铁细菌细菌结构

细菌的特殊结构5

1、特殊的休眠构造——芽孢

某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体，称为芽孢（或“内生孢子”）。每一营养细胞内仅生成一个芽孢。芽孢是整个生物界中抗逆性最强的生命体，在抗热、抗化学药物、抗辐射和抗静水压等方面，更是首屈一指。

（1）产芽孢细菌的种类

能产芽孢的细菌属不多，最主要的是属于革兰氏阳性杆菌的两个属——好氧性的芽孢杆菌属 和厌氧性的梭菌属 。球菌中只有芽孢八叠球菌属 产生芽孢。螺菌中的孢螺菌属 也产芽孢。此外，还发现少数其他杆菌可产生芽孢，如芽孢乳杆菌属 、脱硫肠状菌属 、考克斯氏体属、鼠孢菌属 和高温放线菌属 等。芽孢的有无、形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标。

（2）芽孢的构造

皮层：在芽孢中占有很大体积（36%～60%），内含大量为芽孢皮层所特有的芽孢肽聚糖，其特点是呈纤维束状、交联度小、负电荷强、可被溶菌酶水解。此外，皮层中还含有占芽孢干重7%～10%的吡啶二羧酸钙盐（DPA-Ca），但不含磷壁酸。皮层的渗透压可高达20个大气压左右，含水量约70%，略低于营养细胞（约80%），但比芽孢整体的平均含水量（40%左右）高出许多。芽孢的核心（core）又称芽孢原生质体，由芽孢壁、芽孢质膜、芽孢质和核区四部分组成，它的含水量极低（10%～25%），因而特别有利于抗热、抗化学药物（如H2O2），并可避免酶的失活。除芽孢壁中不含磷壁酸以及芽孢质中含DPA-Ca外，核心中的其他成分与一般细胞相似。

产芽孢的细菌当其细胞停止生长即环境中缺乏营养及有害代谢产物积累过多时，就开始形成芽孢。从形态上来看，芽孢形成可分七个阶段：

①DNA浓缩，束状染色质形成；

②细胞膜内陷，细胞发生不对称分裂，其中小体积部分即为前芽孢；

③前芽孢的双层隔膜形成，这时芽孢的抗辐射性提高；

④在上述两层隔膜间充填芽孢肽聚糖后，合成DPA，累积钙离子，开始形成皮层，再经脱水，使折光率增高；

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第2期 ·728· 化 工 进 展

Ni-Cu-P化学镀层表面铁细菌污垢特性

徐志明，王迪，孔令巍，刘坐东

（东北电力大学能源与动力工程学院，吉林 吉林 132012）

摘要：利用化学镀Ni-Cu-P工艺对换热器常用材料低碳钢进行改性，研究Ni-Cu-P镀层表面铁细菌污垢特性。将

试样置于铁细菌悬液中进行为期5天的污垢沉积实验，记录Ni-Cu-P镀层表面铁细菌污垢沉积量、腐蚀失重量以

及铁细菌生长变化情况，分析铁细菌污垢实验前后镀层表面微观形貌。测试不同时间的极化曲线和电化学阻抗

谱，定性分析极化曲线和阻抗谱的变化规律，采用ZsimpWin拟合出最佳等效电路模型。研究结果表明，Ni-Cu-P

镀层可以有效抑制微生物污垢生长，与未施镀的碳钢试样对比，Ni-Cu-P改性表面污垢沉积量减少89.1%，表面

失重量减少80.2%。Ni-Cu-P镀层自腐蚀电位高于碳钢，自腐蚀电流密度比碳钢小，且容抗弧半径大于碳钢，展

现了较好的耐蚀性。铁细菌对Ni-Cu-P镀层的腐蚀速度先减小后增大，在12h腐蚀速度最小。

关键词：化学镀Ni-Cu-P；微生物污垢；腐蚀；电化学；生物膜

中图分类号：TK124 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）02–0728–07

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2017.02.045

Fouling characteristics of iron bacteria on the surface of electroless plating

of Ni-Cu-P

XU Zhiming，WANG Di，KONG Lingwei，LIU Zuodong

（College of Energy and Power Engineering，Northeast Dianli University，Jilin132012，Jilin，China）

铁细菌的快速检测试剂瓶的研制

1前言

铁细菌在含铁的淡水中分布广泛，好气，嗜中性环境。由于它能氧化溶解于水中的氢氧化亚铁，碳酸铁成高铁形式沉积下来，起到浓缩和积累环境中铁的作用，是天然褐铁矿的参与者。另外，由于这类菌能使水中亚铁化合物氧化成红棕色粘性物(Fe2O3·xH2O)，从而在铁管中形成软泥它也是危害水系统最重要的微生物之一[1,2]。在工业用水中，如果铁细菌大量滋生，将产生大量覆盖在金属表面上的氢氧化铁鞘层。这不仅降低了热传导效率，而且会造成金属管道的管径缩小或堵塞，降低水流量，使水质变差，同时造成电腐蚀并为硫酸盐还原菌提供极为有利的生长条件。因此铁细菌是循环冷却水中的一种必检菌[3]。在油田注水开发中，由于其注水的温度和环境均适合铁细菌的生长繁殖。而该菌类的大量生长和繁殖又会造成注水管线、注水设备的腐蚀及堵塞。同时腐蚀产物、菌体及其代谢产物还会堵塞地层、降低地层渗透率、增加注水压力，对油田开发极为不利

