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1、第二章 原核微生物的形态和构造,第一节 细菌 第二节 放线菌 第三节 蓝细菌,原核细胞,真核细胞,原核细胞和真核细胞的区别,沉降系数,用离心法时，大分子沉降速度的量度，等于每单位离心场的速度。或s=v/2r。s是沉降系数，是离心转子的角速度（弧度/秒），r是到旋转中心的距离，v是沉降速度。沉降系数以每单位重力的沉降时间表示，并且通常为1200 10-13秒范围，10-13这个因子叫做沉降单位S，即1S=10-13秒，如血红蛋白的沉降系数约为4 10-13秒或4S。大多数蛋白质和核酸的沉降系数在4S和40S之间，核糖体及其亚基在30S和80S之间，多核糖体在100S以上。,第一节 细 菌,细菌是
2、单细胞原核微生物，个体微小，形态简单，以二等分裂方式繁殖。在自然界中，细菌分布最广、数量最多。,第一节 细菌,细菌的形态和大小细菌的细胞结构细菌的繁殖与群体形态细菌的培养特征细菌的物理化学性质水处理中常见的菌属,一、细菌的形态和大小,不同细菌的形态可以说是千差万别，丰富多彩，但就单个有机体而言，其基本形态可分为球状、杆状与螺旋状三种.除了球茵、杆茵、螺旋菌三种基本形态外，还有许多具其他形态的细茵。例如柄杆菌细胞上有柄、菌丝、附器等细胞质伸出物，细胞呈杆状或梭状，并有特征性的细柄；球衣菌能形成衣峭，杆状的细胞呈链状排列在衣鞘内而成为丝状,而支原体由于只有细胞膜，没有纫胞壁，故细胞柔软，形态多变，
3、具有高度多形性。另外，人们还发现了细胞呈星形和方形的细菌.,（一）细菌的形态,细菌的四种基本形态:球状、杆状、螺旋状、丝状菌,丝状菌,1.球菌(coccus）菌体呈球形或近似球形,以典型的二分裂殖方式繁殖,分裂后产生的新细胞常保持一定的空间排列方式.根据细胞分裂的方向及分裂后的各子细胞的空间排列状态不同,可将球菌分为以下几种:单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌等。,(一)细菌的形态,菌体呈球形或近似球形,以典型的二分裂殖方式繁殖,分裂后产生的新细胞常保持一定的空间排列方式.根据细胞分裂的方向及分裂后的各子细胞的空间排列状态不同,可将球菌分为以下几种:A单球菌B双球菌C链球菌D
4、 四联球菌E八叠球菌F 葡萄球菌,球菌,(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 菌,单球菌,1.球 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 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 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
5、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 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.杆菌 杆菌是细菌中种类最多的类型,因菌种不同,菌体细胞的长短、粗细等都有所差异。细胞呈杆状或圆柱状，菌体直或稍弯，粗短或细长。末端钝圆、尖、膨大或平裁状。直径在0.51um15um（宽径长）,(一)细菌的形态,2.杆 菌,短杆菌,长杆菌,梭状芽孢杆菌,链状杆菌,单杆菌,2.杆 菌,杆菌细胞两端的形态特征,2.杆
