环境微生物学绪论

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,环境微生物学绪论,课程学习指南,1、课时分配,理论课：54学时，每周3学时，共18周 ；,实验课：36学时，每周4学时，共9周。赵蕙芳教师,2、教学内容,理论课：12章；实验：8项。,3、教学考核及成绩构成,作业：3次10%；课堂表现：5%；实验报告：15%；期终考试：70%,4、学习目标,1知识上掌握,微生物生物学根本概念；,微生物生态作用根本原理；,微生物环境处理根本方法及主要工艺。,2技能上熟练,无菌操作技术；,显微观测技术；,微生物别离技术；,菌种保藏技术；,简单微生物环境处理技术。,绪论,要点：,环境问题与微生物,微生物的概述,一、环境问题与微生物的作用,1、环境问题,由于人类活动作用于周围环境所引起的环境质量变化，以及这种变化对人类的生产、生活和安康造成的影响。,1全球变暖 ；,(2臭氧层破坏 ；,(3) 酸雨 ；,(4淡水资源危机 ；,(5资源、能源短缺 ；,(6森林锐减 ；,(7土地荒漠化 ；,(8物种加速灭绝 ；,(9垃圾成灾 ；,(10有毒化学品污染 。,排名 城市国家 悬浮微粒微克/立方米,01. 新德里印度 177 02. 开罗埃及 159 03. 加尔各答印度 145 04. 天津中国 139 05. 重庆中国 137 06. 勒克瑙印度 129 07. 坎普尔印度 128 08. 雅加达印尼 115 09. 沈阳中国 112 10. 郑州中国 108 11. 济南中国 104 12. 兰州中国 101 13. 北京中国 99 14. 太原中国 98 15. 艾哈迈达巴德印度 98 16. 成都中国 95 17. 鞍山中国 92 18. 武汉中国 88 19. 南昌中国 87 20. 哈尔滨中国 85,世界污染最严重的,20,个城市中,中国占了,16,个,世界银行?世界开展指标2006?,我国有70的江河水系受到污染，40根本丧失了使用功能，流经城市的河流95以上受到严重污染；3亿农民喝不到干净水，4亿城市人呼吸不到新鲜空气；13的国土被酸雨覆盖，世界上污染最严重的20个城市我国占了16个。每年因环境污染造成的损失约占GDP的10左右。,?瞭望新闻周刊,2、环境中的主要污染物,1无毒有机物,淀粉、纤维素、果胶、多糖、脂肪、蛋白质等，均为微生物的营养物质，易被降解。2有毒有机物工厂的“三废，苯酚、多环芳烃、有机农药、多氯联苯等，有些微生物能降解。3无毒无机物一些无机化合物，是植物的营养物质，如，含N、P等化合物。4有毒无机物来源于“三废，如，铅、砷等有毒的重金属、氰化物等。,3、微生物对污染物的降解和转化1 微生物对无毒有机物的降解微生物的新陈代谢。2 微生物对有毒有机物的降解一般很难被生物降解，在自然界中残存时间很长，造成污染。如：农药：使用量大、残留时间长、对人和动物有毒害。微生物通过催化作用能使农药分子的一些根本化学构造发生改变，使之转化成为无毒的化合物。 石油：一种含烃和少量其他有机物的复杂混合物。分解石油的微生物通过加氧酶的作用下，把O2参加烃类分子中形成含氧的中间产物，再进一步代谢。 外表活性剂：高级脂肪酸的盐、硫酸化油、磺酸化物等。完全降解需要多种微生物的联合代谢作用。,3 微生物对重金属的转化许多金属是人的营养元素，但一些重金属，例如，砷、铅、镉等对人有害，称为金属毒物。微生物对金属毒物不能降解，只能通过转化，改变金属在环境中的存在状态，从而改变其毒性。,4、污染物的微生物处理(1) 水体的污染类型生活污水农牧业污水工业有机污水如屠宰、造纸、淀粉和发酵工厂污水工业有毒污水如农药、炸药、石油、化工、电镀、印染、制革和制药厂污水。,(2) 微生物处理污水的原理根据水体自净原理，利用微生物的催化作用和代谢活性，分解或转化污水中的污染物。,自然界水体中的污物浓度随河水的流动而自然降低，这种现象称为水体自净作用。