水处理生物学2原核微生物.ppt

第一篇第一篇 水处理生物学基础水处理生物学基础微生物的分类微生物的分类微微生生物物原核细胞生物原核细胞生物古菌域古菌域细菌域细菌域真细菌蓝细菌放线菌立克次氏体、衣原体、支原体，螺旋体真菌细胞生物真菌细胞生物 真核生物域真核生物域拟病毒：只含有不具独立侵染性的拟病毒：只含有不具独立侵染性的RNA或或DNA组分组分真病毒：至少含有核酸和蛋白质两种组分真病毒：至少含有核酸和蛋白质两种组分亚病毒类病毒：只含独立侵染性的类病毒：只含独立侵染性的RNA组分组分朊病毒：只含单一蛋白质组分朊病毒：只含单一蛋白质组分细胞结构微生物非细胞结构微生物三域学说：三域学说：20世纪世纪70年代末由于美国伊利诺斯大年代末由于美国伊利诺斯大学的（伍斯）等人对大量微生物和其他生物进行学的（伍斯）等人对大量微生物和其他生物进行16s和和18srRNA的寡核苷酸测序，并比较其同源的寡核苷酸测序，并比较其同源性水平后，提出了一个与以往各种界级分类不同性水平后，提出了一个与以往各种界级分类不同的新系统，称为三域学说，的新系统，称为三域学说，“域域”是一个比界更是一个比界更高的界级分类单元，过去曾称原界。三个域指的高的界级分类单元，过去曾称原界。三个域指的是细菌域（以前称是细菌域（以前称“真细菌域真细菌域”）、古生菌域）、古生菌域（以前称古细菌域）、和真核生物域。（以前称古细菌域）、和真核生物域。第二章第二章 原核微生物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。原核生物具有以下的特点：无核膜，无成形的细胞核；遗传物质是一条不与组蛋白结合的环状双螺旋脱氧核糖核酸（DNA）丝，（有的原核生物在其主基因组外还有更小的能进出细胞的质粒DNA）；以简单二分裂方式繁殖，无有丝分裂或减数分裂；没有性行为，有的种类有时有通过接合、转化或转导，将部分基因组从一个细胞传递到另一个细胞的准性行为（见细菌接合）；没有由肌球、肌动蛋白构成的微纤维系统，故细胞质不能流动，也没有形成伪足、吞噬作用等现象；鞭毛并非由微管构成，仅由几条螺旋或平行的蛋白质丝构成；细胞质内仅有核糖体而没有细胞器；细胞内的单位膜系统除蓝细菌另有类囊体外一般都由细胞膜内褶而成，其中有氧化磷酸化的电子传递链（蓝细菌在类囊体内进行光合作用，其他光合细菌在细胞膜内褶的膜系统上进行光合作用；化能营养细菌则在细胞膜系统上进行能量代谢）；在蛋白质合成过程中起重要作用的核糖体散在于细胞质内，核糖体的沉降系数为70S；大部分原核生物有成分和结构独特的细胞壁等等。原核生物原核生物2.1 细菌细菌细菌是大家比较熟悉的名字，自从德国乡村医生劳伯柯赫第一个猎获病菌以后，细菌这个名字就常常和疾病联系在一起。因为人和动植物的许多传染病，都是由细菌作祟引起的，所以人们对它总有一种厌恶和恐惧的感觉。其实，危害人类的细菌只是一小部分，大多数细菌对人类是有益处的。细菌（细菌（Bacteria）P7广义的细菌即为原核生物是指一大类细胞核无核膜包裹，只存在称作拟核区（nuclearregion)(或拟核)的裸露DNA的原始单细胞生物，包括真细菌（eubacteria）和古生菌（archaea）两大类群。广义上的细菌还包括:放线菌,螺旋体,立克次氏体,衣原体,支原体(霉形体)狭义的细菌为原核微生物的一类，是一类形状细短，结构简单，多以二分裂方式进行繁殖的原核生物。是一类形态微小,结构简单,具有细胞壁,无典型细胞核(无核膜/核仁),而只有核质(染色体),不能进行有丝分裂而主要靠二等分分裂繁殖的原核单细胞微生物.是给水与废水处理中最重要的一类微生物是给水与废水处理中最重要的一类微生物！它是一种单胞生物,形体微小,结构简单。无成形细胞核、也无核仁和核膜，无细胞器。在适宜的条件下其相对稳定的形态与结构。一般将细菌染色后用光学显微镜观察，可识别各种细菌的形态特点，而其内部的超微结构须用电子显微镜才能看到。2.1.1 细菌的个体形态和大小细菌的个体形态和大小1.