水处理微生物课件第二章.ppt

第一章 原核微生物,第一节 细菌,细菌的特点1 原核细胞微生物仅有原始的核物质，没有核仁与核膜分化。2 无细胞器。3 单细胞，透明或半透明,是给水与废水处理中最重要的一类微生物！,一 细菌的外形和大小,外形 大小,（一）外形（光学显微镜观察）,分三类,球状菌 杆状菌 螺旋状菌,1 球状菌,(1)单球菌 分裂后的细胞分散而单独存在的球菌.如尿素微球菌(Micrococcus ureae),1 球状菌,(2)双球菌 分裂后两个球菌成对排列的为双球菌.如肺炎双球菌(Diplococcus pneumoniae),双球菌,1 球状菌,(3)链球菌 分裂是沿一个平面进行，分裂后细胞排列成链状.如乳链球菌（Streptococcus lactis）,链球菌,1 球状菌,(4)四联球菌 分裂是沿两个相垂直的平面进行，分裂，分裂后每四个细胞在一起呈田字形.如四联微球菌（Micrococcus tetragenus）,四联球菌,1 球状菌,(5)八叠球菌 按三个互相垂直的平面进行分裂后，每八个球菌在一起成立方体形.如藤黄八叠球菌（Sarcina ureae),八叠球菌,1 球状菌,(6)葡萄球菌 分裂面不规则，多个球菌聚在一起，像一串串葡萄。如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus),葡萄球菌,2 杆状菌,在细菌中种类最多，形态差别最明显,短杆菌：大肠杆菌 长杆菌：枯草杆菌,多数单个存在，也有成链状。,平截：炭疽芽孢杆菌稍圆：大肠杆菌 较尖,破伤风杆菌,炭疽芽孢杆菌,大肠杆菌,3 螺旋状菌,螺菌：呈多弯曲 弧菌：呈弓形,总结,细菌有三种基本形状：球状、杆形和螺旋状菌。一般，幼龄菌和生长条件适宜，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。,（二）细菌的大小,1 测量工具：测微尺在显微镜下测量,目镜测微尺 镜台测微尺,2 计量单位：微米（um),3 测量方法：,球菌：测直径。例 0.52.0um 杆菌：测宽度与长度。螺旋菌：测宽度与空间长度。,宽长（um)。例 0.51.02.0(um),有关细菌大小的记载，常是平均值或近似值。,同一种菌，刚分裂产生的子细胞较小，长大后为原来的一倍；培养数小时后的幼龄菌比老龄菌大；经制片染色后的菌体大小比活菌小1/3；负染色后的菌体比原来的菌体大。,为什么,？,3 细菌的染色,细菌是透明或半透明，染色后宜于观察。常用的染色法有：,1 简单染色：常用来观察细菌的形态、大小和排列方式。用一种染液染色菌体。一般菌体被染上染料的颜色。,2 革兰氏染色法（Gram stain)：细菌的鉴别性染色。是一种经验染色法。是丹麦医生革兰（Hans Christian Gram)于1884年采用。,为什么染色？,1,2,3,4,？,二 细菌的细胞结构（以真细菌为例）,（一）细菌的基本结构（二）细菌的特殊结构（三）细菌的繁殖,一 细菌细胞的基本结构 1 细胞壁（与革兰氏染色有关 2 细胞膜 3 原生质 4 核质 5 内含物,细菌的细胞结构,1 细胞壁,（1）位置,位于细菌细胞的最外层,（2）作用,保持细胞的形状，保障在不同渗透压条件下生长；鞭毛的支点；分子筛的作用,细菌的细胞结构,肽聚糖层,氨基糖,肽链氨基酸组成四肽链,N乙酰葡萄糖胺（N-acetyglucosamine,NAG),N乙酰胞壁酸（N-acetylmuramic,NAM),基本骨架：,电镜观察，网状多孔。,（3）结构,细菌的细胞结构,革兰氏阳性菌细胞壁：一层由肽聚糖和磷壁酸组成,细菌的细胞结构,革兰氏阴性菌细胞壁：分内壁层和外壁层两层。,内壁层：紧贴胞膜,仅由12层肽聚糖分子构成,占细胞壁干重5 10%,无磷壁酸。,外壁层：位于肽聚糖层的外部。脂多糖;脂蛋白、包括:蛋白质层:基质蛋白、外壁蛋白;磷脂.,细菌的细胞结构,2 细胞膜（Cytoplasmic membran),（1）细胞膜的位置（2）细胞膜的作用（3）细胞膜的结构和化学成分,细菌的细胞结构,（1）细胞膜的位置,选择性吸收养料、运输物质。