《環(huán)境微生物學》第一章 緒論

2023/2/271第一章緒論2023/2/272第一章緒論第一節(jié)微生物與微生物學

一、微生物

二、微生物學第二節(jié)環(huán)境科學與環(huán)境微生物學

一、環(huán)境與環(huán)境科學

二、環(huán)境微生物學2023/2/273環(huán)境微生物學

是什么?

什么用?

怎么用?返回2023/2/274第一節(jié)微生物與微生物學一、微生物（一）微生物的定義

微生物(microorganism)是一切肉眼看不見或看不清楚的微小生物的總稱。微生物種類繁多、形態(tài)各異、營養(yǎng)龐雜，但都表現(xiàn)為簡單、低等的生命形態(tài)。微生物包括非細胞型微生物和細胞型微生物，細胞型微生物可分為原核細胞型微生物和真核細胞型微生物（歸入真核生物[域]），原核細胞型微生物又可分為細菌[域]和古菌[域]。微生物的主要類群如下圖所示。2023/2/275微生物的主要類群

真菌（fungi）原生動物（protozoa）微型藻類（microalgae）病毒（viruses）亞病毒（subviruses）微生物

細菌域（Bacteria）非細胞型微生物細胞型微生物原核微生物真核微生物

古菌域（Archaea）細菌（bacteria）放線菌（actinomyces）藍細菌（cyanobacteria）泉古菌（crenarchaeota）廣古菌（euryarchaeota）

真核生物域（Eucarya）（部分真核生物）（bacteria）（archaea）（eucarya）（virus）（subvirus）（actinomycetes）2023/2/276

（二）微生物的特點

1.個體微小、結(jié)構(gòu)簡單微生物形體微小。觀察借助顯微鏡；測量需用測微尺；計量單位采用微米和納米。微生物結(jié)構(gòu)簡單。大多為單細胞生物；病毒沒有細胞結(jié)構(gòu)；類病毒和擬病毒僅由核酸組成；朊病毒僅由蛋白質(zhì)組成。2023/2/2772.代謝活躍、類型多樣微生物代謝活躍。個體小，比表面積大，產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物。如：乳酸桿菌每小時產(chǎn)生其體重1000~10000倍的乳酸。微生物代謝類型多樣。①基質(zhì)廣泛；②能源譜寬；③適應(yīng)性強；④代謝產(chǎn)物多樣。2023/2/2783.繁殖迅速、容易變異微生物繁殖很快。有些細菌20min增殖一代，如果沒有其他條件限制，24h可增殖72代。經(jīng)過一晝夜1個細菌就可增至47萬億億個，設(shè)1012個細菌的干重為1g，則在1天內(nèi)生物量將從10-12g增加到4.7×1021g。微生物容易變異。細菌自發(fā)突變的頻率約為10-6，細菌濃度為108個/mL，每毫升液體培養(yǎng)基中有100個細菌發(fā)生基因突變。2023/2/2794.抗逆性強、休眠期長微生物的抗逆性很強?？稍?.65×107Pa和300℃的高壓高溫下生長；可在pH為0.5的強酸性下生長；可在鹽濃度高達30%以上的“死?！敝猩?。微生物的休眠期很長。有些細菌芽孢在休眠幾百甚至上千年后仍有活力。2023/2/27105.種類繁多、數(shù)量巨大微生物種類繁多。微生物種類總數(shù)為50萬~600萬種，已有記載的約為20萬種（1995年）。微生物數(shù)量巨大。每克土壤的微生物含量高達數(shù)億個。2023/2/27116.分布廣泛、分類界級寬微生物分布廣泛。土壤、水體和空氣，以及植物、動物和人體，到處都有微生物的蹤跡。微生物的分類界級很寬。在反映生物系統(tǒng)發(fā)育的六界（動物界、植物界、真菌界、原生生物界、原核生物界和病毒界）分類系統(tǒng)中，微生物包含了除動物和植物以外的其他四界。2023/2/2712

（三）微生物的分類、鑒定和命名

1.微生物的分類

分類（classification）是根據(jù)一定的原則對微生物進行分群歸類，把相似或相近的微生物放在一個分類單位中。

分類單位：主要分類單位有域(domain)、界(kingdom)、門(phylum)、綱(class)、目(order)、科(family)、屬(genus)、種(species)；次要分類單位有亞門(subphylum)、亞綱(subclass)、亞目(suborder)、亞科(subfamily)、亞種(subspecies)、變種(variety)。2023/2/2713

