环境工程微生物学1-3章

绪论微生物定义:肉眼看不到的，必须借助光学显微镜或电子显微镜才能看见的微小生物的总称（直径≤1mm（0.1mm)）种类:1.非细胞形态的微生物：真病毒和亚病毒，真病毒就是我们通常意义上所讲的病毒，以DNA或者RNA为遗传物质，外面有衣壳粒包裹。亚病毒则包括类病毒，拟病毒和朊病毒2.细胞形态的微生物:原核微生物（细菌、古菌、放线菌、蓝细菌、支原体、衣原体、立克次氏体）、真核微生物（藻类、真菌（酵母菌、霉菌）、原生动物、微型后生动物）分类：（按照其生物属性）从大到小，按照界、门、纲、目、科属、种等分类五界分类系统六界分类系统微生物命名-双（二）名法：拉丁文（斜体）1.学名=属名+种名+（首次定名人）+现定名人+定名年份2.学名=属名+种名+菌株（用字母、符号等字形表示）3.学名=属名+sp.(或spp.)sp.（单数）或spp.（复数）表示未定种的含义Bacillussubtilis枯草芽孢杆菌Escherichiacoli大肠杆菌Staphylococcusaureus金黄色葡萄球菌B.anthracis炭疽芽孢杆菌Pseudomonassp.一种假单胞菌属细菌Pseudomonasspp.几种假单胞菌属细菌原核生物和真核生物（细胞形态的生命体）对比原核生物：没有核膜，有核区，核质裸露，无细胞器。真核生物：有发育完好的细胞核，核内有核仁和染色体。有核膜将细胞核和细胞质分开，使两者有明显的界线。有高度分化的细胞器，如线粒体、叶绿体、高尔基体、溶酶体等微生物的特点（五大共性）（一）个体极小，比表面积大（比表面积大是五大共性的基础，使微生物具有巨大的营养吸收面、代谢废物的排泄面和环境信息的接受面。优点：乳酸杆菌一小时内生成的乳酸约为其体重的1000～10000倍。）（二）繁殖快、代谢速率快（微生物这个特性为它们生长繁殖和产生大量代谢产物提供了物质基础，人类对微生物的利用主要体现在它们的生物化学转化能力。根据这一特点可应用于发酵工业，解决人口与粮食的矛盾。可提供单细胞蛋白，作为饲料等）（三）数量多（四）易变异（五）种类多、分布广、代谢类型多样作业1、微生物是如何分类的？2、微生物有那些特点？3、试述原核微生物与真核微生物的区别，它们各自包括那些微生物？第一章非细胞结构的超微生物-病毒微生物学基础1概念：病毒是没有细胞结构，专性寄生在活的敏感宿主体内，可通过细菌过滤器，大小在0.2μm以下的超微小微生物2结构：病毒没有核糖体，不能合成蛋白质，也没有合成细胞物质和繁殖所必需的酶系统，不具有独立代谢的能力，必须专性寄生在活的敏感宿主细胞内，依靠宿主细胞合成病毒的化学组成和繁殖新个体。在活的敏感宿主细胞内，是具有生命的超微生物，在宿主体外，以无生命的化学大分子状态长期存在并保持其侵染活性。病毒是非细胞生物，单个病毒个体不能称作“单细胞”，称为病毒粒子或病毒颗粒（virion，virusparticle）。3特点：1.形体微小，在电子显微镜下观察，一般都可通过细菌滤器；2.没有细胞构造，故也称分子生物；3.其主要成分仅有核酸和蛋白质两种；4.一种病毒只有一种核酸，不是DNA就是RNA5.既无产能酶系也无蛋白质合成系统；6.在宿主细胞的协助下，通过核酸的复制和核酸蛋白装配的形式进行增殖，不存在个体的生长和二分裂法等细胞繁殖方式7.在宿主的活细胞内营专性寄生；8.在离体条件下，能以无生命的化学大分子状态存在，并可形成结晶；9.经提纯的病毒结晶能保持侵染力；人类传染病中，约70—80%属于病毒病，每一种植物至少有一种病毒引起的病害。10.对抗生素不敏感，但对干扰素敏感；迄今，还未发现一种药剂或抗菌素对人、动植物体内病毒有效的药物，也没有一种药剂能杀死细胞体内的病毒而又不伤害寄主。经提纯分离在体外的病毒结晶，用不少药物都可杀死，但寄主细胞内的病毒均不敏感。4分类：根据核酸分类：DNA病毒和RNA病毒5构成：病毒蛋白质的功能：保护病毒使其免受环境因素的影响；决定病毒感染的特异性；使病毒与敏感细胞表面特定部位有特异亲和力，病毒可牢固的附着在敏感细胞上；病毒蛋白质还有致病性、毒力和抗原性核酸的功能：决定病毒遗传、变异和对敏感宿主细胞的感染力。