环境工程微生物学讲稿HG（03原核微生物）.ppt

第二章第二章 原核微生物原核微生物第一篇第一篇微生物学基础微生物学基础本章主要内容本章主要内容细菌：形态结构、培养特征、物理化学细菌：形态结构、培养特征、物理化学性质；性质；古菌：特点、分类；古菌：特点、分类；放线菌：形态、培养、应用；放线菌：形态、培养、应用；蓝细菌：特点、分类蓝细菌：特点、分类其他原核生物其他原核生物第一节第一节细菌细菌一、细菌的个体形态和大小一、细菌的个体形态和大小原核生物，单细胞（即一个细胞就是一个个体）原核生物，单细胞（即一个细胞就是一个个体）细菌的个体（也就是细胞）基本形态有三种：细菌的个体（也就是细胞）基本形态有三种：球状、杆状和螺旋状球状、杆状和螺旋状或四种：或四种：球状、杆状和螺旋状和丝状球状、杆状和螺旋状和丝状1.球菌细胞个体形状为球形，其直径约为球菌细胞个体形状为球形，其直径约为0.52.0各类球菌又可以根据其排列方式的不同，进一步分为：各类球菌又可以根据其排列方式的不同，进一步分为：单球菌单球菌例：脲微球菌例：脲微球菌双球菌双球菌例：肺炎双球菌例：肺炎双球菌(肺炎链球菌肺炎链球菌)链球菌链球菌例：乳链球菌例：乳链球菌四联球菌四联球菌例：四联微球菌例：四联微球菌八叠球菌八叠球菌例：甲烷八叠球菌例：甲烷八叠球菌葡萄球菌葡萄球菌例：金黄色葡萄球菌例：金黄色葡萄球菌2.杆菌细胞个体形状为杆状，其大小为杆菌细胞个体形状为杆状，其大小为0.5115杆菌有长、短之分，如枯草杆菌、大肠杆菌等，杆菌有长、短之分，如枯草杆菌、大肠杆菌等，也可按细胞排列、双杆菌、链杆菌。

也可按细胞排列、双杆菌、链杆菌3.螺旋菌细胞个体形状呈螺旋卷曲状，螺旋螺旋菌细胞个体形状呈螺旋卷曲状，螺旋的数目和螺距随菌的不同而不同其大小约为：的数目和螺距随菌的不同而不同其大小约为：0.251.7260螺纹不满一圈的称为弧菌，如逗号弧菌；螺纹不满一圈的称为弧菌，如逗号弧菌；螺纹在一圈以上的称为螺菌，如紫硫螺旋菌和红螺纹在一圈以上的称为螺菌，如紫硫螺旋菌和红螺菌4.丝状菌丝状菌在水体、潮湿土壤及活性污泥中普遍存在一种被在水体、潮湿土壤及活性污泥中普遍存在一种被称为称为丝状菌丝状菌的细菌，如球衣菌、发硫菌等的细菌，如球衣菌、发硫菌等有人将其列为第四种细菌形态有人将其列为第四种细菌形态所谓丝状菌，其实是由柱状或椭圆状的细菌细胞所谓丝状菌，其实是由柱状或椭圆状的细菌细胞一个一个连接而成的，外面有透明的硬质化的一个一个连接而成的，外面有透明的硬质化的粘性物质包裹（称为鞘）粘性物质包裹（称为鞘）所以它实际上是一种细菌的群体形态，故从严格所以它实际上是一种细菌的群体形态，故从严格意义上来说，是不应把它列为细菌的个体形态意义上来说，是不应把它列为细菌的个体形态的，但从实际应用的角度，这种分法也是具有的，但从实际应用的角度，这种分法也是具有价值的。

价值的显微镜下的丝状菌显微镜下的丝状菌硫细菌类硫细菌类 发硫菌发硫菌 亮发菌亮发菌 透明颤菌透明颤菌在正常情况下，细菌的个体形态是相对稳在正常情况下，细菌的个体形态是相对稳定的，故它也是细菌分类时的重要依据定的，故它也是细菌分类时的重要依据但是，环境条件的变化，如营养条件、但是，环境条件的变化，如营养条件、温度、培养时间（菌龄）等，会引起细温度、培养时间（菌龄）等，会引起细菌个体形态的改变或畸形菌个体形态的改变或畸形因此，在描述细菌的个体形态时，需要给因此，在描述细菌的个体形态时，需要给出特定条件（培养基、培养温度、时间出特定条件（培养基、培养温度、时间等）二、细菌的细胞结构二、细菌的细胞结构细菌的细胞结构可分为一般结构和特殊结细菌的细胞结构可分为一般结构和特殊结构：构：一般结构（或基本结构）：如细胞壁、一般结构（或基本结构）：如细胞壁、细胞质膜、细胞质、内含物及细胞核物细胞质膜、细胞质、内含物及细胞核物质等它们是所有细菌所共有的它们是所有细菌所共有的特殊结构：如芽孢、荚膜、鞭毛等它特殊结构：如芽孢、荚膜、鞭毛等它们是某些细菌所特有的所以特殊结构们是某些细菌所特有的所以特殊结构是细菌分类鉴定的依据。