種(species)是表型特征高度相似、親緣關(guān)系極其接近、與其他種有明顯差別的一群菌株的總稱。

菌株（strain）是指任何一個獨立分離的單細胞（或單個病毒粒子）繁殖而成的純種群體及其后代。種的特征常用一個指定的典型菌株（typestrain）來代表。2023/2/27142.微生物的鑒定

鑒定（identification）是借助現(xiàn)有的分類系統(tǒng)，通過特征測定，確定某一微生物的歸屬單位。

鑒定方法：①細胞形態(tài)和習性層面；②細胞組分層面；③蛋白質(zhì)層面；④核酸層面。2023/2/27153.微生物的命名

命名（nomenclature）是按照國際命名法則，給每一個類群或物種一個專有名稱。（1）俗名(commonname)指普通的、通俗的、地區(qū)性的名字。例如，俗名“綠膿桿菌”是指“銅綠假單胞菌”(Pseudomonasaeruginosa)。2023/2/2716

（2）學名(scientificname)指一個菌種的科學名稱。學名采用“雙名法”，由一個屬名(第一個字母大寫)加一個種名(第一個字母小寫)構(gòu)成。分類學文獻上的學名，雙名之后加首次定名人(放在括號內(nèi))、現(xiàn)名定名人和現(xiàn)名定名年份。出版物中，學名排成斜體。2023/2/2717學名=屬名+種名+(首次定名人)+現(xiàn)名定名人+現(xiàn)名定名年份必要（斜體）可省略（正體）例如，大腸埃希氏菌（簡稱大腸桿菌）Escherichiacoli(Migula)CastellanietChalmers19192023/2/2718

當某菌株歸入一個亞種[subspecies,簡寫subsp.(正體)]或變種[variety,簡寫var.(正體)]時，學名應(yīng)按“三名法”構(gòu)成。學名=屬名+種名+(subsp.或var.)+亞種或變種名必要（斜體）可省略（正體） 必要（斜體）蘇云金芽孢桿菌蠟螟亞種Bacillusthuringiensissubsp.galleriae

返回2023/2/2719

二、微生物學

1.定義微生物學（microbiology）是在分子、細胞、個體或群體水平上研究微生物的形態(tài)構(gòu)造、生理代謝、遺傳變異、生態(tài)分布和分類進化等生命活動的基本規(guī)律，并將其應(yīng)用于工業(yè)發(fā)酵、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學衛(wèi)生和生物工程等領(lǐng)域的學科。2023/2/27202.分支學科微生物學有許多分支學科：依據(jù)研究的生命現(xiàn)象，可劃分為微生物分類學、微生物生理學、微生物遺傳學等。依據(jù)微生物的應(yīng)用領(lǐng)域，又可將微生物學劃分為工業(yè)微生物學、農(nóng)業(yè)微生物學、環(huán)境微生物學等。按照不同的標準，還可劃分為多個其他分支學科。

環(huán)境微生物學是微生物學的重要分支學科之一。返回2023/2/2721第二節(jié)環(huán)境科學與環(huán)境微生物學一、環(huán)境與環(huán)境科學“環(huán)境”(environment):環(huán)境科學中的環(huán)境是指以人類為主體的外部世界，即人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)條件的綜合體。環(huán)境組成:按組成要素，可把整個自然環(huán)境分為大氣環(huán)境、水體環(huán)境、土壤環(huán)境和生態(tài)環(huán)境。也稱大氣圈(atmosphere)、水圈(hydrosphere)、巖石圈(lithosphere)和生物圈(biosphere)。

2023/2/2722

環(huán)境科學(environmentalscience)是研究人類與環(huán)境之間相互關(guān)系的學科。在宏觀上研究人類社會經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境之間的相互作用和影響；在微觀上研究環(huán)境中的物質(zhì)，尤其是污染物質(zhì)在生物體內(nèi)的遷移、轉(zhuǎn)化和蓄積規(guī)律。重點研究與人們健康直接相關(guān)的生活環(huán)境和生產(chǎn)環(huán)境，因污染所致的環(huán)境質(zhì)量變化規(guī)律及其綜合整治技術(shù)與方法。2023/2/2723

環(huán)境科學有許多分支學科。如環(huán)境社會學、環(huán)境法學、環(huán)境管理學、環(huán)境經(jīng)濟學、環(huán)境地理學、環(huán)境地質(zhì)學、環(huán)境物理學、環(huán)境化學、環(huán)境生物學、環(huán)境醫(yī)學、環(huán)境毒理學、環(huán)境工程學等。

環(huán)境微生物學作為環(huán)境生物學的重要組成部分，在環(huán)境科學中扮演著極其重要的角色。返回2023/2/2724

二、環(huán)境微生物學（一）環(huán)境微生物學的定義

1.