6病毒有三种对称性构型廿面体对称的结构(球状)螺旋对称的结构(杆状)复合对称的结构(蝌蚪状)78病毒的繁殖吸附；噬菌体尾部末端吸附到细胞表面上细胞壁、鞭毛或纤毛上，是一种特异性结合的过程，取决于噬菌体蛋白与宿主菌表面受体分子结构的互补性。侵入；尾丝固着在细胞壁上，尾部的酶水解细胞壁的肽聚糖形成小孔，尾鞘收缩将尾髓压入宿主细胞内，尾髓将头部的核酸注入宿主细胞内，蛋白外壳留在外面，宿主细胞壁的小孔被修复。动物病毒借助胞饮作用或直接穿过膜，植物病毒则通过伤口或昆虫刺吸传染。从吸附到侵入，时间间隔很短，只有几秒到几分钟复制；复制与装配：噬菌体核酸进入寄主细胞后，宿主细胞内的核酸不能按照自身的遗传特性复制和合成蛋白质，而被噬菌体核酸所携带的遗传信息控制，借用宿主细胞的合成机构如核糖体、mRNA、tRNA、ATP及酶等复制核酸，合成噬菌体的蛋白质，核酸和蛋白质聚集合成新的噬菌体，称为装配。T4的装配过程：先合成含DNA的头部，然后合成尾部的尾鞘、尾髓和尾丝，并逐个加上去装配成完整的大肠杆菌T4噬菌体。聚集和释放；宿主细胞的裂解和成熟噬菌体粒子的释放：噬菌体粒子成熟后，噬菌体的水解酶水解宿主细胞壁引起寄主细胞的裂解，释放出病毒粒子。9噬菌体的类型：毒性噬菌体：能在宿主细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌。温和噬菌体：噬菌体基因与宿主染色体整合，不产生子代噬菌体，但噬菌体DNA能随细菌DNA复制，并随细菌的分裂而传代。10溶原性：前噬菌体可自发地或在某些理化和生物因素的诱导下脱离宿主菌基因组而进入溶菌周期，产生成熟噬菌体，导致细菌裂解。这种产生成熟噬菌体颗粒和溶解宿主菌的潜在的能力整合在细菌基因组中的噬菌体基因组称为前噬菌体带有前噬菌体基因组的细菌称为溶原性细菌某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变，称为溶原性转换11在固体培养基上-噬菌斑：将少量噬菌体与大量宿主细胞混合后，将此混合液与45℃左右的琼脂培养基在培养皿中充分混匀，铺平后培养。经数小时至10余小时后，在平板表面布满宿主细胞的菌苔上，可以用肉眼看到一个个透亮不长菌的小圆斑，这就是噬菌斑。每一个噬菌斑一般是由一个噬菌体粒子形成的。补充：P书18空斑数判断病毒数=瓶内空斑平均数*病毒稀释度/每瓶的病毒接种量病毒的滴度：能产生培养管中的50%CPE(细胞病理效应)的最高病毒稀释度（最少的病毒量）称TCLD50（细胞培养感染剂量）敏感动物用ID50(使50%的敏感动物发生变化的感染剂量)或LD50（引起50%的敏感动物死亡的致死剂量）12敏感细胞要求具备以下条件：1.活的敏感宿主或活的敏感宿主组织细胞；2.能够提供病毒附着的受体；3.敏感细胞内没有破坏病毒的限制性核酸内切酶，病毒进入细胞就可生长繁殖13病毒对物理化学因素的抵抗力物理因素：1温度：在宿主细胞外的病毒大多数在55-65℃范围内不到1h灭活。高温使病毒的核酸和蛋白质衣壳受损伤，蛋白质的变性作用阻碍了病毒吸附到宿主细胞上，削弱病毒的感染力。低温不会灭活病毒，通常在-75℃保存病毒2光紫外辐射：有灭活病毒的作用。灭活的部位是病毒的核酸，形成胸腺嘧啶二聚体。可见光：大多数肠道病毒对可见光很敏感而被杀死，称为“光灭活作用”。离子辐射：X射线、γ射线也有灭活作用。3干燥：化学因素1.体内灭活：抗体、干扰素2.体外灭活：破坏蛋白质的化学物质：酚、醇、过氧乙酸、低离子强度环境破坏核酸的化学物质：甲醛、亚硝酸、氨影响脂类的化学物质：醚、SDS、氯仿、去氧胆酸。如流感病毒含氯消毒剂：次氯酸分子量小，易扩散到细菌表面，并穿透细胞膜进入菌体内，使菌体蛋白氧化,破坏细菌酶系统，使糖代谢失调而导致细菌死亡。可杀灭各种微生物，细菌、病毒、真菌、结核杆菌和抗力最强的细菌芽胞过氧乙酸消毒机理：过氧乙酸具有很强的氧化作用，可将菌体蛋白质氧化而使微生物死亡。