水处理微生物学课件

水处理微生物学1.绪论1.1微生物概论一、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µm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(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）二、人类对微生物的认识史（1）一个难以认识的微生物世界艾滋病，12～13年的潜伏期，人类免疫缺陷病毒（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。花生上的黄曲霉黄曲霉菌落（2）微生物学发展史史前期：约8000年前～1676，制曲、酿酒等初创期：1676～1861，形态描述阶段，列文虎克自制显微镜奠基期：1861～1897，生理水平研究，巴斯德，科赫发展期：1897～1953，生化水平研究，E.BÜchner成熟期：1953～至今，分子生物学水平研究，J.Watson和F.Crick三、微生物的分类和命名三个概念1.分类（classification）：解决从个别到一般或从具体到抽象的问题。2.鉴定（identification）：与分类的概念相反。3.命名（nomenclature）：为新发现的微生物确定一个新学名。（1）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》2000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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：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，16SrRNA碱基序列分析等（2）水处理中常见的微生物微生物病毒界：病毒，亚病毒原核生物界蓝藻门细菌门真细菌放线菌古菌立克次氏体、衣原体、支原体真菌界酵母菌霉菌动物界微型后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属名在前，第一个字母大写种名在后，第一个字母小写例子：1.大肠埃希氏杆菌：Escherichiacoli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：Escherichiacoli（Migula）CastellanietChalmers1919大肠杆菌2.枯草芽孢杆菌（枯草杆菌）Bacillussubtilis（Ehrenberg）Cohn18723.浮游球衣菌SpgaerotilusnatansKiitzing4.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、微生物的特点1.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6m22.吸收多，转化快如：Escherichacoli在1h内可分解其自重1000～10000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。3.生长旺，繁殖快例：E.coli合适条件下，细胞分裂一次仅需12.5～20min，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。4.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。5.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1.2环境工程微生物学的研究对象和任务一、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.可用于污染治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1.充分利用有益资源，防止有害活动2.微生物对废物的处理、净化环境……………思考1.微生物是如何分类的？2.生物的分界有几种分法，是如何划分的？4.微生物是如何命名的？5.微生物有哪些特点？6.写出大肠埃希氏杆菌和枯草芽孢杆菌的拉丁文全称。第二章病毒和亚病毒拟病毒：只含有不具独立侵染性的RNA或DNA组分非细胞生物真病毒：至少含有核酸和蛋白质两种组分亚病毒类病毒：只含独立侵染性的RNA组分朊病毒：只含单一蛋白质组分2.1病毒的特征与分类1892年，俄罗斯学者伊万诺夫斯基首次发现了烟草花叶病的感病因子可通过细菌滤器1935年，美国生物化学家斯坦莱从烟草花叶病叶中提取出了病毒结晶病毒：没有细胞结构专性寄生在活的敏感细胞内0.2µm以下电镜下的病毒2.1.1病毒的特点形体极其微小没有细胞构造每种病毒只含一种核酸专性寄生以核酸和蛋白质的装配实现大量繁殖离体条件，为无生命的生物大分子，长期保持侵染活力对抗生素不敏感，对干扰素敏感有的病毒核酸可整合到宿主基因组，诱发潜伏性感染2.1.2病毒的分类按专性宿主分类：1.