细菌的基本形态细菌的基本形态（1）球状）球状（2）杆状）杆状（3）螺旋状）螺旋状（4）丝状（仅有少数）及其他形状）丝状（仅有少数）及其他形状丝状菌丝状菌（1）球菌）球菌根据分裂方向及相互间连根据分裂方向及相互间连接方式又分为接方式又分为单球菌、双单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌等。八叠球菌、葡萄球菌等。是分类的一个依据。是分类的一个依据。右图自上而下：右图自上而下：双球菌、链球菌、四双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、联球菌、八叠球菌、葡萄球菌葡萄球菌电镜下的球菌葡萄球菌球菌的形态球菌的形态（2）杆菌）杆菌细胞呈杆状或圆细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗柱形，一般其粗细（直径）比较细（直径）比较稳定，而长度则稳定，而长度则常因培养时间、常因培养时间、培养条件不同而培养条件不同而有较大变化。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电镜下的杆菌梭状芽孢杆菌梭状芽孢杆菌乳酸杆菌乳酸杆菌杆菌的形态杆菌的形态（3 3）螺旋菌）螺旋菌霍乱弧菌霍乱弧菌螺旋菌螺旋菌弧菌弧菌（vibrio)：螺旋周数不足一圈细菌：螺旋周数不足一圈细菌螺菌螺菌（spirillum)：26圈小型、坚硬的螺旋状细菌圈小型、坚硬的螺旋状细菌螺旋体螺旋体（spirochaeta)：螺旋周数超：螺旋周数超6周，体长柔软周，体长柔软螺菌螺菌螺旋体螺旋体（4 4）丝状菌）丝状菌分布在水生境，潮湿土壤和活性污泥中。丝分布在水生境，潮湿土壤和活性污泥中。丝状体是丝状菌分类的特征。状体是丝状菌分类的特征。水处理中的丝状菌水处理中的丝状菌（5 5）形状）形状其他型其他型细菌的大小以m计，如：长如：长2 2 m m，宽，宽0.5 0.5 m m，15001500个相当个相当一粒芝麻长一粒芝麻长 2.细菌的大小细菌的大小较大细菌较大细菌，1997年在纳米比亚海岸沉积物中发现年在纳米比亚海岸沉积物中发现的硫细菌（的硫细菌（Thiomargarita namibiensis），肉眼），肉眼可见。可见。较小细菌较小细菌，1998年芬兰学者发现引起尿结石的纳年芬兰学者发现引起尿结石的纳米细菌（米细菌（Nanobacteria），直径仅），直径仅50nm，为的，为的1/10，与病毒大小类似。分裂缓慢，三天才分裂，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。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利用显微镜测微尺，显微照相后根据放大倍数进行测算2.1.2 细菌的细胞结构细菌的细胞结构细菌是单细胞结构单细胞结构微生物。所有细菌的结构：细胞壁细胞壁，原生质体原生质体。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，称拟核拟核。1.细胞壁（细胞壁（cell wall）细胞最外一层坚韧厚实的外被，细胞最外一层坚韧厚实的外被，主要由主要由肽肽聚糖聚糖构成。构成。细胞壁的生理功能：细胞壁的生理功能：1）维持外形，提高机械强度）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）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）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）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）细胞壁的化学组成和结构丹麦医生（革兰）于丹麦医生（革兰）于1884年年 发明的一种鉴别不同类发明的一种鉴别不同类型细菌的型细菌的 染色方法染色方法。