环境微生物学绪论.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,课程学习指南,1、课时分配,理论课：24学时，每周2学时，共12周；,实验课：12学时，每周2学时，共6周。,2、教学内容,理论课：12章；实验：6项。,3、教学考核及成绩构成,作业：3次10%；课堂表现：5%；实验报告：15%；期终考试：70%,4、学习目标,（1）知识上掌握,微生物生物学基本概念；,微生物生态作用基本原理；,微生物环境处理基本方法及主要工艺。,（2）技能上熟练,无菌操作技术、显微观测技术、微生物分离技术、菌种保藏技术、简单微生物环境处理技术.,绪论,要点：,环境问题与微生物,微生物的概述,2、微生物对环境的作用,（1）促进环境元素的循环；,（2）净化环境,（3）造成环境恶化；,（4）整治环境。,二、微生物概述,1、什么是微生物,微生物非分类学上名词，来自法语“Microbe”一词。,指,形体微小,、,单细胞或个体结构简单的多细胞,、,甚或无细胞结构,的,低等,生物的通称。,非细胞生物,原核生物,部分真核生物（真菌、藻类、原生动物）,微生物,二、微生物的发现,1676年，荷兰，列文虎克,A、C、F、Q：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,（一）体积小，比表面积大,单位：,m(10,-6,m)或nm(10,-9,m),2m,0.5m,杆菌,80个杆菌肩并肩,总宽度=1根头发丝的宽度,1500个杆菌首尾相连,总长度=1粒芝麻的长度,1、微生物的体积大小,三、微生物的特点,不同生物类型细胞大小的比较,2、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,动物、植物和微生物个体大小尺度范围,3、微生物的比表面积,比表面积,：个体的表面积与体积之比。,设定：,人,的比表面积=,1,则：,与人等重的,大肠杆菌,比表面积=,30万,设球菌半径r=0.5m,球菌表面积(S)4,2,3.1416,2,球菌体积(V)43,3,0.236,3,比表面=S/V3.1416/0.5236=6,设球菌半径2球菌面积(S)50.3,2,球菌体积(V)33.5,3,比表面=S/V50.3/33.51.5,一、体积小，比表面积大,（二）吸收多，转化快,人（50kg）5001000g/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,1、吸收多,2、转化快,一、体积小，比表面积大,二、吸收多，转化快,（三）生长旺，繁殖速,大肠杆菌,在合适的生长条件下,：,12.520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2.210,43,个后代。,地球重的,4000倍,微生物代时及每日增殖率,微生物名称,代时(分),温度,日增殖率,乳酸菌,38,25,2.71011,大肠杆菌,18,37,1.21024,根瘤菌,110,25,8.2103,枯草杆菌,31,30,7.21013,光合细菌,144,30,1.0103,酿酒酵母,120,30,4.1103,念珠藻,1380,25,2.1,硅藻,1020,20,2.64,小球藻,420,25,10.6,草履虫,642,26,4.92,一、体积小，比表面积大,二、吸收多，转化快,三、生长旺，繁殖速,（四）适应性强，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0196低温,耐250300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,1、适应性强,一、体积小，比表面积大,二、吸收多，转化快,三、生长旺，繁殖速,2、易变异,（2）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,（1）青霉素的使用剂量,1940年 10万元单位/次,1980年：输液80万单位/次,2000年：输液800万-1000万单位/次,青霉素对金黄色葡,萄球菌最低抑制浓度,0.02g/ml,200g/ml,一、体积小，比表面积大,二、吸收多，转化快,三、生长旺，繁殖速,四、适应性强，易变异,（五）分布广，种类多,微生物在自然界的分布：,无处不在，无孔不入,1、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,一、体积小，比表面积大,二、吸收多，转化快,三、生长旺，繁殖速,四、适应性强，易变异,60年前，中国人乘飞机采集了160米到5300米的高空的气样并分析了其中的微生物发布状况。