第2章环境中的微生物

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1、环境中的微生物本章内容 微生物类群与生物三域 真细菌 古细菌 真菌 藻类和原生动物 非细胞型微生物 微生物的分类,鉴定和保藏环境中的微生物第一节 微生物类群与生物三域1.微微生生物物一一词词并并非非生生物物分分类类学上的科学名词；学上的科学名词；2. 微生物是对形体微小、单微生物是对形体微小、单细胞或简单多细胞或无细胞或简单多细胞或无 细胞结构低等生物的通称细胞结构低等生物的通称;3. 微微生生物物（microorgnism)这一术语是一个中性词；这一术语是一个中性词；4. 微微生生物物(germ)是是指指能能够够引引起疾病的某些微生物。起疾病的某些微生物。环境中的微生物环境中常见的微生物环境

2、中常见的微生物环境中的微生物生物三域生物三域(Domain)特征特征 根根据据16SrRNA碱碱基基序序列列分分析析，生生物物界界明明显显存在三个发育不同的基因系统，即：存在三个发育不同的基因系统，即： 古细菌（古细菌（Archaea）：）：古菌、古生菌古菌、古生菌 真细菌（真细菌（Bacteria）：）：细菌细菌 真核生物（真核生物（Eukarya）环境中的微生物第二节第二节 真细菌真细菌 细菌 放线菌 光合型细菌 鞘细菌 滑动细菌 其他细菌型微生物环境中的微生物( (一一) ) 细菌的形态与大小细菌的形态与大小 注意：细菌的形态受到环境条件的影响，一般处于幼龄和条件适宜时的形态是正常的。

3、细菌的三种形态环境中的微生物 细细 菌菌 的的 大大 小小单位表示：微米（m）最小0.2 m ，最大80 m，一般为1020 m。 球菌测直径，0.52 m 杆菌测长宽，15 m 0.51 m 螺旋菌测菌体两端点的距离，150 m，宽0.52 m环境中的微生物 各类微生物大各类微生物大 小关系比较小关系比较环境中的微生物 （二）细菌细胞的构造与功能（二）细菌细胞的构造与功能基本结构: 细胞壁 细胞膜 细胞质 核质体特殊结构: 荚膜 芽孢 鞭毛 质粒细菌细胞的主要特征:无核膜、核仁，仅有裸露的DNA链形成的核区域，称核质体； 无细胞器；核糖体为70S；环境中的微生物 细菌细胞的基本构造细菌细胞的

4、基本构造环境中的微生物 细细 胞胞 壁（壁（cell wall）1、位置：细胞最外的一层薄膜环境中的微生物 细细 胞胞 壁（壁（cell wall）2、成分：肽聚糖（peptidoglycn)、D型氨基酸1、真细菌2、无此二成分为古细菌细菌的独特成分霉菌：几丁质植物；纤维素N乙酰葡萄糖胺和N乙酰胞壁酸及许多氨基酸相连环境中的微生物 可把几乎所有的细菌都分成革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌两个大类，因此它是分类鉴定菌种时的重要指标。任何细菌只要先通过很简单的革兰氏染色，即可提供不少其他重要的生物学特性方面的信息。革兰氏染色步骤革兰氏染色步骤环境中的微生物革兰氏染色的机理革兰氏染色的机理环境中的微生物

5、细胞壁特点与作用细胞壁特点与作用特点：无色透明，较为坚韧，略具弹性。在一定浓度高渗溶液中，原生质收缩，但细胞仍可保持原状。在一定浓度低渗溶液中，细胞膨胀，但不致破裂。作用： 固定细胞外形； 鞭毛运动的支点； 保护细胞，免受外力的损伤； 为正常细胞分裂所必需； 与细菌的抗原性、致病性(如内毒素)和对噬菌体的敏感性密 切相关。 阻拦大分子及有害物质进入细胞；失去细胞壁后，各种形态的细胞都变成球形。环境中的微生物 细胞膜（细胞膜（cell membrane）1、位置：紧贴着细胞壁而包围着细胞质的一层薄膜(厚约 78nm)。2、成分：主要是蛋白质（6070%）、脂类（2030%）和 少量糖类（2%左右

