环境工程微生物学概述.pptx

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1、0.1 微生物与环境工程微生物对人类生存环境的影响n是宝贵的自然资源；是生物多样性的重要成员；n是环境中有机物的主要分解者；n是参与环境污染物综合利用，变废为宝的积极分子；n某些微生物及微生物代谢产物可污染环境，危害人体健康；n在特定的环境中可产生大量的CO2等温室气体，有可能有助于大气温室效应。第1页/共78页0.1 微生物与环境工程 容易发生变异 能在极端环境中生存 经济、高效第2页/共78页0.2 课程研究对象与任务n研究对象1 微生物的形态、细胞结构及功能，微生物的营养、呼吸、物质代谢、生长繁殖、遗传与变异等基础知识。2 栖息在水体、土壤等环境中的微生物及其生态3 自然环境物质循环与转

2、化4 污染水体、污染土壤等修复工程的净化原理第3页/共78页0.2 课程研究对象与任务n研究任务1 微生物在自然环境中存在的基本状况及活动规律。2 微生物对化学污染物及其他有利影响。第4页/共78页0.3 微生物的概述 微生物（microorganisms）是肉眼看不见的，必须在电子显微镜或光学显微镜下才能看见的微小生物的统称。第5页/共78页 小 m级：光镜可见级：光镜可见nm级：电镜可见级：电镜可见形体微小形体微小第6页/共78页The white bar above represents 10 microns(0.01mm).Below are some organisms and ce

3、lls drawn to approximate scale.virus(0.05 to 0.1 microns)bacteria(0.5 to 1.5 microns)red blood cell(5 microns)lymphocyte(5 to 8 microns)human sperm(60 microns)第7页/共78页简简n单细胞单细胞n简单多细胞简单多细胞n非细胞结构非细胞结构结构简单第8页/共78页0.3 微生物的概述 原核微生物，（细菌）细胞型微生物 真核微生物，（酵母菌）非细胞型微生物，（病毒）第9页/共78页0.3 微生物的概述 界、门、纲、目、科、属、种魏泰克 生物五

4、界分类系统：原核生物界(细菌、放线菌、蓝绿菌)真核原生生物界(蓝藻以外的藻类及原生动物)真菌界(酵母菌、霉菌)动物界植物界第10页/共78页王大耜 生物六界分类系统非细胞结构生物 病毒界原核细胞生物原核生物界蓝藻门（蓝绿细菌）细菌门真菌界动物界植物界酵母菌真核原生生物界原生动物真核藻类霉菌微型后生动物高低等动物低等植物高等植物细胞结构生物第11页/共78页0.3 微生物的概述 生物学中的二名法：属名种名（斜体拉丁文）名词，首字母大写 形容词，首字母小写第12页/共78页0.3 微生物的概述 A 个体极小 B 分布极广，种类繁多 C 繁殖快 D 易变异第13页/共78页第一章 原核微生物第一节

5、细 菌第14页/共78页1.1 细菌（bacteria）球状 杆状 螺旋状第15页/共78页1.1 细菌（bacteria）单球菌 双球菌 1.球菌 链球菌 四联球菌 八叠球菌 葡萄球菌新细胞的排列方式可作为分类鉴定的依据。第16页/共78页1.1 细菌（bacteria）单杆菌 2.杆菌 双杆菌 链杆菌其排列方式不可作为分类鉴定的依据。第17页/共78页1.1 细菌（bacteria）弧菌 3.螺旋菌 螺旋菌螺距、螺数因菌种而异，可作为分类鉴定依据。4.丝状菌第18页/共78页1.1 细菌（bacteria）n单位：m 球菌：用直径表示，0.52.0 n表示方法 杆菌：宽长，(0.51.0)