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革兰兰氏氏染染色色法法1.涂片固定涂片固定w2.单染单染结晶紫染结晶紫染结晶紫染结晶紫染液第一次液第一次液第一次液第一次染色染色 1min 3.媒染媒染碘碘碘碘-碘化钾碘化钾碘化钾碘化钾溶液浸湿溶液浸湿30S4.脱色脱色95%95%乙醇乙醇乙醇乙醇溶液溶液溶液溶液进行颜色洗脱进行颜色洗脱5.复复染染红色红色红色红色的藩的藩的藩的藩红染红染红染红染液液液液第第二次二次染色染色呈现第二次染色的效果呈现第二次染色的效果红色红色红色红色；称革兰氏阴性菌革兰氏阴性菌革兰氏阴性菌革兰氏阴性菌（红阴红阴G-）细菌呈现第一次染色的细菌呈现第一次染色的效果效果紫色紫色紫色紫色，革兰氏阳革兰氏阳革兰氏阳革兰氏阳性菌（性菌（性菌（性菌（紫阳紫阳G）；特征特征G G+强度强度疏松疏松坚韧坚韧厚度厚度薄，薄，510nm厚，厚，2080nm肽聚糖层数肽聚糖层数少，少，13层层多，多达多，多达50层层肽聚糖含量肽聚糖含量少（少（1020）高（高（5090）磷壁酸磷壁酸脂多糖脂多糖脂肪脂肪含量较高含量较高一般无一般无蛋白质蛋白质含量较高含量较高无无 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 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肽聚糖磷壁酸磷壁酸多糖多糖孔孔蛋白质蛋白质脂质脂质外膜外膜磷壁酸磷壁酸肽聚糖肽聚糖革革兰兰氏氏染染色色的的原原理理2.原生质体原生质体（1）细胞质膜（）细胞质膜（protoplasmic membrane）细胞质膜及化学组成：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，柔紧贴在细胞壁内侧，包围细胞质的一层薄膜，柔软而富有弹性，半渗透膜。软而富有弹性，半渗透膜。含含6070的蛋白质，含的蛋白质，含3040的脂类，的脂类，约约2的多糖。的多糖。细胞质膜细胞质膜细胞质膜的蛋白质细胞质膜的蛋白质具运输作用的整合蛋白（具运输作用的整合蛋白（integral protein)或内在蛋白（或内在蛋白（intrinsic protein）具酶促作用的周边蛋白（具酶促作用的周边蛋白（peripheral protein）或膜外蛋白（）或膜外蛋白（extrinsic protein）脂类是磷脂，由脂类是磷脂，由磷酸、甘油、脂磷酸、甘油、脂肪酸和含胆碱组肪酸和含胆碱组成成细胞质膜的磷脂细胞质膜的磷脂细胞膜的结构细胞膜的结构：液态镶嵌模型液态镶嵌模型（fluid mosaic model）1）膜主体脂双分）膜主体脂双分子层子层，亲水基团在，亲水基团在表面，疏水基团在表面，疏水基团在内部内部2）双分子层有流）双分子层有流动性动性 3）蛋白镶嵌或贯）蛋白镶嵌或贯穿或浮在表面穿或浮在表面 4）不对称性）不对称性1972年，辛格和尼科尔森提出该模型年，辛格和尼科尔森提出该模型1）选择运输）选择运输 2）维持渗透压）维持渗透压 3）合成）合成细胞壁胞壁和糖被重要基地和糖被重要基地 4）细胞产能场所）细胞产能场所 5）鞭毛基体着生点和旋转供能）鞭毛基体着生点和旋转供能细胞质膜的生理功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，因此异。这种差异非常巨大且具有特征性，因此膜化学可膜化学可被用于对细菌进行鉴定被用于对细菌进行鉴定。细胞质（细胞质（cytoplasm)：除核区外的半透明、胶状、颗除核区外的半透明、胶状、颗粒状物质总称。含水量粒状物质总称。含水量80左右。亦称原生质。左右。亦称原生质。内含物（内含物（inclusion body）：）：颗粒状构造，如：贮藏物、颗粒状构造，如：贮藏物、气泡等。气泡等。