第3章 古菌

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




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。 芽孢不是繁殖体，一个芽孢只能萌发成一个菌体。 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。





2.2.1 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
无性繁殖 孢子生殖 菌丝断裂

生理特性 大多数好氧异养

链霉菌的生活史简图
2.2.3 放线菌的代表属

铁细菌
硫细菌 球衣细菌


2.3.1 铁细菌
铁细菌也是丝状的原核生物，但不分枝。
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）

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。
小单孢菌属----可产生多种抗生素， 如庆大霉素、利福霉素等
小单孢菌属
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）

放线菌属------多为致病菌
诺卡氏菌属
2.3 丝状细菌（有鞘）
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？
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
2.2.1 放线菌的形态结构 2.2.2 放线菌的繁殖与生理特征 2.2.3 放线菌的代表属


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

形态 球状、杆状、螺旋状、其他形状

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
2.1.2 细菌细胞的结构
一般构造：
特殊构造：
细胞壁 细胞膜 细胞质 核区 内含物

糖被 芽孢 鞭毛

（1）细胞壁


位置：位于细菌细胞最外面，包裹原生质体，网 状结构 功能：
（5）内含物

细菌新陈代谢产物，或者是贮备的营养物质（种类数量变 化） 常见的内含物颗粒： 异染颗粒（磷源、能源，化学组分：多聚偏磷酸盐-----生 物除磷） 聚β-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

分类----两类：泉古 菌、广古菌 环境中常见的古菌
产甲烷古菌 硫酸盐还原菌

极端嗜盐菌 极端嗜热菌 无细胞壁的古细菌
3.2 常见的古菌

1.产甲烷古菌

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。
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。
腐蚀管线、水质带色、堵塞管线
2.3.2 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：不分枝、不固着、能进行匍匐运动 内部特征：含有大量硫磺颗粒（能源储备）
2.发硫细菌
外在特征：不分枝、丝状、固着 内部特征：含有大量硫磺颗粒（能源储备）
贝日阿托氏菌 1.2.3 体内含明显硫粒
细胞膜的结构：流动镶嵌模型
（3）细胞质

细胞内除了核质以外物质的统称，透明粘稠的胶状物； 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 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、颗粒物、不易染色 作用：含有各种酶系统，合成蛋白质与酶，含有各种内含 物
（2）球衣细菌的作用

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。 该异常现象称污泥膨胀。
球衣菌
正常时的活性污泥
膨胀时的活性污泥
2.4 光合细菌
2.4.1 光合细菌的种类与特点

2.1 细菌
2.1.1细菌的形态和大小 2.1.2 细菌的细胞结构 2.1.3 细菌的繁殖 2.1.4 细菌表面的带电性 2.1.5 细菌的分类及水中常见菌属

2.1.1 细菌的形态和大小
什么是细菌（bacteria）？ 一类单细胞、个体微小（ μm ）、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 膜分化。
本章难点：
古菌在水污染防治中的应用
3.1 古菌的特点与分类

在细胞结构和代谢上，古菌在很多方面接近其它 原核生物 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。 极端环境----极高温/很冷/强酸/强碱 有些古菌嗜中性----土壤、海水、沼泽
3.1 古菌的特点与分类
水处理微生物学
第3章 古菌
古菌是最古老的生命体，如果将地球约46 亿年的年龄比作一年，那么古菌早在3月20 日就出现了，而人类诞生不过是12月31日 的事。
本章知识点:
3.1 古菌的特点与分类 3.2 常见的古菌 3.3 古菌与水污染防治

本章重点：

熟悉环境中常见古菌的主要类型 了解古菌在水污染防治中的应用

2.4.3 APB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。

结构：流动镶嵌模型 组分：蛋白质（50%-70%）、脂类（20%-30%）、少量糖类






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。
（1）糖被


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） 荚膜（capsule）黏性较大，能相对稳定地附着在细胞壁 外。



荚膜的作用： 保护细菌； 贮藏养料； 形成菌胶团。 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。 菌胶团的形态：分支状、垂丝状、 球形、椭圆、蘑菇形、片状
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 14 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
芽孢萌发
（3）鞭毛

鞭毛是细菌的运动器官 鞭毛的着生位置：
2.1.3 细菌的繁殖

（1）裂殖 1 2 （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生活的一种繁殖方 式。
2.1.4 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。
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 Gramnegative bacteria
（2）细胞膜（细胞质膜、质膜、内膜）
发硫细菌 1 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
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。
2.3.3 球衣细菌




（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



（4）核区（核质体、原核、拟核）