6、(15)螺旋菌：宽长，(0.251.7)(260)n影响细菌大小的因素：菌龄、环境渗透压、代谢产物的积累、pH等第19页/共78页菌 名 直径或宽长度(m)乳链球菌(Streptococcus lactis)0.51金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)0.8 1最大八叠球菌(Sarcina maxima)4 4.5大肠杆菌(Escherichia coli)0.5 （1 3）伤寒沙门氏菌(Salmonella typhi)（0.6 0.7）（2 3）枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)（0.8 1.2）（1.2 3）炭疽芽孢杆菌(Bacillus anth

7、racis)（1 1.5）（4 8）德氏乳细菌(Lactobacterium delbruckii)（0.4 0.7）（2.8 7）表表1.1 1.1 一些细菌的大小一些细菌的大小第20页/共78页n基本结构：细胞壁、细胞膜、细胞质和原核，为所有细菌细胞所共有 n特殊结构：如荚膜、鞭毛、菌毛、芽孢和胞囊等，这些结构只在某些细菌种类中发现，具有某些特定功能 第21页/共78页cell wall）1.概念及其生理功能 固定外形和保护细胞 屏障作用，阻碍某些分子进入 为鞭毛提供力学支点第22页/共78页2.细胞壁的化学组成与结构nG 细胞壁厚（2080nm）化学组成：a 肽聚糖b 磷壁酸teicho

8、ic acidc 少量蛋白质和脂肪 第23页/共78页肽聚糖单体组分：NAG，NAM，四肽链第24页/共78页图3-10 细胞壁的结构 Gram positive bacterial cell wall structure diagram 第25页/共78页nG 细胞壁较薄（10nm）外层：脂多糖 外壁层 中层：磷脂层 内层：脂蛋白 内壁层：肽聚糖（10）第26页/共78页表1.2 G和G细胞壁的主要区别第27页/共78页 1.细胞质膜n化学组成 (a)脂类(3040):主要为甘油磷脂 (b)蛋白质(6070%)外周蛋白，存在于膜内或外表面，水溶性蛋白，内嵌蛋白，镶嵌在磷脂双层中，多为非水溶性

9、 (c)多糖（2）第28页/共78页1.细胞质膜（protoplasmic membrane）n细胞质膜的结构 第29页/共78页1.细胞质膜（protoplasmic membrane）n细胞膜的生理功能 a.渗透酶（载体蛋白）：控制细胞内外的物质运送、交换，维持正常渗透压的屏障作用。b.合成酶：在膜上合成细胞壁。c.呼吸酶：进行呼吸作用。d.ATP合成酶：进行物质代谢和能量代谢。e.细胞膜上有鞭毛基粒，鞭毛由此长出，即为鞭毛提供附着点。第30页/共78页 2.细胞质及内含物n细胞质(cytoplasm)，又称原生质，是在细胞质膜内除核物质以外的无色透明、粘稠的复杂胶体。特点 幼龄菌：富含R

10、NA，嗜碱性强，着色均匀 老龄菌：RNA少，着色不均匀n可通过染色均匀与否来判断细菌的生长阶段。可通过染色均匀与否来判断细菌的生长阶段。第31页/共78页2.细胞质及内含物 (1)核糖体(ribosome)合成蛋白质的部位合成蛋白质的部位，由RNA和蛋白质组成。原核微生物：是分散在细胞质中的亚微颗粒 真核微生物：可游离状，也可结合于内质网上 (2)气泡(gas vesicle)指某些水生细菌如蓝细菌、不放氧的光合细菌和盐细菌内贮存气体的特殊结构。能使细胞保持浮力，有助于调节并使细菌生活在最佳水层位置，以利于获得氧气、光和营养等。第32页/共78页protoplasm）(3)内含物(cytopl

