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1、第二章第二章 原核微生原核微生物物原核微生物原核微生物真细菌（细菌门）：衣原体、支原体、立真细菌（细菌门）：衣原体、支原体、立克次氏体、螺旋体、粘细菌、克次氏体、螺旋体、粘细菌、细菌细菌、古细菌古细菌、放线菌放线菌蓝细菌门：蓝细菌蓝细菌门：蓝细菌2-1 2-1 古菌古菌 古细菌古细菌这个概念是1977年由Carl Woese和George Fox提出的，原因是它们在16SrRNA的系统发生树上和其它原核生物的区别。这两组原核生物起初被定为古细菌(Archaebacteria)和真细菌(Eubacteria)两个界或亚界。Woese认为它们是两支根本不同的生物，于是重新命名其为古菌(Archae
2、a)和细菌(Bacteria)，这两支和真核生物(Eukarya)一起构成了生物的三域系统，即古菌域(Archaea)和细菌(Bacteria)域和真核生物(Eukarya)域。 古细菌的提出古细菌的提出 古菌古菌(Archaea(Archaea) )既不同于细菌又不同于真核生物，既不同于细菌又不同于真核生物，但又分享有细菌和真核生物的结构特点。但又分享有细菌和真核生物的结构特点。 1.形态学上，古细菌有扁平直角几何形状的细胞，而在真细菌中从未见过。 2.中间代谢上，古细菌有独特的辅酶。如产甲烷菌含有F420，F430和COM及B因数。3.有无内含子(introns)上,许多古细菌有内含子。4
3、.膜结构和成分上，古细菌膜含醚而不是酯，其中甘油以醚键连接长链碳氢化合物异戊二烯，而不是以酯键同脂肪酸相连。5.呼吸类型上，严格厌氧是古细菌的主要呼吸类型。6.代谢多样性上，古细菌单纯，不似真细菌那样多样性。7.在分子可塑性(molecular plasticity)上，古细菌比真细菌有较多的变化。 8.在进化速率上，古细菌比真细菌缓慢，保留了较原始的特性。古细菌与真细菌主要区别古细菌与真细菌主要区别 一古菌的特点一古菌的特点（一）古菌的形态（一）古菌的形态单个古菌细胞直径在0.1到15微米之间，有一些种类形成细胞团簇或者纤维，长度可达200微米。它们可有各种形状，如球形、杆形、螺旋形、叶状或
4、方形。（二）古菌的细胞结构（二）古菌的细胞结构古菌还结构特征大多数细菌不同。细胞壁细胞壁：古菌的细胞壁不含二氨基庚二酸（D氨基酸）和胞壁酸，不受溶菌酶和内酰胺抗生素的作用细胞膜：细胞膜：细菌和真核生物的细胞膜中的脂类脂类主要由甘油酯甘油酯组成，而古菌的膜脂膜脂由甘油醚甘油醚构成。古菌的细胞膜有单层摸和双层膜两种。这些区别也许是对超高温环境的适应。（三）古菌的代谢（三）古菌的代谢呈多样性，有异养型、自养型和不完全光合作用（四）古菌的呼吸类型（四）古菌的呼吸类型多数为严格厌氧、兼性厌氧，还有专性好氧（五）古菌的繁殖方式和繁殖速度（五）古菌的繁殖方式和繁殖速度繁殖方式：二分裂和芽殖速度：慢（六）生存
5、环境（六）生存环境 很多古菌是生存在极端环境中的。一些生存在很多古菌是生存在极端环境中的。一些生存在极高的温度（经常极高的温度（经常100以上）下，比如以上）下，比如间歇泉间歇泉或者或者海底黑烟囱中。还有的生存在很冷的环境或者高盐、海底黑烟囱中。还有的生存在很冷的环境或者高盐、强酸或强碱性的水中。然而也有些古菌是嗜中性的，强酸或强碱性的水中。然而也有些古菌是嗜中性的，能够在沼泽、废水和土壤中被发现。很多产能够在沼泽、废水和土壤中被发现。很多产甲烷甲烷的的古菌生存在动物的消化道中，如反刍动物、白蚁或古菌生存在动物的消化道中，如反刍动物、白蚁或者人类。古菌通常对其它生物无害，且未知有致病者人类。古
6、菌通常对其它生物无害，且未知有致病古菌。古菌。 二古菌的分类二古菌的分类根据生活习性和生理特征根据生活习性和生理特征极端嗜热菌（极端嗜热菌（themophiles） 极端嗜盐菌（极端嗜盐菌（extremehalophiles） 极端嗜碱菌（极端嗜碱菌（alkaliphiles） 产甲烷菌（产甲烷菌（metnanogens） 极端嗜酸菌（极端嗜酸菌（acidophiles）：）： 从rRNA进化树上，古菌分为两类，泉古菌泉古菌(Crenarchaeota)和广古菌广古菌(Euryarchaeota)。 （一）泉古菌（一）泉古菌（Crenarchaeota)泉古菌门泉古菌门(Crenarchaeo
