(精品)《环境工程微生物学》第三版.ppt

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1、水处理微生物学水处理微生物学教 材：周群英，王士芬.环境工程微生物学（第3版），北京：高等教育出版社，2008年 授课教师：谢芳琴联系方式：参考书目：1.顾夏声，李献文编，水处理微生物学（第三版），中国建筑工业出版社，19982.沈萍，陈向东主编，微生物学，北京：高等教育出版社，20063顾夏声，胡洪营，文湘华等编，水处理微生物学，中国建筑工业出版社，20064李军等编著，微生物与水处理工程，北京：化学工业出版社，20025常学秀、张汉波、袁嘉丽，环境污染微生物学，北京：高等教育出版社，20066王家玲主编，环境微生物学，北京：高等教育出版社，19881.绪论绪论1.1 微生物概论微生物概论一

2、、什么是微生物 一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。是一些个体微小、构造简单的低等生物。微生物的菌落细菌的显微图样微生物小小m级：光学显微镜下可见（细胞）Nm级：电子显微镜下可见（细胞器、病毒）简简单细胞简单多细胞非细胞（即“分子生物”，如病毒）原核类：细菌，放线菌、蓝细菌，支原体、立克次氏体，衣原体等低低(进化地位低)真核类：真菌，原生动物，显微藻类非细胞：病毒，亚病毒（朊病毒、类病毒、拟病毒）小 m级：光镜可见级：光镜可见nm级：电镜可见级：电镜可见形体微小形体微小The white bar above represents 10 microns(0.01mm).Below are s

3、ome organisms and cells drawn to approximate scale.virus(0.05 to 0.1 microns)bacteria(0.5 to 1.5 microns)red blood cell(5 microns)lymphocyte(5 to 8 microns)human sperm(60 microns)简简单细胞单细胞简单多细胞简单多细胞非细胞结构非细胞结构结构简单低低原核类原核类：三菌(细菌、放线菌、蓝细菌)三体(支原体、衣原体、立克次氏体)真核类真核类：真菌 原生动物 单细胞藻类非细胞生物非细胞生物：病毒 类病毒 朊病毒进化地位低进化地

4、位低微生物世界之最微生物世界之最个体最小数量最多分布最广形态最简变异最易起源最早胃口最大抗性最强食谱最广休眠最长繁殖最快种类最多二、人类对微生物的认识史二、人类对微生物的认识史1一个难以认识的微生物世界一个难以认识的微生物世界 艾滋病艾滋病，1213年的潜伏期，人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus;HIV）引起；艾滋病病毒模拟图 发霉的玉米、花生等胚附近，生长能产生剧毒真菌毒素的黄曲霉黄曲霉。花生上的黄曲霉黄曲霉菌落2微生物学发展史微生物学发展史史前期：约史前期：约8000年前年前1676，制曲、酿酒等，制曲、酿酒等初创期：初创期：16761861，形态描

5、述阶段，形态描述阶段，列文虎列文虎克克自制显微镜自制显微镜奠基期：奠基期：18611897，生理水平研究，生理水平研究，巴斯德巴斯德，科赫科赫发展期：发展期：18971953，生化水平研究，生化水平研究，E.Bchner成熟期：成熟期：1953至今，分子生物学水平研究，至今，分子生物学水平研究，J.Watson和和F.Crick时间时间时间时间：8000年前1676年特点特点特点特点：个体(未见细菌)思想方法思想方法思想方法思想方法：实践-实践-实践代表人物代表人物代表人物代表人物：中国劳动人民（1）史前期）史前期时间时间时间时间：1676年1861年特点特点特点特点：显微镜下见到 微生物 形

6、态描述200 年左右代表人物代表人物代表人物代表人物：列文虎克列文虎克微生物学先驱者（2）初创期初创期（3）奠基期奠基期时间时间时间时间：1861年1897年特点：特点：特点：特点：建立了一套独特研究方法 进入生理学领域的研究 寻找病原菌思想方法思想方法思想方法思想方法：实践-理论-实践代表人物：代表人物：代表人物：代表人物：(法)L.Pasteur-微生物学奠基人 (德)R.Koch-细菌学奠基人(法)L.Pasteur-微生物学奠基人否定“生命自然发生学说”巴氏灭菌法“酒病”-“腐败病”-“蚕病”-“禽病”-“人病”病因：微生物(德)R.Koch-细菌学奠基人荣获1905年诺贝尔医学与生理

