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1、环境工程微生物学,绪 论,1,0.1 微生物与环境工程,0.1.1 环境工程面临的问题 0.1.2 微生物对人类生存环境的影响 是宝贵的自然资源；是生物多样性的重要成员； 是环境中有机物的主要分解者； 是参与环境污染物综合利用，变废为宝的积极分子； 某些微生物及微生物代谢产物可污染环境，危害人体健康； 在特定的环境中可产生大量的CO2等温室气体，有可能有助于大气温室效应。,2,0.1 微生物与环境工程,0.1.3 微生物在环境工程中应用的优点 容易发生变异 能在极端环境中生存 经济、高效,3,0.2 课程研究对象与任务,研究对象 1 微生物的形态、细胞结构及功能，微生物的营养、呼吸、物质代谢、
2、生长繁殖、遗传与变异等基础知识。 2 栖息在水体、土壤等环境中的微生物及其生态 3 自然环境物质循环与转化 4 污染水体、污染土壤等修复工程的净化原理,4,0.2 课程研究对象与任务,研究任务 1 微生物在自然环境中存在的基本状况及活动规律。 2 微生物对化学污染物及其他有利影响。,5,0.3 微生物的概述,0.3.1 什么是微生物 微生物（microorganisms）是肉眼看不见的，必须在电子显微镜或光学显微镜下才能看见的微小生物的统称。,6,小,m级：光镜可见 nm级：电镜可见,形体微小,7,The white bar above represents 10 microns (0.01m
3、m). 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),lymphocyte (5 to 8 microns),human sperm (60 microns),8,简,单细胞 简单多细胞 非细胞结构,结构简单,9,0.3 微生物的概述,0.3.2 微生物的类群 原核微生物，（细菌） 细胞型微生物 真核微生物，（酵母菌） 非细胞型微生物，（病毒）,10
4、,0.3 微生物的概述,0.3.3 微生物的分类 界、门、纲、目、科、属、种 魏泰克 生物五界分类系统：,原核生物界(细菌、放线菌、蓝绿菌) 真核原生生物界(蓝藻以外的藻类及原生动物) 真菌界(酵母菌、霉菌) 动物界 植物界,11,王大耜 生物六界分类系统,非细胞结构生物 病毒界,原核细胞生物原核生物界,蓝藻门（蓝绿细菌）,细菌门,真菌界,动物界,植物界,酵母菌,真核原生生物界,原生动物,真核藻类,霉菌,微型后生动物,高低等动物,低等植物,高等植物,细 胞 结 构 生 物,12,0.3 微生物的概述,0.3.4 微生物的命名 生物学中的二名法： 属名种名（斜体拉丁文） 名词，首字母大写 形容词
5、，首字母小写,13,0.3 微生物的概述,0.3.5 微生物的特点 A 个体极小 B 分布极广，种类繁多 C 繁殖快 D 易变异,14,第一章 原核微生物,第一节 细 菌,15,1.1 细菌（bacteria）,1.1.1 细菌的个体形态 球状 杆状 螺旋状,16,1.1 细菌（bacteria）,1.1.1 细菌的个体形态 单球菌 双球菌 1. 球菌 链球菌 四联球菌 八叠球菌 葡萄球菌,新细胞的排列方式可作为分类鉴定的依据。,17,1.1 细菌（bacteria）,1.1.1 细菌的个体形态 单杆菌 2. 杆菌 双杆菌 链杆菌,其排列方式不可作为分类鉴定的依据。,18,1.1 细菌（bac