7、ta)是古菌的一个大分支，包括很多超嗜热生物，但在某些海洋里的超微浮游生物中也占有相当比例（尚未成功培养），也有肠道中分离出的种类（餐古菌目）。它们和其它古菌主要区别在于16S rRNA的序列。从系统发育树上看，泉古菌的分支相对较短，且非常接近古菌的基部。按照伯杰氏手册，目前本门只分一个纲和四个目（未包含餐古菌）。 纲：纲： 热变形菌纲热变形菌纲(Thermoprotei) 目暖球形菌目目暖球形菌目(Caldisphaerales) 除硫球菌目除硫球菌目(Desulfurococcales) 硫化叶菌目硫化叶菌目(Sulfolobales) 热变形菌目热变形菌目(Thermoproteales
8、) 餐古菌目餐古菌目(Cenarchaeales）分类分类（二）广古菌（二）广古菌(Euryarchaeota)。 广古菌门广古菌门(Euryarchaeota)包含了古菌中的大多数种类，包括了经常能在动物肠道中发现的产甲烷菌、在极高盐浓度下生活的盐杆菌、一些超嗜热的好氧和厌氧菌，也有海洋类群。在16S rRNA系统发育树上，它们组成一个单系群。 盐杆菌纲盐杆菌纲(Halobacteria)甲烷杆菌纲甲烷杆菌纲(Methanobacteria)甲烷球菌纲甲烷球菌纲(Methanococci)甲烷微菌纲甲烷微菌纲(Methanomicrobia)甲烷火菌纲甲烷火菌纲(Methanopyri)古球
9、状菌纲古球状菌纲(Archaeoglobi)热原体纲热原体纲(Thermoplasmata)热球菌纲热球菌纲(Thermococci)分类分类我国科学家发现太古菌我国科学家发现太古菌 2004年6月5日，参加“科学与中国”院士专家巡讲团的中国科学院院士、“中国大陆科学钻探工程”首席科学家许志琴许志琴在作学术报告时透露，国际上正在实施的最深的科学钻井“中国大陆科学钻探工程”中，我国科学家通过对岩心的低温冷储及DNA分析，首次在地下1080米深度的岩石中发现了太古菌及细菌。 科学家们在对若干不同深度、不同岩石性质的固体岩心样品进行的DNA分析，发现了大量极端条件下形成的微生物，有嗜酸菌、嗜铁菌、嗜
10、甲烷菌等，并完成了嗜热微生物的分离培养及鉴定的试验性工作。这些微生物藏身在岩石微细裂缝里，只靠“吃”铁、镍、甲烷等生存。这是近年来我国早期生命研究中的一项重大发现，对地下生物圈及生命起源的研究提供了重要信息。2-2 2-2 细菌细菌细菌共同特征细菌共同特征: :原核生物；原核生物；单细胞；单细胞；有细胞壁，个体微小（有细胞壁，个体微小（0.30.31.0m);1.0m);二分裂无性繁殖；二分裂无性繁殖；一般可分为一般可分为G+G+和和G-G-两大类。两大类。一、细菌的形态与大小一、细菌的形态与大小基本形态：球状球状、杆杆状、螺旋状、丝状状、螺旋状、丝状对应细菌：球菌、杆球菌、杆菌、螺旋菌、丝状
11、菌菌、螺旋菌、丝状菌当环境改变时同一种菌的形态也会发生改变单球菌、双球菌、四联球菌、八叠球菌、单球菌、双球菌、四联球菌、八叠球菌、链条状的、不规则排列成一串葡萄状的；链条状的、不规则排列成一串葡萄状的；1.1.球菌（球菌（CoccusCoccus） 其细胞外形较球菌复杂，常有短杆短杆（球杆）状、棒杆状棒杆状、梭状梭状、梭杆状梭杆状、分枝状分枝状、螺杆状螺杆状、竹节状竹节状（两端平截）和弯月状弯月状等。2.2.杆菌（杆菌（BacillusBacillus） 按杆菌细胞的排列方式则有链状、栅状、“八”字状以及由鞘衣包裹在一起的丝状等。3.3.螺旋菌（螺旋菌（SpirillumSpirillum）弧
12、菌弧菌(C(C状状) )、螺旋菌、螺旋体、螺旋菌、螺旋体丝状菌分布在水生境，潮湿土壤和活性污泥中，丝状菌分布在水生境，潮湿土壤和活性污泥中，如：如：铁细菌：浮游球衣菌（铁细菌：浮游球衣菌（Sphaerotilus natansSphaerotilus natans）, ,纤发菌属（纤发菌属（LeptothrixLeptothrix）等。）等。丝状硫细菌：发硫菌属（丝状硫细菌：发硫菌属（ThiothrixThiothrix）等）等。4.4.丝状菌丝状菌丝状藻青菌丝状藻青菌(TEM1280) 5.5.特殊形态细菌特殊形态细菌 自然界所存在的细菌中，以自然界所存在的细菌中，以杆菌杆菌最为常见，最为常
