4水處理微生物學(xué)-細(xì)菌

第二節(jié)

細(xì)菌域包括細(xì)菌門和藍(lán)細(xì)菌細(xì)菌門包括細(xì)菌、放線菌、衣原體、支原體、粘細(xì)菌、古細(xì)菌、螺旋體等細(xì)菌一、大小細(xì)菌細(xì)胞微小而透明，大小以微米計，用顯微鏡也很難看清楚。通常用適當(dāng)染料染色，增加標(biāo)本與背景間折光率的差異，以便觀察。不能染色的活體細(xì)胞，則可用相差顯微鏡進(jìn)行觀察。一、形態(tài)分四種類型：球菌：單球、雙球、鏈球等桿菌：單桿、雙桿、鏈桿螺旋菌：紅螺菌、綠螺菌絲狀菌：鐵細(xì)菌、絲狀硫細(xì)菌等球菌：單球菌、雙球菌、四聯(lián)球菌、八疊球菌、鏈球菌細(xì)胞分裂沿一個平面進(jìn)行，新個體分散而單獨(dú)存在.如尿素微球菌(Micrococcusureae)細(xì)胞沿一個平面分裂，新個體成對排列.

如肺炎雙球菌(Diplococcus

pneumoniae)細(xì)胞沿一個平面進(jìn)行分裂，新個體不但可保持成對的樣子，并可連成鏈狀.如：乳鏈球菌（Streptococcuslactis）無乳鏈球菌（Streptococcusagalactiae)溶血鏈球菌（Streptococcushemolyticus)細(xì)胞分裂是沿兩個相垂直的平面進(jìn)行，分裂后每四個細(xì)胞特征性地連在一起，呈田字形.

如四聯(lián)微球菌（Micrococcustetragenus）細(xì)胞按三個互相垂直的平面進(jìn)行分裂后，每八個球菌特征性地連在一起成立方體形.

如藤黃八疊球菌（Sarcina

ureae)細(xì)胞無定向分裂，多個新個體形成一個不規(guī)則的群體，猶如一串葡萄。如：金黃色葡萄球菌（Staphylococcusaureus)白色葡萄球菌（Staphylcoccus

albus)鏈球菌(streptococcus)葡萄球菌(stapylococcus)桿菌：單桿菌、雙桿菌、鏈桿菌螺旋菌：紅螺菌屬、綠螺菌屬、紫硫螺菌屬、弧菌等絲狀菌：鐵細(xì)菌、絲狀硫細(xì)菌等環(huán)境條件及生長情況的變化會引起形態(tài)的變化。如節(jié)桿茵幼齡細(xì)胞為桿狀，老齡細(xì)胞則呈球狀。二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)單細(xì)胞1、細(xì)胞壁位于菌體外表面，較堅(jiān)韌而富有彈性，占菌體的10~25%。構(gòu)成細(xì)胞壁的主要成分是肽聚糖、脂類和蛋白質(zhì)。肽聚糖是由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸以及少量氨基酸短肽鏈聚合而成的一個大分子復(fù)合體，形成多層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。G+細(xì)菌的細(xì)胞壁化學(xué)組成以肽聚糖為主，75％的肽聚糖亞單位縱橫交錯連接，形成致密的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。除肽聚糖外，大多數(shù)G+細(xì)菌的細(xì)胞壁中還含有磷壁酸，使細(xì)胞壁形成一個負(fù)電荷環(huán)境。G-細(xì)菌的細(xì)胞壁分為內(nèi)壁層和外壁層。內(nèi)壁層緊貼細(xì)胞，由肽聚糖組成，僅30％的肽聚糖亞單位彼此交織連結(jié)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)較疏松。沒有磷壁酸，有脂多糖。細(xì)菌G+G—壁厚/nm20~8010肽聚糖%40~9010磷壁酸%+-脂多糖%-+蛋白質(zhì)%2060脂肪%1~411~22G+肽聚糖、磷壁酸細(xì)胞質(zhì)膜G+N-乙酰葡糖胺

