內(nèi)蒙古大學(xué)環(huán)境微生物學(xué)講義01緒論

1、環(huán)境微生物學(xué)講義Environmental Microblology第一章 緒論第一節(jié) 微生物概述一、微生物的發(fā)現(xiàn)在人類(lèi)認(rèn)識(shí)微生物之前，我國(guó)古代就開(kāi)始利用微生物，4500多年前，已發(fā)明了制曲釀酒工2500年前的春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期已知制醬和醋。同時(shí)，微生物曾給人類(lèi)也帶來(lái)許多災(zāi)難，特別是瘟疫流行（如天花、麻分、肺結(jié)核、鼠疫、梅毒直至艾滋病），其中鼠疫（鼠疫桿菌）最為猖獗，公元6世紀(jì)，14世紀(jì)，19世紀(jì)的三次大流行共造成近2億人口的死亡，比二戰(zhàn)期間死亡的人數(shù)1.1億還多。當(dāng)時(shí)人們對(duì)周?chē)奈⑽锏恼J(rèn)識(shí)處于“視而不見(jiàn)、角而不覺(jué)、食而不察、得其益而不覺(jué)其好，受其害而不知其惡”的愚昧狀態(tài)。我國(guó)古代還有一些利用微生物

2、的實(shí)例。1農(nóng)業(yè)方面：公元前1世紀(jì)就提出肥田熟糞，6世紀(jì)的齊民要術(shù)中總結(jié)出：種過(guò)豆類(lèi)作物的土地特別肥活，可實(shí)行輪作制，即已發(fā)現(xiàn)豆科植物的根瘤有增產(chǎn)作用，而西方的輪作制度是18世紀(jì)30年代后的事了。另?yè)?jù)本草綱目記載我國(guó)從公元7世紀(jì)（唐朝）開(kāi)始栽培食用菌，而西方18世紀(jì)才開(kāi)始?，F(xiàn)代開(kāi)展的生態(tài)農(nóng)業(yè)有許多都沿用了我國(guó)的古代農(nóng)業(yè)思想，如有機(jī)農(nóng)業(yè)、綠色食品。2醫(yī)學(xué)方面：華陀（約公元前112212年間）首創(chuàng)麻醉術(shù)及剖腹外科，主張割去腐肉以防傳染。我國(guó)古代采用種痘（人痘）以防天花的方法，是世界醫(yī)學(xué)史上的一個(gè)偉大創(chuàng)造，1717年經(jīng)土耳其傳入英國(guó)，這比英國(guó)鄉(xiāng)村醫(yī)生秦納（E.Jenner）在1796年發(fā)明的牛痘早半個(gè)

3、多世紀(jì)，1904年牛痘法傳入我國(guó)，因其簡(jiǎn)易，可靠取代了人痘法。自古以來(lái)雖然人們對(duì)微生物的存在有所感受，但缺乏直接證據(jù)。直到1676年荷蘭人呂文虎克（leeuwenhoek）首次利用自制的簡(jiǎn)單顯示微鏡（約放大200300倍），觀察了污水，牙垢，腐敗有機(jī)物等，直接看到了他稱為“微動(dòng)物”的微小生物。二、微生物學(xué)的奠基人約200年后，法國(guó)人巴斯德（L.Pasteur, 18822-1895）和德國(guó)人柯赫（&. Koch, 1843-1910）對(duì)微生物學(xué)的興起做出重要貢獻(xiàn)。1巴斯德通過(guò)多年試驗(yàn)（如曲頸瓶試驗(yàn)推翻了生命的自然發(fā)生說(shuō)并提出胚種學(xué)說(shuō)即生命只能來(lái)自生命），證明酒、酵的釀造過(guò)程是同微生物引起的發(fā)酵