（2 2）细胞质及内含物）细胞质及内含物细胞质细胞质主要成分为核糖体、贮藏物、多种酶类和中间主要成分为核糖体、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。代谢物、质粒、各种营养物和大分子的单体等。核糖体核糖体(1)化学组成：由核糖核酸（化学组成：由核糖核酸（RNA）和蛋白质两种化）和蛋白质两种化学成分组成。学成分组成。(2)染色特性：核糖体易被碱性染料染色，在光镜下染色特性：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。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，直径为电镜结构：是近似球形的致密颗粒，直径为20nm。(4)功能：功能：合成蛋白质合成蛋白质。核糖体结构核糖体结构模式图模式图 贮藏物（贮藏物（reserve materialsreserve materials）不同化学成分累积成的不溶沉淀颗粒，贮藏营养物。不同化学成分累积成的不溶沉淀颗粒，贮藏营养物。贮藏物贮藏物碳源及能源碳源及能源 氮源：氮源：蓝细菌的藻青素、藻青蛋白蓝细菌的藻青素、藻青蛋白 磷源（异染粒）：磷源（异染粒）：聚磷菌聚磷菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌 糖原：糖原：E.Coli、芽孢杆菌、蓝细菌等、芽孢杆菌、蓝细菌等 PHB：固氮菌、产碱菌、肠杆菌：固氮菌、产碱菌、肠杆菌 硫粒：紫硫细菌、丝硫细菌、贝氏硫杆菌硫粒：紫硫细菌、丝硫细菌、贝氏硫杆菌 聚聚-羟丁酸羟丁酸(poly-hydroxybutyrate,PHB)PHB于1929年被发现，至今已发现60属以上的细菌能合成并贮藏。它无毒、可塑、易降解，被认为是生产医用塑料、生物降解塑料的良好原料。PHBHCHH3CCCHHHOOOnn106异染粒异染粒(metachromatic granules)在暗视野显微镜下看到的迂回螺菌(Spirillum volutans)异染粒（迂回体）颗粒大小为，是无机偏磷酸的聚合物，一般在含磷丰富的环境下形成。功能是贮藏磷元素和能量，并可降低细胞的渗透压。OHPO HnHO O异染粒（异染粒（metachromatic granule）n=2106多糖类贮藏物多糖类贮藏物在真细菌中以糖原为多在真细菌中以糖原为多糖原粒较小，不染色需用电镜观察，糖原粒较小，不染色需用电镜观察，用碘液染成褐色，可在光学显微镜下看到。用碘液染成褐色，可在光学显微镜下看到。糖原粒糖原粒淀粉粒淀粉粒有的细菌积累淀粉粒，用碘液染成深兰色。藻青素（藻青素（cyanophycin）一种内源性氮源贮藏物，同时还兼有贮存能源的作用。一种内源性氮源贮藏物，同时还兼有贮存能源的作用。通常存在于蓝细菌中。通常存在于蓝细菌中。由含精氨酸和天冬氨由含精氨酸和天冬氨酸残基（酸残基（1:1）的分枝）的分枝多肽所构成，分子量多肽所构成，分子量在在25000125000。硫粒（硫粒（sulfur globules）很多真细菌在进行产能代谢或生物合成时，常涉及对还原性的硫化物如H2S，硫代硫酸盐等的氧化。在环境中还原性硫素丰富时，常在细胞内以折光性很强的硫粒的形式积累硫元素。当环境中环境中还原性硫缺乏时，可被细菌重新利用。磁小体磁小体(megnetosome)功能是导向作用，即借鞭毛游向对该菌功能是导向作用，即借鞭毛游向对该菌最有利的泥、水界面微氧环境处生活。最有利的泥、水界面微氧环境处生活。实用前景，包括生产磁性定向药物实用前景，包括生产磁性定向药物或抗体，以及制造生物传感器等或抗体，以及制造生物传感器等其他内含颗粒其他内含颗粒（三）细胞的结构 羧酶体羧酶体(carboxysome)(carboxysome)一些自养细菌细胞内的一些自养细菌细胞内的多角形或六角形内含物多角形或六角形内含物其大小与噬菌体相仿，约10nm，内含1,5-二磷酸核酮糖羧化酶，在自养细菌的CO2固定中起着关键作用。