《微生物复习》PPT课件.ppt

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1、题型：一、名词解释：（每词3分，共计18分）二、填空：（每空1分，共计32分）三、判断题（每题1分，共计10分）四问答题（每题4分，共计40分）,环境工程微生物学期末考试,考试时间：2011年7月6日上午（以考试通知为准）,环境工程微生物学,课程内容,绪论 原核微生物 真核微生物 非细胞型微生物 微生物生理和营养微生物生长繁殖和生存因子 微生物的遗传和变异微生物生态及其在自然循环中的作用环境工程微生物学原理,微生物学理论,态工程中的作用微生物在环境生,重点内容：1 微生物的分类，原核微生物和真核微生物的区别；2 微生物的特点；,第一章 绪论,1按细胞结构的有或无,非细胞结构微生物：病毒、类病毒

2、,细胞结构微生物,病毒：没有细胞结构，是明显区别于原核微生物核真核微生物的一类特殊的超微生物。类病毒是比病毒小的超微小生物。,（一）微生物的分类,2 按细胞核膜、细胞器及有丝分裂等的有或无，细胞结构微生物分为：,原核微生物：核发育不全，没有核膜；没有细胞器，只有细胞质膜内陷形 成的不规则泡沫结构体系；不进行有丝分裂。包括：古细菌、真细菌、放线菌、蓝细菌、立克次氏体、支原体、衣原体和螺旋体。,真核微生物：,有发育完好的细胞核，核内有核仁和染色质；有高度分化的细胞器；进行有丝分裂。,包括：藻类、酵母菌、霉菌、原生动物、微型后生动物,微生物的命名采用生物学中的二名法，用两个拉丁字命名一个微生物的种。

3、种的名称由一个属名（拉丁文名词）一个种名组成（拉丁文形容词）如：大肠埃希氏杆菌的名称是：Escherichia coli为避免重名，在微生物名称之后缀有命名人的姓。大肠埃希氏大肠杆菌：Escherichia coli Castellani and Chalmers,个体极小:测量单位：微米或纳米结构简单：无细胞结构（病毒）；单细胞；简单多细胞种类多，分布广繁殖快易变异,微生物的特点,重点内容：细菌的形态、大小和结构荚膜、菌胶团、芽孢等概念及其作用细菌的培养特征放线菌、蓝细菌的特征古菌的特点,第二章 原核微生物,一、细菌的个体形态及大小,（一）个体形态,球状,杆状,螺旋状,基本形态,（二）细菌的

4、大小,测量方法：,显微镜测微尺,显微照相后根据放大倍数进行测算,细菌的大小一般以微米（um）计球菌的大小（直径）：0.52.0um杆菌的大小（宽长）：(0.51)um(15)um螺旋菌宽度弯曲长度：(0.251.7)um(260)um,特殊构造：部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造,一般构造：一般细菌都有的构造,二、细菌的细胞结构,荚膜、菌胶团,荚膜：某些细菌在其细胞表面分泌的一种粘性物质，把细胞壁完全包围封住，称为荚膜。是分类特征之一。多个菌体按一定的排列方式互相粘集在一起，被一个公共荚膜包围形成一定形状的细菌集团，称为菌胶团。,特殊的休眠构造芽孢（spore）,某些细菌在其生长发

5、育后期或遇到外界不良环境时，在其细胞内形成一个内生孢子叫芽孢。芽孢：圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强，是抵抗外界不良环境休眠体。,能否形成芽孢，芽孢的形状、大小及其在细胞内的位置，是细菌种的特征，在分类鉴定上有一定意义。,三、细菌的培养特征,菌落与菌落特征菌苔,1 固体培养基上的培养特征,2 液体培养基上的培养特征,根据密度呈现出三种状态：膜（轻）；沉淀（重）；混浊的菌悬液,3 半固体培养基上的培养特征,4 明胶培养基上的培养特征,放线菌形态与结构,单细胞，大多由分枝发达的菌丝组成；菌丝直径与杆菌类似，约1mm；菌丝按形态和功能可分为营养、气生和孢子丝三种。细胞的结构与细菌基本相同，

