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1、环境工程微生物学环境工程微生物学 张冬梅Tel：，69036；E-mail：第一章 绪论课程安排课程安排学分：学分：3 3，考试课，考试课理论课：理论课：112周周复习课：复习课：2个学时个学时实验课：实验课：1315周周考试：考试：18周周成绩：平时：成绩：平时：30%，考试：，考试：70%第一章 绪论1 1、环境微生物学王家玲等（华中科技、环境微生物学王家玲等（华中科技大学），高等教育出版社，大学），高等教育出版社，200320032 2、环境微生物工程马文漪等（南京大、环境微生物工程马文漪等（南京大学），南京大学出版社，学），南京大学出版社，19991999。3 3、微生物学教程（第二版
2、），周德庆微生物学教程（第二版），周德庆主编，高教出版社，主编，高教出版社，20022002。参考书目参考书目第一章 绪论微生物微生物微生物学微生物学环境与环境科学环境与环境科学环境微生物学环境微生物学第一章 绪论第一章第一章 绪论绪论p第一节第一节 微生物的概述微生物的概述p第二节第二节 微生物的分类微生物的分类p第三节第三节 微生物学的发展史微生物学的发展史p第四节第四节 微生物的命名微生物的命名p第五节第五节 环境微生物学研究的内容和对象环境微生物学研究的内容和对象p第六节第六节 环境的现状和面临的问题与微生物环境的现状和面临的问题与微生物第一章 绪论第一节第一节 微生物的概述微生物的概
3、述一、什么是微生物一、什么是微生物微生物是一些形体微微生物是一些形体微微生物是一些形体微微生物是一些形体微小，以单细胞或简单小，以单细胞或简单小，以单细胞或简单小，以单细胞或简单多细胞、甚或是没有多细胞、甚或是没有多细胞、甚或是没有多细胞、甚或是没有细胞结构的形式存在细胞结构的形式存在细胞结构的形式存在细胞结构的形式存在的低等生物的统称。的低等生物的统称。的低等生物的统称。的低等生物的统称。第一章 绪论动物的模式细胞动物细胞核细菌病毒动物、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 不同生物类型细胞大小的比较不同生物类型细胞大小的比较微生物与其它生物种类的体积比较微生物与其
4、它生物种类的体积比较第一章 绪论二、微生物特点：二、微生物特点：2m0.5m杆菌杆菌8 80 0个个杆杆菌菌肩肩并并肩肩总宽度总宽度=1=1根头发丝的宽度根头发丝的宽度15001500个杆菌首尾相连个杆菌首尾相连总长度总长度=1=1粒芝麻的长度粒芝麻的长度 m级：光镜可见级：光镜可见nm级：电镜可见级：电镜可见1.形体微小、比表面积大形体微小、比表面积大第一章 绪论2.吸收多、转化快吸收多、转化快n吸收速度是人的300万倍nE.coli每小时消耗自身重量2000倍的糖 微生物代谢类型多样。微生物代谢类型多样。基质广泛；基质广泛；能源谱宽；能源谱宽；适应性强；适应性强；代谢产代谢产物多样。物多样
5、。第一章 绪论3、生长旺，繁殖快、生长旺，繁殖快大肠杆菌大肠杆菌在合适的生长条件下在合适的生长条件下：12.512.52020分钟分钟 繁殖繁殖1 1代。代。每小时每小时 分裂分裂3 3代，由代，由1 1个变成个变成8 8个。个。经经2424小时小时 分裂分裂7272代，重约代，重约47224722吨。吨。经经4848小时小时 可产生可产生2.2102.2104343个后代。个后代。1、发酵工业：发酵工业：2、遗传学研究：缩短实验周期、遗传学研究：缩短实验周期3、致病菌：传布快，危害大、致病菌：传布快，危害大 鼠疫：鼠疫：14世纪，欧洲世纪，欧洲1/4人口死亡人口死亡 马铃薯晚疫病：马铃薯晚疫