采用免疫电镜技术观察蓝细菌cyanobacterium Chlorogloeopsis fritischii中的羧酶体其他内含颗粒其他内含颗粒（三）细胞的结构载色体（载色体（Chomatophore）光合细菌进行光合作用的部位光合细菌进行光合作用的部位相当于绿色植物的叶绿体相当于绿色植物的叶绿体其他内含颗粒其他内含颗粒气泡（气泡（gas vocuoles）是许多光合型、无鞭毛水生菌中充满气体的泡囊状内含物是许多光合型、无鞭毛水生菌中充满气体的泡囊状内含物大小为大小为1.0um75nm内由数排柱形小空泡组成，外有内由数排柱形小空泡组成，外有2nm厚的蛋白膜包裹厚的蛋白膜包裹每个细胞中含几个或数百个气泡每个细胞中含几个或数百个气泡功能：调节细胞比重以使细菌漂浮在最适水层中获取光能功能：调节细胞比重以使细菌漂浮在最适水层中获取光能 O2，和营养物质，和营养物质其他内含颗粒其他内含颗粒质粒质粒染色体染色体(Chromosomes)质粒质粒(circular covalently closed DNA)质粒质粒(Plasmid)(Plasmid)是一种是一种染色体外的稳定遗传因染色体外的稳定遗传因子子,大小从大小从1-200kb1-200kb不等不等,为双链、闭环的为双链、闭环的DNADNA分分子子,并以超螺旋状态存并以超螺旋状态存在于宿主的细胞质中。在于宿主的细胞质中。是一类小型闭合环状核是一类小型闭合环状核外双螺旋外双螺旋DNADNA分子，能分子，能独立于细胞核进行自主独立于细胞核进行自主复制。上面携带有数个复制。上面携带有数个到数十个甚至上百个基到数十个甚至上百个基因（因（P134P134）其他内含颗粒其他内含颗粒 又叫核质体、原始核、细菌染色体，无核膜核又叫核质体、原始核、细菌染色体，无核膜核仁的原始细胞核结构。仁的原始细胞核结构。富尔根染色富尔根染色为紫色的形态不定，环状为紫色的形态不定，环状ds-DNA，少量蛋白结合，少量蛋白结合，3mm长。长。功能：功能：遗传物质。遗传物质。（3 3）拟核）拟核拟核（拟核（nucleoid）3.3.特殊结构特殊结构（1）糖被）糖被（Glycocalyx）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。有些细菌生活在一定的营养条件下，会向细胞为有些细菌生活在一定的营养条件下，会向细胞为分泌出一层黏性多糖类物质称为糖被分泌出一层黏性多糖类物质称为糖被（1）荚膜（）荚膜（capsule）(P13)荚膜作为分类鉴定的依据荚膜作为分类鉴定的依据 荚膜荚膜荚膜的化学组成：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 2）粘液层（）粘液层（slime layerslime 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 3）菌胶团）菌胶团（zoogloeaP14zoogloeaP14）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。在微生物学领域里，习惯将动胶菌属形成的细菌团块称为菌胶团。在水处理工程领域内，则将所有具有荚膜或粘液的絮凝性细菌互相絮凝聚集成的菌胶团块都称为菌胶团。吸附和氧化分解有机物；吸附和氧化分解有机物；菌菌胶胶团团是是细细菌菌的的存存在在形形式式，细细菌菌占占到到活活性性污污泥泥中中微微生生物物总总量量的的99%,达达107108个个/ml，是是生生物物处处理理的的主主力力军军，一一旦旦菌菌胶胶团团受受到到各各种种因因素素的的影影响响和和破破坏坏，则则活活性性污泥法对有机物去除率明显下降，甚至无去除能力。污泥法对有机物去除率明显下降，甚至无去除能力。