環(huán)境工程微生物學(xué)第一章緒論

1、環(huán)境工程微生物學(xué)第一章緒論教學(xué)目標(biāo)與主要內(nèi)容1、微生物的主要類群及生理、生態(tài)特性，2、微生物營養(yǎng)、生長繁殖、遺傳變異、基因工程等，3、微生物代謝以及污染物的微生物降解與轉(zhuǎn)化規(guī)律，污染控制與治理技術(shù)中所涉及的微生物學(xué)原理，4、水體、土壤、空氣、污水和固體廢物生物處理中的微生物及其生態(tài)。作業(yè)與考核（暫）每章布置和收交作業(yè)，作業(yè)成績占本課程總成績的10%。 期末考試前有一次60分鐘的階段測驗(yàn)(?)，期末考試時(shí)間為120分鐘。 課程總成績依據(jù)下列權(quán)重評(píng)定：平時(shí)成績30%；期末考試占70%。 環(huán)境工程微生物學(xué)試題類型一、名詞解釋 轉(zhuǎn)化二、填空細(xì)菌基本形態(tài)： ， ， 。三、多項(xiàng)選擇題（將正確答案填在括號(hào)內(nèi)

2、）（ ）五界系統(tǒng)不包括 A、原核生物界 B、真菌界 C、病毒界 D、原生生物界四、判斷題（以表示正確，表示錯(cuò)誤，答案填在括號(hào)內(nèi)）（ ）1、微生物分類單位是界門綱目科屬種。五、論述題1、試述微生物五大特點(diǎn)及含義，結(jié)合專業(yè)談?wù)勀銓ξ⑸锾攸c(diǎn)的認(rèn)識(shí)。第一章 緒 論 第四節(jié) 微生物學(xué)的發(fā)展史第一節(jié) 微生物的基本概念第二節(jié) 微生物的特點(diǎn)第三節(jié) 微生物在生物界的地位和分類第五節(jié) 環(huán)境及環(huán)境工程微生物學(xué)的研究內(nèi)容第一節(jié) 微生物的基本概念 一、微生物的發(fā)現(xiàn) 1676年，荷蘭，列文虎克，單式顯微鏡（復(fù)制品）第一節(jié) 微生物的基本概念 一、微生物的發(fā)現(xiàn)A、C、F、Q： 桿 菌E： 球 菌H： 球菌的聚集體列文虎克向

3、英國皇家學(xué)會(huì)的信中對細(xì)菌形態(tài)的描繪一、微生物的發(fā)現(xiàn) 第一節(jié) 微生物的基本概念 二、微生物的定義細(xì)小的肉眼看不見的生物稱微生物。非細(xì)胞生物原核生物部分真核生物（真菌、藻類、原生動(dòng)物）微生物一、體積小，比表面積大單位：um(10-6 m)或nm(10-9m)2m0.5m桿菌80個(gè)桿菌肩并肩總寬度=1根頭發(fā)絲的寬度1500個(gè)桿菌首尾相連總長度=1粒芝麻的長度微生物的體積大小第二節(jié) 微生物的特點(diǎn) 不同生物類型細(xì)胞大小的比較第二節(jié) 微生物的特點(diǎn) 一、體積小，比表面積大微生物與其它生物種類的體積比較動(dòng)物的模式細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞核細(xì)菌病毒動(dòng)物、植物和微生物個(gè)體大小尺度范圍 一、體積小，比表面積大微生物的比表面積比