6、 菌,一般情况下,同一种杆菌的宽度比较稳定,但它的长度经常随培养时间、培养条件的不同而有较大的变化。杆菌举例：大肠杆菌（Escherichia coli）枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）北京棒杆菌（Corynebacteriun Pekinensis）,2.杆 菌,3、螺旋菌螺旋状的细菌称为螺旋菌。根据其弯曲情况分为：弧菌：螺旋不满一圈，菌体呈弧形或逗号形 例：霍乱弧菌、逗号弧菌螺旋菌：螺旋满26环，螺旋状 例：干酪螺菌 螺旋体：旋转周数在6环以上，菌体柔软。例：梅毒密螺旋体,(一)细菌的形态,螺旋菌,弧菌,螺旋体,3、螺旋菌,丝状菌,丝状菌广泛分布在水环境中，潮湿土壤和活性
7、污泥中。,细菌的特殊形态：柄细菌、肾形菌、臂微菌、网格硫细菌、贝日阿托氏菌(丝状)、具有子实体的粘细菌、三角形、方形等特殊形态的细菌。,细菌的特殊形态,影响细菌形态的因素：培养时间、培养温度、培养基成分、浓度、pH值等环境条件对细菌形态都有明显的影响。一般处于幼龄阶段和生长条件适宜时，细菌形态正常、整齐，表现出特定的形态。在较老的培养物中，或不正常的条件下，细胞常出现不正常形态，尤其是杆菌，有的细胞膨大，有的出现梨形，有的产生分枝，有时菌体显著伸长以至呈丝状等异常形态。若将它们转移到新鲜培养基中或适宜的培养条件下又可恢复原来的形态。,（二）细菌的大小,细菌大小的测定：(1)测量：测微尺(2)长
8、度单位：微米(m)(3)表示：球菌：直径 杆菌：宽长 螺菌：宽、长、螺距,（二）细菌的大小,通常球菌直径：0.2 1.5 m，杆菌:长1 5 m,宽0.5 1 m。例如：大肠杆菌：平均长度：2 m；宽度0.5m 1500个大肠杆菌头尾相接等于3mm;109个大肠杆菌重1 mg.由于菌种不同，细菌的大小存在很大的差异；对于同一个菌种，细胞的大小也常随着菌龄变化。另外，对于同一个菌种染色前后其细胞大小都有所不同。所以，有关细菌大小的记载，常是平均值或代表性数值。,（二）细菌的大小,细菌细胞的大小,细菌的细胞结构,细菌的结构,细菌细胞由外向里依次有鞭毛、菌（纤）毛、荚膜、细胞壁、细胞膜、细胞质，细胞
9、质中又有液泡、储存性颗粒、核质等。,1 细菌细胞的一般构造(1)细胞壁(2)细胞膜和间体(3)细胞质(4)核质体2 细菌细胞的特殊构造(1)荚膜(2)鞭毛(3)芽孢,一、细胞壁的化学组成与结构,革兰氏阳性菌细胞壁厚度2080nm，结构简单革兰氏阴性菌细胞壁厚度10nm，结构复杂,A：G+细胞壁，B：G-细胞壁,细胞壁的功能保护原生质免受渗透压引起破裂的作用；维持细菌的细胞形态；阻拦大分子物质进人细胞；细胞壁为鞭毛提供支点，使鞭毛运动；使某些细菌具有致病性及对噬菌体的敏感。,1、细菌能作为重金属吸附剂使用吗？与细菌细胞壁的哪些性质有关？如果能，谈谈细菌做为吸附剂吸附重金属离子的机理.,2、查阅文