6、teria）,1.1.1 细菌的个体形态 弧菌 3. 螺旋菌 螺旋菌,螺距、螺数因菌种而异，可作为分类鉴定依据。,4. 丝状菌,19,1.1 细菌（bacteria）,1.1.2 细菌的大小 单位：m 球菌：用直径表示，0.52.0 表示方法 杆菌：宽长，(0.51.0)(15) 螺旋菌：宽长，(0.251.7)(260) 影响细菌大小的因素： 菌龄、环境渗透压、代谢产物的积累、pH等,20,表1.1 一些细菌的大小,21,1.1.3 细菌的细胞结构,基本结构：细胞壁、细胞膜 、细胞质和原核，为所有细菌细胞所共有 特殊结构：如荚膜、鞭毛、菌毛、芽孢和胞囊等，这些结构只在某些细菌种类中发现，具有
7、某些特定功能,22,1.1.3.1 细胞壁（cell wall）,1. 概念及其生理功能 固定外形和保护细胞 屏障作用，阻碍某些分子进入 为鞭毛提供力学支点,23,2. 细胞壁的化学组成与结构,G 细胞壁厚（2080nm） 化学组成： a 肽聚糖 b 磷壁酸teichoic acid c 少量蛋白质和脂肪,24,肽聚糖单体组分：NAG，NAM，四肽链,25,图3-10 细胞壁的结构,Gram positive bacterial cell wall structure diagram,26,G 细胞壁较薄（10nm） 外层：脂多糖 外壁层 中层：磷脂层 内层：脂蛋白 内壁层：肽聚糖（10）,2
8、7,表1.2 G和G细胞壁的主要区别,28,1.1.3 细菌的细胞结构,2.1.3.2 原生质体 1. 细胞质膜 化学组成 (a) 脂类(3040):主要为甘油磷脂 (b) 蛋白质(6070%) 外周蛋白，存在于膜内或外表面，水溶性蛋白， 内嵌蛋白，镶嵌在磷脂双层中，多为非水溶性 (c) 多糖（2）,29,细胞质膜（protoplasmic membrane）,细胞质膜的结构,30,1.细胞质膜（protoplasmic membrane）,细胞膜的生理功能 a. 渗透酶（载体蛋白）：控制细胞内外的物质运送、交换，维持正常渗透压的屏障作用。 b. 合成酶：在膜上合成细胞壁。 c. 呼吸酶：进行
9、呼吸作用。 d. ATP合成酶：进行物质代谢和能量代谢。 e. 细胞膜上有鞭毛基粒，鞭毛由此长出，即为鞭毛提供附着点。,31,2. 细胞质及内含物,细胞质(cytoplasm)，又称原生质，是在细胞质膜内除核物质以外的无色透明、粘稠的复杂胶体。 特点 幼龄菌：富含RNA，嗜碱性强，着色均匀 老龄菌：RNA少，着色不均匀 可通过染色均匀与否来判断细菌的生长阶段。,32,2. 细胞质及内含物,(1) 核糖体(ribosome) 合成蛋白质的部位，由RNA和蛋白质组成。 原核微生物：是分散在细胞质中的亚微颗粒 真核微生物：可游离状，也可结合于内质网上 (2) 气泡(gas vesicle) 指某些水
10、生细菌如蓝细菌、不放氧的光合细菌和盐细菌内贮存气体的特殊结构。 能使细胞保持浮力，有助于调节并使细菌生活在最佳水层位置，以利于获得氧气、光和营养等。,33,1.1.3.2 原生质体（protoplasm）,(3)内含物 ( cytoplasmic inclusions ) 异染粒 嗜碱性或嗜中性较强。缺营养时被用作C和P源。 聚羟基丁酸(PHB) 是一种碳源和能源贮藏物。缺营养时被用作C和P源。 硫粒 某些氧化硫的细菌细胞内可积累硫粒，硫细菌在外界缺H2S时，利用硫粒取得能量。 肝糖和淀粉粒 都是碳源贮藏物。,34,内含物 硫粒 PHB,35,3. 拟核(nucleoid),细菌无核膜和核仁，
11、故称原始核或拟核。 细菌的原核只有一个染色体，主要含具有遗传特征的脱氧核糖核酸 (DNA) 。少量 RNA 和蛋白质。 染色体是由双螺旋的大分子链高度折叠缠绕构成，一般呈环形结构，总长度为0.25mm3mm 。 功能：决定遗传性状和传递遗传信息。,36,1.1.3.3 荚膜、粘液层、菌胶团和衣鞘,1. 荚膜和粘液层 荚膜：分泌物质粘滞性较大，相对稳定地附着在细胞壁外，具一定外形，称为荚膜或大荚膜 (macrocapsule) 。 微荚膜 (microcapsule) ：厚度在 200nm 以下，它与细胞表面结合较紧，用光学显微镜不易观察到。微荚膜易被胰蛋白酶消化。 粘液层 (slime lay