6、病：18451846年，欧洲年，欧洲100万人口饿死万人口饿死 肝炎：肝炎：80年代上海年代上海30万人口万人口 爱滋病：津巴布韦爱滋病：津巴布韦1/4人口感染人口感染第一章 绪论4、适应性强，易变异、适应性强，易变异l对营养物质的利用上的适应性。对营养物质的利用上的适应性。l对环境条件尤其是恶劣的对环境条件尤其是恶劣的“极端环境极端环境”的适应性。的适应性。耐耐0 196低温低温 耐耐250300的高温的高温 耐盐（饱和盐水）耐盐（饱和盐水）耐干燥（产芽孢细菌、真菌孢子）耐干燥（产芽孢细菌、真菌孢子）耐酸碱、耐缺氧、耐毒物、抗辐射耐酸碱、耐缺氧、耐毒物、抗辐射适应性适应性第一章 绪论5、分布
7、广，种类多、分布广，种类多微生物在自然界的分布：微生物在自然界的分布：无处不在，无孔不入无处不在，无孔不入分布广：分布广：土壤土壤空气空气水域水域生物体内外生物体内外极端环境极端环境正常环境正常环境高空高空深海底深海底2000米深的地层米深的地层温泉温泉第一章 绪论种类多：种类多：地球上的微生物：地球上的微生物：估计有估计有100100万种以上万种以上已发现的微生物：已发现的微生物：约有约有1010万种万种已开发利用的微生物：已开发利用的微生物：约约10001000种种 微生物的微观性微生物的微观性研究手段的限制研究手段的限制分离培养的局限分离培养的局限第一章 绪论第二节 微生物的分类无细胞结
8、构生物无细胞结构生物病毒病毒具细胞结构生物具细胞结构生物生物生物原核生物原核生物真核生物真核生物真细菌真细菌古细菌古细菌真菌真菌藻类藻类原生动物原生动物动物动物植物植物真细菌真细菌真菌真菌藻类藻类原生动物原生动物动物动物植物植物真核生物真核生物古细菌古细菌生物生物沃氏沃氏提出的三域（三原界）分类系统提出的三域（三原界）分类系统第一章 绪论微生物的命名微生物的命名n采用采用“双名法双名法”，属名属名(第一个字母大第一个字母大写写)+种名种名(第一个字母小写第一个字母小写)构成。构成。学名学名=属名属名+种名种名+(+(首次定名人首次定名人)+)+现名定名人现名定名人+现名定名年份现名定名年份必要
9、（斜体）必要（斜体）可省略（正体）可省略（正体）例如，大肠埃希氏菌（简称大肠杆菌）例如，大肠埃希氏菌（简称大肠杆菌）例如，大肠埃希氏菌（简称大肠杆菌）例如，大肠埃希氏菌（简称大肠杆菌）Escherichia coliEscherichia coliEscherichia coliEscherichia coli(Migula)Castellani et Chalmers 1919(Migula)Castellani et Chalmers 1919(Migula)Castellani et Chalmers 1919(Migula)Castellani et Chalmers 1919第一章
10、绪论第三节 微生物的发展史第一章 绪论发展时期经历时间特点史前期4000年前公元1676年发酵、酿造初创期1676 年1860年发现了微生物的存在奠基期1861年1896年开创寻找病源微生物的黄金时期；进入生理学研究发展期1897年1952年形成普通微生物学成熟期1953年分子生物学诞生；生物工程诞生微生物学发展简介第一章 绪论一、史前时期（直观应用时期）一、史前时期（直观应用时期）春秋战国时期春秋战国时期 微生物分解有机物质,沤粪积肥沤粪积肥。公元二世纪的神农本草经公元二世纪的神农本草经 白僵蚕治病白僵蚕治病。公元公元6 6世纪世纪 后魏的贾思勰后魏的贾思勰 齐民要术齐民要术 谷物制曲、酿酒
11、、制酱、造醋、腌菜。豆科植物与其它作物轮作第一章 绪论二、初创时期（形态学发展时期）二、初创时期（形态学发展时期）（1717世纪下半叶世纪下半叶十九世纪中叶）十九世纪中叶）使用显微镜观察微生物世界的时期。使用显微镜观察微生物世界的时期。代表人物：代表人物：列文列文虎克虎克贡献贡献:（）发现了微生物世界（）发现了微生物世界（）科学地描述了微生物的形态并阐述了它们的繁茂性（）科学地描述了微生物的形态并阐述了它们的繁茂性16761676年，荷兰，列文虎克，单式显微镜年，荷兰，列文虎克，单式显微镜第一章 绪论三、奠基时期（生理学发展时期）三、奠基时期（生理学发展时期）十九世纪下半叶十九世纪下半叶有关微