是细菌分类鉴定的依据一）细菌的一般结构（一）细菌的一般结构从细胞外开始，由外向内，依次有下列的从细胞外开始，由外向内，依次有下列的细胞一般结构：细胞一般结构：1.细胞壁细胞壁细胞最外面的坚韧而略有弹性的薄膜细胞最外面的坚韧而略有弹性的薄膜细胞壁的作用：细胞壁的作用：保护细胞保护细胞维持形态维持形态控制物质进出控制物质进出为鞭毛提供支点为鞭毛提供支点细胞壁之内，统称为原生质体细胞壁之内，统称为原生质体革兰氏染色：革兰氏染色：由于细胞壁组成的不同，可把细菌分成两大由于细胞壁组成的不同，可把细菌分成两大类：类：G+菌和菌和G-菌革兰氏染色试验是一种复染色法，即通过多革兰氏染色试验是一种复染色法，即通过多次染色达到区分不同细胞结构的目的次染色达到区分不同细胞结构的目的其主要步骤如下：见图其主要步骤如下：见图染色结果：染色结果：G+菌是紫色，菌是紫色，G-菌是红色菌是红色革兰氏染色的关键步骤是革兰氏染色的关键步骤是酒精脱色酒精脱色革兰氏染色的结果与细胞壁的构造和化学组革兰氏染色的结果与细胞壁的构造和化学组成有关细胞壁的化学组成包括：肽聚糖、磷壁酸细胞壁的化学组成包括：肽聚糖、磷壁酸（质）、蛋白质、脂类。

质）、蛋白质、脂类其中肽聚糖是真细菌细胞壁的特有成分其中肽聚糖是真细菌细胞壁的特有成分肽聚糖：又称黏肽、胞壁质或黏肽复合物，肽聚糖：又称黏肽、胞壁质或黏肽复合物，是细菌细胞壁中的特有成分，是一种杂多是细菌细胞壁中的特有成分，是一种杂多糖的衍生物糖的衍生物每个肽聚糖单体由每个肽聚糖单体由3部分组成：部分组成：双糖单位双糖单位由由N-乙酰葡糖胺（乙酰葡糖胺（G）和）和N-乙酰胞乙酰胞壁酸（壁酸（M）以）以-1-1，4 4糖苷键交替连接，组成肽糖苷键交替连接，组成肽聚糖骨架聚糖骨架短肽尾短肽尾 一般由一般由4 4个氨基酸组成的短肽连接在个氨基酸组成的短肽连接在N-乙酰胞壁酸分子上乙酰胞壁酸分子上肽桥肽桥将将“肽尾肽尾”相互交联形成高强度的网状相互交联形成高强度的网状结构，组成肽桥的氨基酸在不同细菌中可能不同结构，组成肽桥的氨基酸在不同细菌中可能不同（肽聚糖的多样性，目前已超过（肽聚糖的多样性，目前已超过100种）G-菌的肽聚糖单体结构与菌的肽聚糖单体结构与G+菌基本相同，差别在菌基本相同，差别在于：于：（1）四肽尾的第三个氨基酸不是）四肽尾的第三个氨基酸不是L-Lys，而是被，而是被一种只存在于原核生物细胞壁上的特殊氨基酸一种只存在于原核生物细胞壁上的特殊氨基酸内消旋二氨基庚二酸（内消旋二氨基庚二酸（m-DAP）所代替；）所代替；（2）没有特殊的肽桥，故前后两个单体间的连接）没有特殊的肽桥，故前后两个单体间的连接是通过四肽尾的第四个氨基酸（是通过四肽尾的第四个氨基酸（D-Ala）的羧）的羧基与另一四肽尾的第三个氨基酸（基与另一四肽尾的第三个氨基酸（m-DAP）的）的氨基直接相连，因而只形成较稀疏、机械强度氨基直接相连，因而只形成较稀疏、机械强度较差的肽聚糖网套。

较差的肽聚糖网套G+菌和菌和G-菌的差异主要在于细胞壁组成和结构上菌的差异主要在于细胞壁组成和结构上的不同的不同见图和表见图和表磷壁酸为磷壁酸为G+所特有所特有脂多糖为脂多糖为G-所特有所特有两者的肽聚糖结构也是有差异的两者的肽聚糖结构也是有差异的G+与与G-细菌的细胞壁结构与成分的显著差细菌的细胞壁结构与成分的显著差别，不仅体现在染色反应上，是分类鉴定别，不仅体现在染色反应上，是分类鉴定的重要指标，而且阳性菌和阴性菌在细胞的重要指标，而且阳性菌和阴性菌在细胞结构、成分、形态、生理、生化、遗传、结构、成分、形态、生理、生化、遗传、免疫、生态和药物敏感性等方面都呈现出免疫、生态和药物敏感性等方面都呈现出明显的差异明显的差异2.细胞质膜（质膜）细胞质膜（质膜）在细胞壁和细胞质之间的一层半透性膜（有活性在细胞壁和细胞质之间的一层半透性膜（有活性的膜），它可以选择性吸收物质的膜），它可以选择性吸收物质化学组成和结构：化学组成和结构：磷脂磷脂3040，蛋白质，蛋白质6070，约，约2的多的多糖其结构为双层结构，上下两层磷脂分子层，蛋其结构为双层结构，上下两层磷脂分子层，蛋白质镶嵌在磷脂层中（流动镶嵌模型）。