11、asmic inclusions)n异染粒 嗜碱性或嗜中性较强。缺营养时被用作C和P源。n聚羟基丁酸(PHB)是一种碳源和能源贮藏物。缺营养时被用作C和P源。n硫粒 某些氧化硫的细菌细胞内可积累硫粒，硫细菌在外界缺H2S时，利用硫粒取得能量。n肝糖和淀粉粒 都是碳源贮藏物。第33页/共78页内含物 硫粒 PHB第34页/共78页3.拟核(nucleoid)n细菌无核膜和核仁，故称原始核或拟核。n细菌的原核只有一个染色体，主要含具有遗传特征的脱氧核糖核酸(DNA)。少量 RNA 和蛋白质。n 染色体是由双螺旋的大分子链高度折叠缠绕构成，一般呈环形结构，总长度为0.25mm3mm。n功能：决定遗传

12、性状和传递遗传信息。第35页/共78页1.荚膜和粘液层荚膜和粘液层n荚膜：分泌物质粘滞性较大，相对稳定地附着在细胞壁外，具一定外形，称为荚膜或大荚膜(macrocapsule)。n微荚膜(microcapsule)：厚度在 200nm 以下，它与细胞表面结合较紧，用光学显微镜不易观察到。微荚膜易被胰蛋白酶消化。n粘液层(slime layer)：比较疏松，无明显形状，悬浮在基质中更易溶解，并能增加培养基粘度。荚膜是分类特征之一荚膜是分类特征之一 产荚膜的细菌菌落光滑透明光滑型(S型)菌落 不产荚膜的菌落表面粗糙粗糙型(R型)菌落第36页/共78页1.荚膜和粘液层荚膜和粘液层n化学组成 H2O（

13、9098）多糖或多肽n功能 a 具有保护功能 b 有助于细菌的侵染力 c 可作为能源 d 有吸附作用负染色法负染色法第37页/共78页 2.菌胶团菌胶团(zoogloea)指多个细菌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。3.衣鞘衣鞘(sheath)指水生环境中的一些丝状菌体表面的粘液层或荚膜硬质化，而形成一个透明坚韧的空壳。第38页/共78页spore)1.概念：芽孢是某些细菌在其生长的某个阶段或遇到外界不良环境时，在其细胞内形成一个圆形、椭圆形或圆锥形的休眠体，其对环境具有较强的抵抗力。n根据芽孢的位置、形状和大小，可作为细菌的分类鉴定依据之一。第39页/

14、共78页 2.芽孢类型a 位于细胞中央，直径大于细胞直径，孢子囊呈梭状，如梭状芽孢杆菌；b 位于细胞顶端，直径大于细胞直径，呈鼓槌状，如破伤风杆菌；c 位于细胞中间，直径小于细胞直径，如枯草芽孢杆菌。第40页/共78页3.芽孢的特点 a 含水率低，3840 b 芽孢壁厚而致密 c DPA含量高，具有耐热性 d 含有耐热性酶n芽孢没有繁殖意义，仅仅是芽孢细菌生活史中的一环，是细菌的休眠体。第41页/共78页flagella)1.概念：是一条由细胞质膜上的鞭毛基粒长出，穿过细胞壁伸向体外的纤细的波浪状的丝状物。2.化学组成 蛋白质，少量的多糖或多肽第42页/共78页3.分类 一端生鞭毛：菌体的一端

15、只生一根鞭毛，如霍乱弧菌 两端生鞭毛：菌体两端各具一根鞭毛，如鼠咬热螺旋体 丛生鞭毛：菌体一端生一束鞭毛，如铜绿假单胞菌；菌体两端各具一束鞭毛，如红色螺菌 周生鞭毛：周身都有鞭毛，如大肠杆菌、枯草杆菌等。根据着生部位、数目和排列，鞭毛可作为细菌分类的依据。第43页/共78页(a)周生鞭毛 (b)极生鞭毛 (c)丛生鞭毛第44页/共78页 菌落特征n菌落：是由一个细菌繁殖起来的，由无数细菌组成的具有一定形态特征的细菌集团。n培养方法：采用稀释平板法或平板划线法将呈单个细胞的细菌接种在固体培养基上，给予一定的培养条件，细菌就可在固体培养基上迅速生长繁殖形成一个菌落。第45页/共78页 表面特征：光