4、，而不是發(fā)酵產(chǎn)生出微生物。認(rèn)為不同的發(fā)酵由不同種類(lèi)微生物引起，酒變酸是由于有害微生物繁殖的法果，并提出科學(xué)的消毒方法巴斯德消毒法。此外，他通過(guò)對(duì)雞霍亂，炭疽病（牛、羊）、狂犬病的病原體研究，證實(shí)傳染病由病原微生物所引起，并提出了接種疫苗的方法以預(yù)防疫病。發(fā)酵過(guò)程中氧對(duì)葡萄糖耗量的抑制現(xiàn)象稱巴斯德效應(yīng)。2柯赫首先分離培養(yǎng)出許多病原微生物，如炭疸桿菌、霍亂弧菌、結(jié)核桿菌等，建立了一套研究微生物的技術(shù)方法，包括菌種分離，培養(yǎng)，接種、染色等，確定特定傳染病由特定微生物引起。他們的工作為微生物學(xué)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。三、微生物學(xué)的代表事件1929年英國(guó)人弗榮明（A.fllening）發(fā)現(xiàn)第一個(gè)有實(shí)驗(yàn)意義

5、的抗生素青霉素，1943起廣泛應(yīng)用至今。1944年，美國(guó)人S.waksman從近1萬(wàn)株土壤放線菌中篩選出也療效顯著的鏈霉素。隨后土霉素、紅霉素、卡那霉素、慶大霉素等相繼發(fā)現(xiàn)，至今年內(nèi)抗生素已近百種。1935年Stanley (斯坦來(lái))首次獲得煙草花葉病毒結(jié)品，隨后Bawden等證實(shí)結(jié)晶為核蛋白（Pr.+核酚），只有核酚才是有浸染能力，這些發(fā)現(xiàn)為探索生命本質(zhì)及起源提供了線索。1953年4月25日，Watson和Crick在英國(guó)Nature雜志上發(fā)表）DNA結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型，提出核酚的半保留復(fù)制假說(shuō)，整個(gè)生命科學(xué)進(jìn)入分子生物學(xué)研究的新階段。至今，微生物學(xué)已發(fā)展了許多分去學(xué)科，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、環(huán)

6、境等各個(gè)領(lǐng)域者有廣泛應(yīng)用。四、微生物學(xué)的分子學(xué)科 1基礎(chǔ)分科：普通微生物學(xué)（General Microbiol ）微生物生物學(xué)（Biology of Microorganism），微生物分類(lèi)學(xué)、生理學(xué)、遺傳學(xué)、生態(tài)學(xué)、分子微生物學(xué)等。 2應(yīng)用領(lǐng)域：應(yīng)用微生物學(xué)（Applied Microbiology）、工業(yè)、農(nóng)業(yè)，醫(yī)用、食品、環(huán)境工程、抗生素學(xué)、廢水生物處理微生物學(xué)等。 3研究對(duì)象：細(xì)菌學(xué)、真菌學(xué)、病毒學(xué)、原生動(dòng)物學(xué)、自養(yǎng)微生物學(xué)、菌物學(xué)等等。 4生態(tài)環(huán)境：土壤、海洋、石油、環(huán)境、極端環(huán)境。 5實(shí)驗(yàn)技術(shù)：實(shí)驗(yàn)微生物學(xué)。 6交叉學(xué)科：分析微生物學(xué)、化學(xué)等。 7環(huán)境微生物工程中構(gòu)建新菌株涉及基因

7、工程；污染物的降解轉(zhuǎn)化涉及微生物地球化學(xué)環(huán)境生物學(xué)，環(huán)境毒理學(xué)；生物監(jiān)測(cè)涉及環(huán)境刁生學(xué)；廢物資源在利用涉及的發(fā)酵工程清潔生產(chǎn)工藝，微生物環(huán)境修理工復(fù)涉及生態(tài)學(xué)和土壤學(xué)等；污染物處理工程中涉及環(huán)境規(guī)劃管理，經(jīng)濟(jì)學(xué)，系統(tǒng)工程及自動(dòng)化控制等信息技術(shù)。五、微生物應(yīng)用及展望“21世紀(jì)是生物學(xué)世紀(jì)”的見(jiàn)解被許多科學(xué)家所認(rèn)同，微生物在這個(gè)過(guò)程中將起基礎(chǔ)作用。 1解決人類(lèi)面臨的五大危機(jī)：微生物都有用武之地。糧食危機(jī)：微生物是土壤生態(tài)肥力的基礎(chǔ)；生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白（SCP工程）；千桿資源化利用；轉(zhuǎn)基因作物食用菌栽培。能源匱乏：有機(jī)廢物乙醇化發(fā)酵工程；秸桿等生物量的產(chǎn)甲烷工程；微生物電池；錳氧化菌可便二氧化錳廢電池循