白质镶嵌在磷脂层中（流动镶嵌模型）细胞膜的作用：细胞膜的作用：（1）控制内外物质的交换（吸收营养和）控制内外物质的交换（吸收营养和排泄排泄废物）；废物）；（2）膜上有许多重要的酶（蛋白质），是氧化）膜上有许多重要的酶（蛋白质），是氧化和供能的场所；如：渗透酶、氧化磷酸化酶等；和供能的场所；如：渗透酶、氧化磷酸化酶等；（3）细胞壁合成的场所；）细胞壁合成的场所；（4）鞭毛的附着点鞭毛的附着点内膜系统：内膜系统：细菌不含有线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体细菌不含有线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体等真核细胞所特有的细胞器（它们均为膜结构）等真核细胞所特有的细胞器（它们均为膜结构）但许多细菌的细胞膜内凹延伸或折叠成为多种但许多细菌的细胞膜内凹延伸或折叠成为多种多样的内膜系统多样的内膜系统如间体、载色体、羧酶体等如间体、载色体、羧酶体等与自养细菌的与自养细菌的CO2固定有关固定有关与光合作用有关（光合细菌）与光合作用有关（光合细菌）与细胞分裂、氧化呼吸等有关与细胞分裂、氧化呼吸等有关3.细胞质及其内含物细胞质及其内含物位于细胞膜以内，除核物质以外的无色位于细胞膜以内，除核物质以外的无色透明的粘稠物质，又称原生质。

透明的粘稠物质，又称原生质化学组成：由蛋白质、核酸、脂类、无机化学组成：由蛋白质、核酸、脂类、无机盐、水等物质组成盐、水等物质组成作用：含有各种酶系统，是进行新陈代谢作用：含有各种酶系统，是进行新陈代谢的活动场所的活动场所内含物：细胞质内存在各种颗粒和结构，它们担内含物：细胞质内存在各种颗粒和结构，它们担负着重要的生理功能如核糖体和内含颗粒负着重要的生理功能如核糖体和内含颗粒核糖体：核糖体：内含颗粒：内含颗粒：4.核物质（拟核、核区）核物质（拟核、核区）双链双链DNA分子存在于核区，高度折叠缠绕而成分子存在于核区，高度折叠缠绕而成功能：决定和传递遗传性状，是遗传物质功能：决定和传递遗传性状，是遗传物质质粒：质粒：（二）细菌的特殊结构（二）细菌的特殊结构常见的细菌特殊结构有：荚膜、芽孢、常见的细菌特殊结构有：荚膜、芽孢、鞭毛鞭毛等等1.荚膜荚膜成分：主要是多糖和多肽成分：主要是多糖和多肽荚膜的功能：荚膜的功能：（1）保护功能（抗干燥、抗吞食）；）保护功能（抗干燥、抗吞食）；（2）贮藏物质（可作为细菌的碳源）；）贮藏物质（可作为细菌的碳源）；（3）吸附细菌荚膜和负染色法（荚膜的观察）细菌荚膜和负染色法（荚膜的观察）容易混淆的几个概念，希望注意区分：容易混淆的几个概念，希望注意区分：黏液层黏液层：菌胶团菌胶团：鞘（衣鞘）鞘（衣鞘）：糖被糖被2.芽孢芽孢内生孢子。

内生孢子能产生芽孢的细菌种类包括两个属的杆菌（芽孢杆菌属能产生芽孢的细菌种类包括两个属的杆菌（芽孢杆菌属和梭菌属）、一个属的球菌（芽孢八叠球菌）和一个和梭菌属）、一个属的球菌（芽孢八叠球菌）和一个属的弧菌（芽孢弧菌属）以及其他个别属属的弧菌（芽孢弧菌属）以及其他个别属芽孢的特点芽孢的特点芽孢能抵抗恶劣的环境条件芽孢能抵抗恶劣的环境条件芽孢的抗热机制：芽孢的抗热机制：尚无公认的解释，较新的是渗透调节皮层膨胀学尚无公认的解释，较新的是渗透调节皮层膨胀学说该学说认为，芽孢的耐热性在于芽孢衣对说该学说认为，芽孢的耐热性在于芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差以及皮层的离子多价阳离子和水分的透性很差以及皮层的离子强度很高，从而使皮层产生极高的渗透压去夺强度很高，从而使皮层产生极高的渗透压去夺取芽孢核心的水。