环境微生物学总课件2013

一、微生物的发现2、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1、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二、微生物的特点不同生物类型细胞大小的比较二微生物的特点1、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1、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=30万二、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2、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吸收多转化快二、微生物的特点一、体积小，比表面积大二、吸收多，转化快3、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。二、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4、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、抗辐射适应性强二、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4、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/次二、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5、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米深的地层温泉二、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5、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。二、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5、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种二、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三、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）分类系统第二章病毒第一节病毒的特性第二节病毒的形状与结构第三节病毒的繁殖第四节噬菌体第五节动物及植物病毒第六节理化因子对病毒的影响第一节病毒的特性一、病毒的发现发现1886年，德国农业化学家迈尔在荷兰的接种试验(烟草花叶病是一种传染性疾病)第一节病毒的特性一、病毒的发现1892年，俄罗斯伊万诺夫斯基烟草花叶病感病因子（细菌滤器滤过性）发现第一节病毒的特性与分类一、病毒的发现发现1935年，美国生物化学家斯坦莱烟草花叶病毒结晶基本特征（1）没有细胞结构（2）只含有DNA或RNA第一节病毒的特性与分类二、病毒的基本特征没有细胞器分化,大多数由蛋白质和核酸组成,有的含类脂和糖在活细胞外仅表现为生物大分子,只有进入宿主细胞后才表现出生命的特征.没有核糖体,没有合成细胞物质和繁殖必备的酶系统,不具独立代谢能力,依靠宿主细胞的酶系统进行复制.（3）缺乏酶系统（4）专性寄生病毒并不是可以感染任何类型的细胞,对宿主有专一性,有些病毒可以发生变异,在不同的宿主体内生长.基本特征根据病毒不同的宿主,可分为:动物病毒植物病毒细菌病毒放线菌病毒藻类病毒真菌病毒三、病毒的分类第一节病毒的特性与分类图6-1病毒和细菌的相对大小支原体痘病毒疱疹病毒流感病毒1μ葡萄球菌细小核糖核酸病毒第二节病毒的形态与结构最大的病毒与最小的病毒天花病毒200×300nm脊髓灰质炎病毒口蹄疫病毒10nm3、蝌蚪状(噬菌体)图6-2病毒的各种形态形态1、杆状或丝状(大多为植物病毒)2、多面体或球形(大多为动物、真菌病毒)一、病毒的形态二、病毒的结构结构图6-3病毒的粒子的基本结构病毒粒子：成熟的或结构完整，有感染性的病毒个体。壳体核酸包膜刺突核壳体第二节病毒的形态与结构二、病毒的结构•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(线状)典型的病毒粒子的形态图6-5烟草花叶病病毒结构（螺旋对称）RNA核壳体二、病毒的结构烟草花叶病毒的杆状壳体由2130个壳粒螺旋排列而成，大约有130个螺旋。二、病毒的结构腺病毒粒子的三维结构人体腺病毒负染照片腺病毒二十面体对称的模式图及负染显微照片。图6-6腺病毒结构（二十面体对称）大肠杆菌的T4噬菌体是由椭圆形的二十面体头部和螺旋对称的尾部组合而成，是病毒中复合对称的代表。二、病毒的结构图6-5大肠杆菌的T4噬菌体结构（复合对称型）三、病毒的化学组成病毒的主要化学组成：核酸：RNA或DNA病毒蛋白：主要功能：A、病毒粒子外壳，保护病毒核酸活性。B、感染的特异性。病毒包含体：寄主细胞中，由寄主蛋白质包裹病毒体形成的聚集体。