环境工程微生物学幻灯片

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1、第二章 原核微生物,草履虫,1 细菌 1.1 细菌的形态与大小,球状,球菌细胞个体呈球形或椭圆形，不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式，常被作为分类依据。分有：单球菌、双球菌（肺炎球菌）、四联球菌、八叠球菌（甲烷球菌）、链球菌、葡萄球菌。,双球菌,四联球菌,八叠球菌,链球菌,葡萄球菌,杆状,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。 分有：单杆菌、双杆菌和链杆菌。,单杆菌,双杆菌,链杆菌,球杆菌,炭疽病的病原菌 -炭疽杆菌,螺旋菌,螺旋菌呈螺旋卷曲状，螺纹不满一圈的称为弧菌。,弧菌,螺旋菌,螺旋体菌,弧菌：菌体只有一个弯曲，其程

2、度不足一圈， 形似“C”字或逗号，鞭毛偏端生。,蛭弧菌,霍乱弧菌,螺旋菌：,菌体回转如螺旋，螺 旋数目和螺距大小因 种而异。鞭毛二端生 细胞壁坚韧，菌体较 硬。,细菌的大小,细菌的大小测量单位是m,大小的测量方法,显微镜测微尺,显微照相后根据放大倍数进行测算,细菌的大小以微米（m）计。 多数球菌的大小（直径）为0.52.0 m； 杆菌（长宽）为（15）（0.51.0）m； 螺旋菌（宽度弯曲长度）为（0.251.7）（260）m；,另外，细菌的大小与个体的发育情况有关，刚分裂的新细菌小，随发育逐渐变大，老化后又变小。,鞭毛,菌毛,芽孢,微荚膜,荚膜,粘液层,糖被,特殊构造,细胞壁,细胞膜,间体,

3、核区,内含物,一般构造,细菌细胞的模式构造,1.2细菌细胞的结构,核糖体,细胞质,细胞壁,细菌细胞壁（cell wall）是位于细胞最外的一层（一般结构）厚实、坚韧的外被，主要成分为肽聚糖。细菌细胞壁可用电子显微镜直接观察细菌的超薄切片。细菌细胞壁绝大多数以肽聚糖为基本成分，但不同细菌，细胞壁在结构和成分上各有自己的特点。,革兰氏染色,1884年，丹麦医生C.Gram发明,程序：（1）初染（结晶紫30S） （2）媒染剂（碘液30S） （3）脱色（95%乙醇1020S） （4）复染（蕃红30 60S）,结果判断： 菌体呈紫色的为革兰氏阳性菌（G+）,菌体呈红色的为革兰氏阴性菌（G-）,A,B,B

4、,B,A,B,A,A,（1）初染（结晶紫30S）,革兰氏染色程序和结果,（1）初染（结晶紫30S） （2）媒染剂（碘液30S） （3）脱色（95%乙醇1020S） （4）复染（蕃红30 60S）,A,B,B,B,A,B,A,A,革兰氏染色程序和结果,（2）媒染剂（碘液30S）,（1）初染（结晶紫30S） （2）媒染剂（碘液30S） （3）脱色（95%乙醇1020S） （4）复染（蕃红30 60S）,A,B,B,B,A,B,A,A,革兰氏染色程序和结果,（3）脱色（95%乙醇1020S）,（1）初染（结晶紫30S） （2）媒染剂（碘液30S） （3）脱色（95%乙醇10-20S） （4）复染（蕃

5、红30 60S）,A,B,B,B,A,B,A,A,革兰氏染色程序和结果,（4）复染（蕃红30 60S）,A：革兰氏阳性细菌G+,B：革兰氏 阴性细菌G,（1）初染（结晶紫30S） （2）媒染剂（碘液30S） （3）脱色（95%乙醇1020S） （4）复染（蕃红30 60S）,G+细菌与G细菌细胞壁构造的比较,G,细胞壁的结构 （ G+细菌与G细菌细胞壁构造的比较）,革兰氏阳性细菌（G+）,革兰氏阴性细菌（G）,肽聚糖,肽聚糖,外膜,为什么通过革兰氏染色G+呈兰色，G-呈红色？,脱色剂-95%乙醇为脂溶剂破坏G的外膜、肽聚糖层和细胞质膜，于是被乙醇溶解的结晶紫和碘的复合物从细胞中渗漏出来，当再用

