环境微生物学教案—绪论.ppt

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1、环境工程微生物学,环境问题的分类：环境污染生态破坏重大的环境问题：温室效应和气候变暖臭氧层的破坏酸雨有毒物质污染,1860年以来，全球地表年平均气温升高了0.3-0.6；气候变暖的直接结果是世界各地冰川的溶化引起海平面的上升。将直接威胁沿海城市及岛屿的生存和发展。美国专家预测，再过5070年，东京、大阪、曼谷、威尼斯、圣彼得堡、及中国等沿海城市会被完全和局部淹没。气候变暖的间接结果是灾害性气候：厄尔尼诺现象。可以引起全球大范围干旱，也可暴雨成灾。例如1997年3月开始的第14次厄尔尼诺：长江、松花江、嫩江全流域大洪水，直接损失几千亿元。98年1月10日张北地区62级地震。11月19日云南62级

2、地震。,臭氧层破坏,臭氧O3平流层中臭氧的存在对于地球生命物质至关重要，通过吸收太阳辐射维护地球的能量平衡和生态平衡。它阻挡了UV-B段紫外辐射到达地面。臭氧层实际上已成为地球生命系统的保护层。,南极臭氧层空洞Ozone Hole80年代观测发现，自每年9月份下旬开始，南极洲上空的臭氧总量迅速减少一半左右，极地上空臭氧层的中心地带，近90臭氧被破坏，若从地面向上观测，高空臭氧层已极其稀薄，与周围相比象是形成了一个直径上千公里的洞，称为“臭氧洞”。,被严重腐蚀的建筑物,有毒物质污染,有毒物质污染是指对生态系统和人类健康有毒害作用的物质排放到环境中而引起的危害。这些物质都是生产和生活过程中的产物，

3、如废水、废气和固体废弃物、农药、化肥和放射性物质等。,20世纪著名的八大公害事件,微生物的作用,1.微生物与粮食粮食生产是全人类生存中至关重要的大事。微生物在提高土壤肥力、改进作物特性（如构建固氮植物）、促进粮食增产、防治粮食作物的病虫害、防止粮食霉腐变质以及把多余粮食转化为糖、单细胞蛋白、各种饮料和调味品等方面，都可大显身手。,2微生物与能源把自然界蕴藏量极其丰富的纤维素转化成乙醇；利用产甲烷菌把自然界蕴藏量最丰富的可再生资源转化成甲烷；利用光合细菌、蓝细菌或厌氧梭菌等微生物生产“清洁能源”-氢气；通过微生物发酵产气或其代谢产物来提高石油采收率；研制微生物电池使之实用化。,3.微生物与资源

4、微生物能将地球上永无枯竭的纤维素等可再生资源转化成各种化工、轻工和制药等工业原料。传统的：乙醇、丙醇、丁醇、乙酸、甘油、乳酸、苹果酸等；现代的：水杨酸、乌头酸、丙烯酸、已二酸、丙烯酸、长链脂肪酸、亚麻酸油和聚羟基丁酸酯（PHB）等；另外：微生物在金属矿藏资源的开发和利用上也有独特的作用。例如：吃铁的微生物,4.微生物与环境保护利用微生物肥料、微生物杀虫剂或农用抗生素来取代会造成环境恶化的各种化学肥料或化学农药；利用微生物生产的PHB（聚羟基丁酸酯）制造易降解的医用塑料制品以减少环境污染；利用微生物来净化生活污水和有毒工业污水；利用微生物技术来监察环境的污染度，如用艾姆氏法检测环境中的“三致”物

5、质；利用EMB培养来检查饮水的肠道病原菌等。,微生物对环境污染作用独树一帜：因为微生物具有容易发生变异的特点，随着新污染物的产生和数量的增多，微生物的种类可随之相应增多，呈现出更加丰富的多样性。微生物与其他分支学科的交叉，使环境微生物在环境领域得到了长足的发展和应用。,学习环境微生物学的意义,一、了解并揭示微生物在生态系统中的地位与作用二、避免或防止微生物对人类的危害三、开发、利用微生物以保护环境造福于人类,周群英 王士芬编著第三版高等教育出版社,其他参考书：环境工程微生物学（英文版）美麻衣雷编著 王国惠改编 高等学校教材系列微生物学 沈萍编著 面向21世纪课程教材 高等教育出版社微生物学 周

