1、第二章 环境中的微生物第一节 微生物类群与生物三域一、微生物及其类群一、微生物及其类群二、生物三域特征二、生物三域特征动物动物植物植物生物菌菌病毒病毒细菌细菌真菌真菌藻藻微型动物微型动物“微型植物微型植物”虫虫生物分类单元生物分类单元 分类单元分类单元-界、门、纲、目、科、属、种界、门、纲、目、科、属、种。生物分类的基本单元是种。生物分类的基本单元是种。种以下可再分为亚种、变种、型和菌株等。种以下可再分为亚种、变种、型和菌株等。人（人（Homo sapiens L.Homo sapiens L.)动物界动物界脊索动物门（脊索动物亚门）脊索动物门（脊索动物亚门）哺乳动物纲（真兽亚纲）哺乳动物纲（
2、真兽亚纲）灵长目（类人猿亚目）灵长目（类人猿亚目）人科人科人属人属人种人种 对生物究竟分几界的问题，在人类发展历史上有一个由浅入深，由简至繁，由低级到高级的认识过程。近100多年，从两界经历过三界系统、四界系统、五界系统甚至六界系统，最后又出现三原界系统。二界系统：植物界、动物界二界系统：植物界、动物界三界系统：植物界、动物界、原生生物界三界系统：植物界、动物界、原生生物界四界系统：植物界、动物界、原始生物界（原生动物、真菌、部四界系统：植物界、动物界、原始生物界（原生动物、真菌、部分藻类）、菌界（细菌、蓝细菌）分藻类）、菌界（细菌、蓝细菌）五界系统：动物界、植物界、原生生物界、真菌界、原核生
3、物界五界系统：动物界、植物界、原生生物界、真菌界、原核生物界三原界系统：古细菌原界、真细菌原界、真核生物原界三原界系统：古细菌原界、真细菌原界、真核生物原界（一）两个生物分类系统（一）两个生物分类系统1、生物的五界系统：、生物的五界系统：惠特克，1969年；动物界动物界植物界植物界原生生物界原生生物界真菌界真菌界原核生物界原核生物界2、三原界（三域）系统：、三原界（三域）系统：沃斯，沃斯，1978根据生物的16SrRNA碱基序列，对生物进行划分。真细菌真细菌古细菌古细菌真核生物真核生物无细胞结构生物无细胞结构生物病毒病毒具细胞结构生物具细胞结构生物生物生物原核生物原核生物真核生物真核生物真细菌
4、真细菌古细菌古细菌真菌真菌藻类藻类原生动物原生动物动物动物植物植物真细菌真细菌真菌真菌藻类藻类原生动物原生动物动物动物植物植物真核生物真核生物古细菌古细菌生物生物沃氏提出的三域（三原界）分类系统沃氏提出的三域（三原界）分类系统16S 16S rRNArRNA碱基测序（碱基测序（80%80%的的rRNArRNA）：）：原原 理：根据不同原核生物理：根据不同原核生物16S 16S rRNArRNA碱基序列的相似碱基序列的相似性比较不同生物间的进化关系。性比较不同生物间的进化关系。第二节 真细菌 细菌：有时泛指全部原核微生物，有时专指原细菌：有时泛指全部原核微生物，有时专指原核微生物中的真细菌，有时
5、候仅指真细菌中一核微生物中的真细菌，有时候仅指真细菌中一部分微生物。部分微生物。真细菌是人类研究得最多的一类原核生物。真细菌是人类研究得最多的一类原核生物。一、细菌的个体形态、大小与染色一、细菌的个体形态、大小与染色n细菌：细菌：n单细胞不分枝的原核微生物单细胞不分枝的原核微生物。（一）细菌的外形与大小（一）细菌的外形与大小图图1-1 常见的三种细菌典型形态常见的三种细菌典型形态A.球菌球菌 B.杆菌杆菌 C.螺旋菌螺旋菌 a.球菌球菌 球形的细菌球形的细菌 球菌大小为球菌大小为0.52.0 ml 单球菌（脲微球菌）单球菌（脲微球菌）2.双球菌（肺炎链球菌）双球菌（肺炎链球菌）3链球菌（乳链球
