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微生物

绪论

? 1.微生物的定义:

微生物是指所有形体微小,用肉眼无法看到,须借助于显微镜才能看见的,单细胞或个体结构简单的多细胞,或无细胞结构的低等生物的统称。

微生物主要类群:

真核生物-真菌(霉菌、酵母)、微型藻类、原生动物、后生动物等

原核生物-细菌、放线菌、蓝细菌和古生菌

非细胞生物-病毒、类病毒和朊病毒

? 2. 微生物的特点:

(1)个体小;(2)分布广、种类多;

(3)繁殖快;(4)易变异。

第一章病毒

病毒是没有细胞结构,专性寄生在活的敏感宿主体内,可通过细菌过滤器,大小在0.2μm以下的超微小微生物。

病毒的特点:

●形体极其微小;

●非细胞结构;

●专性寄生;

●只含DNA或RNA的遗传因子。

病毒的化学组成:

●病毒粒子的主要成分是核酸和蛋白质。

●核酸构成了病毒粒子的核心或基因组;

●蛋白质包围在核心周围,构成了病毒粒子的衣壳。

●有些病毒含有类脂质和多糖(被膜)。

蛋白质衣壳的功能:

●保护病毒使其免受环境因素的影响;

●决定病毒感染的特异性,使病毒与敏感细胞表面特定部有

特异亲和力,病毒可牢固的附着在敏感细胞上;

●病毒蛋白质还有致病性、毒力和抗原性。

病毒的核酸

?DNA (脱氧核糖核酸)。

?RNA (核糖核酸)

病毒核酸的功能:决定病毒遗传、变异和对敏感宿主细胞的感染力。

病毒的增殖过程:

?吸附、侵入、复制和聚集、释放。

根据噬菌体与宿主菌的相互关系,噬菌体可分为两类:

?毒性噬菌体、温和噬菌体

病毒在液体培养基中的培养特征:

原来浑浊的细菌悬液变成透明的裂解溶液。

噬菌体在液体培养基中的培养特征:

A.被噬菌体感染之前培养液浑浊

B.被噬菌体感染之后培养液变清

原核微生物包括真细菌门和蓝细菌门。

真细菌门:细菌、古菌、放线菌、衣原体、立克次氏体、支原体、螺旋体等;

蓝细菌门:蓝细菌

细菌:单细胞不分枝的原核微生物。细菌细胞微小而透明,通常用适当染料染色后显微镜观察。

细菌的细胞结构:

一般结构:细胞壁、细胞膜、细胞质及其内含物、拟核。

特殊结构:芽孢、鞭毛、荚膜、黏液层、衣鞘及光合作用层片等。

细胞壁的功能:

1、保持和固定细胞形态;

2、保护原生质体免受渗透压引起的破裂作用;

3、为鞭毛提供支点,使鞭毛运动。

4、多孔结构起到分子筛的作用,阻拦大分子物质进入细胞;

5、使细胞具有致病性及对噬菌体的敏感性。

细胞膜:

紧贴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。是选择性半渗透膜。

细胞膜的结构:

?流动镶嵌模型:磷脂分子构成膜的基本骨架,上下两层磷脂分子层平行排列,具有极性的磷脂分子亲水基朝向膜的内、外表面的水相,疏水基在中间。蛋白质镶嵌在磷脂层中或膜表面,有的蛋白质由外侧伸入膜的中间,有的穿透膜的两层磷脂分子,膜表面的蛋白质还带有多糖。

细胞膜的生理功能:

1、维持渗透压的梯度和溶质的转移;

2、细胞壁合成场所;

3、膜内陷形成的中间体含有细胞色素,参与呼吸作用;中间体还为DNA

提供附着点。

?细胞质膜上有呼吸电子传递需要的酶系,具有类似高等生物线粒体的功能,进行物质和能量代谢;

鞭毛基粒位于细胞质膜,即为鞭毛提供附着点。

核物质(拟核):

