环境工程微生物学第一章课件

环境工程微生物学

EnvironmentalEngineeringMicrobiology授课人员罗泽娇（理论授课uozejiao@随机调查为什么学习本课？随机调查微生物与你的专业有什么关系？随机调查你对微生物了解多少？教学目的建立与特定环境过程相关的微生物学、生物化学、分子生物学基础；掌握微生物学在环境与工程处理中的应用。微生物多样性(代谢的多样性)；极端环境中的生物；微生物生态学；生物地球化学循环；污染物的生物学命运；水质控制。课程大纲第1章绪论第2章原核微生物第3章真核微生物第4章非细胞微生物--病毒第5章微生物的营养第6章微生物的代谢第7章微生物的生长繁殖及其控制第8章微生物的遗传变异和育种第9章微生物的生态第10章微生物对环境污染物的降解与转化第11章环境微生物检测第12章微生物在水污染控制中的应用第13章微生物在固体废物和大气污染治理中的应用第14章生物修复技术第15章微生物新技术在环境治理中的应用第16章微生物的分类命名与保藏课程大纲实验部分实验1光学显微镜的操作、细菌形态的观察实验2微生物的染色实验3培养基的制备和灭菌实验4细菌纯种的分离及接种技术实验5微生物培养特征及个体形态的观察实验6显微镜微生物计数法实验7水中细菌总数的测定实验8大肠菌群数的测定--多管发酵法第一章 绪论1.1微生物的概念1.2微生物学的研究内容1.3人类对微生物的认识及研究1.4环境工程微生物学的概念1.5环境工程微生物学的研究内容和任务1.6环境工程微生物的学发展及研究现状1.7环境工程微生物学所涉及的学科1.1微生物的概念微生物(Microorganism，MS)：微生物是指个体微小、形态构造简单的无器官分化或仅有低级器官分化的单细胞的或多细胞的或非细胞生物的统称，一般要借助显微镜才能观察。主要包括无细胞结构且不能独立生活的病毒；属原核细胞的细菌(真细菌和古细菌)、放线菌、蓝细菌(蓝藻)、支原体、衣原体及立克次氏体；真核细胞的真菌、单细胞藻类及原生动物等。1.2微生物学的研究内容微生物学(Microbiology)：研究微生物生命活动规律的一门学科。内容包括研究微生物的形态结构、分类、生态、营养代谢、生长发育、遗传变异等。其目的是认识、利用、控制和改造微生物，为人类造福。环境微生物学：研究人类生存环境与微生物之间的相互关系与作用规律的科学，它着重研究微生物对人类环境所产生的有益与有害影响，阐明微生物、污染物与环境之间相互关系及作用规律。1.3人类对微生物的认识及研究微生物推测时期：公元前5000年到公元1675年(清，康熙十四年)，思想家推测传染病可能是由于微小生物生长的结果，但无法验证；1.3人类对微生物的认识及研究微生物推测时期微生物的发现时期：17世纪~19世纪，以列文虎克1675年发表的作品为代表；又叫形态学时期。微生物学的开山祖1.3人类对微生物的认识及研究(续1)微生物的认识和利用时期：从19世纪中期到20世纪初（又称生理学时期）路易·巴斯德(1822—1895)（道光2年~甲午中日战争），法国的化学家和伟大的微生物学家细菌学之父1.3人类对微生物的认识及研究(续1)微生物的认识和利用时期：从19世纪中期到20世纪初路易·巴斯德(1822—1895)，法国的化学家和伟大的微生物学家A证实微生物的活动；B初步应用免疫学，利用预防接种法治疗疾病，给人类带来幸福（如人类通过种牛痘预防天花病）；C证实了发酵作用与微生物活动有关；D发明了巴氏灭菌法E分离鉴定了引起家蚕蚕病杆菌并提出预防措施，被誊为细菌学之父。1.3人类对微生物的认识及研究(续2)微生物的认识和利用时期：从19世纪中期到20世纪初罗佰特·柯赫(1843—1910)（道光23年~清宣统二年）1.3人类对微生物的认识及研究(续2)微生物的认识和利用时期：从19世纪中期到20世纪初罗佰特·柯赫(1843—1910)A提出了证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则——柯赫原则（柯赫法则），被誉为细菌学技术之父；B具体证实了炭疽病菌是炭疽病的病原菌；C发现了肺结核病的病原菌(当时死亡率极高)，因此获得诺贝尔奖;D微生物基本操作技术方面的贡献：用固体培养基分离纯化微生物的技术、配制培养基等。1.3人类对微生物的认识及研究(续3)近代微生物学发展（1）电镜的发展（2）病毒的发现1892年，俄国伊凡偌夫斯基1864—1970首先发现病毒;1897年美国斯坦利（Stanley）分离到烟草（TMV）病毒结晶（3）免疫学兴起：利用预防接种方法防病（4）化学疗法：传染病用化学药物来治病（5）抗生素应用：用真菌等生物产生的抗生素来治疗疾病1.4环境工程微生物学的概念环境工程微生物学：在对微生物进行一般性研究的基础上，着重研究自然环境和污染环境中微生物的特点、作用规律及微生物在环境与工程处理中应用的学科。1.5环境工程微生物学的研究内容和任务研究微生物的基础知识研究栖息在各种环境中的微生物及其生态饮水卫生微生物自然界物质循环与转化水体、土壤的自净作用，环境污染与环境工程净化的原理。(1)、土著菌的开发利用自然环境中微生物驯化印染废水尾矿废水废弃塑料石油污染垃圾农药生产废水1.6环境工程微生物学的发展及研究现状(2)、构建遗传工程菌1.6环境工程微生物学的发展及研究现状(3)、环境污染原位处理生物修复Bioremediation：利用微生物清除土壤和水体包括地下水中的污染。