6、菌）链球菌（乳链球菌）4四联球菌四联球菌5八叠球菌（甲烷八叠球菌）八叠球菌（甲烷八叠球菌）6葡萄球菌（金黄色葡萄球菌）葡萄球菌（金黄色葡萄球菌）Arrangement of Spherical Bacterial CellsdiplococcistreptococcitetracoccisarcinaestaphylococciSphericalcoccus单球菌和双球菌单球菌和双球菌球菌(coccus)脑膜炎奈瑟菌脑膜炎奈瑟菌双球菌双球菌(diplococcus)肺炎链球菌肺炎链球菌球菌(coccus)四联球菌四联球菌(tetrad)球菌(coccus)八叠球菌八叠球菌(sarcina)链球
7、菌链球菌(streptococcus)球菌(coccus)球菌(coccus)葡萄球菌葡萄球菌(streptococcus)金金黄黄色色葡葡萄萄球球菌菌引起伤口化脓性感染b.杆菌杆菌 细胞呈，菌体直或稍弯，粗短或细长。末端钝圆、尖、膨大或平裁状。杆菌：单杆菌、双杆菌、链杆菌属于肉毒杆菌属，可引起食物中毒杆菌的形态多样杆菌的形态多样分枝杆菌分枝杆菌双歧杆菌双歧杆菌不同杆菌的大小、长短、粗细很不一致。不同杆菌的大小、长短、粗细很不一致。炭疽芽胞杆菌 3-10 m大中大肠埃希菌 2-3 m小布鲁菌 0.6-1.5 m杆菌的形态多样杆菌的形态多样两端齐平炭疽芽胞杆菌炭疽芽胞杆菌两端尖细白喉棒状杆菌白喉
8、棒状杆菌 c.螺旋菌螺旋菌 细胞呈弧形的称为弧菌，其中若菌体多于一个弯曲，其程细胞呈弧形的称为弧菌，其中若菌体多于一个弯曲，其程度超过一圈，又称为螺旋菌。直径在度超过一圈，又称为螺旋菌。直径在0.55um，长度不等。，长度不等。弧菌弧菌螺旋菌螺旋菌螺杆菌螺杆菌淡水中的螺旋菌 spirochetes.是一种很常见的细菌 自然界中杆菌最常见，球菌次之，而螺自然界中杆菌最常见，球菌次之，而螺旋菌最少。旋菌最少。（二）细菌的染色（二）细菌的染色 由于细菌的细胞极其微小又十分透明，因此用水浸片或悬滴观察法在光学显微镜下进行观察时，只能看到大体形态和运动情况。若要在光学显微镜下观察其形态和主要构造，一般都
9、要对它们进行染色。细菌染色法细菌染色法死菌死菌活菌：用美蓝或活菌：用美蓝或TTC(氯化三苯基四氮唑）等作活菌染色氯化三苯基四氮唑）等作活菌染色正染色正染色负染色：荚膜染色法等负染色：荚膜染色法等简单染色法简单染色法鉴别染色法鉴别染色法革兰氏染色法革兰氏染色法抗酸性染色法抗酸性染色法芽孢染色法芽孢染色法吉姆萨染色法吉姆萨染色法革兰氏染色法革兰氏染色法 该染色法由丹麦医生该染色法由丹麦医生C.Gram于于1884年创立。年创立。分为初染、媒染、脱色和复染四步。分为初染、媒染、脱色和复染四步。甲菌 乙菌初染 结晶紫媒染 碘液脱色 乙醇复染 沙黄紫色紫色(G+)红色红色(G-)1.涂片固定涂片固定w2
