环境工程微生物学绪论

环境微生物学授课专业：12海洋资源与环境学时安排：理论48学时，实验16学时授课教师：杜宗军赵丽华

1环境微生物学参考书目：1、现代微生物学刘志恒主编科学出版社2008年第二版2、微生物与水处理工程李军等编著化学工业出版社2002年第一版2环境微生物学期刊：1、微生物学通报、微生物学报2、AppliedandEnvironmentalMicrobiology3、EuropeanJournalofMicrobiology3

绪论

四微生物学的发展史一微生物的基本概念二微生物的特点三微生物在生物界的地位六环境微生物学的研究内容七学习环境微生物学的意义五微生物学的发展与人类进步4罗伯特.胡克的显微镜英国一位名叫罗伯特·胡克(RobterHooke，1635—1703)的物理学家，在前人的基础上，制作了一台当时世界上最好的复式显微镜。首次提出“细胞”一词。

一微生物的基本概念1、微生物的发现51664年，RobterHooke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了观察。一微生物的基本概念1、微生物的发现61676年，微生物学的先驱荷兰人列文虎克（Antonievanleeuwenhoek）首次观察到了细菌。他没有上过大学，是一个只会荷兰语的小商人，但却在1680年被选为英国皇家学会的会员。［FellowoftheRoyalSociety（F.R.S.）］一微生物的基本概念1、微生物的发现(1632.10－1723.08)78列文虎克利用业余时间制造过400多架单式显微镜和放大镜，放大率一般为50~200倍，9一微生物的基本概念1、微生物的发现A、C、F：杆菌E：球菌H：球菌的聚集体列文虎克向英国皇家学会的信中对细菌形态的描绘10一微生物的基本概念

2、微生物的定义微生物是所有肉眼看不见或看不清楚的微小生物的统称，是一些个体微小、构造简单的低等生物。非细胞生物（病毒、类病毒）原核微生物（细菌、古生菌）部分真核生物（真菌、藻类、原生动物）微生物菌：jun一声，低等生物名；如：真菌、细菌jun四声，就是蕈xun，大型真菌（伞菌类）111、体积小，比表面积大单位：um(10-6m)或nm(10-9m)2μm0.5μm杆菌1500个杆菌首尾相连总长度=1粒芝麻的长度微生物的体积大小二微生物的特点12不同生物类型细胞大小的比较二微生物的特点1、体积小，比表面积大微生物与其它生物种类的体积比较动物的模式细胞动物细胞核细菌病毒131、体积小，比表面积大微生物的比表面积比表面积：个体的表面积与体积之比。二微生物的特点设球菌半径r=0.5μm球菌表面积(S)＝4πｒ2＝3.1416μｍ2

球菌体积(V)＝4／3πｒ3＝0.236μｍ3

比表面=S/V＝3.1416/0.5236=6

设球菌半径ｒ＝2μｍ

球菌面积(S)＝50.3μｍ2

球菌体积(V)＝33.5μｍ3

比表面=S/V＝50.3/33.5＝1.5142、吸收多，转化快人（50kg）500~1000g/d地鼠（体重3g）3g/d大肠杆菌细胞重量2000倍糖/h奶牛（500kg）合成0.5kg蛋白质/24h微生物细胞合成自身重量30-40倍的细胞物质/24h吸收多转化快二微生物的特点153、生长旺，繁殖快大肠杆菌在合适的生长条件下：12.5~20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2.2×1043个后代。二微生物的特点地球重的4000倍世界上绝大多数生命都在忍饥挨饿164、适应强，易变异1、对营养物质的利用上的适应性。2、对环境条件尤其是恶劣的“极端环境”的适应性。

耐0～－196℃低温耐113℃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、抗辐射适应性强二微生物的特点17四、适应性强，易变异易变异青霉素生产菌的发酵水平1940年每毫升20单位2000年每毫升10万单位青霉素的使用剂量：1940年10万单位/次1980年：输液80万单位/次2000年：输液800万-1000万单位/次二微生物的特点青霉素对金黄色葡萄球菌最低抑制浓度0.02μg/ml200μg/ml18细菌抗药性的产生：19五、分布广，种类多微生物在自然界的分布：无处不在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米深的地层温泉二微生物的特点20物种的多样性;

代谢产物种类多；微生物的生理代谢类型多；遗传基因的多样性;生态类型的多样性;