世界上许多产油国都投入了相当的资金和技术 ,致力于铁细菌的研究。目前，铁细菌的快速检测方法包括：测试瓶绝迹稀释法，镜检法，MPN法，荧光检测法等。其中，测试瓶绝迹稀释法是目前国内外最为常用的测定方法。铁细菌的检测方法通常是采用中石化总公司生产部、发展部编制的《冷却水分析和试验方法》中的208与GB/T —93。两法大同小异,均是采用试管稀释法，操作繁琐、费时[4,5,6]。因此，如何快速准确地测定出铁细菌含量，以便适时采取措施，有效地控制其生长和繁殖、避免或减少铁细菌的危害,对油田生产具有非常重要的现实意义。

1.1 铁细菌作用的机理

铁细菌是一种好气异养菌，在含气量小于 mg/L 的系统中也能生长。铁细菌的生长需要铁。但对铁浓度的要求并不高和苛刻 ,在生长需要铁 ,但对铁浓度的要求并不高和苛刻 ，该菌以有机物为营养源 ,其生长需要有机物 ,偏爱铁与锰的有机化合物. 这类有机物被利用后 ,铁和锰被作为废物排出 ,附着于细菌的丝状体上. 铁细菌是好氧菌 ,在静止水中 ,完全缺铁的深层是很难生长和繁殖的，在流动的水中有一定的溶解氧 ,铁细菌仍能生长。凡是具有以下生理特征的为典型的铁细菌 , 即:能在氧化亚铁成高价化合物中起催化作用;可以利用铁氧化中释放出来的能量满足其生命的需要;能大量分泌氢氧化铁成基定形结构. 铁细菌偏好铁质较多的酸环境 ,以碳酸盐为碳源: 4FeCO3 +O2 +6H2O→4Fe(OH)3 +4CO2 +能量[7]，反应产生能量和高铁维持其能量代谢. 不溶性，Fe(OH)3经菌体排出后,形成大量棕色粘泥.铁细菌在酸性环境中对其发育有利 碱性水中不适宜铁细菌生长,其适宜的pH值为6～8,所需温度偏低,最适菌生长,其适宜的pH值为6～8。

细菌的形态和结构

1.细菌有哪几种基本形态？其形态是固定不变的吗？细菌大小用什么单位测量？

答：1）三种：球状、杆状和螺旋状。2）不是：一般幼龄菌或生长条件适宜时，菌体形态正常；老龄菌或在有药物等不适宜条件下，细菌出现畸形。3）微米（μm）、测微尺在显微镜下测量。

2.革兰氏阳性菌（G+）和革兰氏阴性菌（G-）的细胞壁结构有什么区别?

答：G+：单层；由肽聚糖和磷壁酸组成；肽聚糖:：占30～70%，不同菌种中肽聚糖(肽链)组分不同；磷壁酸：占40%，G+菌所特有，其主链由数十个磷酸甘油或磷酸核糖醇组成。

G-：两层；分外壁层和内壁层；外层：位于肽聚糖层的外部，主要是脂多糖和脂蛋白组成，较厚；（脂类在整个细胞壁中占有的比例很高，这是与革兰氏阳性细胞明显不同的一个特征）； 内层：紧贴胞膜,仅由1—2层肽聚糖分子构成,占细胞壁干重5－10%、无磷壁酸、主要结构组分是肽聚糖。

3.细菌的核质和质粒一样吗?试加以区别。

答：不一样。核质：脱氧核糖核酸（DNA)、由脱氧核糖核酸（DNA)高度折叠缠绕成裸露的核质又叫拟核体。核质的特点：无核膜、核仁 ；作用：（1）负载遗传信息（2）决定主要性状 。

质粒：是微生物染色体外或附加于染色体的携带有某种特异性遗传信息的DNA分子。

4.菌胶团、芽孢、荚膜、菌落的概念。

答：1）菌胶团：许多细菌的荚膜融合为一团胶状物，内含多个细菌（包括菌体和荚膜）。

2）芽孢：（一个芽孢只有一个菌体）某些细菌在生长发育的某一阶段在菌体内形成的圆形或椭圆形的壁厚、含水量低、抗逆性强的休眠体（部分原生质浓缩失水形成）。

3）荚膜：细胞壁表面的粘性物，有一定外形，很厚，相对稳定附着在细胞壁外，是细胞构造的一部分。（主要成分：水、多糖、多肽）

4）菌落：在固体培养基上（内）以母细胞为中心的，肉眼可见的，有一定形态，构造特征的子细胞团。

5.如何区分新生菌胶团和老化菌胶团？

答：新生的菌胶团：颜色较浅，无色透明，有旺盛的生命力，氧化分解有机物的能力强；