10、献，谈谈国内外目前在生物吸附剂再生领域的进展（主要谈细菌吸附剂）。,课后习题,二、原生质体,（1）细胞膜,细胞膜：紧贴细胞壁内侧的一层由磷脂和蛋白质组成的柔软、富有弹性的半透性薄膜,（2）细胞质及其内含物,聚-羟丁酸,储藏能源和碳源维持细胞中性环境，避免酸性增高降低细胞渗透压,芽孢杆菌固氮菌,由-丁酸单位形成的直链聚合物，集合成高度折射性的小球状物，随细胞老化更加突出。,功能,异染颗粒,主要成分偏聚磷酸盐多聚磷酸盐,异染现象 这些颗粒可以用很多碱性染料染色。如用甲苯胺蓝染色时同多聚磷酸盐结合成淡红紫色,储藏能源和磷源降低渗透压菌种鉴定,功能,气泡,由一层膜包起来，该膜由蛋白质组成，含有重复的蛋
11、白质亚单位。,功能使细胞具浮力有利于吸收溶解氧,核质体,细菌为大型环状的双链DNA，多为0.253mm。每个细菌所含的核质体为14个，少数有20多个。核质体为单倍体，仅在染色体复制的短期为双倍体。,三、特殊结构,（1）荚膜capsule某些细菌壁外存在着一层厚度不定的胶状物质。,功能,非必需的储藏养料，堆积代谢产物保护作用附着的物质基础,种类,意义,鉴定菌种制成代血浆或Sephadex污水处理三次采油,微荚膜 荚膜 粘液层,（2）芽孢,某些细菌在其生长发育后期，可在细胞内形成一个圆形或椭圆形抗逆性休眠体。,1、含水低，38%40%2、分3层，壁厚而致密3、DPA含量高4、耐热,特点,（3）鞭毛
12、,某些细菌长在体表的长丝状、波曲的附属物。,鞭毛细丝：鞭毛球蛋白 三条丝状亚基 一条鞭毛细丝钩形鞘：蛋白质亚基组成基体：套管作用,细菌的繁殖,1、细菌生长繁殖的条件,4)对气体要求,3)pH,2)温度,1)营养物质,多数致病菌的最适温度为37,5)合适的渗透压,通过氯化钠调节培养基的渗透压,2、细菌的生长繁殖方式和速度,繁殖方式:以二分裂法行无性繁殖细菌个体的繁殖速度:多数20-30分钟分裂1代少数细菌繁殖较慢，如结核杆菌18-20小时才分裂1代生长曲线:如将细菌接种在液体培养基并置于适宜的温度条件,定时取样检查活菌数,可发现其生长过程具有一定的规律性；以时间为横坐标,以活菌数的对数为纵坐标，
13、可绘制出一条曲线,称为“生长曲线”。,示意,细菌的群体生长繁殖可分为四期:迟缓期对数期稳定期衰亡期,细菌群体的典型生长曲线生长曲线只有在体外人工培养的条件下才能观察到。,三、细菌的培养特征,固体培养特征半固体培养特征明胶培养特征液体培养特征,继续,（一）细菌在固体培养基上的培养特征,细菌在固体培养基上的培养特征就是菌落特征 培养方法：用稀释平板法或平板划线法，将单个细菌接种在固体培养基上，在一定的温度条件下培养，细菌就可以迅速生长繁殖形成一个由无数细菌组成的的群体即菌落。,图 平板划线分离方法,倒平板 上：皿架法；下：手持法,图 10-1 样品稀释过程,由一个（或少数几个细菌）在固体培养基表面
14、上繁殖而成的肉眼可见的具有一定形态的子细胞群体。,沙门氏菌,粘质沙雷氏菌,铜绿假单孢菌,菌落,菌落特征的观察角度,表面特征：光滑/粗糙、干燥/湿润等；边缘特征：圆形/锯齿状/花瓣状，边缘整齐等纵剖面的特征：平坦/扁平/隆起/凸起/草帽状等 细菌菌落共同的特征：湿润、粘稠、与基质结合松散，易被剥离，质地均匀，各部位颜色一致。但不同的细菌菌落也具有自己特有的特征。,没有鞭毛不运动的细菌，特别是球菌，常形成较小、较厚、边缘较整齐的菌落；有鞭毛的细菌则较大而扁平，边缘波状、锯齿等。有荚膜的细菌菌落较大并且表面光滑，而没有荚膜的则表面较粗糙；具有芽孢的细菌菌落表面常有褶皱并且不透明。,菌苔,在斜面培养基
