第一章环境微生物概述20072008第二学期

环境工程微生物学环境本科生专业基础课总学时:54（38）理论课：36（28）学时；实验：18（10）学时学分:3（2）多媒体考查（试）2008年8月为什么学？20世纪50年代“八大公害”事件:比利时马斯河谷烟雾美国洛杉机光化学烟美国多诺拉烟雾日本水俣病英国伦敦烟雾日本富山骨痛病日本四日市哮喘日本米糠油为什么学？20世纪50年代我国污染严重：上海黄浦江、苏州河、太湖、巢湖、淮河、海河、昆明滇池、东北松花江等均污染严重；80年代后，乡镇河流污染也严重；贵州省而言，大量煤矿、汞矿、土法练锌活动，环境问题日趋突出。为什么学？对环境污染治理技术的研究尤为重要20世纪50年代发达国家开始治理环境，取得一定成效。我国于60年代末才意识环境污染的危害，在上海、北京、天津等开始不同程度处理废水。常用的治理方法：物理法：拦截污染物法、重力法、吸附法等化学法：中和法、氧化还原法、沉淀法等微生物法：好氧生物法、厌氧生物法等特点：容易发生变异，随着新污染物增多，微生物种类和数量也显得多样化，来源广泛、价格便宜、处理效果好等。生物工程方面：制药；深圳科兴生物工程有限公司采用DNA重组技术生产赛若金，抗癌、肿瘤、乙肝等；为什么学？中科院微生物研究所从上世纪50年代开始，积极将微生物资源应用于工业微生物、病原微生物及生物安全与免疫等三大领域，在真菌学、放线菌分类学、极端微生物学、工业微生物学、植物生物技术及病原微生物与免疫方面的科研成果遍布全国，创造了丰厚的经济效益。曾为我国发酵产业，包括食品、药物、维生素C等重大工艺创新作出过重大贡献。环境工程中：固定化微生物细胞处理工业废水、筛选优势菌处理特种废水（焦化废水、矿山废水）等应用广泛。学什么？绪论第一篇微生物学基础第一章非细胞结构的超微生物－病毒第二章原核微生物第三章真核微生物第四章微生物的生理第五章微生物的生长繁殖与生存因子学什么？第二篇微生物生态与环境生态工程的微生物作用第一章微生物生态第二章微生物在环境物质循环中的作用第三章水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理第四章污、废水深度处理和微污染源水处理中的微生物学原理第五章有机固体废弃物与废气的微生物处理及其微生物群落学什么？第三篇环境工程微生物学实验实验一：显微镜的使用和细菌形态的观察实验二：细菌的染色和细菌细胞构造的观察实验三：放线菌和真菌形态的观察实验四：微生物细胞大小和数量的测定实验五：微生物培养基的配置与灭菌参考书籍教材：环境工程微生物学，周群英，王士芬（第3版），高等教育出版社，2008参考书：环境工程微生物学，周群英，高廷耀（第二版），高等教育出版社，2005微生物学概述微生物的定义微生物的特点微生物的分类环境微生物学的研究对象和任务研究对象1绪论随着人类生活水平提高，各种城市生活污水（含表面活性剂）、工业废水（NP重金属等）、固体废物（重金属、病源微生物）、工业废气（CONOX）等排入环境，导致如酸雨、温室效应、光化学烟雾等事件；环境保护与治理迫在眉睫。随着微生物学与其他学科的交叉渗透，20世纪70年代后，微生物（尤其是许多极端环境生活的微生物）治理环境的技术得到广泛研究与应用。1绪论1.1微生物概述P5微生物的定义：微生物是指所有形体微小，用肉眼无法看到，须借助于显微镜才能看见的，单细胞或个体结构简单的多细胞，或无细胞结构的低等生物的统称。微生物的特点：（1）个体小；（2）分布广、种类繁多；（3）繁殖快；（4）易变异。1.1微生物概述按细胞结构的有无划分：非细胞结构微生物（病毒、类病毒）细胞机构微生物按细胞核膜、细胞器及有丝分裂等的有无划分：原核微生物:古菌、细菌、蓝细菌、放线菌等真核微生物：酵母菌、霉菌、原生动物等1.1微生物概述微生物的分类在生物学上，对生物的分类采用按其生物属性（如个体形态及大小、染色反应、菌落特征、细胞结构等）和它们的亲缘关系有次序地分门别类排列成一个系统，系统中有几个等级：域（Domain)、界(Kingdom)、门(Phylum)、纲(Class)、目(Order)、科(Family)、属(Genus)、种(Species)。