8、環(huán)使用。資源緊缺：纖維素發(fā)酵工程轉(zhuǎn)化出化工、制藥的工業(yè)原料，如丙酮等等，可實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。環(huán)境惡化：微生物肥料和殺蟲(chóng)劑逐漸替代化學(xué)肥料和農(nóng)藥；廢水、廢物的生物處理工程可較徹底地解決污染問(wèn)題。環(huán)境生物技術(shù)日趨完善。人類(lèi)健康（人口爆炸）：由“工程菌”生產(chǎn)生物醫(yī)藥，如干擾素等；菌苗和疫菌的生產(chǎn)；有人估計(jì)，種琘抗生素的使用各提高人類(lèi)壽命10年。總之，人類(lèi)會(huì)進(jìn)入從利用有限礦物資源到利用無(wú)限的生物資源的時(shí)代，解決環(huán)境與發(fā)展的矛盾，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。2環(huán)境生物工程工的應(yīng)用：微生物在生物工程中有廣泛應(yīng)用，這些工程包括：遺傳工程（基因工程）、細(xì)胞工程、微生物工程（發(fā)酵工程）、酶工程（生化工程）、生物反應(yīng)器工程。常規(guī)

9、過(guò)程如下：常規(guī)篩選菌 “工程菌” 生物制品（基國(guó)藥物等）或應(yīng)用于環(huán)境污染防治在環(huán)境方面，生物技術(shù)可用于防治污染基因工程（或細(xì)胞工程），生物處理發(fā)酵工程，生物凈化酶學(xué)工程等。以上生物工程的實(shí)施，往往離不開(kāi)微生物的作用。如可產(chǎn)生重要發(fā)酵產(chǎn)物的目的基因的獲得、作為受體微生物的發(fā)酵工程菌，用于切割和過(guò)接基因的工具酶都從某些微生物獲取。基因栽體有的是質(zhì)粒、有的是病毒；而受體細(xì)胞多采用細(xì)菌（如常用的E. ）?，F(xiàn)在已可用細(xì)菌合成人干擾素、胰島素、人生長(zhǎng)激素等，用于臨床藥物。效率比常規(guī)方法提高萬(wàn)倍以上（如1升細(xì)菌培養(yǎng)激在7小時(shí)內(nèi)產(chǎn)生甲硫氨酸人生長(zhǎng)激素，就相當(dāng)于從60個(gè)個(gè)體的腦垂體中提取出來(lái)的數(shù)量。（松果體素、

10、印0） 3發(fā)展趨勢(shì)向分子水平發(fā)展：探索生長(zhǎng)繁殖和遺傳變異的機(jī)制（基因水平）。形成新的學(xué)科：如真菌毒素學(xué)、細(xì)菌質(zhì)粒學(xué)、因氧生物化學(xué)、微生物地理化學(xué)、藥用微生物學(xué)，極端環(huán)境微生物學(xué)等等。新技術(shù)的廣泛應(yīng)用：同位素標(biāo)記、PCR技術(shù)、高析生物技術(shù)DNA譜、生物工程、PCR-ELISA技術(shù)檢測(cè)環(huán)境中致病菌、降解菌等。向宏觀擴(kuò)展：陸地微生物生態(tài)學(xué)、海洋、大氣、地下、宇航等。主要參考書(shū)： 微生物學(xué)教程，周德慶，1993年教 材：環(huán)境工程微生物學(xué)周群英、高延耀編著，高等教育出版社（第二版）2000，屬“面向21世紀(jì)課程教材”。 環(huán)境生物學(xué)，孔繁主編，高等教育出版社2000。 環(huán)境微生物工程，馬文漪、楊柳燕主編，

