水处理微生物学_第一章 细菌的形态和结构
微生物的形态与结构
细菌染色
染色原因或目的 ——小而透明，染色后便于显微镜观 察
——鉴别细菌 ——观察细菌的特殊结构
(1) 革兰氏染色步骤
① 初染：结晶紫 ② 媒染：碘液 ③ 脱色：95%乙醇 ④ 复染：稀释复红
结果判定： 紫蓝色者为G+菌，例如金黄色葡萄球菌就是G+球菌； 红色者为G-菌， 例如大肠杆菌就是G-杆菌。
革兰氏染色法（Gram stain）:该法是丹麦 细菌学家革兰（Hans Christian Gram）于 1884年创建，至今仍在广泛应用。
(1) 革兰氏染色步骤
① 初染：结晶紫 ② 媒染：碘液 ③ 脱色：95%乙醇 ④ 复染：稀释复红
结果判定： 紫蓝色者为G+菌，例如金黄色葡萄球菌就是G+球菌； 红色者为G-菌， 例如大肠杆菌就是G-杆菌。
细菌的染色与结构
济源市疾病预防控制中心微检科 王军鹏
二零二零年三月十八日
第一章 细菌的形态与结构
细菌(bacterium)是属原核生物界(prokaryotae)的
一种单细胞微生物。
• 第一节 细菌的大小与形态 • 第二节 细菌的结构 • 第三节 细菌形态与结构检查法
第一节 细菌的大小与形态
◆ 光学显微镜
糖类含量 脂类含量
磷壁酸 外膜
革兰阳性菌 三维立体结构、较坚韧
20-80nm 可多达50层 占细胞壁干重50%-80%
约45% 少，1%-4%
+ —
革兰阴性菌 二0% 15-20%
较多，11%-22% — +
了解G+和G-菌细胞壁结构差异的意义
四肽侧链 磷壁酸
五肽交连桥
革兰阴性菌 聚糖骨架
四肽侧链
水处理生物学课程教学大纲
水处理生物学课程教学大纲课程名称：水处理生物学课程名称：Water Treatment Biology课程类型：专业基础必修课学时：40适用对象：给水排水工程专业本科先修课程：无一、课程的性质、目的与任务“水处理生物学”是给水排水工程专业的一门专业基础课。
本课程的任务是使学生系统掌握微生物学的基本知识，了解微生物的形态、掌握微生物的生理特性、控制以及利用它们的方法，掌握微生物、水生植物、水生动物等在水体净化和水处理中的作用机理，熟悉水中微生物的检验方法等。
二、课程的内容及学时分配第一单元绪论（建议学时数：2学时）本单元的学习目的和要求：了解微生物学的发展；微生物、水生动物、水生植物在水处理中的作用；水中常见的微生物等。
本单元的重点和难点：水中常见的微生物。
第二单元细菌的形态和结构（建议学时数：2学时）本单元的学习目的和要求：细菌的形态、大小；细菌的细胞结构及各结构的功能；细菌的菌落特征。
本单元的重点和难点：细菌的细胞结构及各结构的功能。
第三单元细菌的生理特性（建议学时数：6学时）本单元的学习目的和要求：细菌的营养成分和营养类型；酶的特性及米-门公式；细菌的呼吸类型；环境因素对细菌生长的影响。
本单元的重点和难点：酶的特性及米-门公式；细菌的呼吸类型。
第四单元细菌的生长和遗传变异（建议学时数：4学时）本单元的学习目的和要求：细菌的计数方法；细菌生长测定方法；细菌的生长及其特性；细菌的遗传与变异及其应用。
本单元的重点和难点：细菌的生长及其特性。
第五单元其他微生物（建议学时数：6学时）本单元的学习目的和要求：放线菌、光合细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物、病毒和噬菌体；微生物之间的关系。
本单元的重点和难点：藻类、原生动物；微生物之间的关系。
第六单元水的微生细菌学（建议学时数：4学时）本单元的学习目的和要求：水中的细菌及其分布；水中的病原菌、大肠菌群及其测定方法；水中微生物的控制方法；水中的病毒及其检验。
第一章 细菌的形态与结构
（二）杆菌(bacillus)及其排列状态
杆菌是细菌中种类最多的类型,因菌种不同,菌体细胞的长 短、粗细等都有所差异。 杆菌的形态：短杆状、长杆状、棒杆状、梭状杆状、分支 状等；按杆菌细胞繁殖后的排列方式则有链状、栅状、 “八”字状等。
梭状芽孢杆菌 短杆菌 长杆菌
磷壁酸 (teichoic acid) 又名垣酸，是一种由核 糖醇 (ribitol)或甘油 (glycerol)残基经磷酸二酯键 相互联接而成的多聚物，并带有一些氨基酸或糖。磷壁 酸是革兰氏阳性菌特有的成分，是特异的表面抗原。
(2)G-菌的细胞壁