16、滑or粗糙、干燥or湿润 边缘特征：圆形、锯齿状等 纵剖面特征：平坦、扁平、隆起等 菌落特征可作为细菌分类鉴定的依据之一。Eg:肺炎链球菌：具荚膜，表面光滑、湿润粘稠 枯草芽孢杆菌：无荚膜，表面粗糙、皱褶、平坦 蕈状芽孢杆菌：表面粗糙、边缘有毛状凸起并卷曲 浮游球衣菌：平坦、透明、边缘呈卷曲毛发状第46页/共78页细菌菌落特征 正面观：1.扁平 2.隆起 3.低凸起 4.高凸起 5.脐状 6.草帽状 7.乳头状表面结构、形态及边缘：8.圆形、边缘完整 9.不规则、边缘波浪 10.不规则、颗粒状、边缘叶状 11.规划、放射状、边缘呈叶状 12.规则、边缘呈扇边状 13.规则、边缘呈齿状 14.规

17、则、有同心环、边缘完整 15.不规则、似毛毯状 16.规则、似菌丝状 17.不 规则、卷发状、边缘波状 18.不规则、呈丝状 19.不规则、根状第47页/共78页 采用穿刺接种法培养细菌，可形成不同形态的溶菌区。均匀一致的浑浊液 形成沉淀 形成菌膜漂浮在液面 产生气泡、酸、碱和色素等第48页/共78页细菌在明胶培养基中的培养特征细菌在明胶培养基中的培养特征第49页/共78页细菌在液体培养基中的培养特征第50页/共78页 1.根据细菌的生长状态判断其呼吸类型 培养基表面及穿刺线上部生长：好氧菌 沿穿刺线自上而下生长：兼性厌氧菌 在穿刺下部生长：厌氧菌 2.根据细菌的生长状态判断有无鞭毛 只沿穿刺

18、线生长：无鞭毛，不运动的细菌 穿透培养基扩散生长：有鞭毛，运动的细菌第51页/共78页n等电点：指在某一定pH溶液中，氨基酸所带的正电荷和负电荷相等时的pH值。n 氨基酸 蛋白质 细菌也具有两性电解质的性质 G pH等23n细菌等电点 G pH等45 pH25 G不稳定菌 pH等34 偏碱性 pH7n细菌所处 中性 pH7 高于细菌的等电点 培养基 偏酸性 pH67 故细菌表面总是带负电荷故细菌表面总是带负电荷 第52页/共78页 1.染色原因 细菌菌体无色透明，染色以增加菌体与背景的反差，便于观察。2.染色原理 细菌在培养状态下总带负电荷，故可用带正电荷的碱性染料染色。3.染色方法 简单染色

19、法 复合染色法第53页/共78页4.革兰氏染色法革兰氏染色法鉴别染色法鉴别染色法C.Gram（革兰）于革兰）于1884年发明的一种鉴别不同类年发明的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。型细菌的染色方法。第54页/共78页v 用草酸铵结晶紫染色用草酸铵结晶紫染色1min，水洗水洗v I2KI溶液媒染溶液媒染1min，倾去余溶液倾去余溶液v 用乙醇或丙酮冲洗进行脱色。在经历脱色后用乙醇或丙酮冲洗进行脱色。在经历脱色后 仍将结晶紫保留在细胞内的为革兰氏阳性细仍将结晶紫保留在细胞内的为革兰氏阳性细 菌，而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉，细菌，而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉，细 胞呈无色。胞呈无色。v 用蕃红

