原核微生物新课件

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1、污染控制微生物学污染控制微生物学污染控制微生物学污染控制微生物学陈志强陈志强原核微生物新原核微生物新2 2 2 2 原核微生物原核微生物原核微生物原核微生物原核微生物新原核微生物新 原核微生物主要指细菌、放线菌和蓝细菌，原核微生物主要指细菌、放线菌和蓝细菌，这些微生物也与污染控制工程关系密切。这些微生物也与污染控制工程关系密切。原核微生物新原核微生物新2.1 2.1 2.1 2.1 细菌细菌细菌细菌原核微生物新原核微生物新细菌细菌是大家比较是大家比较是大家比较是大家比较熟悉的名字，因为熟悉的名字，因为熟悉的名字，因为熟悉的名字，因为有很多疾病是它们有很多疾病是它们有很多疾病是它们有很多疾病是它

2、们引起的，如引起的，如引起的，如引起的，如鼠疫鼠疫鼠疫鼠疫杆杆杆杆菌、菌、菌、菌、霍乱霍乱霍乱霍乱弧菌、破弧菌、破弧菌、破弧菌、破伤风杆菌、肺炎双伤风杆菌、肺炎双伤风杆菌、肺炎双伤风杆菌、肺炎双球菌等致病菌对人球菌等致病菌对人球菌等致病菌对人球菌等致病菌对人类有害；那些腐败类有害；那些腐败类有害；那些腐败类有害；那些腐败菌常引起食物和工菌常引起食物和工菌常引起食物和工菌常引起食物和工农业产品腐烂变质，农业产品腐烂变质，农业产品腐烂变质，农业产品腐烂变质，并散发出特殊的臭并散发出特殊的臭并散发出特殊的臭并散发出特殊的臭味或酸败味。味或酸败味。味或酸败味。味或酸败味。鼠疫杆菌鼠疫杆菌原核微生物新原

3、核微生物新 大多数细菌是和人类和平共处的，对人类大多数细菌是和人类和平共处的，对人类不仅无害而且有益，能给人类带来很大好处。不仅无害而且有益，能给人类带来很大好处。例如：人们利用谷氨酸棒杆菌制造食用味精，例如：人们利用谷氨酸棒杆菌制造食用味精，用乳酸菌生产酸奶，用苏云金杆菌生产杀虫剂，用乳酸菌生产酸奶，用苏云金杆菌生产杀虫剂，利用产甲烷菌生产沼气，以及借助细菌来冶炼利用产甲烷菌生产沼气，以及借助细菌来冶炼金属、净化污水、制作使庄稼增产的细菌肥料金属、净化污水、制作使庄稼增产的细菌肥料等。等。原核微生物新原核微生物新 细菌（细菌（bacterium）是一种具有细胞壁的单）是一种具有细胞壁的单细胞

4、原核生物，裂殖繁殖，个体微小，细胞原核生物，裂殖繁殖，个体微小，多数在多数在1m左右左右，通常用，通常用1000倍以上的光学显微镜或倍以上的光学显微镜或电子显微镜才能观察到。电子显微镜才能观察到。 各种细菌在各种细菌在一定的环境条件下一定的环境条件下，有相对恒定，有相对恒定的形态和结构。的形态和结构。原核微生物新原核微生物新2.1.1 细菌形菌形态和大小和大小原核微生物新原核微生物新 细菌基本形态有三种：细菌基本形态有三种： 球状、杆状和螺旋状球状、杆状和螺旋状，分别称为球菌、杆，分别称为球菌、杆菌和菌和 螺旋菌。螺旋菌。 细菌在适宜的环境中，形态和排列呈现一定的规细菌在适宜的环境中，形态和排

5、列呈现一定的规则，有助于细菌的鉴定。则，有助于细菌的鉴定。 原核微生物新原核微生物新细菌的外形细菌的外形 图图1-1 常见的三种细菌典型形态常见的三种细菌典型形态A.球菌球菌 B.杆菌杆菌 C螺旋（弧）菌螺旋（弧）菌在自然界中杆菌最常见，球菌次之，螺旋状最少原核微生物新原核微生物新球菌v球球菌菌就就是是球球形形的的细菌菌，它是这类细菌的总称，细胞呈球形或椭圆形，直径一般0.5-1um。如果球菌分裂后子细胞不立刻分开，由于分裂面的不同，分裂后各子细胞排列也不同，呈现不同空间排列方式。vl l 单球菌球菌2 2 双双球菌球菌v3 3链球菌球菌4 4 四四联球菌球菌v5 5八八叠叠球菌球菌6 6 葡

6、萄球菌葡萄球菌原核微生物新原核微生物新球菌及葡萄球菌球菌及葡萄球菌球菌球菌葡萄球菌葡萄球菌原核微生物新原核微生物新甲烷八叠球菌甲烷八叠球菌原核微生物新原核微生物新杆菌杆菌细胞呈杆状或圆柱形，其大小以宽度和长度表示。杆菌的宽度一般为0.52.0 m，长度为宽度的一倍或几倍。杆菌按着大小可细分为小型杆菌(0.20.4 m0.71.5 m)、中型杆菌(0.51.0 m23 m)和大型杆菌(11.25 m38 m)；按着细胞排列方式有单杆菌、双杆菌和链杆菌。丝状杆菌可引起活性污泥可引起活性污泥膨胀膨胀原核微生物新原核微生物新 梭杆梭杆菌属菌属 拟杆拟杆菌属菌属 脱硫杆脱硫杆菌属菌属 气单胞气单胞菌属菌

7、属 原核微生物新原核微生物新纤毛杆纤毛杆菌属菌属 脱硫杆脱硫杆菌属菌属 气杆气杆菌属菌属 梭状芽孢梭状芽孢杆菌属杆菌属 原核微生物新原核微生物新微杆菌属微杆菌属 发酵单胞杆菌属发酵单胞杆菌属 脱硫杆菌属脱硫杆菌属 脱硫杆菌属与脱硫丝菌属脱硫杆菌属与脱硫丝菌属 原核微生物新原核微生物新芽芽孢杆菌杆菌 假假单胞菌胞菌 芽芽孢杆菌杆菌原核微生物新原核微生物新 电子显微镜下的结核菌 （绿色的就是结核杆菌）杆菌动物宿主细胞感染杆菌濒临死亡 电镜照片原核微生物新原核微生物新螺旋菌 细胞呈弯曲的杆状。根据弯曲的程度不同又可分为弧菌和螺旋菌。螺旋菌的大小也是以长度和宽度来表示，但是螺旋菌的长度是菌体空间长度而

