環(huán)境微生物學(xué)緒論cq課件

1、環(huán)境微生物學(xué) 緒論第一節(jié) 環(huán)境面臨的問題、可持續(xù)發(fā)展與微生物環(huán)境問題 環(huán)境問題是隨著文明的進(jìn)步，工農(nóng)業(yè)的發(fā)展伴生的一種負(fù)效應(yīng)。如隨著工業(yè)的進(jìn)步，大量化石能源及礦石中處于惰性的化學(xué)元素如C、S、重金屬等被以大量釋放到環(huán)境中并不斷積累，而產(chǎn)生諸如溫室效應(yīng)、酸雨、重金屬中毒、白色垃圾、石油污染等等污染事件。 又如農(nóng)業(yè)大量使用化肥以及農(nóng)藥導(dǎo)致灌溉用水富含N、P等營養(yǎng)物質(zhì)和有毒農(nóng)藥進(jìn)入水體導(dǎo)致河流及海域的污染；人口的不斷膨脹，隨之而來數(shù)量更多的生活污水及廢棄物進(jìn)一步加劇了污染的惡化。 自20世紀(jì)西方產(chǎn)業(yè)革命起，世界各國環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，環(huán)境質(zhì)量急劇惡化。50年代后公害問題相繼發(fā)生。美國洛杉礬的光化學(xué)煙霧

2、、倫敦?zé)熿F、日本四日市的哮喘病、水俁病、骨痛病等，均對(duì)人類造成極大傷害。我國也不例外，一些地區(qū)，如上海的黃浦江、蘇州河，太湖、巢湖、淮河、海河、昆明滇池、東北嫩江、松花江等，均污染嚴(yán)重。80年代以后，隨著改革開放，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的興起，鄉(xiāng)鎮(zhèn)的河流也不例外地受嚴(yán)重污染。 一些發(fā)達(dá)國家于20世紀(jì)50年代開始治理環(huán)境，經(jīng)過一二十年的努力治理，已見成效。如泰晤士河現(xiàn)在已變清，有魚類生長。我國于20世紀(jì)60年代末開始認(rèn)識(shí)到環(huán)境污染的危害，首先在一些大城市，如上海、北京、天津等地開始不同程度地處理廢水。繼而也廣泛地開展了環(huán)境保護(hù)、環(huán)境污染的治理工作。現(xiàn)在雖然環(huán)境保護(hù)已深人人心，但目前全國范圍污染加重的態(tài)勢依然沒

3、有得到有效控制?？沙掷m(xù)發(fā)展策略嚴(yán)峻的危機(jī)逐漸讓人們認(rèn)識(shí)到發(fā)展必須與環(huán)境相協(xié)調(diào)的道理， 1987年發(fā)表 “可持續(xù)發(fā)展”的口號(hào)至今的提出，可持續(xù)發(fā)展的思想廣為各國接收和重視，也就是當(dāng)代人類的發(fā)展，應(yīng)該是既滿足當(dāng)代人的需求，又不危及后代人滿足其需求的發(fā)展。 “九五”期間我國推出兩項(xiàng)重大舉措：即“全國主要污染物排放總量控制”和“中國跨世紀(jì)綠色工程規(guī)劃”。在“全國主要污染物排放總量控制”中規(guī)定煙塵、粉塵、二氧化硫、石油類、重金屬、化學(xué)耗氧量(COD)和工業(yè)固體廢棄物等12種主要污染物的排放量，到2000年要控制在國家批準(zhǔn)的水平上。大量排污違規(guī)企業(yè)被關(guān)閉，如果各種污染物按照各自排放標(biāo)準(zhǔn)排放，他們可以在自然

4、力的作用下被凈化而不會(huì)造成污染.我們環(huán)境工作者的主要任務(wù)就是用先進(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)，從而能夠以環(huán)境自身凈化能夠承受的程度，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。微生物在治污中的地位污染物的微生物凈化是自然環(huán)境自身凈化的主要手段，同時(shí)也是地球生態(tài)平衡、物質(zhì)循環(huán)的極為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，我們實(shí)際上是取法天地，并能動(dòng)地利用已知的微生物規(guī)律比自然界更為高效地消除污染，保護(hù)環(huán)境。這也就是這門課開設(shè)的用意所在，即認(rèn)識(shí)微生物規(guī)律，能動(dòng)地利用這些客觀規(guī)律指導(dǎo)環(huán)保工作。第二節(jié) 環(huán)境微生物學(xué)的研究對(duì)象與任務(wù) 環(huán)境微生物學(xué)是在環(huán)境工程與微生物學(xué)的交叉學(xué)科。微生物是指個(gè)體很小，肉眼看不見的生物，通常指直徑