6、德庆编著 高等教育出版设微生物学 车振明编著 华中科技大学出版社污染控制微生物学原理与应用 任南琪编著 化学工业出版社,考核方式与成绩,考核方式：闭卷考试包括选择题、判断题、名词解释题、简答题、分析论述题成绩评定：平时成绩(出勤、作业)占30%。期末考试成绩占70%,微生物的概述,定义：微生物是所有形体微小、单细胞或结构较为简单的多细胞生物、甚至没有细胞结构的生物的通称。种类：微生物类群十分庞杂，包括：无细胞结构的病毒、类病毒、拟病毒等，属于原核生物的细菌、放线菌、立克次氏体、衣原体等，属于真核生物的酵母菌和霉菌，单细胞藻类、原生动物等。,一、史前时期（直观应用时期）,微生物学的发展历史,春秋

7、战国时期 微生物分解有机物质,沤粪积肥。公元二世纪的神农本草经 白僵蚕治病。（为蚕蛾科昆虫家蚕蛾的幼虫感染白僵菌而僵死的干燥全虫，治疗中风）公元6世纪 后魏的齐民要术 谷物制曲、酿酒、制酱、造醋、腌菜。豆科植物与其它作物轮作,二、初创时期（形态学发展时期）,（17世纪下半叶十九世纪中叶）使用显微镜观察微生物世界的时期。代表人物：列文虎克,贡献:（）发现了微生物世界（）科学地描述了微生物的形态并阐述了它们的繁茂性,微生物的发现,1676年，荷兰，列文虎克，单式显微镜（复制品）,三、奠基时期（生理学发展时期）,十九世纪下叶，有关微生物的两个疑难问题：1、生物是自然产生的吗？2、传染性疾病的本质是什

8、么？,、巴斯德与自然发生学说,法国，化学家，路易斯 巴斯德,、巴斯德与自然发生说,新鲜食品,搁置,细菌检定,无细菌,腐败食品,细菌检定,有细菌,由非生命的物质自然发生,自然发生说,、巴斯德与自然发生说,巴斯德反驳自然发生说的三个实验,第一个实验,空气,乙醇、醚混合物,棉纤维,沉淀物,检测,、巴斯德与自然发生说,巴斯德反驳自然发生说的三个实验,第二个实验,加热,营养液,密封,放置,细菌检测,无细菌检出,自然发生说质疑：无机物自然变为生命有机体必须提供新鲜的空气,、巴斯德与自然发生说,巴斯德反驳自然发生说的三个实验,第三个实验,4 发展期,时间：1897年1953年特点：进入生化水平的研究形成综合

9、性普通微生物学,5 成熟期,时间：1953年现在特点：理论-深入到分子生物学 实践-深入到生物工程水平,沃森和克里克,环境微生物学的研究内容,一、自然环境中微生物的多样性二、自然环境中的微生物生态学研究三、污染环境中的微生物生态学研究四、废弃物生物处理中微生物学原理和方法的研究 生物膜法 活性污泥法,环境微生物学：研究人类的生存环境与微生物之间相互关系的科学。,微生物学,环境生物学,环境微生物学,环境工程微生物学的研究对象,其内容包括：微生物个体形态、群体形态；细胞结构功能、生理特性、生长繁殖、遗传变异等；微生物与环境的关系（尤其是微生物与污染环境之间的关系）；微生物对物质的转化分解作用（特别

10、是应用微生物来处理各种污染物质，如废水、废气和固体废弃物）。,环境工程微生物学的研究任务,防止或消除有害微生物充分利用有益的微生物资源,小,m级：光镜可见nm级：电镜可见,形体微小,微生物的特点（重点）,The white bar above represents 10 microns(0.01mm).Below are some organisms and cells drawn to approximate scale.,virus(0.05 to 0.1 microns),bacteria(0.5 to 1.5 microns),red blood cell(5 microns),lym

11、phocyte(5 to 8 microns),human sperm(60 microns),一、体积小，比表面积大,微生物的比表面积：个体的表面积与体积之比。,设定：人的比表面积=1 则：(与人等重)大肠杆菌比表面积=30万,设球菌半径r=0.5m球菌表面积(S)423.14162球菌体积(V)4330.2363比表面=S/V3.1416/0.5236=6设球菌半径2球菌面积(S)50.32球菌体积(V)33.53比表面=S/V50.3/33.51.5,简,单细胞简单多细胞非细胞结构,结构简单,低,原核类：三菌(细菌、放线菌、蓝细菌)三体(支原体、衣原体、立克次氏体)真核类：真菌 原生动物