13、见，球菌球菌次之，而次之，而螺旋状螺旋状的的最少。最少。二、细菌的大小二、细菌的大小细菌大小以细菌大小以m计计球菌球菌（直径直径）为：）为：0.50.52.0m2.0m；杆菌杆菌量大小为（量大小为（宽宽长长）：）： (0.5(0.51.0) m 1.0) m (1.0(1.05.0) m;5.0) m;螺旋菌螺旋菌量其量其宽度宽度和弯曲和弯曲长度长度，大小为，大小为(0.25(0.251.7) 1.7) m m (2(260) m60) m； 三、细菌的细胞结构三、细菌的细胞结构细菌是单细胞生物。细胞结构包括基本结构基本结构和特殊特殊结构结构基本结构基本结构：细胞壁、细胞质膜、细胞质及其内含物
14、、细胞核物质。特殊结构特殊结构：芽孢、鞭毛、荚膜、粘液层、菌胶团、衣鞘及光合作用片层。细菌的细胞结构细菌的细胞结构（一）细胞壁（一）细胞壁（cell wall)cell wall)1 1、细胞壁的化学组成与结构、细胞壁的化学组成与结构 细胞壁细胞壁是包围在细菌体表最外层的，具有坚韧而带有弹性的薄膜。它约占菌体干重的1025。细菌可分为革兰氏阳性菌（革兰氏阳性菌（ Gram-positiveGram-positive）和革兰氏阴性革兰氏阴性菌（菌（Gram-negativeGram-negative），二者的化学组成和结构均不相同。 表2-1 革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌细胞壁化学组成的比较细菌细
15、菌壁厚度壁厚度/nm/nm肽聚糖肽聚糖/%/%磷壁酸磷壁酸/%/%脂多糖脂多糖/%/%蛋白质蛋白质/%/%脂肪脂肪/ /革兰氏阳性菌革兰氏阳性菌2020808040409090约约20201 14 4革兰氏阴性菌革兰氏阴性菌10105 51010约约606011112222革兰氏革兰氏阳性阳性菌（菌（G G+ +）：含大量的肽聚糖，独含磷壁酸，不含脂多糖 ，脂肪量为14。 化学组成化学组成革兰氏革兰氏阴性阴性菌（菌（G G- -）：）：含极少肽聚糖，独含脂多糖，不含磷壁酸两者不同还表现在各种成分的含量的不同。脂肪量为 1122 结构结构革兰氏革兰氏阳性阳性菌（菌（G G+ +）：细胞壁厚，其厚
16、度为2080 nm，结构较简单。 革兰氏革兰氏阴性阴性菌（菌（G G- -）：）：革兰氏阴性菌的细胞壁较薄。厚度为10nm。其结构较复杂，分外壁层和内壁层。外壁层又分三层：最外层是脂多糖，中间是磷脂层，内层为脂蛋白。内壁层含肽聚糖，不含磷壁酸。 2.2.细胞壁的生理功能细胞壁的生理功能(1)维持细胞外形和提高机械强度，使其免受外力的维持细胞外形和提高机械强度，使其免受外力的损伤损伤；(2) 保护原生质体免受渗透压引起破裂的作用保护原生质体免受渗透压引起破裂的作用。自然界细菌一般处于低渗溶液中，如果没有细胞壁，细菌细胞的细胞膜就会破裂。所以，细胞壁的第二个功能是保护细胞免受渗透裂解；保护作用、屏
17、障作用、鞭毛运动的支点保护作用、屏障作用、鞭毛运动的支点(3) 为着生鞭毛提供支点为着生鞭毛提供支点 细胞壁的第三个功能是为鞭毛运动提供可靠的支点，具有鞭毛的细菌失去细胞壁后，虽有鞭毛但不能运动。(4) 具分子筛的作用具分子筛的作用 细胞壁具有屏障作用，它是多孔的，可让水和某些化学物质通过，对大分子有害物质（某些抗生素和水解酶）具有屏障作用。所以钡跑壁为有效的分子筛 ；（二）原生质体（二）原生质体（protoplasmprotoplasm） 原生质体包括细胞质膜细胞质膜（原生质膜），细胞质细胞质及其内含内含物物、细胞核物质细胞核物质。(1)细胞质膜及其化学组成细胞质膜及其化学组成 细胞质膜细胞
18、质膜是紧贴在细胞壁的内侧而包围细胞质的一层柔软而富有弹性的薄膜。它是半渗透膜半渗透膜。 重量约占菌体的10，含有6070的蛋白质，含3040%脂类和约2的多糖。所含蛋白质与膜的透性及酶的活性有关。脂类是磷脂，由磷酸、甘油、脂肪酸和含胆碱组成。1、细胞质膜（、细胞质膜（protoplasmic membrane ），简称），简称质膜质膜。 在双分子层中镶嵌着多种蛋白质，有的蛋白质分布在膜的内表面内表面和外表面外表面，有的插入和穿过双分子层插入和穿过双分子层。有的蛋白质分子常发生移动。膜中繁多的蛋白质多为具有特殊作用的酶类和载体蛋白。 细胞质膜可内陷成层状、管状或囊状的膜内折系统，位于细胞质的表面
19、或深部，常见的由中间体，G-、G+均有。(2)细胞膜的结构细胞膜的结构 基本结构是磷脂双磷脂双分子层分子层。磷脂是两性分子，在水溶液中易相互平行，定向排列，亲水的极性基超向双分子层的外表面，疏水的非极性基排在膜内，即形成膜的基本结构。（3）细胞膜的生理功能）细胞膜的生理功能选择透性和营养物质的运输选择透性和营养物质的运输：细胞质膜是半渗透膜，具有选择性的渗透作用，能阻止高分子通过，并选择性地逆浓度梯度吸收某些低分子进入细胞。维持渗透压的梯度和溶质的转移。由膜有极性，膜上有各种与渗透有关的酶，还可使两种结构相类似的糖进入细胞的比例不同，吸收某些分子，排出某些分子； 参与呼吸作用参与呼吸作用：膜内
