第一章 環(huán)境微生物學緒論課件

環(huán)境微生物學

第一章環(huán)境微生物學緒論本課程的基本情況本課程是環(huán)境類專業(yè)學生的專業(yè)基礎課；本課程強調實踐能力，要求每個學生通過實驗，掌握有關基本技能，并加深對理論部分的理解和記憶；本課程內容分兩大部分：一是微生物學的基礎知識；二是微生物學在環(huán)境領域中的應用。第一章環(huán)境微生物學緒論一、環(huán)境微生物學的形成和發(fā)展

環(huán)境微生物學—環(huán)境科學的重要分支，

20世紀60年代后期興起→獨立的學科，環(huán)境科學和環(huán)境工程的重要理論基礎。第一章環(huán)境微生物學緒論20世紀起出現(xiàn)環(huán)境污染問題：美國洛杉磯的光化學煙霧、倫敦煙霧；日本四日市的哮喘病、熊本的水俁病及神通川骨痛病。

第一章環(huán)境微生物學緒論1943年美國洛杉磯市的250萬輛汽車每天燃燒掉1100噸汽油，汽油燃燒后產生的碳氫化合物等在太陽紫外光線照射下引起化學反應，形成淺藍色煙霧，使該市大多市民患了眼紅、頭疼病。后來人們稱這種污染為光化學煙霧。1955年和1970年洛杉磯又兩度發(fā)生光化學煙霧事件，前者有400多人因五官中毒、呼吸衰竭而死，后者使全市四分之三的人患病。第一章環(huán)境微生物學緒論第一章環(huán)境微生物學緒論1952年倫敦煙霧事件是1952年12月5日－9日發(fā)生在倫敦的一次嚴重大氣污染事件。這次事件造成多達12000人因為空氣污染而喪生，并推動了英國環(huán)境保護立法的進程。第一章環(huán)境微生物學緒論第一章環(huán)境微生物學緒論

四日市位于日本東部海灣。1955年這里相繼興建了十多家石油化工廠，化工廠終日排放的含SO2的氣體和粉塵，使昔日晴朗的天空變得污濁不堪。1961年，呼吸系統(tǒng)疾病開始在這一帶發(fā)生，并迅速蔓延。據報道患者中慢性支氣管炎占25%，哮喘病患者占30%，肺氣腫等占15%。1964年這里曾經有3天煙霧不散，哮喘病患者中不少人因此死去。1967年一些患者因不堪忍受折磨而自殺。1970年患者達500多人。1972年全市哮喘病患者871人，死亡11人。第一章環(huán)境微生物學緒論1953-1956年，日本熊本縣水俁灣發(fā)生了水俁病事件。因化工廠排入海灣的廢水中含有甲基汞，在海洋生物中富集，人類因食用這些有毒魚類等中毒而死亡。第一章環(huán)境微生物學緒論

1955-1972年骨痛病事件是于日本富士縣神通川流域發(fā)現(xiàn)的一種土壤污染公害事件。主要污染源是重金屬尤其是鎘中毒引起的的水和食物污染?；颊呷砀鞑课粫l(fā)生神經痛、骨痛現(xiàn)象，行動困難，骨骼軟化、萎縮，四肢彎曲，脊柱變形，骨質松脆，不能進食，疼痛無比。第一章環(huán)境微生物學緒論第一章環(huán)境微生物學緒論第一章環(huán)境微生物學緒論第一章環(huán)境微生物學緒論第一章環(huán)境微生物學緒論第一章環(huán)境微生物學緒論第一章環(huán)境微生物學緒論墨西哥灣漏油事故第一章環(huán)境微生物學緒論中海油渤海灣油田漏油事故第一章環(huán)境微生物學緒論2010年7月16日大連新港溢油事故第一章環(huán)境微生物學緒論第一章環(huán)境微生物學緒論第一章環(huán)境微生物學緒論第一章環(huán)境微生物學緒論第一章環(huán)境微生物學緒論第一章環(huán)境微生物學緒論第一章環(huán)境微生物學緒論

