1、 古菌产甲烷菌嗜热嗜酸菌极端嗜盐菌（二）、广古（二）、广古三、环境保护和环境工程领域三、环境保护和环境工程领域 研究古菌的意义研究古菌的意义 由于大多古菌生活环境极端、有特殊酶由于大多古菌生活环境极端、有特殊酶类和代谢途径，所以用以处理极端环境中的类和代谢途径，所以用以处理极端环境中的极端废弃物效率高，有利于人类的可持续发极端废弃物效率高，有利于人类的可持续发展。展。目前处理状况 在环境工程领域：有极端性质的废水，如高盐分（化工、发酵工在环境工程领域：有极端性质的废水，如高盐分（化工、发酵工业废水等）、酸性废水业废水等）、酸性废水(如味精废水如味精废水pH=2pH=23 3、合成制药废水、合成
2、制药废水pH=4)pH=4)、碱、碱性废水性废水(如造纸废水如造纸废水pH=14)pH=14)、极毒重金属废水、低温废水、超高温废水、极毒重金属废水、低温废水、超高温废水等。还有等。还有CODCODCrCr高达高达1 110104 4101010104 4mg/Lmg/L的化工、发酵工业、制药废水的化工、发酵工业、制药废水等。以上废水都涵盖了自然极端环境的所有恶劣条件。等。以上废水都涵盖了自然极端环境的所有恶劣条件。目前处理这些废水时，都要事先将极端废水调整到合适的范围后目前处理这些废水时，都要事先将极端废水调整到合适的范围后再进行微生物处理。再进行微生物处理。盐分高、有机物浓度过高，用大量的
3、水稀释；盐分高、有机物浓度过高，用大量的水稀释；水温过高要先冷却；水温过低要加温；水温过高要先冷却；水温过低要加温；过酸用碱调节到中性；过碱用酸调节到中性。过酸用碱调节到中性；过碱用酸调节到中性。工艺复杂，运行费用高，浪费资源。工艺复杂，运行费用高，浪费资源。利用产甲烷菌对粪便和高浓度有机废水进行厌氧消化利用产甲烷菌对粪便和高浓度有机废水进行厌氧消化处理的时间已久，但对其他极端环境的古菌研究较少，知处理的时间已久，但对其他极端环境的古菌研究较少，知之不多。之不多。加强对古菌深入研究很有必要，最终目的获得各种有加强对古菌深入研究很有必要，最终目的获得各种有益古菌菌种，将它们应用于上述各种废水的处
4、理中，提高益古菌菌种，将它们应用于上述各种废水的处理中，提高废水处理的效果，降低投资成本和运行费用。废水处理的效果，降低投资成本和运行费用。细菌细菌(bacterium)是属于原核生物界是属于原核生物界(prokaryotae)的一种形的一种形体微小、结构简单、具有细胞壁和原始核质、无核仁和核膜，体微小、结构简单、具有细胞壁和原始核质、无核仁和核膜，除核糖体外无其他细胞器的单细胞型微生物。除核糖体外无其他细胞器的单细胞型微生物。细菌的概念细菌的概念：广义的细菌泛指各类原核细胞型微生物，广义的细菌泛指各类原核细胞型微生物，狭义则专指其中数量最大、种类最多、具有狭义则专指其中数量最大、种类最多、具
5、有典型代表性的细菌。典型代表性的细菌。细菌的形态细菌的形态观察工具光学显微镜光学显微镜测量单位一般以一般以mm为测量单位为测量单位 球菌据形态不同分四大类 杆菌 螺形菌 丝状菌图图2-1常见的三种细菌典常见的三种细菌典型形态型形态 A.球菌球菌 B.杆菌杆菌 C.弧菌弧菌四联球菌四联球菌八叠球菌八叠球菌链球菌链球菌属于炭疽热杆菌，引起皮肤恶疮及肺部损害属与肉毒杆菌属，可引起食物中毒杆 菌球杆菌球杆菌链杆菌链杆菌棒状杆菌棒状杆菌分枝杆菌分枝杆菌螺形菌弧菌弧菌只有一个弯曲只有一个弯曲螺菌螺菌有若干个弯曲有若干个弯曲弧弧 菌菌螺螺 菌菌 基本结构细胞壁、细胞膜、细胞质、核细胞壁、细胞膜、细胞质、核
