環(huán)境微生物學(xué)緒論

環(huán)境工程微生物學(xué)學(xué)時(shí)：36h（任選）主講教師：宋佳秀1、課程的性質(zhì)和學(xué)習(xí)方法性質(zhì)：為交叉學(xué)科，為環(huán)境工程等的專業(yè)基礎(chǔ)課，即有理論也有實(shí)際應(yīng)用。方法：以理解為主，熟悉基本概念、基本理論問題。2、教學(xué)參考書:1.《微生物學(xué)》沈萍等高等教育出版社2.《生物化學(xué)》王希成等清華大學(xué)出版社3、考試形式閉卷考試，第18周4、成績計(jì)算:1.出勤、作業(yè)（15％）2.課堂表現(xiàn)（其中提問等情況—加分、紀(jì)律—減分）（15％）3.試卷（70％）紀(jì)律要求保持課堂安靜關(guān)閉手機(jī)等通訊設(shè)備不允許出現(xiàn)與本課程無關(guān)的書籍、資料聯(lián)系我郵箱：songjiaxiu@電話/p>

§1.1

環(huán)境工程與微生物§1.2環(huán)境工程微生物學(xué)的研究對(duì)象與任務(wù)§1.3微生物的概述緒論一微生物與我們微生物無處不在，我們無時(shí)不生活在“微生物的海洋”中。細(xì)菌數(shù)億/g土壤，土壤中的細(xì)菌總重量估計(jì)為：10034×1012噸；每個(gè)噴嚏的飛沫含4500-150000個(gè)細(xì)菌，重感冒患者為8500萬；人體體表及體內(nèi)存在大量的微生物。§1.1

環(huán)境工程與微生物

微生物是自然界物質(zhì)循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；(一)微生物是人類的朋友二環(huán)境工程面臨的問題各種新興工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，產(chǎn)生各種工業(yè)廢水，引起三大公害——廢水、廢氣、廢渣；世界環(huán)境質(zhì)量急劇惡化，公害問題相繼出現(xiàn)，環(huán)境保護(hù)意識(shí)深入人心；“可持續(xù)發(fā)展”思想為各國接收和重視；我們需要利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)治理好各種污染物，使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，提高生活質(zhì)量。三微生物在環(huán)境中的作用舉足輕重微生物在保持生態(tài)平衡方面，與其他生物一樣，有著舉足輕重的作用；微生物易變異，數(shù)量大，可適應(yīng)新污染物，其豐富的多樣性使得它有別于其他生物，在環(huán)境中的作用獨(dú)樹一幟；現(xiàn)代生物工程的發(fā)展，大大的拓展了微生物在污水處理中的應(yīng)用。微生物可生活在極端環(huán)境，這對(duì)污染治理具有重要意義；…………我國8000年前就開始出現(xiàn)了曲蘗釀酒；4000年前埃及人已學(xué)會(huì)烘制面包和釀制果酒；2500年前發(fā)明釀醬、醋，用曲治消化道疾??；公元六世紀(jì)(北魏時(shí)期)賈思勰的巨著“齊民要術(shù)”；公元前112年-212年間，華佗：“割腐肉以防傳染”；公元九世紀(jì)痘漿法、痘衣法預(yù)防天花；16世紀(jì)，古羅巴醫(yī)生G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不見的生物(livingcreatures)引起的；1641年，明末醫(yī)生吳又可也提出“戾氣”學(xué)說；四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展（一）微生物的發(fā)現(xiàn)

1664年，英國人虎克（RobertHooke）曾用原始的顯微鏡對(duì)生長在皮革表面及薔薇枯葉上的霉菌進(jìn)行觀察。1676年，微生物學(xué)的先驅(qū)荷蘭人列文虎克（Antonyvanleeuwenhoek）首次觀察到了細(xì)菌。他沒有上過大學(xué)，是一個(gè)只會(huì)荷蘭語的小商人，但卻在1680年被選為英國皇家學(xué)會(huì)的會(huì)員。（二）微生物學(xué)的奠基法國人巴斯德（LouisPasteur）（1822～1895）德國人柯赫（RobertKoch）（1843～1910）1.巴斯德