参与细胞壁生物合成 能量代谢的中心,（2）细胞膜的作用,位于细胞壁内侧，原生质表面。柔软有弹性,细菌的细胞结构,（3）细胞膜的化学成分和结构,化学成分,磷脂(phospholipid)蛋白质（protein),结构：,磷脂两层 蛋白质一层,1972年Singer和Nicolson提出的细胞膜液态镶嵌模型。,细菌的细胞结构,3 细胞质,水（大部分）其次为蛋白质、RNA、脂、糖、盐,（1）成分：,呈酸性可用碱性染料染色,（2）特点：,A.菌幼小，无色透明均一胶状物 衰老，不均一有液泡、颗粒物,B.无细胞器,（3）作用：合成蛋白质与酶。,细菌的细胞结构,4 核质,脱氧核糖核酸（DNA),A T C G,细菌的细胞结构,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（nucleoid),细菌的细胞结构,核质,核质的特点：无核膜、核仁 作用：负载遗传信息。决定主要性状,细菌的细胞结构,5 内含物（inclusions）,概念营养过剩时形成的细胞内储藏物。外源营养缺少 时，内含物被降解利用。,异染颗粒 聚B-羟基丁酸 肝糖和淀粉粒 硫滴,细菌的细胞结构,异染颗粒（磷酸、能源储存）,（P）n+ATP,(P)n+1+ADP,磷酸储存物，由ATP形成。,用蓝色碱性染料染色该颗粒呈红色，细胞质呈蓝色。,细菌的细胞结构,聚羟基丁酸盐（PHB）储备碳源和能源,+,细菌特有，碳源充足，氮源不足时形成。,细菌的细胞结构,肝糖、淀粉粒,细菌在碳源丰富、氮源不足的培养基上生长，形成该内含物,大肠杆菌含肝糖，梭状芽孢杆菌含淀粉粒。,作用：作碳源和能源用。,细菌的细胞结构,硫滴 元素硫的储藏物,作用：硫细菌储存硫滴，作为能源。,贝氏硫细菌 发硫细菌,细菌的细胞结构,（二）细菌的特殊结构,1 荚膜（capsule）2 芽孢（spore or endospore）3 鞭毛（flagella）4 菌毛（纤毛）（pili）,细菌的细胞结构,1 荚膜（capsule）,（1）荚膜（capsule）,概念：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。,成分：水90%其次多糖等物质,细菌的细胞结构,荚膜,菌体,菌体,细菌的细胞结构,（）荚膜的功能,保护作用储藏养料表面附着信息识别,细菌的细胞结构,（2）荚膜的分类,荚膜微荚膜黏液层,（2）菌胶团（zoogloea）,概念：许多细菌的荚膜融合为一团胶状物，内含多数细菌。,菌胶团（包括菌体和荚膜）,细菌的细胞结构,形状：分枝状、垂丝状、球状、椭圆形、蘑菇形、片状。,细菌的细胞结构,（3）菌胶团（zoogloea）是活性污泥、生物膜的重要组成部分,活性污泥：废水生物处理构筑物曝气池内形成的污泥。,活性污泥性能的好坏,主要根据菌胶团多少、大小及结构的紧密度、性能来确定。,细菌的细胞结构,区分新老菌胶团 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。,老化的菌胶团：吸附了许多杂质，颜色较深，看不到细菌单体，像一团 烂泥似的，生命力较差。,细菌的细胞结构,2 芽孢（Spore or endospore）,（1）定义：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休眠体。成为芽孢。,芽孢,细菌的细胞结构,（2）形成：部分原生质浓缩失水形成。在形成过程中产生吡啶2，6二羧酸，该物质与抗热有关。,细菌的细胞结构,（3）芽孢的特点,a 细胞壁厚，难染色 b 水分少，40%c 对热、干燥、毒物紫外线有很强的抗性 d 不具繁殖力,芽孢核区,芽孢壁,皮层,芽孢衣,芽孢外壁,一个菌体,一个芽孢,细菌的细胞结构,芽孢质,3 鞭毛（Flagella）,定义：有些细菌形成的一种由菌体内向菌体外伸出的细而长而波曲的丝状物。,鞭毛,细菌的细胞结构,成分：鞭毛蛋白 结构：空心柱状 作用：“运动”器官。注：鞭毛易失去，失去后不再长出。