6、）。环境中的微生物 磷脂磷脂（phosphatidate）主要是磷酸甘油二脂甘油中第1，2位碳原子与脂肪酸酯基相连第3位碳原子则与磷酸酯基相连不同的磷脂，其磷酸酯基组成也不相同环境中的微生物 内内 在在 蛋蛋 白白q 约占膜蛋白的70-80%部分或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。q 特征是不溶于水，主要靠疏水键与膜脂相结合，而且不容易从膜中分离出来。q 内在蛋白与双层脂膜疏水区接触部分，由于没有水分子的影响，多肽链内形成氢键趋向大大增加，因此，它们主要以-螺旋和-折叠形式存在。环境中的微生物 细胞膜的镶嵌结构模型细胞膜的镶嵌结构模型环境中的微生物 鞭毛的着生点和提供其运动所需的能量等。 控制细胞内

7、、外的物质(营养物质和代谢废物)的运送、交换； 维持细胞内正常渗透压的屏障作用； 合成细胞壁各种组分和荚膜等的场所； 进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地； 许多酶(半乳糖苷酶、有关细胞壁和荚膜的合成酶、ATP酶) 和电子传递链组分的所在部位；作用：特点：柔软而富有弹性 细胞膜特点与作用细胞膜特点与作用环境中的微生物 细胞质（细胞质（cytoplasm） 4、作用：具有各种酶系统，是细菌进行新陈代谢活动的场所。 5、可以根据染色特点，我们可以通过观察染色均匀与否来判断细菌是处于幼龄还是衰老阶段。q 幼令菌的细胞质非常稠密、均匀、很容易染色。q 成熟细胞的细胞质内含有不少内含物，染色能力较差，因

8、此着色不均匀。 2、主要成分：水、蛋白质、核糖体（主要是RNA）、脂、糖、无机盐等。 3、特点：无色透明粘稠的复杂胶体。 1、位置：被细胞膜包围着的除核质体外的一切透明、胶状、颗粒状物质。 环境中的微生物 细胞核（细胞核（cell nuclear）v 一般的细菌仅具有分散而不固定形态的核质。v 没有核膜包围，也没有核仁，它只是一团裸露的且高度折叠缠绕的DNA分子。v 核或核质成分脱氧核糖核酸（DNA)。v 是决定生物遗传性的主要部分。环境中的微生物 细菌细胞的特殊构造细菌细胞的特殊构造 在细胞壁外常围绕着一层粘液，厚薄不一。比较薄时称为粘液层，相当厚时称荚膜。荚膜（capsule）荚膜、芽孢、

9、鞭毛、质粒应用：菌胶团环境中的微生物 某些细菌在其生长发育后期，可在细胞内形成一个圆形或椭圆形的抗逆性休眠体，称为芽抱。由于每一细胞仅形成一个芽抱，故它无繁殖功能。作用：有极强的抗热、抗辐射、抗化学药物和抗静水压等的能力。有极强的抗热、抗辐射、抗化学药物和抗静水压等的能力。应用：灭菌的依据，生物农药（科诺）灭菌的依据，生物农药（科诺） 芽孢（芽孢（ endospore，spore ）环境中的微生物 鞭毛由细胞质而来的，起源于细胞质的最外层即细胞膜，穿过细胞壁伸出细菌体外。其在茵体上的位置和数目随菌种而有不同。应用：作为菌种分类鉴定的重要指标成分：蛋白质，有的还含有极少量的多糖和类脂等作用：细菌

10、的运动器官 鞭毛（鞭毛（ flegellum ）环境中的微生物 裂殖是细菌最普遍、最主要的繁殖方式，少数细菌进行出芽繁殖，还有少数细菌能进行有性接合。 （三）细菌的繁殖及其群体特征（三）细菌的繁殖及其群体特征环境中的微生物 生长繁殖的群体特征生长繁殖的群体特征固体培养基上:菌落(colony)： 指微生物细胞在一定条件下，在固体培养基表面形成的肉眼可见的微生物群体。若来自一个细胞，则为纯培养或称克隆( clone)。菌苔(lawn)： 大量细菌的菌落连成一片。环境中的微生物 菌落表面形态：有光滑、皱稻、放射状、根状等形态菌落表面形态：有光滑、皱稻、放射状、根状等形态 茵落边缘形状：有整齐、波状