6、质、核蛋白体、质粒质、核蛋白体、质粒特殊结构荚膜、菌毛、鞭毛、芽孢荚膜、菌毛、鞭毛、芽孢粘液层粘液层、衣鞘等衣鞘等1 1 原生质体包括细胞质膜、细胞质及内含物；原生质体包括细胞质膜、细胞质及内含物；细胞核物质细胞核物质1 1、细胞质膜、细胞质膜是紧贴细胞壁内侧，包裹细胞质的一层柔是紧贴细胞壁内侧，包裹细胞质的一层柔软而富有弹性的半渗透性薄膜软而富有弹性的半渗透性薄膜 化学组成；化学组成；由由6070%的蛋白质的蛋白质,3040%的脂类的脂类,约约2%的的多糖组成多糖组成结构；结构；磷脂双分子层是细胞质膜的基本结构磷脂双分子层是细胞质膜的基本结构生理功能；生理功能；A A 维持渗透压梯度和溶质的
7、转移维持渗透压梯度和溶质的转移 B B 细胞质膜上的酶能使细胞壁在膜细胞质膜上的酶能使细胞壁在膜表面合成表面合成 C C 膜内陷形成的中间体含有细胞色膜内陷形成的中间体含有细胞色素素,参与呼吸作用参与呼吸作用 D D 是氧化代谢和能量产生场所；是氧化代谢和能量产生场所；E E 为鞭毛提供附着点为鞭毛提供附着点细菌的细胞膜与其他生物的结构与组成类似，为细菌的细胞膜与其他生物的结构与组成类似，为 2 2、细胞质及内含物细胞质及内含物细胞质是细胞质膜内，除核物质以外无细胞质是细胞质膜内，除核物质以外无色透明的粘稠状胶体色透明的粘稠状胶体 内含物是在细菌生长期间，当细胞成熟内含物是在细菌生长期间，当细
8、胞成熟时，由于营养物质过剩形成的一些颗粒物。时，由于营养物质过剩形成的一些颗粒物。贮藏物：核糖体；易染粒；肝糖和淀粉粒等 代谢产物：CaSO4、草酸钙、硫颗粒、色素等气泡：紫色光合菌和蓝绿细菌体内含有气泡 内含物3 3、拟核、拟核 原核细胞的细胞核是发育不完全的、无核膜、核仁，原核细胞的细胞核是发育不完全的、无核膜、核仁，只是一个核物质高度集中的核区，所以，细菌细胞核没有核只是一个核物质高度集中的核区，所以，细菌细胞核没有核膜、核仁、是由一条环状膜、核仁、是由一条环状DNA分子高度折叠缠绕而成的似核分子高度折叠缠绕而成的似核结构。结构。粘液层、菌胶团和衣鞘粘液层、菌胶团和衣鞘：有些细菌在一定的
9、营养条件（如高有些细菌在一定的营养条件（如高C:N）下，常向细胞壁表）下，常向细胞壁表 面分泌一层粘性物质，形成较厚的膜，称为荚膜。面分泌一层粘性物质，形成较厚的膜，称为荚膜。（1）化学组成：由）化学组成：由90%以上的水、多糖、多肽等组成。以上的水、多糖、多肽等组成。（2 2）荚膜的功能：）荚膜的功能：a a 保护细菌：荚膜一方面可使菌体不受外界干燥的影保护细菌：荚膜一方面可使菌体不受外界干燥的影响，另一方面可使致病菌免受宿主吞噬细胞的吞噬。响，另一方面可使致病菌免受宿主吞噬细胞的吞噬。b b 能争强细菌的侵染力：如肺炎双球菌在失去荚膜后，能争强细菌的侵染力：如肺炎双球菌在失去荚膜后，致病能
