环境学微生物考试复习资料

环境微生物复习资料第一章 绪论第一节 微生物与微生物学1. 什么是微生物？一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称。特点：形体微小、结构简单、进化地位低2. 微生物的种类 （微生物包含十分庞杂的生物类群。 ）根据： 是否具有细胞结构； 原核或真核3、微生物在生物界的地位 五界系统（R.H.Whitakker）原核生物界：细菌、放线菌等；原生生物界：藻类、原生动物等；真菌界：酵母、霉菌等；动物界植物界 六界系统：五界系统病毒界4、微生物的分类和命名微生物分类学是一门按微生物间的亲缘关系将它们划分成条理清楚的各种分类单元或分类群的科学。微生物分类的目的：a) 按其亲缘关系分群归类，了解其系统发生；b) 按照分类系统编制检索表（根据一种或一套特征作为识别鉴定某种微生物的标准） ，在实际工作中，检索表是鉴别具体某一菌种的依据微生物分类的基本工作步骤：a) 获得该微生物的纯培养；b) 测定一系列必要的鉴定指标；c) 查找权威性鉴定手册。微生物的分类方法：a) 包括传统的分类方法b) 现代的微生物分类方法传统的微生物分类方法：a. 形态特征，包括个体特征和群体特征。b. 生理和生化特征（营养、代谢产物、温度、氧气）c. 血清学反应d. 生态特征e. 生活史f. 对噬菌体的敏感性现代微生物分类方法：a、核酸分析b、DNA 杂交c、细胞壁成分分析d、红外光谱。微生物的命名：微生物的的分类单位依次为界(Kindom)、门 (Phyllum)、纲(Class)、目(Order) 、科 (Family)、属(Genus)、种(Species).微生物种的学名: 属名+种名学名=属名 +种的加词 +（首次定名人）+现定名人+定名年分。微生物的五大共性a. 体积小、比面值大b. 吸收快、转化快c. 生长旺、繁殖快d. 易变异、适应性强e. 种类多、分布广二、微生物学1.微生物学：研究微生物生命活动规律的学科2.研究内容（按研究的生命现象）： 微生物形态学：研究不同微生物的个体形态、群体特征，以及繁殖方式。 微生物生理学：研究微生物的营养机制、能量和物质代谢规律。 微生物遗传学: 研究微生物的遗传变异规律。 微生物生态学：研究微生物在自然界的分布，对生态系统物质循环的作用以及与动植物的相互关系。2.研究内容（按研究的生态环境）： 土壤微生物学 水体微生物学 海洋微生物学 环境微生物学第二节 环境科学与环境微生物一 环境与环境科学 环境以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。 环境问题 定义：由于人为因素或自然因素产生了不利于人类生存的环境变化，使人类变得不再适应，甚至明显地影响到了人类的生产、生活乃至社会进步与发展，这一环境变化叫环境问题。 产生的原因：人为因素，自然因素 环境科学研究人类与环境之间相互关系的科学。二 环境微生物学1. 定义：研究微生物与环境之间的相互关系和作用规律，并将其应用于污染防治的科学。2. 微生物对环境的影响细菌数亿/g 土壤，土壤中的细菌总重量估计为 10034 10 12 吨；每个喷嚏的飞沫含 4500-150000 个细菌，重感冒患者为 8500 万;人体体表及体内存在大量的微生物.a）微生物是人类的朋友 微生物菌种是宝贵的自然资源，是地球生物多样性中的重要成员； 是环境中有机物的主要分解者； 是环境中无机物的重要转化者； 是参与环境污染物综合利用、变废为宝的积极分子。 正常菌群是人及动物健康的基本保证；帮助消化、提供必需的营养物质、组成生理屏障 微生物可以为我们提供很多有用的物质有机酸、酶、药物、疫苗、奶酪、啤酒、酱油等 基因工程为代表的现代生物技术b）少数微生物也是人类的敌人某些致病微生物及微生物代谢产生的有毒有害化学物质，可广为传播，污染环境、危害人体健康。