11、、丝状、锯齿状、裂叶状等形态茵落边缘形状：有整齐、波状、丝状、锯齿状、裂叶状等形态 茵落隆起形状：有扁乎、隆起、草帽状、脐状等茵落隆起形状：有扁乎、隆起、草帽状、脐状等 透透 明明 度：可分为透明、半透明、不透明等度：可分为透明、半透明、不透明等菌落特征与细菌自身的遗传生长特性和培养条件有关 菌落特征的描述菌落特征的描述环境中的微生物 生长繁殖的培养特征生长繁殖的培养特征液体培养基上： 均匀混浊 沉淀生长 表面生长环境中的微生物（四）环境中常见的微生物球菌类微球菌属链球菌属葡萄球菌属明串球菌属杆菌类假单胞菌属动胶菌属埃希氏属产碱菌属不动杆菌属节杆菌属色杆菌属气单胞菌属变形杆菌属芽孢杆菌属克雷伯

12、氏菌属固氮菌属根瘤菌属螺旋菌类螺菌属弧菌属蛭弧菌属环境中的微生物 放线菌放线菌(actinomycetes) 放线菌由于菌落呈放线状菌丝而得名 一般分布在含水量较低、有机物丰富和呈微碱性的土壤环境中 已发现的2000多种抗菌素中约有56%是放线菌产生的环境中的微生物放线菌的形态结构 各种放线菌的基本形态都是分支的丝状体 菌丝大多无隔膜，直径约为1微米 菌丝与孢子有不同形态 菌丝：基内菌丝、气生菌丝、孢子丝 分生孢子：有球形、椭圆形、杆形、瓜子形等环境中的微生物放线菌的繁殖 通过通过横割分裂的方式形成无性孢子方式进行繁殖 孢子在适宜环境中吸收水分膨胀萌发菌丝体 孢子对不良环境条件有较强的抵抗力环

13、境中的微生物放线菌的菌落特征 菌落干燥、不透明，表面呈紧密的丝绒状，上有一层色彩鲜艳的干粉 菌落和培养基的连接紧密，难以挑取 菌落的正反面颜色常不一致，菌落边缘培养基的平面有变形现象 液体静置培养，会形成斑状或膜状培养物在容器内壁液面处或沉于底部 液体震荡培养，会形成由菌丝体所构成的球状颗粒。环境中的微生物放线菌的生理特性 大多数好氧性 异养菌 多数腐生性，寄生性的为厌氧菌 G+ pH：78 最适温度：2530度；高温菌5060度环境中的微生物放线菌在环境工程中的应用 某些菌有氧化分解无机氰化物（CN-）的能力 晴纶废水处理（塔式生物滤池）诺卡氏菌属 在石油脱蜡，烃类的降解中起重要作用 生产生

14、物絮凝剂 有机固体废物处理（好氧堆肥）链霉菌属环境中的微生物三 光合型细菌（一）蓝细菌（一）蓝细菌（CYANOBACTERIALCYANOBACTERIAL） 蓝细菌具原核细胞，无有丝分裂，细胞壁与革兰氏阴性菌相似属于原核微生物，称篮细菌环境中的微生物三 光合型细菌（二）光合细菌（PSB) 光合细菌是一类含有光合色素，进行光合作用的细菌。常见的光合细菌有色杆菌科，外硫红螺菌科，紫色非硫菌科，紫色硫菌科环境中的微生物第三节 古细菌一、古细菌的特点（1 1）16S 16S rRNArRNA分析分析（2 2）形态）形态（3 3）结构）结构（4 4）中间代谢）中间代谢（5 5）严格厌氧）严格厌氧（6