8、不是它的真正长度，螺旋菌宽度常在0.55.0 m，长度差异很大，约在515 m。原核微生物新原核微生物新 弧菌弧菌弧菌弧菌 螺旋菌螺旋菌螺旋菌螺旋菌原核微生物新原核微生物新形态形态杆菌（bacillus）长15 m，宽0.52 m螺旋菌（spirillum)长：515 m，宽：0.55 m球菌（coccus）0.51m细菌的大小(10141010个细菌才达到1mg)细菌的重量原核微生物新原核微生物新2.1.2 细菌细胞的结构细菌细胞的结构原核微生物新原核微生物新细胞壁、细胞膜、 （间体）、细胞质、核质体、内含物细菌细胞一般结构（基本结构基本结构） 原生质体原生质体 (protoplast)特殊

9、结构特殊结构荚膜（粘液层）、芽孢、鞭毛、菌毛原生质体包括细胞膜、细胞质和核质。原生质体包括细胞膜、细胞质和核质。原核微生物新原核微生物新原核微生物新原核微生物新 细胞壁(cell wall)是包在原生质体外面，厚约1080 nm的略有弹性和韧性的网状结构，其质量约占总细胞干重的10%25%左右。 1 1）细胞壁）细胞壁原核微生物新原核微生物新细胞壁化学组成和结构细胞壁化学组成和结构 细胞壁构成的主要成分是肽聚糖、脂类和细胞壁构成的主要成分是肽聚糖、脂类和蛋白质。肽聚糖是一个大分子复合体，呈多层蛋白质。肽聚糖是一个大分子复合体，呈多层网状结构。网状结构。 根据根据细胞壁成分和结构的细胞壁成分和结

10、构的不同，将细菌分不同，将细菌分为革兰氏阳性为革兰氏阳性( (简称简称G G+ +) )细菌和革兰氏阴性细菌和革兰氏阴性( (简称简称G G- -) )细菌。细菌。原核微生物新原核微生物新 G+细菌的细胞壁是厚约2080 nm的肽聚糖，并含少量蛋白质和脂类。 G-细菌的细胞壁较薄，约10 nm，分外壁层和肽聚糖层，外壁层主要含有脂蛋白和脂多糖等脂类物质，而肽聚糖层很薄，肽聚糖仅占细胞壁化学组成的5%10%。革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌的细胞壁剖面革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌的细胞壁剖面革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌的细胞壁剖面革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌的细胞壁剖面1. 1.革兰氏阳性革

11、兰氏阳性革兰氏阳性革兰氏阳性 2. 2.革兰氏阴性革兰氏阴性革兰氏阴性革兰氏阴性原核微生物新原核微生物新细菌的染色细菌的染色 形态特征是鉴别菌种的主要依据之一。形态特征是鉴别菌种的主要依据之一。 形态的观察：因细菌的细胞极其微小、又十分透明，因细菌的细胞极其微小、又十分透明，所以进行形态观察时，一般要进行染色。所以进行形态观察时，一般要进行染色。原核微生物新原核微生物新 染色的分类：单染色和复染色简单染色法（单染色法为一种染料使细菌染色，仅供观察形态用）复染色是两种染料染色，目的鉴别细菌（如革兰氏染色法）或细菌染成不同颜色便于观察。丹麦医生 C. Gram于1884年创立。革兰氏染色法革兰氏染

12、色法是细胞形态观察是细胞形态观察最常用的最常用的复染色方法方法原核微生物新原核微生物新v细菌染色用燃料主要采用人工染料，一般分为碱性、中性和酸性。酸性染料离子带负电，如伊红、刚果红等，碱性染料离子带正电荷，如美兰、结晶紫、碱性品红、番红等；中性染料是前二者结合物，又称复合染料，如伊红化美兰等。v由于细菌的等电点较低，在25之间，原生质体带负电，易与阳离子染料相结合，因此细菌染色因此细菌染色常用碱性染料常用碱性染料。原核微生物新原核微生物新v染色步骤： 先用碱性染料结晶紫染色，再加碘液媒染，然后酒精脱色，最后用复染液（沙黄或番红）复染。能够固定结晶紫与碘的复合物而不被酒精脱色，仍呈现紫色，称为革

13、兰氏阳性菌能被酒精脱色，经复染着色，菌体呈现红色，称为革兰氏阴性菌。细菌的染色反菌的染色反应和和细胞壁胞壁结构构和和组成有成有关关。原核微生物新原核微生物新革兰氏染色（革兰氏染色（Gram Stain）的步骤）的步骤： 结晶紫初染（染紫色1min）碘染媒染脱色处理复染碘-碘化钾溶液30S；碘分子与结晶紫形成染色较牢固的复合物95乙醇脱色（不脱色）沙黄复染观察 紫阳性 红阴性AB初染媒染脱色复染紫紫紫紫紫紫无色红G+G-原核微生物新原核微生物新v通过染色可把几乎所有的细菌分成G、G 两个大类，是分类鉴定菌种时的重要指标。v两类细菌在细胞结构、成分、形态、生理、生化、生态降解有机物、药物敏感性上等

14、 都存在有差异。革兰氏染色有着重要的理论和实践意义革兰氏染色有着重要的理论和实践意义原核微生物新原核微生物新革兰氏染色的机理革兰氏染色的机理革兰氏染色的机理革兰氏染色的机理 细胞壁的结构和组成与革兰氏染色反应有关。在染色过细胞壁的结构和组成与革兰氏染色反应有关。在染色过程中，细胞内形成了深紫色的结晶紫程中，细胞内形成了深紫色的结晶紫- -碘的复合物。碘的复合物。由于由于G G+ +细菌细胞壁较厚，特别是肽聚糖含量较高，网格结构细菌细胞壁较厚，特别是肽聚糖含量较高，网格结构紧密，脂类含量又低，当被酒精脱色时，引起了细胞壁紧密，脂类含量又低，当被酒精脱色时，引起了细胞壁肽聚糖层网状结构孔径缩小以至