较薄，约10～15nm，其结构和成分较复杂，由外膜 (outer membrane)（外胞壁）、肽聚糖层（内胞壁） 和周质间隙(periplasmic space)组成。 外膜由脂多糖、磷脂、蛋白质和脂蛋白等复合构 成，内层是一层薄的肽聚糖，约仅占细胞壁的10%～ 20%。 最外面是脂多糖，即内毒素，由类脂Ａ，核心多糖 和侧链多糖三部分组成。其中的脂类A是内毒素的主 要毒性成分，多糖具有抗原性，即O特异侧链。
革兰氏阳性杆菌
革兰氏阴性杆菌
(1) G+细菌的细胞壁
G+细菌细胞壁 厚，约2080nmБайду номын сангаас无结构分 化，主要由肽聚 糖和磷壁酸等组 成。
肽聚糖
(peptidoglycan) 又称黏肽 、糖肽或胞壁质，是细菌细胞壁所特 有的物质。革兰氏阳性菌细胞壁的肽聚糖是由聚糖 链支架、四肽侧链和五肽交联桥三部分组成的复杂 聚合物， 占G+菌的40%—60%。
第一章
第一节 第二节 第三节 第三节
微生物的形态与结构
医学微生物学第1章细菌的形态与结构
医学微生物学第1章细菌的形态与结构细菌是一类单细胞微生物，它们广泛存在于自然界中的各个环境中，包括土壤、水体、空气、动植物体表及体内等。
细菌具有各种形态和结构，这些形态和结构的不同反映了它们在适应不同环境中生存和繁殖的特征。
一、形态特征细菌的形态有很多种类，常见的有球形、杆状、弯曲的弧杆菌和螺旋形菌。
1. 球形菌（cocci）：球形菌有三种常见的形态，分别是球形（coccus）、链状球菌（streptococcus）和成堆球菌（staphylococcus）。
球形细菌通常直径在1-5微米之间。
2. 杆状菌（bacilli）：杆状菌较长且细长，形状类似于细胞的杆状结构。
杆菌长约1-10微米，宽约0.5-2微米。
3. 弯曲的弧杆菌（vibrios）：弯曲的弧杆菌的形态介于球形菌和螺旋形菌之间，较长且呈弯曲状。
4. 螺旋形菌（spirilla）：螺旋形菌是一类细菌，其细胞呈螺旋形状，如螺旋线状、螺旋弯曲状等。
螺旋菌通常长约5-200微米。
二、结构特征细菌的结构可以分为细胞壁、细胞膜、质粒和鞭毛等部分。
1.细胞壁：细胞壁是细菌细胞的外层，具有维持细胞形态、抵抗环境应激和药物攻击等重要功能。
细菌的细胞壁主要由肽聚糖和多肽组成。
根据细菌细胞壁的结构和染色特性，细菌可以分为革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌。
革兰氏阳性细菌的细胞壁较厚，有多肽层，染色时呈紫色；革兰氏阴性细菌的细胞壁较薄，只有肽聚糖层，染色时呈红色。
2.细胞膜：细菌的细胞膜位于细胞壁内，是细菌细胞的另一层保护膜。
细菌细胞膜由脂质双层构成，其中包含着许多重要的蛋白质，如传输蛋白和受体等。
3.质粒：质粒是细菌细胞内存在的一种环状DNA分子，与细菌细胞染色体分开存在。
质粒中携带了一些细菌的遗传信息，如抗药性基因等。
质粒可以通过水平基因转移传递给其他细菌，从而使细菌产生抗药性等。
4.鞭毛：鞭毛是细菌细胞表面的一种细长的纤毛结构，可以通过收缩和运动来推动细菌细胞的游动。
第一节 细菌的形态和结构
第一篇微生物的基本知识第一章细菌第一节细菌的形态和结构细菌是一类具有细胞壁的单细胞原核型微生物。
细菌在一定的环境条件下具有相对恒定的形态结构和生理生化特性，了解这些特性，对于细菌的分类鉴定、疾病的诊断、细菌的致病性与抗原性的研究，均有重要意义。
一、细菌的形态(一)细菌的大小细菌的个体微小，须用显微镜放大数百倍乃至数千倍才能看到。
通常使用显微测微尺来测量细菌的大小，以微米（μm）作为测量单位。
不同种类的细菌，大小很不一致，即使是同一种细菌在不同的生长繁殖阶段其大小也可能差别很大。
一般球菌的直径约为0.8～1.2μm；杆菌长1～10μm，宽0.2～1.0μm；螺旋菌长1～50μm，宽0.2～1.0μm。
细菌的大小，是以生长在适宜的温度和培养基中的青壮龄培养物（指对数期）为标准。
在一定条件下，各种细菌的大小是相对稳定的，而且具有明显特征，可以作为鉴定细菌的依据之一。
同种细菌在不同的生长环境（如动物体内、外）、不同的培养条件下，其大小会有所变化，测量时的制片方法、染色方法及使用的显微镜不同也会对测量结果产生一定影响，因此，测定细菌大小时，各种条件和技术操作等均应一致。