4、表面積：個(gè)體的表面積與體積之比。設(shè)定：人的比表面積=1 則： (與人等重)大腸桿菌比表面積=30萬第二節(jié) 微生物的特點(diǎn) 設(shè)球菌半徑r=0.5m球菌表面積(S)423.14162球菌體積(V)4330.2363比表面=S/V3.1416/0.5236=6設(shè)球菌半徑2球菌面積(S)50.32球菌體積(V)33.53比表面=S/V50.3/33.51.5 一、體積小，比表面積大二、吸收多，轉(zhuǎn)化快人（50kg） 5001000g/d地鼠（體重3g） 3g/d大腸桿菌 細(xì)胞重量2000倍糖/h奶牛（500kg） 合成0.5kg蛋白質(zhì)/24h微生物細(xì)胞 合成自身重量30-40倍的細(xì)胞物質(zhì)/24h吸收多轉(zhuǎn)化

5、快第二節(jié) 微生物的特點(diǎn)一、體積小，比表面積大二、吸收多，轉(zhuǎn)化快三、生長旺，繁殖速大腸桿菌在合適的生長條件下：12.520分鐘 繁殖1代每小時(shí) 分裂3代，由1個(gè)變成8個(gè)。經(jīng)24小時(shí) 分裂72代，重約4722噸經(jīng)48小時(shí) 可產(chǎn)生2.21043個(gè)后代。第二節(jié) 微生物的特點(diǎn) 地球重的4000倍微生物代時(shí)及每日增殖率微生物名稱代時(shí)(分)溫度日增殖率乳酸菌38252.71011大腸桿菌18371.21024根瘤菌110258.2103枯草桿菌31307.21013光合細(xì)菌144301.0103釀酒酵母120304.1103念珠藻1380252.1硅藻1020202.64小球藻4202510.6草履蟲642

6、264.92一、體積小，比表面積大二、吸收多，轉(zhuǎn)化快三、生長旺，繁殖速四、適應(yīng)性強(qiáng)，易變異1、對營養(yǎng)物質(zhì)的利用上的適應(yīng)性。2、對環(huán)境條件尤其是惡劣的“極端環(huán)境”的適應(yīng)性。 耐0196低溫 耐250300的高溫 耐鹽（飽和鹽水） 耐干燥（產(chǎn)芽孢細(xì)菌、真菌孢子） 耐酸堿、耐缺氧、耐毒物、抗輻射適應(yīng)性強(qiáng)第二節(jié) 微生物的特點(diǎn) 一、體積小，比表面積大二、吸收多，轉(zhuǎn)化快三、生長旺，繁殖速四、適應(yīng)性強(qiáng)，易變異易變異青霉素生產(chǎn)菌的發(fā)酵水平1940年 每毫升20單位2000年 每毫升10萬單位青霉素的使用劑量：1940年 10萬元單位/次1980年： 輸液80萬單位/次2000年： 輸液800萬-1000萬單位

7、/次第二節(jié) 微生物的特點(diǎn) 青霉素對金黃色葡萄球菌最低抑制濃度0.02g/ml200g/ml一、體積小，比表面積大二、吸收多，轉(zhuǎn)化快三、生長旺，繁殖速四、適應(yīng)性強(qiáng)，易變異五、分布廣，種類多微生物在自然界的分布：無處不在，無孔不入分布廣土壤空氣水域生物體內(nèi)外極端環(huán)境正常環(huán)境高空深海底2000米深的地層溫泉第二節(jié) 微生物的特點(diǎn) 一、體積小，比表面積大二、吸收多，轉(zhuǎn)化快三、生長旺，繁殖速四、適應(yīng)性強(qiáng)，易變異五、分布廣，種類多60年前，中國人乘飛機(jī)采集了160米到5300米的高空的氣樣并分析了其中的微生物發(fā)布狀況。第二節(jié) 微生物的特點(diǎn) 一、體積小，比表面積大二、吸收多，轉(zhuǎn)化快三、生長旺，繁殖速四、適應(yīng)性