環(huán)境污染的治理：發(fā)達國家于20世紀50年代開始，如泰晤士河河水變清，有魚類生長。我國于60年代開始環(huán)境污染治理工作，“九五”期間我國推出兩項重大舉措：全國主要污染物排放總量控制和中國跨世紀綠色工程計劃。前者中規(guī)定了煙塵、粉塵、二氧化硫、重金屬、COD和工業(yè)廢棄物等12種主要污染物的排放量。2000年12項主要污染物的排放總量比“八五”末期分別下降了10-15%。第一章環(huán)境微生物學緒論

“十一五”期間又對化學需氧量、二氧化硫兩種主要污染物實行排放總量控制計劃管理，排放基數(shù)按2005年環(huán)境統(tǒng)計結果確定。計劃到2010年，全國主要污染物總量比2005年減少10%。第一章環(huán)境微生物學緒論2010年，全國化學需氧量排放量1238.1萬噸，比2009年下降3.09%；二氧化硫排放量2185.1萬噸，比2009年下降1.32%。與2005年相比，化學需氧量和二氧化硫排放量分別下降12.45%和14.29%。第一章環(huán)境微生物學緒論

通過“十二五”全國主要污染物排放總量控制規(guī)劃，四大主要污染物（二氧化硫、化學需氧量、氨氮、氮氧化合物）平均排放量，在2015年年末分別比2010年年末下降10%。第一章環(huán)境微生物學緒論

據環(huán)保部污染排放總量控制司初步估算，2015年前三季度，全國化學需氧量、氨氮、二氧化硫、氮氧化物排放總量分別比去年同期下降3%、3%、5%、9%左右，“十二五”規(guī)劃五年總目標已完成。第一章環(huán)境微生物學緒論

“十三五”規(guī)劃建議提出擴大污染物總量控制范圍。在“十二五”時期總量控制為四項污染物——二氧化硫、氮氧化物、化學需氧量和氨氮的基礎上，“十三五”不僅要將重點行業(yè)揮發(fā)性有機物納入控制指標，還明確將細顆粒物（PM2.5）等環(huán)境質量指標列入約束性指標，到2020年，實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境質量總體改善，主要污染物排放總量大幅減少。第一章環(huán)境微生物學緒論第一章環(huán)境微生物學緒論

近幾年，環(huán)境污染物總排放量仍處于歷史高位，復合型污染的特征更加明顯，環(huán)境質量狀況非常復雜。

霧霾襲城，水體黑臭，土壤污染，新的致命病毒流行……環(huán)境形勢依然嚴峻。第一章環(huán)境微生物學緒論

微生物在環(huán)境保護和環(huán)境治理中的作用：微生物容易變異，適應性強，用于多種污染環(huán)境的治理；現(xiàn)代人們對污染物高效降解菌的篩選，污染物降解途徑的研究，基因工程等分子生物技術的應用，污染物工業(yè)化處理中涉及的反應器、機械、電力、供氣、監(jiān)測和控制技術的完善，對污染物的物理、化學和生物處理技術的進步等為環(huán)境污染控制打下堅實的基礎。第一章環(huán)境微生物學緒論二、環(huán)境微生物學的研究對象與任務

1、環(huán)境微生物學的研究對象

環(huán)境微生物學是研究與環(huán)境領域（包括環(huán)境工程、給水排水工程、環(huán)境監(jiān)測與治理等）有關的微生物及其生命活動規(guī)律。第一章環(huán)境微生物學緒論其內容包括：微生物個體形態(tài)、群體形態(tài)；細胞結構功能、生理特性、生長繁殖、遺傳變異等；微生物與環(huán)境的關系（尤其是微生物與污染環(huán)境之間的關系）；微生物對物質的轉化分解作用（特別是應用微生物來處理各種污染物質，如廢水、廢氣和固體廢棄物）。第一章環(huán)境微生物學緒論2、環(huán)境微生物學的研究任務總的歸納起來有兩大方面的任務：（1）充分利用有益的微生物資源（2）防止或消除有害微生物