对多种微生物，包括芽胞及病毒都有高效、快速的杀菌作用酒精消毒机理：酒精能渗入细菌体内，使组成细菌的蛋白质凝固。酒精浓度越高，使蛋白质凝固的作用越强。高浓度的酒精与细菌接触时，就能使菌体表面迅速凝固，形成一层包膜，阻止了酒精继续向菌体内部渗透。细菌内部的细胞没能彻底杀死。待到适当时机，包膜内的细胞可能将包膜冲破重新复活。如果使用70%～75％的酒精，既能使组成细菌的蛋白质凝固，又不能形成包膜，能使酒精继续向内部渗透，而使其彻底消毒杀菌。经实验，若酒精的浓度低于70％，也不能彻底杀死细菌甲醛消毒机理烷化剂，能凝固蛋白质和溶解类脂,能与氨基结合而使蛋白质变性,导致菌体死亡，具有强大的广谱杀菌作用。其中，对核酸的烷化作用比对蛋白质更利于杀灭病原微生物。甲醛低浓度抑菌，高浓度杀菌。在体内能形成碳正离子或其他具有活泼的亲电性基团的化合物，与细胞中的生物大分子（DNA，RNA，酶）中含有丰富电子的基团（如氨基，巯基，羟基，羧基、磷酸基等）发生共价结合，使其丧失活性或使DNA分子发生断裂，导致细胞死亡。低离子强度环境消毒机理低离子强度环境（低渗缓冲溶液）：能使病毒蛋白衣壳发生细微变化，阻止病毒附着在宿主细胞上。亚硝酸消毒机理亚硝酸与病毒核酸反应导致嘌呤和嘧啶碱基脱氨基作用；氨消毒机理氨可引起病毒颗粒内的RNA降解作业1.病毒是一类什么样的微生物？它有什么特点？2.叙述大肠杆菌T噬菌体的繁殖过程。3.什么叫毒性噬菌体？什么叫温和噬菌体？4.破坏病毒的蛋白衣壳、核酸和被膜的化学物质有哪些？第二章原核微生物1.细菌的形态与大小：单细胞不分枝的原核微生物。球菌：球形或椭圆形，不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式，可作为分类依据。分有：单球菌（脲微球菌）、双球菌（肺炎链球菌）、链球菌（乳链球菌）、四联球菌、八叠球菌（甲烷八叠球菌）、葡萄球菌（金黄色葡萄球菌）杆菌：杆状或圆柱形，菌体直或稍弯，粗短或细长。末端钝圆、尖、膨大或平裁状。粗细稳定，长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。分有：单杆菌、双杆菌和链杆菌等。螺旋菌：螺旋菌呈螺旋卷曲状，螺纹不满一圈的称为弧菌。丝状细菌：分布在水生境，潮湿土壤和活性污泥中23(一)细胞壁：是包围在细胞最外的一层（一般结构）厚实、坚韧的外被。不同细菌，细胞壁在结构和成分上各有自己的特点。分为革兰阳性菌与阴性细胞壁革兰阳性菌革兰阴性菌强度较坚韧较疏松厚度20-80nm10-15nm肽聚糖层数可多达50层1-2层肽聚糖含量占细胞壁干重40%-80%占细胞壁干重10%磷壁酸+-脂肪1-4%11-12%蛋白质约20%约60%脂多糖-+功能：①固定细胞外形；②保护细胞免受外力的损伤③阻拦大分子物质进人细胞；如相对分子质量大于10,000的物质就不能通过④使细胞具有致病性及对噬菌体的敏感性。⑤为鞭毛提供支点，使鞭毛运动（二）细菌的染色程序：①涂片固定②初染（结晶紫30-60S）③媒染剂（碘液30-60S）④脱色（95%乙醇10~20S）⑤复染（蕃红30~60S）菌体呈紫色的为革兰氏阳性菌（G+）菌体呈红色的为革兰氏阴性菌（G-）革兰氏染色机理1.与细菌等电点有关P书362.与细胞壁有关：G＋的等电点在PH2-3，比G-（PH4-5）低，说明G＋带的负电荷比G-多，因此与草酸铵结晶紫结合的力大，用碘-碘化钾媒染后，两者的等电点均降低，但G＋等电点降低的多，故与草酸铵结晶紫结合比G-更牢靠，对乙醇脱色的抵抗力更强，因此，G＋的菌体与草酸铵结晶紫、碘-碘化钾形成的复合物不易被乙醇提取，呈紫色。降低细胞壁的通透性，阻止乙醇分子进入细胞，草酸铵结晶紫和碘-碘化钾的复合物被截留在细胞内而不被脱色，仍呈现紫色。3.核糖核酸镁盐-蛋白质复合物（RNA-Mg2+盐）：碘液在菌体内与结晶紫结合后又和菌体内核糖核酸镁盐-蛋白质复合物结合，此结合物不易被丙酮酒精脱掉，呈革兰氏染色阳性。因G-缺乏核糖核酸镁盐，故对碘与结晶紫结合物摄取少，且不牢固，易被丙酮酒精脱色而呈革兰氏染