环境微生物学知识要点

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1、- 1 -环境微生物学环境微生物学第一章第一章绪绪 论论 一、微生物的发现和微生物学的建立一、微生物的发现和微生物学的建立 （一）微生物的发现 我国 8000 年前就开始出现了曲蘖酿酒； 4000 年前埃及人已学会烘制面包和酿制果酒； 2500 年前发明酿酱、醋，用曲治消化道疾病； 公元六世纪(北魏时期)贾思勰的巨著“齐民要术” ； 公元 2 世纪，张仲景：禁食病死兽类的肉和不清洁食物； 公元前 112 年-212 年间，华佗：“割腐肉以防传染” ； 公元九世纪痘浆法、痘衣法预防天花； 1346 年，克里米亚半岛上的法卡城之战(靼坦人-罗马人)； 16 世纪，古罗巴医生 G.Fracastor

2、o：疾病是由肉眼看不见的生物(living creatures)引起的； 1641 年，明末医生吴又可也提出“戾气”学说； 1664 年，英国人虎克（Robert Hooke）曾用原始的显微镜对 生长在皮革表面及蔷薇枯叶上的霉菌进行观察。 1676 年，微生物学的先驱 荷兰人列文虎克（Antony van leeuwenhoek）首次 观察到了 细菌。 （二）微生物学的奠基（二）微生物学的奠基 1、法国人巴斯德（Louis Pasteur） （18221895） (1) 发现并证实发酵是由微生物引起的； (2) 彻底否定了“自然发生”学说； 著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物

3、，是它们引起有机质的腐败。 (3) 免疫学预防接种：首次制成狂犬疫苗 (4)其他贡献：巴斯德消毒法：6065作短时间加热处理，杀死有害微生物。 2、德国人柯赫（Robert Koch） （ 18431910） （1）微生物学基本操作技术方面的贡献 a）细菌纯培养方法的建立 土豆切面 营养明胶 营养琼脂（平皿） b）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养 c）流动蒸汽灭菌 d）染色观察和显微摄影 （2）对病原细菌的研究作出了突出的贡献： a）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌； b）发现了肺结核病的病原菌；（1905 年获诺贝尔奖） c）证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则

4、著名的柯赫原则在每一相同病例中都出现这种微生物； 要从寄主分离出这样的微生物并在培养基中培养出来； 用这种微生物的纯培养接种健康而敏感的寄主，同样的疾病会重复发生； 从试验发病的寄主中能再度分离培养出这种微生物来。 二、微生物的特点二、微生物的特点 细小的肉眼看不见的低等生物总称。- 2 -（一）（一） 、分布广，种类多、分布广，种类多 1、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 （微生物的微观性研究手段的限制分离培养的局限） 已开发利用的微生物： 约 1000 种 2、代谢 类型丰富3、生态类型丰富多样 微生物在自然界的分布：无处不在，无孔不入

5、 正常环境：土壤、空气、水域、生物体内外 极端环境：高空、深海底、2000 米深的地层、温泉 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 （二）生长旺，繁殖速（二）生长旺，繁殖速 大肠杆菌一个细胞重约 10 12 克，平均 20 分钟繁殖一代 48 小时后：2.2 10 43 个后代，重量达到 2.2 10 25 吨，相当于 4000 个地球的重 量！ 一头 500 kg 的食用公牛，24 小时生产 0.5 kg 蛋白质,而同样重量的酵母菌，以质量较次 的糖液（如糖蜜）和氨水为原料，24 小时可以生产 500

6、00 kg 优质蛋白质。（三）个体（三）个体 小、易变异小、易变异 微生物的体积大小：单位：um(10-6 m)或 nm(10-9m)80 个杆菌肩并肩总宽度个杆菌肩并肩总宽度=1 根头发丝的宽度根头发丝的宽度 1500 个杆菌首尾相连总长度个杆菌首尾相连总长度=1 粒芝麻的长度粒芝麻的长度- 3 -微生物与其它生物种类的体积比较 不同生物类型细胞大小的比较易变异 正常生长条件下，自发突变率为：10-610-8 第一节第一节 微生物与环境微生物与环境 一、微生物对人类生存环境的影响一、微生物对人类生存环境的影响 1、环境中有机物的主要分解者2、环境中无机物的转化者，如磷酸盐的转化 洗涤剂中的磷