6、藩红复染时，显现红色。 但在G+细胞中，乙醇使厚的肽聚糖层脱水，导致孔隙变小，由于结晶紫和碘的复合物分子较大，不能通过细胞壁，保持紫色。,细菌细胞壁功能：,1.保护原生质体免受渗透压引起的破裂作用； 2.维持细菌的形态。溶菌酶处理不同形态的菌体细胞壁后，菌体均呈球状。 3.细胞壁为多孔结构的分子筛，可以阻挡某些分子的进入。 4.细胞壁为鞭毛提供支点，使鞭毛运动。,细胞质膜,主要由磷脂双分子层和蛋白质构成。,磷 脂 分子,水 溶 性 甘 油 和 磷 酸,难 溶 于 水 的 脂 肪 酸,细胞质膜的超薄切片电镜照片（标尺：0.2m）,细胞膜的生理功能：,是维持细胞内正常渗透压的屏障；选择性地控制细胞

7、内、外的营养物质和代谢产物的运送； 含有合成细胞壁和形成横膈膜组分的酶，合成细胞壁重要基地； 膜内陷形成中间体，含有细胞色素，参与呼吸作用。 膜上含有进行能量代谢的酶系，在细胞质膜上进行物质代谢和能量代谢，是细胞的产能场所； 细胞质膜上有鞭毛基粒，是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位,细胞质和内含物 细胞质,细胞质（cytoplasm）是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。含水量约80%。 细胞质的主要成分为核糖体、内含颗粒、拟核、多种酶类和中间代谢物、各种营养物等。,细胞质内含物 核糖体,核糖体是细胞质中的一种核糖、核蛋白的颗粒状物质 由核糖核酸RNA(60%)和

8、蛋白质(40%)组成，常以游离状态或多聚核糖状态分布于细胞质中。它是蛋白质的合成场所。,细胞质内含物 内含颗粒,贮藏物是一类由不同化学成分累积而成的不溶性沉淀颗粒。当细菌生长到成熟阶段，因营养过剩而形成。主要功能是贮存营养物。,异染粒 因其可用蓝色的染料（甲苯胺蓝或甲烯蓝）染成紫红色 颗粒大小为0.51.0m，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，在老龄细菌中，异染粒常被用作碳源和磷源。,聚-羟丁酸 为脂溶性物质，不溶于水。很容易被脂溶性染料苏丹黑着染，在光学显微镜下清晰可见。 当缺乏营养时，被用作碳源和磷源。,硫粒 一些硫化菌如：贝日阿托氏菌可以利用H2

9、S作为能源， 氧化为硫粒积累在菌体，当缺乏营养时，氧化体内硫粒为SO42-,从中获得能量。 硫粒具有很好的折光性，在光学显微镜下可轻松看到。,肝糖和淀粉粒 均可用碘染色，前者为红褐色，后者为蓝色，二者可作为碳源和能源。,气泡（gas vocuole）,许多光合营养型、无鞭毛运动的水生细菌中存在的充 满气体的泡囊状内含物，大小为0.21.0m75nm， 内由数排柱形小空泡组成，外有2nm厚的蛋白质膜包 裹。,功能：调节细胞比重以使细胞漂浮在最适水层中获取光能、O2和营养物质,通常，一种菌含有一种或两种内含颗粒。,拟核,原核生物所特有的、无核膜结构、无固定形态的原始细胞核。没有核膜和核仁。 它由D

10、NA高度折叠组成。例如：大肠杆菌体长为12微米，但其DNA长度为1100微米，等于菌体的1000倍，由于高度折叠而只占菌体的很小一部分。 拟核携带着细菌的全部遗传信息，其功能就是： 决定着细菌的遗传性状和传递遗传信息，是重要的遗传物质。,拟核,细菌的染色体和质粒,染色体,质粒,间体,是质膜向内延伸的膜结构，它是一种由细胞膜内褶 而形成的囊状构造，其内充满着层状或管状的泡囊。 功能（不完全清楚），推测可能有如下一些功能： 相当于真核细胞的线粒体； 相当于真核细胞的内质网 与细胞壁的合成有关； 可能与核分裂有关。 但近年来，有的学者提出不同观点，认为间体只是电 镜制片时因脱水操作而引起的一种假象。

11、,细菌细胞的特殊结构,荚膜：有些细菌在细胞壁外面存在被外多糖。如果具有较好结构也不易洗掉，称为荚膜；如果薄并且容易消失称为粘液层。 荚膜的成分一般为多糖，少数是蛋白质或多肽，也有多糖与多肽复合型。,荚膜、粘液层、菌胶团、衣鞘,荚膜的化学组成： 含水率在9098，其他有机组分为多糖或多肽。 多数：水+多糖 少数：水+多肽 正是由于含水很多，荚膜很难在显微镜下被清晰观察到。但又很难被染料着色，为了观察清楚，人们想出了一个好办法。,负染色法又称衬托法,1.先染菌体。 2.再将背景染成黑色。 在菌体及背景的衬托下，二者之间会出现透明区，就是荚膜，在显微镜下清晰可见。,荚膜的功能： 1.具有荚膜的S-型