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對于人類而言，大多數(shù)微生物是有益的。古代，微生物用于釀酒、制作醬、醋和發(fā)面。近代，微生物用于發(fā)酵工業(yè)生產乙醇、丙酮、各種有機酸、氨基酸、抗生素。微生物的酶制劑應用于紡織退漿、制革脫毛、洗滌劑的助劑、醫(yī)藥、印染等。微生物應用于石油發(fā)酵；用作農肥；用于防止植物害蟲生物防治等。第一章環(huán)境微生物學緒論

病原微生物也會對人類的生產生活造成不利的影響。還有的微生物能引起作物病害和動物疾病，某些細菌和霉菌能使食品和農副產品腐敗和腐爛。有些細菌生命活動所產生的代謝產物與環(huán)境中的化學物質起作用會產生不良后果，如硫細菌和鐵細菌能引起混凝土管道和金屬管道腐蝕，藍細菌，綠藻和金藻中的某些種能引起湖泊“水華”和海洋的“赤潮”等。第一章環(huán)境微生物學緒論3、微生物在環(huán)境污染治理（水處理）中的應用（１）在環(huán)境監(jiān)測方面（水污染的監(jiān)測）利用在環(huán)境中生存的生物的種類、數(shù)量、活性等特征，來判斷環(huán)境狀況的好壞。這些生物稱為指示生物。第一章環(huán)境微生物學緒論生物監(jiān)測的優(yōu)缺點：生物監(jiān)測的主要優(yōu)越性：（a）長期性——匯集了生物在整個生活時期中環(huán)境因素改變的情況，可以反映當?shù)氐沫h(huán)境變化；（b）綜合性——能反映環(huán)境諸因子、多成分對生物有機體綜合作用的結果；（c）直觀性——直接把污染物與其毒性聯(lián)系起來；（d）靈敏性——有時甚至具有比精密儀器更高的靈敏性，有助于提早發(fā)現(xiàn)環(huán)境污染。

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生物監(jiān)測的主要缺點：（a）定量化程度不夠；（b）需要一定的專業(yè)知識和經驗。第一章環(huán)境微生物學緒論（２）在環(huán)境治理方面廢水、廢物和廢氣處理：物理法、化學法、

生物處理法生物處理法的優(yōu)點：經濟、高效、達到無害化。微生物是對廢水、廢物和廢氣進行生物處理、凈化環(huán)境的工作主體。第一章環(huán)境微生物學緒論

學習環(huán)境微生物學的意義：

了解微生物及其在環(huán)境中的作用（包括其有益和有害的作用）；更好地為生產服務（保護環(huán)境，造福子孫萬代）。第一章環(huán)境微生物學緒論

學好環(huán)境微生物要注意的問題：

建立微觀世界的想象空間；充分理解知識點、牢記基本概念；系統(tǒng)學習、融會貫通；注重理論聯(lián)系實踐，重視實驗環(huán)節(jié)。第一章環(huán)境微生物學緒論

細菌第一章環(huán)境微生物學緒論

病毒第一章環(huán)境微生物學緒論

三、微生物概述

1、微生物的定義

微生物是肉眼看不見或看不清楚的微小生物的總稱。

微生物包括：（1）無細胞結構的病毒、亞病毒（類病毒、擬病毒、朊病毒）；（2）原核細胞結構的真細菌、古菌；（3）真核細胞結構的真菌（酵母菌、霉菌、蕈菌）、單細胞藻類、原生動物少數(shù)肉眼可見，如：納米比亞硫磺珍珠菌（Epulopisciumfishelsoni）