2、环境微生物学的研究内容 自然环境中的微生物背景； 微生物对环境的污染与危害； 微生物对污染环境的净化与修复； 微生物在环境监测与评价中的应用。3. 环境微生物学的研究任务 防止或消除有害微生物； 充分利用有益的微生4. 环境微生物学的研究意义 揭示微生物在生态系统中的地位与作用； 避免或防止微生物对人类的危害； 开发、利用微生物以保护环境造福于人类第二章 微生物的主要类群（一） 原核微生物第一节 细菌第二节 放线菌第三节 蓝细菌原核与真核的区别原核细胞： DNA 无核膜包裹，无组蛋白； 细胞膜上有复杂的酶系统 细胞较小真核细胞： 遗传物质被核膜包裹，有组蛋白； 细胞器的分化； 细胞较大第一节 细菌 定义：细菌是一类结构简单、细胞壁坚韧、以二等分裂方式繁殖的原核微生物。 生存环境：温暖潮湿、富含有机物的地方，都有大量细菌活动。有特殊的臭味或酸败味，发粘、发滑。 应用：工业上生产各种氨基酸、核苷酸、酶制剂、乙醇、丙酮、丁醇、有机酸、抗生素等；农业上用作杀虫菌剂、细菌肥料的生产和在沼气发酵、饲料青贮等方面的应用；医药上如各种菌苗、类毒素、代血浆和许多医用酶类的生产等；以及细菌在环保和国防上的应用等，都是利用有益细菌活动的例子。 危害：人、动物、植物的传染病、引起食物和工农业产品腐烂变质。一、细菌细胞的形态与排列状态（一）基本形态球菌(coccus )及其排列状态 菌体呈球形或近似球形,以典型的二分裂殖方式繁殖,分裂后产生的新细胞常保持一定的空间排列方式.根据细胞分裂的方向及分裂后的各子细胞的空间排列状态不同,可将球菌分为以下几种: 单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌等。 单球菌： 细胞分裂沿一个平面进行，新个体分散而单独存在. 如尿素微球菌 Micrococcus ureae双球菌： 细胞沿一个平面分裂，新个体成对排列. 如肺炎双球菌 Diplococcus pneumoniae链球菌： 细胞沿一个平面进行分裂，新个体不从老细胞上分离，排列成链状. 乳链球菌 Streptococcus lactis 溶血链球菌Streptococcus hemolyticus四联球菌 细胞分裂是沿两个相互垂直的平面进行，分裂后四个细胞特征性地连在一起，呈田字形. 四联微球菌Micrococcus tetragenus八叠球菌 细胞按三个互相垂直的平面进行分裂，八个球菌细胞特征性地连在一起成立方体形. 藤黄八叠球菌Sarcina ureae葡萄球菌 细胞无定向分裂，多个新个体形成一个不规则的群体，如一串葡萄。 金黄色葡萄球菌 Staphylococcus aureus 白色葡萄球菌 Staphylcoccus albus2.杆菌(bacillus)及其排列状态杆菌是细菌中种类最多的类型,因菌种不同,菌体细胞的长短、粗细等都有所差异。杆菌的形态：短杆状、长杆状、棒杆状、梭状杆状、月亮状、竹节状等；按杆菌细胞繁殖后的排列方式则有链状、栅状、 “八” 字状等。螺旋菌(spirilla)螺旋状的细菌称为螺旋菌。根据其弯曲情况分为：弧菌（vibrio)：螺旋不满一圈，菌体呈弧形或逗号形例：霍乱弧菌、逗号弧菌螺旋菌(spirillum)：螺旋满 26 环，螺旋状例：干酪螺菌 螺旋体(spirochaeta)：旋转周数在 6 环以上，菌体柔软。例：梅毒密螺旋体（二）特殊形态除以上几种细菌的基本形态外，细菌细胞还有其他特殊形态：柄细菌、肾形菌、臂微菌、网格硫细菌、贝日阿托氏菌(丝状)、具有子实体的粘细菌等是特殊形态的细菌。（三）细菌的大小(1)长度单位：微米(m)(2)描 述：球菌：直径 杆菌：宽长 螺菌：宽、长、螺距通常球菌直径：0.2 1.5 m，杆菌:长 1 5 m, 宽 0.5 1 m。