15、上接种后培养而形成的子细胞群体。不同的细菌的菌苔特征是不一样的，如有的呈树状、有的呈假根状、有的呈丝状等，菌苔是细菌分裂鉴定的依据。,返回,丝状,有小刺,念珠状,假根状,树状,扩展状,（二）细菌在半固体培养基中的培养特征,半固体培养特征：用穿刺接种法将细菌接种在含0.30.5%琼脂的半固体培养基中培养，细菌可长出各种形态，具此可判断细菌的呼吸型和是否运动。呼吸类型判断：培养基表面及穿刺线的上部生长为好氧菌；沿穿刺线自上而下生长者为兼性厌氧菌；若只在穿刺线的下部生长者为厌氧菌。,运动的判断：若只沿着穿刺线生长者为没有鞭毛，不运动的细菌；如果不但沿着穿刺线生长而且穿透培养基扩散生长者为有鞭毛，运动
16、的细菌。,返回,（三）细菌在明胶培养基中的培养特征,明胶培养基中穿刺接种，经培养，观察明胶水解液化状况。凡能产生溶解区的，表明该菌能形成明胶水解酶（蛋白酶）。溶解区的形状也因菌种不同而异。能否液化明胶及液化区形状是细菌分类依据之一。,返回,（四）细菌在液体培养基中的培养特征,在液体培养基中，细菌个体与培养基接触，可以自由扩散生长。液体培养特征包括：表面生长情况，混浊情况，絮凝或沉淀情况，有无气泡，培养液颜色等。在液体培养基中的培养特征是分类依据之一。,返回,四、细菌的物理化学性质,（一）细菌表面电荷和等电点细菌体含有50%以上的蛋白质。氨基酸是两性电解质，在某一定pH溶液中，氨基酸所带的正电荷
17、和负电荷相等时的pH,称为该氨基酸的等电点。细菌的等电点在pH为2-5。革兰氏阳性菌的等电点为pH为2-3，革兰氏阴性菌的等电点为pH为4-5。细菌细胞壁的磷壁酸含有大量酸性较强的磷酸基，更加导致细菌表面带负电。,（二）细菌的染色原理及染色方法,1、细菌的染色原理 细菌菌体无色透明，在显微镜下由于菌体与其背景反差小，不易看清菌体的形态和结构。用染色液染菌体，以增加菌体与背景的反差，在显微镜下则可清楚看见菌体的形态。,2染色方法,染色方法有两大类：简单染色法是用一种染料染菌体，目的是为了增加菌体与背景的反差，便于观察。复合染色法是用两种染料染色。区别不同细菌的革兰氏染色反应或抗酸性染色反应，将菌
18、体和某一结构染成不同颜色，以便观察。,简单染色法,3革兰氏染色法（Gram stain procedure),1884年丹麦细菌学家Christain Gram创造了革兰氏染色法。革兰氏染色法-将一大类细菌染上色，而另一类染不上色，以便将两大类细菌分开，作为分类鉴定重要的第一步。,(1)涂布、固定：(2)初染：用草酸铵结晶紫染色1 min，水洗去掉浮色。(3)媒染：用碘-碘化钾溶液媒染1min，倾去多余溶液。(4)脱色：脱色剂如乙醇（或丙酮酸）脱色，G+不被褪色而呈紫色，G-被褪色而呈无色。(5)复染：用蕃红染液复染1 min，G+仍呈紫色，G-则呈现红色。染色结果：（1）经复染后仍呈紫色，称
19、阳性反应（G+），（2）经复染后呈红色，称阴性反应（G-），,革兰氏染色基本步骤：,革兰氏染色主要步骤,草酸铵结晶紫,碘-碘化钾溶液媒染,乙醇脱色,蕃红复染,大肠杆菌革兰氏染色后（油镜观察，1600倍）,4革兰氏染色机制,（1）与等电点有关：革兰氏阳性菌pH23,阴性菌pH45,加I-KI媒染，等电点降低，阳性菌降低的更低，与结晶紫结合得更牢固；阴性菌结合力弱，易被乙醇脱色。,（2）与细胞壁有关：革兰氏阴性菌细胞壁薄、脂类物质高，易被乙醇溶解增加细胞通透性；革兰氏阳性菌细胞壁厚、肽聚糖含量高、脂类物质含量低，肽聚糖被乙醇脱水使降低细胞通透性；因此复染后表现不同的染色效果。,（三）细菌悬液的稳定