20、陷形成的中间体(相当于高等植物的粒线体)含有细胞色素，参与呼吸作用：中间体畸染色体的分离和细胞分裂有关还为DNA提供附着点；细胞质膜有琥珀酸脱氢酶、NADH脱氢酶、细胞色素氧化酶、电子传递系统、氧化磷酸化酶及腺苷三磷酸酶(ATPase)。在细胞质膜上进行物质代谢和能量代谢； 合成作用合成作用：细胞质膜上有合成细胞壁和形成横膈膜组分的酶，故在膜的外表面合成细胞壁；与运动有关与运动有关：细胞质膜上有鞭毛基粒，鞭毛由此长出，即为鞭毛提供附着点。 2、细胞质及其内含物、细胞质及其内含物(1)细胞质细胞质（cytoplasm）是指被细胞膜包围的除核区以外的一切半透明、胶体状、颗粒状物质的总称。 由蛋白质
21、、核酸、脂类、多糖、无机盐和水组成，其中含水量约为80。 与真核生物明显不同的是，原核生物的细胞质与真核生物明显不同的是，原核生物的细胞质是不流动的。是不流动的。 可通过细胞质染色均匀与否判断细菌的生长阶段：幼龄菌的细胞质稠密、均匀、富含RNA，占固体物的1520，嗜碱性强，易被碱性染料和易被碱性染料和中性染料着染中性染料着染。成熟细胞的细胞质可形成各种贮藏颗粒。老龄菌细胞因缺乏营养，RNA被细菌用作N源和P源而降低含量，使细胞着色不均匀使细胞着色不均匀。(2)细胞质内含物细胞质内含物（inclusion body）指细胞质内一些较大的颗粒状构造。主要有：核糖体（核糖体（ribosome）：）
22、：分散在细胞质中的亚微颗粒，是合成蛋白质的部位。是合成蛋白质的部位。它是由核糖核酸(RNA)和蛋白质组成，其中RNA占60%，蛋白质占40%； 内含颗粒内含颗粒(Inclusome granule) 细菌生长到成熟阶段，因营养过剩而形成的一些贮藏颗粒贮藏颗粒。a.异染粒异染粒：具有贮藏贮藏P元素、元素、C源和能量以及降低细胞源和能量以及降低细胞渗透压等作用渗透压等作用； b.聚聚羟基丁酸羟基丁酸:具有贮藏能量、碳源和降低细胞渗贮藏能量、碳源和降低细胞渗透压等作用透压等作用 ；c.硫粒硫粒：可作能源能源； d.肝糖和淀粉粒肝糖和淀粉粒：可用作碳源碳源和能源；能源；e.气泡气泡：具有调节细胞比重，
23、以使其漂浮在最适水层调节细胞比重，以使其漂浮在最适水层中的作用；中的作用；f.f.磁小体磁小体:存在于水生螺菌属和嗜胆球菌属等趋磁细菌中，成分为Fe3O4。Particles of Fe3O4水生螺菌属趋磁细菌核区（核区（nuclear region or areanuclear region or area） 又称核质体、原核、拟核或核基因组(genome):携带携带细菌全部遗传信息细菌全部遗传信息，决定遗传性状和传递遗传信，是重决定遗传性状和传递遗传信，是重要的遗传物质。要的遗传物质。三、特殊结构三、特殊结构 细菌的特殊结构包括荚膜荚膜、粘液层粘液层、衣鞘衣鞘、芽孢芽孢和鞭毛鞭毛等。是某些
24、细菌所特有的结构，这些结构是细菌分类鉴定的依据。1、荚膜（、荚膜（capsule） 许多细菌能够分泌一种粘性物质于细胞壁的表面，完全包围并封住细胞壁，使细菌与外界环境有明显的边缘，这层粘液性物质叫荚膜荚膜。荚膜有一定的外形、边缘，与细胞壁结合能力差。 通常，荚膜很厚，有的则很薄，在通常，荚膜很厚，有的则很薄，在200m200m以下，叫以下，叫微荚膜微荚膜(microcapsule)(microcapsule)。 荚膜的化学组成荚膜的化学组成荚膜的功能荚膜的功能 荚膜的成分一般是多糖，少数是蛋白质或多肽，也有多糖与多肽复合型的。当环境中营养不足时可作为碳源和能源；能增强细菌的抗干燥能力；保护细菌
25、免遭吞噬，以增强其致病能力。 废水生物处理中，荚膜有生物吸附作用，能将废水中有机物、无机物及胶体吸附在细菌表面。 荚膜很难着色，用负染法荚膜很难着色，用负染法( (或衬托法或衬托法) )将背景涂黑，用染料将背景涂黑，用染料染菌体，衬托出菌体与背景之间的透明区，在光学显微镜下清染菌体，衬托出菌体与背景之间的透明区，在光学显微镜下清晰可见。晰可见。2. 粘液层粘液层(slime layer) 有些细菌不产荚膜，其细胞表面仍可分泌粘性多糖，疏松地附着在细菌细胞壁表面上，与外界没有明显边缘，这叫粘液层。 在废水生物处理过程中有生物吸附作用，在曝气池中因曝气搅动和水的冲击力容易把细菌粘液冲刷入水中，以致