(NAG)N-乙酰胞壁酸(NAM)G-細(xì)胞質(zhì)膜肽聚糖脂多糖、脂蛋白、類脂G-染色原理1、草酸胺結(jié)晶紫染色——紫色2、經(jīng)I-KI處理后用乙醇脫色？能否脫除3、用蕃紅復(fù)染色。紫色（G+）形成結(jié)晶紫-I的復(fù)合物紅色（G-），乙醇溶解脂類，失去網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)Crystalviolet

結(jié)晶紫2）GramsIodine(mordant)

媒染I-KI3）乙醇脫色4）Safranin(Counterstain)

復(fù)染1.涂片固定2.單染—結(jié)晶紫染液第一次染色

1min3.媒染—碘-碘化鉀溶液浸濕30S4.脫色—95%乙醇溶液進(jìn)行顏色洗脫5.復(fù)染—紅色的藩紅染液第二次染色

革蘭陽性

革蘭陰性細(xì)胞壁的功能1、細(xì)胞壁具有保護(hù)作用，使細(xì)胞免遭外界損傷，維持細(xì)胞形狀和保持細(xì)胞的完整性（細(xì)菌失去細(xì)胞壁之后，任何形態(tài)的細(xì)胞均呈球狀）細(xì)胞壁的功能2、細(xì)胞壁具有一定的韌性和彈性，這樣可以保護(hù)原生質(zhì)體，避免滲透壓對細(xì)胞產(chǎn)生破壞作用；細(xì)胞壁的功能3、細(xì)胞壁具有多孔性，在營養(yǎng)代謝時，可以允許水及一些化學(xué)物質(zhì)通過，但對大分子物質(zhì)有阻擋作用，是有效的分子篩；細(xì)胞壁的功能4、對于有鞭毛的細(xì)菌來說，細(xì)胞壁為鞭毛提供支點(diǎn)，支撐鞭毛的運(yùn)動，如果用溶菌酶水解掉細(xì)胞壁，則細(xì)菌無法運(yùn)動；原生質(zhì)體

包括細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞內(nèi)含物、細(xì)胞核物質(zhì)2、細(xì)胞膜細(xì)胞膜又稱原生質(zhì)膜或質(zhì)膜，是外側(cè)緊貼于細(xì)胞壁而內(nèi)側(cè)包圍細(xì)胞質(zhì)的一層柔軟而富有彈性的半透性薄膜，其化學(xué)組成是脂類（20％~30％）和蛋白質(zhì)（60％~70％），少量多糖。細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)由磷脂雙分子層與蛋白質(zhì)組成，雙層磷脂夾在蛋白質(zhì)分子之間，有的蛋白質(zhì)分子又鑲嵌在磷脂中間。

親水的極性基朝向膜內(nèi)外表面疏水的非極性基在內(nèi)層細(xì)胞膜的作用1、細(xì)胞膜上特殊的滲透酶和載體蛋白能選擇性地轉(zhuǎn)運(yùn)可溶性的小分子有機(jī)化合物及無機(jī)化合物，控制營養(yǎng)物、代謝產(chǎn)物進(jìn)出細(xì)胞，維持滲透壓梯度；細(xì)胞膜的作用2、具有合成細(xì)胞壁和形成橫膈膜組分的酶，合成細(xì)胞壁；