,细菌的细胞结构,鞭毛的位置和类型,螺旋菌都有鞭毛；杆菌有的生鞭毛；大多数球菌不生鞭毛,单生；丛生；周生,细菌的细胞结构,4 伞毛（菌毛）（Pili）,比鞭毛更细，数量更多的细丝，与鞭毛起源相同。,伞毛,细菌的细胞结构,伞毛作用：附着,性毛的作用：遗传物质的通道。,注：不使菌体运动，周身分布 常受损脱落、更新,细菌的细胞结构,5 性毛,（三）细菌的生长繁殖和命名,1 细菌的生长繁殖 2 细菌的命名,1细菌的生长繁殖,（1）生长 个体体积的增大单个细菌生长 数目的增多群体生长,（2）繁殖裂殖（Fission）,无性繁殖的一种，一个母细胞分裂成两个子细胞 细菌分裂过程：核复制后分裂 形成横隔壁 子细胞分离,（3）菌落（Colony）,描述群体生长的一种方式。,（a）定义：单个菌体在固体平面培养基上生长繁殖时形成肉眼可见的群体。该群体称为菌落。,粘质沙雷氏菌,沙门氏菌,铜绿假单胞菌,（b）细菌菌落形态特征的描述（选孤立菌落）,（c）细菌菌落一般特点,形态、大小边缘、隆起光泽、质地颜色等。,凝胶状、表面较光滑、湿润、与培养基结合不紧密，易挑取，正反颜色一致。,（d）菌落的作用,1 分离纯培养 2 计数,注：单一菌落由一个菌体繁殖而成,(4)菌苔,（a）定义,菌体在固体斜面培养基上生长繁殖时形成的肉眼可见的群体。35天培养。菌苔是由许多菌体繁殖形成,同一菌体的菌苔特征和菌落特征是相同的，若有异样，则菌体受污染或变异，应分离纯化。,菌苔与菌落有什么不同？,二 细菌的命名,依照国际命名法则林奈Carl von Linne的“双名法”。界、门、纲、目、科、属、种。“种”为最基本的命名单位。,例如，枯草芽孢杆菌的学名为 Bacillus subtilis Cohn,属名 种名 命名人,如何命名？,第二节 放线菌（Actinomycete）,一般特征 原核 革兰氏阳性菌 具分枝，无隔膜，单细胞 2 分布 土壤、堆肥、河底淤泥,其它的原核微生物,3 形态（以链霉菌属Streptomyces为例）,根据形态功能分：,（1）营养菌丝（2）气生菌丝（3）孢子丝（4）分生孢子,其它的原核微生物,（1）营养菌丝,作用 吸收水分、养料 排泄代谢产物 产水溶性或脂溶性色素。水溶性色素使培养基呈现颜色。,长在培养基内，又称基质菌丝,其它的原核微生物,（2）气生菌丝,在培养基外，向空中生长 弯曲、直形等 繁殖功能,其它的原核微生物,（3）孢子丝,直形、波浪状、螺旋状。左右旋、轮生,其它的原核微生物,（4）分生孢子,生长在孢子丝上。球形、椭圆形、杆形 呈白、黄、绿、淡紫、蓝、褐、灰等色。,孢子耐干旱。可用砂土管保藏产孢子的菌种。,4 繁殖,无性繁殖。分两类,分生孢子生殖 菌丝断裂成短杆状细胞,其它的原核微生物,5 菌落,特征(1)致密、坚硬、多皱、不 易用针挑起，不透明。(2)孢子成熟后，表面粉末状，干燥。,其它的原核微生物,6 作用,产生抗生素 诺卡氏菌属处理含烃类、无机氰化物的废水。,诺卡氏菌形态：菌丝体极度弯曲、易段。固体培养基上生长只有基质菌丝，无气生菌丝或很薄。,其它的原核微生物,第三节 丝状细菌（Filamentous Bacteria）,处理废水作用重要独特！,废水处理中常见的丝状细菌主要有：,球衣菌属（Sphaerotilus）铁细菌属（Crenothrix）贝日阿托氏菌属（Beggiatoa）发硫细菌属（Thiothirx）,共同特征：丝状体不分枝或假分枝。,其它的原核微生物,（一）球衣菌,1 特性 具假分枝 在溶解氧小于0.1mg/L的微氧环境可生长 分解有机物能力强,其它的原核微生物,2 作用 构成生物膜的重要菌种 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。该异常现象称之。,其它的原核微生物,？,（二）铁细菌,1 特性,丝状体不分枝，形态见教材61页。,生活在氧气少、有较多铁质和二氧化碳的水中 把亚铁氧化为高铁,（黄褐色）,铁细菌图,其它的原核微生物,2 作用,造成铁质水管的腐蚀、堵塞。使水呈现颜色，影响水质。,其它的原核微生物,（三）硫磺细菌,贝日阿托氏菌 发硫细菌,1 特性,不分枝。