造适宜的繁殖条件，而提高废水处理的效率。同时还必须掌握水中微生物的检验方法，以确定水和废水的生物学性质；在环境保护工作中还必须根据水微生物的检验结果，判定水体污染和自净的程度，从而保护环境、造福人民。总而言之，《水处理微生物学》是给水排水和环境保护工作若必须掌握的重要技术基础知识。3
第一章细菌的形态和结构第一节细菌的外形和大小细菌是微小的、单细胞的、没有真正细胞核的原核生物。其大小一般只有几个μm大。一滴水里，可以含有好几千万个细菌。所以要观察细菌的形状，必须要有一架可以放大一千倍或倍数更高的显微镜。但是由于细菌本身是无色半透明的，即使放在显微镜下看起来还是比较模糊，不容易看清8S楚。为了要清楚地观察细菌，目前已使用了各种细菌的染色?Coo!100法（染色原理见第七章），把细菌染成红的，紫的或其它些8000颜色。这样，在显微镜下看起来，细菌的轮廓就很清楚。就菌体的外形来看，细菌可分作三大类型一一球菌、杆00菌和螺旋菌，见图1-1。球菌按其排列的形式，又可分为数种。例如：细菌分裂后各自分散单独存在的，称单球菌；成双存在的，称双球菌：成串状的，称链球菌；四个联在一一起的，称四联球图1-1细菌的各种形态菌，八个叠在一起的，称八叠球菌：积聚成葡萄状的，称1一球菌；2一杆菌，3—螺旋茵葡萄球菌。肺炎球菌、脑膜炎球菌、尿小球菌、产甲烷八登球菌等都是球状细菌。球菌直径一般为0.5～2um。杆菌一般长15μm，宽0.5~1m。大肠杆菌、伤寒杆菌、假单胞菌和布氏产甲烷杆菌都属于这一类细菌。螺旋菌的宽度常在0.55pm之间，长度侧因种类的不同而有很大差异（约5~15um）。只有一个弯曲的螺旋状细菌称为弧菌，如霍乱弧菌，纤维弧菌等。以上二种形态（球状、杆状和螺旋状）是细菌的基本形态。各种细菌在其初生时期或适宜的生活条件下，呈现它的典型形态。这些形态特征是鉴别菌种的依据之一。第二节细菌细胞的结构细菌虽然微小，但是它们的内部构造却相当复杂。一般说，细菌的构造可分为基本结构和特殊结构两种；特殊构造只为一部分细菌所具有。细菌细胞的典型结构见图1-2。一、基本结构细菌的基本结构包括细胞壁和原生质体两部分。原生质体位于细胞壁内，包括细胞膜（细胞质膜）、细胞质、核质和内含物。1.细胞壁细胞壁是包围在细菌细胞最外面的一层富有弹性的结构，是细胞中很重要的结构单元，也是细菌分类中最重要的依据之一。1884年丹麦病理学家HansChristiar4
美膜细胞壁细胞质核质牌细胞膜内含物图1-2细菌细胞构造的模式图Gram提出了一个经验染色法，用于细菌的形态观察和分类。其操作过程是：结品紫初染，碘液媒染，然后酒精脱色，最后用蕃红或沙黄复染。这就是现在最普遍采用的革兰氏（Gram，简写为G）染色法。根据染色反应特征，可以把细菌分成两大类：G阳性（G+）和G阴性（G），前者经过染色后细菌细胞仍然保留初染结晶紫的蓝紫色，后者经过染色后细菌细胞则先脱去了初染结晶紫的颜色，而带上了复染红或沙黄的红色。后来的研究发现革兰氏染色的反应结果主要与细菌细胞壁有关。事实上，革兰氏阳性和阴性细菌具有绝然不同的细胞壁结构（图1-3）。这二类细胞壁的结构特征具体如下：英兰氏+.欧糖GGG苹兰氏HG一饺图14人畅什留中肽聚糖单位脂多糖和蛋白质联结形成肽聚糖片的方式G：N-乙酰葡萄糖胺：M:N-乙酰胞壁胶；图1-3革氏阳性菌和革兰氏阴粗线，多肽的交联性菌细胞壁的比较概括地说，革兰氏阳性细菌的细胞壁较厚，约为20～80nm，单层，其组分比较均匀一致，主要由肽聚糖组成，还有一定数量的磷壁酸，脂类组分很少。肽聚糖实质上是N-7酬葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸这2个双糖单位互相连接起来的有机大分子（图1-4），N-乙酰胞壁酸又连接4个氨基酸互连起来的短肽，短肽之间又由5个氨基酸组成的肽链相连即所谓的“肽桥”。在短肽中除了生物体普遍具有的L-型氨基酸外，还含有特征性的D-型基酸。这样组织起来的网状大分子层层叠加至几十层就构成完整的细菌细胞壁。革兰氏阴性细菌的细胞壁写此不同。它的整个细胞壁可分为两层：细胞壁外层和内层。外层主要是脂多糖和5
