水处理微生物学课件

水处理微生物学课件第1页，共63页，2023年，2月20日，星期日课本及参考书课本：

《水处理微生物学》（第五版）顾夏生主编中国建筑工业出版社参考书目：《微生物学》（第二版）武汉大学编高等教育出版社《环境微生物学》周群英等编高等教育出版社第2页，共63页，2023年，2月20日，星期日第一章绪论主要内容：水处理微生物学的研究对象和任务微生物的分类、命名微生物的特点

原核微生物与真核微生物的区别第3页，共63页，2023年，2月20日，星期日第一节水处理微生物学研究的对象和任务研究对象：研究水体中微生物的形态，生理特性和控制方法；研究微生物在水处理中的作用机理和规律；研究水体中微生物的检测方法，判定水体污染和自净能力以及水处理效果的好坏。第4页，共63页，2023年，2月20日，星期日研究任务：掌握微生物的基本概念、类型、生理特性、微生物与环境的关系、以及微生物在水处理中的作用等基本理论充分利用微生物控制，消除水体的有机污染物，营养盐类，重金属的污染利用微生物进行水处理使水资源再生第5页，共63页，2023年，2月20日，星期日一、什么是微生物

一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。是一些个体微小、构造简单的低等生物。微生物的菌落细菌的显微图样第二节微生物概述第6页，共63页，2023年，2月20日，星期日微生物小µm级：光学显微镜下可见（细胞）Nm级：电子显微镜下可见（细胞器、病毒）简单细胞简单多细胞非细胞（即“分子生物”，如病毒）原核类：细菌，放线菌、蓝细菌，支原体、立克次氏体，衣原体等低(进化地位低)真核类：真菌，原生动物，微型后生动物，微藻类非细胞：病毒，亚病毒（朊病毒、类病毒、拟病毒）第7页，共63页，2023年，2月20日，星期日微生物的进化地位：通过放射性元素的计时技术，测得地球年龄约有45-46亿年。类似细菌的生物在约35亿年前就已出现，此时地球开始由化学进化转入到生物进化阶段；蓝细菌类原核生物是在21亿年前出现,此时地球大气开始由无氧变成有氧，之后出现真核微生物；大约6亿年前，水圈中出现了后生动物（摄食消费者），之后出现由“鱼—陆生生物—两栖类—爬行类”的进化趋势，人类诞生至今不过300万年。第8页，共63页，2023年，2月20日，星期日原核生物细胞无核膜，有一个明显的核区（拟核），核区集中了主要遗传物质，由一条与类组蛋白相联系的双链DNA构成的染色体组。真核生物细胞则是由一条或一条以上的双链DNA与组蛋白等结合成的染色体，并由核膜包围。核、核膜、染色体原核细胞没有独立的内膜系统，与代谢有关的酶如呼吸酶合成酶等位于细胞膜上，因此它的能量代谢在质膜上进行。真核细胞不仅有独立的内膜系统，还有细胞骨架，呼吸酶在线粒体中，有专用的细胞器来完成各项生理功能，如线粒体、叶绿体。代谢场所原核微生物和真核微生物的区别第9页，共63页，2023年，2月20日，星期日典型的真核细胞结构（动物典型的真核细胞结构（植物）第10页，共63页，2023年，2月20日，星期日在认识发展过程的不同阶段存在对生物分类的不同观点。两界：动物界和植物界三界：菌物界、动物界和植物界四界：原始生物界、菌界、植物界、动物界（由Copeland提出）五界：Whittaker提出生物五界分类系统，后被Margulis修改为：原核生物界、真生生物界、真菌界，动物界和植物界六界：我国王大耜教授提出：

病毒界、原核生物界、真核原生生物界、真菌界、动物界和植物界生物的界级分类学说第11页，共63页，2023年，2月20日，星期日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，种类多二、微生物的特点第12页，共63页，2023年，2月20日，星期日比面值：某一物体单位体积所占的表面积，物体的体积越小，其比表面积越大如：1cm3豌豆，总表面积6cm21cm3球菌，总表面积6m2面积/体积=比面值600/10006/11.体积小，面积大第13页，共63页，2023年，2月20日，星期日扩大了吸收面排泄面信息交换面意义第14页，共63页，2023年，2月20日，星期日2.吸收多，转化快如：大肠埃希氏菌在1h内可分解其自重1000～10000倍的乳糖；