15、关闭，从而阻止了不溶肽聚糖层网状结构孔径缩小以至关闭，从而阻止了不溶性结晶紫性结晶紫- -碘的复合物的浸出碘的复合物的浸出，故菌体仍呈深紫色；相反，故菌体仍呈深紫色；相反，G G- -细菌的细胞壁肽聚糖层较薄，含量较少，而脂类含量细菌的细胞壁肽聚糖层较薄，含量较少，而脂类含量又高，当酒精脱色时，脂类物质溶解，细胞壁通透性增又高，当酒精脱色时，脂类物质溶解，细胞壁通透性增大大，结晶紫，结晶紫- -碘复合物也随之被抽提出来，故菌体呈复染碘复合物也随之被抽提出来，故菌体呈复染液的红色。液的红色。原核微生物新原核微生物新细胞壁的生理功能v维持细胞形状和保持细胞的完整性v避免渗透压对细胞产生的破坏作用v

16、有效的分子筛，允许小分子物质通过，阻挡大分子物质v为鞭毛提供支点，支撑鞭毛的运动v细菌的抗原性、致病性以及噬菌体的敏感性，均决定于细菌细胞壁的化学成分 原核微生物新原核微生物新（1）紧贴在细胞壁内侧的、由磷脂和蛋白质组成的、柔软、富有弹性的半透性薄膜。710nm厚（2）功能：v 选择性转运物质， 控制细胞内外的物质（营养物质和代谢物废物） 的运送、交换；v生物合成功能：合成细胞壁各种成分和荚膜；v 转运电子和磷酸化作用，即呼吸作用场所。v 排出水溶性胞外酶（水解酶类）， 大分子化合物水解简单化合物，再摄入细胞。2） 原生质体之细胞膜原生质体之细胞膜原核微生物新原核微生物新（3）结构：v磷脂双分

17、子层组成膜的基本骨架；极 性 头：磷酸端亲水性、带电性非极性尾：烃端v膜蛋白以不同形式分布于膜的两侧或在层中原核微生物新原核微生物新原核微生物新原核微生物新（4）组成：其化学组成是脂类（其化学组成是脂类（其化学组成是脂类（其化学组成是脂类（2030%2030%）和蛋）和蛋）和蛋）和蛋白质（白质（白质（白质（6070%6070%），少量糖蛋白、糖），少量糖蛋白、糖），少量糖蛋白、糖），少量糖蛋白、糖脂（约脂（约脂（约脂（约2%2%）和微量核酸。）和微量核酸。）和微量核酸。）和微量核酸。 原核微生物新原核微生物新3）原生质体之原生质体之细胞质（细胞质（Cytoplasm）与内含物）与内含物 细胞质

18、细胞质 细胞膜包围着的除核质体外的一切透明、胶状或颗粒状物质功能、作用：含各种酶系统，生命活动的主要场所。（新陈代谢）原核微生物新原核微生物新 细胞质内含物。细胞质内含物。 vv核糖体核糖体vv间体间体vv内含颗粒内含颗粒 异染颗粒、聚异染颗粒、聚-羟基丁酸、肝糖粒和羟基丁酸、肝糖粒和淀粉粒、硫粒淀粉粒、硫粒原核微生物新原核微生物新 间体（mesosome）：由细胞膜内皱形成的一种管状、层状或囊状结构。位置：一般位于细胞分裂部位或其邻近部位功能：促进细胞间隔的形成，与遗传物质的复制及其相互分离有关 核糖体 ：细胞中一种核糖核蛋白的颗粒状结构，65%RNA和35%蛋白质组成。位置：分散再细菌细胞

19、质中功能：蛋白质合成的部位原核微生物新原核微生物新 内含物（内含物（intracellular materials） 贮藏物（贮藏物（reserve materials）v贮备营养的物质，它是细菌新陈代谢的产物。v特点：内含物的种类和量随细菌的种类和培养条件有关；物质过剩时细菌将它们转化成贮藏物，当营养缺乏时它们又被分解。原核微生物新原核微生物新生物除磷：聚磷细菌在好氧条件下，利用有机物分解产生的大量能量， 可“过度摄取”周围溶液中的磷酸盐，并以异染颗粒的方式贮存与细胞内。ATPa.异染颗粒（异染颗粒（metachromatic granule）多是多聚偏磷酸（无机偏磷酸的聚合物）颗粒大小 0

20、.51m功能：贮藏磷元素和能量，并可降低渗透压。用蓝色染料（甲苯胺、甲烯蓝）染色后不呈蓝色而呈紫红色，故称异染颗粒。原核微生物新原核微生物新Poly-PnADPATP乙酰-CoAPHBNADH2NADPoly-Pn-1PiTCA乙醛酸循 环磷摄取(好氧)(细胞外)聚聚羟基丁酸羟基丁酸原核微生物新原核微生物新v 应用：可制作易降解且无毒的塑料。v 结构：b.聚聚羟基丁酸羟基丁酸 （polypholroxy butyrate；PHB）v 细菌在氮磷缺乏环境或交替营养物质变化时，会积累PHBv 功能：贮藏能量、碳源。HHHHHOOOCCCnn106CH3原核微生物新原核微生物新微生物体内合成PHB原

21、核微生物新原核微生物新c.肝糖和淀粉粒（glycogen）d.硫（sulphur）糖元，碳源和能源的贮藏物元素硫的贮藏物；许多硫磺细菌都能在含硫化氢环境中，细胞内积累硫粒。原核微生物新原核微生物新3）原生质体之原生质体之细胞核质细胞核质（1）特点：无核膜结构的原始细胞核，是一团裸露的且高度折叠缠绕的DNA分子。（2）功能：决定生物遗传的主要部分（3）结构：大型环状DNA分子 细胞絮状核区内集中有DNA，称为染色质体或细菌染色体。长度：0.253mm， 染色体数：14个/cell细胞 原核微生物新原核微生物新4)4)原生质体之原生质体之质粒质粒v质粒按照功能可分为抗药性质粒、降解质粒等。v许多代

22、谢中间代谢产物产生和有毒、大分子物质降解与抗性质粒及降解质粒有关。v由于质粒可以独立于染色体而转移，通过遗传手段（结合、转化或转导）可使质粒转入另一菌体中，所以将质粒作为基因的转载工具，重新组建新菌株，近年受到关注。质粒独立于然色体外，在细胞质中能自我复制。相对分子量较细菌染色体小，每个细菌含1个或多个。原核微生物新原核微生物新5）细菌细胞的特殊结构 荚膜及菌胶团荚膜及菌胶团荚膜及菌胶团荚膜及菌胶团 在某些细菌细胞壁外常围绕一层粘液性物质，在某些细菌细胞壁外常围绕一层粘液性物质，厚薄不一，这是细菌在代谢过程中分泌出的物质。厚薄不一，这是细菌在代谢过程中分泌出的物质。 荚膜（荚膜（capsule