例如：E.coli：平均长度：2 m ； 宽度 0.5m1500 个大肠杆菌头尾相接等于 3mm;109 个大肠杆菌重 1 mg.二 、细菌染色法:细菌细胞极其微小并且透明，氺浸片或悬滴法在显微镜下直接观察，只能观察到菌体的大体形态和运动。进行菌体细致形态构造的观察需对其染色。抗酸染色法步骤：涂片固定酸性复红初染 3%醋酸酒精脱色 美蓝复染 镜检结果:抗酸菌红色；非抗酸菌蓝色。 革兰氏染色法（Gram Stain）步骤：涂片固定结晶紫初染碘液媒染乙醇脱色番红复染结果: 蓝紫色G菌（阳性） 粉红色G 菌（阴性）活 菌 染 色 三、细菌细胞的构造及其功能 一般构造：细胞壁、细胞膜、细胞质、 核质体、核糖体等，是所有细菌细胞都具有的构造； 特殊构造：鞭毛、菌毛、性菌毛、荚膜和芽孢等，并非所有细菌具有的构造。（一）一般构造1. 细胞壁 cell wall 细菌细胞壁位于细胞最外层厚实、坚韧的外被。 细菌细胞壁可用电子显微镜或质壁分离进行观察。 主要成分为肽聚糖 peptidoglycan。细胞壁（1）G+菌（金黄葡萄球菌为例） ：肽聚糖和磷壁酸组成细胞壁厚度 较厚，2080nm细胞壁分层 不分层肽聚糖含量 含量高（30-95）肽聚糖层数 层数多（40 层左右）交联度 交联度高（网状结构）磷壁酸 有脂多糖 无DAP 无肽聚糖：小分子单体聚合而成的大分子复合体。 双糖单位：G（N-乙酰葡萄糖胺）和 M（ N-乙酰胞壁酸）以 -1,4-糖苷键连接而成； 短肽：L- 丙氨酸D-谷氨酸L- 赖氨酸D-丙氨酸 肽桥：5 个甘氨酸组成，用于短肽直接的连接。磷壁酸： G菌特有的成分，结合于肽聚糖的 M，协助肽聚糖加固细胞壁； 提高细胞膜结合酶的能力（使细胞壁形成负电荷环境，利用吸附二价金属阳离子，维持酶活性） ； 保证革兰氏阳性致病菌（如 A 族链球菌）与其寄主间的粘连 ； 提供噬菌体的吸附位点； 形成表面抗原决定簇的主要成分。1. 细胞壁（2）G菌（大肠杆菌）：外壁层、内壁层细胞壁厚度 较薄 10-15nm 外壁层 6-10nm 细胞壁分层 分层内壁层 2-3nm 肽聚糖含量 只占组分的 5-20%肽聚糖层数 低，一般 1-2 层交联度 较低磷壁酸 无脂多糖 有（外壁层）外壁层 磷脂双分子层 脂蛋白 脂多糖（LPS）：类脂 A、核心多糖、O-侧链LPS 主要功能 某些革兰氏阴性细菌致病物质（内毒素）的物质基础； 起细菌自我保护作用，阻止溶菌酶、抗生素和染料等侵入菌体，及阻止周质空间中的酶外漏； 革兰氏阴性菌抗原决定簇； 噬菌体吸附的位体。内壁层 肽聚糖：a.肽尾的第 3 个氨基酸为 m-DAPb.没有肽桥c.单体间连接由甲肽尾的 D-丙氨酸与乙肽尾的 m-DAP 直接连接而成 1. 细胞壁（3）革兰氏染色机制第一步：菌体着紫色第二步：碘和结晶紫在细胞内结合形成大分子复合物。第三步：酒精破坏 G的外膜、肽聚糖层和细胞质膜，结晶紫和碘的复合物从细胞中渗漏出来，菌体呈无色；乙醇使 G+肽聚糖层脱水，孔隙变小，结晶紫和碘的复合物不能通过细胞壁，菌体保持紫色。第四步：沙黄复染， G被染成红色； G+ 仍为紫色。（4）细胞壁的功能:1、决定革兰氏染色性质；2、固定细胞外型和提高机械强度，使其免受渗透压等外力的损伤；3、屏障作用，阻止有害物质进入细胞； ；4、鞭毛运动的支点；5、与细胞分裂有关；6、赋予细菌特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的敏感性。（ 5）细胞壁缺陷细菌: 原生质体（protoplast）：人工使用溶菌酶除去细胞壁或使用青霉素抑止细胞壁合成，留下由细胞膜包裹的脆弱细胞，一般由 G+菌形成； 球形体（spheroplast）：残留部分细胞壁，由 G-菌形成。 L 型细菌：自发突变形成的细胞壁缺损的细菌，细胞膨大，对渗透压敏感，固体培养基上形成“ 油煎蛋” 状小菌落。