20、染液复染用蕃红染液复染1min，进行镜检。进行镜检。原来无色的原来无色的 革兰氏阴性细菌最后呈现革兰氏阴性细菌最后呈现红色，而革兰氏阳性细菌继续保持深紫色红色，而革兰氏阳性细菌继续保持深紫色v 将细菌均匀涂布在载玻片上并固定将细菌均匀涂布在载玻片上并固定第55页/共78页第56页/共78页 5.革兰氏染色机制 (1)与细菌等电点有关23 pH等(G+)pH等(G)=45 G+带的负电荷比G多，结合力大用I2KI媒染后，等电点都下降，G+等电点下降的多与草酸铵结晶紫结合的更牢固，对脱色剂的抵抗力更强 第57页/共78页 5.革兰氏染色机制 (2)与细胞壁有关G+脂类含脂类含量低量低(14%)乙醇

21、既是脱色乙醇既是脱色剂又是脱水剂剂又是脱水剂肽聚糖脱水，细胞壁孔径缩小，其通透性降低G脂类含量高(4090%)脂类物质被乙醇溶解，增加细胞壁的孔径和通透性第58页/共78页 S型细菌：悬液稳定，不发生凝聚 R型细菌：不稳定，易凝聚而沉淀，培养基很清n应用：废水生物处理中的二沉池，应使其中的R型菌数量占优势，以取得较好的沉淀效果第59页/共78页 测定方法：目力比浊法、光电比色计、比浊计等 目的：略知细菌数(包括活菌和死菌)细菌细胞质是多相胶体，在各相中进行各自的生化反应，因此，在一个细菌体内可同时进行多种生化反应。第60页/共78页 细菌体积小，但有巨大的比表面积，这有利于细菌吸附和吸收营养物

22、，有利于排泄代谢产物，使细菌快速生长繁殖。1.071.19(1.09)(H2O)m110911010mg/个第61页/共78页第一章 原核微生物第二节 古 菌第62页/共78页1.2 古菌(Archaea)1.形态：细胞很薄，扁平 2.细胞结构：大多不含二氨基庚二酸和胞壁酸，主要是脂蛋白，蛋白质是酸性 3.代谢：多样性 4.呼吸类型：多为严格厌氧、兼性厌氧，还有专性好氧 5.繁殖速度：较慢，进化速度也比细菌慢 6.生活习性：大多生活在极端环境第63页/共78页n根据生活习性和生理功能 产甲烷菌 嗜热嗜酸菌 极端嗜盐菌n伯杰氏系统细菌分类手册 产甲烷菌 古生硫酸盐还原菌 极端嗜盐菌 无细胞壁古生

23、菌 极端嗜热硫代谢菌第64页/共78页 专性厌氧菌1.产甲烷菌的细胞结构 细胞封套、细胞质膜、原生质、核质细胞封套、细胞质膜、原生质、核质n 细胞封套有四种(a)大多数的G产甲烷菌 一层：不含胞壁质(二氨基庚二酸or胞壁酸)厚度1020nm，如甲烷杆菌属 巴氏甲烷八叠球菌，200nm 三层：由内、中、外三层组成，厚2030nm。外层在细胞分裂横隔形成时消失。如胃瘤甲烷短杆菌(b)G的炽热高温甲烷菌的细胞壁外有一层六角形的蛋白质亚基(S层)覆盖。(c)G产甲烷菌不具有球囊多聚物或外膜，只有一层六角形或四角形的，由蛋白质亚基或糖蛋白亚基的S层。(d)甲烷螺菌的细胞质膜外只有一层由蛋白纤维组成的鞘包

24、裹几个细胞，其厚为10nm。第65页/共78页2.产甲烷菌的培养方法 液体深层培养法、抽真空培养法、去氧培养法、厌氧培养法第66页/共78页特点n专性嗜热，最适生长温度70 105nGn形状：杆状、球状、丝状n呼吸类型：好氧、兼性厌氧、严格厌氧n营养类型：自养或异养生长n多数为硫代谢菌第67页/共78页 1.栖息在高盐环境 2.形态：杆状、链状、球状 3.G或G 4.呼吸类型：好氧或兼性厌氧 5.pH：嗜中性或碱性(5.58.0)，pH最适7.27.4 6.温度：嗜中温或轻度嗜热(3055)，T最适37 7.组分：细胞壁主要含脂蛋白(无二氨基庚二酸和胞壁酸)8.营养类型：化能异养 9.含类胡萝