15、6）生活环境）生活环境环境中的微生物二、产甲烷古细菌群三、还原硫酸盐古细菌群四、极端嗜古细菌群五、无细胞壁古细菌群六、极端嗜热和超嗜热的代谢元素硫的古细菌群第三节 古细菌环境中的微生物第四节 真菌真菌的细胞结构细胞壁原生质膜膜边体细胞核线粒体核糖体内质网菌丝正常菌丝菌丝变态菌丝的特殊结构无隔膜菌丝有隔膜菌丝一、真菌的营养体环境中的微生物二、真菌的繁殖与繁殖体无性繁殖和有性繁殖 无性繁殖：出芽繁殖（芽殖）与分裂繁殖（裂殖） 有性繁殖：产生子囊孢子 芽殖是成熟的细胞上长出一小芽。芽细胞长到一定程度，脱离母细胞继续生长 有性繁殖过程：两个性别不同细胞接近各伸出一小突起而接触两细胞结合接触处细胞壁溶解

16、细胞质融合形成子囊孢子（四个）变为营养细胞环境中的微生物三、真菌菌落特征霉菌菌落较疏松，呈绒毛状，絮状或蜘蛛网状。酵母菌菌落一般呈油脂或腊脂状，表面光滑，湿润呈乳白色或红色。环境中的微生物四、真菌的分类藻状菌纲 v根霉属v毛霉属子囊菌纲v酵母菌属v脉孢军属担子菌纲半知菌纲v假丝酵母属v地霉属v曲霉属v青霉属v交链孢属v镰孢霉属v木霉属环境中的微生物第五节 藻类和原生动物 藻类类似植物进行光合作用，又不被分类为真正的植物 单细胞藻类被认为是微生物 按照其形态构造、色素组成等特点，藻类可分为六个门 绿藻门、褐藻门、金藻门、甲藻门、裸藻门、红藻门 绿藻、硅藻、金藻水处理中常见的一、藻类环境中的微生物

17、藻类生理特征 大多数有细胞壁 有色素光合作用 无机营养型 无根、茎、叶的分化 单细胞或多细胞 个体大小悬殊环境中的微生物藻类绿藻 绿藻是一种单细胞或多细胞的绿色植物 小球藻属（chlorella）和衣藻属（chlamgdomonas)是单细胞藻类 细胞中的色素以叶绿素为主，并含有叶黄素和胡萝L素 有的绿藻有色腥或青草的气味 大部分种类适宜在微碱性环境生长，春秋季旺盛环境中的微生物藻类绿藻环境中的微生物藻类硅藻 硅藻是一种单细胞或单细胞的群体 细胞内含有黄色素、胡萝L素和叶绿素等 主要特点是细胞壁中含有大量的硅质，形成一个由两片合成的硅藻壳体 适宜在较低温度中生长，在春秋两季和冬初生长最好环境中

18、的微生物藻类水污染给水污染 臭味、颜色、影响过滤加硫酸铜或漂白粉灭藻 水污染指标：标准面积单位/mL，1个标准面积单位400um2 5001000标准面积单位/mL： 清水 10002000标准面积单位/mL： 受藻类污染 2000标准面积单位/mL： 受藻类严重污染环境中的微生物藻类水污染富营养化 N、P湖、海藻类大量繁殖赤潮、水华影响水质、损害渔业生产 所以污水应深度处理以去除N、P环境中的微生物藻类水处理氧化塘 藻类与细菌互生废水处理 养殖藻类 晴纶废水处理 含汞废水处理环境中的微生物二 原生动物一般特征 原生动物是动物中最原始低等的单细胞动物，长度100300微米 结构简单，但在生理上

19、已是一个完善的有机体，即具有独立生活动物所具有的生命特征和生理机能 细胞不同部位各有分工，形成具有特殊功能的各种“胞器” 如：行动胞器伪足、鞭毛、纤毛 营养胞器胞口、胞咽、食物泡 排泄胞器伸缩胞 感觉胞器眼点 营养方式多样：动物性、植物性、腐生性 能形成孢囊：抵抗不良环境因子环境中的微生物原生动物分类 根据胞器特征: 鞭毛虫纲; 肉足虫纲; 纤毛虫纲; 吸管虫纲； 孢子虫纲；肉足虫纲变形虫纤毛虫纲草履虫鞭毛虫纲绿眼虫水处理中常见的三类环境中的微生物肉足虫纲 主要特征: 都有伪足，没有固定的形状 代 表：变形虫 水处理中：变形虫、辐射变形虫、太阳虫 出现规律：曝气池运行初期环境中的微生物鞭毛虫纲