12、生物的两个疑难问题：有关微生物的两个疑难问题：1 1、生物是自然产生的吗？、生物是自然产生的吗？2 2、传染性疾病的本质是什么？、传染性疾病的本质是什么？第一章 绪论新鲜食品新鲜食品搁置搁置细菌检定细菌检定无细菌无细菌腐败食品腐败食品细菌检定细菌检定有细菌有细菌自然发生说自然发生说由非生命的物质自然发生由非生命的物质自然发生、巴斯德与自然发生说、巴斯德与自然发生说第一章 绪论巴斯德反驳自然发生说的三个实验巴斯德反驳自然发生说的三个实验第一个实验：空空气气乙醇、醚混合乙醇、醚混合物物棉纤维棉纤维沉淀物沉淀物检测检测第一章 绪论加热加热营养液营养液密封密封放置放置细菌检测细菌检测无细菌检出无细菌检
13、出自然发生说质疑：无机物自然变为生命有机体必须提供新鲜的空气自然发生说质疑：无机物自然变为生命有机体必须提供新鲜的空气巴斯德反驳自然发生说的三个实验巴斯德反驳自然发生说的三个实验第二个实验：第一章 绪论巴斯德反驳自然发生说的三个实验巴斯德反驳自然发生说的三个实验第三个实验：第一章 绪论、科赫与疾病的病菌说、科赫与疾病的病菌说科赫的有关实验科赫的有关实验病原菌的发现病原菌的发现炭疽病炭疽芽孢杆菌科赫法则(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有机体，而健康动物中没有；2、可疑有机体在纯培养中生长；3、纯培养中的可疑有机体细胞，能引起健康动物发病；4、可疑有机体被再次分
14、离，并且和最初分离的有机体一样；第一章 绪论四、发展时期（生物化学水平）四、发展时期（生物化学水平）始于二十世纪初，始于二十世纪初，代表人物：代表人物：E.Bchner（1897年）年）毕希纳毕希纳 酵母细胞酵母细胞石英砂研磨石英砂研磨过滤过滤滤液滤液葡萄糖葡萄糖酵母细胞酵母细胞酒精、酒精、CO2第一章 绪论五、成熟时期（分子水平）五、成熟时期（分子水平）始于二十世纪五十年代始于二十世纪五十年代u电子显微镜的使用电子显微镜的使用uDNA的发现的发现第一章 绪论n二、微生物学二、微生物学n 1.定义定义n 微生物学（微生物学（microbiology）是在）是在分子、细胞、个体或群体水平上研究微
15、分子、细胞、个体或群体水平上研究微生物的形态构造、生理代谢、遗传变异、生物的形态构造、生理代谢、遗传变异、生态分布和分类进化等生命活动的基本生态分布和分类进化等生命活动的基本规律，并将其应用于工业发酵、农业生规律，并将其应用于工业发酵、农业生产、医学卫生和生物工程等领域的学科。产、医学卫生和生物工程等领域的学科。第一章 绪论2.2.微生物学有许多分支学科：微生物学有许多分支学科：依据研究的生命现象，可划分为微生物分依据研究的生命现象，可划分为微生物分类学、微生物生理学、微生物遗传学等。类学、微生物生理学、微生物遗传学等。依据微生物的应用领域，又可将微生物学依据微生物的应用领域，又可将微生物学划
16、分为工业微生物学、农业微生物学、环划分为工业微生物学、农业微生物学、环境微生物学等。境微生物学等。环境微生物学是微生物学的重要分支学科环境微生物学是微生物学的重要分支学科之一。之一。第一章 绪论第四节第四节 环境微生物学的研究内容环境微生物学的研究内容一、环境与环境科学一、环境与环境科学 “环境环境”(environment):(environment):环境科学中的环境是指以环境科学中的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。质条件的综合体。环境组成环境组成:按组成要素，可把整个自然环境分为大按组成要素，可把整个自