11、南京大學(xué)出版社1999。第二節(jié) 微生物的分類(lèi)地位及特點(diǎn)一、什么是微生物在自然界中，除了種類(lèi)繁多的動(dòng)物和植物以外，還存在著一個(gè)肉眼難以發(fā)現(xiàn)的，常被人忽視的，數(shù)量龐大的，有巨大生物活性的和人類(lèi)密切相關(guān)的微生物世界。顧名思義，微生物就是小生物，它們是一類(lèi)形體微小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、須借助顯微鏡才能看請(qǐng)它們面目的生物。一般來(lái)說(shuō)，人眼對(duì)于小于1mm的物體就看不清楚，而多數(shù)微生物的大小在幾u(yù)m到幾 + um之間，因此，需要顯微鏡的放大作用才能觀察到。從進(jìn)化角度來(lái)說(shuō)，一般微生物都屬于比較簡(jiǎn)單和原始的低等生物類(lèi)型，形體微小、構(gòu)造簡(jiǎn)單是它們的基本特征。總之，微生物就是一切形體微小的生物的總稱。二、微生物的分類(lèi)地位 1分

12、類(lèi)：微生物一詞并非生物分類(lèi)學(xué)的專門(mén)名詞，而是對(duì)揚(yáng)有形體微小巧玲瓏、構(gòu)造簡(jiǎn)單的低等生物的通稱。因此，微生物類(lèi)群 + 分龐雜。對(duì)所有生物進(jìn)行分界的問(wèn)題，在人類(lèi)認(rèn)識(shí)過(guò)程中經(jīng)歷了一個(gè)由淺入深、由簡(jiǎn)至繁、由低級(jí)至高級(jí)的認(rèn)識(shí)過(guò)程。下面介紹幾個(gè)主要的生物界級(jí)分類(lèi)學(xué)說(shuō)：1）二界系統(tǒng)1753年由瑞典博物學(xué)家林奈（Linne）提出的動(dòng)物和植物的“二界系統(tǒng)”。是最初的界級(jí)分類(lèi)學(xué)說(shuō)。2）五界系統(tǒng)1969年，RHWhittaker（魏泰克）在Science雜志上發(fā)表論文，提出五界學(xué)說(shuō)，它們包括： 原核生物界 Monera 微型后生動(dòng)物、高低等動(dòng)物。 原生生物界 Protista 含原生動(dòng)物、藻類(lèi)、粘菌等。 真菌界 Fu

13、ngi 含絲狀真古、酵母菌、傘菌等。 植物界Plantae 高低等植物。 動(dòng)物界Animalia 微型后生動(dòng)物、高低等動(dòng)物。植物界真菌界動(dòng)物界原生生物界原核生物界 真核多細(xì)胞原核單細(xì)胞五界系統(tǒng)示意圖我國(guó)王大 教授提出增加一個(gè)病毒界(Vira)的大界系統(tǒng)。另外，我們陳世驤（1979）等建議生物可劃分三總界五界：即.非細(xì)胞總（病毒界）.原核總界：1. 細(xì)菌界 2. 藍(lán)細(xì)菌界（原稱藍(lán)綠藻）.真核總界：3. 植物界（光合營(yíng)養(yǎng)生產(chǎn)者） 4. 真菌界（吸收營(yíng)養(yǎng)分解者） 5. 動(dòng)物界（攝食營(yíng)養(yǎng)消費(fèi)者）其中真菌界中生物現(xiàn)稱為菌物，主要指大昔真菌。但這樣分類(lèi)并不是一個(gè)自然分類(lèi)系統(tǒng)，因?yàn)樵S多病毒是隨高等動(dòng)物或植物

14、的出現(xiàn)才出現(xiàn)的。細(xì)菌分類(lèi)方面較機(jī)成的是Sergeys Manial of Systematic Bacteriology（伯杰氏系統(tǒng)細(xì)菌學(xué)手冊(cè)），1994年已出第九版。長(zhǎng)久以來(lái)，細(xì)菌分類(lèi)學(xué)以形態(tài)、表型、生理、生態(tài)等特征為分類(lèi)依據(jù)，現(xiàn)在又加進(jìn)了DNA的G+C%，DNA雜交，16SrRNA堿基順序與分析 等先進(jìn)手段，使人為分類(lèi)體與開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)樽匀环诸?lèi)體系。如古菌已從細(xì)菌中識(shí)別出來(lái)（見(jiàn)緒圖-1 P7），3）分支分類(lèi)：依據(jù)16SrRNA寡核苷酸序列分析，可明顯區(qū)別出三個(gè)生物域：古細(xì)菌、真細(xì)菌和真核生物，并得出細(xì)菌的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。微生物的命名采用生物學(xué)中的雙名法，即用兩個(gè)拉丁字命名一個(gè)微生物的種。微生物分類(lèi)