23、capsule）具有一定外形，相对稳定地具有一定外形，相对稳定地附着于细胞壁外的粘液性物质。附着于细胞壁外的粘液性物质。 粘液层（粘液层（slime layerslime layer）没有明显的边缘，可没有明显的边缘，可向周围的环境中扩散的粘液性物质。向周围的环境中扩散的粘液性物质。比较薄原核微生物新原核微生物新荚膜（capsule）原核微生物新原核微生物新 荚膜的化学组成因菌种而异，主要是多糖类，荚膜的化学组成因菌种而异，主要是多糖类，也有的含有多肽、蛋白质、脂类以及由它们组成的也有的含有多肽、蛋白质、脂类以及由它们组成的复合物复合物- -脂多糖、脂蛋白等。脂多糖、脂蛋白等。 荚膜的含水率很

24、高，一般在荚膜的含水率很高，一般在90%90%以上，有的甚至以上，有的甚至达达98%98%。 产荚膜细菌由于有粘液性物质，在固体琼脂培养产荚膜细菌由于有粘液性物质，在固体琼脂培养基上形成的菌落，表面湿润、有光泽、粘液状，称基上形成的菌落，表面湿润、有光泽、粘液状，称为光滑型菌落（简称为光滑型菌落（简称S S型）；型）； 而无荚膜细菌形成的菌落，表面干燥、粗糙，称而无荚膜细菌形成的菌落，表面干燥、粗糙，称为粗糙型菌落（为粗糙型菌落（R R型）。型）。 原核微生物新原核微生物新 荚膜的功能：荚膜的功能：v对细菌起保护作用，使细菌免受干燥的影响，保护致病菌免受宿主吞噬细胞的吞噬，防止微小动物的吞噬和

25、噬菌体的侵袭崐，增强对外界不良环境的抵抗力；v荚膜有助于细菌的侵染力，如S-型肺炎双球菌毒力强，失去荚膜之后毒力降低；v荚膜是细胞外贮藏物，当营养缺乏时可作为碳（或氮）源和能源被利用；v许多细菌通过荚膜或粘液层相互连接，形成体积和密度较大的菌胶团。 v堆积一些代谢产物 原核微生物新原核微生物新 菌胶团（zoogloea） 很多细菌细胞的荚膜物质相互融合，连为一体，组成共同的荚膜，内含许多细菌，形成菌胶团。 并不是所有的细菌都能形成菌胶团，凡是能够形成菌胶团的细菌，则称为菌胶团细菌。 菌胶团形状多样，有球形、椭球形、分支状等等原核微生物新原核微生物新菌胶团照片菌胶团照片原核微生物新原核微生物新

26、菌胶团是活性污泥菌胶团是活性污泥(废水生物处理曝气池中所形成废水生物处理曝气池中所形成的污泥的污泥)的重要组成部分的重要组成部分正在正在运运行的曝行的曝气气池池原核微生物新原核微生物新活性污泥活性污泥原核微生物新原核微生物新 菌胶团是活性污泥的重要组成部分，它除了具有荚膜的功能外，还具有以下功能：v 具有较强的吸附和氧化有机物的能力。 v 具有较好的沉降性能，这是利用菌胶团处理污水非常重要的特征。处理后的泥水混合液能快速澄清，排出处理后污水，沉淀生物污泥，保持生物量的稳定。v 防止被吞噬，自我保护原核微生物新原核微生物新v菌胶团形成机理： 环境中营养不足，能量含量（用营养/细菌表示）低，细菌运

27、动性能减弱，则细菌之间易于凝聚，从而形成菌胶团。原核微生物新原核微生物新菌胶团与污水活性污泥（菌胶团与污水活性污泥（AS）处理系统）处理系统污水活性污法的工艺流程 为了给生物反应器中的微生物(活性污泥)提供氧气，工程上要用空压机向反应器中的污水鼓气(即曝气)，因此活性污泥处理系统的生物反应器一般称为“曝气池”。 原核微生物新原核微生物新v 菌胶团是活性污泥中细菌的主要存在形式菌胶团是活性污泥中细菌的主要存在形式v 有较强的吸附和氧化有机物（细菌）能力有较强的吸附和氧化有机物（细菌）能力v 活性污泥性能的好坏与含菌胶团多少、活性污泥性能的好坏与含菌胶团多少、 大小及结构的紧密程度有关大小及结构的

28、紧密程度有关v （要求结构紧密、吸附沉降性能好）（要求结构紧密、吸附沉降性能好）v 遇到不适宜的环境时，菌胶团就发生松散遇到不适宜的环境时，菌胶团就发生松散活性活性污泥泥及其特点及其特点 一种一种绒絮状小泥粒，由好氧菌絮状小泥粒，由好氧菌为主体的主体的菌菌胶胶团以及胶体、以及胶体、悬浮物等浮物等组成。成。 原核微生物新原核微生物新5）细菌细胞的特殊结构芽孢芽孢 某些细菌细胞发育到某一生长阶段，在营养细胞某些细菌细胞发育到某一生长阶段，在营养细胞内部形成一个圆形或椭圆形的、对不良环境具有较强内部形成一个圆形或椭圆形的、对不良环境具有较强抗性的休眠体，抗性的休眠体，称为芽孢（称为芽孢（spores

29、pore）。）。 芽孢不是繁殖体，因为一个细胞只能形成一个芽芽孢不是繁殖体，因为一个细胞只能形成一个芽孢，而一个芽孢发育之后仍形成一个营养细胞。一般孢，而一个芽孢发育之后仍形成一个营养细胞。一般认为，细菌只有在遇到恶劣的环境条件时才形成芽孢，认为，细菌只有在遇到恶劣的环境条件时才形成芽孢，以芽孢来度过恶劣环境，一旦环境条件适宜就释放芽以芽孢来度过恶劣环境，一旦环境条件适宜就释放芽孢（出芽）孢（出芽）, , 形成新的营养细胞。形成新的营养细胞。 原核微生物新原核微生物新原核微生物新原核微生物新在一定环境条件下由于细胞质和核质体的浓缩凝集所形成的一种特殊结构原核微生物新原核微生物新（2）特点与功能