10、力明显降低。致病能力明显降低。c c 可作碳源和能源利用：当营养缺乏时，荚膜可作碳源可作碳源和能源利用：当营养缺乏时，荚膜可作碳源和能源物质利用。和能源物质利用。d d 有吸附作用：在废水生物处理中，荚膜能将废水中的有有吸附作用：在废水生物处理中，荚膜能将废水中的有机物、无机固体物及胶体吸附在表面，作为细菌生命活动机物、无机固体物及胶体吸附在表面，作为细菌生命活动的营养和能源，因此而去除污染的营养和能源，因此而去除污染 2 2、粘液层、粘液层 也是细菌表面的粘性物质，只是比荚膜也是细菌表面的粘性物质，只是比荚膜松散些。也有吸附作用，只是在曝气搅拌松散些。也有吸附作用，只是在曝气搅拌过程中容易将
11、粘液层冲掉而使水中有机质过程中容易将粘液层冲掉而使水中有机质含量增高。含量增高。3 3、菌胶团、菌胶团 有些细菌因遗传性状决定，细菌之间按有些细菌因遗传性状决定，细菌之间按一定排列方式相互粘集在一起，由一个公一定排列方式相互粘集在一起，由一个公共荚膜包围形成一定形状的细菌集团。是共荚膜包围形成一定形状的细菌集团。是活性污泥的功能中心和结构中心。活性污泥的功能中心和结构中心。4 4、衣鞘、衣鞘 水生环境中，丝状菌菌丝体表面的粘水生环境中，丝状菌菌丝体表面的粘液层或荚膜硬质化，形成一个透明坚韧液层或荚膜硬质化，形成一个透明坚韧的空壳，叫鞘。的空壳，叫鞘。NH3+RHCOO-NaOHNH2Na+H2
12、OC+NH3+RHCOO-C+RHCOO-C+NH3+RHCCOOHCl-HCl 细菌个体小、比表面积大，这有利于细菌个体小、比表面积大，这有利于吸附和吸收营养物、排泄代谢产物，使吸附和吸收营养物、排泄代谢产物，使细菌生长繁殖加快。利用微生物来处理细菌生长繁殖加快。利用微生物来处理高浓度的污染物，正是利用微生物巨大高浓度的污染物，正是利用微生物巨大的表面来增强对污染物的吸附、吸收，的表面来增强对污染物的吸附、吸收，加快新陈代谢，从而提高处理效率。加快新陈代谢，从而提高处理效率。污（废）水生物处理的工作主体是活性污泥中的污（废）水生物处理的工作主体是活性污泥中的细菌，细菌的物理化学性质直接影响污
13、、废水的处理效果。细菌，细菌的物理化学性质直接影响污、废水的处理效果。细胞质的多相胶体性质决定细菌在曝气池中吸收废细胞质的多相胶体性质决定细菌在曝气池中吸收废水中的有机污染物的种类、数量和速度；水中的有机污染物的种类、数量和速度；细菌表面解离层的细菌表面解离层的S S型或型或R R型决定其悬液的稳定性，型决定其悬液的稳定性，即决定其在沉淀池中的沉淀效果；即决定其在沉淀池中的沉淀效果；比表面积的大小决定其吸附、吸收污染物的能力比表面积的大小决定其吸附、吸收污染物的能力及与其他微生物的竞争能力；及与其他微生物的竞争能力；细菌的带电性与它吸附、吸收废水有机污染物的细菌的带电性与它吸附、吸收废水有机污