7、学奖方法：菌种分离、培养、接种、染色病原菌：炭疽杆菌、结核杆菌柯赫假说（4）发展期时间时间时间时间：1897年1953年特点特点特点特点：进入生化水平的研究形成综合性普通微生物学代表人物代表人物代表人物代表人物：(德)E.Buchner（5）成熟期成熟期时间时间时间时间：1953年现在特点特点特点特点：理论-深入到分子生物学 实践-深入到生物工程水平三、微生物的分类和命名三、微生物的分类和命名 三个概念三个概念1.分类（分类（classification）：）：解决从个别到一般或从具体到抽象的问题。解决从个别到一般或从具体到抽象的问题。2.鉴定（鉴定（identification）：）：与分类

8、的概念相反。与分类的概念相反。3.命名（命名（nomenclature）：）：为新发现的微生物确定一个新学名。为新发现的微生物确定一个新学名。（1）通用的分类单元）通用的分类单元 界（Kingdom）门（Phylum）纲（Class）目（Order）科（Family）属（Genus）种（Species）大肠埃希氏菌在分类学中的地位大肠埃希氏菌在分类学中的地位例：例：细菌界（Bacteria）朊细菌门（Protobacteria）发酵细菌纲（Zymobacteria）肠杆菌目（Enterobacteriales）埃希氏菌属（Escherichia）大肠埃希氏菌（E.coli）系统手册系统手册20

9、00年年界是最大的分类单位，往下依次递小在越是大的分类单位中，生物彼此的共同特征越少，亲缘关系越远；在越是小的分类单位中，共同特征越多，亲缘关系越近。微生物的常用分类系统细菌：伯杰氏鉴定细菌学手册（第八、第九版）、细菌系统学手册（第一版）放线菌：中国科学院微生物研究所编著的放线菌目分科、分属检索表真菌：Smith、Alexopoulos、Ainsworth的分类系统补充两个知识点补充两个知识点1.种：微生物的种是一个基本分类单元，它是一大群表形特征高度相似、亲缘关系及其接近、与同属那的其他物种有着明显的差异的一大群菌株的总称。新种：指权威性的分类、鉴定手册中从未记载过得一种新分离并鉴定过的微生

10、物。2.界两界系统：动物界和植物界三界：菌物界、动物界和植物界四界：原始生物界、菌界、植物界、动物界（由Copeland提出）五界：Whittaker提出生物五界分类系统，后被Margulis修改为：原核生物界，原生生物界，真菌界，动物界和植物界我国王大耜王大耜教授对生物分类提出六界：病毒界、原核生物界、真核原生生物界、真菌界、动物界和植物界分类依据：分类依据：形态学特征、表型特征、生理特征、生态特征、血清反应、噬菌体反应等 DNA中G+C%，DNA杂交，DNA-rRNA杂交，16S rRNA碱基序列分析碱基序列分析等（2）水处理中常见的微生物）水处理中常见的微生物微微生生物物病毒界：病毒，亚

11、病毒病毒界：病毒，亚病毒原核生物界原核生物界蓝藻门（植物）蓝藻门（植物）细菌门细菌门真细菌放线菌古菌立克次氏体、衣原体、支原体真菌界真菌界酵母菌酵母菌霉菌霉菌动物界动物界微型后生动物微型后生动物微型原生动物微型原生动物（3）微生物命名通常以学名命名：常采用二名法即：一个属名+一个种名（均为拉丁字）注意：属名和种名都要用斜体表示斜体表示属名在前，第一个字母大写属名在前，第一个字母大写种名在后，第一个字母小写种名在后，第一个字母小写例子：1.大肠埃希氏杆菌：Escherichia coli 分类学文献中，上述两部分还应加写3项内容，即首次定名人，现定名人和现名的定名年分 如：Escherichia

12、 coli（Migula）Castellani et Chalmers 1919大肠杆菌2.枯草芽孢杆菌（枯草杆菌）Bacillus subtilis（Ehrenberg）Cohn 18723.浮游球衣菌Spgaerotilus natans Kiitzing4.甲烷杆菌属Methanobacterium枯草芽孢杆菌菌落若该菌鉴定到属，没有鉴定到种，则只有属名，如：芽孢杆菌属的名称是Bacillus芽胞杆菌的几种形态有关命名的其他知识1.属名2.种名加词四、微生物的独特研究方法由于个体的微小性以及他们在自然状态下混杂生活，决定了其研究方法的独特性。基本方法：无菌技术无菌技术 纯培养技术纯培养技

13、术 制片、染色及显微观察技术制片、染色及显微观察技术五、微生物的特点体积小体积小 面积大面积大吸收多吸收多 转化快转化快生长旺生长旺 繁殖快繁殖快适应强适应强 易变异易变异分布广分布广 种类多种类多1.体积小，面积大体积小，面积大比面值：某一物体单位体积所占的表面积，物体的体积越小，其比表面积越大如：1cm3豌豆，总表面积6cm2，1cm3球菌，总表面积6m2个体小：微米、纳米个体小：微米、纳米群体表面积大群体表面积大1 1 扩大了吸收面、排泄面、信息交换面扩大了吸收面、排泄面、信息交换面2 2 是将微生物作为群体研究的依据是将微生物作为群体研究的依据3 3 启发人们利用动、植物的微化启发人们

