环境工程微生物学绪论省公开课一等奖全国示范课微课金奖

环境微生物学讲课专业：12海洋资源与环境课时安排：理论48课时，试验16课时讲课教师：杜宗军赵丽华

duzongjun@第1页环境微生物学参考书目：1、当代微生物学刘志恒主编科学出版社年第二版2、微生物与水处理工程李军等编著化学工业出版社年第一版第2页环境微生物学期刊：1、微生物学通报、微生物学报2、AppliedandEnvironmentalMicrobiology3、EuropeanJournalofMicrobiology第3页

绪论

四微生物学发展史一微生物基本概念二微生物特点三微生物在生物界地位六环境微生物学研究内容七学习环境微生物学意义五微生物学发展与人类进步第4页罗伯特.胡克显微镜英国一位名叫罗伯特·胡克(RobterHooke，1635—1703)物理学家，在前人基础上，制作了一台当初世界上最好复式显微镜。首次提出“细胞”一词。

一微生物基本概念1、微生物发觉第5页1664年，RobterHooke用原始显微镜对生长在皮革表面及蔷薇枯叶上霉菌进行了观察。一微生物基本概念1、微生物发觉第6页1676年，微生物学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，是一个只会荷兰语小商人，但却在1680年被选为英国皇家学会会员。［FellowoftheRoyalSociety（F.R.S.）］一微生物基本概念1、微生物发觉(1632.10－1723.08)第7页第8页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，放大率普通为50~200倍，第9页一微生物基本概念1、微生物发觉A、C、F：杆菌E：球菌H：球菌聚集体列文虎克向英国皇家学会信中对细菌形态描绘第10页

一微生物基本概念

2、微生物定义微生物是全部肉眼看不见或看不清楚微小生物统称，是一些个体微小、结构简单低等生物。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）第11页1、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粒芝麻长度微生物体积大小二微生物特点第12页不一样生物类型细胞大小比较二微生物特点1、体积小，比表面积大微生物与其它生物种类体积比较动物模式细胞动物细胞核细菌病毒第13页1、体积小，比表面积大微生物比表面积比表面积：个体表面积与体积之比。二微生物特点设球菌半径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＝1.5第14页2、吸收多，转化快人（50kg）500~1000g/d地鼠（体重3g）3g/d大肠杆菌细胞重量倍糖/h奶牛（500kg）合成0.5kg蛋白质/24h微生物细胞合成本身重量30-40倍细胞物质/24h吸收多转化快二微生物特点第15页3、生长旺，繁殖快大肠杆菌在适当生长条件下：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。二微生物特点地球重4000倍

世界上绝大多数生命都在忍饥挨饿第16页4、适应强，易变异1、对营养物质利用上适应性。2、对环境条件尤其是恶劣“极端环境”适应性。

耐0～－196℃低温耐113℃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特点第17页四、适应性强，易变异易变异青霉素生产菌发酵水平1940年每毫升20单位年每毫升10万单位青霉素使用剂量：1940年10万单位/次1980年：输液80万单位/次年：输液800万-1000万单位/次二微生物特点青霉素对金黄色葡萄球菌最低抑制浓度0.02μg/ml200μg/ml第18页细菌抗药性产生：第19页五、分布广，种类多微生物在自然界分布：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米深地层温泉二微生物特点第20页物种多样性;

代谢产物种类多；微生物生理代谢类型多；遗传基因多样性;生态类型多样性;

即使当前已定种微生物只有大约10万种，远较动植物为少，但普通认为当前为人类所发觉微生物还不到自然界中微生物总数1%种类多第21页即使当前已定种微生物只有大约10万种，远较动植物为少，但普通认为当前为人类所发觉微生物还不到自然界中微生物总数1%种类多第22页5、分布广，种类多种类多地球上微生物：预计有300万种以上已发觉微生物：约有10万种已开发利用微生物：约1000种

二微生物特点微生物研究手段限制分离培养局限第23页细菌物种数最新数据（截止到年1月）第24页基因资源多：年3月英国《自然》杂志登载研究汇报说，国际科研团体联手对人类肠道中细菌进行了一次“基因普查”，发觉这些细菌整体拥有比人类本身大得多基因组，相关结果有利于对肠道疾病进行研究和治疗。

欧盟资助“人类肠道宏基因组计划”进行了这项迄今最大肠道细菌基因研究。结果发觉，肠道细菌共有300多万个基因，远远超出人类本身2万多个基因。据介绍，这些基因分属1000各种不一样细菌，每个人肠道中都有其中最少100各种细菌。第25页生理代谢类型多：微生物获取营养方式各种多样，其食谱之广是动植物完全无法相比！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第26页六数量多、生物量大