Candidautilis（产朊假丝酵母）合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比牛强10万倍；吸收速度是人的300万倍意义：

1为微生物生长提供了充足的物质基础

2使微生物发挥“活化工厂”的作用第15页，共63页，2023年，2月20日，星期日3.生长旺，繁殖快例：大肠埃希氏菌合适条件下，细胞分裂一次仅需12.5～20min，每昼夜可分裂72次，这时产生4.7×1010万亿个后代，总重约可达4722吨。意义1发酵工业：2遗传学研究：缩短实验周期3致病菌：传布快，危害大鼠疫：14世纪，欧洲1/4人口死亡马铃薯晚疫病：1845~1846年，欧洲100万人口饿死肝炎：80年代上海30万人口爱滋病：津巴布韦1/4人口感染第16页，共63页，2023年，2月20日，星期日4.适应强，易变异

适应极端环境如高温、高酸、高辐射等冷：-70~-196℃热：300℃酸、碱、盐：耐压：短时间能产生大量变异的后代第17页，共63页，2023年，2月20日，星期日5.分布广，种类多物种多样性生理代谢类型的多样性代谢产物的多样性遗传基因的多样性生态类型的多样性第18页，共63页，2023年，2月20日，星期日第二章非细胞微生物－病毒主要内容：病毒的形态结构病毒的繁殖病毒存活的影响因素去除和破坏水中病毒的方法第19页，共63页，2023年，2月20日，星期日一、病毒的定义病毒：一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的超显微“非细胞型微生物”，其本质是一种只含DNA或RNA的遗传因子。

病毒与其他细胞型微生物包括原核微生物和真微生物有着体态、结构、化学组成、生命方式等多方面的明显区别。第一节病毒的形态结构及分类第20页，共63页，2023年，2月20日，星期日二、病毒的特点形体极其微小，需用电子显微镜观察没有细胞构造，又称“分子生物”每种病毒只含一种核酸，DNA或RNA以核酸和蛋白质的装配实现大量繁殖专性寄生，寄主细胞内才表现出生命特征第21页，共63页，2023年，2月20日，星期日无蛋白质和核酸合成酶系，利用宿主细胞内的代谢系统离体条件，为无生命的生物大分子，长期保持侵染活力对抗生素不敏感，对干扰素敏感有的病毒核酸可整合到宿主基因组，诱发潜伏性感染第22页，共63页，2023年，2月20日，星期日拟病毒：只含有不具独立侵染性的RNA或DNA组分非细胞生物真病毒：至少含有核酸和蛋白质两种组分亚病毒类病毒：只含独立侵染性的RNA组分朊病毒：只含单一蛋白质组分三、病毒的分类1、按组分和侵染性分类：第23页，共63页，2023年，2月20日，星期日2、按专性宿主分类：动物病毒寄生在人体和动物体内，引起疾病艾滋病病毒非典冠状病毒肝炎病毒引起的疾病有：流感、艾滋病、麻疹、腮腺炎、甲肝、乙肝等第24页，共63页，2023年，2月20日，星期日植物病毒

寄生在植物体内，引起疾病如烟草花叶病、番茄丛矮病、马铃薯退化病、水稻萎缩病和小麦黑穗病等烟草花叶病毒第25页，共63页，2023年，2月20日，星期日细菌病毒－噬菌体

1917年D.Herelle在人的粪便中发现；环境毒理学中将其作为模式病毒；可评价水与废水的处理效率；杀菌。噬菌体第26页，共63页，2023年，2月20日，星期日放线菌病毒寄生于放线菌，可使放线菌细胞裂解的病毒。藻类病毒－噬藻体真菌病毒第27页，共63页，2023年，2月20日，星期日DNA病毒细小病毒组的成员一般是ssDNA