菌胶团对有机物的吸附和分解，为原生动菌胶团对有机物的吸附和分解，为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境物和微型后生动物提供了良好的生存环境；例如菌胶团本身为原生动物、微型后生动物提供附着例如菌胶团本身为原生动物、微型后生动物提供附着场所；菌胶团中的细菌可以去除毒物、自身作为动物场所；菌胶团中的细菌可以去除毒物、自身作为动物食料。食料。菌胶团的功能菌胶团的功能 具有指示作用；具有指示作用；通过菌胶团的颜色、透明度、数量、颗粒大小通过菌胶团的颜色、透明度、数量、颗粒大小及结构的松紧程度可衡量好氧活性污泥的性能。及结构的松紧程度可衡量好氧活性污泥的性能。新生菌胶团颜色浅、无色透明、结构紧密，则新生菌胶团颜色浅、无色透明、结构紧密，则说明菌胶团生命力旺盛，吸附和氧化能力强，说明菌胶团生命力旺盛，吸附和氧化能力强，再生能力强。老化的菌胶团，颜色深，结构松再生能力强。老化的菌胶团，颜色深，结构松散，活性不强，吸附和氧化能力差。散，活性不强，吸附和氧化能力差。菌胶团的功能菌胶团的功能（3 3）芽孢（）芽孢（sporespore）有些细菌（多为杆菌）在一定条件下，细胞质高度浓有些细菌（多为杆菌）在一定条件下，细胞质高度浓缩脱水所形成的一种抗逆性很强的球形或椭圆形的休缩脱水所形成的一种抗逆性很强的球形或椭圆形的休眠体。由于芽孢是在细胞内形成的，所以也常称之为眠体。由于芽孢是在细胞内形成的，所以也常称之为内生孢子，亦称芽孢。内生孢子，亦称芽孢。每一细胞仅形成一个芽孢，所每一细胞仅形成一个芽孢，所以其没有繁殖功能。以其没有繁殖功能。芽孢是整个生物界中抗逆性最强的生命体，芽孢是整个生物界中抗逆性最强的生命体，是否能消灭芽孢是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标。是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标。芽孢是细菌的芽孢是细菌的休眠体休眠体，条件适宜可萌发；，条件适宜可萌发；多为多为杆菌杆菌，是分类鉴定依据之一；，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。可通过芽孢染色在普通显微镜下观察到。如：肉毒梭菌如：肉毒梭菌1005个小时以上杀死；芽孢抗紫外线一个小时以上杀死；芽孢抗紫外线一般是营养细胞的一倍般是营养细胞的一倍芽孢的形态芽孢的形态芽孢的特点：（P15）芽孢的含水率低，38%40%。芽孢壁厚而致密，分三层：外层是芽孢外壳，为蛋白质性质。中层为皮层，由肽聚糖构成，含大量2，6-吡啶二羧酸。内层为孢子壁，由肽聚糖构成，包围芽孢细胞质和核质。芽孢萌发后孢子壁变为营养细胞的细胞壁。芽孢中的2，6-吡啶二羧酸（dipicolinic acid 简称DPA）含量高，为芽孢干重的5%15%。吡啶二羧酸以钙盐的形式存在，钙含量高。在营养细胞和不产芽孢的细菌体内未发现2，6-吡啶二羧酸。芽孢形成过程中，2，6-吡啶二羧酸随即合成，芽孢就具有耐热性，芽孢萌发形成营养细胞时，2，6-吡啶二羧酸就消失，耐热性就丧失。含有耐热性酶。（4 4）鞭毛（）鞭毛（flagellaflagella）某些细菌体表长丝状、波曲的蛋白附属物，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。使细菌具运动功能。是是分类上分类上重要特征之一。重要特征之一。暗视野显微镜观察、鞭暗视野显微镜观察、鞭毛染色光学显微镜观察、毛染色光学显微镜观察、半固体穿刺接种、固体半固体穿刺接种、固体接种可以判断是否有鞭接种可以判断是否有鞭毛毛鞭毛着生方式鞭毛着生方式l 鞭毛大小：直径鞭毛大小：直径m，长度在，长度在250m；l 具有鞭毛的细菌能运动，不具鞭毛的细菌不能运具有鞭毛的细菌能运动，不具鞭毛的细菌不能运动。动。l 鞭毛的运动是靠细胞质膜上的鞭毛的运动是靠细胞质膜上的ATP酶水解酶水解ATP提提供能量。供能量。细菌鞭毛着生于细胞膜上，但运动支点由细胞壁提供细菌鞭毛着生于细胞膜上，但运动支点由细胞壁提供。2.1.3 细菌的繁殖细菌的主要繁殖方式是裂殖，只有少数类型营芽殖。