10、.初染初染染色染色 1min 3.媒染媒染-溶溶液浸湿液浸湿4.脱色脱色进行颜色洗脱进行颜色洗脱5.复染复染 呈现第二次染色的效果呈现第二次染色的效果；称；称 细菌呈现第一次染色的效细菌呈现第一次染色的效果果，；wwww革兰氏染色的意义革兰氏染色的意义 通过这一染色，可把几乎所有的细菌分成革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌两个大类。因此是分类鉴定的重要指标。这两类细菌在细胞结构、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明显的差异，因此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。二、细菌的结构二、细菌的结构 提问：提问：哪些功能？哪些功能？
11、w伤寒伤寒杆菌杆菌细胞细胞壁中壁中含毒含毒素素请对照两种细菌细胞壁的不同结构，说明为什么染色上会请对照两种细菌细胞壁的不同结构，说明为什么染色上会有区别？有区别？革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较细胞壁细胞壁 革兰阳性菌革兰阳性菌革兰阴性菌革兰阴性菌强度强度较坚韧较坚韧较疏松较疏松厚度厚度20-80nm10-15nm肽聚糖层数肽聚糖层数可多达可多达50层层1-2层层肽聚糖含量肽聚糖含量占细胞壁干重占细胞壁干重50%-80%占细胞壁干重占细胞壁干重5%-20%磷壁酸磷壁酸+脂质双层脂质双层+脂蛋白脂蛋白+脂多糖脂多糖+原生质体原生质体(protoplast)：革兰阳
12、性菌细胞壁完全缺失后，：革兰阳性菌细胞壁完全缺失后，原生质仅被一层细胞膜包住。原生质仅被一层细胞膜包住。原生质球原生质球(spheroplast)：未全部去掉的细胞壁的细菌，：未全部去掉的细胞壁的细菌，肽聚糖层受损后尚有外膜保护。肽聚糖层受损后尚有外膜保护。细菌细胞壁缺陷型或细菌细胞壁缺陷型或L型：型：因基因突变而产生的无壁因基因突变而产生的无壁类型，细胞壁受损后仍能生长和分裂的细菌。在一般环类型，细胞壁受损后仍能生长和分裂的细菌。在一般环境中不能耐受菌体内的高渗透压而将会涨破死亡。在高境中不能耐受菌体内的高渗透压而将会涨破死亡。在高渗环境下，仍可存活。渗环境下，仍可存活。细胞壁缺陷型细菌细胞
13、壁缺陷型细菌革兰氏染色机理革兰氏染色机理 1.1.与细菌等电点有关与细菌等电点有关 革兰氏阳性菌的等电点为pH23，革兰氏阴性菌的等电点为pH45。革兰氏阳性菌的等电点比革兰氏阴性菌低，说明革兰氏阳性菌带的负电荷比革兰氏阴性菌多。它们与草酸铵结晶紫的结合力大，用碘-碘化钾媒染后，两者的等电点均得到降低，但革兰氏阳性菌的等电点降低的多，故与草酸铵结晶紫结合得更牢固，对乙醇脱色的抵抗力更强。2.与细胞壁有关与细胞壁有关 革兰氏阳性菌的脂类物质的含量很低，肽聚糖的含量高。革兰氏阴性菌相反，用乙醇脱色时，革兰氏阴性菌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，乙醇容易进入细胞内将草酸铵结晶紫
14、和碘-碘化钾复合物提取出来，使菌体呈现无色。革兰氏阳性菌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。（二）原生质体（二）原生质体 包括细胞质膜（原生质膜）、细胞质及其内含物、细胞核物质。1.细胞质膜细胞质膜 紧贴细胞壁的内侧而紧贴细胞壁的内侧而包围细胞质的一层柔包围细胞质的一层柔软而富有弹性的薄膜。软而富有弹性的薄膜。是选择性半渗透膜。是选择性半渗透膜。主要化学成分：蛋白主要化学成分：蛋白质（质（6070%）、脂类）、脂类（3040%