15、中（種以上）過(guò)去一直沿用七級(jí)分類(lèi)單元：即界（Kingdom） 門(mén)（Phylum） 綱（Class） 目（Order） 科（Family）屬 (Genus) 種（Species）每種微生物都有一個(gè)名字，名字有學(xué)名和俗名兩種，學(xué)名采用生物學(xué)中的雙名法，即用兩個(gè)拉丁字命名一個(gè)微生物的種，由一個(gè)屬名和一個(gè)種名組成，用斜體字表達(dá)。例如：大腸埃希氏菌（簡(jiǎn)稱大腸桿菌，E. coli）Escherichia coli (Migula) Castellani et Chalmers 1919 屬名 種名 首次定名人 現(xiàn)名定名人 定名年份全稱是在雙名之后綴有命名人的姓氏和命我年份。枯草芽桿菌的名稱是 Bacill

16、us subtilis。變種和亞種也可用三名法，如Bacillus substilis var. miger （枯草芽孢桿菌黑色變種）。如果只將細(xì)菌鑒定到屬，沒(méi)確定到種，也可在屬名后加SP. (單數(shù))或SPP。（復(fù)數(shù)），它們是Species的縮寫(xiě)，如Bacillus sp. 同種不同來(lái)源的微生物純培養(yǎng)，稱為菌株（Strain）。菌株的名稱放在學(xué)名的后面，多用字母和數(shù)字表達(dá)，例如：B. subtilis AS 1.398和B.subtilis BF 7.658是枯草桿菌的兩個(gè)菌株，前者可生產(chǎn)蛋白酶，后者可生科2-淀粉酶。3分類(lèi)依據(jù)：包括形態(tài)特征（個(gè)體和培養(yǎng)特征）、生理生化特征（對(duì)能量、O2 和營(yíng)

17、養(yǎng)的要求）、生態(tài)習(xí)性（T. PH. 致病性、寄生、共生關(guān)系）、血清學(xué)反應(yīng)、細(xì)胞壁成分、GC含量、DNA雜合率、rRNA的堿基順序等方法。三、微生物的共同特點(diǎn)在整個(gè)生物界，各種生物的體形大小相差極大。植物界中最大的是一種紅杉，可高達(dá)350m；動(dòng)物界的藍(lán)鯨長(zhǎng)達(dá)34m。而病毒界中最小的菜豆畸矮病毒僅9-11nm。體形大小的量變達(dá)到一定限度，就會(huì)引起一系列其它性狀的質(zhì)變。形體微小，構(gòu)造簡(jiǎn)單是微生物的基本特點(diǎn)。此外，微生物還具有以下幾個(gè)共同特性。1個(gè)體小、代謝強(qiáng)如邊長(zhǎng)1cm的立方體總表面積是6cm2，比表面積值即表面與體積之比為6，三維切割成1um（球菌大小）后可有1012，個(gè)立方體數(shù)，總表面積可達(dá)6m

18、2，比面值之達(dá)60.00。因此，微生物具有巨大的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收面（或者說(shuō)代謝廢物的排泄面和環(huán)境倍息的接收面）。由于其總表面積大，利于收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和增強(qiáng)代謝能力。有人計(jì)算，乳酸桿菌1小時(shí)內(nèi)生成的乳酸量約為其體系的100010.000倍，但人要產(chǎn)生相當(dāng)于其體重1000倍的糖代謝物則需40年。又如產(chǎn)朊假絲酵母合成蛋白質(zhì)的能力是大豆的100倍、年的10萬(wàn)倍。此外，微生物的代謝類(lèi)型也非常豐富（以后介紹）。因此，微生物具有“活的化工廠”的作用。人類(lèi)對(duì)微生物的利用，主要就體現(xiàn)在它們的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化能力上。環(huán)境上“三廢”的生物處理，工業(yè)上發(fā)酵生產(chǎn)，農(nóng)業(yè)上生物肥料都利用這樣一個(gè)特性。2繁殖快、易變異生物界中，微生物是

