环境工程微生物学真核微生物

本章内容原核生物和真核生物细胞区别真核生物细胞结构原生动物微型后生动物藻类酵母菌霉菌蕈菌内容微生物细胞ProkaryoticCell(Bacillusmegaterium)EukaryoticCell(L-Cell)Candidaalbicans(EukaryoticCell)3.1原核细胞和真核细胞结构的区别3.1.1原核微生物和真核微生物原核微生物细胞无细胞核，只有原核或拟核；真核微生物细胞的主要特征是有细胞核和细胞器及复杂的内膜系统；病毒属于非细胞类生物。3.1.2原核细胞和真核细胞的区别（1）核、核膜、染色体原核生物细胞无核膜，有一个明显的核区，核区集中了主要遗传物质，由一条与类组蛋白相联系的双链DNA构成的染色体组成。真核生物细胞则是由一条或一条以上的双链DNA与组蛋白等结合成的染色体，并由核膜包围。（2）代谢场所原核细胞没有独立的内膜系统，与代谢有关的酶如呼吸酶合成酶等位于细胞膜上，因此它的能量代谢在质膜上进行。真核细胞不仅有独立的内膜系统，还有细胞骨架，呼吸酶在线粒体中，有专用的细胞器来完成各项生理功能，如线粒体、叶绿体。（3）核糖体的大小和分布原核细胞的核糖体大小为70S，游离状态或多聚体状态分布于细胞质中。真核细胞的核糖体大小为80S，游离于细胞或结合于内质网上。线粒体和叶绿体内有各自在结构上特殊的核糖体。70SRibosomeDuringTranslationThe70Sprokaryoticribosomeconsistsofa50Sanda30Ssubunit.SreferstoaunitofdensitycalledtheSvedbergunit.原核生物真核生物遗传物质和复制的组装DNA在细胞质中游离DNA在膜包围的核中，只有一个核仁只有一个染色体多于一个染色体，每个染色体是双拷贝(双倍体)DNA与类组蛋白连系DNA与组蛋白连系含有染色体外的遗传物质，称为质粒只在酵母中发现质粒在mRNA中没有发现内含子所有基因中都发现内含子细胞分裂以二等分裂方式，只有无性繁殖细胞分裂为有丝分裂遗传信息传递可通过接合、转导、转化发生遗传信息交换发生在有性繁殖过程，减数分裂导致产生单倍体细胞(配子)，它们能融合。原核生物和真核生物遗传的和细胞组装上的主要差别细胞的组装质膜含有hopanoids、脂多糖和磷壁酸质膜含有固醇能量代谢与细胞质膜连系多数情况在线粒体中发生光合作用与细胞质中膜系统和泡囊连系藻类和植物细胞中存在叶绿体蛋白质合成于核糖体蛋白质合成和寻靶作用与内膜、粗糙内质网膜和高尔基体相连系有膜的泡囊如溶酶体和过氧化物酶体有微管骨架存在由一根蛋白鞭毛丝构成鞭毛鞭毛有9+2微管排列的复杂结构核糖体-70S核糖体-80S(线粒体和叶绿体的核糖体是70S)肽聚糖的细胞壁(只有真细菌有，古细菌中是不同的多聚体)多糖的细胞壁，一般或者是纤维素或者是几丁质原核生物和真核生物遗传的和细胞组装上的主要差别(续)原核生物真核生物3.2真核生物细胞结构真核生物(Eukaryotes)是一大类细胞核具有核膜，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多种细胞器的生物。真核微生物(Eukaryoticmicroorganism)属于真核生物类的微生物(真菌、显微藻类和原生动物)3.2.1细胞壁真菌细胞壁主要成分是多糖，但呈现多样性，另有少量的蛋白质和脂类低等真菌的细胞壁主要成分以纤维素为主酵母的细胞壁的主要成分以葡聚糖为主高等真菌的细胞壁主要成分以几丁质为主3.2.2鞭毛与纤毛3.2.3细胞膜与原核细胞膜的差异项目原核生物真核生物甾醇无(支原体例外)有(胆甾醇、麦角甾醇)磷脂种类磷脂酰甘油和磷脂酰乙醇胺等磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺等脂肪酸种类直链或分支、饱和或不饱和脂酸；每一磷脂分子常含饱和与不饱和脂肪酸各