6、,特征：丝状分枝、多核、单细胞（细胞核之间没有分隔）,第三章 真核微生物,本节重点：原生动物的一般特征原生动物的分类及其各纲的代表微生物了解常见的微型后生动物了解真菌（酵母菌和霉菌）,一、原生动物的一般特征,（一）细胞结构和功能 单细胞，没有细胞壁、细胞核有核膜；,器官分化（运动、感觉、消化、捕食等等）；,（二）营养类型,全动性（绝大部分）,植物性（少数）有色素，如绿眼虫等，可以进行光合作用。,“吞食”活细菌、真菌、藻类或有机颗粒,腐生性（少数）,二、原生动物的分类及各纲简介,根据原生动物的细胞器和其他特点，将原生动物分为四个纲，即鞭毛纲、肉足纲和纤毛纲、孢子纲，在环境工程中常见前三种。,鞭毛

7、纲：眼虫、绿眼虫、滴虫等肉足纲：变形虫、辐射变形虫、太阳虫、壳虫纤毛纲：根据运动情况可分为游泳型、固着型和吸管虫三种。游泳型：草履虫、肾形虫、豆形虫、漫游虫等，一般在处理效果较差时出现。固着型：个体型（喇叭虫、钟虫）、群体型（缩虫、累枝虫、盖纤虫），固着虫大量出现预示出水水质好，污泥驯化佳。吸管型：吸管虫，耐污能力较强，在污水生物处理效果一般时出现。,第二节 微型后生动物,原生动物以外的多细胞动物，叫后生动物。形体微小，需借助显微镜观察的后生动物即为微型后生动物。在水处理工作中常见的微型后生动物主要包括：轮虫、寡毛类动物、浮游甲壳类动物等。轮虫一般出现在生物膜处理系统中，可以作为处理水质良好的

8、指示生物。,形态 卵圆形、圆形、圆柱形,、假丝状,一、酵母菌(Yeast),单细胞真菌，个体比细菌大。,第四节 真 菌,定义：真核、无叶绿素的菌丝体生物。,二、霉菌,在显微镜下放大100倍清晰可见，放大400倍则细胞内部结构也能看见。,形态:类似放线菌，由分支和不分支的菌丝交织形成的菌丝体。菌丝体分为营养菌丝和气生菌丝。大小:菌丝直径约310um（放线菌11.4um）,霉菌的常见属(主要是实验中的四种）,单细胞霉菌1毛霉属菌丝白色，高产蛋白酶应用：制作腐乳和豆豉，有的种用于生产柠檬酸。,2根霉属,匍匐气生菌丝、生长迅速、节上假根、孢子,1青霉属（扫帚状）孢子梗，在最后一级的小梗上长出一串呈扫帚

9、状分生孢子。,多细胞霉菌,2曲霉属（发辫状）分生孢子梗(柄)顶端膨大成圆形或椭圆形的顶囊，由顶囊向外辐射长出一层或两层小梗，最上层小梗呈瓶状，在其顶端生成成串的分生孢子。,本章重点：病毒的特点病毒的化学组成和结构病毒的繁殖过程溶原性相关概念,第四章 非细胞型微生物病毒,个体极小：一般大小在0.2um以下，可以通过细菌过滤器。须用电子显微镜放大才能被观察。无细胞结构：化学组成主要是蛋白质和核酸，而且只含单一类型的核酸(DNA或RNA)。离体条件下，以无生命的化学大分子存在。专性寄生：没有产能酶系，也无蛋白质合成系统，本身不具备独立的代谢能力，只能在宿主细胞协助下，通过核酸的复制和核酸、蛋白装配的

10、形式进行增殖。脱离了寄主细胞便不能进行任何形式的代谢活动。,第一节 病毒的一般特征,病毒的特点:,一、病毒的大小和形态,个体极小，必需在电镜下观察；（以纳米计）,不同病毒的大小差别很大；,病毒的形态,球形颗粒（或称拟球形颗粒）,杆状颗粒,复杂形状颗粒（如蝌蚪状等）,病毒的大小,第二节 病毒的形态和结构,二、病毒的结构整个病毒体一般分两个部分：蛋白质衣壳和核酸内芯，它们合称为核壳（nucleocapsid）或核衣壳。有的病毒外面有被膜（包膜）。,病毒和噬菌体的繁殖过程基本相似。有下列四步：,吸附；侵入；复制；装配与释放；了解具体的过程。,一、病毒的繁殖过程,第三节 病毒的繁殖,1、毒（烈）性噬菌