3、膜內(nèi)陷形成的中間體和各種酶有細(xì)胞色素，參與呼吸作用，轉(zhuǎn)運(yùn)電子和磷酸化，行使物質(zhì)和能量代謝；

4、膜上有鞭毛基粒，為鞭毛生長提供支點(diǎn)。3、細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)是細(xì)胞膜內(nèi)除細(xì)胞核外所有物質(zhì)的統(tǒng)稱，是細(xì)菌細(xì)胞的基本物質(zhì)，為一種透明粘稠的膠狀物。細(xì)胞質(zhì)的主要成分是水、蛋白質(zhì)、核酸（主要是RNA）、脂類、少量的糖類和無機(jī)鹽類。細(xì)胞質(zhì)中含有各種酶系統(tǒng)，使細(xì)菌細(xì)胞與其周圍環(huán)境不斷地進(jìn)行新陳代謝。細(xì)胞質(zhì)中還有核糖體和各種不同的內(nèi)含物。內(nèi)含物—核糖體由約60％的RNA和40％的蛋白質(zhì)組成的，以核蛋白形式存在的顆粒狀結(jié)構(gòu)，是蛋白質(zhì)的合成場所。高速離心時原核生物核糖體沉降系數(shù)均為70s，由一個30S亞基和一個50S亞基組成。16SRNA負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)合成中的轉(zhuǎn)錄，決定蛋白質(zhì)特異性。P44內(nèi)含物—?dú)馀菰谠S多營光合作用、無鞭毛運(yùn)動的水生細(xì)菌（如紫色光合細(xì)菌和藍(lán)細(xì)菌）的細(xì)胞內(nèi)，常含有為數(shù)眾多的充滿氣體的小飽囊，稱為氣泡。氣泡由厚僅2nm的蛋白質(zhì)膜所包圍，具有調(diào)節(jié)細(xì)胞比重使其飄浮在合適水層中的作用。內(nèi)含物—異染粒(多聚磷酸鹽顆粒)為偏磷酸鹽的聚合物，嗜堿性或嗜中性較強(qiáng)，用藍(lán)色染料染色后．不呈藍(lán)色而呈紫紅色，故稱異染顆粒。它是營養(yǎng)過剩時磷源和能源的貯藏物，細(xì)菌老齡時作為C、P源被利用。聚磷菌（PAOs）中富含異染顆粒。內(nèi)含物—聚β-羥基丁酸是β-羥基丁酸的多聚體，不溶于水，易被脂溶性染料著色，光學(xué)顯微鏡下可見。羥基丁酸分子呈酸性，當(dāng)其聚合為聚β-羥基丁酸時，成為中性脂肪酸，從而維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境中性。它是碳源和能量的貯存物，并可直接或間接用作還原力。在許多細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)內(nèi)經(jīng)?？砂l(fā)現(xiàn)PHB顆粒。內(nèi)含物—聚β-羥基丁酸內(nèi)含物—聚β-羥基丁酸內(nèi)含物—糖原和淀粉粒

前者遇碘呈紅褐色，后者遇碘呈藍(lán)色，可在光學(xué)顯微鏡下看到。也是碳源和能源的貯藏物。內(nèi)含物—硫粒

硫磺細(xì)菌生活在含H2S的環(huán)境中時，細(xì)胞內(nèi)積累折光性很強(qiáng)的硫粒，是硫素貯藏物質(zhì)，也是某些化能自養(yǎng)型硫細(xì)菌，如氧化硫硫桿菌貯存的能源物質(zhì)，能通過氧化元素硫?yàn)榱蛩岫@取能量。是硫元素的貯藏體功能：