15、）、多糖）、多糖（约（约2%）。）。细胞质膜的生理功能细胞质膜的生理功能 1.维持渗透压的梯度和溶质的转移；2.细胞质膜上有合成细胞壁和形成横膈膜组分的酶，在膜的外表面合成细胞壁；3.膜内陷形成中间体，含有细胞色素，参与呼吸作用。中间体与染色体的分离和细胞分裂有关，还为DNA提供附着点；4.在细胞质膜上进行物质代谢和能量代谢。5.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.细胞质和内含物细胞质和内含物 细胞质是细胞质膜以内，除核物质以外的无色透明、粘稠的复杂胶体，亦称原生质。主要由蛋白质、核酸、多糖、脂类、无机盐和水组成。核糖体：由RNA和蛋白质组成，是合成蛋白质的场所。其中R
16、NA占60%，蛋白质占40%。大肠杆菌可以分解出三种分子质量不同的RNA，16SRNA、23SRNA和5SRNA。核糖体的沉降系数是70S（由50S和30S两个亚基组成）1气泡气泡（水生细菌）（水生细菌）2异染颗粒异染颗粒可被甲苯胺染成紫红色。化学本质偏磷酸盐的聚偏磷酸盐的聚合物合物。，3聚聚-羟基丁酸（简称羟基丁酸（简称 PHB）颗粒颗粒 4糖原和淀粉粒糖原和淀粉粒用作碳源和能源5硫粒硫粒某些，贮存的。3.拟核拟核 无核膜和核仁，由DNA组成。携带全部或部分遗传信息，它的功能是决定遗传性状和传递遗传信息，是重要的遗传物质。（三）荚膜、粘液层和菌胶团（三）荚膜、粘液层和菌胶团 荚膜荚膜:某些细
17、菌细胞壁外的一层较松厚，而且某些细菌细胞壁外的一层较松厚，而且较固定的粘液性物质。不易着色，一般采用负较固定的粘液性物质。不易着色，一般采用负染色法。染色法。成分成分:多糖、多肽和脂类多糖、多肽和脂类肺炎链球菌荚膜荚膜荚膜 功能功能:1.1.保护作用：保护细菌免受干燥的影响，保护保护作用：保护细菌免受干燥的影响，保护不受宿主吞噬细胞的吞噬。不受宿主吞噬细胞的吞噬。2.2.当缺乏营养时，荚膜可被用作碳源和能源。当缺乏营养时，荚膜可被用作碳源和能源。3.3.具荚膜的致病菌毒力强，失去荚膜的致病力具荚膜的致病菌毒力强，失去荚膜的致病力下降。下降。4.4.废水生物处理中的细菌荚膜有生物吸附作用，废水生
18、物处理中的细菌荚膜有生物吸附作用，将废水中的有机物、无机物及胶体吸附在细菌将废水中的有机物、无机物及胶体吸附在细菌体表面上。体表面上。有些细菌不产生荚膜，其细胞仍可分泌粘性的有些细菌不产生荚膜，其细胞仍可分泌粘性的多糖，疏松地附着在细菌细胞壁表面，与外界多糖，疏松地附着在细菌细胞壁表面，与外界没有明显的边缘没有明显的边缘,则叫粘液层。在废水生物处则叫粘液层。在废水生物处理过程中有生物吸附作用。理过程中有生物吸附作用。有些细菌由于其遗传特性决定，细菌之间按一有些细菌由于其遗传特性决定，细菌之间按一定的排列方式粘集在一起，被一个公共的荚膜定的排列方式粘集在一起，被一个公共的荚膜包围成一定形状的细菌
19、集团叫做菌胶团。包围成一定形状的细菌集团叫做菌胶团。菌胶团的形成是由这类细菌遗传特性所决菌胶团的形成是由这类细菌遗传特性所决定的。菌胶团的形状定的。菌胶团的形状 有球形、蘑菇形、椭有球形、蘑菇形、椭圆形、分支状、垂丝状及不规则形。圆形、分支状、垂丝状及不规则形。上述各种菌胶团在活性污泥中均有，形成上述各种菌胶团在活性污泥中均有，形成菌胶团的典型细菌为动胶菌属的细菌。菌胶团的典型细菌为动胶菌属的细菌。（六）鞭毛（六）鞭毛 由细胞质膜上的鞭毛基粒长出穿过细胞由细胞质膜上的鞭毛基粒长出穿过细胞壁伸向体外的一条纤细的波浪状的丝状壁伸向体外的一条纤细的波浪状的丝状物。直径物。直径0.0010.02um，