,一、体积小，比表面积大,二、吸收多，转化快,三、生长旺，繁殖速,四、适应性强，易变异,2、种类多,地球上的微生物：估计有,100万种以上,已发现的微生物：约有,10万种,已开发利用的微生物：约,1000种,微生物的微观性,研究手段的限制,分离培养的局限,四、微生物的命名,瑞典植物学家林奈(,CLinnaeus,)在分类学上最大的贡献是创立双名法(,binomial nomenclature,)，解决生物名称的纠纷。,林奈(,CLinnaeus,),学名属名种名（命名人姓氏）,例如：,大肠杆菌,eriki kulai,Escherichia coli,(Migula)Castellani&Chalmers 1919,金黄葡萄球菌,stflkks,Staphylococcus aureus,Rosenbach 1884,属名:名词,大写首字母,一般描绘主要形态或生理特征。种名:形容词,小写,代表一个种次要特征。未确定种名或不指特定的种时，可在属名后加sp.表示。,双名法：,举例：酿酒酵母,真菌界,Fungi真菌门 Eumycophyta子囊菌纲 Ascomycetes原子囊亚纲 Protoascomycetes内孢霉目 Endomycetales内孢霉科 Endomycetaceae酵母亚科 Sacchromycetoideae酵母属 Sacchromyces酿酒酵母 S.cerevisiae Hansen,（一）史前时期（经验应用时期）,五、微生物学的发展历史,春秋战国时期,微生物分解有机物质,沤粪积肥。,公元二世纪的神农本草经,白僵蚕治病。,公元6世纪 后魏的贾思勰 齐民要术,谷物制曲、酿酒、制酱、造醋、腌菜。,豆科植物与其它作物轮作,一、史前时期,（二）初创时期（形态学发展时期）,（17世纪下半叶十九世纪中叶）,贡献:,（）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。,使用显微镜观察微生物世界的时期。,代表人物：,列文虎克,一、史前时期,二、形态学发展时期,（三）奠基时期（生理学发展时期）,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？,（十九世纪下叶）,一、史前时期,二、形态学发展时期,、巴斯德与自然发生学说,法国，化学家，路易斯 巴斯德,一、史前时期,二、形态学发展时期,、巴斯德与自然发生说,新鲜食品,搁置,细菌检定,无细菌,腐败食品,细菌检定,有细菌,由非生命的物质自然发生,自然发生说,一、史前时期,二、形态学发展时期,巴斯德反驳自然发生说的三个实验,第一个实验,空,气,乙醇、醚混合物,棉纤维,沉淀物,检测,一、史前时期,二、形态学发展时期,第二个实验,加热,营养液,密封,放置,细菌检测,无细菌检出,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,一、史前时期,二、形态学发展时期,第三个实验,一、史前时期,二、形态学发展时期,一、史前时期,二、形态学发展时期,、科赫与疾病的病菌说,一、史前时期,二、形态学发展时期,德国，乡村医生，科赫,科赫与疾病的病菌说,健康者,病 者,接触传染物,感染得病,科赫的有关实验病原菌的发现,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离，并且和最初分离的有机体一样。,主要贡献：,建立了疾病细菌说；,首创了细菌染色法；,首创了细菌的纯培养固体培养基,提出了著名的科赫法则。,一、史前时期,二、形态学发展时期,三、生理学发展时期,（四）发展时期（生物化学水平）,代表人物：,E.Bchner,（1897年）,酵母细胞,石英砂研磨,过 滤,滤液,葡萄糖,酵母细胞,酒精、CO,2,（始于二十世纪初）,1941，Florey&Chain 将青霉素投入生产，是通气培养微生物的开端，将微生物学与工程学结合。,1944，Avery 肺炎球菌转化实验，确定DNA是遗传物质，标志着分子生物学的形成。,一、史前时期,二、形态学发展时期,三、生理学发展时期,四、发展时期,（五）成熟时期（分子水平）,电子显微镜的使用；,DNA的发现。,（始于二十世纪五十年代）,1953，Watson&Crick 提出DNA双螺旋结构以及半保留复制假说。,20世纪70年代，基因工程的发展，工程菌的构建更促进了微生物学的发展。,六、环境微生物学的研究内容,1、自然环境中微生物的多样性,2、自然环境中的微生物生态学研究,3、污染环境中的微生物生态学研究,4、废弃物生物处理中微生物学原理和方法的研究,生物膜法 活性污泥法,环境微生物学：研究人类的生存环境与微生物之间相互关系的科学。,微生物学,环境生物学,环境微生物学,1、微生物学教程,周德庆 编,高等教育出版社,2、污染控制微生物学原理与应用,任南琪，马放等编著,化学工业出版社,3、基础微生物学,李阜棣，胡正嘉编著,中国农业出版社,参考书,