?——原核生物所特有的原始细胞核,也称拟核。

?细菌的核质体是一个大型环状的双链DNA分子,长度

0.25mm~3mm,为细菌遗传物质,卷曲折叠于核区。

?核区没有外膜(这是原核生物与真核生物一个主要的区别之处)

1、荚膜

?是某些细菌在新陈代谢过程中形成的,分泌于细胞壁外的粘液状物质,把细胞壁完全包围封住,这层粘性物质叫荚膜。荚膜相对稳定的附着在细胞壁表面。

荚膜的功能:

①具有荚膜的S型肺炎链球菌毒力强,有助于肺炎链球菌侵染人体。

②荚膜保护致病菌免受宿主吞噬细胞的吞噬,保护细菌免受干燥的影响。

③当缺乏营养时,荚膜可被用作碳源和能源,有的荚膜还可作氮源。

④废水生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体表面上。

黏液层:不产荚膜的细菌在其表面分泌黏性的多糖,疏松地附着在细菌细胞壁

表面上,与外界没有明显边缘,这叫黏液层。

黏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黏液冲刷入水中,以致增加水中有机物,它可被其他微生物作碳源利用。

菌胶团: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,被一个公共的荚膜包围成一定形状的细菌集团叫做菌胶团。

芽孢:某些细菌生长到一定阶段或在遇到外界不良环境时,在细胞内形成对不良环境条件具有较强的抵抗力的休眠体。

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,能使细菌度过不良环境。一般芽孢能耐高温。

芽孢的大小、形状、位置等随菌种而异,有重要的鉴别意义。

芽孢抗性强的原因:

1. 芽孢含水量率低,38-40%。

2. 有厚、致密的壁。

3. 含与抗热性有关的吡啶二羧酸(DPA)。

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。

鞭毛和纤毛:

鞭毛: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物。

?直径为0.001~0.02 um,长为2~50 um.

?化学成分:鞭毛蛋白

?功能:运动纤毛

比鞭毛更细,较短,直硬,数量也较多的细丝。非运动器官。纤毛在普通光学显微镜下看不到,必须用电子显微镜观察。

细菌在固体培养基上的培养特征:

1、细菌在固体培养基上的培养特征就是菌落特征。

2、菌落是由一个细菌繁殖起来的,由无数细菌组成具有一定形态特性的细菌

集团。

细菌的物理化学特性:

(一)细菌表面电荷和等电点

细菌体含有50%以上的蛋白质。蛋白质由20种氨基酸按一定的排列顺序由肽键连接组成。氨基酸是两性电解质,在碱性溶液中表现出带负电荷,在酸性溶液中表现出带正电荷,在某一定pH溶液中,氨基酸所带的正电荷和负电荷相等时的pH,称为该氨基酸的等电点。

已知细菌的等电点在pH 2~5,革兰氏阳性菌的等电点为pH 2~3;革兰氏阴性菌的等电点为pH 4~5;pH=3~4之间的为革兰氏染色不稳定性菌。

(二)革兰氏染色法

?该染色法由丹麦医生C.Gram于1884年创立。

?分为初染、媒染、脱色和复染四步。

1、涂片固定

2.初染—结晶紫染液第一次染色1min

3.媒染—碘-碘化钾溶液浸湿1 min

4. 脱色—95%乙醇溶液进行颜色洗脱

5.复染—红色的蕃红染液第二次染色1min

细菌呈现第一次染色的效果紫色,革兰氏阳性菌(紫阳G+);

呈现第二次染色的效果红色;称革兰氏阴性菌(红阴G -)

革兰氏染色机理:

1、与细菌等电点有关

革兰氏阳性菌的等电点为pH2~3,革兰氏阴性菌的等电点为pH4~5。

2、与细胞壁有关

G+菌细胞壁脂类物质的含量很低,肽聚糖的含量高。

G-菌细胞壁脂类物质的含量很高

蓝细菌细胞生理特性:

为原核,G-

蓝细菌具有特殊结构—光合器。光合器中含有光合作用色素有叶绿素a、藻胆素和类胡萝卜素。蓝细菌可进行光合作用。

第四节放线菌

一、放线菌与人类生活及生产的关系

细菌的一个大类群,为革兰氏阳性。

多为腐生,少数为寄生。寄生型放线菌会引起放线菌病和诺卡氏病。

能产生大量的、种类繁多的抗生素。世界上绝大多数的抗生素由放线菌产生。

二、形态结构

放线菌菌体为单细胞,大多数由分枝发达的菌丝组成。根据放线菌菌丝的形态和功能分为营养菌丝、气生菌丝和孢子丝三种.

第三章真核微生物

真核微生物:

细胞核发育完全,具有核膜、核仁;能进行有丝分裂;

细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等细胞器的微小生物。

真核微生物的主要类群:

真核微生物动物界:原生动物

植物界:显微藻类

真菌单细胞真菌——酵母菌

丝状真菌——霉菌

微型后生动物

一、原生动物概述

1.原生动物的概念

动物中最原始、最低等、结构最简单的单细胞动物。因为形体微小,只有10~300微米,在光学显微镜下才能看得见,故将其划归微生物范畴。

2.原生动物的细胞结构

原生动物为单细胞结构。没有细胞壁,具有细胞膜、细胞质、分化的细胞器及发育良好的细胞核。

二、原生动物的一般特征

单细胞,形体微小(10~300μm)

不具细胞壁

分化的细胞器完成各种生理功能

不利环境条件下会形成胞囊

三、原生动物的营养类型

全动性营养

植物性营养

腐生性营养

吸收环境中的可溶性有机物为生。

四、原生动物的分类

根据原生动物的细胞器及其他特点,可将其分为:

鞭毛虫:鞭毛纲中的原生动物称为鞭毛虫。

微生物

肉足虫:肉足纲中的原生动物称为肉足虫。

微生物

纤毛虫:纤毛纲中原生动物称为纤毛虫。

微生物

孢子虫

微生物

前三者广泛存在水体中,在污水处理中起重要作用。

鞭毛虫:

特征:一根或多根鞭毛作为运动的胞器

营养类型:三种都有

出现:

多污带或α-中污带

活性污泥培养初期

处理效果差时可作为污水处理的指示性生物。

肉足虫:

特征:机体表面只有细胞质形成的一层薄膜,没有胞口和胞咽等结构。形体小,无色透明,无固定形状,细胞质可伸缩变动形成伪足作为运动和捕食器官。

全动性营养

出现

α-中污带或β-中污带

活性污泥培养中期

纤毛虫:

纤毛虫是原生动物中最高级的一类。

特征:纤毛作为运动和摄食的细胞器。细胞核有大核(营养核)和小核(生殖核)两种细胞核。

全动性营养

出现α-中污带、β-中污带或寡污带

分类

游泳型纤毛虫——草履虫

固着型纤毛虫——钟虫

五、原生动物的胞囊——是原生动物抵抗不良环境的休眠体

六、原生动物的胞囊

1.产生原因:当原生动物周边环境恶化时,如:缺水、干燥、水温过高(低)、DO不足等。就会形成胞囊,以抵抗不良环境的影响。

2.形成过程:细胞变圆,鞭毛、纤毛、伪足的细胞器开始向体内收缩或消失,细胞内水分由伸缩泡排出体表,虫体变小,直到伸缩泡消失,会分泌出胶状物质于体表,最后凝固形成胞壳。胞壳两层,外层为较厚且呈表面凸起,内层薄而透明。当遇到合适环境时,胞囊会恢复到原来。