细菌的主要繁殖方式是裂殖，只有少数类型营芽殖。P19 2.1.3细菌的繁殖和培养繁殖繁殖一般为无性繁殖，一般为无性繁殖，二分裂法。二分裂法。同形裂殖：裂殖后形成的子同形裂殖：裂殖后形成的子细胞大小相等。细胞大小相等。异形裂殖：分裂产生两个大异形裂殖：分裂产生两个大小不等的子细胞。小不等的子细胞。细菌分裂过程：细菌分裂过程：核分裂核分裂形成横隔壁形成横隔壁子细胞分离子细胞分离培养基培养基：人工配制的供给微生物营养物质的基质。：人工配制的供给微生物营养物质的基质。固体培养基固体培养基(加入约加入约1.5%1.5%的琼脂的琼脂););半固体培养基半固体培养基(加入加入0.3-0.5%0.3-0.5%的的 琼脂琼脂););液体培养基。液体培养基。在不同培养基上细菌会出现具有不同的培养特征。在固在不同培养基上细菌会出现具有不同的培养特征。在固体培养基上，称为菌落体培养基上，称为菌落 菌落菌落：单个微生物接种在固体培养基上，在合适的条件下培单个微生物接种在固体培养基上，在合适的条件下培养一段时间，生长繁殖形成一堆由无数个个体组成的肉眼可养一段时间，生长繁殖形成一堆由无数个个体组成的肉眼可见的群体。见的群体。菌落特征菌落特征主要有：大小、形状、光泽、颜色、质地软主要有：大小、形状、光泽、颜色、质地软硬、透明度等。硬、透明度等。细菌的群体特征（培养特征）培养皿通常称培养皿通常称培养皿通常称培养皿通常称平板平板细菌在培养基上生长，会形成各种颜色和外观的菌落。纯化的菌落是菌种鉴纯化的菌落是菌种鉴纯化的菌落是菌种鉴纯化的菌落是菌种鉴定、通过诱变技术或定、通过诱变技术或定、通过诱变技术或定、通过诱变技术或基因工程改良的前提基因工程改良的前提基因工程改良的前提基因工程改良的前提。单菌落（纯菌落）单菌落（纯菌落）Streptomycescoelicolor-1铜绿假单孢铜绿假单孢粘质沙雷氏菌粘质沙雷氏菌沙门氏菌沙门氏菌费氏志贺氏菌费氏志贺氏菌 菌落的特征主要由各种微生物特殊的遗传特性决定，菌落的特征主要由各种微生物特殊的遗传特性决定，菌落的特征主要由各种微生物特殊的遗传特性决定，菌落的特征主要由各种微生物特殊的遗传特性决定，同时也与培养基成分及培养条件有关同时也与培养基成分及培养条件有关同时也与培养基成分及培养条件有关同时也与培养基成分及培养条件有关当固定培养基成分及培养条件相同时，不同种类微生当固定培养基成分及培养条件相同时，不同种类微生物形成的菌落特征是固定的，可作为微生物鉴定的重物形成的菌落特征是固定的，可作为微生物鉴定的重要依据。要依据。菌落形态菌落形态没有鞭毛不运动的细菌，特别是球菌，常形成较没有鞭毛不运动的细菌，特别是球菌，常形成较小、较厚、边缘较整齐的菌落；有鞭毛的细菌则小、较厚、边缘较整齐的菌落；有鞭毛的细菌则较大而扁平，边缘波状、锯齿状等；较大而扁平，边缘波状、锯齿状等；有荚膜的细菌菌落较大并且表面光滑，而没有荚有荚膜的细菌菌落较大并且表面光滑，而没有荚膜的则表面较粗糙；膜的则表面较粗糙；具有芽孢的细菌菌落表面常有褶皱并且不透明。具有芽孢的细菌菌落表面常有褶皱并且不透明。细细细细菌菌菌菌菌菌菌菌落落落落具具具具有有有有一一一一些些些些共共共共同同同同的的的的特特特特征征征征：小小小小、湿湿湿湿润润润润、粘粘粘粘稠稠稠稠、与与与与基基基基质质质质结结结结合合合合松松松松散散散散，易易易易被被被被剥剥剥剥离离离离，质质质质地地地地均均均均匀匀匀匀，各各各各部部部部位位位位颜颜颜颜色色色色一一一一致致致致。但不同的细菌菌落也具有自己特有的特征但不同的细菌菌落也具有自己特有的特征但不同的细菌菌落也具有自己特有的特征但不同的细菌菌落也具有自己特有的特征。