14、染物的能力，与填料载体的结合力能力，与填料载体的结合力,沉淀效果有关。沉淀效果有关。细菌的物理化学特性是由它们的遗传性决定的，当细菌的物理化学特性是由它们的遗传性决定的，当处理效果差时，人们通常采用絮凝剂和沉淀剂，适当调处理效果差时，人们通常采用絮凝剂和沉淀剂，适当调整整pHpH，改善活性污泥的沉淀性能，增强处理效果。，改善活性污泥的沉淀性能，增强处理效果。相同点相同点细胞核不同细胞核不同没有叶绿体没有叶绿体蓝细菌不进行有丝分裂蓝细菌不进行有丝分裂不同点不同点二者都进行光合作用二者都进行光合作用都有一些种类能引起水华都有一些种类能引起水华都有各种色素，呈现各种都有各种色素，呈现各种颜色颜色藻殖
15、段纲藻殖段纲微微蓝细菌属蓝细菌属 引起水华引起水华腔囊蓝细菌属腔囊蓝细菌属引起水华引起水华色球藻纲色球藻纲颤蓝细菌属颤蓝细菌属用于废水脱色用于废水脱色 脱酸处理脱酸处理鱼腥蓝细菌属鱼腥蓝细菌属引起水华引起水华水华束丝蓝细菌属水华束丝蓝细菌属-引起水引起水 华华蓝藻门蓝藻门湖泊中常见的蓝藻有铜色微囊藻、曲鱼腥藻等。在湖泊中常见的蓝藻有铜色微囊藻、曲鱼腥藻等。在污水中或潮湿土地上常见的有灰颤藻和大颤藻。污水中或潮湿土地上常见的有灰颤藻和大颤藻。八、蓝细菌与人类及环境的关系 蓝细菌在污水处理水体自净中起积极作用，它能有效去除水体中的氮磷，是水体富营养化的指示生物。有些种属能引起海湾赤潮湖泊水华。有些
16、种属分泌毒素导致水生生物大量死亡。（一）为人类提供食品（一）为人类提供食品 用用钝顶螺旋蓝细菌钝顶螺旋蓝细菌属（属（Spirulina platensisSpirulina platensis）和极大螺旋蓝）和极大螺旋蓝细菌属细菌属（Spirulina maximunSpirulina maximun）制成营养品。）制成营养品。（二）净化水体，提供氧气（二）净化水体，提供氧气 蓝细菌在污水处理、水体自净中起积极作用，用它蓝细菌在污水处理、水体自净中起积极作用，用它吸收水体吸收水体中氮和磷等无机物，吸收中氮和磷等无机物，吸收COCO2 2和水，利用光能进行光合作用，放氧和水，利用光能进行光合作用
17、，放氧气。气。可有效地去除氮和磷。在氮、磷丰富的水体中生长旺盛，可可有效地去除氮和磷。在氮、磷丰富的水体中生长旺盛，可作水体富营养化的指示生物。作水体富营养化的指示生物。（三）引起富营养化水体水华（三）引起富营养化水体水华 微囊蓝细菌属、鱼腥蓝细菌属和水华束丝蓝细菌属在微囊蓝细菌属、鱼腥蓝细菌属和水华束丝蓝细菌属在富营养化的海湾和湖泊中由于大量繁殖，引起海湾的赤富营养化的海湾和湖泊中由于大量繁殖，引起海湾的赤潮和湖泊的水花潮和湖泊的水花(华华)。微囊蓝细菌属能分泌毒素，严重。微囊蓝细菌属能分泌毒素，严重者引起水生动物大量死亡。者引起水生动物大量死亡。暴发湖泊（如太湖、巢湖、暴发湖泊（如太湖、巢
18、湖、滇池）蓝藻事件，影响人类生活与健康，影响工农业生滇池）蓝藻事件，影响人类生活与健康，影响工农业生产。产。微囊蓝细菌（微囊藻）引起太湖水微囊蓝细菌（微囊藻）引起太湖水华华太湖湖面覆盖微囊蓝细菌太湖湖面覆盖微囊蓝细菌(微囊藻微囊藻)的情景的情景采采 水水 样样微囊蓝细菌（微囊藻）微囊蓝细菌（微囊藻）和螺旋蓝细菌（螺旋藻）和螺旋蓝细菌（螺旋藻）微囊蓝细菌（微囊藻）微囊蓝细菌（微囊藻）微囊蓝细菌（微囊藻）引起太湖水华微囊蓝细菌（微囊藻）引起太湖水华蓝细菌引起太湖水华（赤潮）蓝细菌引起太湖水华（赤潮）2007.7.现场情景现场情景显微镜下的放线菌营养菌丝显微镜下的放线菌营养菌丝图图 2 224 24