动物病毒寄生在人体和动物体内，引起疾病艾滋病病毒非典冠状病毒肝炎病毒引起的疾病有：流感、艾滋病、麻疹、腮腺炎、甲肝、乙肝等2.植物病毒寄生在植物体内，引起疾病如烟草花叶病、番茄丛矮病、马铃薯退化病、水稻萎缩病和小麦黑穗病等烟草花叶病毒3.细菌病毒－噬菌体1917年D.Herelle在人的粪便中发现；环境毒理学中将其作为模式病毒；可评价水与废水的处理效率；杀菌。噬菌体3.放线菌病毒4.藻类病毒5.真菌病毒DNA病毒细小病毒组的成员一般是ssDNA其余病毒都是dsDNARNA病毒呼肠孤病毒组的成员是dsRNA其余的病毒都是ssRNA注：动物病毒以线状的为dsDNA和ssRNA多，植物病毒以ssRNA为多，噬菌体以线状的为dsRNA多按核酸分类2.2病毒的形态和结构1.病毒的大小多数能通过细菌过滤器，直径多数在100nm（20～200nm）上下；最大的病毒：牛痘苗病毒，直径200nm最小的病毒：口蹄疫病毒，直径22nm2.病毒的形态动物病毒的形态有：球形、卵圆形、砖形等植物病毒的形态有：杆状、丝状和球状噬菌体的形态有：蝌蚪状和丝状粘病毒痘病毒疱疹病毒噬菌体病毒的形态和相对大小病毒的群体形态（小知识）大量聚集并使宿主细胞发生病变时，就形成了具有一定形态、构造并能用光学显微镜观察和识别的特殊“群体”。如：动植物细胞中的病毒包涵体植物病毒在植物叶片上的枯斑这类“群体形态”有助于病毒的分离、纯化、鉴别和计数等3.病毒的化学组成和结构（1）化学组成蛋白质和核酸个体大的病毒除含蛋白质和核酸，还含脂类和多糖病毒粒子的结构图(2)结构病毒粒子：成熟的或结构完整的、具有感染力的病毒体病毒粒子有两种：不具被膜的裸露病毒粒子在核衣壳外面有被膜包围所构成的病毒粒子病毒粒的对称体制病毒粒的对称体制只有两种，即螺旋对称和二十面对称；另外一些结构复杂的病毒，实质上是上述两种对称结合的结果，也称为复合对称。A.二十面对称代表病毒为腺病毒（Adenovirus）二十面体腺病毒模式图B.螺旋对称型代表病毒为烟草花叶病毒（TMV）该病毒核酸外由蛋白质衣壳包裹和保护，结构十分稳定，室温下保存50年不丧失侵染力TMV模式图C.复合对称型二十面体对称螺旋对称代表病毒为T偶数噬菌体，有3种，即T2、T4和T6T系噬菌体模式图2.3病毒的繁殖2.3.1病毒的繁殖动物病毒、植物病毒和噬菌体的繁殖过程基本相似，此处以大肠杆菌T系噬菌体为例介绍繁殖过程有如下四步：吸附，侵入，复制，聚集与释放1.吸附T系噬菌体以尾部末端吸附到敏感细胞表面的某一特定的化学成分；噬菌体与大肠杆菌相对大小吸附侵入2.侵入尾部酶水解细胞壁的肽聚糖形成孔，尾鞘消耗ATP获得能量而收缩将尾髓压入大肠杆菌细胞，尾髓将头部的DNA注入宿主细胞3.复制与聚集装配噬菌体的装配4.噬菌体的释放噬菌体粒子成熟后，其水解酶水解宿主细胞壁而使宿主细胞裂解，噬菌体粒子被释放，进而重新感染新的宿主细胞。噬菌体的释放2.3.2病毒的溶原性毒（烈）性噬菌体侵入宿主细胞后，能引起宿主细胞裂解的噬菌体。温和噬菌体侵入宿主细胞后，其核酸附着并整合在宿主染色体上，和宿主的核酸同步复制，宿主细胞不裂解而继续生长宿主DNA噬菌体DNA噬菌体DNA和宿主染色体整合病毒的溶原性反应原噬菌体在溶原细胞内的温和噬菌体核酸称为原噬菌体。原噬菌体随宿主细胞分裂传给子代细胞，子代也成为溶原细胞。溶原性是遗传特性。原噬菌体没有感染力，一旦脱离溶原性细菌的染色体后即恢复复制能力，形成毒性噬菌体。溶原性噬菌体的命名在敏感菌株的名称后加括号，括号内写上λ，如：大肠杆菌溶原性噬菌体的全称EscherichiacoliK12(λ)株名表示溶原性噬菌体2.4病毒的培养2.4.1病毒的培养特征1.液体培养敏感菌株接种液体培养基培养液变混浊噬菌体接种培养液变透明2.固体培养基敏感细菌感染噬菌体形成空斑2.4.2病毒的培养基敏感细胞具备的条件（1）活的敏感细胞（2）能提供病毒附着的受体（3）敏感细胞内没有破坏特异性病毒的限制性核酸内切酶动物病毒的培养基植物病毒的培养基噬菌体的培养基2.4.3病毒的培养动物病毒的培养动物接种方法鸡胚接种方法组织培养技术病毒的滴度指能产生培养管中的50％CPE（细胞病理效应）的最高病毒稀释度（最少的病毒量），称为TCLD50（组织培养感染剂量）若是敏感动物，则用ID50（使50％敏感动物发生变化的感染剂量）或LD50（引起50％敏感动物死亡的致死剂量）表示病毒的滴度。2.5环境因素对病毒的影响及在污水处理过程中的去除效果2.5.1物理因素对病毒的影响1.温度宿主细胞外的病毒，55～65℃范围内1h可灭活高温灭活病毒的机理高温使病毒的核酸和蛋白质均受损伤，但灭活蛋白质更快；蛋白质变性阻碍了病毒吸附在宿主细胞上，削弱其感染力。注：低温不会灭活病毒2.光及其他辐射（1）紫外辐射灭活部位是病毒的核酸，使核酸中的嘧啶环受到影响。（2）可见光日光对肠道病毒有灭活作用。（3）离子辐射X射线等3.干燥相对湿度（RH）病毒存活时间7％腺病毒2型8周柯萨奇病毒B32周35％肠病毒20周2.5.2化学因素对病毒的影响1.破坏病毒蛋白质的化学物质酚、低渗缓冲溶液环境2.破坏核酸的化学物质甲醛，亚硝酸，氨3.影响病毒脂类被膜的化学物质醚，十二烷基硫