30、： 每一细胞仅形成一个芽孢，故它无繁殖功能。 壁厚、水分少（一般在40左右）、不易透水。 有极强的抗热、抗化学药物和抗压等能力。普通细胞：7080C 10分钟死亡芽 孢：100 C 沸水中生存5.09.5小时 121 C 时10分钟。普通细胞：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天原核微生物新原核微生物新5 5）细菌细胞的特殊结构）细菌细胞的特殊结构）细菌细胞的特殊结构）细菌细胞的特殊结构鞭毛（flagellum）原核微生物新原核微生物新 (3) (3)鞭毛鞭毛 鞭毛（鞭毛（flagellumflagellum）是由细胞膜上的鞭毛基是由细胞膜上的鞭毛基粒长出，穿

31、过细胞壁伸出菌体外的丝状物，粒长出，穿过细胞壁伸出菌体外的丝状物，为细菌的运动为细菌的运动“ “器官器官” ”。鞭毛很细，一般为。鞭毛很细，一般为1020nm1020nm，具有鞭毛的细菌能行使主动运动。，具有鞭毛的细菌能行使主动运动。 鞭毛的着生位置、数目和排列方式是种鞭毛的着生位置、数目和排列方式是种的特征，是分类鉴定的依据之一。一般情况的特征，是分类鉴定的依据之一。一般情况下，大部分杆菌和所有的螺旋菌都具有鞭毛，下，大部分杆菌和所有的螺旋菌都具有鞭毛，而球菌均无鞭毛。而球菌均无鞭毛。原核微生物新原核微生物新具有鞭毛的细菌可以分为以下几种类型：具有鞭毛的细菌可以分为以下几种类型：偏端单生鞭毛

32、偏端单生鞭毛 在菌体的一端仅生一根鞭在菌体的一端仅生一根鞭毛，如荧光假单胞菌毛，如荧光假单胞菌( (Pseudomonas Pseudomonas fluorescens)fluorescens)两端单生鞭毛两端单生鞭毛 在菌体的两端各有一根鞭在菌体的两端各有一根鞭毛，如鼠咬热螺旋体毛，如鼠咬热螺旋体(Spirochaeta (Spirochaeta morsusmuris)morsusmuris)；偏端丛生鞭毛偏端丛生鞭毛 菌体一端生一束鞭毛，如菌体一端生一束鞭毛，如铜绿色假单胞菌铜绿色假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)(Pseudomonas aeruginosa)；

33、两端丛生鞭毛两端丛生鞭毛 菌体两端各具一束鞭毛，菌体两端各具一束鞭毛，如红色螺菌如红色螺菌(Spirillum rubrum)(Spirillum rubrum)；周生鞭毛周生鞭毛 周身均生有鞭毛，如枯草芽孢周身均生有鞭毛，如枯草芽孢杆菌杆菌(Becillus subtilis)(Becillus subtilis)。原核微生物新原核微生物新细菌鞭毛的着生位置原核微生物新原核微生物新细菌鞭毛的着生位置原核微生物新原核微生物新细菌的趋向性反应定义：有一些细菌有趋向或立刻化学物质或者无力刺激的运行，成为趋向性运动。对化学物质趋向称为趋化性对光的运动称为趋光性。如光合细菌原核微生物新原核微生物新原核

34、微生物新原核微生物新2.1.3 细菌的繁殖细菌的繁殖原核微生物新原核微生物新 细菌为无性繁殖，主要通过裂殖，即二分裂繁殖，细菌为无性繁殖，主要通过裂殖，即二分裂繁殖，是由一个母细胞分裂为两个子细胞。是由一个母细胞分裂为两个子细胞。对于大多数细菌来说，分裂后的两个子细胞大小基对于大多数细菌来说，分裂后的两个子细胞大小基本相同，称为同型分裂（本相同，称为同型分裂（homotypic divisionhomotypic division），少），少数细菌偶尔出现分裂后的两个子细胞大小不等的现数细菌偶尔出现分裂后的两个子细胞大小不等的现象，称为异型分裂（象，称为异型分裂（heterotypic div

35、isionheterotypic division）。）。 电子显微镜研究表明，细菌分裂大致经过细胞核电子显微镜研究表明，细菌分裂大致经过细胞核和细胞质的分裂、横隔壁的形成、子细胞分离等过和细胞质的分裂、横隔壁的形成、子细胞分离等过程。程。原核微生物新原核微生物新2.1.4细菌的物理化学性质细菌的物理化学性质原核微生物新原核微生物新1. 细菌的等电点细菌细胞含有大量蛋白质氨基酸：RCCOOH氨基酸是两性电解质酸性条件下：正电荷碱性条件下：负电荷 菌体蛋白质由很多氨基酸菌体蛋白质由很多氨基酸组成，氨基酸是两性物质，组成，氨基酸是两性物质，在一定在一定pH溶液中溶液中,氨基酸带氨基酸带正负电荷相等

36、，正负电荷相等，这一这一pH值称值称为该氨基酸的等电点（为该氨基酸的等电点（PI表表示）。示）。 PIpH原核微生物新原核微生物新1. 细菌表面电荷与等电点细菌细胞含有大量蛋白质氨基酸：RCCOOH细菌的等电点：细菌的等电点： G：pH=2-3 G：pH=4-5 根据细菌在不同根据细菌在不同pH值的电值的电场的泳动方向（用电泳方法）场的泳动方向（用电泳方法），可以测细菌的等电点。，可以测细菌的等电点。 溶液溶液pH比细菌等电点高时，比细菌等电点高时，氨基（氨基（-NH2）电离（变）电离（变-NH3+）受抑制，）受抑制， 羧基羧基(-COOH）电离，细菌带负电；）电离，细菌带负电；反之，细菌带正

