等电点。,3.1

36、.4 细菌的物理化学性质,细菌的等电点在pH为25； 革兰氏阳性菌的等电点在pH为23； 革兰氏阴性菌的等电点在pH为45： pH为34之间的为革兰氏染色不稳定性菌； 一般培养中，细菌所处的pH值都高于细菌的等电点，表面带负电荷。,1. 细菌表面电荷和等电点,2. 细菌的染色原理及染色方法,细菌细胞微小透明，染色后易于观察。,细菌在通常培养情况下总是带负电荷，故用带正电的碱性染料染色,A 简单染色：常用来观察细菌的形态、大小和排列方式。 用一种染液染色菌体。一般菌体被染上染料的颜色。,B 复合染色法：两种染料染色，以区别细菌的革兰氏染色反应或抗酸性反应，或将菌体和某一结构染成不同颜色。,常用的

37、染色法有：,复合染色之革兰氏染色,1884年丹麦细菌学家创造了革兰氏染色法。 将一大类细菌染上色，而另一类染不上色，以便将两大类细菌分开，作为分类鉴定的重要依据。 也称为鉴别染色法。,1,2,3,4,革兰氏染色机制：,（1）与等电点有关： 革兰氏阳性菌pH23，阴性菌pH45，加I-KI媒染，等电点降低，阳性菌降低的更低，与结晶紫结合得更牢固；阴性菌结合力弱，易被乙醇脱色。,（2）与细胞壁有关： 革兰氏阴性菌细胞壁薄、脂类物质高，易被乙醇溶解增加细胞通透性；革兰氏阳性菌细胞壁厚、肽聚糖含量高、脂类物质含量低，肽聚糖被乙醇脱水使降低细胞通透性； 因此复染后表现不同的染色效果。,3. 细菌悬液的稳

38、定性,两种状态：稳定S型，不稳定R型。,S型菌均匀分布于培养基中，不发生凝聚，只在电解质浓度高时才发生凝聚；,R型很容易发生凝聚而沉淀在瓶底。,菌悬液稳定性与水处理,污水、废水生物处理中的二沉池，沉淀效果与细菌悬液的稳定性密切相关； 可采取投加强电解质等方式改善活性污泥的沉淀效果,3.2 古 菌,古菌是最古老的生命体，如果将地球约亿年的年龄比作一年，那么古菌早在月日就出现了，而人类诞生不过是月日的事。 它们多生长于极端环境，如热泉、高压的海底火山口、盐湖等。,古生菌在进化谱系上与真细菌及真核生物相互并列，且与后者关系更近，而其细胞构造却与真细菌较为接近，同属于原核生物。,3.2.1 古菌的特点

39、,1.形态：薄，扁平； 2.细胞结构：多含脂蛋白，不含二氨基庚二酸和胞壁酸； 3.代谢：多样性，代谢中有特殊的辅酶； 4.呼吸类型：多数厌氧 5.繁殖：繁殖速度慢，进化速度慢 6.生活习性：极端环境生活。,3.2.2 古菌的分类,按生活习性和生理特征分类,三类：产甲烷菌，嗜热嗜酸菌，极端嗜盐菌,伯杰氏系统细菌学手册（第三卷），将古菌分为五大群。,（一）产甲烷菌,细胞结构 包括：细胞封套（细胞壁、表面层、鞘和荚膜）、细胞膜、细胞质和核质,（一）产甲烷菌,2.培养方法 专性厌氧，需要在特殊环境下操作； 目前最好的是厌氧手套箱,厌氧培养箱,可进行分装厌氧培养基，倒制平板，离心厌氧微生物收集菌体，对氧

40、敏感的酶的分离纯化等,（二）嗜热嗜酸菌,包括：古生硫酸还原菌和极端嗜热古菌 特点：专性嗜热、好氧、兼性厌氧、严格厌氧，革兰氏阳性、杆状、丝状或球状。 最适生长温度在70105 嗜酸性和嗜中性，自养或异氧生长。 多数是硫代谢菌,（三）极端嗜盐古菌,生活环境 高盐环境，如：晒盐场，天然盐湖，高盐腌渍食物等； 通常需盐下限为1.5mol/L的NaCl，多数需要NaCl为24mol/L,（三）极端嗜盐古菌,特点： 细胞呈链状、杆状或球状； 靠钠、氯和镁离子维持细胞结构和硬度； 革兰氏阴性或阳性，好氧或兼性厌氧，化能有机营养型； 生长温度可高达55。,3.3 放线菌,在固体培养基上呈辐射状生长；多数为腐