20、 主要特征: 都有鞭毛，分为植物性和动物性鞭毛虫 代 表：绿眼虫（植物性）；梨波豆虫（动物性） 水处理中：绿眼虫、梨波豆虫、跳侧滴虫、锥滴虫等 出现规律：曝气池运行初期或有机物丰富时大量出现环境中的微生物纤毛虫纲 主要特征: 都有纤毛，分游泳型和固着型纤毛虫 代 表：草履虫（游泳型）；钟虫（固着型） 水处理中：草履虫、肾形虫、豆形虫、楯纤虫、钟虫等 出现规律：群体钟虫出现说明处理效果好环境中的微生物纤毛虫纲 活性污泥中常见的游泳型纤毛虫和群体钟虫环境中的微生物纤毛虫纲 草履虫的运动和营养（液泡）环境中的微生物第六节 非细胞类微生物 病毒 噬菌体 亚病毒环境中的微生物一、病毒 (virus)一般

21、特征 形体微小，几纳米到几百纳米 无细胞结构 营专性寄生环境中的微生物病毒的形态与结构 蛋白质外壳衣壳（capsid) DNA（RNA)芯子基因组（genome) 基因组与衣壳的复合体核衣壳（nucleocapsid)病毒的三种可能形态：二十面体对称螺旋对称复合对称的嗜菌体环境中的微生物病毒的生长繁殖环境中的微生物烈性嗜菌体 能使细菌细胞裂解的嗜菌体称为烈性嗜菌体 被侵染的细菌称为敏感细菌 固体培养基上细菌被病毒侵染出现的透明空斑称为嗜（蚀）菌斑环境中的微生物温和嗜菌体 有的嗜菌体侵入细菌后并不立刻起作用 嗜菌体DNA进入细胞核，并且整合到细胞核酸上同步复制 这种嗜菌体称为温和嗜菌体（lyso

22、genic phage）或原病毒（provius) 这种现象称为溶原性（lysogeny) 被温和嗜菌体侵染的细菌称为溶原性细菌 某些RNA病毒在细胞质利用反转录酶合成互补的DNA进入细胞核作为原病毒。如HIV环境中的微生物第七节 微生物分类、鉴定和保藏一、经典分类法二、化学分类法三、数值分类法四、分子遗传学分类法科以上的分类以形态结构为主，以下的则以生理生化特性加形态根据微生物细胞的特征性化学组分G+C摩尔数分析DNA与DNA或RNA杂交16S 或18rRNA碱基序列分析环境中的微生物采用林奈(Linnaeus)双命名法，菌的名称由二个拉丁文单词组成：q 第一个是属名，用拉丁文名词表示，词首

23、字母大写它描述细菌的主要特征，属名可以缩写；q 第二个是种名，用拉丁文形容词表示，词首字母不大写，它描述细菌的次要特征；q 有时之后还有单词，是说明该菌的命名人；q 如果细菌只鉴定到属，用sp.表示。 eg：Escherichia coil （E. coil） 大肠杆菌 Bacillus subtilus 枯草芽孢杆菌 Bacillus sp. （一种）芽孢杆菌 Staphylococcus aureus 金黄色葡萄球菌 Saccharomyces cerevisiae Hansen 汉逊氏啤酒酵母 细菌的命名细菌的命名环境中的微生物菌种的保藏培养物传代保藏法低温保藏法干燥保藏法环境中的微生物 思思 考考 题题P69 ：189、细菌细胞壁中的独特成分是什么？10、通常将细胞膜描述为什么模型？11、革兰氏染色方法原理是什么？染色步骤怎样进行？12、质粒是细菌存活的必要构造吗？13、细菌细胞的繁殖方式主要是什么？还有其它哪些？14、何谓细菌菌落？菌落外观特性与什么有关？15、细菌的命名采用什么方法？如何应用？16、放线菌、细菌、酵母菌及霉菌的菌落比较。17、常见的三类原生动物各有何特点？18、不同病毒的形态有何不同？19、病毒复制有哪些过程？20、病毒侵染细胞后总是立刻合成病毒蛋白质吗？