包括稀释扩散 、沉淀堆积 、氧化复原 、微生物的分解和转化。,作用：,1促进环境元素的循环；,2净化环境,3造成环境恶化；,4整治环境。,5,、微生物对环境的作用,微生物作为有机物质主要降解类群，在水体污染、固体废弃物污染、重金属污染、化合物污染、石油及大气污染等治理过程中，具有显著效果且不易造成二次污染，应用范围广泛，倍受人们关注。,二、微生物概述,1、什么是微生物,微生物非分类学上名词，来自法语“Microbe一词。,指形体微小、单细胞或个体构造简单的多细胞、甚或无细胞构造的低等生物的通称。,非细胞生物: 病毒、亚病毒类病毒、朊病毒、拟病毒),原核生物: 古菌、真细菌、放线菌、蓝细菌、 粘细菌、,立克次氏体、支原体、衣原体、 螺旋体,局部真核生物: 藻类除蓝藻、 原生动物、 酵母菌、,霉菌、微型后生动物等,微生物,二、微生物的发现,1676,年，荷兰，列文虎克,A,、,C,、,F,、,Q,： 杆 菌,E,： 球 菌,H,： 球菌的聚集体,列文虎克向英国皇家学会的信中,对细菌形态的描绘,一体积小，比外表积大,单位：,m(10,-6,m),或,nm(10,-9,m),2m,0.5m,杆菌,80,个杆菌肩并肩,总宽度,=1,根头发丝的宽度,1500,个杆菌首尾相连,总长度,=1,粒芝麻的长度,1,、微生物的体积大小,三、 微生物的特点,不同生物类型细胞大小的比较,2、微生物与其它生物种类的体积比较,动物的模式细胞,动物细胞核,细菌,病毒,动物、植物和微生物个体大小尺度范围,3、微生物的比外表积,比外表积：个体的外表积与体积之比。,设定：,人的比外表积=1,那么：与人等重的大肠杆菌比外表积=30万,设球菌半径,球菌外表积(S)422球菌体积(V)4333比外表=S/V3.1416/0.5236=6,设球菌半径2球菌面积(S)2球菌体积(V)3比外表=S/V1.5,一、体积小，比外表积大,二吸收多，转化快,人50kg 5001000g/d,地鼠体重3g 3g/d,大肠杆菌 细胞重量2000倍糖/h,奶牛500kg 合成蛋白质/24h,微生物细胞 合成自身重量30-40倍的细胞物质/24h,1,、吸收多,2,、转化快,一、体积小，比外表积大,二、吸收多，转化快,三生长旺，繁殖速,大肠杆菌在适宜的生长条件下：,12.520分钟 繁殖1代,每小时 分裂3代，由1个变成8个。,经24小时 分裂72代，重约4722吨,经48小时 可产生2.21043个后代。,地球重的,4000,倍,微生物,代时,及每日增殖率,微生物名称,代时,(,分,),温度,(,),日增殖率,乳酸菌,38,25,2.71011,大肠杆菌,18,37,1.21024,根瘤菌,110,25,8.2103,枯草杆菌,31,30,7.21013,光合细菌,144,30,1.0103,酿酒酵母,120,30,4.1103,念珠藻,1380,25,2.1,硅藻,1020,20,2.64,小球藻,420,25,10.6,草履虫,642,26,4.92,一、体积小，比外表积大,二、吸收多，转化快,三、生长旺，繁殖速,四适应性强，易变异,1对营养物质的利用上的适应性。,2对环境条件尤其是恶劣的“极端环境的适应性。,1,、适应性强,耐0196低温,耐250300的高温,耐盐饱和盐水,耐枯燥产芽孢细菌、真菌孢子,耐酸碱、耐缺氧、耐毒物、抗辐射,一、体积小，比外表积大,二、吸收多，转化快,三、生长旺，繁殖速,2,、易变异,2青霉素生产菌的发酵水平,1940年 每毫升20单位,2000年 每毫升10万单位,1青霉素的使用剂量,1940年: 输液10万元单位/次,1980年： 输液80万单位/次,2000年： 输液800万-1000万单位/次,青霉素对金黄色葡,萄球菌最低抑制浓度,200g/ml,一、体积小，比外表积大,二、吸收多，转化快,三、生长旺，繁殖速,四、适应性强，易变异,五分布广，种类多,微生物在自然界的分布：,无处不在，无孔不入,1,、分布广,土壤,空气,水域,生物体内外,极端环境,正常环境,高空,深海底,2000,米深的地层,温泉,一、体积小，比外表积大,二、吸收多，转化快,三、生长旺，繁殖速,四、适应性强，易变异,60,年前，中国人乘飞机采集了,160,米到,5300,米的高空的气样并分析了其中的微生物发布状况。