环境微生物第一章课件

1、主讲人：李俊雁环境微生物第一章 绪 论 主要内容 环境微生物学、生物净化等概念 环境微生物学研究的内容 微生物的起源及进化第一节 微生物学与环境 一、环境与环境科学 重点 1.环境微生物学研究的内容； 2.主要概念。 自然环境：大气、水体、土壤 人类环境 生态。 社会环境： 环境质量要素 大气、水体、土壤、生态 环境的组成、结构和运行规律。 环境问题的实质 环境质量的变化问题。 环境 是指以人类为主体的外部世界，即人 类赖以生存和发展的物质条件的综合体 宏观：研究人类社会经济发展与环境之 间的相互作用和影响； 环境科学 是研究人类与环境之间相互关系 的科学。 环境微生物学的研究内容 自然环境中

2、的微生物背景 是环境微生物学研究的基础和出发点。 环境微生物学 是研究微生物与环境之间的 相互关系和作用规律，并将其应用于污 染防治的科学。 二、环境微生物学 微观：研究环境中的物质，尤其是污染物质在 生物体内的迁移、转化和蓄积规律。 重点：研究与人们健康直接相关的生活环境和 生产环境，因污染所致的环境质量变化规 律及其综合整治技术与方法。 着重考虑微生物及其活动，通过改变人类环境，对人类生活和生产的影响。 研究有害微生物在环境中的生存方式和危害途径，并提出行之有效的防治措施， 微生物对环境的污染与危害 微生物污染 指有害微生物(如病原菌) 污染水体、大气、土壤和食品等，影响 生物产量和质量,

3、危害人类健康的现象 微生物对“污染环境”的净化与修复 生物转化 指生物通过对各种有机物的吸收和 代谢而改变其形态或转变为另一物质的过程 微生物监测 利用微生物个体、种群或 群落对环境污染或环境变化所产生的 反应，阐明环境污染状况，从微生物 学角度为环境质量的监测和评价提供 依据。 微生物评价 用微生物学的方法评价环 境质量的现状及其变化趋势。第二节 微生物的起源与进化 一、Oparin-Haldane生命起源假说 微生物在环境监测与评价中的应用 生物处理 微生物参与下去除污染物的 工艺过程。 小分子无机物 化学进化 大分子有机物 酶 细胞膜原始生命 光化学合成 厌氧发酵 放氧光合作用 有氧呼吸

4、 单细胞生物 低等多细胞生物 高等多细胞生物 生化进化 小分子有机物 能量 大气圈厌氧状态 形态进化 好氧 状态原核 真核 三、微生物的共同特点 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 复习思考题： 1.名词解释： 生物降解、生物转化、生物净化、微 生物污染、微生物监测 2.图解生物进化的三个阶段。 3.人类环境的组成？环境问题的实质。 4.大气环境发生转折的原因？ 5.决定微生物对人类和生物危害程度的 因素？ 6.简述环境微生物研究的主要内容。第二章 微生物的主要类群 主要内容 微生物的形态、结构及生理特征。 病毒研究的意

5、义。 真菌、原生动物和藻类的利用。 原生动物、藻类的主要类群。 藻类和蓝细菌的环境生态 。 重点 1.微生物各主要类群的的种类、一般特征 2.产甲烷菌的生理特性。 3.原生动物、微型后生动物在废水处理 中的作用；藻类和蓝细菌与富营养化的关系。 第一节 非细胞微生物病毒 一、病毒的一般特征 （一）形体极其微小 （二）专性细胞内寄生 （三）是非细胞大分子生物 二、病毒研究的意义 防病治病 发酵工业中防止噬菌体的污染 昆虫病毒用于生物防治虫害 类病毒和病毒是分子生物学和生命科学研究 的理想材料。 三、病毒存活的影响因素 物理因素 温度、紫外线、射线、沉淀、吸附等 化学因素 pH、氧化剂和抗生素、少数

6、细菌产生 的分解病毒的酶类。 第二节 原核微生物 一、细菌 （一）形态和大小 （二）细胞结构 细胞细短、结构简单、胞壁 坚韧、多以二分裂方式繁殖和 水生性较强，大多形体微小。 一般构造 细胞壁、细胞膜、核物质、细胞质、 内含物等。 特殊构造 荚膜、鞭毛、间体、载色体、芽孢等 芽孢：某些细菌在不利的环境条 件下能在细胞内形成一个圆形 卵圆形或圆柱形的休眠体。 亚群 能生长于-N(CH3)+3或CH3COO培养基中 （二）产甲烷菌的特性 1.形态结构特性 细胞壁 G+为一、二或三层，G为一层，不含 肽聚糖。对青霉素和溶菌酶不敏感。 细胞膜 主要由植烷甘油醚或二植烷甘油醚组 成，不易水解，耐热性强。