a.好氧硫細(xì)菌的能源

b.厭氧硫細(xì)菌的電子供體形成：當(dāng)環(huán)境中H2S含量高時，在體內(nèi)積累S；當(dāng)H2S不足時,S氧化成硫酸鹽，以提供被菌細(xì)胞生命活動所需能量：H2S→S→SO4-2內(nèi)含物—多肽結(jié)晶有的芽孢桿菌在芽孢形成期于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)形成晶體，對鱗翅目幼蟲有強(qiáng)烈毒性，可用于防治農(nóng)業(yè)害蟲。如：蘇云金芽孢桿菌內(nèi)含物—磁粒是磁性細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)特有的串狀Fe3O4的磁性顆粒場，并使細(xì)胞順磁場方向排列。內(nèi)含物—擬核原始的核，細(xì)菌的染色體，由一條環(huán)狀的雙鏈DNA高度折疊纏繞形成。攜帶細(xì)菌的全部遺傳信息，決定遺傳性狀和傳遞遺傳信息。細(xì)胞核質(zhì)細(xì)菌的核位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，為一絮狀的核區(qū)，結(jié)構(gòu)簡單。它沒有核膜、核仁，沒有固定形態(tài)，這些是與真核微生物的主要區(qū)別之處。核區(qū)內(nèi)集中有與遺傳變異密切相關(guān)的脫氧核糖核酸(DNA)，由一條環(huán)狀雙鏈DNA分子高度折疊纏繞而成，稱為染色質(zhì)體或細(xì)菌染色體。細(xì)菌的核攜帶遺傳信息，其功能是決定遺傳性狀和傳遞遺傳信息。細(xì)胞核質(zhì)粒質(zhì)粒是指獨(dú)立于染色體外，存在于細(xì)胞質(zhì)中，能自我復(fù)制，由共價閉合環(huán)狀雙螺旋DNA分子所構(gòu)成的遺傳因子。其相對分子質(zhì)量較細(xì)菌染色體小，每個菌體內(nèi)有一個或幾個，也可能有很多個質(zhì)粒。按照功能可將質(zhì)粒分為抗藥性質(zhì)粒(R因子)、致育因子(F因子)、降解質(zhì)粒以及對某些重金屬離子具有抗性的質(zhì)粒。因此可以作為基因的運(yùn)載工具，組建新菌株。細(xì)菌染色體外的共價閉合環(huán)狀雙鏈DNA分子．分子量約為２—100×106D.攜帶1—100個基因,一個菌細(xì)胞可有一至數(shù)十個質(zhì)粒。質(zhì)粒的特點(diǎn)：1、可以在細(xì)胞質(zhì)中獨(dú)立于染色體之外（即以游離狀態(tài)）存在，也可以插入到染色體上以附加體的形式存在；2、在細(xì)胞分裂時，可以不依賴于細(xì)菌染色體而獨(dú)立進(jìn)行自我復(fù)制，也可以插入到細(xì)菌染色體中與染色體一道進(jìn)行復(fù)制；3、質(zhì)粒可以通過轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、或接合作用而由一個細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個細(xì)胞，使兩個細(xì)胞都成為帶有質(zhì)粒的細(xì)胞；4、質(zhì)粒對于細(xì)胞生存并不是必要的。質(zhì)粒的種類1、大腸桿菌的F因子2、細(xì)菌抗藥質(zhì)粒（R因子）3、大腸桿菌素質(zhì)粒（Col因子）4、降解質(zhì)粒5、Vi質(zhì)粒質(zhì)粒

應(yīng)用4、莢膜是某些細(xì)菌在新陳代謝過程中形成的，分泌于細(xì)胞壁外的粘液狀物質(zhì)。按其覆蓋細(xì)胞壁的厚度以及形狀，有以下幾種情況：具有一定外形，相對穩(wěn)定地附著于細(xì)胞壁外，厚約200nm，稱為莢膜。各菌體外面的莢膜物質(zhì)互相融合，連為一體，組成共同的莢膜，多個菌體包埋其中，即成為菌膠團(tuán)肺炎鏈球菌莢膜莢膜莢膜的化學(xué)組成因菌種而異，主要是多糖類，也有多肽、蛋白質(zhì)等。莢膜的含水率很高，一般在90%以上，有的甚至達(dá)98%。莢膜使固體瓊脂培養(yǎng)基上形成的菌落分為表面濕潤、有光澤、粘液狀的光滑型菌落(簡稱S型)和無莢膜細(xì)菌形成的表面干燥、粗糙的粗糙型菌落(R型)。莢膜的功能對細(xì)菌起保護(hù)作用，使細(xì)菌免受干燥的影響，保護(hù)致病菌免受宿主吞噬細(xì)胞的吞噬，防止微小動物的吞噬和噬菌體的侵襲，增強(qiáng)對外界不良環(huán)境的抵抗力；莢膜有助于細(xì)菌的侵染力；莢膜是細(xì)胞外貯藏物，當(dāng)營養(yǎng)缺乏時可作為碳（或氮）源和能源被利用；許多細(xì)菌通過莢膜或粘液層相互連接，形成體積和密度較大的菌膠團(tuán)。應(yīng)用：莢膜也可以成為有價值的材料。如：Leucomostoc