原生动物出现胞囊后,可以判断污水处理出现了不正常。

一、微型后生动物概述

原生动物以外的多细胞动物统称为后生动物。但有些后生动物因为形体微小,要借助光学显微镜才能看清楚。故叫微型后生动物,划在微生物范畴。

常见的有轮虫、线虫、浮游甲壳动物等。

轮虫:最小的后生动物

特征:尾部有趾,头似轮盘轮盘为运动和捕食器官。以细菌、藻类、霉菌、原生动物及有机颗粒为食。

轮虫的作用:

a.水生动物的食饵。

b.指示性生物轮虫要求较高的溶解氧环境。是河流寡污带及污水处理效果好的指示性生物。

线虫:特征:长线型

污水处理中的线虫多为自由生活类型。该种线虫虫体两侧有纵肌交替收缩,

作蛇行状拱曲运动。

线虫有好氧和兼性厌氧两种,后者在污水处理中缺氧状态大量繁殖,是污水净化程度差的指示性生物。

浮游甲壳动物

属于浮游生物,在浮游生物中占重要地位。

数量大且种类繁多,是渔业资源的良好饵料。广泛存在于淡水及海洋中。其中,以在淡水中居多。

常见的有剑水蚤和水蚤。是水体污染和水体自净的指示生物。

特征:坚硬的甲壳

二、原生动物与微型后生动物在废水处理中的作用

吞噬细菌和微小有机颗粒

分解代谢水中的有机物

促进菌胶团絮凝

作为指示生物

曝气池处理效果的判断

微生物

一、藻类的一般特征

藻类是一类能够进行光合作用(自养)的真核低等微生物。

种类很多,形体各异,但具有以下共同特征:

1.个体微小,结构简单;但有的个体很大如:紫菜、石花菜、海带、裙带菜等。

2.含有光合色素,产氧;

3.繁殖方式:无性繁殖,有性繁殖;

4.主要生活在水体中

水体富营养:

定义——N、P等营养元素进入水体,引起水中某些藻类大量繁

微生物

殖,造成水体缺氧,水质恶化。

赤潮、水华

微生物

水体富营养的危害:

水体外观呈现颜色、异味、混浊,影响使用功能

微生物

水体缺氧

微生物

水生生物大量死亡

微生物

藻毒素危害人体健康

微生物

引起水厂滤池堵塞,影响出水质量

微生物

水体富营养的防治措施:

切断外源性高氮、磷源

减少内源性营养物质负荷

化学除藻剂

利用藻类致病菌生物控制

采收藻类

生物技术等

真菌——具有细胞壁,不含叶绿素,无根茎叶的分化,以产生大量孢子进行繁殖,以寄生或腐生方式生存的真核微生物。

酵母菌一般泛指能发酵糖类的各种单细胞真菌。

一、酵母菌

1、形态、结构和大小

形态:圆形、卵圆形、圆柱形、假丝状

微生物

结构:细胞壁、细胞膜、细胞质及内含物、核、中心体、线粒体

微生物

大小:直径1~5um,长5~30um,细胞直径比细菌粗10倍左右

微生物

2、菌落特征

固体培养基:大而厚,圆形,光滑湿润——褶皱干燥,粘性,颜色单调。常见白色、土黄色、红色。

液体培养基:

a.上浮形成薄膜;

b.沉到瓶底;

c.发酵型酵母可产生CO2,培养基表面充满泡沫。

3、酵母菌的繁殖:主要为芽殖

霉菌:是丝状真菌的一个俗称。

个体形态同放线菌多数为多细胞,少数为单细胞细胞直径3~10um,比放线菌菌丝体粗

霉菌菌丝类型

1)营养菌丝:密布在固体营养基质内部,主要执行吸收营养物、排出废物功能的菌丝体。

2)气生菌丝:伸展到空间的菌丝体,能长出分生孢子梗和分生孢子。

霉菌与放线菌比较

微生物

微生物的酶:

酶的作用:

?酶蛋白:催化生化反应加速进行

?活性基团(辅酶、辅基):传递电子、原子或化学基团

?金属离子:传递电子、起激活剂作用并决定催化反应的性质

蛋白质的分子结构-------一级结构

1、氨基酸在蛋白质多肽链中的排列顺序

2、主要由肽键和二硫键维持结构

3、是多肽链本身的结构

蛋白质的分子结构-------二级结构

.维持蛋白质二级结构主要依靠氢键,主要类型是α-螺旋,是多肽链形成的初级空间结构

四、酶的活性中心

——在酶蛋白中,与底物相结合,直接起催化作用的氨基酸微区。

五、酶蛋白的构型与催化功能的关系

?一级结构与催化功能的关系:是多肽链本身的结构,是酶的基本化学结构

?二、三级结构与催化功能的关系:是维持酶的活性中心所必须具备的空间结构

?四级结构与催化功能的关系:取决于活性中心是否破坏破坏酶结构的环境因素:

?物理:加热、紫外线、超声波、强烈搅拌、α射线、β射线、Χ射线

?化学:浓酸、浓碱、酚、醛、重金属

六、酶的分类和命名

水解酶、氧化还原酶、转移酶、异构酶、裂解酶、合成酶。

七、酶的催化特性

1.酶和一般催化剂的比较

共性:

(1).用量少而催化效率高。

(2).仅能改变化学反应的速度,并不能改变化学反应的平衡点。

(3).可降低反应的活化能

2.酶作为生物催化剂的特性(4点)

(1).催化效率高(2).酶的作用具有高度的专一性(3).反应条件温和:常温、常压、中性。

(4).敏感性:对环境条件极为敏感,酶容易失活。

一、微生物营养物及营养类型

?传统上根据功能不同对营养物归类

?水、碳源、氮源、无机盐、生长因子等。

水对微生物有哪些作用?

?1)溶剂作用

?2)运输物质的载体

?3)参与生化反应(如脱水、加水反应)

?4)调节细胞温度和保持环境温度恒定(比热高,导体散热) (二)碳源

?供碳元素来源的物质

?微生物细胞中的碳素含量占干物质质量的50%左右。微生物对碳素的需求量最大。

?碳源作用—

?细胞的碳骨架、大多还是能源物质。

哪些物质可作为细菌的氮源?

?有机氮(氨基酸和蛋白质)、无机氮(N2、NH3、铵盐、硝酸盐)等。

?实验室中有机氮源——蛋白胨

工业投加的细菌氮源?——尿素、粪便

无机盐:

?阴离子盐:磷酸盐、硫酸盐、氯化物、碳酸盐、碳酸氢盐。

?阳离子盐:氨、钾、钠、钙、镁、铁的盐

?P和S、Fe、Mg的需求量较大

?同时还需要锌、锰、钴、铝、铜、硼、镍等微量元素。

无机盐的功能是什么?

?1)辅基;

?2)酶的激活剂;

?3)特殊细菌的能源;

?铁细菌、硫细菌分别以铁和硫为产能物质。

?4)维持一定的渗透压。

五)碳氮磷比-“营养平衡”

?污(废)水生物处理中好氧微生物群体(活性污泥)要求为BOD5:N:P=100:5:1

?厌氧生物处理中的厌氧微生物群体要求BOD5:N:P=350~500:5:1

?为了保证污(废)水(有机固体废物)生物处理要按碳氮磷比配给营养。

二、培养基的分类

?根据物理状态、用途、组分组成可以给培养基分类

?(一)根据物理状态

?固体培养基、半固体培养基和液体培养基

?(二)根据培养基用途

?普通型、选择型、鉴别型

三、营养物进入微生物细胞的方式

1.单纯扩散2.促进扩散3.主动运输4.基团转位

第五章微生物的生长繁殖和生存因子

一、微生物生长繁殖的概念

生长:微生物细胞吸收营养物质,进行新陈代谢,当同化作用>异化作用时,生命个体的重量和体积不断增大的过程。

繁殖:生命个体生长到一定阶段,通过特定方式产生新的生命个体,即引起生命个体数量增加的生物学过程。

群体生长的实质是包含着个体细胞生长与繁殖交替进行的过程: 群体生长= 个体生长+ 个体繁殖

二、研究微生物生长的方法

?(根据培养方式)分分批培养、连续培养两种情况

1.分批培养

?只有开始时的一次性投料和接种微生物(其余时间微生物根据环境变化自行生灭)