37、电。反之，细菌带正电。PIpH原核微生物新原核微生物新培养基一般中性，培养基一般中性，pH比等电点高，氨基酸中的氨基电比等电点高，氨基酸中的氨基电离受抑制，羧基电离，所以一般情况下细菌带负电。离受抑制，羧基电离，所以一般情况下细菌带负电。PHpIRCCOOHRCCOHOHNH2PHpIPHpIRCCOOH原核微生物新原核微生物新2.1.5 细菌培养特征细菌培养特征原核微生物新原核微生物新细菌的培养特征细菌的培养特征 将细菌接种在固体培养基中，由于单个细胞在局将细菌接种在固体培养基中，由于单个细胞在局部位置大量繁殖，形成肉眼可见的细菌群体，称为菌部位置大量繁殖，形成肉眼可见的细菌群体，称为菌落（

38、落（colonycolony），也叫群落或集落。），也叫群落或集落。 菌落特征决定于组成菌落的细胞结构与生长行为。菌落特征决定于组成菌落的细胞结构与生长行为。各种细菌在一定条件下，形成的菌落具有一定的稳定各种细菌在一定条件下，形成的菌落具有一定的稳定性和专一性特征，这是衡量菌种纯度、辨认和鉴定菌性和专一性特征，这是衡量菌种纯度、辨认和鉴定菌种的重要依据。种的重要依据。原核微生物新原核微生物新（三）菌落（三）菌落vv定定定定义义vv固体培固体培固体培固体培养养养养基上的基上的基上的基上的各各各各种种种种菌菌菌菌类类的的的的“村落村落”。vv固体培固体培固体培固体培养养养养基基基基固体状态的培养细

39、菌的基质v有有的的是是天天然然物物质，如如土土豆豆、馒头及及其其他他各各种种固固体体食食物物，微微生生物物学学研研究究中中多使用人工制作的固体多使用人工制作的固体琼脂培脂培养养基。基。w 向向“营养汤营养汤”中加入中加入琼脂琼脂(约约2)加热到加热到100，然，然后再冷却就制成了后再冷却就制成了人工固体培养基人工固体培养基。 常用的固体培养基容器称为常用的固体培养基容器称为培养皿培养皿。原核微生物新原核微生物新vv培培培培养养养养皿通常皿通常皿通常皿通常称称称称平板平板v细菌在培养基上生长，会形成各种颜色和外观的菌落。纯化的菌落是纯化的菌落是纯化的菌落是纯化的菌落是菌种鉴菌种鉴菌种鉴菌种鉴定定

40、定定、通过诱变技术或通过诱变技术或通过诱变技术或通过诱变技术或基因工程改良基因工程改良基因工程改良基因工程改良的前提的前提的前提的前提。单菌落（纯菌落）单菌落（纯菌落）原核微生物新原核微生物新细菌特征细菌特征 菌落特征包括：大小、形状菌落特征包括：大小、形状( (圆形、假根状和不规圆形、假根状和不规则状等则状等) )、隆起形状、隆起形状( (扩展、台状、低凸、凸面等扩展、台状、低凸、凸面等) )、边缘情况边缘情况( (整齐、波状、裂叶状等整齐、波状、裂叶状等) )、表面状态、表面状态( (光滑、光滑、皱褶、颗粒状、同心环等皱褶、颗粒状、同心环等) )、表面光泽、表面光泽( (闪光、金属闪光、金

41、属光泽、无光泽等光泽、无光泽等) )、质地、质地( (油脂状、膜状、粘、脆等油脂状、膜状、粘、脆等) )、颜色、透明程度等。颜色、透明程度等。原核微生物新原核微生物新vv细细菌的菌落大多菌的菌落大多菌的菌落大多菌的菌落大多湿湿湿湿而粘，小而薄，而粘，小而薄，而粘，小而薄，而粘，小而薄，与与与与培培培培养养养养基基基基结结合不合不合不合不紧紧密，易挑起。密，易挑起。密，易挑起。密，易挑起。在平皿培在平皿培在平皿培在平皿培养养养养基上形成的菌落往往有表面菌落、深基上形成的菌落往往有表面菌落、深基上形成的菌落往往有表面菌落、深基上形成的菌落往往有表面菌落、深层层菌落和底菌落和底菌落和底菌落和底层层菌

42、菌菌菌落三落三落三落三种种种种情情情情况况况况。上。上。上。上图图的菌落特征指表面菌落的菌落特征指表面菌落的菌落特征指表面菌落的菌落特征指表面菌落原核微生物新原核微生物新细菌在斜面培养基上的生长情况细菌在斜面培养基上的生长情况原核微生物新原核微生物新原核微生物新原核微生物新v在培在培养养基中加基中加0.3-0.5%0.3-0.5%的的琼脂，就制成半固体培脂，就制成半固体培养养基。利用穿刺接基。利用穿刺接种种法，可法，可观察察细菌的群体培菌的群体培养养特征和特征和细菌菌运运动性。性。原核微生物新原核微生物新半固体培养基中的培养特征原核微生物新原核微生物新v判断细菌是否能水解明胶，以明胶代替琼脂，

43、穿刺接种，细菌含明胶酶则能水解明胶，形成一定的液化区原核微生物新原核微生物新原核微生物新原核微生物新2.1.6 细菌的分类细菌的分类原核微生物新原核微生物新v1 分类依据 细菌如进行分类，首先要进行纯种的分离与培养纯种的分离与培养，得到单个细胞发育而成的菌落，再根据细菌的以下细菌的以下4 4个特征个特征进行鉴定进行鉴定 形态特征形态特征（大小形态、排列情况；革兰氏染色、运动性，鞭毛数量、位置，芽孢有无及位置；内含物形态，发育过程变化，有无荚膜） 培养特征培养特征【琼脂平板培养特征（表面菌落大小、形状、粘稠度、透明度、边缘及隆起情况，光泽、质地、表面性质）、斜面特征（生长好坏、形状、光泽等）、液

44、体培养特征、明胶降解特征等】 生理生化反应生理生化反应【营养利用（C/N/P/能源）、产物特征（是否有酸、气0、环境要求（氧、温度 分子生物学特征分子生物学特征【DNADNA为基础的分子生物学分析（为基础的分子生物学分析（DNADNA分子分子测序等）测序等）】原核微生物新原核微生物新v细菌的分类系统 目前代表性的分类系统是伯杰氏系统鉴定细菌学手册（第九版）原核微生物新原核微生物新污染控制工程中常见的菌属污染控制工程中常见的菌属微球菌属微球菌属(Micrococcus)(Micrococcus)链球菌属链球菌属(Streptococcus)(Streptococcus)葡萄球菌属葡萄球菌属(St