環(huán)境微生物學(environmentalmicrobiology)

環(huán)境微生物學是研究微生物與環(huán)境之間的相互關(guān)系和作用規(guī)律，并將其應(yīng)用于污染防治的學科。2023/2/2725

環(huán)境微生物學原理的應(yīng)用可追溯到19世紀末城市污水生物處理的實踐。

20世紀60年代末，美國將《應(yīng)用微生物學》雜志更名為《應(yīng)用與環(huán)境微生物學》雜志，可作為環(huán)境微生物學從其母體學科（微生物學）脫穎而出的標志。

20世紀70年代以后，環(huán)境微生物學得到了飛速發(fā)展。2023/2/27262.環(huán)境微生物學異軍突起的主要原因：

（1）污染物質(zhì)劇增。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的提高，污染物的種類和數(shù)量迅猛增加，給人類環(huán)境帶來了巨大的沖擊，而這些污染物的降解和轉(zhuǎn)化主要依靠微生物的作用。污染物質(zhì)劇增（引自MadiganMTetal,2006）2023/2/2727

（2）生物危害顯現(xiàn)。微生物中所含的病原菌、微生物所致的水體富營養(yǎng)化以及微生物所形成的毒性產(chǎn)物，給人類帶來了不少危害，迫切需要深入研究并加以有效控制。生物危害顯現(xiàn)（引自PrescottLMetal,2003）2023/2/2728

（3）檢測方法改進。分子生物學技術(shù)的發(fā)展一日千里，為檢測和分析環(huán)境微生物創(chuàng)建了很好的工作平臺，有力推動了環(huán)境微生物學的研究。分子生物學技術(shù)（引自PrescottLMetal,2002）單鏈目標DNA酶標DNA探針

膜

目標固定

酶標引物與目標雜交

雜交

無色底物

有色沉淀

檢測（添加底物）

DNA克隆PCR擴增純化微陣列上雜交目標物實驗

參比

熒光染料標記

激光1

激光2發(fā)射

計算機分析

激發(fā)

自動點樣2023/2/2729

（二）環(huán)境微生物學的研究內(nèi)容

1.自然環(huán)境中的背景微生物

自然環(huán)境中的背景微生物，是研究環(huán)境微生物的出發(fā)點。它反映了微生物與環(huán)境之間的動態(tài)平衡，可作為考察環(huán)境質(zhì)量變化的基準。主要研究微生物與自然環(huán)境的相互關(guān)系及其在生物地球化學循環(huán)中的各種作用。2023/2/27302.微生物對環(huán)境的污染與危害微生物污染(microbialpollution)是指對人類和生物有害的微生物(如病原菌)污染水體、大氣、土壤和食品，影響生物產(chǎn)量和質(zhì)量，危害人類健康的現(xiàn)象。

飲用水安全。1993年，美國密爾沃基市出現(xiàn)了原生動物（隱孢子蟲，Cryptosporidium）所致的水介疾病暴發(fā)流行，造成40多萬人患病，100多人死亡。

食物(飼料)中毒。有害微生物污染食品(包括飼料)，使食品腐敗或產(chǎn)生毒素，造成食物中毒。2023/2/2731水體富營養(yǎng)化及其危害（引自MadidanMTetal,2006）

水體富營養(yǎng)化?！八A”/“赤潮”引起水體溶解氧下降，水質(zhì)惡化，魚類及其他生物大量死亡。2023/2/2732

微生物轉(zhuǎn)化增強某些污染物毒性。1953年日本發(fā)生水俁事件，微生物將無機汞轉(zhuǎn)化為毒性更大的甲基汞。水俁市居民因食用被甲基汞污染的魚而患病，到1999年底患者多達2263人。2023/2/27333.微生物對“污染環(huán)境”的凈化與修復

生物降解(biologicaldegradation)是指土壤、水體和處理系統(tǒng)中的微生物對天然或合成有機物的破壞或礦化作用。污染物的可生物降解性是評判其污染性質(zhì)和程度的重要指標。

生物凈化(biologicalpurification)是指生物通過代謝作用使環(huán)境中的污染物數(shù)量減少，濃度下降，毒性減弱，直至消失的過程。微生物起著獨特而重要的作用。2023/2/2734微生物對“污染環(huán)境”的凈化與修復（引自PrescottLMetal,2002）

與傳統(tǒng)的理化法修復相比，生物凈化（修復）具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢。2023/2/27354.微生物在污染控制工程中的應(yīng)用

廢水處理。對環(huán)境微生物的應(yīng)用，最早起始于廢水生物處理。對廢水處理微生物的研究，推動了環(huán)境微生物學的發(fā)展。

廢氣