2. 细胞膜 cytoplastic membrane概念：紧贴细胞壁内侧包围细胞质的一层柔软，富有弹性的半透性薄膜。观察方法：（1)质壁分离(2)电镜技术(3) 鉴别性染色 (4)溶菌酶处理主要由磷脂双分子层和蛋白质构成细胞膜的功能： 控制细胞内外物质（营养物质和代谢废物）的运送、交换； 维持细胞内正常渗透压； 细菌细胞的能量代谢活动中心； 合成细胞壁各种组分（LPS、肽聚糖、磷壁酸）等大分子的场所； 提供鞭毛的着生点和运动所需能量。 3. 间体 概念：细胞膜内褶形成的管状、层状结构，一般位于细胞分裂的部位或附近。 间体的功能： a.参与隔膜形成 b.与 DNA 分裂有关4. 核质体 nuclear body大型环状双链 DNA 分子不规则地折叠或缠绕而构成的无核膜、核仁的区域。细菌 DNA：长度：0.253mm例：大肠杆菌的 DNA 长约 1mm。功能：负载遗传信息。5. 细胞质 cytoplast 及其内含物 inclusion概念：细胞膜内除核质体外的一切半透明、胶状、颗粒状物质总称为细胞质。细胞质功能：含有丰富的酶系，是营养物质合成、转化、代谢的场所。（1）核糖体 ribosome分散在细胞质中的颗粒状结构，由核糖体核酸（占 60%）和蛋白质（占 40%）组成。细菌的核糖体沉降系数为：70s， 50s +30s 功能：是细胞合成蛋白质的结构。（2）颗粒状内含物（P20）异染粒（metachromatic granule ） ：- - - 颗 粒 状 内 含 物概念：是普遍存在的贮藏物，大小为 0.51m ，主要成分是无机偏磷酸盐的聚合物，嗜碱性强，用美兰染色时着色较深，呈紫红色。功能：贮存磷元素和能量，降低渗透压。 含异染粒的细菌种类:棒状杆菌和某些芽孢杆菌等. 聚-羟基丁酸 （poly- -hydroxybutirate，PHB ）：碳源类储藏物。不溶于水,易被脂溶性染料(如苏丹黑)着色。功能:贮存碳源、能源和降低渗透压。许多好氧菌和光合厌氧菌都含有聚 羟丁酸颗粒。硫粒:是硫元素的贮藏体形成：环境中 H2S 含量高时，在体内积累 S；H2S 不足时,S 氧化成硫酸盐，提供细胞生命活动所需能量：功能： a.好氧硫细菌的能源 b.厌氧硫细菌的电子供体肝糖、淀粉粒、脂肪滴淀粉粒和肝糖:都是 -1,4 或 -1,6 糖苷键的葡萄糖聚合物。通常较均匀地分布在细胞质内，颗粒较小。若这类贮藏物大量存在时，用碘使对其染色，肝糖粒能被碘液染成红色，淀粉粒被碘成蓝色。脂肪粒：脂肪粒的折光性较强，它可被脂溶性染料染色；细胞生长旺盛时，脂肪粒增多，细胞遭破坏后，脂肪粒可游离出来。气泡由蛋白质膜构成的充满气体的泡状物。有些细菌细胞质中含有几个或多个气泡。常见于光合细菌和水生细菌。气泡的功能：调节细胞比重，加大菌体的浮力,使菌体漂浮在合适的水层中， 。气泡吸收空气，空气中的氧气可供代谢需要。例：许多光合细菌和水生细菌、盐杆菌常含有气泡。（二）特殊构造1. 糖被 glycocalyx 概念：某些细菌细胞壁外一层富含水分、透明粘性的胶状物质。分类：根据形状和厚度不同荚膜（capsule ）：粘性胶状物质较厚，有明显的外缘和形状，紧密结合于细胞壁外。微荚膜（microcopsule)：粘液状物质较薄，与细胞表面牢固结合。粘液层(slime layer)：粘液物质没有明显的边缘，与细胞表面结合松散,可向周围环境中扩散,增大黏性。菌胶团(zoogloea):包裹在细胞群体上的胶状物质。荚膜成分： 水分（90以上） 多糖、多肽、蛋白质观察： 负染法：荚膜不易着色生理功能： 1、抵抗干燥； 2、抵御吞噬细胞的吞噬，保护菌体免受噬菌体和其他物质（溶菌酶等）的侵害； 3、表面抗原（K 抗原） ，是有些病原菌的毒力因子或粘附因子；4、贮藏养料荚膜与菌落形态：光滑（Smooth,S-) 型菌落产荚膜的细菌在固