11、体 迅速裂解宿主细胞,二、病毒的溶原性,噬菌体分为：,2、温和噬菌体 重组并长期潜伏，不裂解宿主细胞侵入宿主细胞后，其核酸附着并整合在宿主染色体上，和宿主核酸同步复制，宿主细胞不裂解而继续生长。,溶原细胞：含有温和噬菌体核酸的宿主。溶原性可遗传。原（前）噬菌体：在溶原细胞内的温和噬菌体核酸。,第五章 微生物的生理和营养,本章重点酶的基本概念及其催化特性微生物的营养物质、营养类型好氧呼吸、无氧呼吸、发酵,5.1 微生物的酶,酶的定义酶是由细胞产生的、能在体内或体外起催化作用的一类具有活性中心和特殊构象的生物大分子，包括蛋白质类酶和核酸类酶。各种生物细胞内几乎所有生化反应都需要酶的催化。,（1）催

12、化效率高；反应速度是无酶催化或化学催化剂催化反应速度的1061016倍。,2.酶作为生物催化剂的特性,（2）酶的作用具有高度的专一性；（3）对环境条件敏感；（4）催化条件温和。常温、常压、中性,新陈代谢：微生物从外界环境中不断地摄取营养物质，经过一系列的生物化学反应，转变成细胞的组分，同时产生废物并排泄到体外。,新陈代谢,异化作用,同化作用,物质分解反应,放出能量,物质合成反应,吸收能量,5.2 微生物的营养,1 微生物的营养物质,微生物的营养物质按其在机体中的生理作用可区分为：碳源、氮源、无机盐、生长因子和水五大类。,了解各种营养物质的生理作用。关于营养的均衡。,又根据能源的不同，将微生物分

13、为：光能自养和化能自养光能异养和化能异养,四种营养类型的概念、特征、对比,根据碳源的不同，微生物分为无机营养型（自养微生物）和有机营养型（异养微生物）。,2 营养类型,微生物的营养类型比较,3 微生物的培养基,培养基：根据各种微生物的营养要求，将水、碳源、氮源、无机盐及生长因子等物质按一定的比例配制而成的，用以培养微生物的基质。根据培养基用途分为：基础培养基、选择培养基、鉴别培养基和富集培养基,4 营养物质进入微生物细胞的方式,营养物质进入微生物细胞的方式分四种:单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团转位，以主动运输最为重要。,四种方式的特点及其对比,微生物细胞的细胞膜具有高度的选择透过性。,四种

14、运送营养物质方式的比较,5.3 微生物的产能代谢,呼吸作用的本质 呼吸作用的本质是氧化与还原反应的统一。在呼吸过程中有能量的产生和能量的转移。,微生物的产能代谢是通过呼吸作用来实现的，从中获得其生命活动所需要的能量。,（1）氧化磷酸化 微生物在好氧和无氧呼吸时，通过电子传递体系产生ATP的过程。,一、ATP生成的三种方式,电子传递体系由NAD（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）或NADP（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）、FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）或FMN（黄素单核苷酸）、辅酶Q、细胞色素b、细胞色素c1，c，a，a3等组成。电子传递体系的功能：接受电子，并将电子传递给最终的电子受体 合成ATP，贮存电子传递

15、过程中释放的能量,（2）底物水平磷酸化 底物氧化与磷酸化反应相偶联并生成ATP的过程。厌氧微生物在底物氧化过程中，可产生一种含高自由能的中间体，这一中间体将高能键交给ADP，使ADP磷酸化而生成ATP。,（3）光合磷酸化 光引起叶绿素、菌绿素或菌紫素逐出电子，通过电子传递产生ATP的过程。主要存在于光合作用中。,二、产能代谢与呼吸类型,1.发酵,在无氧等外在电子受体的条件下，底物脱氢后产生的还原力不经电子传递体系而是直接交给某一内源性中间产物接受，通过底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。,在微生物体系中，能量的释放、ATP的生成都是通过呼吸作用实现的。根据最终电子受体（受氢体）的不同分为：发

16、酵、好氧呼吸、无氧呼吸,定义：当存在外在的最终电子受体分子氧时，底物可彻底被氧化成CO2和H2O，并通过氧化磷酸化产生大量ATP。呼吸链电子传递链,2.好氧呼吸,在好氧呼吸过程中，葡萄糖的氧化分解分两阶段：（1）糖酵解 葡萄糖经EMP途径形成丙酮酸（2）丙酮酸的有氧分解TCA循环,定义：在电子传递体系中，氧化NADH2时的最终电子受体不是氧气，而是外源的无机氧化物（如NO3-、SO42-、CO2 等）。氧化底物脱氢后，经呼吸链递氢，最终由外源的无机氧化物受氢，在递氢过程中通过氧化磷酸化获得ATP。根据呼吸链末端受氢体的不同，又可有多种呼吸类型。如：硝酸盐呼吸、硫酸盐呼吸、碳酸盐呼吸等。,3.无