因细胞特征、比重、运动能力和对氧气等关系的不同，因细胞特征、比重、运动能力和对氧气等关系的不同，因细胞特征、比重、运动能力和对氧气等关系的不同，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，部分表现沉而形成不同的群体形态，多数表现混浊，部分表现沉而形成不同的群体形态，多数表现混浊，部分表现沉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，形成菌膜或环状等淀，好氧细菌则在液面大量生长，形成菌膜或环状等淀，好氧细菌则在液面大量生长，形成菌膜或环状等淀，好氧细菌则在液面大量生长，形成菌膜或环状等 或者在液体培养基表面形成或者在液体培养基表面形成或者在液体培养基表面形成或者在液体培养基表面形成膜膜 使培养液使培养液使培养液使培养液混浊混浊 或产生絮状或产生絮状或产生絮状或产生絮状沉淀沉淀（粘重，如菌胶团、活性污泥）。（粘重，如菌胶团、活性污泥）。（粘重，如菌胶团、活性污泥）。（粘重，如菌胶团、活性污泥）。细菌的等电点在细菌的等电点在pH为为25；革兰氏阳性菌的等电点在革兰氏阳性菌的等电点在pH为为23；革兰氏阴性菌的等电点在革兰氏阴性菌的等电点在pH为为45：pH为为34之间的为革兰氏染色不稳定性菌；之间的为革兰氏染色不稳定性菌；细菌表面带电荷细菌表面带电荷；由细菌表面的蛋白质（两性电解质）；由细菌表面的蛋白质（两性电解质）的等电点和外界的的等电点和外界的pH值所决定。值所决定。一般培养中，细菌所处的一般培养中，细菌所处的pH值都高于细菌的等电点，值都高于细菌的等电点，表面带负电荷。表面带负电荷。1.细菌表面电荷和等电点细菌的物理化学性质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用带正电的碱性染料染色革兰氏染色与细胞壁：革兰氏染色与细胞壁：简单染色法 正染色 革兰氏染色法 鉴别染色法 抗酸性染色法 芽孢染色法 死菌 姬姆萨染色法 负染色：荚膜染色法等 活菌：用美蓝或TTC（氧化三苯基四氮唑）等作活菌染色细菌染色法细菌染色法A A 简单染色简单染色：常用来观察细菌的形态、大小和排列方式。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用一种染液染色菌体。一般菌体被染上染料的颜色。B B 复合染色法复合染色法：两种染料染色，以区别细菌的革兰氏染色两种染料染色，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。反应或抗酸性反应，或将菌体和某一结构染成不同颜色。常用的染色法有：常用的染色法有：C 复合染色之革兰氏染色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。革兰氏染色的机制有以下两点：革兰氏染色的机制有以下两点：(1)(1)革兰氏染色与等电点的关系革兰氏染色与等电点的关系 G+G+菌的等电点低于菌的等电点低于G-G-菌，所带负电荷更多，因此，菌，所带负电荷更多，因此，它与结晶紫的结合力较大，不易被乙醇脱色。它与结晶紫的结合力较大，不易被乙醇脱色。(2)(2)革兰氏染色与细胞壁的关系革兰氏染色与细胞壁的关系 G+G+的细胞壁脂类少，肽聚糖多，的细胞壁脂类少，肽聚糖多，G-G-则相反，故乙醇则相反，故乙醇容易进入容易进入G-G-细胞，进行脱色。细胞，进行脱色。3.细菌悬液的稳定性两种状态：稳定两种状态：稳定S型，不稳定型，不稳定R型。型。S型菌均匀分布于培养基中，不发生凝聚，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；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。型很容易发生凝聚而沉淀在瓶底。菌悬液稳定性与水处理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；效果与细菌悬液的稳定性密切相关；使活性污泥中粗糙型使活性污泥中粗糙型(R型型)细菌数量占优细菌数量占优势或采取投加强电解质等方式改善活性污泥势或采取投加强电解质等方式改善活性污泥的沉淀效果的沉淀效果