8、強(qiáng)，易變異五、分布廣，種類多種類多地球上的微生物： 估計(jì)有100萬種以上已發(fā)現(xiàn)的微生物： 約有10萬種已開發(fā)利用的微生物： 約1000種 第二節(jié) 微生物的特點(diǎn) 微生物的微觀性研究手段的限制分離培養(yǎng)的局限第三節(jié) 微生物在生物界的地位 無細(xì)胞結(jié)構(gòu)生物病毒具細(xì)胞結(jié)構(gòu)生物生物原核生物真核生物真細(xì)菌古細(xì)菌真菌藻類原生動(dòng)物動(dòng)物植物真細(xì)菌真菌藻類原生動(dòng)物動(dòng)物植物真核生物古細(xì)菌生物沃氏提出的三域（三原界）分類系統(tǒng)生物的界級(jí)分類學(xué)說 隨著人們對微生物認(rèn)識(shí)的逐步深化，近一百多年來，從兩界系統(tǒng)經(jīng)歷過三界系統(tǒng)、四界系統(tǒng)、五界系統(tǒng)甚至六界系統(tǒng)，最后又出現(xiàn)了三域系統(tǒng)。圖 生物界級(jí)學(xué)說的發(fā)展（陰影部分為微生物）五界系統(tǒng)19

9、69年Whittaker提出了五界學(xué)說，五界系統(tǒng)包括：動(dòng)物界（Animalia）；植物界（Plantae）；原生生物界（Protista） 包括原生動(dòng)物、單細(xì)胞藻類、粘菌等；真菌界（Fungi） 包括真菌和酵母菌；原核生物界（Monera）包括細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌等。圖 Whittaker的五界系統(tǒng)示意圖以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)化階段，而以橫向顯示光合營養(yǎng)（photosynthesis）、吸收式營養(yǎng)（absorption）和攝食式營養(yǎng)（ingestion）這三大進(jìn)化方向。三域系統(tǒng) 根據(jù)16SrRNA及18SrRNA核苷酸順序的同源性測定，Woese等提出了三域?qū)W說

10、（Three Domains Theory) 在生物進(jìn)化過程的早期，存在著一類各生物的共同祖先，由它分三條進(jìn)化路線，亦即形成了三個(gè)域： 古菌（Archae）域 包括產(chǎn)甲烷菌，極端嗜鹽菌和嗜熱嗜酸菌； 真細(xì)菌（Eubacteria）域 包括藍(lán)細(xì)菌和各種除古細(xì)菌以外的其他原核生物； 真核生物（Eucaryotes）域 包括原生生物、真菌、動(dòng)物和植物。Woese三原界分類系統(tǒng)微生物分類Microbial taxonomy分類主要是探索生物之間的親緣關(guān)系，把它們歸納為互相聯(lián)系的不同類群。具體任務(wù)就是分類、鑒定和命名。一、分類單位與命名分類單位:界,門,綱,目,科,屬,種種是最基本的分類單位,它是一大群

11、表型特征高度相似，親緣關(guān)系極其相近，與同屬內(nèi)其它種有著明顯差異的菌株的總稱。種以下又分亞種subsp.(變種var.),型,類群,菌株(品系)。菌株(品系)(strain): 表示任何由一個(gè)獨(dú)立分離的單細(xì)胞繁殖成的純種群體及其一切后代。命 名命名按照國際細(xì)菌命名法規(guī),采用林奈氏雙名法。屬名 + 種名 +首次定名人+現(xiàn)名定名人+定名年份如大腸桿菌: Escherichia coli (Migula) Castellani & Chalmers 1919屬名:名詞,大寫首字母,一般描繪主要形態(tài)或生理特征。種名:形容詞,小寫,代表一個(gè)種次要特征。未確定種名或不指特定的種時(shí)，可在屬名后加sp.表示。舉