5、小于或等于1毫米的生物。這門課圍繞環(huán)境微生物主要講述以下幾個(gè)問題一、環(huán)境微生物學(xué)的研究對(duì)象（一）微生物形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能(靜態(tài)特征)（二）微生物生理、生長特性與遺傳變異(動(dòng)態(tài)特征）（三）微生物與環(huán)境污染治理(應(yīng)用研究)（四）微生物研究方法二、環(huán)境微生物學(xué)的研究任務(wù) 自然界環(huán)境中的微生物大多數(shù)是有益的。自古以來有益微生物被人類廣泛應(yīng)用，釀酒、制作醬、醋和發(fā)面。近代，將微生物應(yīng)用于發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)乙醇、丙酮、各種有機(jī)酸、氨基酸(主要有谷氨酸即味精和賴氨酸)、抗生素。微生物的酶制劑應(yīng)用于紡織退漿、制革脫毛、洗滌劑的助劑、醫(yī)藥、印染等及應(yīng)用于石油發(fā)酵如微生物脫蠟和脫硫；用作農(nóng)肥(如固氮菌肥、磷、鉀細(xì)菌肥料等)

6、用于植物害蟲生物防治的蘇云金桿菌等殺蟲劑及礦業(yè)(探油、回收重金屬和稀有金屬)。用于污染治理是有益微生物另一個(gè)極為重要的研究領(lǐng)域。自然環(huán)境中同時(shí)也存在病原微生物，病原微生物也會(huì)對(duì)人類的生產(chǎn)、生活造成不利影響。如細(xì)菌、病毒、霉菌、變形蟲的某些種能引起人的各種疾病，如肝炎、沙眼、腸道病、傷風(fēng)、感冒等，黃曲霉能產(chǎn)生致癌的黃曲霉毒素，島青素、枯青霉和黃綠青霉等能產(chǎn)生致癌的黃變米黃素。還有的微生物能引起作物病害及動(dòng)物疾病，某些細(xì)菌和霉菌能使食品和農(nóng)副產(chǎn)品腐敗和腐爛。有些細(xì)菌盡管不是病原菌，但它們的生命活動(dòng)所產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物與環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)起作用會(huì)產(chǎn)生不良后果。如硫細(xì)菌和鐵細(xì)菌能引起混凝土管道和金屬管道腐蝕

7、，藍(lán)藻、綠藻和金藻中的某些種能引起湖泊“水華”和海洋的“赤潮”等。充分利用有益微生物資源為人類造福,同時(shí)防止、控制、消除微生物的有害活動(dòng)，化害為利。環(huán)境工程中處理廢水、廢物和廢氣的方法很多，其中生物處理法占重要位置。它與物理法、化學(xué)法相比，具有經(jīng)濟(jì)、高效的優(yōu)點(diǎn)，更重要的是可達(dá)到無害化。微生物是對(duì)廢物進(jìn)行生物處理、凈化環(huán)境的工作主體，只有全面了解和掌握微生物的基本特性，才能培養(yǎng)好微生物，取得較高的凈化效果。 非細(xì)胞結(jié)構(gòu)生物 病毒界 真細(xì)菌亞綱 原核細(xì)胞生物 原核生物界 真細(xì)菌綱 原生動(dòng)物 放線菌綱 真核原生 細(xì)菌門 粘細(xì)菌綱 生物界 真核藻類 立克氏體綱 酵母菌 螺旋體綱 真菌界 支原體綱 真核

8、細(xì)胞 霉菌 生物 微型后生動(dòng)物 動(dòng)物界 高低等動(dòng)物 低等植物 植物界 高等植物具細(xì)胞結(jié)構(gòu)生物生物藍(lán)藻門（藍(lán)綠細(xì)菌）微生物二、微生物命名1.學(xué)名=屬名+種名+（首次定名人）+現(xiàn)定名人+定名年份例如 Pseudomonas aeruginosa (Schroeter)Migula 1920銅綠假單胞菌 1920年由Migula定名 2 .學(xué)名=屬名+種名+菌株（用字母、符號(hào)等字形表示）例如 Bacillus.subtilis AS 1.398 枯草桿菌中能生產(chǎn)蛋白酶的一株菌株3.學(xué)名=屬名+sp.(或spp.) 只鑒定到屬名，對(duì)具體的種，不能肯定。sp.（單數(shù)）或spp.（復(fù)數(shù)）表示未定種的含義。