(二)细菌的基本形态和排列细菌的基本形态有球状、杆状和螺旋状三种，并据此将细菌分为球菌(图1-1，图1-2)、杆菌(图1-3，图1-4)和螺旋菌（图1-7)三种。
细菌的繁殖方式是简单的二分裂，不同细菌分裂后其菌体排列方式不同，有些细菌分裂后单个存在，有些细菌分裂后彼此仍通过原浆带相连，形成一定的排列方式。
1．球菌菌体呈球形或近似球形。
根据球菌分裂的方向和分裂后的排列状况将其分为：双球菌沿一个平面分裂，分裂后两两相连，其接触面扁平或凹入,菌体有时呈肾形，如脑膜炎双球菌；有时呈矛头状，如肺炎双球菌。
链球菌沿一个平面分裂，分裂后三个以上的菌体呈短链或长链排列，如猪链球菌。
葡萄球菌沿多个不同方向的平面分裂，分裂后排列不规则，似一串葡萄，如金黄色葡萄球菌。
第一章 细菌
细菌的形态和结构
二、细菌的特殊结构
鞭毛的功能： 1. 运动器官； 2. 与致病性有关：如霍乱弧菌穿过小肠黏液层； 3. 细菌的分类鉴定：具有抗原性，H抗原。
二、细菌的特殊结构
三、菌毛 pilus
1. 菌体表面短、细、直硬的丝状物，光学显微镜下 看不到。多见于G－菌，与运动无关。2. 化学组成：菌毛蛋白
1. 无完整的核结构、核膜、核仁和有丝分裂器等。 2. 单一闭合环状DNA，含少量蛋白质。 3. 特点：DNA量少，多为单拷贝形式，少重复序列。
二、细菌的特殊结构
一、荚膜 capsule
细胞壁外的一层较厚、黏性、胶冻样物质 ≥0.2 μm 荚膜
<0.2 μm 微荚膜 化学组成：多数为多糖，少数是多肽 形成条件：营养丰富（活体内，含血清培养基） 染色：不易着色
其中含有的一些结构：
1. 核糖体ribosome：70S（30S + 50S）
2. 质粒plasmid：染色体外的遗传物质，闭合环状DNA（以后讲）
3. 胞质颗粒：储存营养物质（如白喉杆菌的异染颗粒）
异染颗粒
质粒（EM照片）
一、细菌的基本结构
四、核质nuclear material或拟核nucleoid
第一章 细菌的形态与结构
第一节 细菌的大小与形态
一、大小
以微米(m)为测量单位，使用光镜观察。
二、形态：细菌按其外形分三类
球菌(coccus)：双球菌、链球菌、葡萄球菌、四联球菌、 八叠球菌；
杆菌(bacillus)：如大肠杆菌、炭疽杆菌、白喉杆菌等；
螺形菌(spiral bacterium)：弧菌（霍乱弧菌）、 螺菌（幽门螺杆菌）
保存全部生命必需物质：核酸、酶、合成菌体组分的结构 可发芽成繁殖体：1个细菌→1个芽胞→1个细菌 特点：壁厚，折光性强，不易着色。
细菌的形态与结构
脂多糖：是革兰阴性细菌重要致病物质， 称内毒素。脂多糖由脂质A (lipid A)、 核心多糖、特异多糖组成，其中脂质 A是主要毒性部分。核心多糖有属特 异性，特异多糖 有种特异性，是革 兰 阴性细菌分类的物质基础。 外膜蛋白：与致病性和耐药性有关。
3. G+菌与G-菌细胞壁的区别
细胞壁
强度 厚度 肽聚糖层 肽聚糖量 糖类量 脂类 量 磷壁酸 外膜
菌毛（电镜图）
4. 芽胞 spore
:
细菌芽胞的形态大小和位置 定义：某些细菌在一定条件下在菌体中形成的在 光学显微镜下可见的一个圆形或卵圆型小体。 芽胞是细菌的一种特殊存活方式，而不是繁殖 方式。一个细菌只能形成一个芽胞，一个芽胞 也只能生成一个菌体。 产芽胞的细菌在未产生芽胞时的菌体称为繁 殖体（vegetative form）
鉴别细菌 选择用药 理解细菌的致病作用
细胞膜 cell membrane 中介体 mesosome
细胞质 cytoplasm 核糖体 ribosome : 沉降系数为70S，由50S和
30S两个亚基组成。 核糖体是某些抗生素的作 用靶，可抑制细菌蛋白质的合成。
链霉素 30S 红霉素 50S 质粒（plasmid）：是存在于细菌胞质中的闭合 环状的双链DNA,为染色体外的遗传物质。质 粒带有遗传信息，控制细菌某些特定的遗传 性状。如编码菌毛、细菌素、毒素和耐药性。 核质 nuclear material
G-菌细胞壁模式图
G+菌肽聚糖和G-菌肽聚糖结构
聚糖骨架 溶菌酶作用点 四肽侧链
青霉素作用点 五肽交联桥
DAP
革兰阳性菌
革兰阴性菌
2. 化学组分的作用及意义