26、增加水中有机物，它可被其他微生物利用。粘液粘液层层 水生境中的丝状菌多数有衣鞘，如球衣菌属、纤发菌属等丝状体表面的粘液层或荚膜硬质化，形成一个透明坚韧的空壳，叫衣鞘。3、衣鞘、衣鞘(sheath) 荚膜、粘液层、衣鞘和菌胶团对染料的亲和力极低，很难着色，都用衬托(负染)法染色。(3)(3)功能：是活性污泥的主要成分功能：是活性污泥的主要成分一定保护作用，增强细菌对不良环境的抵抗力；一定保护作用，增强细菌对不良环境的抵抗力；构成活性污泥，是生物膜的主体；构成活性污泥，是生物膜的主体；提供原生动物、后生动物的栖息场所；提供原生动物、后生动物的栖息场所；提供原生动物、后生动物的食料。提供原生动物、后
27、生动物的食料。4. 菌胶团菌胶团(zoogloea)(1)(1)定义：定义：细菌的荚膜彼此粘连，将细菌包围形成具有一定形态的细菌集团时，称为菌胶团菌胶团 (2)(2)形状形状：菌胶团形状有球形、蘑菇形、椭圆形、菌胶团形状有球形、蘑菇形、椭圆形、分支状、垂丝状及不规则形。分支状、垂丝状及不规则形。 好氧芽孢杆菌属(Bacillus)和厌氧的梭状芽孢杆菌属(Clostridium)的所有细菌都具有芽孢。5 5、芽孢、芽孢 芽孢是抵抗不良环境的休眠体芽孢是抵抗不良环境的休眠体，是生命世界，是生命世界中抗逆性最强的一种构造。中抗逆性最强的一种构造。 芽孢芽孢是细菌在它的生活史的某个阶段或某些细菌在它遇
28、到外界不良环境时，在其细胞内形成的对不良环境具有抗性、折光率低的一个内生孢子。（1 1）定义）定义（2）形状位置）形状位置 在菌体内芽孢呈圆形圆形、椭圆形椭圆形或圆柱形圆柱形。芽孢的形状、大小和在菌体内的位置，是鉴定细菌时的重要依据。形状形状A、有些细菌的芽孢位于菌体的一端，其直径大于有些细菌的芽孢位于菌体的一端，其直径大于细胞的宽度而呈鼓槌状细胞的宽度而呈鼓槌状，如破伤风芽孢杆菌；B、有的芽孢位于细胞的中央或近中央处，直径小有的芽孢位于细胞的中央或近中央处，直径小于细胞的宽度，于细胞的宽度，如枯草芽孢杆菌；C 、多数厌氧芽孢杆菌的芽孢位于细胞的中央，其多数厌氧芽孢杆菌的芽孢位于细胞的中央，其
29、直径大于细胞的宽度使之呈梭状，直径大于细胞的宽度使之呈梭状，位置位置芽胞的形态与位置芽胞的形态与位置（3）芽孢的特点）芽孢的特点具有厚而致密的壁，不易透水；具有厚而致密的壁，不易透水；含水率低，含水率低，38384040；芽孢形成过程中具有耐热性，萌发形成营养细芽孢形成过程中具有耐热性，萌发形成营养细胞时，耐热性丧失；胞时，耐热性丧失；酶含量低，具有耐热性酶；酶含量低，具有耐热性酶；代谢活力极低；代谢活力极低；折光性强。折光性强。6 6、鞭毛、鞭毛 某些细菌的表面，着生有一根或数根纤细呈波状的丝状物称为鞭毛鞭毛。鞭毛着生于细胞膜的基体上，穿过细胞壁伸到外面。 鞭毛约占细菌干重的鞭毛约占细菌干重
30、的1%，其长度可超过菌体的若干倍，其长度可超过菌体的若干倍，鞭毛直径在鞭毛直径在0.001-0.02m，长度不等，在，长度不等，在2-50m之间。之间。故只故只有借助于电镜方可见到。有借助于电镜方可见到。鞭毛是细菌的运动器官鞭毛是细菌的运动器官，一般，只有具有鞭毛的细菌才能运动。但失去鞭毛对细菌的生存并不产生影响。贝日阿托氏菌、透明颤菌、发硫菌的段殖体及粘细菌例外，它们虽然没有鞭毛仍可运动，叫滑动滑动。 鞭毛的主要化学成分是鞭毛的主要化学成分是蛋白质蛋白质，还有少量的脂类脂类和多糖多糖。关于鞭毛的运动机理尚不完全清楚，有人认为鞭毛运动由ATP的水解提供能量。 鞭毛的产生与菌体的形态有一定的关系
31、，弧菌、 螺旋菌一般都有鞭毛；有的杆菌长鞭毛，有的则不长；多数球菌不生鞭毛（尿素八叠球菌除外）。 不同细菌的鞭毛着生部位不同不同细菌的鞭毛着生部位不同。有单根鞭毛、有一束鞭毛，都为端生，端生的还有极端生和亚极端生。还有周生鞭毛。鞭毛着生部位、数目、排列是细菌的鞭毛着生部位、数目、排列是细菌的细菌分类的依据细菌分类的依据。细菌鞭毛的分类鉴别细菌鞭毛的分类鉴别细菌鞭毛的着生方式细菌鞭毛的着生方式A、杆菌：、杆菌：1、极端生、极端生 2、亚极端生、亚极端生 3、两极端生、两极端生 4、两竖、两竖极端生极端生 5、周生、周生B、弧菌：、弧菌：1、单束极端生、单束极端生 2、两束极端生、两束极端生 3、