,一、体积小，比外表积大,二、吸收多，转化快,三、生长旺，繁殖速,四、适应性强，易变异,2,、种类多,地球上的微生物： 估计有,100,万种以上,已发现的微生物： 约有,10,万种,已开发利用的微生物： 约,1000,多种,微生物的微观性,研究手段的限制,别离培养的局限,四、微生物的分类和命名,一微生物的分类,分类单元：界、门、纲、目、科、属、种,生物分类系统,魏泰克,(Whittaker,1969),的,五界分类系统,原核,生物界、,原生,生物界、,真菌,界、,动物,界和,植物,界。,王大耜,(1977),的,六界分类系统,病毒,界、,原核生物,界、,真核原生生物,界、,真菌,界、,动物,界和,植物,界。,原核生物界Procaryotae,1 光能营养原核生物门, 蓝绿光合细菌纲蓝细菌类, 红色光合细菌纲, 绿色光合细菌纲,2化能营养原核生物门, 细菌纲, 立克次氏体纲, 柔膜体纲, 古细菌纲,真核微生物Eucaryotic microbes,(1) 真菌：, 藻状菌纲菌丝体无分隔，含多个核。有性繁殖形成卵孢子或接合孢子。, 子囊菌纲菌丝体有分隔，有性阶段形成子囊孢子。, 担子菌纲菌丝体有分隔，有性阶段形成担孢子。, 半知菌纲包括一切只发现无性世代未发现有性阶段的真菌。,(2) 粘菌:, 网粘菌纲自细胞两端各自伸出长的粘丝并接连形成粘质的网络假原质团。, 集胞粘菌纲分泌集胞粘菌素，形成假原质团。, 粘菌纲形成原质团，腐生性自由生活。, 根肿病菌纲形成原质团，专性寄生。亦有将之归于真菌类。,细菌的分类系统,比较全面的分类系统有三个：,前苏联的?细菌和放线菌鉴定?、 法国的?细菌分类学?、 美国细菌学家协会现美国微生物协会发起编写的?伯杰氏细菌鉴定手册?,?伯杰氏细菌鉴定手册?,现已出版9版，但1974年的第8版现仍在使用。,其中前7版主要以表型特征为鉴定依据。,19841989年陆续出版的四卷?伯杰氏系统细菌学手册?在表型特征根底上结合了DNA和16S rRNA资料，对细菌的属、种进展描述。它表达了细菌分类从表观向系统发育体系的开展。,1994出版的第9版?伯杰氏细菌鉴定手册?是?伯杰氏系统细菌学手册?，为鉴定工作方便的缩写版。,检索表例如,1、所有生物细胞中都有，并执行一样的功能；,2、它的碱基序列非常保守，生物进化的过程中变化极小，可以追根溯源不同生物的亲缘关系；,以,16S rRNA,作为研究生物进化的大分子的原因,细,菌,域,Domain bacteria,古（生）菌,域,Domain archaea,真,核,生,物,域,Domain eukary,ot,a,紫色细菌,线粒体,甲烷球菌属,甲烷杆菌属,真菌,植物,叶绿体,革兰氏阳性细菌,甲烷八叠球菌属,极端嗜盐菌,动物,蓝细菌,无硫绿细菌,热球菌属,伪变形虫,纤毛虫,黄杆菌,栖热胞菌属,热网菌属,热变形细菌,粘菌,鞭毛虫,产液菌属,微孢子,毛滴虫,双滴虫假滴虫属,-,生物总系统发育树,根据16S rRNA 序列比较绘制，引自?布氏微生物学? 2000,二微生物的命名,林奈双名法：,两个拉丁文单词，第一个是属名，第二个是种名。,如果细菌只鉴定到属，对具体的种还不能肯定，那么可以用sp.或spp.species的缩写来表示。,例：,Escherichia coli 大肠埃希氏菌,Bacillus subtilis 枯草芽孢杆菌,Bacillus sp. 一种芽孢杆菌,同种不同来源的微生物纯培养，称为菌株,(strain),。