第3章--古菌.ppt

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1、第第3 3章章-古菌古菌 古菌是最古老的生命体，如果将地球古菌是最古老的生命体，如果将地球约46亿年的年年的年龄比作一年，那么古菌早在比作一年，那么古菌早在3月月20日就出日就出现了，而人了，而人类诞生不生不过是是12月月31日日的事。的事。本章知识点知识点:n3.1 古菌的特点与分类n3.2 常见的古菌n3.3 古菌与水污染防治 本章重点重点：n熟悉环境中常见古菌的主要类型n了解古菌在水污染防治中的应用 本章难点难点：n古菌在水污染防治中的应用3.1 古菌的特点与分类n在细胞结构和代谢上，古菌在很多方面接近其它原核生物n在基因转录过程上，它们并不明显表现出细菌的特征，反而非常接近真核生物。n

2、极端环境-极高温/很冷/强酸/强碱n有些古菌嗜中性-土壤、海水、沼泽3.1 古菌的特点与分类n分类-两类：泉古菌、广古菌n环境中常见的古菌产甲烷古菌产甲烷古菌硫酸盐还原菌硫酸盐还原菌极端嗜盐菌极端嗜盐菌极端嗜热菌极端嗜热菌无细胞壁的古细菌无细胞壁的古细菌n1.产甲烷古菌3.2 常见的古菌n产甲烷菌是一群迄今为止所知的最严格厌氧的、能形成甲烷的化能自养或化能异养的古菌群。n产甲烷细菌是都能产生甲烷的一大类群，因此包括了球形、杆形、螺旋形、长丝状等不同形态。2.1 细菌细菌n2.1.1细菌的形态和大小细菌的形态和大小n2.1.2 细菌的细胞结构细菌的细胞结构n2.1.3 细菌的繁殖细菌的繁殖n2.

3、1.4 细菌表面的带电性细菌表面的带电性n2.1.5 细菌的分类及水中常见菌属细菌的分类及水中常见菌属2.1.1 细菌的形态和大小细菌的形态和大小n什么是细菌细菌（bacteria）？）？一类单细胞、个体微小（m）、结构简单、没有真正细胞核的原核生物。仅有原始的核物质，没有核仁与核仅有原始的核物质，没有核仁与核膜分化。膜分化。n形态 球状、杆状、螺旋状、其他形状n细菌是水与废水处理中最重要的微生物类群其他形状的细菌其他形状的细菌2.1.2 细菌细胞的结构细菌细胞的结构一般构造：细胞壁细胞膜细胞质核区内含物特殊构造：糖被芽孢鞭毛（1）细胞壁n位置：位于细菌细胞最外面，包裹原生质体，网状结构n功能

4、：保持细胞的形状和提高细胞机械强度，使其免受渗透压等外力的损伤，保障细菌在不同渗透压条件下正常生长；为细胞生长、分裂所必需；鞭毛的支点，辅助运动；分子筛的作用，阻止某些大分子有害物质进入细胞；赋予细胞特定的抗原性及对抗生素和噬菌体的敏感性。思考：如果用某种方法对不同的细菌进行染色，结果会呈现不同颜色吗？为什么？革兰氏染色法（Gram，G染色法）紫色：G阳性（G+）红色：G阴性（G-）染色结果与细胞壁结构有关The basic structure of the cell wall structures of Gram-positive and Gram-negative bacteria（2）细

5、胞膜（细胞质膜、质膜、内膜）n结构：流动镶嵌模型n组分：蛋白质（50%-70%）、脂类（20%-30%）、少量糖类n功能：选择性吸收养料、转运废物等物质交换作用；维持细胞正常的渗透压；呼吸作用的场所，电子传递和磷酸化作用；排出水溶性胞外酶，实现大分子的胞外水解；生物合成作用，细胞壁和荚膜的合成场所；鞭毛的着生和生长点。细胞膜的结构：流动镶嵌模型（3）细胞质n细胞内除了核质以外物质的统称，透明粘稠的胶状物；n主要成分：大部分是水（80），其次为蛋白质、RNA、脂、糖和无机盐类，呈酸性可用碱性染料染色可用碱性染料染色n形态特点：幼龄菌体的细胞质稠密、均匀、易染色；衰老菌体的细胞质不均一，大多有液泡

6、、颗粒物、不易染色n作用：含有各种酶系统，合成蛋白质与酶，含有各种内含物 （4）核区（核质体、原核、拟核）n位于细胞质内部，为一个絮状区域n没有核膜、核仁，无固定形态，结构简单n核区内有由脱氧核糖核酸（DNA）组成的染色质体，一般由一条环状双链DNA分子高度折叠缠绕而成n核质的功能是决定遗传形状和传递遗传信息n多数细菌细胞质中还存在着染色质体以外的遗传因子，大多由闭合环状双螺旋DNA分子构成，能自我复制，称为质粒（Plasmid），具有不同功能，是遗传工程中重要的载体。（5）内含物n细菌新陈代谢产物，或者是贮备的营养物质（种类数量变化）n常见的内含物颗粒：异染颗粒（磷源、能源，化学组分：多聚偏