12、例真菌界真菌門子囊菌綱原子囊亞綱內(nèi)孢霉目內(nèi)孢霉科酵母亞科酵母屬釀酒酵母FungiEumycophytaAscomycetesProtoascomycetesEndomycetalesEndomycetaceaeSacchromycetoideaeSacchromycesS. cerevisiae Hansen生物命名采用林奈氏雙名法：屬名（名詞，首字母大寫）+種名（形容詞）+定名人界Kingdom 動(dòng)物界 植物界 真菌界門Phylum 脊索動(dòng)物門 維管束植物門 真菌門綱Class 哺乳綱 雙子葉植物綱 子囊菌綱目Order 靈長目 桔梗目 內(nèi)孢霉目科Family 人科 菊科 內(nèi)孢霉科屬Genu

13、s 人屬Homo 菊屬Chrysanthemum 酵母屬種Species 人sapiens 雛菊leucanthemum 釀酒酵母 Sacchromyces cerevisiae二、分類依據(jù)1、形態(tài)特征（個(gè)體和群體）細(xì)胞形態(tài)：形狀、大小、排列、染色反應(yīng)等。培養(yǎng)：固體菌落，半固體穿刺，液體。2、生理生化反應(yīng)營養(yǎng)要求：碳源、氮源、營養(yǎng)類型代謝產(chǎn)物：種類、產(chǎn)量、顯色反應(yīng)酶：產(chǎn)酶種類、反應(yīng)特性分類依據(jù)3、生態(tài)學(xué)特征相互關(guān)系、宿主種類、與氧關(guān)系等。4、生活史5、血清學(xué)反應(yīng)近年又發(fā)展了紅外光譜，GC含量，DNA雜交等。三、分類系統(tǒng)原核生物：伯杰氏細(xì)菌鑒定手冊第8版，1973伯杰氏系統(tǒng)細(xì)菌學(xué)手冊第9版，19

14、84Bergeys manual of Systematic Bacteriology真菌：Ainsworth (1973)系統(tǒng)酵母：Lodder分類系統(tǒng)一、史前時(shí)期（直觀應(yīng)用時(shí)期）第四節(jié) 微生物學(xué)的發(fā)展歷史 春秋戰(zhàn)國時(shí)期 微生物分解有機(jī)物質(zhì),漚糞積肥。公元二世紀(jì)的神農(nóng)本草經(jīng) 白僵蠶治病。公元6世紀(jì) 后魏的賈思勰 齊民要術(shù) 谷物制曲、釀酒、制醬、造醋、腌菜。 豆科植物與其它作物輪作一、史前時(shí)期二、初創(chuàng)時(shí)期（形態(tài)學(xué)發(fā)展時(shí)期）第四節(jié) 微生物學(xué)的發(fā)展歷史 （17世紀(jì)下半葉十九世紀(jì)中葉）使用顯微鏡觀察微生物世界的時(shí)期。代表人物：列文虎克貢獻(xiàn):（）發(fā)現(xiàn)了微生物世界（）科學(xué)地描述了微生物的形態(tài)并闡述了它們

15、的繁茂性一、史前時(shí)期二、形態(tài)學(xué)發(fā)展時(shí)期三、奠基時(shí)期（生理學(xué)發(fā)展時(shí)期）第四節(jié) 微生物學(xué)的發(fā)展歷史 十九世紀(jì)下葉有關(guān)微生物的兩個(gè)疑難問題：1、生物是自然產(chǎn)生的嗎？2、傳染性疾病的本質(zhì)是什么？一、史前時(shí)期二、形態(tài)學(xué)發(fā)展時(shí)期三、奠基時(shí)期（生理學(xué)發(fā)展時(shí)期）第四節(jié) 微生物學(xué)的發(fā)展歷史 、巴斯德與自然發(fā)生學(xué)說法國，化學(xué)家，路易斯 巴斯德一、史前時(shí)期二、形態(tài)學(xué)發(fā)展時(shí)期三、奠基時(shí)期（生理學(xué)發(fā)展時(shí)期）第四節(jié) 微生物學(xué)的發(fā)展歷史 、巴斯德與自然發(fā)生說新鮮食品擱置細(xì)菌檢定無細(xì)菌腐敗食品細(xì)菌檢定有細(xì)菌由非生命的物質(zhì)自然發(fā)生自然發(fā)生說一、史前時(shí)期二、形態(tài)學(xué)發(fā)展時(shí)期三、奠基時(shí)期（生理學(xué)發(fā)展時(shí)期）第四節(jié) 微生物學(xué)的發(fā)展歷史