其余病毒都是dsDNARNA病毒呼肠孤病毒组的成员是dsRNA

其余的病毒都是ssRNA注：动物病毒以线状的为dsDNA和ssRNA多，植物病毒以ssRNA为多，噬菌体以线状的为dsRNA多3、按核酸分类第28页，共63页，2023年，2月20日，星期日1.病毒的大小

多数能通过细菌过滤器，直径多数在100nm（20～200nm）上下；

最大的病毒：牛痘苗病毒，直径最大300nm

最小的病毒：口蹄疫病毒，直径10～22nm四、病毒的形态和结构第29页，共63页，2023年，2月20日，星期日2.病毒的形态

动物病毒的形态有：球形、卵圆形、砖形等植物病毒的形态有：杆状、丝状和球状噬菌体的形态有：蝌蚪状和丝状第30页，共63页，2023年，2月20日，星期日粘病毒痘病毒疱疹病毒噬菌体病毒的形态和相对大小付粘病毒枪弹性病毒冠状病毒第31页，共63页，2023年，2月20日，星期日五、病毒的化学组成和结构（一）化学组成

蛋白质和核酸个体大的病毒除含蛋白质和核酸，还含脂类和多糖第32页，共63页，2023年，2月20日，星期日2、病毒的核酸

RNA多为ss，DNA多为ds1、病毒的蛋白质结构蛋白：位于颗粒外表，起保护作用；决定病毒的抗原性第33页，共63页，2023年，2月20日，星期日病毒粒子的结构图(二)形态结构第34页，共63页，2023年，2月20日，星期日病毒粒子有两种：不具被膜的裸露病毒粒子在核衣壳外面有被膜包围所构成的病毒粒子第35页，共63页，2023年，2月20日，星期日病毒粒的对称体制

病毒粒的对称体制只有两种，即螺旋对称和二十面对称；另外一些结构复杂的病毒，实质上是上述两种对称结合的结果，也称为复合对称。

第36页，共63页，2023年，2月20日，星期日二十面对称代表病毒为腺病毒（Adenovirus）二十面体腺病毒模式图第37页，共63页，2023年，2月20日，星期日B.螺旋对称型代表病毒为烟草花叶病毒（TMV）该病毒核酸外由蛋白质衣壳包裹和保护，结构十分稳定，室温下保存50年不丧失侵染力TMV模式图第38页，共63页，2023年，2月20日，星期日C.复合对称型二十面体对称螺旋对称代表病毒为T偶数噬菌体，有3种，即T2、T4和T6T系噬菌体模式图第39页，共63页，2023年，2月20日，星期日病毒不存在个体的生长过程，只有两种基本成分的合成和进一步的装配过程（同种病毒粒之间没有年龄和大小之分）动物病毒、植物病毒和噬菌体的繁殖过程基本相似第二节病毒的繁殖第40页，共63页，2023年，2月20日，星期日吸附、侵入、增值（复制与生物合成）、粒子成熟（装配）、寄主细胞裂解（释放）。

以大肠杆菌T系噬菌体为例噬菌体与大肠杆菌相对大小病毒繁殖过程分为5个阶段：第41页，共63页，2023年，2月20日，星期日1.吸附

T系噬菌体以尾部末端吸附到敏感细胞表面的某一特定的化学成分；吸附过程：随机碰撞、尾丝散开、固着、刺突插入、基板固定第42页，共63页，2023年，2月20日，星期日侵入2.侵入尾丝展开、释放溶菌酶，水解细胞壁的肽聚糖形成孔，尾鞘消耗ATP获得能量而收缩将尾髓压入大肠杆菌细胞，尾髓将头部的DNA注入宿主细胞第43页，共63页，2023年，2月20日，星期日3.复制与生物合成DNA病毒的复制（1）核酸复制（宿主