7、磷酸盐-生物除磷）聚-羟基丁酸盐（PHB，碳源、能源）肝糖和淀粉粒（碳源、能源）硫粒（硫的贮藏物质）气泡（漂浮）细菌的细胞结构（1）糖被n定义：细菌在一定的营养条件下，能够向细胞壁外分泌出一层黏性多糖类，称为糖被。（存在状态：荚膜、微荚膜、黏液层）n荚膜（capsule）黏性较大，能相对稳定地附着在细胞壁外。n荚膜的作用：保护细菌；贮藏养料；形成菌胶团。n菌胶团：当荚膜物质相融合称为一团，内含许多细菌时，称为菌胶团。n菌胶团的形态：分支状、垂丝状、球形、椭圆、蘑菇形、片状思考：菌胶团与污水处理有什么关系？菌胶团是活性污泥中细菌的主要存在形式，在污水生物处理中具有重要的作用。菌胶团具有较强的吸附

8、和氧化有机物的能力菌胶团具有较好的沉降性能思考：菌胶团的形态会变吗？对污水处理效果有什么影响？（2）芽孢n某些细菌细胞发育到某一生长阶段，在细胞内部形成一个圆形或者椭圆型的、壁厚、含水量低、抗逆性强的休眠体，称为芽孢。n芽孢不是繁殖体，一个芽孢只能萌发成一个菌体。n特点：壁厚；含水率低（小于40）；不易透水且耐干燥；含有大量DPA（2，6吡啶二羧酸），耐热性强；代谢活性低，抵御不良环境能力强。芽孢萌发芽孢萌发（3）鞭毛n鞭毛是细菌的运动器官n鞭毛的着生位置：2.1.3 细菌的繁殖细菌的繁殖n（1）裂殖 1 2n（2）芽殖：在母细胞一端先形成一个突起，待其长度长大到与母细胞相仿后再相互分离并独立

9、生活的一种繁殖方式。2.1.4 细菌的群体特征细菌的群体特征细菌多以群体状态生存，其群体生长特征是其鉴别依据之一。n 将单个或少量同种细菌接种于固体培养基表面，在适当的培养条件下，该细胞会迅速生长繁殖，形成许多细胞聚集在一起且肉眼可见的细胞集合体，称之为菌落。n 典型的细菌菌落一般是1-3mm，圆形或椭圆形、湿润、较光滑、较透明、质地均匀、正反面颜色一致。细菌菌落的特征主要包括大小、形状、光泽、颜色、硬度、透明程度、边缘形状等。表面结构 形态及边缘：8 圆形 边缘完整 9 不规则 边缘波浪 10 不规则 颗粒状 11 规则 放射状 边缘呈叶状 12 规则 边缘呈扇状 13 规则 边缘呈齿状 1

10、4 规则 有同心圆 边缘完整 15 不规则 似毛毯状 16 规则呈菌丝状 17 不规则卷发状 边缘波形 18 不规则 呈丝状 19 不规则 根状正面观：1 扁平 2 隆起 3 低凸起 4 高凸起 5 脐状 6 草帽状 7 乳头状2.2 放线菌放线菌n2.2.1 放线菌的形态结构放线菌的形态结构n2.2.2 放线菌的繁殖与生理特征放线菌的繁殖与生理特征n2.2.3 放线菌的代表属放线菌的代表属n主要特点：产生大量的、种类繁多的抗生素。如：链霉素 灰色链霉菌土霉素 龟裂链霉菌制霉菌素 诺尔斯氏链霉菌利福霉素 诺卡氏菌博来霉素 轮丝链霉菌近万种天然抗生素中，约70%由放线菌产生氧化分解氰化物2.2.

11、1 放线菌的形态结构放线菌的形态结构（以链霉菌为例）根据菌丝的不同形态与功能，可分为：营养菌丝（基内菌丝）气生菌丝（基外菌丝）孢子丝（产生孢子）2.2.2 放线菌的繁殖与生理特性放线菌的繁殖与生理特性n无性繁殖孢子生殖菌丝断裂n生理特性大多数好氧异养链霉菌的生活史简图链霉菌的生活史简图2.2.3 放线菌的代表属放线菌的代表属n 链霉菌属-产生多种抗生素，如链霉素、红霉素、四环素、土霉素、金霉素等。n小单孢菌属-可产生多种抗生素，如庆大霉素、利福霉素等n 诺卡氏菌属-烃类发酵，污水处理，产生抗生素（如万古霉素、头孢菌素等）n放线菌属-多为致病菌小单孢菌属小单孢菌属诺卡氏菌属诺卡氏菌属2.3 丝状