16、、巴斯德與自然發(fā)生說巴斯德反駁自然發(fā)生說的三個(gè)實(shí)驗(yàn)一、史前時(shí)期二、形態(tài)學(xué)發(fā)展時(shí)期三、奠基時(shí)期（生理學(xué)發(fā)展時(shí)期）第四節(jié) 微生物學(xué)的發(fā)展歷史 、巴斯德與自然發(fā)生說巴斯德反駁自然發(fā)生說的三個(gè)實(shí)驗(yàn)一、史前時(shí)期二、形態(tài)學(xué)發(fā)展時(shí)期三、奠基時(shí)期（生理學(xué)發(fā)展時(shí)期）第四節(jié) 微生物學(xué)的發(fā)展歷史 、巴斯德與自然發(fā)生說巴斯德反駁自然發(fā)生說的三個(gè)實(shí)驗(yàn)、科赫與疾病的病菌說一、史前時(shí)期二、形態(tài)學(xué)發(fā)展時(shí)期三、奠基時(shí)期（生理學(xué)發(fā)展時(shí)期）第四節(jié) 微生物學(xué)的發(fā)展歷史 德國，鄉(xiāng)村醫(yī)生，科赫、科赫與疾病的病菌說一、史前時(shí)期二、形態(tài)學(xué)發(fā)展時(shí)期三、奠基時(shí)期（生理學(xué)發(fā)展時(shí)期）第四節(jié) 微生物學(xué)的發(fā)展歷史 健康者病 者接觸傳染物感染得病、科赫與

17、疾病的病菌說三、奠基時(shí)期（生理學(xué)發(fā)展時(shí)期）第四節(jié) 微生物學(xué)的發(fā)展歷史 科赫的有關(guān)實(shí)驗(yàn)病原菌的發(fā)現(xiàn)炭疽病炭疽芽孢桿菌科赫法則(證明某微生物是某疾病病原菌的四項(xiàng)要求)1、在患病動(dòng)物中存在可疑病原有機(jī)體，而健康動(dòng)物中沒有；2、可疑有機(jī)體在純培養(yǎng)中生長；3、純培養(yǎng)中的可疑有機(jī)體細(xì)胞，能引起健康動(dòng)物發(fā)病；4、可疑有機(jī)體被再次分離，并且和最初分離的有機(jī)體一樣；、科赫與疾病的病菌說一、史前時(shí)期二、形態(tài)學(xué)發(fā)展時(shí)期三、奠基時(shí)期（生理學(xué)發(fā)展時(shí)期）第四節(jié) 微生物學(xué)的發(fā)展歷史 主要貢獻(xiàn)： 建立了疾病細(xì)菌說； 首創(chuàng)了細(xì)菌染色法； 首創(chuàng)了細(xì)菌的純培養(yǎng)固體培養(yǎng)基 提出了著名的科赫法則。一、史前時(shí)期二、形態(tài)學(xué)發(fā)展時(shí)期三、奠基時(shí)期（生理學(xué)發(fā)展時(shí)期）第四節(jié) 微生物學(xué)的發(fā)展歷史 、貝耶林克 加富培養(yǎng)、維諾格拉斯基 土壤微生物研究的生態(tài)學(xué)觀點(diǎn)和原位研究路線。一、史前時(shí)期二、形態(tài)學(xué)發(fā)展時(shí)期三、生理學(xué)發(fā)展時(shí)期四、發(fā)展時(shí)期（生物化學(xué)水平）第四節(jié) 微生物學(xué)的發(fā)展歷史 始于二