20、长，长250um.化学成分：鞭毛蛋白化学成分：鞭毛蛋白 功能：功能：运动运动，鞭毛的有无以及鞭毛着生，鞭毛的有无以及鞭毛着生的部位是菌种分类鉴定的重要指标。的部位是菌种分类鉴定的重要指标。根据鞭毛数目与排列情况分：根据鞭毛数目与排列情况分：一端单毛菌一端单毛菌：菌体一端只有一条鞭毛。：菌体一端只有一条鞭毛。二端单毛菌二端单毛菌：菌体二端各有一条鞭毛。：菌体二端各有一条鞭毛。丛毛菌丛毛菌：菌体一端或二端各有一丛鞭毛：菌体一端或二端各有一丛鞭毛(偏偏端丛生鞭毛菌、二端丛生鞭毛菌端丛生鞭毛菌、二端丛生鞭毛菌)周毛菌周毛菌：在菌体四周都有鞭毛。：在菌体四周都有鞭毛。鞭毛菌分类鞭毛菌分类单毛菌单毛菌双毛
21、菌双毛菌丛毛菌丛毛菌周毛菌周毛菌实验室可采用特殊染色，使染料的复合物附着并积累实验室可采用特殊染色，使染料的复合物附着并积累在鞭毛上，加粗其直径，在鞭毛上，加粗其直径，可用普通光学显微镜观察。可用普通光学显微镜观察。菌毛菌毛 比鞭毛更细，较短，直硬，数比鞭毛更细，较短，直硬，数量也较多的细丝。非运动器官量也较多的细丝。非运动器官G G-菌多有，菌多有，G G+菌少数有。菌少数有。功能：菌毛分普通菌毛和性菌功能：菌毛分普通菌毛和性菌毛毛(有吸附作用有吸附作用)。有性菌毛的细。有性菌毛的细菌叫雄性菌。雄性菌与雌性可菌叫雄性菌。雄性菌与雌性可通过性菌毛接合，没有之不能通过性菌毛接合，没有之不能接合。
22、接合。菌毛在普通光学显微镜下看不菌毛在普通光学显微镜下看不到到,必须用电子显微镜观察。必须用电子显微镜观察。某些细菌生长到一定阶段，在细胞内形成一个某些细菌生长到一定阶段，在细胞内形成一个圆形成圆柱形的对不良环境条件具有较强的抵圆形成圆柱形的对不良环境条件具有较强的抵抗逆休眠体。抗逆休眠体。细菌的芽孢都生长在细胞内，又细菌的芽孢都生长在细胞内，又称称内生孢子内生孢子(Endospora)，细菌中只有少数几，细菌中只有少数几个属具有芽孢。个属具有芽孢。芽孢对干燥（在干燥下可存活几年、几十年），芽孢对干燥（在干燥下可存活几年、几十年），紫外线，有毒化学物、热、化学药品抵抗力强，紫外线，有毒化学物、
23、热、化学药品抵抗力强，能使细菌渡过不良环境。一般芽孢能耐高温。能使细菌渡过不良环境。一般芽孢能耐高温。芽孢示意图芽孢示意图芽孢衣芽孢衣皮层皮层芽孢壁芽孢壁芽孢外壁芽孢外壁芽胞的大小、形状、位置等随菌种而异，有重要的鉴别意义。芽胞的大小、形状、位置等随菌种而异，有重要的鉴别意义。炭疽芽胞杆菌炭疽芽胞杆菌肉毒梭菌肉毒梭菌破伤风梭菌破伤风梭菌 芽孢抗性强的原因：1.含水量低。2.有厚、致密的壁。3.含与抗热性有关的吡啶二羧酸。4.芽孢内具有抗热性的酶。芽孢萌发后变成营养细胞，抗性损失。芽孢不是繁殖器官，只是休眠体。产芽孢细菌的种类：产芽孢细菌的种类：革兰氏阳性杆菌革兰氏阳性杆菌芽孢杆菌属、梭菌属芽孢杆菌属、梭菌属；球菌只有球菌只有八叠球菌属八叠球菌属产生芽孢；螺菌中产生芽孢；螺菌中的的孢螺菌属孢螺菌属也产生芽孢。也产生芽孢。问题：细菌有芽孢存在对我们有利还是问题：细菌有芽孢存在对我们有利还是有弊？有弊？