45、aphylococcus)(Staphylococcus)假单胞菌属假单胞菌属(Pseudomonas)(Pseudomonas)动胶菌属动胶菌属( (oogloea)oogloea)产碱菌属产碱菌属(Alcaligenes)(Alcaligenes)埃希氏菌属埃希氏菌属(Escherichia)(Escherichia)短杆菌属短杆菌属(Brevibacterium)(Brevibacterium)芽孢杆菌属芽孢杆菌属(Bacillus)(Bacillus)弧菌属弧菌属(Vibrio)(Vibrio)原核微生物新原核微生物新2.2 2.2 2.2 2.2 放线菌放线菌放线菌放线菌原核微生物新

46、原核微生物新v放线菌是介于细菌和丝状真菌之间而又接近细菌的一类丝状原核微生物。v菌落呈现放射状。v有发育良好的菌丝体，菌丝直径不超过1.5um，大多数在1um以下。而细菌没有菌丝体，这是二者区别之一。原核微生物新原核微生物新v放线菌广泛分布于人类环境，特别中性或偏碱性土壤和有机质丰富的土壤。放线菌一般分布在含量较低， 107个g左右v土壤中所特有的泥腥味主要由放线菌产生的土腥素所引起。北方春季深层黑土地的白丝原核微生物新原核微生物新v放线菌多数是腐生菌，可以分解许多有机物，包括芳香族化合物等很多复杂有机物，少数是寄生病原菌。v放线菌最突出的特征是能产生大量、种类繁多的抗生素抗生素，近万种抗生素

47、约70%是放线菌产生。v放线菌常在环境中用于特种废水处理，如诺卡氏菌对腈类化合物分解能力强，被用于丙烯腈废水处理。原核微生物新原核微生物新2.2.1 2.2.1 放放线菌的形菌的形态结构构v放线菌菌体为单细胞、多核多核质，大多由发达菌丝组成。v多数革兰氏阳性。v细胞结构和细菌基本相同，菌丝无膈膜。v根据其菌丝体形态与功能不同，可分为基内菌丝、基外菌丝和孢子丝。原核微生物新原核微生物新放线菌的形态结构（模式图）放线菌的形态结构（模式图）原核微生物新原核微生物新基内菌丝（Substrate mycelium) 又称营养菌丝，功能是吸收营养，直径 0.2-0.8um，长度100600um，有的有色素

48、，有的无色素。Cncnc-micro基内菌丝原核微生物新原核微生物新 基外菌丝长又称气生菌丝，到一定时期，基内菌丝长出培养基外，伸向空间的菌丝，直径11.4um, 长短不一，形状不一，颜色较深。功能是：吸收和输送营养物质，形成繁殖功能的孢子丝。Cncnc-micro 气生菌丝 原核微生物新原核微生物新孢子丝(Reproductive mycelium)v 当气生菌丝生长发育到一定阶段，当气生菌丝生长发育到一定阶段，气生菌丝上分气生菌丝上分化出的可形成孢子的菌丝化出的可形成孢子的菌丝。功能是主要作为主要。功能是主要作为主要繁殖体。繁殖体。v 孢子丝长到一定程度称为孢子，散落后又萌发菌孢子丝长到一

49、定程度称为孢子，散落后又萌发菌丝，最后成为菌丝体。丝，最后成为菌丝体。v孢子不同芽孢，只耐干旱，不耐高温。孢子不同芽孢，只耐干旱，不耐高温。v孢子的形状及在气生菌丝上排列的方式随种而异。孢子的形状及在气生菌丝上排列的方式随种而异。原核微生物新原核微生物新放线菌孢子丝类型直形弯曲丛生成束单轮生无螺旋 开环钩形原始螺旋形松螺旋 紧螺旋螺旋单轮生无螺旋两级轮生螺旋两级轮生原核微生物新原核微生物新2.2.2 2.2.2 放放线菌的菌落特征菌的菌落特征v放线菌菌落介于细菌和霉菌（真核）之间。v由于基内菌丝深入培养基作用，基外菌丝在培养基表面交织网状作用，放线菌在基质上生长牢固，不易用接种针挑起。v菌落较

50、小而不扩散，质地硬而致密。v表面呈紧密、絮状、粉末状或颗粒状的典型菌落。v由于菌丝和孢子常具不同色素，使菌落正面，背面呈不同色泽。基外）往往呈现不同颜色、v菌落有特殊气味。原核微生物新原核微生物新Cncnc-micro原核微生物新原核微生物新2.2.3 2.2.3 放放线菌的繁殖方式菌的繁殖方式v放线菌主要通过形成无性孢子的方式进行繁殖。菌丝长到一定程度，一部分基外菌丝形成孢子丝，孢子丝成熟后便分化成许多孢子，成为分生孢子。v孢子在一定条件下吸收水分，萌发而长出芽管，进一步形成许多菌丝。原核微生物新原核微生物新2.2.3放线菌的生活史：孢子萌发基内菌丝气生菌丝菌丝孢子丝5 孢子丝分化形成的孢子

51、放线菌放线菌生活史生活史原核微生物新原核微生物新2.2.4 2.2.4 放放线菌的生理菌的生理绝大多数为异养型，能利用不同的碳水化合物。绝大多数为异养型，能利用不同的碳水化合物。一般都需要金属离子。一般都需要金属离子。大多放线菌是好气性的。大多放线菌是好气性的。最适温度最适温度23370C原核微生物新原核微生物新原核微生物新原核微生物新2.2.5 2.2.5 放放线菌菌与与细菌菌异异同同v放线菌因菌落呈放射状而得名，是介于细菌和丝状真菌之间而又接近细菌的一类丝状原核微生物。v细胞结构与真真菌十分相近，菌十分相近，单细胞多核胞多核质，细胞核属于原核；细胞壁化学成分也与细菌相仿，仅有无性繁殖，因此

52、将放线菌归列细菌门，是细菌门中进化的较高级的类群。v同属原核生物，无完整核，没没有核膜核核仁的分化有核膜核核仁的分化。v真真正正区区别是有分支菌是有分支菌丝体，而体，而细菌菌没没有有；繁殖方式上，放繁殖方式上，放线菌菌孢子生殖，子生殖，细菌分裂方式菌分裂方式。原核微生物新原核微生物新2.2.6 2.2.6 放放线菌代表菌代表属属链霉菌属诺卡氏菌属小单孢菌属原核微生物新原核微生物新2.3 2.3 2.3 2.3 鞘细菌鞘细菌鞘细菌鞘细菌原核微生物新原核微生物新v鞘细菌是单细胞连成的不分支或者假分支的丝状体细菌。v因丝状体外包围一层有机或无机的鞘套，故称为鞘细菌。v多个体细菌共同生活在一个筒状鞘内