mesenteroides

的葡聚糖莢膜已用于生產(chǎn)代血漿的主要成分——右旋糖酐和葡聚糖凝膠制劑；從野菜黃單胞菌（Xanthomonas

campestris）莢膜提取黃原膠，它是優(yōu)良的食品添加劑，又是石油開采中優(yōu)良的壓漿劑；用產(chǎn)菌膠團(tuán)的菌進(jìn)行污水處理等；通過莢膜的血清學(xué)反應(yīng)進(jìn)行細(xì)菌鑒定（莢膜膨脹試驗(yàn)）。危害：食品變質(zhì)發(fā)粘；增強(qiáng)致病力；造成嚴(yán)重齲齒等。5、芽孢某些在生活史的某階段或遇到不良環(huán)境時，在細(xì)胞內(nèi)形成的內(nèi)生孢子，叫芽孢，是抵御不良環(huán)境的休眠體，也是細(xì)菌鑒定的依據(jù)之一。spores芽孢的特點(diǎn)含水率低，38~40%；壁厚而致密，外層為蛋白質(zhì)外殼，中層為肽聚糖皮層，內(nèi)層為肽聚糖胞子壁；形成過程中具有耐熱性，含有耐熱性酶，萌發(fā)形成后失去耐熱性；耐性強(qiáng)，抵抗外界不良環(huán)境耐受性強(qiáng)。炭疽芽孢桿菌…..生物恐怖主義者為什么會看中這種細(xì)菌呢？首先因?yàn)樘烤沂且环N嚴(yán)重的疾病，分布又非常廣泛?！?..還因?yàn)樗鼛缀跏且环N永不死亡的細(xì)菌，-----它們能夠形成芽孢，因而很不容易死亡。在環(huán)境惡劣的時候，細(xì)菌內(nèi)部會有一小部分濃縮起來，在這一部分周圍形成幾層堅(jiān)硬的殼。里面的生命活動變得非常緩慢，而殼外面那部分就死亡消失了，這就是芽孢。環(huán)境條件一變好，殼里面的部分會像“發(fā)芽”一樣長出來。6、鞭毛某些細(xì)菌長在體表的細(xì)長、波曲的絲狀物。鞭毛長度往往超過菌體若干倍，但直徑很細(xì)，一般為10nm~20nm，需用電鏡才能觀察。經(jīng)特殊染色，使媒染劑與染料的復(fù)合物附著并積累在鞭毛上，加粗其直徑，則可用普通光學(xué)顯微鏡觀察。鞭毛數(shù)目為一至數(shù)十根，具有運(yùn)動的功能。鞭毛的基體與菌體細(xì)胞膜相連。去除細(xì)胞壁，鞭毛仍保留，但失去運(yùn)動能力。E.coli1、無性生殖細(xì)菌的繁殖方式很多，主要是以無性的二分裂繁殖細(xì)菌的繁殖形成橫隔，尚未分裂的球菌2、有性生殖研究表明各類細(xì)菌普遍具有有性生殖能力

質(zhì)粒復(fù)制轉(zhuǎn)移細(xì)菌等原核生物質(zhì)粒染色體三、細(xì)菌的營養(yǎng)特征

（固體培養(yǎng)基）

生長于固體培養(yǎng)基上、來源于一個或少數(shù)幾個細(xì)胞、肉眼可見的微生物群體，稱為菌落。各種微生物在一定條件下形成的菌落特征具有一定的穩(wěn)定性和專一性，這是衡量菌種純度，辨認(rèn)和鑒定菌種的重要依據(jù)。(RobertKoch,1843~1910)創(chuàng)用固體培養(yǎng)基。他還創(chuàng)用了染色方法和實(shí)驗(yàn)動物感染，為發(fā)現(xiàn)多種傳染病的病原菌提供實(shí)驗(yàn)手段。光滑型菌落粗糙型菌落粘液型菌落colony菌落的質(zhì)地和顏色colony菌落的質(zhì)地和顏色斜面培養(yǎng)基三、細(xì)菌的營養(yǎng)特征

（半固體培養(yǎng)基）觀察細(xì)菌的運(yùn)動特性，鞭毛的有無及需氧性三、細(xì)菌的營養(yǎng)特征

（液體培養(yǎng)基）細(xì)菌在液體培養(yǎng)基中生長使培養(yǎng)基混濁，混濁情況因細(xì)菌對O2要求不同而有別：兼性厭氧菌——培養(yǎng)液均勻混濁需氧菌——培養(yǎng)液僅上部混濁厭氧菌——培養(yǎng)液僅下部混濁。菌膜菌沉淀均勻渾濁對照四、細(xì)菌的物理特征50%以上為氨基酸、蛋白質(zhì)。氨基酸是兩性電解質(zhì)，在堿性溶液中帶負(fù)電荷，在酸性溶液中帶正電荷。在一般的培養(yǎng)、染色、血清試驗(yàn)等過程中溶液pH高于pI，因