,菌株的名称都放在学名的后面，可用字母、符号、编号等自行决定。,例如,B. Subtilis,和,B. Subtilis,是枯草杆菌的两个菌株，前者可生产蛋白酶，后者可生产,-,淀粉酶。,出现在分类学文献中的学名，往往还加上首次定名人外加括号、现名定名人和现名定名年份，但在一般使用时，这几个局部总是省略的。,Bacillus subtilis EhrenbergCohn 1872,一史前时期经历应用时期,五、 微生物学的开展历史,春秋战国时期,微生物分解有机物质,沤粪积肥。,公元二世纪的?神农本草经?,白僵蚕治病。,公元6世纪 后魏的贾思勰 ?齐民要术?,谷物制曲、酿酒、制酱、造醋、腌菜。,豆科植物与其它作物轮作,一、史前时期,二初创时期形态学开展时期,17世纪下半叶十九世纪中叶,奉献:,发现了微生物世界；,科学地描述了微生物的形态并阐述了它们的繁茂性。,使用显微镜观察微生物世界的时期。,代表人物：,列文,虎克,一、史前时期,二、形态学开展时期,三奠基时期生理学开展时期,有关微生物的两个疑难问题：,1,、生物是自然产生的吗？,2,、传染性疾病的本质是什么？,十九世纪下叶,一、史前时期,二、形态学开展时期,、巴斯德与自然发生学说,法国，化学家，路易斯,巴斯德,一、史前时期,二、形态学开展时期,、巴斯德与自然发生说,新鲜食品,搁置,细菌检定,无细菌,腐败食品,细菌检定,有细菌,由非生命的物质自然发生,自然发生说,一、史前时期,二、形态学开展时期,巴斯德反驳自然发生说的三个实验,第一个实验,空,气,乙醇、醚混合物,棉纤维,沉淀物,检测,一、史前时期,二、形态学开展时期,第二个实验,加热,营养液,密封,放置,细菌检测,无细菌检出,自然发生说质疑：无机物自然变为生命有机体必须提供新鲜的空气,一、史前时期,二、形态学开展时期,第三个实验,一、史前时期,二、形态学开展时期,、科赫与疾病的病菌说,一、史前时期,二、形态学开展时期,德国，乡村医生，科赫,科赫与疾病的病菌说,健康者,病 者,接触传染物,感染得病,科赫的有关实验,病原菌的发现,炭疽病,炭疽芽孢杆菌,科赫法那么,(证明某微生物是某疾病病原菌的四项要求),1、在患病动物中存在可疑病原有机体，而安康动物中没有；,2、可疑有机体在纯培养中生长；,3、纯培养中的可疑有机体细胞，能引起安康动物发病；,4、可疑有机体被再次别离，并且和最初别离的有机体一样。,主要奉献：,建立了疾病细菌说；,首创了细菌染色法；,首创了细菌的纯培养固体培养基,提出了著名的科赫法那么。,一、史前时期,二、形态学开展时期,三、生理学开展时期,四开展时期生物化学水平,代表人物：E. Bchner 1897年,酵母细胞,石英砂研磨,过 滤,滤液,葡萄糖,酵母细胞,酒精、,CO,2,始于二十世纪初,1941,，,Florey & Chain,将青霉素投入生产，是通气培养微生物的开端，将微生物学与工程学结合。,1944,，,Avery,肺炎球菌转化实验，确定,DNA,是遗传物质，标志着分子生物学的形成。,一、史前时期,二、形态学开展时期,三、生理学开展时期,四、开展时期,五成熟时期分子水平,电子显微镜的使用；,DNA,的发现。,始于二十世纪五十年代,1953，Watson & Crick 提出DNA双螺旋构造以及半保存复制假说。,20世纪70年代，基因工程的开展，工程菌的构建更促进了微生物学的开展。,六、 环境微生物学的研究内容,1,、自然环境中微生物的多样性,2,、自然环境中的微生物生态学研究,3,、污染环境中的微生物生态学研究,4,、废弃物生物处理中微生物学原理和方法的研究,生物膜法 活性污泥法,环境微生物学：研究人类的生存环境与微生物之间相互关系的科学。,微生物学,环境生物学,环境微生物学,七、学习微生物的根本方法,普通光学显微镜,微生物染色法,培养观察法,微生物生理生化反响法,电子显微镜观察法观察病毒、细微构造),微生物染色法,普通光学显微镜,谢谢观赏,