第一章環(huán)境微生物學緒論2、微生物的特點

（1）體積小，面積大微生物由于個體非常微小，因而每一個體的表面積相對較大。這一特點賦予微生物一個巨大的營養(yǎng)吸收面、代謝廢物排泄面和信息交換面。

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（2）吸收多，轉化快微生物可吸收大量的營養(yǎng)物質，迅速將其轉化。

大腸桿菌在1h內可分解其自重1000~10000倍的乳糖；產朊假絲酵母合成蛋白質的能力比大豆強100倍，比食用牛強10萬倍。第一章環(huán)境微生物學緒論（3）生長旺，繁殖快

微生物具有極高的生長和繁殖速度。

如大腸桿菌在合適的條件下，12.5~20min細胞可分裂一次。液體培養(yǎng)，細菌細胞的濃度一般為108~109個/mL。第一章環(huán)境微生物學緒論

（4）適應強，易變異

微生物具有極其靈活的適應性或代謝調節(jié)機制。微生物的個體一般都是單細胞、簡單多細胞甚至是非細胞的，它們通常都是單倍體，加之具有繁殖快、數(shù)量多以及與外界環(huán)境直接接觸等特點，因此即使變異頻率很低，也可在短時間內產生出大量變異的后代。第一章環(huán)境微生物學緒論

（5）分布廣，種類多

微生物的分布可謂是無所不在，江、河、湖、海、土壤、空氣、溫泉水、人和動物體內外、酷熱的沙漠、寒冷的雪地、南極、北極、冰川、污水、淤泥、固體廢物里等處處都有。據估計，微生物的總數(shù)約在50萬至600萬種之間。目前所了解的微生物總數(shù)至多不超過生活在自然界為生物總數(shù)的10%。由于近年來分離培養(yǎng)方法的改進，不斷發(fā)現(xiàn)新的微生物種類。

第一章環(huán)境微生物學緒論第一章環(huán)境微生物學緒論3、原核微生物和真核微生物具有原核細胞的生物稱為原核微生物。原核細胞：其細胞核發(fā)育不完善，僅有核質，沒有定形的細胞核，無明顯的核膜，沒有特異的細胞器，不進行有絲分裂。典型的原核生物有細菌、放線菌、藍細菌等。見圖第一章環(huán)境微生物學緒論細菌細胞結構模式圖第一章環(huán)境微生物學緒論具有真核細胞的生物稱為真核生物。真核細胞：細胞核發(fā)育完善，有定形的細胞核（核仁、染色體等），有明顯的核膜，有特異的細胞器，進行有絲分裂。大多數(shù)生物，包括高等生物都是真核的，如酵母菌。見圖第一章環(huán)境微生物學緒論酵母菌細胞結構模式圖第一章環(huán)境微生物學緒論

4、微生物的分類與命名（1）微生物分類根據一定的原則（表型特征相似性或系統(tǒng)發(fā)育相關性）對微生物進行分群歸類，根據相似性或相關性水平排列成系統(tǒng)，并對每個分類群的特征進行描述。微生物的分類單元（指具體的分類群）分為7級，自上而下依次是界、門、綱、目、科、屬、種。第一章環(huán)境微生物學緒論

種（species）是一個基本分類單元，它是一大群表型特征高度相似、親緣關系極其接近、與同屬內的其他物種有著明顯差異的一大群菌株的總稱。微生物的種通常用該種內一個模式菌株作為代表。

把具有某些共同特征或密切相關的種歸為屬。依次類推，屬歸為科，科歸為目……。

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菌株表示任何由一個獨立分離的單細胞繁殖而成的純遺傳型群體及其一切后代。如枯草芽孢桿菌的兩個菌株

BacillussubtilisAS1.398(蛋白酶生產菌，AS代表中國科學院“AcademiaSinica”的縮寫)B.subtilisBF7658(α淀粉酶生產菌種，BF代表“北紡”，即“北京紡織工業(yè)局科學研究所的縮寫)