贝日阿托氏菌漂浮在池塘或池沼上，不固着。发硫细菌固着在菌胶团等物上 氧化硫化氢、硫磺等,贝日阿托氏菌图,发硫细菌图,其它的原核微生物,2 作用,处理含硫废水 贝日阿托氏菌可引起活性污泥的污泥膨胀。,其它的原核微生物,在正常运行的废水生物处理系统中，丝状细菌是生物絮体或生物膜的骨架，其上附着菌胶团，丝状细菌与菌胶团形成互惠关系。可维持废水处理系统的稳定性，提高抗冲击负荷能力。但过度繁殖会引起污泥膨胀。,其它的原核微生物,第四节 光合细菌,能利用光能作为能量来源的细菌，统称为光合细菌。根据光合作用是否产氧，可分为不产氧光合细菌和产氧光合细菌；又可根据光合细菌碳源利用的不同，将其分为光能自养和光能异养型，前者是以硫化氢为光合作用供氢体的紫硫细菌和绿硫细菌，后者是以各种有机物为供氢体和主要碳源的紫色非硫细菌,光合细菌的种类 光合细菌的种类较多，目前主要根据包它所具有的光合色素体系和光合作用中是否能以硫为电子供体将其划为4个科：Rhodospirillaceae(红螺菌科或称红色无硫菌科)、Chromatiaceae(红硫菌科)、Chlorobiaceae(绿硫菌科)、和Chloroflexaceae(滑行丝状绿硫菌科)。进一步可分为22个属，61个种。与生产应用关系密切的，主要是红螺菌科的一些属、种，如荚膜红假单胞菌(Rhodopseudomonas capsulatus)、球形红假单胞菌(Rps.globiformis)、沼泽红假单胞菌(Rps.palustris)、嗜硫红假单胞菌(Rps.sulfi-dophila)、深红红螺菌(Rhodospirillum.rubrum)、黄褐红螺菌(Rhodospirillum.fulvum)等。红螺菌的细胞螺旋状，极生鞭毛，革兰氏阴性，含有菌叶绿素-类胡萝卜素，为厌氧的光能自养菌，多数种在黑暗微好氧下进行氧化代谢，细菌悬液呈红到棕色。红假单胞菌形态从杆状卵形到球形，极生鞭毛，能运动，革兰氏阴性，含有菌绿素a、b和类胡萝卜素，没有气泡。厌氧光能自养菌某些种在黑暗中微好氧或好氧进行氧化代谢，细菌悬液呈黄绿到棕色和红色。,光合细菌的应用 光合细菌能在光照条件下进行光合作用生长，也能在厌氧条件下发酵，在微好氧条件下进行好氧生长。A可用于处理高浓度有机废水B 作为高蛋白饲料,第五节 蓝细菌（Cyanobacteria）,1 特性,球状、杆状的单细胞 不分枝的丝状体 适应温度广，喜温暖。蓝绿色，黄褐色至红色。,鱼腥藻,微囊藻,颤藻,其它的原核微生物,（1）营养细胞：光合作用（2）静息孢子：壁厚，抗不良环境（3）异形孢：固氮,静息孢子,异形孢,营养细胞,其它的原核微生物,2 危害,引起 池塘“水华”（Water bloom）海洋“赤潮”（Red tide）,池塘水华,海洋赤潮,其它的原核微生物,第四节 水处理涉及的细菌种类,一 假单胞菌属（Pseudomonas）水中极常见 二 动胶菌属（Zoogloea）聚集成絮毛状菌胶团 三 产碱杆菌属（Alcaligenes）反硝化 四 黄杆菌属（Flavobacterium）分解蛋白质 五 芽孢杆菌属（Bacillus）起重要作用 六 埃希氏菌属（Escherichia）E.coli重要的粪便菌 七 甲烷杆菌属（Methanobacterium）厌氧生物处理 八 甲烷八叠球菌属（Methanosarcina）厌氧生物处理,本章复习题：,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？2革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的细胞壁结构有什么区别?3细菌的核质和质粒一样吗?试加以区别.4菌胶团、芽孢、荚膜、菌落、菌苔的概念 5 如何区分新生菌胶团和老化菌胶团？6简单说明细菌的一般结构?细菌有哪些特殊结构?7试述细菌芽孢的特征?为什么具有芽孢的细菌能够抵抗不良的环境?,8 什么叫活性污泥？9 试述细菌Gram染色原理？10原核 11简述放线菌的基本形态和作用12简述光合细菌的作用,本章复习题：,