12、肺炎链球菌毒力强，有助于侵入人体。 2.具有保护功能。免受噬菌体的吞噬；免受干燥影响。 3.当缺乏营养时，可作为碳源和能源，有的可作氮源。 4.具有生物吸附作用。在污水生物处理中可将水中的有机物吸附到菌体上。,粘液层,有些细菌不产生荚膜，仍分泌粘液的多糖，其疏松的粘附在菌体细胞壁表面上，与外界没有明显的边缘。 在污水处理中也有一定的生物吸附功能。,菌胶团,有些细菌由于遗传特性，细菌按一定的方式互相粘结在一起，并被一个公共的荚膜包围形成一定形状的细菌集团，称作菌胶团。 形状有：蘑菇形、分支状、球形等。见课本P30图1.2-6。 在污水处理中也有一定的生物吸附功能。,细菌的特殊结构 特殊的休眠构造

13、芽孢,某些细菌在其生长发育后期或遇到不良环境时，在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体，称为芽孢（spore，偶译“内生孢子”）。 所有的芽孢都可以抵挡外界不良环境。它是抵挡外界不良环境的休眠体。,枯草杆菌芽孢的超薄切片电镜照片（标尺：0.2m）,左：端位；中：近端位；右：中央位,细菌芽孢的各种类型,细菌芽孢的特点,整个生物界中抗逆性最强的生命体，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。,芽孢是细菌的休眠体，在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞,产芽孢的细菌多为杆菌，也有一些球菌。芽孢的有无、形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标。,芽孢与

14、营养细胞相比化学组成存在较大差异，容易在光学显微镜下观察。,芽孢的抵抗机制,芽孢与母细胞相比不论化学组成、细微结构、生理功能等方面都完全不同。 1.含水率低，3840。 （细菌平均含水率在7090。） 2.芽孢壁厚而致密。分为三层，外层为蛋白质性质，中层为皮层，由肽聚糖构成。内层为孢子壁，肽聚糖构成。芽孢萌发时，孢子壁形成细胞壁。 3.含有耐热性的2，6吡啶二羧酸。 芽孢变成细胞时， 2，6吡啶二羧酸消失。 4.含有耐热性的酶。,由于芽孢具有上述本领，可以对不良环境：高温、干燥、光线、化学药物有很强的抵抗力。例如： 细菌的营养细胞在7080时10min就会死亡，可芽孢在120140时可生存几个

15、小时。,原因是它们除了染色体之外，还在进化过程中获得了额外的遗传物质。在炭疽芽孢杆菌中，那是两种不同的质粒。 其中一种决定炭疽芽孢杆菌可以产生荚膜。细菌有了荚膜，就可以抵抗动物身体内白细胞的吞噬。所以，炭疽芽孢杆菌在动物的身体内，才能生长得那么快；动物死亡的时候，它们的器官和血液里几乎充满了这种细菌，也才能造成那样严重的污染。 另一种决定这种细菌产生两种毒素。一种叫致死因子，另一种叫水肿因子。这可能是最厉害的细菌毒素，只要有一个分子进入细胞，就能使细胞破裂死亡。正由于这些毒素，食草动物感染炭疽后，才会那么快死亡；也由于毒素破坏了血管的细胞，才会那么严重的出血，把细菌带出体外，造成无法收拾的污染。,鞭毛 螺旋丝 一般构造： 钩型鞘 基体,外膜,外膜,细胞质膜,细胞质膜,细胞质膜,肽聚糖,肽聚糖,钩型鞘,螺旋丝,L-环,P-环,G+细菌鞭毛,G细菌鞭毛,特殊结构,S-环,M-环,细胞壁结构,细胞膜功能,细胞壁功能,偏端单生,两端单生,周生鞭毛,如：荧光假单胞,如：鼠咬热螺旋体,偏端丛生,如：丁香假单胞,两端丛生,如：红色螺菌,如：大肠杆菌,5）鞭毛（特殊结构）,根据鞭毛的数量和排列情况， 细菌分为以下五种类型：,运动,鞭毛生理功能,运动方式：旋转,菌毛,菌毛又称纤毛、伞毛、线毛或须毛，是一种长在细