脂类和糖类：吸附脱壳侵入复制合成装配释放T噬菌体的侵染复制过程第三节病毒繁殖方式受体（脂蛋白、脂多糖）侵入方式：（1）注入（细菌病毒）（2）伤口、昆虫刺吸（植物病毒）（3）吞噬（动物病毒）左：E.coliT噬菌体吸附在E.coli上右：腺病毒吸附在鸡红细胞上第三节病毒繁殖方式图6-7腺病毒粒子的吸收和核酸的脱壳示意图细胞质膜包含体细胞质核孔细胞核病毒粒子第三节病毒繁殖方式一、噬菌体的形态第四节噬菌体基本形态：蝌蚪形、微球形、线状。据蝌蚪形的头部及尾部的特征细分6种。T4Bacteriophage(TEMx390,000)一、噬菌体的形态第四节噬菌体StructureofT4bacteriophageT4噬菌体浸染时的尾壳收缩ContractionofthetailsheathofT4(wheninfectionofhostcell)一、噬菌体的形态第四节噬菌体头尾钉（刺突）尾尾丝尾鞘溶源细胞：含有温和噬菌体的寄主细胞原噬菌体：溶源细胞中的温和噬菌体。二、噬菌体的类型第四节噬菌体毒性噬菌体：病毒粒子复制装配释放从而导致寄主细胞崩溃的噬菌体温和噬菌体：核酸与寄主细胞核酸同步复制而不导致寄主细胞裂解的噬菌体。溶源性细胞的特点：三、溶源性细胞的特点第四节噬菌体51、溶源性——溶源性细菌稳定的遗传特性2、自发裂解3、诱发裂解4、具免疫性四、噬菌体的生长的测定第四节噬菌体噬菌体生长的测定——一步生长曲线一步生长曲线：定量描述一群菌体内毒性噬菌体生长规律的实验曲线。感染后培养过程被噬菌体侵染的菌群培养过程定时取培养液与敏感菌混合平板培养不同取样时间培养液与敏感菌混合平板培养产生的噬菌斑数量的动态一、艾滋病毒第五节动物病毒与植物病毒（一）形态：圆球形（二）侵染特点：逆转录病毒。AIDS：获得性免疫缺失综合病症HIV：人类免疫缺陷病毒（三）传播方式：血液及分泌物经由粘膜表面或皮肤破损处进入一、艾滋病毒第五节动物病毒与植物病毒T淋巴细胞中的爱滋病毒二、昆虫病毒第五节动物病毒与植物病毒防治农林害虫的优势：专一性高扩散性强毒力大后效长环保功能对人类的不利作用：经济昆虫(蜂、蚕)斜纹夜蛾病毒杀虫剂及甜菜夜蛾病毒杀虫剂：一种核型多角体病毒（NPV）三、植物病毒第五节动物病毒与植物病毒被病毒感染的植物（一）植物病毒的构型与形态：包括两种：螺旋对称体、二十面体三、植物病毒第五节动物病毒与植物病毒（二）植物病毒的感染特点：12、植物病毒感染植物后，植株常产生花叶、畸形或植株的枯死。3、植物病毒感染植株后，可在植株细胞内形成细胞包含体。4、入侵方式：昆虫吸食或植株擦伤处第六节环境因子对病毒的影响高温：对热不稳定，55~60摄氏度时，几或十几分钟灭活；1.物理因素对病毒的影响:低温：病毒保持感染性。１）温度对病毒的影响第六节环境因子对病毒的影响2）pH值对病毒的影响:pH6.0~8.0：稳定，pH5以下或pH9以上：迅速失活；第六节环境因子对病毒的影响3）光及其他辐射对病毒的影响:紫外线、X射线、ｒ射线等有灭活病毒作用；在天然水体和氧化塘中，日光对肠道病毒有灭活租用第六节环境因子对病毒的影响４）湿度对病毒的影响:不同病毒在不同湿度环境中的生存时间不同：无被膜的病毒，如小核糖核酸病毒类和腺病毒在相对湿度较高时存活最好；有被膜的病毒，如黏病毒类、森林病毒在相对湿度较底时存活最好；第六节环境因子对病毒的影响２.化学因素对病毒的影响:抗原：病毒抗体：当病毒侵入有机体后，肌体产生一种特异的蛋白质以抗体入侵的外来病毒。干扰素：宿主细胞为了抵抗病毒的入侵，还会产生一种糖蛋白——干扰素，进而诱导宿主产生一种抗病毒蛋白而将病毒灭活。第六节环境因子对病毒的影响３.病毒的存活:１）水体中的病毒的存活：水体温度是影响病毒存活的主要因素；一般而言，肠道病毒滴度下降99.9%所需要的时间：３～５℃：４０～９０ｄ２２～２５℃：２.５～９ｄ３７℃：５ｄ第六节环境因子对病毒的影响３.病毒的存活:２）土壤中的病毒的存活：受土壤的各因子影响，主要受土壤温度和湿度影响：低温存活的时间长于高温；干燥条件减少病毒的生存期；第六节环境因子对病毒的影响３.病毒的存活:３）大气中的病毒的存活：主要受干燥、相对湿度、紫外辐射、温度、风速４）污水处理对病毒的去除效果：一级处理：物理过程去除效果小，３０％二级处理：去除率９０～９９％三级处理：深度处理，病毒进一步消除，使病毒滴度常用对数值下降４～６第三章原核微生物第一节细菌第二节古细菌第三节真细菌第一节细菌细菌含义的界定三原界中的真细菌原核生物：真细菌和古细菌细菌分类学的工作内容分类：依据相似性和进化关系划分鉴定：通过系统测定，确定菌株在类群中的所属关系命名：根据国际通用法则给所鉴定的菌株以学名。真细菌古细菌真核生物原核生物第一节细菌细菌分类系统界门纲目科属种基本单位亚级亚种第一节细菌的分类与鉴定国际命名法则：林奈的双名法亚种：subsp.（subspecies）变种：var.(variety)学名=属名+种名+命名人姓氏枯草芽孢杆菌：BacillussubtilisCohn荧光假单胞菌纤维素亚种：Pseudomonasfluorescenssubsp.cellulosae亚种第一节细菌1、细胞的形状和大小（1）形状：细菌的基本形状第一节细菌1、细胞的形状、大小（1）形状——球菌单球菌双球菌链球菌球菌分裂后的子细胞的连接方式八叠球菌四联球菌葡萄球菌第一节细菌1、细胞的形状和大