17、氧呼吸,第六章 微生物的生长繁殖与生存因子,本章重点,微生物的典型生长曲线及不同时期的特点温度、pH、溶解氧、氧化还原电位等微生物的生存因子对微生物的影响,将细菌菌种接种在液体培养基中，分批培养，定时取样计数，以细菌数或细菌数的对数为纵坐标，以培养时间为横坐标作图。,了解细菌生长曲线各个时期的生长特点,1、细菌的典型生长曲线,包括 停滞期（延滞期）、对数期（指数期）、静止期（稳定期）和衰亡期等四个时期,细菌数目的对数,生长速率,两种连续培养方式：恒浊和恒化培养恒浊连续培养：维持培养液中细菌的浓度恒定，以浊度为控制指标的培养方式。,恒化连续培养：维持进水中营养成分恒定。以流速为控制指标的培养方式

18、。,污水连续处理中，细菌生长状态跟具体的生物处理方法有关，不同的生物反应构筑物，细菌的生长状态可能不同，甚至在同一个构筑物中，不同位置的细菌生长状态，但要以某种状态为主。,2 生长曲线在污水生物处理中的应用,理解并掌握为何要利用静止期的微生物？,微生物正常生存，需要营养，除此以外，还需要合适的温度、pH、氧气等环境条件。,第二节 微生物的生存因子,温度,温度是微生物最重要的生存条件之一。当处于最佳范围时，每上升10，酶促反应速度提高12倍。代谢速率和生长速率也提高，繁殖能力最强，微生物进行大量繁殖。不同微生物对温度的要求不同。可将微生物分为嗜冷菌、嗜中温菌、嗜热菌、嗜超热菌。了解高温、低温对微

19、生物的影响。灭菌和消毒,微生物不同，最适应的pH 范围也不同。,pH,微生物的生命活动、物质代谢与pH关系很密切。,污水处理生物处理构筑物内pH控制在6.58.5之间。,了解pH对微生物的影响,溶解氧,微生物与氧气的关系,好氧微生物,厌氧微生物,兼性厌氧微生物,专性好氧微生物,微量好氧微生物,专性厌氧微生物,耐氧厌氧微生物,第八章 微生物生态及其在自然循环中的作用,要点：生态系统的概念土壤和水中的微生物生态（几个概念）自然界的氮素循环,1、生态系统 生态系统是指在一定时间和空间范围内由生物与它们的生境通过能量流动和物质循环所组成的一个自然体。,生态系统有一定的组成、结构和功能四个基本组成：环境

20、、生产者、消费者、分解或转化者。四大基本功能：生物生产、能量流动、物质循环和信息传递。,土壤的生物修复,利用土壤中天然的微生物资源或人为投加目的菌株等到污染土壤中，将滞留的污染污快速降解和转化，使土壤恢复其天然功能。,2、土壤和水体中的微生物生态,一些相关的概念：,后果：土壤盐、碱化板结；通过植物吸收、富集、浓缩，随食物链迁移，危害人类；造成水体的污染等。,土壤污染,水体自净水体接纳了一定量的有机污染物后，在物理的、化学的和生物等因素的综合作用后得到净化，水质恢复到污染前的水平和状态。叫水体自净。任何水体都有其自净容量，即水体正常生物循环中能够净化有机污染物的最大数量。,水体富营养化由于氮、磷

21、等营养元素排入水体，促使水体中藻类过量生长，造成水体富营养化。富营养化在淡水水体中表现为水华，在海水中表现为赤潮。,富营养化的危害：（1）耗尽水中的溶解氧；（2）影响大气的复氧过程；（3）藻类会向水中分泌毒素；（4）大量藻类、鱼和浮游动物的死亡后的沉积物厌氧发酵。,水体缺氧，浮游动物和鱼类无法生存,3、氮循环,氮元素的存在状态：分子氮；有机氮化合物、无机氮化合物。在微生物、植物、动物三者的协同作用下将三种形态的氮互相转化，构成氮循环，其中微生物起着重要作用。氮循环包括氨化作用、硝化作用、反硝化作用、固氮作用。,（1）氨化作用：氨化作用是有机氮化物转化成氨（铵）的过程。微生物、动物和植物都具有氨