肽聚糖：①其立体构型使细胞壁坚固， 是维持细菌形态的基础成分； ②是青霉素作用的靶分子。 ③有致病作用 磷壁酸：①具有抗原性； ②具有致病性，以脂磷壁酸 （lipoteichoic acid , LTA)为主。
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如用电脑打印或印刷，应该用斜体表示。
例如我们所熟悉的大肠杆菌，其学名为Escherichia coli （大肠埃希氏杆菌），简称E.coli。
有时我们看到如Bacillus sp.的表达方式，表明该 菌株只鉴定到属，未能确定其种名。
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• 膜蛋白具有重要的生物功能，是生物膜 实施功能的基本场所。
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外周蛋白 peripheral protein
• 这类蛋白约占膜蛋白的20－30%，分 布于双层脂膜的外表层，主要通过静电 引力或范德华力与膜结合。
• 外周蛋白与膜的结合比较疏松，容易从 膜上分离出来。
• 外周蛋白能溶解于水。
根据一些微生物在好氧时不仅能 大量吸收磷酸盐（PO43-)合成自身核酸 和ATP，而且能逆浓度梯度过量吸磷合 成储能的多聚磷酸盐颗粒(异染颗粒) 于体内，供其内源呼吸用。这些细菌 被称为除磷菌。
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微生物除磷原理
依靠聚磷菌（兼性厌氧菌）聚磷， 再从水中除去这些细菌。
好氧时：大量繁殖（消耗好氧状态能源 ——聚β-羟基丁二酸（PHB）），逆浓度梯度 过量吸磷（贮备厌氧状态能源——多聚磷酸盐 颗粒(异染颗粒) ）；
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膜蛋白质的功能
膜蛋白具有重要的生物功能，是生物 膜实施功能的基本场所
1、转运分子进出细胞 2、接受并传递信号 3、支撑连接细胞骨架成分和细胞间质成
分； 4、与细胞分化及细胞间连接有关
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除磷菌概念：
厌氧时：与好氧时正相反，不繁殖，释 放磷酸盐于体外（消耗厌氧状态能源——异染 20颗20/12/1粒3 ，贮备好氧状态能源——PHB）。
除磷工艺流程示意（A2/O工艺）
进
释磷
水
摄磷 出水
回流污泥
厌氧池
沉淀
缺氧池
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好氧池
剩余污泥
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（2）微生物的命名
林奈(Linnaeus)双名法： 学名＝属名＋种名＋（命名人姓氏）
生物的学名都是用拉丁文书写，属名用名词，第 一个字母大写，它描述细菌的主要持征；种名用形 容词，第一个字母小写，它描述细菌的次要特征 ； 有时候在前面所述的二个单词之后还会有一个单词 ，这个单词往往是说明细菌的命名人。
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固有蛋白质（内在蛋白 integral protein）
• 内在蛋白约占膜蛋白的70-80%，蛋白的部 分或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。
• 这类蛋白的特征是不溶于水，主要靠疏水键 与膜脂相结合，而且不容易从膜中分离出来 。
• 内在蛋白与双层脂膜疏水区接触部分，由于 没有水分子的影响，多肽链内形成氢键趋向 大大增加，因此，它们主要以-螺旋和-折 叠形式存在，其中又以-螺旋更普遍。
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A 细胞膜 B 腔膜 C 线粒体膜 D 消化泡（次级溶酶体） E 内质网膜 F 分泌泡
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关于膜蛋白质
• 生物膜中含有多种不同的蛋白质，通常 称为膜蛋白。
• 根据它们在膜上的定位情况，可以分为 外周蛋白和内在蛋白。