(1)發(fā)現(xiàn)并證實(shí)發(fā)酵是由微生物引起的；(2)徹底否定了“自然發(fā)生”學(xué)說；化學(xué)家出生的巴斯德涉足微生物學(xué)是為了治療“酒病”和“蠶病”著名的曲頸瓶試驗(yàn)無可辯駁地證實(shí)，空氣內(nèi)確實(shí)含有微生物，是它們引起有機(jī)質(zhì)的腐敗。(3)免疫學(xué)——預(yù)防接種首次制成狂犬疫苗(4)其他貢獻(xiàn)巴斯德消毒法：60～65℃作短時(shí)間加熱處理，殺死有害微生物。2.柯赫a）細(xì)菌純培養(yǎng)方法的建立土豆切面→營養(yǎng)明膠→營養(yǎng)瓊脂（平皿）（1）微生物學(xué)基本操作技術(shù)方面的貢獻(xiàn)b）設(shè)計(jì)了各種培養(yǎng)基，實(shí)現(xiàn)了在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)各種微生物的培養(yǎng)c）流動(dòng)蒸汽滅菌d）染色觀察和顯微攝影（2）對(duì)病原細(xì)菌的研究作出了突出的貢獻(xiàn)a）具體證實(shí)了炭疽桿菌是炭疽病的病原菌b）發(fā)現(xiàn)了肺結(jié)核病的病原菌；（1905年獲諾貝爾獎(jiǎng)）（三）微生物學(xué)發(fā)展過程中的重大事件1890VonBehring制備抗毒素治療白喉和破傷風(fēng)；1892

Ivanovsky

提供煙草花葉病毒是由病毒引起的證據(jù)；1928Griffith發(fā)現(xiàn)細(xì)菌轉(zhuǎn)化；1929Fleming發(fā)現(xiàn)青霉素；1944Avery等證實(shí)轉(zhuǎn)化過程中DNA是遺傳信息的載體；1953Watson和Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)；1970～1972Arber、Smith和Nathans發(fā)現(xiàn)并提純了DNA限制性內(nèi)切酶；

1983～1984Mullis建立PCR技術(shù)。五、20世紀(jì)的微生物學(xué)§1.2環(huán)境工程微生物學(xué)的研究對(duì)象與任務(wù)一、研究對(duì)象講述微生物的形態(tài)、細(xì)胞的結(jié)構(gòu)及其功能，微生物的營養(yǎng)、呼吸、物質(zhì)代謝、生長、繁殖、遺傳與變異等的基礎(chǔ)知識(shí)；講述棲息在水體、土壤、空氣、城市生活污水、工業(yè)廢水和城市有機(jī)固體廢棄物生物處理，以及廢棄生物處理中的微生物及其生態(tài)；自然環(huán)境物質(zhì)循環(huán)與轉(zhuǎn)化；水體和土壤的自凈作用，污染水體治理、污染土壤治理與修復(fù)等環(huán)境工程凈化的原理。充分利用有益微生物資源為人類造福，防止、控制、消除微生物的有害活動(dòng)，化害為利。二、研究任務(wù)§1.3微生物的概述微生物的概念微生物的概念——肉眼看不見的、具有生長繁殖、遺傳變異能力和新陳代謝功能的一類個(gè)體微小、必須借助于顯微鏡才能觀察到的生物。

按細(xì)胞結(jié)構(gòu)的有無——非細(xì)胞結(jié)構(gòu)微生物、細(xì)胞結(jié)構(gòu)微生物

按細(xì)胞核膜、細(xì)胞器及有絲分裂等的有無——原核微生物、真核微生物微生物的簡單劃分：

一、微生物的分類和命名微生物分類學(xué)是一門按微生物間的親緣關(guān)系將它們劃分成條理清楚的各種分類單元或分類群的科學(xué)。（一）微生物的分類根據(jù)各類微生物的屬性及它們的親緣關(guān)系將微生物進(jìn)行分類：微生物的的分類單位從大到小依次為界(Kindom)、門(Phyllum)、綱(Class)、目(Order)、科(Family)、屬(Genus)、種(Species).微生物的分類單位：

種是最基本的分類單位，每一分類單位之后可有亞門、亞綱、亞目、亞科.....例：釀酒酵母分類地位真菌界Fungi真菌門Eumycophyta子囊菌綱Ascomycetes

原子囊亞綱Protoascomycetes

內(nèi)孢霉目Endomycetales內(nèi)孢霉科Endomycetaceae酵母亞科Sacchromycetoideae酵母屬Sacchromyces釀酒酵母S.cerevisiaeHansen例：東北虎動(dòng)物界