7、 2.生理特性 碳源 碳源较窄，只能利用乙酸和一碳化合物。 需生长因子 尤其是B族维生素。 需微量元素 如镍、钴和钼等。 需独特的辅酶 如辅酶F420、辅酶M、CO2还原因子 3.产甲烷反应 4H2+ HCO3 + H+ CH4 + 3H2O 4CH3OH 3CH4 + CO2 + 2H2O 4HCOO + 4H+ CH4 + 3CO2 + 2H2O CH3COO + H+ CH4 + CO2 4CH3NH3+ + 3H2O 3CH4+H2CO3+4NH4+ 第三节 真 菌 一、一般特征 （一）形态大小 酵母菌、霉菌和蘑菇都是 某一类真菌的俗称。 （二）菌落特征 （三）代谢与繁殖 好氧呼吸和发

8、酵，异养，只吸收溶解状态的 营养物。孢子(有性、无性)繁殖。 二、真菌的利用 分解有机物质非常活跃，能只利用无机氮，能降解难于降解的碳源(芳香族)，在形成土壤和腐殖质、自然界净化过程和废水生物处理、发酵工业、食品加工等方面起重要作用。有些可直接食用或是贵重药剂或滋补品。 第四节 原生动物 二、原生动物的营养与繁殖 形态多样，大小多为几十-300m。不具细胞壁；细胞质膜软而薄，或硬而厚。细胞膜虽柔软，但能保持其形状；真核，一或多个。可形成不同的“胞器”，用其进行摄食、呼吸、排泄、生殖等生命活动。 一、原生动物的形态与构造 营养 异养 多严格好氧，但也有严格厌氧。 营养类型 摄食方式 渗透型营养：

9、吸收溶解性物质。 吞噬型营养：吞噬颗粒型食物。 全动性营养 以其他生物和有机颗粒为食 植物性营养 利用光、CO2和水合成有机物 腐生性营养 以体表吸收环境或寄主中的 可溶性有机物为主。 繁殖方式 1.无性繁殖 二分裂、多分裂、出芽生殖。 2.有性繁殖 3.休眠体(又称孢囊) 抵抗不良环境 三、原生动物的主要类群 原生生物界 原生动物亚界 肉鞭动物门 （纤毛门、盘蜷门、顶复门、 微孢子门、囊孢子门、粘体门） 形态结构 有伪足(运动、摄食) 形体小，表面仅有一层薄膜， 无色透明，无固定形态。有 的有一层硬壳。无胞口和胞 咽等结构。 2.肉足虫纲 二分裂生殖。 形成孢囊。 营养类型 多全动性营养；少

10、数寄生生活。 繁殖方式 无性生殖(分裂、出芽)为主，形成孢囊普遍 生活环境 自然水体中喜在-中污带或-中污带中生活。污水生物处理系统中，在活性污泥培养中期或大负荷的处理系统中出现。 3.孢子虫纲 严格寄生，无运动器，滑动方式运动。异养（通过寄主细胞渗透吸收）。生活史有有性世代与无性世代的交替。 4.纤毛虫纲 有纤毛（运动、摄食）。 营养类型 全动性营养。 繁殖方式 无性生殖：二分裂，少数出芽生殖和复分裂 有性生殖：接合生殖。 类型及生活环境 四、原生动物在废水（污水）处理中的作用 (一)对废水（污水）的净化作用 大量吞噬游离的细菌和颗粒状悬浮物，对 细菌类群进行选择。(聚集成絮状的细菌存活)

11、促进生物絮凝作用，活性污泥有良好沉降性 可直接利用溶解性有机物净化污水。 （二）作为废水（污水）处理的指示生物 厌氧环境 变形虫、鞭毛虫较能忍受，多出现 在大负荷量的处理系统中，或处理系统运行 的起始阶段。如三角鞭毛虫。 溶氧不足 处理效果恶化，纤毛虫游泳型的突 增、固着型的减少或虫体表现不正常。如细 湿藓豆形虫、油鲽钟虫大量生长。 溶氧适当 正常污泥负荷和供氧良好时，固着型 纤毛虫大量出现。如有肋楯纤虫、近绿游仆 虫、狭缩盖虫、钟虫类、吸管虫类等。第五节 藻类(显微) 硫含量高时 累枝虫正常生长。 一、形态与构造 单细胞或多细胞，形态多种多样。含叶绿体和光合色素，光合自养或异养。有真核细胞的