14、利用动、植物的微化意义面积/体积=比面值600/10006/12.吸收多，转化快吸收多，转化快如：Eschericha coli大肠杆菌在1h内可分解其自重100010000倍的乳糖；Candidautilis（产朊假丝酵母）合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比牛强10万倍。吸收速度是人的吸收速度是人的300300万倍万倍E.coliE.coli每小时消耗自身重量每小时消耗自身重量20002000倍倍的糖的糖 意义意义 1 1 为微生物生长提供了充足的物质基础为微生物生长提供了充足的物质基础 2 2 使微生物发挥使微生物发挥“活化工厂活化工厂”的作用的作用3.生长旺，繁殖快生长旺，繁殖快例：E

15、.coli合适条件下，细胞分裂一次仅需12.520min，每昼夜可分裂72次，这时产生4722366500万亿个后代，总重约可达4722吨。二均分裂二均分裂意义意义1 1 1 1 发酵工业：发酵工业：发酵工业：发酵工业：2 2 2 2 遗传学研究：缩短实验周期遗传学研究：缩短实验周期遗传学研究：缩短实验周期遗传学研究：缩短实验周期3 3 3 3 致病菌：传布快，危害大致病菌：传布快，危害大致病菌：传布快，危害大致病菌：传布快，危害大 鼠疫：鼠疫：鼠疫：鼠疫：14141414世纪，欧洲世纪，欧洲世纪，欧洲世纪，欧洲1/41/41/41/4人口死亡人口死亡人口死亡人口死亡 马铃薯晚疫病：马铃薯晚疫

16、病：马铃薯晚疫病：马铃薯晚疫病：18451846184518461845184618451846年，欧洲年，欧洲年，欧洲年，欧洲100100100100万人口饿死万人口饿死万人口饿死万人口饿死 肝炎：肝炎：肝炎：肝炎：80808080年代上海年代上海年代上海年代上海30303030万人口万人口万人口万人口 爱滋病：津巴布韦爱滋病：津巴布韦爱滋病：津巴布韦爱滋病：津巴布韦1/41/41/41/4人口感染人口感染人口感染人口感染4.适应强，易变异适应强，易变异 适应极端环境如高温、高酸、高辐射等；变异频率低，但短时间能产生大量变异的后代。人类(300万年)爬行类(2亿年)两栖动物(3亿年)鱼类、陆

17、生动物(4亿年)后生动物(6亿年)古细菌 蓝细菌 好氧性异养细菌 真核微生物(35亿年)(32亿年)(20亿年)(15亿年)适应强适应强冷：冷：-70-196C-70-196C热：热：300C300C酸、碱、盐：酸、碱、盐：耐压：耐压：合成者+分解者双环生态系统分解者原始的单环生态系统变异性变异性有利面有利面 生产实践中，获得优生产实践中，获得优良特性的变种良特性的变种不利面不利面 菌株耐药性菌株耐药性1 1 发酵工业中，细粮改吃粗粮发酵工业中，细粮改吃粗粮2 2 筛选耐高温菌株筛选耐高温菌株3 3 筛选弱毒菌株筛选弱毒菌株4 4提高单位产量：提高单位产量：19431943年年20U/ml20

18、U/ml，现在几万现在几万U/mlU/ml警钟：滥用抗生素，警钟：滥用抗生素，眼前有好处，长远有眼前有好处，长远有副作用副作用40404040年代：注射年代：注射年代：注射年代：注射10101010万单位万单位万单位万单位/d/d/d/d现在：注射现在：注射现在：注射现在：注射100100100100万单位万单位万单位万单位/d/d/d/d5.分布广，种类多分布广，种类多物种多样性生理代谢类型的多样性代谢产物的多样性遗传基因的多样性生态类型的多样性种类多生理代谢类型多生理代谢类型多代谢产物种类多代谢产物种类多微生物种数多微生物种数多分布广无微不至无微不至无孔不入无孔不入无远不届无远不届无物不食无物不食无险不攀无险不攀1.2 水处理微生物学的研究对水处理微生物学的研究对象和任务象和任务一、研究对象一、研究对象1.微生物学及环境微生物学的基础知识、理论、原理等；2.多样性的微生物资源3.有益微生物4.可用于水处理的新微生物物种的发现、创造5.病原微生物及其他不利环境的微生物二、研究任务 充分利用微生物控制、消除水体控制、消除水体的有机污染物、营养盐类、重金属的污染的污染，利用微生物进行水处理使水资源再生使水资源再生。思考题思考题微生物的分类，命名，特点P9：3，4，6