32、束极端生、束极端生 四、细菌的培养特征四、细菌的培养特征 细菌在不同形态(固体、半固体、液体培养基和明胶培养基)培养基上生长，表现出不同的培养特征。( (一一) )、细菌在固体培养基上的培养特征、细菌在固体培养基上的培养特征 细菌在固体培养基上的培养特征就是菌落特征。细菌在固体培养基上的培养特征就是菌落特征。 所谓所谓菌落菌落(colony)(colony)是由一个细菌繁殖起来的，由是由一个细菌繁殖起来的，由无数细菌组成的具有一定形态特征的集团无数细菌组成的具有一定形态特征的集团不同种的细菌菌落特征是不同的。不同种的细菌菌落特征是不同的。 从三方面看菌落的特征：菌落表面的特征菌落表面的特征：光
33、滑，光滑，粗糙？干燥，湿润粗糙？干燥，湿润？等；菌落的边缘特征：菌落的边缘特征：有原形，有原形，边缘整齐，呈锯齿状，边缘伸出卷曲呈毛发状，边缘边缘整齐，呈锯齿状，边缘伸出卷曲呈毛发状，边缘呈花瓣状呈花瓣状等等；纵剖面特征：纵剖面特征：平坦、扁平、隆起、凸平坦、扁平、隆起、凸起、草帽状、脐状、乳头状起、草帽状、脐状、乳头状等。等。 菌落的特征是分类鉴定的依据。菌落的特征是分类鉴定的依据。 菌苔菌苔(bacterial lawn)(bacterial lawn)是细菌在斜面培养基接种线上长成的一片密集的细菌群落，不同属种细菌的菌苔形状是不同的。 ( (二二) )、在明胶培养基上的培养特征、在明胶培
34、养基上的培养特征 用穿刺接种法将某种细菌接种在明胶培养用穿刺接种法将某种细菌接种在明胶培养基中培养，能产生明胶水解酶水解明胶基中培养，能产生明胶水解酶水解明胶. 不同的细菌将明胶水解成不同形态的溶菌不同的细菌将明胶水解成不同形态的溶菌区区，依据这些不同形态的溶菌区或溶菌与否，依据这些不同形态的溶菌区或溶菌与否可将细菌进行分类。可将细菌进行分类。 ( (三三) )、细菌在半固体培养基中的培养特征、细菌在半固体培养基中的培养特征 呼吸类型判断呼吸类型判断：如果细菌在培养基的表面及穿刺线的上部生长者为好氧菌好氧菌。沿着穿刺线自上而下生长者为兼性厌氧菌或兼性好氧菌兼性厌氧菌或兼性好氧菌。如果只在穿刺线
35、下部生长者为厌氧菌厌氧菌。 用穿刺接种技术将细菌接种在含0.30.5琼脂半固体培养基中培养，细菌可呈现各种生长状态。 是否运动判断是否运动判断：若只沿着穿刺线生长者为没有鞭没有鞭毛、不能运动的细菌毛、不能运动的细菌；如果不但沿着穿刺线生长且穿透培养基扩散生长者为有鞭毛、运动的细菌有鞭毛、运动的细菌。 根据细菌的生长状态判断细菌的呼吸类型呼吸类型和鞭毛有鞭毛有无，能否运动无，能否运动。 ( (四四) )、细菌在液体培养基中的培养特征、细菌在液体培养基中的培养特征 液体培养基中，细菌整个个体与培养基接触，可以自由扩散生长。其生长状态随细菌种属特征而异。 细菌在液体培养基中的培养特征是分类依据之一。
36、五、环境工程中常用的细菌五、环境工程中常用的细菌1、球菌、球菌球菌广泛分布于自然界中，多数为革兰氏染色阳性，不能运动，好氧，少数为厌氧菌。微球菌科为其代表。2、杆菌、杆菌（1）芽孢杆菌）芽孢杆菌芽孢杆菌的突出特点是产生芽孢，多数为革兰氏阳性，周身鞭毛。常见的有枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、蜡样芽孢杆菌（Bacilluscereus）、巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）、苏云金芽孢杆菌（Bacillusthuringiensis）、丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum）、溶纤维素芽孢杆菌（Clostridium cellul
37、osolvens）等。 （2）无芽孢杆菌）无芽孢杆菌无芽孢杆菌的种类很多，主要有假单胞菌科（Pseudomonadaceae）、硝化杆菌科（Nitrobacteriaceae）、硫杆菌科（Thiobacteriaceae）、肠杆菌科（Enterobacteriaceae）、固氮菌科（Azotobacteriaceae）等。假单胞菌科假单胞菌科此科细菌多为氧、异养型，通常生有 极端鞭毛，其中假单胞菌属（Pseudomonas）和动胶菌属（Zoogloea）为其重要代表。假单胞菌属的细菌可降解蛋白质和葡萄糖，有些能还原硝酸盐为氨或氨气，在自然界物质转化和污水生物处理中具有重要的作用。动胶菌属细菌大