25、卜素和菌红素，菌体呈红、紫、橘红色和黄色第68页/共78页第一章 原核微生物第三节 放线菌第69页/共78页放线菌的特点t单细胞，大多由分枝发达的菌丝组成t多数为腐生菌，少数为寄生菌t菌丝直径与杆菌类似，约1mmt革兰氏染色阳性（除枝动菌属）t细胞的结构与细菌基本相同第70页/共78页第71页/共78页n链霉菌的菌落：干燥、小、密；不易挑起或整个菌落被挑起而不致破碎。n诺卡氏菌的菌落：因其一般只有基内菌丝，结构松散，粘着力差，结构呈粉质状，用针挑起则易粉碎 过程：分生孢子的萌发、菌丝的生长、发育和繁殖方式：分生孢子、孢囊孢子、一段营养菌丝 第72页/共78页 放线菌的生活史第73页/共78页1

26、.4 蓝细菌(Crynobacteria)1.蓝细菌细胞结构简单，只具原始核，无核膜和核仁，只有染色质，只具叶绿素，没有叶绿体。2.蓝细菌含多种色素：叶绿素a、脂环族类胡萝卜素、藻胆素、藻胆蛋白体。呈蓝、绿、红等颜色。3.许多蓝细菌的细胞质中存在气泡 4.蓝细菌没有鞭毛，借助于粘液在固体基质表面滑行。5.蓝细菌是光能自养型生物 6.分布：淡水、海水、潮湿土壤、树皮、岩石 7.应用：水体自净作用；可作水体富营养化的指示生物第74页/共78页1.4 蓝细菌(Crynobacteria)1.色球藻纲 单细胞个体或群体，繁殖方式：二分裂 色球藻属、微囊藻属微囊藻属、腔球藻属腔球藻属、管孢藻属、皮果藻属

27、 2.藻殖段纲 藻体为丝状体 颤藻属、念珠藻属、筒孢藻属、胶须藻属、鱼腥藻鱼腥藻属属、单歧藻属第75页/共78页1.5 螺旋体n大小:(0.10.5)m(320)mn运动：无鞭毛，靠轴丝的收缩而运动。n繁殖方式：纵裂n营养类型：腐生或寄生n属种：不致病：螺旋体属、脊螺旋体属 致病：密螺旋体属、疏螺旋体属、钩端螺旋体属第76页/共78页1.6 立克次氏体和衣原体、支原体特性特性立克次氏体立克次氏体衣原体衣原体支原体支原体细菌细菌病毒病毒大小大小(m)(0.30.6)(0.82.0)0.21.50.10.30.52.00.2形状形状短杆状、球状、丝短杆状、球状、丝状状球形球形球状、梨状、球状、梨状

28、、分支状、丝状分支状、丝状球形、杆形、球形、杆形、螺旋形螺旋形球形、卵圆形、球形、卵圆形、砖形、杆形等砖形、杆形等细胞壁细胞壁与细菌相似与细菌相似与细菌相似与细菌相似无无坚韧坚韧无无核酸种类核酸种类DNA&RNADNA&RNADNA&RNADNA&RNADNA或或RNA繁殖方式繁殖方式二分裂二分裂二分裂二分裂二分裂二分裂or出出芽芽二分裂二分裂复制复制Gram染染色色GGGG或或 G过滤性过滤性否否能能能能否否能能对抗菌素对抗菌素敏感敏感敏感敏感敏感敏感(除青霉素除青霉素)敏感敏感不敏感不敏感培养方式培养方式宿主细胞宿主细胞宿主细胞宿主细胞人工培养基人工培养基人工培养基人工培养基宿主细胞宿主细胞病例病例斑疹伤寒斑疹伤寒沙眼沙眼第77页/共78页感谢您的观看。感谢您的观看。第78页/共78页