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微生物的分類有其分類系統(tǒng)，其中最常用的也是具有權威性的是《伯杰氏手冊》，是對原核微生物（細菌等）進行分類；另外，放線菌、真菌（包括絲狀真菌和酵母菌）等也有各自的分類系統(tǒng)。第一章環(huán)境微生物學緒論《伯杰氏手冊》簡介

Bergey’sManualofDeterminativeBacteriology1923年賓夕法尼亞大學的細菌學教授DavidBergy和四個同事發(fā)表了細菌分類法，至1994年，發(fā)行了第9版。

從1974年的第8版開始，已經成為世界通用的“官方的分類”。第一章環(huán)境微生物學緒論Bergey’sManualofSystematicBacteriology1984-1989年分4卷出版。第一卷:醫(yī)學和工業(yè)方面重要的G-細菌（1984）第二卷：放線菌以外的G+細菌（1986）第三卷：古菌、藍細菌及其他G-細菌（1989）第四卷：放線菌（1989）第一章環(huán)境微生物學緒論

第一版（給出的系統(tǒng)基本上是表型性的）；自2001年起發(fā)行，該手冊的第二版（rRNA，DNA和蛋白質，系統(tǒng)發(fā)育）共分5卷。第一章環(huán)境微生物學緒論一般大家比較熟悉的生物分類是所謂的二界學說，即把生物分為動物界和植物界兩個界，這種分法已有很長的歷史。隨著人們認識的不斷進步，新的分類手段不斷被應用，新的生物類群劃分方法也不斷被提出。1969年，魏塔克提出“五界學說”，后經Margulis修改，為較多的人所接受：原核生物界、真核原生生物界、真菌界、動物界、植物界。我國學者提出的六界學說，在上述五界的基礎上再增加一個病毒界。第一章環(huán)境微生物學緒論第一章環(huán)境微生物學緒論六界學說：

非細胞形態(tài)－－－－－－－－－－－－－病毒界原核生物（細菌、放線菌、藍藻）－原核生物界具細（原生動物、藻類）－真核原生生物界胞真核生物（酵母菌、霉菌）－－－－－真菌界形（后生動物）－－－－－－－動物界態(tài)（低、高等植物）－－－－－植物界第一章環(huán)境微生物學緒論

1990年，Woese等提出三域學說：

即細菌域（Bacteria）古菌域（Archaea）真核生物域（Eukarya）第一章環(huán)境微生物學緒論第一章環(huán)境微生物學緒論人類認識和了解微生物的歷史很長，從列文虎克開始，許多著名的微生物學家通過他們出色的工作，為我們解開了一個又一個有關微生物的謎團，使我們今天能對這些微小的生物有比較全面的了解。第一章環(huán)境微生物學緒論第一章環(huán)境微生物學緒論巴斯德（微生物學奠基人）第一章環(huán)境微生物學緒論羅伯特·科赫（細菌學奠基人）第一章環(huán)境微生物學緒論斯坦利（病毒學家）首次提純并結晶了煙草花葉病毒（1935年）第一章環(huán)境微生物學緒論弗萊明（青霉素的發(fā)現(xiàn)者）第一章環(huán)境微生物學緒論格哈德·多馬克發(fā)明第一種抑菌藥物“百浪多息”（磺胺藥）第一章環(huán)境微生物學緒論

（2）微生物的命名雙名法指一個物種的學名由一個屬名和一個種名加詞兩部分組成。屬名的詞首應大寫，種名加詞的首字母須小寫。

屬名表示該微生物的主要特征，一般為名詞或用作名詞的形容詞，單數(shù)。其詞源可來自拉丁詞、希臘詞或其他拉丁化的外來詞，也有以組合的方式拼成。

種名加詞表示一個物種的次要特征，常用形容詞，也可用人名、地名、病名或其他名詞。

屬名，種名印刷體一律斜體。

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學名=屬名+種名加詞+（首次定名人）+

現(xiàn)名定名人+現(xiàn)名定名年份例如：

Staphylococcusaureus