12、一般特征。细胞壁由纤维素与果胶质组成。呈现不同颜色 营养特征自养 光光合作用通式 CO2+2H2O CH2O+H2O + O2 特点 水作为供氢体并释放氧气。 生活条件 温度 分为广温性和狭温性。 二、生理特征 pH值 生长pH值范围为4-10，最适值6-8。 光照 水深处或水受悬浮物污染时，光照可成 为生长的限制因素。 三、分类 繁殖 营养繁殖、无性繁殖、有性繁殖。 绿藻 单细胞或多细胞，含叶绿素a、b，叶黄素和-胡 萝卜素。可产生游动孢子。多淡水生。有净化作用， 是指示生物，一些种类与水体富营养化有关。 裸藻 单细胞，无壁，有表膜和鞭毛。载色体含叶绿素a、b，三种叶黄素和-胡萝卜素，呈绿色

13、或无色。有的种类可吞噬食物。形成水华，是水体富营养化指示生物。 金藻（含硅藻）单细胞和多细胞，含较多的胡萝素，黄 绿到褐色，金藻可产生鞭毛。淡水生、海水生和陆生 硅藻 两侧对称和中央辐射状图样。胞壁内层果胶质膜， 外层硅质壳。水体优势藻类之一，可引发“赤潮”藻类。 甲藻 单细胞，许多表质膜上覆盖有壳。含色素体 (叶绿 素a、c，甲藻黄素.-胡萝卜素等)，可行光合自养， 也可捕食。可在海水、碱性的水、淡水中生活。 “赤潮”产生的主要肇事者 。 褐藻和红藻 组织结构高度分化。 主要存在海水中。 四、藻类和蓝细菌的环境生态 1.磷酸盐、无机氮常是地表水藻类限制性底物 富营养化 以氮、磷为主的营养物进

14、入水域形成的污染。 2.环境中氧、CO2、pH的影响 生物软化作用 水质硬度较大的湖中，由于光合作用对 CO2的消耗，推动Ca(HCO3)2CaCO3+H2O+CO2的反 应，形成的CaCO3沉降到湖底，这一过程称为。 湖底厌氧，水质恶化，无机物以还原态存在。 有机物降解耗氧，产生CO2，pH较低。 Fe2+和Mn2+等金属离子的浓度比在湖上层高得多。 白天 光合作用放氧(溶氧过饱和)，耗CO2，pH上升。 夜间 呼吸作用耗氧，放CO2，pH下降。 水表面氧浓度较高，无机物以氧化态存在。 3.环境中温度的影响 夏季 上：水温较高，溶解氧较高。 湖水分层 中：斜温层，温度迅速下降的薄层。 下：水

15、温较低，溶解氧较低。 秋季 湖水分层消失，上下层含氧量接近，湖水 性质均一。 4.对营养的特殊要求 藻类和蓝细菌的某些种类需提供某种物质，如 维生素、SiO2 、高盐等。 五、藻类的利用 藻类生长的正面影响 氧化塘废水处理工艺： 有机污染物藻类细胞（生物物质）。 细菌 藻类 有机污染物 无机物 藻类细胞 O2 光 O2 食品 饲料 肥料第六节 微型后生动物 一、轮虫 藻类生长的负面影响 1.对建筑物的腐蚀 2.富营养化 3.藻类在水库或湖水中的生长能产 生令人讨厌的味道和臭味，同时会干 扰水处理过程。 形体微小，长形。 头：纤毛环是运动和摄食器官。分 躯干：具刺或棘，外表有透明角质甲膜。 后尾

16、：尾末端有趾，分泌粘液借以固着。 在废水生物处理中有净化作用。是水体 寡污带和污水生物处理效果好的指示生 物（需较高溶解氧） 。 多自由生活，也有群体生活和寄生生活 雌雄异体，卵生，多为孤雌生殖。杂食 性营养。底栖种类居多，适应pH范围广 特点：有坚硬的甲壳，以细菌、藻类为食， 自身是鱼类的基本食料。广泛分布地表水中 （淡水、海水）。 二、微型甲壳动物 净化水体，河流污染与水体自净的指示生物。 三、线虫 形体微小， 长线形。雌雄异体，卵生。可作蛇形拱曲运动。 营养类型： 腐食性、植食性和肉食性。 生活方式： 寄生，也可独立生活。 有好氧性和兼性厌氧线虫 污水净化程度差的指示生物（兼性厌氧线虫）