38、多有极生鞭毛，专性好氧，化能异养，对糖类物质具有很强的氧化能力。在自然条件下，易群集于菌胶团中，是有机废水生物处理中的重要细菌。假单胞菌属（假单胞菌属（Pseudomonas）硫杆菌科硫杆菌科大多呈球状、杆状、端生鞭毛。细胞内无光合色素，故不能过行光合作用。多数为自养型，能将硫和H2S氧化为H2SO4，在自然界硫的转化中有重要作用。另外，硫细菌的存在易造成管道腐蚀。 硝化杆菌科硝化杆菌科本科细菌呈杆状、球状或螺旋状，端生鞭毛，属于严格化能自养菌，在有机环境中不生长，有的氧化氨为亚硝酸盐，而有的氧化亚硝酸盐为硝酸盐，它们在氮素转化中起重要作用。主要存在于土壤和水体中，固氮菌科固氮菌科菌体周生鞭毛
39、，有荚膜，需氧，其大小、形状类似酵母，能固定大气中的氮，营独立生活。大肠杆菌科大肠杆菌科细胞呈短杆状，周生鞭毛，发酵葡萄糖产酸产气，有寄生和腐生两种。寄生菌中多数属于人体肠道病（如伤寒沙门氏菌和志贺氏菌）。本科较为重要的大肠杆菌（Escherichia coli）可作为水体污染的指示菌。3、螺旋菌、螺旋菌菌体为弯曲的杆状或螺旋状，大多为G，有鞭毛，好氧或厌氧。比较重要的有螺旋菌属，该属细菌体呈螺旋状，端生鞭毛，厌氧或微好氧，主要存在于污水中。六六、细菌的物理化学性质、细菌的物理化学性质( (一一) )、细菌表面电荷和等电点、细菌表面电荷和等电点 等电点：等电点：在某一定的pH溶液中，氨基酸所带
40、的正电荷与负电荷相等的pH，成为该氨基酸的等电点细菌是带电的细菌是带电的原因原因：蛋白质占细菌体蛋白质占细菌体50%以上，蛋白质是两性的以上，蛋白质是两性的在碱性环境中带负电，在酸性环境中带正电在碱性环境中带负电，在酸性环境中带正电 细菌的等电点在细菌的等电点在pH为为2-5。G+的等电点为的等电点为pH为为2-3，G为为4-5。pH3-4之间的为革兰氏染色不稳定菌。之间的为革兰氏染色不稳定菌。 培养液培养液pHpH若比细菌等电点若比细菌等电点高高，细菌的游离氨基电离，细菌的游离氨基电离受抑制，游离羧基电离，细菌带受抑制，游离羧基电离，细菌带负负电；电； 培养液培养液pHpH若比细菌等电点若比
41、细菌等电点低低，细菌的游离羧基电离，细菌的游离羧基电离受抑制，游离氨基电离，细菌带受抑制，游离氨基电离，细菌带正正电；电； 但在一般的培养基、染色、血清试验中，细菌但在一般的培养基、染色、血清试验中，细菌多处于偏碱性多处于偏碱性(pH7-7.5)(pH7-7.5)、中性、中性(pH7)(pH7)和偏酸性和偏酸性(pH6)(pH6)，都高于细菌的等电点。，都高于细菌的等电点。所以，所以，细菌表面总是带细菌表面总是带负负电荷。电荷。( (二二) )、细菌的染色原理及染色方法、细菌的染色原理及染色方法 细菌菌体无色透明，在显微镜下由于菌体与背景反细菌菌体无色透明，在显微镜下由于菌体与背景反差极小，不
42、易看清菌体的形态和结构。用染色液染菌差极小，不易看清菌体的形态和结构。用染色液染菌体，以增加菌体与背景的反差，在显微镜下则可清楚体，以增加菌体与背景的反差，在显微镜下则可清楚看见菌体的形态。看见菌体的形态。 1 1、细菌的染色原理、细菌的染色原理（1 1）染色原理：）染色原理：细菌带电性细菌带电性（2）染色目的：）染色目的： 微生物细胞是由蛋白质、核酸等两性电解质及其微生物细胞是由蛋白质、核酸等两性电解质及其他化合物组成的，表现出两性电解质的性质。在一般他化合物组成的，表现出两性电解质的性质。在一般情况下，细菌带负电荷，故容易与带正电荷的碱性染情况下，细菌带负电荷，故容易与带正电荷的碱性染料结
43、合，故用碱性染料染色的为多。料结合，故用碱性染料染色的为多。 碱性染料有美蓝、甲基紫、结晶紫、龙胆紫、碱碱性染料有美蓝、甲基紫、结晶紫、龙胆紫、碱性品红、中性红、孔雀绿和番红等。性品红、中性红、孔雀绿和番红等。（3 3）碱性染色染料：）碱性染色染料：碱性染料碱性染料两大类：简单染色法和复合染色法。两大类：简单染色法和复合染色法。2 2、染色方法、染色方法 复合染色法复合染色法是用两种染料染色，以区别不同细菌是用两种染料染色，以区别不同细菌的革兰氏染色反应或抗酸性染色反应，或将菌体和的革兰氏染色反应或抗酸性染色反应，或将菌体和某一结构染成不同颜色，以便观察。某一结构染成不同颜色，以便观察。 简单
44、染色法简单染色法是用一种染料染菌体，目的是为了是用一种染料染菌体，目的是为了增加菌体与背景的反差，以便观察。增加菌体与背景的反差，以便观察。3 3、革兰氏染色法、革兰氏染色法(Gram stain procedure)(Gram stain procedure)(1) (1) 单染单染涂片涂片 在干净的载玻片中央滴一滴无菌蒸馏水，将接种环在火焰上烧灼，冷却后，以无菌操作挑取少量菌种于载玻片水滴中，或用吸管直接滴一滴活性污泥于载玻片上，混匀且涂成薄腊，注意涂布面不要太大。 干燥干燥自然干燥 固定固定 将已干燥的涂片正面朝上，于炎焰顶上迅速地通过2次3次，使其蛋白质凝固，以固定细菌外形，且使其不易