1.6环境工程微生物学的发展及研究现状(4)、污染物资源化及建立清洁生产工艺利用废纤维素生产燃料乙醇利用有机废物生产甲烷利用木材废弃物所含纤维素生产木糖及木糖醇高浓度有机无毒废水酵母和光合细菌单细胞蛋白1.6环境工程微生物学的发展及研究现状(5)、基础研究微生物降解转化污染物的机理深入到基因DNA的分子水平从基因DNA组成结构的变化追溯到相关的生理生化学的变化及其代谢功能的变化从环境微生物中分离鉴定出特定降解污染物的基因，并应用该基因构建高效降解污染物的基因工程菌利用环境微生物分子遗传学指标和生理生化指标作为生物标志（Biomarker）去指示环境污染状况研究微生物降解污染物反应动力学及其数学模型和相关参数，发现清除污染物与相关因素之间的定量关系计算机软件开发、试剂盒的应用、遥感技术的配合和多种传感器及生物反应器等1.7环境工程微生物学所涉及的学科污染控制微生物工程领域环境科学、微生物学、环境工程学基础理论及工程实施领域生物化学、遗传学、环境地学、环境毒理学、环境监测与评价、生态学、水力学、气象学、土壤学等1.8微生物的特点(1)、个体微小、构造简单、比表面积大；生物类别比表面积（表面积/体积/）乳酸杆菌12万倍鸡蛋1.5倍90公斤体重的人0.3倍EUCARYA真核生物ARCHAEA古菌BACTERIAProtists原生生物MacroscopicorganismsEURYARCHAEOTAGiardiaHexamitaTrichomonasVairimorphaPhysarumTrypanosomaEuglena眼虫属NaegleriaEntamoebaAmoebae阿米巴{{slimemold粘菌类BabesiaParameciumredalgaebrownalgaediatomsplantsfungianimalsCiliates纤毛{AquifexThermotogaChloroflexusThermomicrobiumThermusStreptomyces链霉菌属Mitochondrion线粒体AgrobacteriumDesulfo-vibrioChloroplast叶绿体SynechococcusPlanctomycesClostridium梭菌属Bacillus杆菌属HeliobacteriumE.coliRhodocyclusChlorobiumFlavobacterium黄质菌属，产黄菌属CytophagapJP27pJP78marineSBAR5pSL12pSL4pSL50ThermofilumThermoproteus热变形菌属Pyrodictium热网菌属DesulfurococcusSulfolobusMethanopyrusThermococcus热球菌属Methanococcus甲烷球菌属Methanobacterium甲烷杆菌属ArchaeoglobusThermoplasmaMethanospirillumHaloferaxLastcommonancestor16SrRNA“TreeofLife”Barns&Nierzwicki-Bauer,1997CRENARCHAEOTA(2)、种类繁多，分布广泛1.8微生物的特点1.8微生物的特点（续1）(3)、生长繁殖快生物类别繁殖速率细菌20分钟/代，24小时可繁殖成4万亿亿个细胞植物细菌比之快500倍动物细菌比之快2000倍1.8微生物的特点（续2）(1)、个体微小、构造简单、比表面积大；(2)、种类繁多，分布广泛(3)、生长繁殖快(4)、适应性强、易发生变异1.9学习与研究微生物的基本方法(1)、普通光学显微镜(2)、微生物染色法(3)、培养观察法(4)、微生物生理生化反应法(5)、电子显微镜观察法观察病毒观察研究细微构造(如细胞壁层次)(1)、普通光学显微镜(2)、微生物染色法1.9学习与研究微生物的基本方法(3)、培养观察法1.9学习与研究微生物的基本方法(4)、微生物生理生化反应法生化特性艾希氏菌属志贺氏菌属爱德华氏菌属沙门氏菌属枸橼酸杆菌属靛基质+-/++++V-P反应-----西蒙氏枸橼酸盐利用试验---d+注：+90%以上阳性；-90%以上阴性；-/+多数阴性，少数阳性；d有不同生化型1.9学习与研究微生物的基本方法（5）、电子显微镜观察法观察病毒观察研究细微构造(如细胞壁层次)最大的杆菌（电镜，10000倍）1.9学习与研究微生物的基本方法门、纲、目、科、属名的字首字母要大写，除属名外不印成斜体字。属、种名印刷用斜体字或底下划线1.10微生物的分类单位与命名二名法=属名+种的加词+(首次定名人)+现名定名人+定名年份如Escherichiacoli(Migula)Castellani&Chalmers1919;简写为E.coli.有时加命名人的姓来区别同物异名或同名异物三名法=学名+种的加词+var.或subsp.+变种或亚种的加词（变种或亚种(在实验室获得的变异型，subsp.)的学名Bacillussubstilisvar.niger枯草芽孢杆菌黑色变种1.10微生物的分类单位与命名菌株(strain)：同种不同来源的微生物纯培养。其名称放在学名后面，可用字母、符号、编号自行决定1.10微生物的分类单位与命名1.11微生物学的重要性（1）、微生物在分类学中的地位但是，微生物研究兴起后，出现疑问：如眼虫藻，含叶绿体，又能走动，无真正的细胞壁，属于动物还是植物？区别动物植物能源化学能光能碳源化学能光能运动能不能细胞壁无有叶绿体无有1.11微生物学的重要性（1）、微生物在分类学中的地位但是，微生物研究兴起后，出现疑问：如眼虫藻，含叶绿体，又能走动，无真正的细胞壁，属于动物还是植物？区别动物植物能源化学能光能碳源化学能光能运动能不能细胞壁无有叶绿体无有（1）、微生物在分类学中的地位原生生物生物细胞型生物非细胞型生物病毒原核细胞生物原核生物真核细胞生物动