脂蛋白组分，较厚（8～10nm）。脂类在整个细胞壁中有的比例很高，可达40%以上。这是与革兰氏阳性细胞明显不同的-个特征。内层的主要结构组分是肽聚糖，但是较薄，只有2～3nm。肽聚糖的结构模式与革兰氏阳性细菌的相同。由于G"和G细菌的细胞壁之间存在着很大差异，闲而染色过程中的反应也不同。经过研究，现在革兰氏染色的机理一般解释为：通过初染和媒染后，在细菌细胞的细胞壁及膜上结合了不溶于水的结晶紫与碘的大分子复合物。革兰氏阳性细菌胞壁较厚，肽聚糖含量较高和分子交联度较紧密，故在酒精脱色时，肽聚糖网孔会因脱水而发生明显收缩，再加上它不含脂类，酒精处理也不能在胞壁上溶出大的空洞或缝隙，囚此，结晶紫与碘复合物仍阻留在细胞壁上，使其呈现出蓝紫色。与此相反，革兰氏阴性细菌的细胞壁较薄、肽聚糖位于内层耳含量低和交联松散，与酒精反应后其肽聚糖不易收缩，加上它的脂类含量高且位于外层，所以酒精作用时细胞壁上就会出现较大的空洞或缝隙，这样，结晶紫和碘的复合物就很易被溶出细胞壁，脱去了原来初染的颜色。当蕃红或沙黄复染时，细胞就会带上复染染料的红色。上面介绍的是普通细菌的情况。不管是G和G细菌，其细胞壁中均含有或多或少的肽聚糖及D-型氨基酸、这是它们的最人特征，这类细菌又叫真细菌。绝大部分细菌都属于真细菌。除了这一共同特征外，G和G-细菌细胞壁的其它异同详见表1-1。另外还有极少部分细菌，如厌氧生物处理的产甲烷细菌，嗜盐细菌等，它们的细胞壁中没有肽聚糖结构，也没有D-型氨基酸，这类细菌称“古细菌”（当然，除了细胞壁的差异外，古细菌和真细菌之间还有其它许多不同）。在古细菌细胞壁中，含有不同于N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸的结构单元，但它们组成类似肽聚糖的结构，因此称为“假胞壁质”。表 1-1革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌细胞壁结构与组成的比较革兰氏阴性细菌性质革兰氏阳性细菌内壁层外壁层厚度（nm）2~3820~80层单层多层饮结构肽聚糖结构多层，75%亚单位交联，网格紧密坚固单层，30%亚单位交联，网格较疏松不紧密紧密与细胞膜的关系肽聚糖无占细胞辨十重的40%~90%5%~10%无无磷壁（酸）质有或无有多糖无无组成无有蛋白质有或无1%~4%无脂多糖11%~22%无有脂蛋白有或无敏感对青零素反应不够敏感细胞壁在细胞生命活动中的作用主要有：保持细胞具有一定的外观形状；作为鞭毛的支点，实现鞭毛的运动：与细菌的抗原特性、致病性等有关。2.细胞膜细胞膜是一层紧贴着细胞壁而包围细胞质的薄膜（厚约7～8nm），其化学组成主要是脂类、蛋白质和糖类。这种膜具有选择性吸收的半渗透性，膜上具有与物质6
渗透、吸收、转运和代谢等有关的许多蛋白质或酶类。细菌细胞膜中蛋白质是主要成分，约占细胞膜的70%，比任何·-种生物膜都高。这些蛋白质组成与普通蛋白质没有区别。根据在膜上的分布情况，蛋白质可分为两大类：一类是外周蛋白，或称可溶性蛋白质，占膜蛋白含量的20%~30%，主要分布在膜内外两侧表面。另一类是固有蛋白质，占膜蛋白含量的70%～80%，它们插入或贯穿于磷脂双分子层中。脂类占细胞膜的20%~30%，细菌细胞的脂类几乎全部分布在细胞膜中，主要是极性类脂一一甘油磷脂，由甘油、脂肪酸、磷酸和含氮碱组成。磷脂都是两性分子，即有一个亲水的头部和疏水的尾部，在水溶液中很容易形成具有高度定向性的双分子层，这样就形成了膜的基本结构。整体细胞膜的结构，目前大家比较公认的是“镶嵌模型”（图1-5），其要点是：（1）磷脂双分子层组成膜的基本骨架。（2）磷脂分子在细胞膜中以多种方式不断运动，因而膜具有流动性。（3）膜蛋白以不同方式分布于膜的两侧或磷脂层中。桥脆一极性基脂肪酸链蛋白质图1-5细胞膜的镶嵌结构模型细胞膜的主要功能为：（1）控制细胞内外物质（营养物质和代谢废物）的运送和交换（2）维持缅胞内正常渗透压。（3）合成细胞壁组分和荚膜的场所。（4）进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地。（5）许多代谢酶和运输酶以及电子呼吸链组分的所在地。（6）鞭毛的着生和生长点。3，细胞质细胞懂是一种无色透明而粘稠的胶体，其主要成分是水、蛋白质、核酸和脂类等。细胞质内具有各种酶系统，能不断地进行新陈代谢活动（见第二章）。由于富含核糖核酸（RNA），所以是嗜碱性的，即与碱性染料结合能力较强。幼令菌的细胞质非常稠密、均勾、很容易染色。成熟细胞的细胞质内含有不少颗粒状的贮藏物质，又由于细菌的生命活动产生了许多空泡，染色能力较差，因此着色不均勾。根据染色特点，我们可以通过观察染色均匀与否来判断细菌是处子幼龄还是衰老阶段。4.核质一般的细菌仅具有分散而不固定形态的核质。核或核质内几乎集中有全部与遗传变异有密切关系的某些核酸（如脱氧核糖核酸DNA），所以常称核是决定生物遗传性的主要部分。细菌的核非常简单，没有核膜包围，也没有核仁，它只是一团裸露的且高度折叠缠绕的DNA分子，故称细菌是原核生物。这样的核又称拟核体（nucleoid）。细菌的DNA7