DNA降解）（2）核酸转录（3）蛋白质合成RNA病毒的复制第44页，共63页，2023年，2月20日，星期日4.装配

DNA分子的缩合通过衣壳包裹DNA而形成头部尾丝，尾管和尾鞘独立装配完成头部与尾部相结合装上尾丝尾管和尾鞘装成尾部第45页，共63页，2023年，2月20日，星期日5.噬菌体的释放

噬菌体粒子成熟后，其水解酶水解宿主细胞壁而使宿主细胞裂解，噬菌体粒子被释放，进而重新感染新的宿主细胞。噬菌体的释放第46页，共63页，2023年，2月20日，星期日第三节病毒的生长规律一步生长：瞬间爆发，过程可重复进行噬菌斑：烈性噬菌体在混有大量活敏感菌的琼脂培养基中，经培养后，肉眼可见在布满宿主细胞的菌苔上，有一个个不长菌的斑块以时间为横坐标，噬菌斑为纵坐标得到一步生长曲线第47页，共63页，2023年，2月20日，星期日一步生长曲线平稳期成熟期潜伏期隐晦期裂解量：每个感染细菌平均释放的噬菌体颗粒的数量裂解期平均噬菌斑数÷潜伏期的噬菌斑数与裂解时间有关第48页，共63页，2023年，2月20日，星期日病毒的溶原性第49页，共63页，2023年，2月20日，星期日a、烈性（毒性）噬菌体：进入宿主细胞后进行复制增殖，导致宿主细胞裂解的噬菌体。b、温和噬菌体：噬菌体吸附或侵入细胞后，其DNA只整合在宿主核染色体组上，并可长期随宿主DNA的复制而同步复制，一般不进行增殖或引起宿主细胞裂解的噬菌体。根据噬菌体进入宿主细胞后的行为分为：第50页，共63页，2023年，2月20日，星期日宿主DNA噬菌体DNA噬菌体DNA和宿主染色体整合病毒的溶原性反应第51页，共63页，2023年，2月20日，星期日原噬菌体

在溶原细菌细胞内的温和噬菌体核酸称为原噬菌体。原噬菌体随宿主细胞分裂传给子代细胞。原噬菌体没有感染力，一旦脱离溶原性细菌的染色体后即恢复复制能力，形成毒性噬菌体。溶源性细菌含有原噬菌体的细菌称为溶源性细菌。第52页，共63页，2023年，2月20日，星期日烈性噬菌体－敏感细菌－裂解反应温和噬菌体－原噬菌体－溶源性反应－溶源性细菌第53页，共63页，2023年，2月20日，星期日第三节病毒在水中存活的影响因素一、物理因素温度、光及其它辐射、湿度二、化学因素化学物质、抗体、干扰素三、生物因素其它生物产生的抗菌物质第54页，共63页，2023年，2月20日，星期日一、物理因素对病毒的影响1.温度宿主细胞外的病毒，55～65℃范围内1h可灭活高温灭活病毒的机理高温使病毒的核酸和蛋白质均受损伤，但灭活蛋白质更快；蛋白质变性阻碍了病毒吸附在宿主细胞上，削弱其感染力。注：低温不会灭活病毒，通常在－75℃保存病毒。第55页，共63页，2023年，2月20日，星期日2.光及其他辐射（1）紫外辐射

灭活部位是病毒的核酸，使核酸中的嘧啶环受到影响。（2）可见光在天然水体和氧化塘中，日光对肠道病毒有灭活作用。（3）离子辐射

X射线、γ射线等第56页，共63页，2023年，2月20日，星期日3.干燥

控制环境中病毒的重要因素。土壤中，水分含量低于10％时，病毒会迅速灭活。污泥中，当固体含量大于65％时，病毒量减低。

相对湿度（RH）病毒存活时间7％腺病毒2型8周柯萨奇病毒B32周35％肠病毒20周第57页，共63页，2023年，2月20日，星期日体外灭活：酚、低渗缓冲溶液、甲醛、亚硝酸、醚类、十二烷基硫酸钠、氯仿、强酸、强碱、pH及其他氧化剂等。体内灭活：抗体和干扰素二、化学因素对病毒的影响第58