脊椎動(dòng)物門

脊索動(dòng)物亞門哺乳綱

原子囊亞綱食肉目貓科豹屬虎種微生物分類學(xué)的主要

任務(wù)分類(classification)即根據(jù)相似性或親緣關(guān)系,將一個(gè)有機(jī)體放在一個(gè)單元中命名(nomenclature)鑒定(identification)確定一個(gè)新的分類物是否歸屬于已經(jīng)命名的分類單元的過程分類系統(tǒng)目前有三個(gè)比較全面的分類系統(tǒng)：《細(xì)菌和放線菌鑒定》（前蘇聯(lián)，1949）；《細(xì)菌分類學(xué)》（法國，1961）；《伯杰氏鑒定細(xì)菌學(xué)手冊(cè)》（美國，至今已出至第9版）（一）Bergey氏分類系統(tǒng)綱要《伯杰氏手冊(cè)》簡介建立一個(gè)于與動(dòng)、植物同等位置的原核生物界（Procaryotae），把許多具有細(xì)胞形態(tài)，但核結(jié)構(gòu)不完整，細(xì)胞結(jié)構(gòu)也與真核生物的細(xì)胞不相同的低等有機(jī)體都?xì)w屬于這一界?！恫苁翔b定細(xì)菌學(xué)手冊(cè)》1923年第一版1948年第六版1925年第二版1957年第七版1930年第三版1974年第八版1934年第四版1994年第九版1939年第五版微生物的分類方法：包括傳統(tǒng)的分類方法和現(xiàn)代的微生物分類方法。傳統(tǒng)的微生物分類方法：1.形態(tài)特征，包括個(gè)體特征和群體特征。2.生理和生化特征，包括營養(yǎng)來源、代謝產(chǎn)物和與溫度和氧氣的關(guān)系。3.血清學(xué)反應(yīng)4.生態(tài)特征5.生活史6.對(duì)噬菌體的敏感性核酸分析；DNA雜交試驗(yàn)；細(xì)胞壁成分分析；紅外光譜。現(xiàn)代微生物分類方法：目前流行的分類系統(tǒng)——魏泰克提出的五界分類系統(tǒng)五界系統(tǒng)包括：動(dòng)物界、植物界、真菌界（包括酵母菌、霉菌和擔(dān)子菌等）、原生生物界（包括原生動(dòng)物、單細(xì)胞藻類、粘細(xì)菌等）和原核生物界（包括細(xì)菌、放線菌和藍(lán)細(xì)菌等）。縱向顯示從原核生物到真核單細(xì)胞生物再到真核多細(xì)胞生物的三大進(jìn)化過程。橫向顯示：吸收式營養(yǎng)、光合營養(yǎng)和攝取式營養(yǎng)三大進(jìn)化方向。三原界1980—1990年,沃爾斯(Woese)等利用分子遺傳學(xué)方法,并深入到基因組層次,提出了三原界,他們認(rèn)為生物進(jìn)化的早期，各類生物都是由一類共同的祖先沿三條進(jìn)化路線發(fā)展，形成了三個(gè)原界：古菌域（古細(xì)菌原界）：僅有古細(xì)菌界,包括產(chǎn)甲烷細(xì)菌,極端嗜熱細(xì)菌和極端嗜鹽細(xì)菌;細(xì)菌域（真細(xì)菌原界）：僅有真細(xì)菌界,包括細(xì)菌和藍(lán)藻;真核生物域（真核生物原界）：包括原生生物界,真菌界,植物界和動(dòng)物界.我國王大耜教授提出的——六界分類系統(tǒng)生物非細(xì)胞結(jié)構(gòu)——病毒界具細(xì)胞結(jié)構(gòu)原核細(xì)胞生物——原核生物界真核細(xì)胞生物真核原生生物界真菌界動(dòng)物界植物界（二）環(huán)境工程中的微生物生物非細(xì)胞結(jié)構(gòu)——病毒界具細(xì)胞結(jié)構(gòu)原核細(xì)胞生物——原核生物界真核細(xì)胞生物真核原生生物界真菌界動(dòng)物界植物界藍(lán)藻門﹡細(xì)菌門真細(xì)菌綱﹡粘細(xì)菌綱﹡立克次氏體綱螺旋體綱支原體綱原生動(dòng)物﹡真核藻類﹡酵母菌﹡霉菌﹡微型后生動(dòng)物﹡高低等動(dòng)物（三）微生物的命名名稱為兩類：地區(qū)性的俗名(commonname)大眾化，簡明，不確切，易重復(fù)學(xué)名(scientificname):國際通用拉丁詞；斜體；手寫時(shí)下加下劃線命名的方法：國際法規(guī)命名，即林奈所創(chuàng)立的雙名法，命名微生物的一個(gè)種。雙名法的規(guī)則：微生物的學(xué)名依屬和種而命名，由兩個(gè)拉丁字或希臘字或拉丁化了的其它文字組成，屬名在前，為名詞，開頭字母大寫，是該微生物的主要特征。種名在后，為形容詞。例：灰色鏈霉菌Streptomycesgriseus粗糙鏈孢霉：Neurosporacrassa學(xué)名=屬名+種名+（首次定名人）+現(xiàn)定名人+定名年分。一個(gè)微生物種的學(xué)名通常由一個(gè)屬名加一個(gè)種名構(gòu)成，有的綴有命名人的名或姓。必需，用斜體可省略，用正體例：Saccharomyces