41、生菌，少数为寄生菌； 在自然界物质循环中起积极作用。 放线菌与人类的关系极为密切，至今从微生物中发现了几千种抗生素，其中2/3是由放线菌产生的。有些放线菌还用于生产维生素和酶制剂、处理污水等。,1、形态：呈菌丝状，是由单细胞延生分枝而成。 2、结构： 根据菌丝作用分为：营养菌丝气生菌丝孢子菌丝。 链霉菌属是放线菌中种类最多、分布最广、形态特征最典型的类群。,（一）形态结构,（1）营养菌丝（基内菌丝）：生长在营养基内，直径在0.2-0.8m；有的产生色素（菌落背面呈现不同颜色），主要的生理功能是吸收养分。 （2）气生菌丝：比营养菌丝粗，直径约1-1.4m，有的产生色素。 （3）孢子菌丝：孢子丝产

42、生孢子，可随风传播，萌发成基内菌丝；其形状有螺旋形、枝形。,放线菌的形态模式图,孢子丝着生方式可作为鉴别的依据,放线菌孢子丝的类型,1、多为需O2型（抗生素生长需要氧） 2、生长温度分：中温型（23-37）、高温型（50-65） 3、主要通过形成无性孢子的方式进行繁殖，也可利用菌丝片断进行繁殖。,（二）一般特性：,（三）菌落形态,固体培养基中，放线菌菌丝相互交错缠绕形成质地致密的小菌落，干燥、不透明、难以挑取； 当大量孢子覆盖于菌落表面时，就形成表面为粉末状或颗粒状的典型放线菌菌落； 由于基内菌丝和孢子常有颜色，使得菌落的正反面呈现出不同的色泽。,放线菌的菌落形态,3.4 蓝细菌,蓝细菌是古老

43、的生物，能产生氧气，使地球由无氧环境转为有氧环境； 分布广泛，淡水、海水、潮湿土壤等均有生长，耐高温和干燥； 在污水处理、水体自净中起积极作用，也是水体富营养化的指示生物,1、个体形态差异大：球形、杆状；多形态；有单细胞，也有丝状体形态，直径约为1-3m。 2、吸收二氧化碳、无机盐和水合成有机物供自身营养，放出氧气。 3、特殊结构：具光合器、气泡、异形胞。 4、呈蓝、绿、红等颜色，蓝细菌的颜色随光照条件改变而改变,特征,3.4 其他原核微生物,比细菌小（0.2-0.5m），多不能通过细菌过滤器；细胞壁与细菌相似，G-，不运动，形态随发育阶段不同而不同。可通过寄主传播疾病。 寄生原因： 1、酶系

44、统不完整，故要借助寄主酶系统来完成自身活动； 2、细胞膜疏松，细胞质易泄露而失去活力，故只有生活在另一个细胞中，利用寄主细胞的细胞质的营养物质； 3、抗性差。100死亡。,（一）立克次氏体：,有细胞壁，细胞壁与细菌相似，大小比立克次氏体小（0.2-0.3um）G-；能通过细菌过滤器。 寄生原因： 1、产能系统不完整，必须依靠寄主细胞获得能量。 2、抗性差。60死亡。对四环素、红霉素、氯霉素等敏感。,（二）衣原体,最小的可以独立生活的细胞生物（0.2-0.25m），无细胞壁，形态多样化（球、杆、环、丝）； 对青霉素、溶菌酶不敏感，对干扰素也不敏感； 要求的营养环境高，常需血清，生长缓慢，菌落小。

45、,（三）、支原体,介于细菌和原生动物之间的单细胞微生物。 菌体柔软细长，呈螺旋状，无鞭毛，有细胞壁，但无细菌坚韧，一段有一根轴索（轴丝状），靠其运动。 分密螺旋和疏螺旋。如：梅毒螺旋体，钩端螺旋体。分别引起梅毒和钩端螺旋体病。,（四）、螺旋体,一 假单胞菌属（Pseudomonas）水中极常见 二 动胶菌属（Zoogloea）聚集成絮毛状菌胶团 三 产碱杆菌属（Alcaligenes）反硝化 四 黄杆菌属（Flavobacterium）分解蛋白质 五 芽孢杆菌属（Bacillus）起重要作用 六 埃希氏菌属（Escherichia）E.coli重要的粪便菌 七 甲烷杆菌属（Methanobac

46、terium）厌氧生物处理 八 甲烷八叠球菌属（Methanosarcina）厌氧生物处理,水处理涉及的细菌种类,思考,1）在pH为6、7和7.5的溶液中， 细菌各带什么电荷？在pH为1.5的溶液 中，细菌带什么电荷？为什么？ 2）革兰氏染色的机制和步骤是什么？ 3）细菌菌落的概念；细菌有哪些培养特征？ 4）古菌包括哪几种？生活习性各是什么？ 5）用什么培养技术判断细菌的呼吸类型和能否运动？如何判断？,第四章 真核微生物,回顾,原核微生物 原核微生物细胞无细胞核，只有 或 ； 病毒属于 类生物。,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

47、物。 真菌、显微藻类和原生动物等属于真核生物类的微生物，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

48、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）,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,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 10300m 3.细胞结构 单细胞生物，无细胞壁，有细胞

49、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