53、形成群体。v常见鞘细菌是铁细菌和球衣细菌。v铁细菌能将亚铁氧化为三价铁，形成氢氧化铁红色沉淀。铁管有铁细菌后，在氧作用下亚铁氧化为高铁，形成红色沉淀，影响水质。同时加速水管铁质溶入水中，加速管材腐蚀。原核微生物新原核微生物新二、二、铁细铁细菌菌( (iron bacteriairon bacteria ，TGBTGB) ) v自自来来水管水管会会流出流出黑水、黑水、红水？水？v黑水黑水FeSFeS, ,硫酸硫酸盐还原菌原菌SRBSRB 红水红水Fe(OH)3,铁细菌铁细菌TGB原核微生物新原核微生物新（一）（一）种种类类和形和形态态v铁细菌也是菌也是丝状状的原核生物的原核生物，但不分枝但不分枝

54、。v常常见的的铁细菌有菌有多孢泉发菌多孢泉发菌多孢泉发菌多孢泉发菌 赭色纤发菌赭色纤发菌赭色纤发菌赭色纤发菌 含铁嘉利翁氏菌含铁嘉利翁氏菌含铁嘉利翁氏菌含铁嘉利翁氏菌原核微生物新原核微生物新球衣球衣细菌菌v球衣细菌是好氧细菌，在微氧环境生长最好，能利用多种化合物做碳源和能源，许多需要外源供应B12。v一定数量球衣细菌还利于有机物去除，但大量繁殖后会造成污泥结构松散，增加污泥浮力而引起污泥膨胀。v污染河流可形成大的白色胶状长毛细丝状或飘带状的球衣菌。原核微生物新原核微生物新2.4 2.4 2.4 2.4 滑动细菌滑动细菌滑动细菌滑动细菌原核微生物新原核微生物新v滑动细菌指至少在发育周期的某一阶段

55、表现有滑行运动的细菌，它们依靠菌体的蠕动而滑动。主要是硫细菌（能氧化硫化氢、硫磺和其他硫化物生成硫酸，从中获得能量的一类细菌）。v主要有贝氏硫菌。能氧化H2S为硫，贮存在体内。v发硫菌也是严格好氧菌。原核微生物新原核微生物新v硫细菌在氧化硫化氢或硫为硫酸的同时，可同化二氧化碳合成有机物。当环境中硫化氢充足时，菌体积累硫滴，当硫化氢少时，硫滴消失，完全消失后细菌死亡或休眠。v硫细菌在水管中大量繁殖，因有强酸产生，对管道有腐蚀作用。原核微生物新原核微生物新2.5 2.5 2.5 2.5 蓝细菌蓝细菌蓝细菌蓝细菌原核微生物新原核微生物新v蓝细菌又称为蓝藻或蓝绿藻，结构无核膜、核仁，不进行有丝分裂，细

56、胞壁与细菌类似，由肽聚糖组成，革兰氏阴性，原核生物。v为单细胞生物，个体比细菌大，直径或宽度315um，很少单一个体生活，分裂后仍聚集在一起，形成丝状或单细胞的群体，形成大的群体肉眼可见，水体颜色随蓝细菌颜色变化，有的发出草腥或霉臭味。v蓝细菌含有色素系统，如蓝藻素、叶绿素a、胡萝卜素或藻红素，色素比例不一，而使蓝细菌呈现不同颜色。原核微生物新原核微生物新v蓝细菌能菌能进行行产氧氧性性质的光合作用，光解水中的光合作用，光解水中氢产生二生二氧氧化化碳碳，是光能无机（自，是光能无机（自养养）型微生物）型微生物。 v当当水体中排入大量水体中排入大量氮氮磷磷污染物，染物，导致致蓝细菌菌过度度繁殖，繁殖

57、，导致富致富营养养化，水面被化，水面被蓝细菌覆盖而形成菌覆盖而形成各各种种不同不同颜色的色的现象，在淡水象，在淡水称称为“水水华”，在海，在海水水称称为赤潮。形成菌赤潮。形成菌属属有微囊藻有微囊藻属属、鱼腥藻腥藻属属、颤藻藻属属等。等。v水华水体含有剧毒藻毒素，影响水生生物和生活饮用，富营养化后水采用常规水处理难以达标。同时蓝细菌将水面覆盖阻碍水体复氧，大量蓝细菌死亡后腐败进一步导致缺氧，而使水体发臭。 原核微生物新原核微生物新链杆状丝状聚合体球状（正在分裂）蓝细菌的形态原核微生物新原核微生物新蓝细菌生理是光能自养型生物，放氧性光合作用。没有有性生殖，以裂殖为主，也可芽生殖，极少数有孢子已知蓝

58、细菌有20多种具固氮作用，以硝酸盐或氨为氮源。 原核微生物新原核微生物新v代表藻属v微囊藻属微囊藻属 水华主要藻种水华主要藻种v鱼腥藻属鱼腥藻属 水华主要藻种水华主要藻种v颤藻属 水华主要藻种水华主要藻种v单岐藻属原核微生物新原核微生物新2.6 2.6 2.6 2.6 光合细菌光合细菌光合细菌光合细菌PSBPSBPSBPSB原核微生物新原核微生物新v光合细菌也是光能营养型细菌，不含叶绿素，但含菌绿素和类胡萝卜素，因有色素而使菌体呈现不同颜色。能同化CO2为菌体有机物。v光合作用与蓝细菌和藻类不同：1）不能光解水中氢还原CO2，而是从有机物或水以外无机物中获取氢；2）不产氧；3）一般在厌氧条件下进行。v环境应用：光合细菌处理制药等废水、光合细菌产氢。原核微生物新原核微生物新2.7 2.7 2.7 2.7 其他原核细菌其他原核细菌其他原核细菌其他原核细菌原核微生物新原核微生物新其他几种原核微生物主要是病原菌其他几种原核微生物主要是病原菌立克次氏体立克次氏体支原体支原体衣原体衣原体原核微生物新原核微生物新