每一种生物，包括微生物，都可在这个系统中找到相应的位置。其中,种(species)是分类的基本单位。必要时，还可以在这些等级之间再增设一些亚等级，如亚门、亚纲等。微生物的分类微生物的分类有其分类系统，其中最常用的也是具有权威性的是《伯杰氏手册》，是对原核微生物（细菌等）进行分类；另外，放线菌、真菌（包括丝状真菌和酵母菌）等也有各自的分类系统。一般大家比较熟悉的生物分类是所谓的二界学说，即把生物分为动物界和植物界两个界，这种分法已有很长的历史。随着人们认识的不断进步，新的分类手段不断被应用，1969年，魏塔克提出“五界学说”，后经Margulis修改，为较多的人所接受：原核生物界、真核原生生物界、真菌界、动物界、植物界。我国学者王大耜提出的六界学说，在上述五界的基础上再增加一个病毒界。微生物的命名双名法：学名＝属名＋种名＋（命名人姓氏）生物的学名都是用拉丁文书写，属名用名词，第一个字母大写，种名用形容词，第一个字母小写。如用电脑打印或印刷，应该用斜体表示。例如我们所熟悉的大肠埃希氏杆菌名称是Escherichiacoli，为避免同物异名或同名异物，在微生物名称后缀有命名人的姓，如大肠埃希氏杆菌EscherichiacoliCastellaniandChalmers。有时我们看到如Bacillussp.的表达方式，表明该菌株只鉴定到属，未能确定其种名。1.2环境工程微生物学的研究对象环境微生物学是研究与环境领域（包括环境工程、给水排水工程）有关的微生物及其生命活动规律。其内容包括：微生物个体形态、群体形态；细胞结构功能、生理特性、生长繁殖、遗传变异等；微生物与环境的关系（尤其是微生物与污染环境之间的关系）；微生物对物质的转化分解作用（特别是应用微生物来处理各种污染物质，如废水、废气和固体废弃物）。1.3环境工程微生物学的研究任务防止或消除有害微生物如：细菌、病毒、霉菌等引起人的各种疾病：肝炎、伤风、感冒等充分利用有益的微生物资源如微生物酿酒；制酱；生产乙醇、氨基酸；微生物酶制剂用于纺织退浆；用作农肥；杀虫剂等。1.4微生物在环境污染治理（水处理）中的应用—生物监测生物监测的主要优越性：长期性——汇集了生物在整个生活时期中环境因素改变的情况，可以反映当地的环境变化（蓝藻反应水体富营养化程度/水搔毒理性)；综合性——能反映环境诸因子、多成分对生物有机体综合作用的结果直观性——直接把污染物与其毒性联系起来；灵敏性——有时甚至具有比精密仪器更高的灵敏性，有助于提早发现环境污染。生物监测的主要缺点：定量化程度不够；需要一定的专业知识和经验。第1章病毒—非细胞结构的超微生物由于病毒特殊的结构和形态及其生活习性，按照六界学说，把病毒列为单独的一个界，即病毒界。病毒个体极小（0.2µm），只有在电子显微镜下才能看见病毒的庐山真面目，而且病毒不具有细胞结构。本章主要内容1病毒的一般特征及分类病毒的特点；病毒的分类2病毒的形态与结构病毒的形态大小；病毒的化学组成和结构3病毒的繁殖病毒的繁殖过程；病毒的溶原性4病毒的培养病毒的培养特征；病毒的培养基；病毒的培养5病毒的抵抗力和去除1.1病毒的一般特征及其分类病毒的特点P131.没有细胞结构，大多数由蛋白质和核酸组成，有的含有类脂质、多糖等，只有一种核酸（DNA或RNA）。2.专性寄生病毒没有合成蛋白质的机构——核糖体，也没有合成细胞物质和繁殖所必备的酶系统，不具独立的代谢能力，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。3.体积极小(0.2µm)，形态多样。1.1病毒的一般特征及其分类（续）病毒的分类：病毒有自己单独的分类系统，其分类依据主要有：病毒的宿主、所致疾病、核酸种类、病毒粒子的大小、病毒的结构、有无被膜等。