12、 单细胞藻类非细胞生物：病毒 类病毒 朊病毒,进化地位低,生长旺，繁殖速,大肠杆菌在合适的生长条件下：12.520分钟 繁殖1代每小时 分裂3代，由1个变成8个。经24小时 分裂72代，重约4722吨经48小时 可产生2.21043个后代。,微生物代时及每日增殖率,快,2 吸收多，转化快,3克地鼠每天消耗与体重等重的粮食；1克闪绿蜂鸟每天消耗两倍于体重的粮食；大肠杆菌每小时消耗2000倍于体重的糖。；,发酵乳糖的细菌在1小时内就可以分解相当于其自身重量1,00010,000倍的乳糖，产生乳酸；1公斤酵母菌体，在一天内可发酵几千公斤的糖，生成酒精；,适应性强，易变异,1、对营养物质的利用上的适应

13、性。2、对环境条件尤其是恶劣的“极端环境”的适应性。耐0196低温 耐250300的高温 耐盐（饱和盐水）耐干燥（产芽孢细菌、真菌孢子）耐酸碱、耐缺氧、耐毒物、抗辐射,适应性强,分布广，种类多,微生物在自然界的分布：无处不在，无孔不入,分布广,土壤空气水域生物体内外,极端环境,正常环境,高空深海底2000米深的地层温泉,种类多,地球上的微生物：估计有100万种以上已发现的微生物：约有10万种已开发利用的微生物：约1000种,微生物的微观性研究手段的限制分离培养的局限,四、微生物的特点,1、体积小、面积大2、吸收多、转化快3、生长旺、繁殖快4、适应强、易变异5、分布广、种类多,微生物世界之最,个

14、体最小数量最多分布最广形态最简变异最易起源最早胃口最大,抗性最强食谱最广休眠最长繁殖最快种类最多,生物的分类 在生物学上，对生物的分类采用按其生物属性和它们的亲缘关系有次序地分门别类排列成一个系统，系统中有：域、界、门、纲、目、科、属、种。每一种生物，包括微生物，都可在这个系统中找到相应的位置。必要时，还可以在这些等级之间再增设一些亚等级。,以啤酒酵母为例，它在分类学上的地位是：界(Kindom)：真菌界 门(Phyllum)：真菌门 纲(Class)：子囊菌纲 目(Order)：内孢霉目 科(Family)：内孢霉科 属(Genus)：酵母属 种(Species)：啤酒酵母,界、门、纲、目、

15、科、属、种 种是最基本的分类单位，是一大群表型特征高度相似、亲缘关系极其接近、与同属内其他种有明显差异的菌株的总称。在微生物中，一个种只能用该种内的一个典型菌株作为具体标本，它就是该种的模式种。每一分类单位之后可有亚门、亚纲、亚目、亚科.,微生物的分类 一般大家比较熟悉的生物分类是所谓的二界学说，即把生物分为动物界和植物界两个界，这种分法已有很长的历史。随着人们认识的不断进步，新的分类手段不断被应用，1969年，魏塔克提出“五界学说”，后经Margulis修改，为较多的人所接受：原核生物界、真核原生生物界、真菌界、动物界、植物界。我国学者提出的六界学说，在上述五界的基础上再增加一个病毒界。微生

16、物的分类有其分类系统，其中最常用的也是具有权威性的是伯杰氏手册，是对原核微生物（细菌等）进行分类；另外，放线菌、真菌（包括丝状真菌和酵母菌）等也有各自的分类系统。,无细胞结构生物病毒具细胞结构生物,生物,原核生物,真核生物,真细菌古细菌,真菌藻类原生动物动物植物,真细菌,真菌藻类原生动物动物植物,真核生物,古细菌,生物,沃氏提出的三域（三原界）分类系统,微生物的命名 双名法：学名属名种名（命名人姓氏）生物的学名都是用拉丁文书写，属名用名词，第一个字母大写，种名用形容词，第一个字母小写。如用电脑打印或印刷，应该用斜体表示。例如我们所熟悉的大肠杆菌，其学名为Escherichia coli（大肠埃希氏杆菌），简称E.coli。有时我们看到如Bacillus sp.的表达方式，表明该菌株只鉴定到属，未能确定其种名。,