12、细菌（有鞘）丝状细菌（有鞘）n铁细菌铁细菌n硫细菌硫细菌n球衣细菌球衣细菌2.3.1 铁细菌铁细菌铁细菌也是丝状的原核生物，但不分枝。铁细菌也是丝状的原核生物，但不分枝。常见的铁细菌有常见的铁细菌有多孢泉发菌：菌体细长不分支，一端固定，一端游离，鞘无色透明，含铁化物（图中1所示）赭色纤发菌：菌体不分支，鞘随水解物沉淀增多而加厚，呈黄褐色或褐色（图中2所示）含铁嘉氏菌：圆柱状象柄丝状菌，一端常交织着双绞绳状的对生分支，单细胞肾形或圆形（图中3所示）132铁细菌n基本特征丝状体多不分支，外鞘或者原生质体含铁粒或铁离子；生活在氧气少、有较多铁质和二氧化碳的水中；能将亚铁氧化为高铁，并获取能量。4Fe

13、CO3+O2+6H2O 4Fe（OH）3+4CO2+167.5kJn 危害铁氢氧化物的沉淀、沉积导致管道堵塞、输水能力下降；铁细菌大量吸收水中的亚铁离子，将促使铁管的铁单质解离，造成铁质水管的腐蚀，降低其使用寿命；铁氢氧化物的沉积使水混浊，呈现颜色，影响供水水质 腐蚀管线、水质带色、堵塞管线腐蚀管线、水质带色、堵塞管线2.3.2 硫磺细菌硫磺细菌1.贝日阿托氏菌 漂浮在池沼上，丝状体中的一串细胞相互联接并拥有共同的衣鞘。外在特征外在特征：不分枝、不固着、能进行匍匐运动：不分枝、不固着、能进行匍匐运动内部特征内部特征：含有大量硫磺颗粒（：含有大量硫磺颗粒（能源储备能源储备）2.发硫细菌外在特征外

14、在特征：不分枝、丝状、固着：不分枝、丝状、固着内部特征内部特征：含有大量硫磺颗粒（：含有大量硫磺颗粒（能源储备能源储备）硫磺细菌在水管中大量繁殖时，因有强酸产生，对管道有腐蚀作用。贝日阿托氏菌贝日阿托氏菌1.2.3 体内含明显硫粒体内含明显硫粒发硫细菌发硫细菌 1 菌丝一段吸附在植物残片上或纤维菌丝一段吸附在植物残片上或纤维2 从活性污泥菌胶团中伸出的菌丝从活性污泥菌胶团中伸出的菌丝2.3.3 球衣细菌球衣细菌n（1）基本特征大多具假分枝，单体在鞘内链状排列好氧细菌，在DO 0.1mg/L的微氧环境生长最好，大量碳源可加速其生长具有较强的分解有机物的能力（2）球衣细菌的作用构成生物膜的重要菌种

15、利于有机物的去除容易引起污泥膨胀污泥膨胀：丝状细菌在活性污泥中大量繁殖，使污泥结构极度松散，絮块漂浮水面，比重减轻，随水流流出。该异常现象称污泥膨胀。2.4 光合细菌光合细菌n光合细菌（PSB）能以光作为能源，能在厌氧光照或好氧黑暗条件下利用自然界中的有机物、硫化物、氨等作为供氢体进行光合作用。n分类 产氧、不产氧光合细菌（APB）（蓝细菌）厌氧光合生长且不释放氧气2.4.1 光合细菌的种类与特点2.4.2 APB2.4.2 APB的生理特性的生理特性光合细菌广泛分布于自然界的土壤、水田、沼泽、湖泊、江海等处，主要分布于水生环境中光线能透射到的缺氧区。光合细菌的适宜水温为1045C,最适水温为

16、2528C。最佳pH值范围为78.5之间。2.4.3 APB2.4.3 APB的应用的应用与生产应用关系密切的APB主要是红螺菌科的一些属。（1）利用APB生产单细胞蛋白和制剂（2）利用APB处理高浓度有机废水APB能以多种有机酸和醇类有机化合物作为光合作用的氢供体与碳源，其中不少能耐受高浓度有机物，并具有较强的分解和去除有机物的能力，已成功地应用于多种高浓度有机废水如啤酒厂、屠宰厂、酵母生产厂，同时获得大量光合细菌菌体，进一步应用于养殖、肥料等，并得到新能源-氢。2.5 蓝细菌（又称：蓝藻、蓝绿藻）蓝细菌（又称：蓝藻、蓝绿藻）n蓝细菌是含叶绿素、能进行产氧光合作用的大型原核生物，含有藻蓝素和叶绿素，细胞呈蓝绿色。n分布：各种水体、土壤、岩石表面和恶劣环境。一般喜欢生长在较温暖地区或一年中温暖的季节。n与水环境的关系：水华（淡水）、赤潮（海水），导致水质恶化。2.5.1 蓝细菌的定义、分布与生长环境水华水华赤潮思考：藻类大量繁殖为什么会使水质恶化？什么原因引起藻类大量繁殖？2.5.1 蓝细菌的形态结构与特点微囊藻微囊藻颤藻颤藻谢谢大家，谢谢大家，再见！再见！结束结束