12、er) ：比较疏松，无明显形状，悬浮在基质中更易溶解，并能增加培养基粘度。 荚膜是分类特征之一 产荚膜的细菌菌落光滑透明光滑型(S型)菌落 不产荚膜的菌落表面粗糙粗糙型(R型)菌落,37,1. 荚膜和粘液层 化学组成 H2O（9098） 多糖或多肽,功能 a 具有保护功能 b 有助于细菌的侵染力 c 可作为能源 d 有吸附作用,负染色法,38,2. 菌胶团(zoogloea) 指多个细菌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。,3. 衣鞘(sheath) 指水生环境中的一些丝状菌体表面的粘液层或荚膜硬质化，而形成一个透明坚韧的空壳。,39,1.1.3.4 芽孢
13、(spore),1. 概念： 芽孢是某些细菌在其生长的某个阶段或遇到外界不良环境时，在其细胞内形成一个圆形、椭圆形或圆锥形的休眠体，其对环境具有较强的抵抗力。 根据芽孢的位置、形状和大小，可作为细菌的分类鉴定依据之一。,40,2. 芽孢类型,a 位于细胞中央，直径大于细胞直径，孢子囊呈梭状，如梭状芽孢杆菌； b 位于细胞顶端，直径大于细胞直径，呈鼓槌状，如破伤风杆菌； c 位于细胞中间，直径小于细胞直径，如枯草芽孢杆菌。,41,3. 芽孢的特点,a 含水率低，3840 b 芽孢壁厚而致密 c DPA含量高，具有耐热性 d 含有耐热性酶,芽孢没有繁殖意义，仅仅是芽孢细菌生活史中的一环，是细菌的休
14、眠体。,42,1.1.3.5 鞭毛(flagella),1. 概念：是一条由细胞质膜上的鞭毛基粒长出，穿过细胞壁伸向体外的纤细的波浪状的丝状物。 2. 化学组成 蛋白质，少量的多糖或多肽,43,3. 分类, 一端生鞭毛：菌体的一端只生一根鞭毛，如霍乱弧菌 两端生鞭毛：菌体两端各具一根鞭毛，如鼠咬热螺旋体 丛生鞭毛：菌体一端生一束鞭毛，如铜绿假单胞菌；菌体两端各具一束鞭毛，如红色螺菌 周生鞭毛：周身都有鞭毛，如大肠杆菌 、枯草杆菌等。,根据着生部位、数目和排列，鞭毛可作为细菌分类的依据。,44,(a) 周生鞭毛 (b) 极生鞭毛 (c) 丛生鞭毛,45,1.1.4 细菌的培养特征,1.1.4.1
15、 细菌在固体培养基上的培养特征 菌落特征 菌落：是由一个细菌繁殖起来的，由无数细菌组成的具有一定形态特征的细菌集团。 培养方法：采用稀释平板法或平板划线法将呈单个细胞的细菌接种在固体培养基上，给予一定的培养条件，细菌就可在固体培养基上迅速生长繁殖形成一个菌落。,46,1.1.4.1 细菌在固体培养基上的培养特征,表面特征：光滑or粗糙、干燥or湿润 边缘特征：圆形、锯齿状等 纵剖面特征：平坦、扁平、隆起等 菌落特征可作为细菌分类鉴定的依据之一。,Eg: 肺炎链球菌：具荚膜，表面光滑、湿润粘稠 枯草芽孢杆菌：无荚膜，表面粗糙、皱褶、平坦 蕈状芽孢杆菌：表面粗糙、边缘有毛状凸起并卷曲 浮游球衣菌：平坦、透明、边缘呈卷曲毛发状,47,细菌菌落特征 正面观： 1. 扁平 2. 隆起 3. 低凸起 4. 高凸起 5. 脐状 6. 草帽状 7. 乳头状表面结构、形态及边缘： 8. 圆形、边缘完整 9. 不规则、边缘波浪 10. 不规则、 颗粒状 、边缘叶状 11. 规划、放射状、边缘呈叶状 12. 规则、边缘呈扇边状 13. 规则、边缘呈齿状 14. 规则、有同心环、边缘完整 15. 不规则、似毛毯状 16. 规则、似菌丝状 17