20、性,两种状态：稳定(S型)，不稳定(R型)。,S型菌均匀分布于培养基中，不发生凝聚，只在电解质浓度高时才发生凝聚；,R型很容易发生凝聚而沉淀在瓶底。,菌悬液稳定性与水处理,污水、废水生物处理中的二沉池，沉淀效果与细菌悬液的稳定性密切相关；可采取投加强电解质等方式改善活性污泥的沉淀效果,2.3 放线菌（Actinomyces）,一、放线菌概述放线菌是有细长分枝的，介于细菌和真菌之间的单细胞原核微生物。其细胞结构、细胞壁的化学成分同细菌，而菌体呈丝状同霉菌。生活方式：腐生：多数放线菌能分解已死的微生物或其他有机物以维持自身的正常生活的一种生活方式；寄生：少数放线菌寄居在另一生物体内或体表，从而摄取
21、营养以维持生命的生活方式，多引起人、动物、植物疾病如脑膜炎、皮肤病、肺部感染等。贡献：最突出的贡献为产生种类繁多的抗生素。如链霉菌属中很多种产生抗生素，用作医药、农药。,放线菌,光学显微镜下的放线菌,二、放线菌的形态和大小,（一）放线菌特征：多核、分枝、丝状、单细胞，革兰式阳性（G+）。（除枝动菌属为G-）（二）个体形态和构造1.细胞构造：基本同细菌，但无荚膜，芽孢，鞭毛等特殊结构，细胞壁在化学组成及结构上几乎与G+细菌相同。2.菌丝体：菌丝体由基内菌丝，气生菌丝和孢子丝组成的。,放线菌菌落的截面,孢子丝,基内菌丝,琼脂表面,气生菌丝,放线菌的形态模式图,放线菌菌丝组成,（1）基内菌丝：又称营
22、养菌丝，营养型菌丝，生长在固体培养基内部及表面，一般无隔膜，直径（1.4）um，分枝繁茂，无色或产生各种颜色水溶性或脂溶性色素，主要功能是吸收营养（2）气生菌丝：由基内菌丝分枝向培养基上方伸展而成的二级菌丝，较基内菌丝色深且粗，直径1.0-1.4m。直性或弯曲状，有分枝，有的产色素。（3）孢子丝：放线菌生长发育到一定阶段，在气生菌丝的上部分化出可形成分生孢子的孢 子丝,孢子丝种类,孢子形成过程,直的,螺旋单轮生,单轮生无螺旋,开环/原始螺旋形/钩形,封闭螺旋,开螺旋,成束,弯曲丛生,螺旋两级论生,无螺旋两级论生,链霉菌的孢子表面图,返回,三、放线菌的菌落形态,（一）固体培养特征放线菌的菌落是由
23、一个分生孢子或一段营养菌丝生长繁殖而成的；许多菌丝互相缠绕，质地致密小菌落，表面呈较紧密的绒状，坚实，干燥，多皱、不透明。由于其菌丝深入培养基，整个菌落如同嵌入培养基内，难以挑取，如链霉菌。有的菌落成白色粉末状，质地松散，易被挑取（如诺卡氏菌）菌落介于细菌和霉菌之间。菌落正反两面颜色常常不同。由于基内菌丝和孢子常有颜色，使得菌落的正反面呈现出不同的色泽。,放线菌的菌落形态,（二）液体培养特征,静置培养，能在瓶壁液面处形成斑状或膜状菌落，或沉降于瓶底而不使培养基浑浊；振荡培养，常形成由短的菌丝体所构成的球状颗粒。,四、放线菌的繁殖方式,繁殖方式：主要以无性繁殖。主要以无性孢子或菌丝片段（液体培养
24、)。无性孢子分为分生孢子和孢子囊孢子。,五、放线菌的分类与常见放线菌,常见的属：链霉菌属（Streptoyces）、诺卡式菌属（Nocardia）、放线菌属（Actinomyces）、小单胞菌属（Miromonospora）、链孢囊菌属（Streptosporangium）、游动放线菌（Actinoplanes）等,六、放线菌与细菌比较,放线菌具有明显分枝的菌丝，有分生孢子，在液体、固体培养基中生长状态如真菌。与细菌相似点包括：1）同为单细胞，菌丝比真菌细，其直径与细菌接近2）同属原核微生物；3）细胞壁含胞壁酸、二氨基庚二酸，不含几丁质，纤维素；革兰氏阳性（G+）。4）对环境的pH值要求与细菌