45、脱落。但切忌在火上烧玻片，以防菌体变形。 染色染色 在涂片薄膜上滴加染液（美蓝或结晶紫）1min- 2min。 水洗水洗倾斜载玻片，打开水龙头，用细水流冲洗，（最好沿载玻片对角线冲洗），直至冲洗水无色为止。 镜检镜检用吸水纸轻轻地将涂片边缘的水珠吸掉，凉干后于显微镜下观察，并绘图。 (2) 复染：复染：革兰氏染色法革兰氏染色法(Christain Gram procedure)(鉴别鉴别染色法染色法) 1884年丹麦细菌学家Christain Gram创造了革兰氏染色法。将一大类细菌染上色，而另一类染不上色，以便将两大类细菌分开，即革兰氏阳性菌G+和革兰氏阴性菌G-。作为分类鉴定重要的第一步。
46、因为是用以鉴别细菌，故称之为鉴别染色法。 革兰氏染色机制：革兰氏染色机制：革兰氏染色的机制有如下革兰氏染色的机制有如下2 2点：点： 革兰氏染色与革兰氏染色与细菌等电点细菌等电点有关：有关： 革兰氏染色与革兰氏染色与细胞壁细胞壁有关有关 已知革兰氏阳性菌的等电点为已知革兰氏阳性菌的等电点为pH2-3pH2-3，革兰氏阴，革兰氏阴性菌的等电点为性菌的等电点为pH4-5pH4-5。可见，。可见，G G+ +的等电点比的等电点比G G的的低，说明低，说明G G+ +带的负电荷比带的负电荷比G G多。它与草酸铵结晶紫多。它与草酸铵结晶紫的结合力大，用碘碘化钾媒染后，的结合力大，用碘碘化钾媒染后，两者两
47、者的等电点的等电点均均得到得到降低降低，但，但G G+ +的等电点的等电点降低得多降低得多，故与草酸铵，故与草酸铵结晶紫结晶紫结合结合得得更牢更牢固，固，对乙醇对乙醇脱色的脱色的抵抗力更强抵抗力更强。它的菌体与草酸铵结晶紫、碘碘化钾的复合物不它的菌体与草酸铵结晶紫、碘碘化钾的复合物不被乙醇提取，呈被乙醇提取，呈紫色紫色。而。而G G与草酸铵结晶紫结合弱，与草酸铵结晶紫结合弱，其菌体与草酸铵结晶紫、碘碘化钾的复合物很容其菌体与草酸铵结晶紫、碘碘化钾的复合物很容易被乙醇提取而呈现易被乙醇提取而呈现无色无色。细菌等电点细菌等电点: :细胞壁细胞壁: : 通过电子显微镜对细胞壁的观察及对细胞壁化学组分
48、分析，得知G+的脂类物质的含量很低，肽聚糖的含量高。 G-相反，它的脂类含量高，肽聚糖含量很低。 因此，用乙醇脱色时，G-的脂类物质被乙醇溶解，增加细菌细胞壁的孔径及其通透性，乙醇很易进入细胞内，将草酸铵结晶紫、碘碘化钾复合物提取出来，使菌体呈现无色。G+由于脂类物质含量极低，而肽聚糖含量高，乙醇既是脱色剂又是脱水剂，使肽聚糖脱水缩小细胞壁的孔径，降低细胞壁的通透性，阻止乙醇分子进入细胞，草酸铵结晶紫和碘碘化钾的复合物被截留在细胞内而不被脱色，仍呈现紫色。革兰氏染色步骤：革兰氏染色步骤：1、涂片同单染。、涂片同单染。2、干燥同单染。、干燥同单染。3、固定同单染、固定同单染4、初染结晶紫染色、初
49、染结晶紫染色1min，水洗，水洗5、媒染碘液媒染、媒染碘液媒染1min，水洗，水洗6、酒精脱色、酒精脱色倾斜载玻片，滴加乙醇至流下的乙醇不呈紫色，立即水洗。这是革兰氏染色最关键的一步，脱色过度，本来的阳性菌会误认为阴性菌；脱色欠度，阴性菌误认为阳性菌。均造成错误结果。7、复染、复染番红花红复染1min，水洗。8、镜检、镜检用吸水纸吸走水滴，凉干后，用显微镜观察，绘出菌体形态，并给出革兰氏染色结果。2-3 放线菌放线菌二、放线菌的形态二、放线菌的形态(1) (1) 营养菌丝营养菌丝( (又称基质菌丝，又称基质菌丝，substrate myceliumsubstrate mycelium，基内菌，
50、基内菌丝或一级菌丝丝或一级菌丝) )：指潜入固体培养基内，具有：指潜入固体培养基内，具有摄取营养摄取营养，排排泄代谢废物泄代谢废物功能；功能； 放线菌的菌体由纤细的长短不一的菌丝组成，菌丝分支，放线菌的菌体由纤细的长短不一的菌丝组成，菌丝分支，为为单细胞单细胞。菌丝体可分为菌丝体可分为3 3类：类： 菌丝宽度菌丝宽度0.20.20.80m0.80m，通常不超过，通常不超过1.4m1.4m，长度为，长度为5050600m600m之间，有无色的，有产色素的之间，有无色的，有产色素的( (黄、橙、红、紫、蓝、黄、橙、红、紫、蓝、绿、褐、黑绿、褐、黑) )。(3) (3) 孢子丝孢子丝(spore-b