9、 三、微生物的特點(diǎn)（一）個(gè)體極?。ǘ┓敝晨臁⒋x速率快（三）數(shù)量多（四）易變異（五）種類多、分布廣、代謝類型多樣(二)繁殖快、代謝速率快生物界中，微生物具有最高的繁殖速度。尤其是以二分裂方式繁殖的細(xì)菌，其速度更是驚人。例如，大腸桿菌和梭狀芽孢桿菌在最合適的條件下，20分鐘可繁殖一代。如果它始終處在最適宜的條件下，則一晝夜可由一個(gè)細(xì)菌產(chǎn)生471021個(gè)后代，經(jīng)48h后可產(chǎn)生221043個(gè)后代。假如一個(gè)細(xì)菌重量為1012g，那么，這里的總重量將達(dá)到221025噸。這個(gè)重量相當(dāng)于4000個(gè)地球之重。當(dāng)然，由于種種限制，這種幾何級(jí)數(shù)增殖速度最多也只能維持幾個(gè)小時(shí)。由于這一特點(diǎn)，廢水處理中，提供合適的

10、條件， 微生物很快就會(huì)達(dá)到相當(dāng)?shù)臄?shù)量，從而廢物處理效率很高。我們以12小時(shí)內(nèi) 一種肺炎鏈球菌（Streptococcus pneumoniae）繁殖的短片 ，作為實(shí)例。 12小時(shí)內(nèi) 一種肺炎鏈球菌（Streptococcus pneumoniae）的繁殖記錄（三）數(shù)量多由于微生物的營養(yǎng)食譜極廣，生長繁殖速度快，代謝強(qiáng)度大，因此，凡有微生物生存的地方，它們通常都擁有巨大的數(shù)量。以下一些數(shù)字可說明環(huán)境中微生物數(shù)量之多：(1)土壤是微生物的“大本營”，其中細(xì)菌數(shù)量達(dá)數(shù)億個(gè)g，放線菌孢子達(dá)數(shù)千萬個(gè)g，霉菌孢子達(dá)數(shù)百萬個(gè)g，酵母菌達(dá)數(shù)十萬個(gè)g; (2)全世界海洋中微生物的總重量約280億噸 (3)人體腸

11、道內(nèi)菌體總數(shù)達(dá)100萬億個(gè)左右。(4)新鮮葉子表面微生物數(shù)量達(dá)100多萬個(gè)g(5)人們使用的鈔票，平均每張紙幣上的細(xì)菌數(shù)多達(dá)900萬個(gè)，大腸桿菌檢出率達(dá)879。(6)人的一個(gè)噴嚏約含菌4，500150，000個(gè)，感冒患者的一個(gè)噴嚏含細(xì)菌多達(dá)8，500萬個(gè)。 一系列的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，我們是生活在一個(gè)被大量微生物包圍著的環(huán)境中，只是因?yàn)槿庋鄄豢梢姸３！吧碓诰胁恢薄?四)易變異多數(shù)微生物為單細(xì)胞，結(jié)構(gòu)簡單，整個(gè)細(xì)胞直接與環(huán)境接觸，易受環(huán)境因素影響，引起遺傳物質(zhì)DNA的改變而發(fā)生變異，即使變異頻率十分低（如10-510-10），由于數(shù)量龐大，也可以在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)大量變異后代，當(dāng)環(huán)境變化時(shí)，微生物

12、會(huì)大量死亡，活下來的微生物往往會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)和生理特性的變異以適應(yīng)變化了的環(huán)境。近五十年來，由于工業(yè)化的發(fā)展出現(xiàn)來大量人工合成的有機(jī)化合物，如殺蟲劑、除草劑、洗滌劑、增塑劑、塑料等。這些化合物對(duì)地球來講是新參加進(jìn)來的成員。開始，微生物很難降解他們，但由于微生物有很強(qiáng)的變異性特點(diǎn)陸續(xù)出現(xiàn)了能分解他們的微生物種類。微生物易變異的特點(diǎn)對(duì)于人類不利處在于在微生物研究中會(huì)引起菌種退化，同時(shí)在醫(yī)療中致病菌對(duì)抗生素產(chǎn)生抗藥性；但我們也可以利用微生物易變異的特點(diǎn)在廢水處理中進(jìn)行活性污泥的馴化，及選育特定的微生物以分解難降解的有機(jī)物等工作。(五) 種類多、分布廣、代謝類型多樣目前已確定的微生物種數(shù)還只有10萬種左右，其中細(xì)菌、放線菌約1500種。蘇聯(lián)微生物學(xué)家伊姆舍涅茨基曾估計(jì)，“目前我們所了解的微生物總數(shù)，至多也不超過生活在自然界中的微生物總數(shù)的10”。如果這一估計(jì)不錯(cuò)的話，將來的某一天，微生物的總數(shù)可能會(huì)超過目前動(dòng)、植物的種數(shù)之和。在地球上，微生物的分布可說是無微不至，無孔不入，無遠(yuǎn)不達(dá)。微生物只怕“火”，地球上除了火山的中心區(qū)域外，從生物圈、土壤、水圈直至大氣圈、巖石圈，到處都有微生物的足跡。例如，在70年代，美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了東太平洋深達(dá)10000m的海