25、相近，近中性或微偏碱，不同于真菌（一般酸性）5）对抗生素的反应像细菌，凡能抑制细菌的抗生素也能抑制放线菌；抑制真菌的抗生素（如多烯类抗生素）对放线菌无抑制作用。6）对溶菌酶敏感,2.4 蓝细菌,蓝细菌有叶绿素能进行产氧光合作用得原核生物蓝细菌是古老的生物，能产生氧气，使地球由无氧环境转为有氧环境；分布广泛，淡水、海水、潮湿土壤等均有生长，耐高温和干燥；在污水处理、水体自净中起积极作用，也是水体富营养化的指示生物,一、个体形态与细胞结构,细胞构造：与G-菌接近，细胞壁分为内外两层，外层为脂多糖，内层为肽聚糖；细胞间有粘液、荚膜或衣鞘等多糖类物质；细胞内具有类囊体，是进行光合作用的部位；有多种贮藏
26、物，如糖原、聚磷酸盐、PHB、及蓝细菌肽（一种氮源贮藏物）。形态：有些是单细胞的（单细胞或其团状聚合体），有些是丝状体（分支或不分支）。与真菌藻类的区别：原核，没有核膜和核仁，只有叶绿素，没有叶绿体；细胞壁含肽聚糖；与其它细菌的区别：有叶绿素a、类胡萝卜素、藻胆素及藻青素和藻红素。能进行产氧光合作用；大小：差异较大，直径130um；,1、吸收二氧化碳、无机盐和水合成有机物供自身营养，放出氧气。2、特殊结构：具光合器、气泡、异形胞。3、呈蓝、绿、红等颜色，蓝细菌的颜色随光照条件改变而改变,特征,非丝状,丝状,蓝细菌的危害：引起海湾的“赤潮”；湖泊的“水华“，对水生生物威胁较大。有的产生藻毒素二、
27、蓝细菌的繁殖单细胞类群：通过二分裂方式进行繁殖和多重分裂方式进行繁殖；丝状体：通过细胞链断裂形成链丝段进行繁殖。,2.5 其它原核微生物,比细菌小（0.2-0.5m），多不能通过细菌过滤器；细胞壁与细菌相似，G-，不运动，形态随发育阶段不同而不同。可通过寄主传播疾病。寄生。宿主一般为节肢动物，可传至人或其他脊椎动物，因此大多为病原菌。二分裂殖，对抗生素敏感。寄生原因：1、酶系统不完整，故要借助寄主酶系统来完成自身活动；2、细胞膜疏松，细胞质易泄露而失去活力，故只有生活在另一个细胞中，利用寄主细胞的细胞质的营养物质；3、抗性差。100死亡。,（一）立克次氏体：,（二）衣原体,有细胞壁，细胞壁与细
28、菌相似，大小比立克次氏体小（）G-；能通过细菌过滤器。寄生原因：1、产能系统不完整，必须依靠寄主细胞获得能量。2、抗性差。60死亡。对四环素、红霉素、氯霉素等敏感。致病：沙眼；鹦鹉热等,（三）、支原体,最小的可以独立生活的细胞生物（0.2-0.25 m），无细胞壁，形态多样化（球、杆、环、丝）；为G-；能通过细菌滤器。对青霉素、溶菌酶不敏感，对干扰素也不敏感；要求的营养环境高，常需血清，生长缓慢，菌落小。,（四）、螺旋体,介于细菌和原生动物之间的单细胞微生物。菌体柔软细长，呈螺旋状，无鞭毛，有细胞壁，但无细菌坚韧，一段有一根轴索（轴丝状），靠其运动。分密螺旋和疏螺旋。如：梅毒螺旋体，钩端螺旋体。分别引起梅毒和钩端螺旋体病。繁殖：纵裂生活方式：腐生或寄生。,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,