19、有最快的繁殖速度，尤其是以二分裂方式繁殖的細(xì)菌。例如Ecoli在合適的條件下20分鐘可繁殖一代。假如它始終處于最適宜生長(zhǎng)條件下，一晝夜一個(gè)細(xì)菌可產(chǎn)生272（即4.71021）個(gè)后代，按每個(gè)菌10-12g計(jì)，重約4700噸。當(dāng)然由于生存條件的限制，這種幾何 數(shù)的增殖速度一般只能維持幾個(gè)小時(shí)。因此，每ml培養(yǎng)液中的細(xì)菌濃度在108個(gè)左右。下面的一組數(shù)字來(lái)說(shuō)明微生物在生存的地方所具有的巨大數(shù)量：土壤是微生物的“大本營(yíng)”，每g肥沃土壤中細(xì)菌可達(dá)數(shù)億個(gè)，放線菌達(dá)千萬(wàn)，霉菌孢子達(dá)百萬(wàn)，利用有蓋微生物制作生物肥料前景廣闊。全世界海洋中微生物總重量約280噸。人體腸道中菌體總數(shù)可達(dá)100萬(wàn)億左右，可高達(dá)糞便的

20、1/3于重。平均每張舊鈔票上的細(xì)菌數(shù)多達(dá)900萬(wàn)個(gè)，E. Ccoli 檢出率87.9%?？梢?jiàn)我們生活在一個(gè)被大量微生物包圍的環(huán)境中，只是由于肉眼不可見(jiàn)而常?！吧碓诰胁恢薄ＭǔＮ⑸锏淖儺惲Ｂ什⒉桓撸?0-5106），但由于其數(shù)量大，也可在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)大量的變異后代。因此，微生物具有極其靈活的環(huán)境適應(yīng)性。它們通過(guò)產(chǎn)生不同的酶來(lái)執(zhí)行靈活多變的代謝調(diào)控機(jī)制。如E. Ccali可產(chǎn)生20003000種不同的蛋白質(zhì)。近幾十年來(lái)，工業(yè)化發(fā)展出現(xiàn)了大量的人工合成有機(jī)化合物，如殺蟲(chóng)劑、洗滌劑、塑料等，它們是地球上的新成員。開(kāi)始微生物也很難降解它們，但由于微生物的變異特性，近年來(lái)已分離到一些可分解它們的微

21、生物種類(lèi)。環(huán)境工程中，廢水生物處理的活性污泥馴氏，特殊污染物降解菌種的選育都利用了這一特性。同時(shí)要注意到，易變異這一特點(diǎn)會(huì)引起菌種退化，導(dǎo)致致病菌耐藥性提高，從而給人類(lèi)帶來(lái)不利。3分布廣、種類(lèi)多在地球上，微生物的可謂是“無(wú)微不至”、無(wú)孔不入、無(wú)遠(yuǎn)還達(dá)。除火山的中心區(qū)域外，從土壤圈、水圈直至大氣圈、巖石圈幾乎都有微生物的足跡，使生物圈的范圍變得很大。例如，70年代美國(guó)科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)在東太平洋深達(dá)百米的海底溫家中有一個(gè)不依賴太陽(yáng)的獨(dú)立生態(tài)系統(tǒng)。支持這一生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者是一類(lèi)硫細(xì)菌，它們以H2S為能源CO2為碳源，在100高溫、1140個(gè)大氣壓和厭氧條件下進(jìn)行飼養(yǎng)生活，并且數(shù)量可達(dá)108個(gè)/ml海水。