7、酸盐为可溶性的磷酸钠；土壤中的磷酸盐则主要是难溶的磷酸钙3、人类的病原体、环境污染 环境中的病原微生物细菌 4、 人类宝贵的资源 第二节第二节环境微生物学的定义与研究任务环境微生物学的定义与研究任务 一、环境微生物学的研究内容一、环境微生物学的研究内容 1、自然环境中微生物的多样性 2、自然环境中的微生物生态学研究动物、植物和微生物个体大小尺度范围动物、植物和微生物个体大小尺度范围 - 4 -3、污染环境中的微生物生态学研究 4、废弃物生物处理中微生物学原理和方法的研究 二、环境微生物学主要研究任务二、环境微生物学主要研究任务 1、微生物在自然环境中存在的基本状况与活动规律 自然界中微生物的组

8、成、种类、数量 微生物的物质循环和能量流动 微生物生长繁殖 微生物的遗传变易 微生物生态学特征 2、微生物对化学污染物的防治及其他有利影响 微生物对污染物降解转化的机制 微生物在环境污染治理中的应用 “三废”的生物处理；污染环境生物修复 微生物絮凝剂的生产与应用 微生物絮凝剂是一类由微生物产生的代谢产物，主要成分有糖蛋白、多糖、蛋白质、纤维 素和 DNA 等。它是利用微生物技术，通过细菌、真菌等微生物发酵、提取、精制而得到的， 具有生物分解性和安全性的新型、高效、无毒、无二次污染的水处理剂。 微生物肥料 1）微生物肥料是指一类含有活微生物的特定制品，应用于农业生产中，作物能够获得特定 的肥料效

9、应，在这种效应的产生中，制品中活微生物的生命活动起关键作用。 2)两个基本特征：A 含有活的微生物特定制品；B 通过其微生物的生命活动而产生肥效和(或)促进农作物生长。 环境微生物制剂的开发 环保型微生物制剂；废物资源化中的微生物学产品 可降解塑料 主要包括光降解塑料、生物可降解塑料、化学可降解塑料、光生物化学组合可降解塑 料等。 微生物资源化利用图见 35 页 ppt 3、微生物对环境的有害影响及其防治 病原微生物 不同环境中的病原微生物种群结构、活动规律；迁移及传播；控制措施 微生物代谢产物 对生态环境、人类健康产生不良影响的代谢产物；产毒微生物种类；机制及控制 富营养化水体中的微生物 致

10、病微生物及产毒素微生物的监测 环境污染的指示微生物 病原微生物污染指示微生物；理化污染物的微生物学指标 微生物分子技术在环境监测中的应用 病原菌的鉴定；病原菌在环境中的迁移转归 4、环境监测中的微生物学技术与方法生物膜法；活性污泥法 第三节第三节 环境微生物学的兴起与发展环境微生物学的兴起与发展- 5 -第二章第二章 环境中的微生物环境中的微生物 第一节第一节 微生物类群与生物三域微生物类群与生物三域 一、微生物及其类群一、微生物及其类群 细小的肉眼看不见的生物称微生物。二、生物三域特征二、生物三域特征 1、特征序列或序列印记（signature sequence） 存在于不同种群水平上的特异

11、特征性寡核苷酸序列，或在某些特定的序列位点上出现的单 碱基印记。 特征序列有助于迅速确定某种微生物的分类归属，或建立新的分类单位。 2、系统发育树(phylogenetic tree) 通过比较生物大分子序列差异的数值构建的系统树称为分子系统树，其特点是用一种树状 分枝的图型来概括各种(类)生物之间的亲缘关系。见 ppt6 3、建立 16 S r RNA 系统发育树的意义 a）使生物进化的研究范围真正覆盖所有生物类群； 传统生物进化研究主要基于复杂的形态学和化石记载，因此多限于研究后生生物，而后者 仅占整个生物进化历程的 1/5 b）提出了一种全新的正确衡量 生物间系统发育关系的方法； c）对