一高等真菌：含偶数碳原子的饱和或不饱和脂肪酸低等真菌：含奇数碳原子的不饱和脂肪酸糖脂无有(具有细胞间识别受体功能)电子传递链有无基团转移运输有无胞吞作用无有3.2.4细胞核细胞遗传信息（DNA）的贮存、复制和转录的主要部位外形固定，有核膜由核被膜、染色质、核仁和核基质组成细胞基质和细胞骨架内质网和核糖体高尔基体溶酶体微体线粒体叶绿体液泡膜边体几丁质酶体氢化酶体3.2.5细胞质和细胞器EukaryoticcellstructureCytoplasmicmembraneRibosomesCytoplasmMitochondrionNuclearmembraneNucleusNucleolusEndoplasmicreticulumChloroplast3.3真核微生物的主要类群真核微生物植物界：显微藻类动物界：原生动物菌物界：假菌真菌单细胞真菌——酵母菌丝状真菌——霉菌大型真菌子实体真菌——蕈菌3.3.1.1原生动物的一般特征3.3.1原生动物1）一类不行光合作用的、游动的、单核的真核微生物。它们可能起源于藻类，由于具有“类似动物”的特征，它们又极可能是动物的始祖。2)单细胞、无细胞壁、形态多样大小多在数十到300µm间，大多数接近100µm，原生动物的膜虽然柔软，但能保持其形状。原生动物的形态差别也很大，它们或为球状、椭球状、钟状、喇叭状、拖鞋状等。有的如变形虫属，无固定形状。3）异养营养摄取的方式为渗透型营养和吞噬型营养，有的同时具有以上两种营养摄取方式。渗透型营养(osmotrophic)是指依赖吸收溶解性物质生活，与细菌和真菌一样。吞噬型营养(Phagotrophic)指靠吞噬颗粒型食物为生。类似于植物和动物的摄食方式。原生动物的营养需求较复杂，特别是对于吞噬型原生动物，它们以吞噬的颗粒为营养，被吞噬的颗粒常包括细菌细胞。4）大多严格好氧，也有严格厌氧后者常在厌氧处理的反应器和反自动物的瘤胃中发现。在废水的生物处理中，原生动物也起到重要作用。可作为污水处理系统运行的生物指标。5）二分裂方式繁殖（裂殖）3.3.1.2原生动物的主要类群1）鞭毛虫纲(Mastigophora)利用鞭毛在水中游动，鞭毛较细菌鞭毛粗大，光学显微镜下可见，通常称作鞭毛虫(flagellates)，或动物鞭毛虫。废水生物处理中常见的鞭毛虫有波豆虫(Bodo)三角鞭毛虫(Trigonomonas)等2)根足虫纲(Rhizopoda)和肉足虫纲(Sarcodinia)可变形、通过形成细胞表面的突起(即伪足，pseudodia)运动，伪足能捕食颗粒状食物(如细菌)，被捕食后的食物被包裹在食物泡内消化。某些这类原生动物形成碳酸钙或硅粒组成的硬壳，形成碳酸钙外壳的如孔眼虫(Foraminifera)，形成硅外壳的如放射虫(Radioloria)，这类带壳的根足类原生动物能从壳上的孔洞中伸出伪足。变形虫(Amoeba)中的阿米巴痢疾原虫引起痢疾，它可形成孢子，处于休眠状态的孢子使其对不良环境有更强的抵抗力。3）纤毛虫纲(Ciliata)依靠细胞表面无数短须(即纤毛)的同步而有节奏的摆动来运动或捕食，吞噬颗粒状食物为生，食物进入处称为“口孔”(mouthpore)，纤毛的运动使食物向口孔运动。纤毛虫是环境工程中最为常见的指示微生物，常见的纤毛虫可分为三类，即游泳型、固着型和吸管型三类。①游泳型纤毛虫：细胞表面大多布有较多的纤毛，能够在水中自由游动和捕食。废水好氧生物处理中常见的游泳型纤毛虫有肾形虫(Colpoda)、豆形虫(Colpidium)、漫游虫(Lionotus)、裂口虫(Amphileptus)、草履虫(Paramecium)、斜管虫(Chilodonella)、四膜虫(Tetrahymena)、糖纤虫(Aspidisca)、棘尾虫(Stylonichia)等属。②固着型纤毛虫外形大多似钟，又叫钟虫类。其前端有环形分布的纤毛构成纤毛带，纤毛有规律摆动形成旋涡，将食物从环境和固体表面扫入口孔而吞噬。