19、 几种放线菌孢子丝的形态几种放线菌孢子丝的形态图图 2 225 25 诺卡氏菌诺卡氏菌A.A.星状诺卡氏菌（星状诺卡氏菌（N.asteroidesN.asteroides）B.B.假诺卡氏菌属（假诺卡氏菌属（PseudonocardiaPseudonocardia）各种放线菌的菌落形态特征各种放线菌的菌落形态特征图图 2 228 28 链霉菌的生活史链霉菌的生活史A.A.孢子萌发孢子萌发 B.B.基内菌丝基内菌丝 C.C.气生菌丝气生菌丝 D.D.孢子丝孢子丝 E.E.孢子丝分化为孢子孢子丝分化为孢子链霉菌的生活史链霉菌的生活史图图 2 229 29 放线菌的分生孢子和孢囊孢子的形成放线菌的分
20、生孢子和孢囊孢子的形成 放线菌的孢子形成过程放线菌的孢子形成过程 A.A.B.B.孢子丝依照孢子丝依照、次序发育成熟形成分生孢子次序发育成熟形成分生孢子C.C.孢子丝依照孢子丝依照、次序发育成孢子囊，随后形成孢囊孢子次序发育成孢子囊，随后形成孢囊孢子 1 1、诺卡氏菌属、诺卡氏菌属 诺卡氏菌属广泛分布在土壤和水中，分解糖类和蜡，诺卡氏菌属广泛分布在土壤和水中，分解糖类和蜡，能降解水管和排污管的橡皮垫圈，分解石油的有嗜石油诺能降解水管和排污管的橡皮垫圈，分解石油的有嗜石油诺卡氏菌。卡氏菌。纤维素诺卡氏菌、大西洋诺卡氏菌和海洋诺卡氏菌分纤维素诺卡氏菌、大西洋诺卡氏菌和海洋诺卡氏菌分解纤维素能力强。
21、纤维素诺卡氏菌还固氮，分解解纤维素能力强。纤维素诺卡氏菌还固氮，分解1g1g纤维素纤维素能固定大气氮能固定大气氮12mg12mg。在废水活性污泥法处理中，出现过由诺卡氏菌属的某在废水活性污泥法处理中，出现过由诺卡氏菌属的某些种引起的活性污泥丝状膨胀和起泡沫现象。些种引起的活性污泥丝状膨胀和起泡沫现象。2 2、红球菌属红球菌属 广泛分布在土壤和水生境中，能降解石油烃、清洁剂、广泛分布在土壤和水生境中，能降解石油烃、清洁剂、苯、多氯联苯（苯、多氯联苯（PCBsPCBs）和杀虫剂，可除燃料中的硫。）和杀虫剂，可除燃料中的硫。图图 2-26 2-26 小单孢菌科各属的细胞结构小单孢菌科各属的细胞结构小
22、单孢菌属还能降解几丁质和纤维素，产生抗生素小单孢菌属还能降解几丁质和纤维素，产生抗生素如庆大霉素。如庆大霉素。3 3、小单孢菌和霉菌属、小单孢菌和霉菌属 4 4、链霉菌、链霉菌属属 许多种产生抗生素（链霉素），是医药生产中的重要菌种，在生态系统许多种产生抗生素（链霉素），是医药生产中的重要菌种，在生态系统物质循环中起重要作用，可分解多种有机化合物，降解胶质、壳质、木质素、物质循环中起重要作用，可分解多种有机化合物，降解胶质、壳质、木质素、角质素、乳胶、芳香族化合物。喜在土壤和潮湿泥土中生活，是重要的土壤角质素、乳胶、芳香族化合物。喜在土壤和潮湿泥土中生活，是重要的土壤细菌。其形态见图细菌。其形
