环境工程微生物学第一章绪论

环境工程微生物学教学目标与主要内容1、微生物的主要类群及生理、生态特性，2、微生物营养、生长繁殖、遗传变异、基因工程等，3、微生物代谢以及污染物的微生物降解与转化规律，污染控制与治理技术中所涉及的微生物学原理，4、水体、土壤、空气、污水和固体废物生物处理中的微生物及其生态。作业与考核（暂）每章布置和收交作业，作业成绩占本课程总成绩的10%。期末考试前有一次60分钟的阶段测验(?)，期末考试时间为120分钟。课程总成绩依据下列权重评定：平时成绩30%；期末考试占70%。环境工程微生物学试题类型一、名词解释转化二、填空细菌基本形态：，，。三、多项选择题（将正确答案填在括号内）（）五界系统不包括A、原核生物界B、真菌界C、病毒界D、原生生物界四、判断题（以表示正确，表示错误，答案填在括号内）（）1、微生物分类单位是界门纲目科属种。五、论述题1、试述微生物五大特点及含义，结合专业谈谈你对微生物特点的认识。第一章绪论第四节微生物学的发展史第一节微生物的基本概念第二节微生物的特点第三节微生物在生物界的地位和分类第五节环境及环境工程微生物学的研究内容第一节微生物的基本概念一、微生物的发现1676年，荷兰，列文虎克，单式显微镜（复制品）第一节微生物的基本概念一、微生物的发现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、微生物的发现第一节微生物的基本概念二、微生物的定义细小的肉眼看不见的生物称微生物。非细胞生物原核生物部分真核生物（真菌、藻类、原生动物）微生物一、体积小，比表面积大单位：um(10-6m)或nm(10-9m)2μm0.5μm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粒芝麻的长度微生物的体积大小第二节微生物的特点不同生物类型细胞大小的比较第二节微生物的特点一、体积小，比表面积大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一、体积小，比表面积大微生物的比表面积比表面积：个体的表面积与体积之比。设定：人的比表面积=1则：(与人等重)大肠杆菌比表面积=30万第二节微生物的特点设球菌半径r=0.5μm球菌表面积(S)＝4πｒ2＝3.1416μｍ2球菌体积(V)＝4／3πｒ3＝0.236μｍ3比表面=S/V＝3.1416/0.5236=6设球菌半径ｒ＝2μｍ球菌面积(S)＝50.3μｍ2球菌体积(V)＝33.5μｍ3比表面=S/V＝50.3/33.5＝1.5一、体积小，比表面积大二、吸收多，转化快人（50kg）500~1000g/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0.5kg蛋白质/24h微生物细胞合成自身重量30-40倍的细胞物质/24h吸收多转化快第二节微生物的特点一、体积小，比表面积大二、吸收多，转化快三、生长旺，繁殖速大肠杆菌在合适的生长条件下：12.5~20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2.2×1043个后代。第二节微生物的特点地球重的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38252.7×10^11大肠杆菌18371.2×10^24根瘤菌110258.2×10^3枯草杆菌31307.2×10^13光合细菌144301.0×10^3酿酒酵母120304.1×10^3念珠藻1380252.1硅藻1020202.64小球藻4202510.6草履虫642264.92一、体积小，比表面积大二、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。耐0～－196℃低温耐250℃～300℃的高温耐盐（饱和盐水）耐干燥（产芽孢细菌、真菌孢子）耐酸碱、耐缺氧、耐毒物、抗辐射适应性强第二节微生物的特点一、体积小，比表面积大二、吸收多，转化快三、生长旺，繁殖速四、适应性强，易变异易变异青霉素生产菌的发酵水平1940年每毫升20单位2000年每毫升10万单位青霉素的使用剂量：1940年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/次第二节微生物的特点青霉素对金黄色葡萄球菌最低抑制浓度0.02μg/ml200μg/ml一、体积小，比表面积大二、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米深的地层温泉第二节微生物的特点一、体积小，比表面积大二、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。第二节微生物的特点一、体积小，比表面积大二、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种第二节微生物的特点微生物的微观性研究手段的限制分离培养的局限第三节微生物在生物界的地位无细胞结构生物—病毒具细胞结构生物生物原核生物真核生物真细菌古细菌真菌藻类原生动物动物植物真细菌真菌藻类原生动物动物植物真核生物古细菌生物沃氏提出的三域（三原界）分类系统生物的界级分类学说随着人们对微生物认识的逐步深化，近一百多年来，从两界系统经历过三界系统、四界系统、五界系统甚至六界系统，最后又出现了三域系统。图生物界级学说的发展（阴影部分为微生物）五界系统1969年Whittaker提出了五界学说，五界系统包括：动物界（Animalia）；植物界（Plantae）；原生生物界（Protista）包括原生动物、单细胞藻类、粘菌等；真菌界（Fungi）包括真菌和酵母菌；原核生物界（Monera）包括细菌、蓝细菌等。