cerevisiae

Hansen是啤酒酵母(bearyeast)的一種，酵母將糖轉(zhuǎn)化為乙醇，酵母又是真菌，所以用表示糖的拉丁字“Saccharo”，和表示真菌的希臘字“myces”組合成它的屬名，“cerevisiae”來源于拉丁文的釀酒人的意思，作為其種名；Saccharomyces

cerevisiaeHansen中的Hansen是命名人的姓;Saccharomyces

carsbergensis中的種名carsbergensis用地名表示，因?yàn)樵摲N是在丹麥的卡爾斯伯啤酒廠分離到的。大腸埃希氏桿菌——EscherichiacoliCastellaniandChalmers金黃色葡萄球菌——Staphylococcusaureus

Rosenbach1884，

為了簡便起見，有時(shí)可將屬名用首位1~3個(gè)字母縮寫并加一個(gè)句號(hào)表示。例：Escherichiacoli可寫成E.或Esc.，即Esc.coli=Escherichiacoli

當(dāng)泛指某一微生物屬微生物，而不特指某一具體種（或沒有種名）時(shí)，可在屬名后面加sp.(species的單數(shù))或ssp.(species的復(fù)數(shù))。例：Clostridiumsp.表示梭菌屬的一個(gè)種。二、病毒、類病毒和朊病毒1.病毒是一類個(gè)體微小，無完整細(xì)胞結(jié)構(gòu)，含單一核酸（DNA或RNA）型，必須在活細(xì)內(nèi)寄生并復(fù)制的非細(xì)胞型微生物。2.類病毒

是目前已知最小的可傳染的致病因子，比普通病毒簡單。類病毒是無蛋白質(zhì)外殼保護(hù)的游離的共價(jià)閉合環(huán)狀單鏈RNA分子。3.朊病毒還有一類生物與一般病毒不一樣，它只有蛋白質(zhì)而無核酸，但卻既有感染性，又有遺傳性，并且具有和一切已知傳統(tǒng)病原體不同的異常特性。三、原核微生物與真核微生物由于生物科學(xué)的不斷深入和手段的不斷改善，尤其是電子顯微鏡的應(yīng)用和細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的研究，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞生物的細(xì)胞核存在著兩種類型，稱之為真核與原核。凡是有細(xì)胞形態(tài)的微生物稱為細(xì)胞型微生物，按其細(xì)胞結(jié)構(gòu)又可分為原核微生物與真核微生物。原核與真核的概念原核：原核生物細(xì)胞有明顯的核區(qū)，核區(qū)內(nèi)只有一條雙螺旋結(jié)構(gòu)的脫氧核糖核酸（DNA）構(gòu)成的染色體；原核生物細(xì)胞的核區(qū)沒有核膜包圍，稱為原核。真核：真核生物細(xì)胞內(nèi)有一個(gè)明顯的核，其染色體除含有雙螺旋結(jié)構(gòu)的脫氧核糖核酸（DNA）外還含有組蛋白，核由一層核膜包圍，稱為真核。原核微生物與真核微生物的比較√√√√√三、微生物的特點(diǎn)1.個(gè)體極小

微生物的個(gè)體極小，由幾納米（nm）到幾微米（μm），要通過光學(xué)顯微鏡才能看見，病毒小于0.2μm，有的還需要電子顯微鏡才能看見。小m級(jí)：光鏡可見nm級(jí)：電鏡可見形體微小Thewhitebaraboverepresents10microns(0.01mm).Belowaresomeorganismsandcellsdrawntoapproximatescale.virus(0.05to0.1microns)bacteria(0.5to1.5microns)redbloodcell(5microns)lymphocyte(5to8microns)微生物的大小三、微生物的特點(diǎn)2.分布廣、種類繁多微生物在自然界的分布極為廣泛，土壤、水域、大氣，幾乎到處都有微生物的存在，特別是土壤是微生物的大本營。任意取一把土或一粒土，就是一個(gè)微生物世界?？梢赃@樣說，凡是有高等生物存在的地方，就有微生物存在，即使在