22、化能力，可以在好氧和厌氧环境中。,蛋白质：蛋白质在蛋白质酶的作用下发生水解，依次生成蛋白胨、多肽，随后在肽酶的作用下，继续水解成氨基酸。氨基酸在氨化微生物的脱氨基作用下产生氨。尿素：尿素水解生成氨、二氧化碳和水，一般在废水生物处理中，可加尿素补充氮源。,（2）硝化作用：在好氧条件下，化能自养的硝化细菌将氨基酸等脱下的氨转化为硝酸或硝酸盐的过程。它的重要性是产生氧化态的硝酸盐，产物又可以参与反硝化作用。硝化作用分两个阶段进行：第一阶段由亚硝化细菌把氨氧化成亚硝酸；第二阶段由硝化细菌将亚硝酸氧化成硝酸。,（3）反硝化作用：又称脱氮作用。兼性厌氧的硝酸盐还原菌将硝酸还原成NO2-，并进一步还原成N2

23、的过程。反硝化作用一般只在无氧条件下发生。少数异养和化能自养微生物可进行反硝化作用。土壤、水体和污水生物处理构筑物中的硝酸盐在缺氧条件的情况下，会发生反硝化作用。反硝化作用是土壤中氮素损失的重要原因之一。,（4）固氮作用：在固氮微生物的固氮酶催化作用下，把分子氮转化为氨，进而合成为有机氮化合物。固氮对氮在生物圈中的循环有重要作用，据测算全年全球有约2.40108吨氮被固定。固氮微生物主要是好氧固氮菌如根瘤菌等，也有少数厌氧固氮菌。,（1）有机硫化物的矿化 含硫有机物被微生物分解释放出H2S。（2）硫的氧化（硫化）：在有氧条件下，通过硫细菌的作用将硫化氢氧化为元素硫，再进而氧化为硫酸。（3）硫酸

24、盐还原（反硫化）：在无氧条件下，硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐和次亚硫酸盐等在微生物的还原作用下形成硫化氢。危害：硫酸盐还原最终产物是H2S，常会造成管道的腐蚀。,4 硫素循环,第九章 环境工程微生物学原理,重点内容：好氧活性污泥法好氧生物膜法厌氧生物处理技术生物脱氮技术,活性污泥:,由细菌、菌胶团、原生动物、后生动物等微生物群体及吸附的污水中有机和无机物质组成的，有一定活力，具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。,活性污泥对废水中有机物的去除过程：,一、好氧活性污泥法,基本流程,活性污泥的结构和功能的中心是能起絮凝作用的细菌形成的菌胶团。活性污泥微生物有很强的生物吸附能力和氧化分解有机物的能力。

25、能够迅速吸附并稳定废水中的有机污染物。活性污泥有良好的自我凝聚能力和沉降性能。,好氧活性污泥的基本特征,活性污泥膨胀的相关问题,通过在生物填料表面附着的生物薄膜进行污染物降解的生物处理法。生物膜是由多种多样的好氧和兼性厌氧微生物粘附在滤料或盘片上的一层带粘性、薄膜状的微生物混合群体。好氧生物膜法构筑物有普通滤池、塔式生物滤池，还有生物转盘、接触氧化法等。,二、好氧生物膜法,厌氧处理主要用于高浓度有机废水或剩余污泥的处理。参与的微生物主要是一些专性或兼性的厌氧菌。厌氧生物处理具有能耗低、可回收沼气等优点，但一般停留时间长，处理设施体积庞大，而且运行管理的难度较大。,三、厌氧生物处理技术,厌氧法净

26、化机理,水解与发酵阶段：在水解与发酵细菌作用下，复杂的有机物先水解为简单的有机物，然后通过多种发酵途径将水解产物转化为挥发性有机酸及醇、CO2和H2等。,产氢产乙酸阶段：在产氢产乙酸菌的作用下，把第一阶段的产物转化成H2/CO2、乙酸。,产甲烷阶段：通过产甲烷菌的作用，将H2/CO2、乙酸最终转化成甲烷。,三阶段理论：,四、污水生物脱氮,1、缺氧反硝化细菌：反硝化细菌（兼性厌氧异养菌）反应：反硝化作用，NO3-N还原为N2，溢出水面释放到大气中。碳源：原水中BOD硝酸盐来源：回流出水中的硝化产物,参与脱氮的微生物有：硝化阶段的亚硝化菌和硝化细菌以及反硝化阶段的反硝化菌。,工艺过程,2、好氧硝化硝化NH4+NO2-NO3-硝化菌好氧自养细菌，以碳酸盐为碳源。包括亚硝酸菌和硝酸菌两类细菌。,第九章的内容与一些重要的专业理论密切相关，请结合教材中的思考题进行全面复习。,