平均每张纸币带细菌：900万个第27页

每个喷嚏飞沫含4500-150000个细菌，重感冒患者为8500万第28页六数量多、生物量大数量之多、生物量之大，难以预计；举一个例子：国际海洋生物普查数据第29页微生物特点：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，生物量大第30页三微生物在生物界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三域分类系统第31页1、史前时期（直观应用时期时间：---1676）四微生物学发展历史我国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年前创造酿酱、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；第32页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经典肺炎(SARS):冠状病毒第33页2、初创时期（形态学发展时期1676-1861）四微生物学发展历史使用显微镜观察微生物世界时期。代表人物：列文·虎克贡献:（１）发觉了微生物世界（２）科学地描述了微生物形态并阐述了它们繁茂性．第34页3、奠基时期（生理学发展时期1861-1897）四微生物学发展历史十九世纪下叶相关微生物两个疑难问题：1、生物是自然产生吗？2、传染性疾病本质是什么？第35页四微生物学发展历史１、巴斯德贡献法国，化学家，路易斯·巴斯德3、奠基时期（生理学发展时期1861-1897）（LouisPasteur）第36页四微生物学发展历史１、巴斯德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）第37页四微生物学发展历史１、巴斯德贡献新鲜食品搁置腐败食品有细菌由非生命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）第38页四微生物学发展历史１、巴斯德贡献曲颈瓶试验（1861）3、奠基时期（生理学发展时期1861-1897）第39页四微生物学发展历史１、巴斯德贡献3、奠基时期（生理学发展时期1861-1897）第40页四微生物学发展历史１、巴斯德贡献3、奠基时期（生理学发展时期1861-1897）第41页四微生物学发展历史１、巴斯德贡献其它贡献：巴斯德消毒法、对于蚕病、酒变质研究狂犬疫苗研究微生物学奠基人3、奠基时期（生理学发展时期1861-1897）“科学虽没有国界，但科学家却有自己祖国。”

美国学者麦克·哈特所著《影响人类历史进程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影响力。（紧随其后是伽利略、亚里士多德、列宁；前面有马克思和哥伦布）第42页２、科赫与疾病病菌说四微生物学发展历史德国，乡村医生3、奠基时期（生理学发展时期1861-1897）罗伯特·科赫（RobertKoch）1843-1910第43页２、科赫与疾病病菌说四微生物学发展历史主要贡献：

第一次证实了一个特定微生物是引发一个特定疾病原因；首创了细菌染色法；首创了细菌纯培养方法（创建了固体培养基划线分离纯种法

）；提出了著名科赫法则。细菌学奠基人3、奠基时期（生理学发展时期1861-1897）第44页２、科赫与疾病病菌说四微生物学发展历史科赫法则：(证实某微生物是某疾病病原菌四项要求)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、可疑微生物能够被培养出来，并形成纯培养；3、纯培养中可疑微生物，能引发健康而敏感动物发病；4、可疑微生物被再次分离，而且和最初分离有机体一样；3、奠基时期（生理学发展时期1861-1897）第45页RobertKoch最初1877年

拍摄炭疽杆菌照片

第46页四微生物学发展历史３、维诺格拉斯基

土壤微生物研究：化能无机自养菌研究，包含亚硝化细菌、硝化细菌、硫细菌

3、奠基时期（生理学发展时期1861-1897）第47页四微生物学发展历史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）第48页4、发展时期（生物化学水平1897-1953）四微生物学发展历史代表人物：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、CO2第49页微生物学发展过程中部分重大事件1928英国

Griffith发觉细菌转化；1929英国Fleming发觉青霉素；1944美国Avery等证实转化过程中DNA是遗传信息载体；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研究.1892-1898，俄国伊万诺夫斯基（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发证据；

第50页5、当代微生物学（分子水平）1953-四微生物学发展历史始于二十世纪五十年代：电子显微镜使用DNA双螺旋结构发觉第51页当代微生物学发展过程中部分重大事件1953Watson和Crick提出DNA双螺旋结构；1970～1972Arber、Smith和Nathans发觉并提纯了

DNA限制性内切酶1977Woese提出古生菌是不一样于细菌和真核生物特殊类群

Sanger首次对f×174噬菌体DNA进行了全序列分析；第52页进入了分子生物学研究阶段分支学科飞速发展微生物学基础理论和独特试验技术推进了生命科学各领域飞速发展微生物基因组研究促进了生物信息学发展5、当代微生物学（分子水平）1953-第53页5、当代微生物学（分子水平）1953-四微生物学发展历史詹姆斯·沃森（JamesWatson）第54页1982～1983Prusiner发觉朊病毒(prion)；1983～1984Mullis建立PCR技术；1995第一个独立生活细菌(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；当代微生物学发展过程中部分重大事件第55页5、当代微生物学（分子水平）1953-四微生物学发展历史

在年4月17日《自然》杂志上，美国科学家发表了首个利用新一代高速测序技术得到全基因组，而接收这一全基因组测序不是他人，正是“DNA之父”詹姆斯•沃森。费用为100万美元。

年，“人类基因组计划”取得首张人类全基因组图谱，为了测定人类基因组30亿对碱基，科学家们花费了约30亿美元和13年时间。

年《科学》载文，测了三个人基因组序列，平均费用为4000美元/人，时间为一周。

第56页我国微生物学发展：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：根瘤菌固氮作用研究高尚荫：创建了我国病毒学基础理论研究抗生素总产量已居世界首位两步法生产维生素C技术居世界先进水平第57页五微生物学发展与人类进步

能够说，微生物与人类关系主要性，你怎么强调