根据病毒不同的专性宿主，可把病毒分为：动物病毒、植物病毒、细菌病毒（噬菌体）、放线菌病毒（噬放线菌体）、藻类病毒（噬藻类体）、真菌病毒（噬真菌体）也可以按照所致的疾病进行分类：如人体疾病：流行性感冒；水痘、麻疹、甲型肝炎；动物疾病：瘟疫病；昆虫疾病等；按核酸分类，可把病毒分为：DNA病毒和RNA病毒。1.2病毒的形态与结构1.2.1病毒的形态和大小P15病毒的形状多样，依种类不同而不同。动物病毒形态有球状，卵圆形，砖形；植物病毒形态有：杆状，丝状；噬菌体的形态有：蝌蚪状，丝状。病毒的大小常用纳米来表示（=10-9nm）。如：痘病毒100nm×200nm×300nm，为砖形；口蹄疫病毒直径为22nm。“非典型肺炎”元凶冠状病毒SARS“非典型肺炎”元凶冠状病毒SARS武汉病毒研究所观察到的冠状病毒样颗粒显微镜下被SARS病毒感染的人体细胞1.2病毒的形态与结构（续）1.2.2病毒的化学组成和结构病毒的化学组成大多数病毒由蛋白质和核酸组成，有的含有类脂质、多糖等(如痘病毒）病毒的结构病毒没有细胞结构，却有其自身特有的结构。整个病毒体分两个部分：蛋白质衣壳和核酸内芯,两者构成核衣壳。完整的具有感染力的病毒叫病毒粒子。病毒粒子有两类：一种是不具被膜（囊膜）的裸露病毒粒子；另一种有被膜包围的病毒粒子。最简单的病毒只有核酸，不具蛋白质，如寄生在植物体内的类病毒和拟病毒，只有RNA。1.2病毒的形态与结构（续）1.2.3病毒的蛋白质和核酸各有不同的功能P17蛋白质：主要是保护作用、决定特异性及决定致病性、毒力和抗原性等。核酸：DNA或RNA，决定遗传、变异和对宿主细胞的感染力有些病毒具有被膜（囊膜），其中还含有类脂质（磷脂、胆固醇等）蛋白质衣壳由一定数量衣壳粒按排列组合构成病毒外壳，由于衣壳粒组合不同，病毒有不同的构型；如大肠杆菌T系列噬菌体为复合对称型：头部为立体对称型，20面体；尾部为螺旋对称型。P161.3病毒的繁殖各类病毒的繁殖过程基本相似，以E.coliT系列噬菌体为例，可分成以下五步：1吸附：病毒吸附于敏感细菌（E.coli细胞）表面的受体上（特定部位）2.侵入：噬菌体通过水解破坏细胞壁，DNA进入。3.复制：细菌自身的DNA被破坏，病毒借助于细菌的合成机构，为自己工作，即复制噬菌体的DNA和其他结构。4.装配（聚集）：病毒的DNA和蛋白质等在细菌体内装配成一个完整的大肠杆菌噬菌体。5.宿主细胞裂解和成熟噬菌体粒子的释放：噬菌体粒子成熟后，导致宿主细胞破裂，释放出噬菌体，10～1000个（平均为300个）。释放出的新的病毒粒子又可去感染新的宿主细胞。大肠杆菌T系列噬菌体的繁殖过程1.3病毒的繁殖(续）1.3.2病毒的溶原性噬菌体有毒（烈）性噬菌体和温和噬菌体两种类型。侵入宿主细胞后立即引起宿主细胞破裂的丝菌体称作毒（烈）性噬菌体。侵入宿主细胞后，其核酸附着并整合在宿主染色体上，和其一起同步复制，宿主细胞不裂解而继续生长，这种不引起宿主细胞裂解的丝菌体称作温和噬菌体。含有温和丝菌体核酸的宿主细胞称作溶原细胞。在溶原细胞内的温和丝菌体核酸，称为原丝菌体。溶原性是遗传特性1.4病毒的培养与测定病毒的培养基P21由于病毒的专性寄生的习性，所以其培养也较为困难，须提供活的敏感细胞，而且它能提供病毒附着的受体，不对侵入的病毒核酸进行破坏（没有破坏特异性病毒限制性核酸内切酶）。病毒的培养特征在液体培养基内：将噬菌体的敏感细菌接种在液体培养基中，经培养后均匀分布在培养基中使培养基浑浊，然后接种噬菌体，敏感细菌被噬菌体感染后发生菌体裂解，原先浑浊的菌液变成透明的裂解溶液。固体培养基上：宿主细菌菌落上出现空斑（噬菌斑）。1.4病毒的培养与测定病毒的测定一、病毒颗粒计数法：电子显微镜技术二、间接计数法：三、病毒感染效价测定法1.4病毒的培养（续）动物病毒的培养主要方法有：动物接种鸡胚接种组织培养其中组织培养技术已被广泛应用植物病毒的培养噬菌体的培养双层琼脂法病毒的定义1没有细胞结构2专性寄生3寄生在活的敏感宿主体内4可