图Whittaker的五界系统示意图以纵向显示从原核生物到真核单细胞生物再到真核多细胞生物的三大进化阶段，而以横向显示光合营养（photosynthesis）、吸收式营养（absorption）和摄食式营养（ingestion）这三大进化方向。三域系统根据16SrRNA及18SrRNA核苷酸顺序的同源性测定，Woese等提出了三域学说（ThreeDomainsTheory)在生物进化过程的早期，存在着一类各生物的共同祖先，由它分三条进化路线，亦即形成了三个域：①古菌（Archae）域包括产甲烷菌，极端嗜盐菌和嗜热嗜酸菌；②真细菌（Eubacteria）域包括蓝细菌和各种除古细菌以外的其他原核生物；③真核生物（Eucaryotes）域包括原生生物、真菌、动物和植物。Woese三原界分类系统微生物分类Microbialtaxonomy分类主要是探索生物之间的亲缘关系，把它们归纳为互相联系的不同类群。具体任务就是分类、鉴定和命名。一、分类单位与命名分类单位:界,门,纲,目,科,属,种种是最基本的分类单位,它是一大群表型特征高度相似，亲缘关系极其相近，与同属内其它种有着明显差异的菌株的总称。种以下又分亚种subsp.(变种var.),型,类群,菌株(品系)。菌株(品系)(strain):表示任何由一个独立分离的单细胞繁殖成的纯种群体及其一切后代。命名命名按照《国际细菌命名法规》,采用林奈氏双名法。属名+种名+首次定名人+现名定名人+定名年份如大肠杆菌:Escherichiacoli(Migula)Castellani&Chalmers1919属名:名词,大写首字母,一般描绘主要形态或生理特征。种名:形容词,小写,代表一个种次要特征。未确定种名或不指特定的种时，可在属名后加sp.表示。举例真菌界真菌门子囊菌纲原子囊亚纲内孢霉目内孢霉科酵母亚科酵母属酿酒酵母FungiEumycophytaAscomycetesProtoascomycetesEndomycetalesEndomycetaceaeSacchromycetoideaeSacchromycesS.cerevisiaeHansen生物命名采用林奈氏双名法：属名（名词，首字母大写）+种名（形容词）+定名人界Kingdom动物界植物界真菌界门Phylum脊索动物门维管束植物门真菌门纲Class哺乳纲双子叶植物纲子囊菌纲目Order灵长目桔梗目内孢霉目科Family人科菊科内孢霉科属Genus人属Homo菊属Chrysanthemum酵母属种Species人sapiens雏菊leucanthemum酿酒酵母Sacchromycescerevisiae二、分类依据1、形态特征（个体和群体）细胞形态：形状、大小、排列、染色反应等。培养：固体—菌落，半固体—穿刺，液体。2、生理生化反应营养要求：碳源、氮源、营养类型代谢产物：种类、产量、显色反应酶：产酶种类、反应特性分类依据3、生态学特征相互关系、宿主种类、与氧关系等。4、生活史5、血清学反应近年又发展了红外光谱，GC含量，DNA杂交等。三、分类系统原核生物：《伯杰氏细菌鉴定手册》第8版，1973《伯杰氏系统细菌学手册》第9版，1984Bergey`smanualofSystematicBacteriology真菌：Ainsworth(1973)系统酵母：Lodder分类系统一、史前时期（直观应用时期）第四节微生物学的发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（形态学发展时期）第四节微生物学的发展历史（17世纪下半叶——十九世纪中叶）使用显微镜观察微生物世界的时期。代表人物：列文·虎克贡献:（１）发现了微生物世界（２）科学地描述了微生物的形态并阐述了它们的繁茂性．一、史前时期二、形态学发展时期三、奠基时期（生理学发展时期）第四节微生物学的发展历史十九世纪下叶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？一、史前时期二、形态学发展时期三、奠基时期（生理学发展时期）第四节微生物学的发展历史１、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、形态学发展时期三、奠基时期（生理学发展时期）第四节微生物学的发展历史１、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、形态学发展时期三、奠基时期（生理学发展时期）第四节微生物学的发展历史１、巴斯德与自然发生说巴斯德反驳自然发生说的三个实验一、史前时期二、形态学发展时期三、奠基时期（生理学发展时期）第四节微生物学的发展历史１、巴斯德与自然发生说巴斯德反驳自然发生说的三个实验一、史前时期二、形态学发展时期三、奠基时期（生理学发展时期）第四节微生物学的发展历史１、巴斯德与自然发生说巴斯德反驳自然发生说的三个实验２、科赫与疾病的病菌说一、史前时期二、形态学发展时期三、奠基时期（生理学发展时期）第四节微生物学的发展历史德国，乡村医生，科赫２、科赫与疾病的病菌说一、史前时期二、形态学发展时期三、奠基时期（生理学发展时期）第四节微生物学的发展历史健康者病者接触传染物感染得病２、科赫与疾病的病菌说三、奠基时期（生理学发展时期）第四节微生物学的发展历史科赫的有关实验——病原菌的发现炭疽病——炭疽芽孢杆菌科赫法则(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，而健康动物中没有；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，能引起健康动物发病；4、可疑有机体被再次分离，并且和最初分离的有机体一样；２、科赫与疾病的病菌说一、史前时期二、形态学发展时期三、奠基时