虽然目前已定种的微生物只有大约10万种，远较动植物为少，但一般认为目前为人类所发现的微生物还不到自然界中微生物总数的1%种类多21虽然目前已定种的微生物只有大约10万种，远较动植物为少，但一般认为目前为人类所发现的微生物还不到自然界中微生物总数的1%种类多225、分布广，种类多种类多地球上的微生物：估计有300万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

二微生物的特点微生物的研究手段的限制分离培养的局限23细菌物种数的最新数据（截止到2012年1月）24基因资源多：2010年3月英国《自然》杂志刊登研究报告说，国际科研团队联手对人类肠道中的细菌进行了一次“基因普查”，发现这些细菌整体拥有比人类自身大得多的基因组，相关结果有助于对肠道疾病进行研究和治疗。

欧盟资助的“人类肠道宏基因组计划”进行了这项迄今最大的肠道细菌基因研究。结果发现，肠道细菌共有300多万个基因，远远超出人类自身的2万多个基因。据介绍，这些基因分属1000多种不同的细菌，每个人的肠道中都有其中至少100多种细菌。25生理代谢类型多：微生物获取营养的方式多种多样，其食谱之广是动植物完全无法相比的！纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物、各种有机物均可被微生物作为粮食26六数量多、生物量大

平均每张纸币带细菌：900万个27

每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细菌，重感冒患者为8500万28六数量多、生物量大数量之多、生物量之大，难以估计；举一个例子：国际海洋生物普查数据29微生物的特点：体积小、面积大;吸收多、转化快生长旺、繁殖快;适应强、易变异分布广、种类多；数量多，生物量大30三微生物在生物界的地位无细胞结构生物—病毒、类病毒具细胞结构生物生物原核生物真核生物真细菌古生菌真菌单细胞藻类原生动物动物植物沃斯提出的三域分类系统311、史前时期（直观应用时期时间：---1676）四微生物学的发展历史我国8000年前就开始出现了曲蘖（nie）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2世纪，张仲景：禁食病死兽类的肉和不洁食物；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；32微生物曾给人类带来过许多灾难：鼠疫：鼠疫耶森氏菌(Yersiniapestis)

天花：天花病毒霍乱：霍乱弧菌(Vibriocholerae)艾滋病（AIDS）：病毒(HIV)疯牛病：朊病毒埃博拉病毒非典型肺炎(SARS):冠状病毒332、初创时期（形态学发展时期1676-1861）四微生物学的发展历史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:（１）发现了微生物世界（２）科学地描述了微生物的形态并阐述了它们的繁茂性．343、奠基时期（生理学发展时期1861-1897）四微生物学的发展历史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么？35四微生物学的发展历史１、巴斯德的贡献法国，化学家，路易斯·巴斯德3、奠基时期（生理学发展时期1861-1897）（LouisPasteur）36四微生物学的发展历史１、巴斯德的贡献自然发生说腐草为萤：腐草能化为萤火虫是中国传统说法。

据《礼记·月令》篇：“季夏之月……腐草为萤”。

又《格物论》说：“萤是从腐草和烂竹根而化生。”

3、奠基时期（生理学发展时期1861-1897）37四微生物学的发展历史１、巴斯德的贡献新鲜食品搁置腐败食品有细菌由非生命的物质自然发生自然发生说3、奠基时期（生理学发展时期1861-1897）38四微生物学的发展历史１、巴斯德的贡献曲颈瓶实验（1861）3、奠基时期（生理学发展时期1861-1897）39四微生物学的发展历史１、巴斯德的贡献3、奠基时期（生理学发展时期1861-1897）40四微生物学的发展历史１、巴斯德的贡献3、奠基时期（生理学发展时期1861-1897）41四微生物学的发展历史１、巴斯德的贡献其他贡献：巴斯德消毒法、对于蚕病、酒变质的研究狂犬疫苗的研究微生物学的奠基人3、奠基时期（生理学发展时期1861-1897）“科学虽没有国界，但科学家却有自己的祖国。”

美国学者麦克·哈特所著的《影响人类历史进程的100名人排行榜》中，巴斯德名列第12位，可见其在人类历史上巨大的影响力。（紧随其后的是伽利略、亚里士多德、列宁；前面有马克思和哥伦布）42２、科赫与疾病的病菌说四微生物学的发展历史德国，乡村医生3、奠基时期（生理学发展时期1861-1897）罗伯特·科赫（RobertKoch）1843-191043２、科赫与疾病的病菌说四微生物学的发展历史主要贡献：