(1)停滞期(2)对数期(3)静止期(4)衰亡期

应用:生理特性研究、生物发酵和生物治污

2.连续培养

n一方面连续进料,另一方面又连续出料。

n原理:进料=补足营养(“污染物”)

n出料=稀释菌浓度、毒物浓度

n它又分为两种:恒浊连续培养、恒化连续培养。

n细菌浊度,营养物质流速

连续生物处理中的细菌状态表

微生物

微生物

微生物的生存因子:

主要包括:温度、pH、氧化还原电位、溶解氧

微生物

、太阳辐射、水活

度与渗透压等

微生物对pH的要求存在最高、最低和最适三个点。

常见的四大类微生物中,对pH的最适(范围)细菌:6.5-7.5(4-10);

放线菌:7-8(5-10);霉菌:3-6(1.5-10);酵母菌:5-6(1.5-10)。

在废水生物处理中,pH一般在6.5-8.5(6-9)。生物处理的主体是细菌,它要求pH略为偏碱。过高的pH会使原生动物呆滞,菌胶团解体,影响去除效果,而过低的pH,会使霉菌大量繁殖,造成污泥膨胀。

三、氧化还原电位(ORP)

Eh的改变方法

?降低Eh

?升高Eh

通空气或氧及向培养基中添加氧化性物质:Fe(OH)3等

四、溶解氧

微生物可分为:好氧微生物、兼性厌氧微生物和厌氧微生物。

五、渗透压

?——是不同溶液被半透膜隔离开时,由于膜半透性及两侧水分子浓度差异形成的水压。

?没有半透膜——液位不变,盐扩散V=水扩散V

——是不同溶液被半透膜隔离开时,由于膜半透性及两侧水分子浓度差异形成的水压。

渗透压可影响细菌生存:

1)相同渗透压溶液中

?细菌细胞内水含量稳定,细菌生活得最好。

?等渗透压溶液——0.85%的食盐(NaCl)溶液(生理盐水)。常作为进行细菌稀释分离的稀释液。

2)高渗透压溶液

?浓溶液;质壁分离

?—防腐(细菌滋生)

?如用5~30%的盐水腌咸菜、咸鱼,用60~80%的糖溶液做蜜饯等。

?—海洋对各种病原菌(淡水菌)的杀灭

?—高含盐废水(如油田采出水)难于生物处理的原因提问:如何解决?

?冲稀;细菌基因改造

3)低渗透压溶液

提问:细菌于其中会如何?如纯水

?外界大量水流入细菌细胞内,细胞膨胀,甚至破裂。

综合以上几点,在微生物实验室中稀释菌液,应该用生理盐水(0.85%)?(除非稀释后马上就用的可以用无菌的蒸馏水。)

?灭菌是指杀死一切微生物;

高温灭菌的方法:灼烧、干热灭菌和湿热灭菌。干热灭菌,一般为160oC,2h 高压蒸汽灭菌条件:一般为121oC,20min

灭菌的效果取决于细菌中最耐热的结构——芽孢。

消毒:是指杀死致病微生物。

高温消毒的方法:煮沸、巴氏消毒法等。防腐:阻止微生物的生长繁殖。

微生物之间的关系:

微生物与其他生物之间也是如此。它们之间的相互关系,归纳起来基本上可分为竞争、互生、共生、寄生、拮抗和捕食等。

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