22、大量的硫細(xì)菌供養(yǎng)了海底的蠕蟲(chóng)、貝和蟹等元脊椎動(dòng)物。種類(lèi)上看，目前已確定的微生物種類(lèi)數(shù)約10萬(wàn)種，而據(jù)專家估計(jì)應(yīng)在150萬(wàn)種以上，隨著分離培養(yǎng)技術(shù)的進(jìn)步，將來(lái)有了能超過(guò)動(dòng)植物種類(lèi)數(shù)（100多萬(wàn)種）。因此，微生物資源潛力巨大，現(xiàn)在有一個(gè)學(xué)科就是“微生物資源學(xué)”。據(jù)估，可人工培養(yǎng)的微生物僅占總的種類(lèi)數(shù)的110%。所以許多研究者采用環(huán)境DNA樣品進(jìn)行其多態(tài)性分析。第三節(jié) 環(huán)境微生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容和研究意義一、定義“環(huán)境微生物學(xué)”廣義上講是研究微生物與環(huán)境間相互作用規(guī)律的學(xué)科；狹義上講是研究環(huán)境污染物微生物凈化機(jī)理的學(xué)科。它與環(huán)境生物學(xué)一樣，既是生物學(xué)的分支學(xué)科，又是環(huán)境科學(xué)的分支學(xué)科；同時(shí)既是基礎(chǔ)學(xué)科，

23、又是應(yīng)用學(xué)科。隨著環(huán)境公害事件的發(fā)生，環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重，在此背景下，于60年代后期興起的一門(mén)新型學(xué)科，起始于水處理微生物學(xué)。它是許多院校環(huán)境或環(huán)境工程專業(yè)本科生的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課。由于微生物在自然生態(tài)系統(tǒng)中、在人類(lèi)賴以生存的環(huán)境中占有特殊地位，因此，這一學(xué)科成為環(huán)境科學(xué)中的重要組成成分。未來(lái)環(huán)境污染物治理的最終解決將有賴于環(huán)境微生物工程技術(shù)和環(huán)境生物技術(shù)。二、研究?jī)?nèi)容1自然環(huán)境中的微生物生態(tài)學(xué)研究微生物與環(huán)境間的相互關(guān)系，包括生物地球化學(xué)循環(huán)（Biogeochemical cycle） 中微生物的作用，生態(tài)系統(tǒng)中微生物的群落、結(jié)構(gòu)與功能的研究，微生物與其它生物間相互關(guān)系的研究。屬?gòu)V義環(huán)境微生物學(xué)

24、的范疇。2污染環(huán)境中的微生物生態(tài)學(xué)研究污染環(huán)境與微生物間的相互關(guān)系。包括：環(huán)境污染的微生物效應(yīng)，污染物的微生物降解與轉(zhuǎn)化機(jī)理，微生物對(duì)環(huán)境的影響（如病原微生物、微生物毒性、微生物污染等）。有人稱之為“污染微生物學(xué)”。3環(huán)境微生物工程的原理與方法以活性污泥為中心的各種污水生物處理工程的應(yīng)用，推動(dòng)了該學(xué)科的發(fā)展。這方面主要包括：有機(jī)廢水和廢物的生物處理，高效降解菌的篩選和分離，基因工程菌的構(gòu)建，新型生物處理技術(shù)，環(huán)保生物制品的開(kāi)發(fā)、生物肥科學(xué)環(huán)境生物工程（特別是廢物的資源化能源化發(fā)酵工程）。還有高濃度有機(jī)廢水的生物處理，廢水除磷脫氮的微生物原理與方法，有機(jī)廢物生物高效處理工程等。4微生物在環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)中的應(yīng)用水的細(xì)菌總數(shù)測(cè)定，大腸菌群及糞鏈球菌的檢測(cè)、污水生物帶體系等，都是水體污染程度檢測(cè)的常用微生物學(xué)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)方法。環(huán)境致癌物的快速檢測(cè)都采用微生物作為材料，如Ames試驗(yàn)法就具有靈敏、快速、簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。5微生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與原理包括環(huán)境中各微生物類(lèi)群的形態(tài)、大小、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能，微生物的營(yíng)養(yǎng)與生長(zhǎng)，的遺傳變異與環(huán)境因子相互關(guān)系等等。這部分內(nèi)容適于非生物學(xué)的環(huán)境專業(yè)學(xué)生使用，可在不另外開(kāi)設(shè)普通微生物學(xué)而完成環(huán)境微生物學(xué)都學(xué)的基本要求