第一次证明了一种特定的微生物是引起一种特定疾病的原因；首创了细菌染色法；首创了细菌的纯培养方法（创立了固体培养基划线分离纯种法

）；提出了著名的科赫法则。细菌学的奠基人3、奠基时期（生理学发展时期1861-1897）44２、科赫与疾病的病菌说四微生物学的发展历史科赫法则：(证明某微生物是某疾病病原菌的四项要求)1、在患病动物中存在可疑病原微生物，而健康动物中没有；2、可疑微生物可以被培养出来，并形成纯培养；3、纯培养中的可疑微生物，能引起健康而敏感的动物发病；4、可疑微生物被再次分离，并且和最初分离的有机体一样；3、奠基时期（生理学发展时期1861-1897）45RobertKoch最初1877年

拍摄的炭疽杆菌照片

46四微生物学的发展历史３、维诺格拉斯基

土壤微生物研究：化能无机自养菌的研究，包括亚硝化细菌、硝化细菌、硫细菌

3、奠基时期（生理学发展时期1861-1897）47四微生物学的发展历史1897年,E.Buchner利用酵母无细胞提取液进行酒精发酵成功,开创了微生物生化研究的新时代.微生物生理及代谢研究也蓬勃开展.普通微生物学作为一门综合学科开始形成.4、发展时期（生物化学水平1897-1953）484、发展时期（生物化学水平1897-1953）四微生物学的发展历史代表人物：德国布赫纳

E.Eüchner（1897年）酵母细胞石英砂研磨过滤滤液葡萄糖酵母细胞酒精、CO249微生物学发展过程中的部分重大事件1928英国

Griffith发现细菌转化；1929英国Fleming发现青霉素；1944美国Avery等证实转化过程中DNA是遗传信息的载体；俄国微生物学家Winogradsky(1856-1953)和荷兰微生物学家

Beijerinck(1851-1931)开创了土壤微生物学的研究.1892-1898，俄国的伊万诺夫斯基（Ivanovski）、荷兰细菌学家贝杰林克（Beijerinck）提供烟草花叶病毒是由病毒引起的证据；

505、现代微生物学（分子水平）1953-四微生物学的发展历史始于二十世纪五十年代：电子显微镜的使用DNA双螺旋结构的发现51现代微生物学发展过程中的部分重大事件1953Watson和Crick提出DNA双螺旋结构；1970～1972Arber、Smith和Nathans发现并提纯了

DNA限制性内切酶1977Woese提出古生菌是不同于细菌和真核生物的特殊类群

Sanger首次对f×174噬菌体DNA进行了全序列分析；52进入了分子生物学研究阶段分支学科飞速发展微生物学的基础理论和独特实验技术推动了生命科学各领域飞速发展微生物基因组的研究促进了生物信息学的发展5、现代微生物学（分子水平）1953-535、现代微生物学（分子水平）1953-四微生物学的发展历史詹姆斯·沃森（JamesWatson）541982～1983Prusiner发现朊病毒(prion)；1983～1984Mullis建立PCR技术；1995第一个独立生活的细菌(流感嗜血杆菌)全基团组序列测定完成；1996第一个自养生活的古生菌基因组测定完成；

1997第一个真核生物(啤酒酵母)基因组测序完成；现代微生物学发展过程中的部分重大事件555、现代微生物学（分子水平）1953-四微生物学的发展历史

在2008年4月17日的《自然》杂志上，美国的科学家发表了首个利用新一代高速测序技术得到的全基因组，而接受这一全基因组测序的不是别人，正是“DNA之父”詹姆斯•沃森。费用为100万美元。

2003年，“人类基因组计划”获得首张人类全基因组图谱，为了测定人类基因组的30亿对碱基，科学家们花费了约30亿美元和13年的时间。2009年《科学》载文，测了三个人的基因组序列，平均费用为4000美元/人，时间为一周。

56我国微生物学的发展：汤飞凡：1956，首次分离和确证沙眼病原体谢少文：1934，培养立克次氏体成功陈华癸：根瘤菌固氮作用的研究高尚荫：创建了我国病毒学的基础理论研究抗生素的总产量已居世界首位两步法生产维生素C的技术居世界先进水平57五微生物学的发展与人类的进步

可以说，微生物与人类关系的重要