12、探索生命起源及原始生命的发育进程提供了线索和理论依据； d）突破了细菌分类仅靠形态学和生理生化特性的限制，建立了全新的分类理论； e）为微生物生物多样性和微生物生态学研究建立了全新的研究理论和研究方法，特别是不 经培养直接对生态环境中的微生物进 行研究。 4、三（界)域生物的主要特征 生物三（界)域：古细菌、真细菌、真核生物 主要特征：生物界的发育并不是一个由简单的原核生物发育到 较完全和较复杂的整核生物 的过程，明显存三个不同的基因系统，它们几乎同时从某一起点各自发育而来。 三界理论虽然是根据 16SrRNA 序列的比较提出的，但其他特征的比较研究结果也在一定程 度上支持了三界生物的划分。-

13、 6 -见 ppt8 第二节第二节 真细菌真细菌 一、细菌一、细菌 （一）（一） 细菌的形态与大小细菌的形态与大小1. 大小：直径或宽度 0.5-2.0um 真核细胞：2-200um. 2. 形状：球状、杆状和螺旋状。 （1）球菌类 球菌 细胞呈球形或椭圆形。 球菌连接方式：细菌连接方式与细胞分裂面有关单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌 （2）杆菌 细胞呈杆状或圆柱状，菌体直或稍弯，粗短或细长。末端钝圆、尖、膨大或平裁状。 直径在 0.51 m15 m（宽径长）短杆菌、长杆菌、梭状芽孢杆菌 (3) 螺旋菌：细胞呈弧形或螺旋形 螺旋不满一圈称为弧菌(vibrio)，满 26 环

14、称为螺旋菌(spirllum)，旋转周数在 6 环以上 的称为螺旋体(spirochaeta)。 （二）细菌细胞结构与功能（二）细菌细胞结构与功能 1、细胞壁：包在细菌细胞表面、内侧紧贴细胞质膜的、较为坚韧、略具弹性的结构。 a 壁厚度：20-80nm(G+菌)；10nm(G-菌)- 7 -b 细胞壁的功能：保护作用、鞭毛运动的支点、细胞壁的化学成分与细菌的抗原性、致病 性及对噬菌体的敏感性有关 (1)革兰氏阳性菌的细胞壁 细菌细胞壁化学组成：肽聚糖（两种氨基糖+氨基酸组成的坚韧的多聚体结构）阳性 (2)革兰氏阴性菌的细胞壁革兰氏染色反应（1884，丹麦，GRAM） 步骤： 涂片固定；结晶紫初

15、染 1min； 碘液媒染 1min； 95%乙醇脱色 0.5min； 番红复染 2min。 结果: 阳性菌紫色； 阴性菌红色。（3）细胞壁缺陷型细菌 原生质体：革兰氏阳性细菌以溶菌酶或青霉素处理后失去正常细胞壁的细胞 原生质球：利用上述方法部分去掉细胞壁后的细胞细菌 L 型：由于基因突变所导致的细胞壁缺陷细菌细胞 2、细胞质膜及内膜系统 (1)细胞质膜：质膜、细胞膜 a.质膜的组成及结构 组成：是由磷脂分子和蛋白质组成。 b.质膜的功能 渗透屏障的功能; 参与细胞壁的生物合成(载体脂类）; 参与能量的产生(电子传导系统） (2) 内膜系统 A 中间体：(mesosome) 存在于细胞质中一个或

16、数个较大的、不规则的由细胞质膜内陷而成的、管状的、囊状的物 质。类似真核细胞线粒体的功能- 8 -B 类囊体（thylakoid): 蓝细菌细胞中单位膜组成的光合色素和有关酶组成的光合作用场 所 C 载色体（chromatophore): 非放氧光合细菌细胞色素、酶和电子传递体组成的光合作用场所 3 细胞质: 包含在细菌细胞质膜以内的所有部分称细胞质 （1）核蛋白体（或核糖体）： 直径 10nm，沉降系数为 70s 的颗粒，由核糖核酸(RNA)和蛋白质组成。功能：蛋白质合成场所 （2）细胞质内含物 A 气泡（水生细菌） B 异染颗粒: 蓝色侵染呈紫红色。化学本质偏磷酸盐的聚合物。功能 磷源和能源性贮藏物(与生物脱磷有关) C 聚 -羟基丁酸（简称 PHB）颗粒 功能能量的贮存物;调节 pH D 糖原和