23、态见图2-272-27。图图 2 22727 链霉菌属形态链霉菌属形态 放线菌的革兰氏染色反应放线菌的革兰氏染色反应:除枝动菌属为革兰氏阴性菌以外除枝动菌属为革兰氏阴性菌以外,其其余全部放线菌是高余全部放线菌是高C C含量的革兰氏阳性菌。含量的革兰氏阳性菌。一一 立克次氏体立克次氏体(Rickettsia)立克次氏体引起流行性斑疹、伤寒、恙虫热等有细胞壁有细胞壁(对抑制细胞壁的青霉素和溶菌酶对抑制细胞壁的青霉素和溶菌酶敏感）敏感）二等分裂二等分裂有不够完整的产能代谢途径，利用谷氨酸有不够完整的产能代谢途径，利用谷氨酸产能而不能利用葡萄糖产能而不能利用葡萄糖二 支原体(Mycoplasma)类菌
24、质体、类胸膜肺类菌质体、类胸膜肺炎微生物炎微生物 是一类无壁、是一类无壁、G G-、能通、能通过细菌滤器、可以人过细菌滤器、可以人工培养的最小型原核工培养的最小型原核生物。生物。特征特征无细胞壁，多形无细胞壁，多形(可通过细菌可通过细菌滤器、对抑制细胞壁的青霉素滤器、对抑制细胞壁的青霉素和溶菌酶不敏感、对抑制蛋白和溶菌酶不敏感、对抑制蛋白质的抗生素敏感质的抗生素敏感膜膜(外、中、内外、中、内)三层三层二等分裂、少芽殖二等分裂、少芽殖菌落形态：油煎蛋状菌落形态：油煎蛋状 支原体对新霉素和卡那霉素敏感。为支原体对新霉素和卡那霉素敏感。为革兰氏染色阴性反应。革兰氏染色阴性反应。分布：在土壤、污水、垃
25、圾、昆虫、脊分布：在土壤、污水、垃圾、昆虫、脊椎动物及人体中。椎动物及人体中。三 衣原体(Chlamydia)是一类在真核细胞内是一类在真核细胞内营专性能量寄生的小型、营专性能量寄生的小型、G G-、原核生物。、原核生物。生活史生活史萤光抗体染色，黄绿色为衣原体萤光抗体染色，黄绿色为衣原体小细胞(壁厚)大细胞(壁薄)包涵体包涵体破裂大量繁殖感染图图 2-32 2-32 衣原体衣原体 A.A.在宿主细胞外在宿主细胞外 B.B.侵入宿主细胞内侵入宿主细胞内 繁殖为二分裂，多寄生于哺乳动物繁殖为二分裂，多寄生于哺乳动物(如鼠、猪、牛、如鼠、猪、牛、羊羊)及鸟类，能引起人得沙眼、鹦鹉热、淋巴肉芽肿及粒
26、及鸟类，能引起人得沙眼、鹦鹉热、淋巴肉芽肿及粒性结膜炎等。性结膜炎等。衣原体对磺胺和抗生素敏感。衣原体对磺胺和抗生素敏感。四、螺旋体四、螺旋体 螺旋体隶属于螺旋体门螺旋体隶属于螺旋体门(BX(BX门门)螺旋体纲螺旋体目，螺旋体纲螺旋体目，有有3 3科科1313属。属。繁殖方式：纵裂。繁殖方式：纵裂。生境：腐生或寄生。生境：腐生或寄生。腐生者：在河流、池塘、湖泊、海洋或淤泥中生存。腐生者：在河流、池塘、湖泊、海洋或淤泥中生存。寄生者：引起人和动物疾病寄生者：引起人和动物疾病 密螺旋体属、疏螺旋体属及钩端螺旋体属致病，分别引密螺旋体属、疏螺旋体属及钩端螺旋体属致病，分别引起梅毒、回归热及钩端螺旋体病（图起梅毒、回归热及钩端螺旋体病（图 2-332-33）。螺旋体属和脊）。螺旋体属和脊螺旋体属不致病。螺旋体属不致病。图图 2-33 2-33 钩端螺旋体钩端螺旋体 本章主要内容作业11、何谓病毒、原核微生物、真核微生物？它们的主要区别是什么？2、病毒对哪些物理因素的抵抗能力强？为什么？3、根据作用原理，用于体外灭活病毒的化学物质分为哪几类？4、从细菌等电点和细胞壁的化学组成来解释革兰氏染色法的机理？5、细菌细胞壁有哪些生理功能？6、我国饮用水标准中规定，自来水中细菌总数不得高于多少？7、何谓细菌芽孢？有何特征？8、简述细菌的物理化学性质与污水 生物处理的关系。