17、然环境分为大气环境、水体环境、土壤环境和生态环境。也称大气气环境、水体环境、土壤环境和生态环境。也称大气圈圈(atmosphere)(atmosphere)、水圈、水圈(hydrosphere)(hydrosphere)、岩石圈、岩石圈(lithosphere)(lithosphere)和生物圈和生物圈(biosphere)(biosphere)。第一章 绪论l环环境境科科学学(environmental(environmental science)science)是是研研究究人人类类与与环环境境之之间间相相互互关关系系的的学学科科。在在宏宏观观上上研研究究人人类类社社会会经经济济发发展展与与
18、环环境境之之间间的的相相互互作作用用和和影影响响；在在微微观观上上研研究究环环境境中中的的物物质质，尤尤其其是是污污染染物物质质在在生生物物体体内内的的迁迁移移、转转化化和和蓄蓄积积规规律律。重重点点研研究究与与人人们们健健康康直直接接相相关关的的生生活活环环境境和和生生产产环环境境，因因污污染染所所致致的的环环境境质质量量变变化化规规律律及及其其综综合合整整治治技技术术与与方方法法 。第一章 绪论环境微生物学的研究内容环境微生物学的研究内容一、自然环境中微生物的多样性一、自然环境中微生物的多样性二、自然环境中的微生物生态学研究二、自然环境中的微生物生态学研究三、污染环境中的微生物生态学研究三
19、、污染环境中的微生物生态学研究四、四、废弃物生物处理中微生物学原理和方法的研究废弃物生物处理中微生物学原理和方法的研究 生物膜法生物膜法 活性污泥法活性污泥法环境微生物学：环境微生物学：研究人类的生存环境与微生物之研究人类的生存环境与微生物之间相互关系的科学间相互关系的科学。环境生物学微生物学环境微生物学第一章 绪论第五节第五节 环境的现状和面临的问题与微生物环境的现状和面临的问题与微生物赤潮是指海洋中某些浮游生物（尤指藻类）、原生动物或细菌等在一定环境条件下爆发性繁殖或聚集达到某一水平，引起水色变化或对其它海洋生物产生危害作用的一种生态异常现象。赤潮赤潮第一章 绪论n1992年世界环境与发展
20、大会上通过的定义是年世界环境与发展大会上通过的定义是“包括气候和人类活动在內种种因素造成的包括气候和人类活动在內种种因素造成的干旱、半干旱和亚湿润地区的土地退化干旱、半干旱和亚湿润地区的土地退化”。也就是由于大风吹蚀，流水侵蚀，土壤盐漬也就是由于大风吹蚀，流水侵蚀，土壤盐漬化等造成的土壤生产力下降或丧失，都称为化等造成的土壤生产力下降或丧失，都称为荒漠化。荒漠化。荒漠化荒漠化第一章 绪论水体污染（有毒有害物质的随意排放）水体污染（有毒有害物质的随意排放）第一章 绪论微生物学对环境可持续发展的重要作用微生物学对环境可持续发展的重要作用 微生物在物质循环转化中的作用：维持物质的生物化学循环，微生物
21、在物质循环转化中的作用：维持物质的生物化学循环，微生物在物质循环转化中的作用：维持物质的生物化学循环，微生物在物质循环转化中的作用：维持物质的生物化学循环，维持生物无穷无尽的繁演，保持生态平衡和生态环境的可持维持生物无穷无尽的繁演，保持生态平衡和生态环境的可持维持生物无穷无尽的繁演，保持生态平衡和生态环境的可持维持生物无穷无尽的繁演，保持生态平衡和生态环境的可持续。续。续。续。1.1.在碳素生物循环作用在碳素生物循环作用在碳素生物循环作用在碳素生物循环作用 2.2.在氮素循环中的作用在氮素循环中的作用在氮素循环中的作用在氮素循环中的作用 3.3.在硫循环作用在硫循环作用在硫循环作用在硫循环作用 环境净化和环境工程微生物中的应用环境净化和环境工程微生物中的应用环境净化和环境工程微生物中的应用环境净化和环境工程微生物中的应用 在环境微生物监测中的应用在环境微生物监测中的应用在环境微生物监测中的应用在环境微生物监测中的应用 第一章 绪论