固着型纤毛虫能产生柄状物使其固着于固体表面，不能四处游动。环境工程中常见的固着型纤毛虫有：钟虫(Vorticella)、累枝虫(Epistylis)、独缩虫(Carchesium)、聚缩虫(Zoothamnium)、盖纤虫(Opercularia)等属。③吸管虫幼虫有纤毛，成虫纤毛消失，长出长短不等的吸管。吸管虫也靠尾柄固着生活，虫体呈球形、倒圆锥形或三角形等。无口孔，以吸管捕食。环境工程中常见的吸管虫有吸管虫属(Acineta)、壳吸管(Tokophrya)、足吸管虫属(Podophrya)等。有肋楯纤虫近绿游仆虫狭缩盖虫铃兰钟虫钟兰钟虫油蝶钟虫细湿藓豆形虫白钟虫多污游仆虫尾核草履虫累枝虫盖纤虫聚缩虫漫游虫长颈虫裂口虫膜袋虫肾形虫足吸管虫壳吸管虫棘尾虫斜管虫尖毛虫3.3.1.3原生动物在废水净化中的作用1）吞噬游离的细菌和颗粒状悬浮物原生动物大量吞噬游离的细菌，可使处理后的废水由浑浊变为清澈，降低悬浮物、有机氮和BOD。原生动物中的纤毛虫吞噬细菌的作用较强。2）促进生物絮凝作用，使活性污泥具有良好的沉降性能原生动物中的钟虫、累枝虫、草履虫等能分泌促进微生物凝聚的物质，促进细菌凝聚，使絮状污泥凝聚更好，从而使二次沉淀池中废水易于澄清，出水水质得以改善。3）作为废水处理指示生物可根据原生动物种类、数量及形态的变化，判断废水处理系统运行状况的优劣。变形虫和鞭毛虫多出现在大负荷量的处理系统中，或出现在废水处理起始阶段。大量的固着型纤毛虫出现说明活性污泥状况良好，废水中溶解氧适当。溶解氧不足时，钟虫会变得不活跃或数量减少。有肋糖纤虫(Aspidiscacostata)则对缺氧非常敏感，它的存在说明生物体供氧良好。细湿藓豆形虫(Colpidiumcampylum)大量生长在没有充分氧供应的超负荷工厂中。而油蝶钟虫(V.micmstoma)也是高负荷下供氧缺乏的标志。3.3.2.1轮虫头部有一个头冠，其上有一列或多列纤毛形成纤毛环，纤毛可有规律地摆动，使纤毛环如车轮转动，故称轮虫。躯干呈圆筒形，背腹宽扁，被覆透明的壳，两侧对称，体后多有尾状物。纤毛是轮虫摄食和运动的工具，纤毛运动形成涡流，将颗粒状食物引入口部。3.3.2微型后生动物以细菌、藻类及小的原生动物为食，起净化作用。可作指示生物。活性污泥中出现轮虫，往往表明处理效果良好，数量过多则破坏污泥结构，污泥松散上浮。常见的有转轮虫、旋轮虫、腔轮虫、猪吻轮虫等。3.3.2.2微型甲壳动物有坚硬甲壳，以细菌、藻类为食，是鱼类的基本食料。广泛分布于地表水中，包括淡水和海水。河流污染与水体自净的指示生物。重要的微型甲壳动物:水蚤剑水蚤3.3.2.3其他微型后生动物存在于水中有机淤泥和生物膜上，包括：1）线虫和昆虫及其幼虫：其中，线虫为长线形，在水中一般长为0.25~2mm，断面圆形。2）一些小动物，如摇蚊幼虫、蜂蝇幼虫和颤蚯蚓等。功能微型后生动物常用作地表水污染的指示生物。微型后生动物在缺氧的环境里也能数小时不死。无毒废水处理中或污染河流中如没有后生动物生长，说明溶解氧不足。3.3.3藻类单细胞或多细胞，含光合色素，进行光合作用，光合自养或异养。多数水生、少数陆生。有的借鞭毛运动，与原生动物的主要区别：光合作用。分类上属于藻门。根据细胞中叶绿体和色素的类型、细胞壁的组成、鞭毛的有无及其特征、细胞器的构成等，藻类又可划分为六大类(亚门)：1）绿藻(Chlorophyta或greenalgae);2）裸藻(Euglenophyta或euglenids);3）金藻(Chrysophyta)，含硅藻(diatoms);4）甲藻(Pyrrophyta或dinofgellates);5）褐藻(Phaeophyta或brownalgae);6）红藻(Rhodophyta或redalgae)。3.3.3.1绿藻单细胞的、多细胞简单丝状的和带分枝的藻，有的可在岩石上成扇形生长。细胞呈纯绿色，可产生游动孢子，梨形，带2~4根鞭毛。绝大多数是淡水生，某些形体较大