环境微生物学-绪论

环境微生物学,从我们这门课的课程名称你想到了什么？你能告诉我有关环境和微生物的一些联系吗？微生物在环境中的作用？SARS、H7N9、感冒、医院、感染、拉肚子；大小、形状、显微镜分解者、污染治理,Questions:,绪论,主要内容：环境微生物在自然界中的地位微生物的特点微生物的发展史环境微生物学的主要内容和任务参考书,绪论,绪论,2007年6.8日-黄果树瀑布,绪论,2010年3月21日-黄果树瀑布,绪论,2010年3月24日-黄果树瀑布,绪论,2010年3月26日-黄果树瀑布,绪论,一、基本概念环境（Environment）的概念：请思考以下三个问题：“这里环境真优美！”中的“环境”指的是什么？作为环境科学术语的“环境”指的是什么？生态学中“环境”的概念又是什么？,1.环境,通俗的“环境”概念：人为主体，环境为人以外的客观存，如新华字典中定义为：周围的一切事物。环境科学术语的“环境”概念：环境科学所研究的中心事物是“人”，则环境是以人类为主体的外部世界，是“人类生存的环境”，在此基础上定义：影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总和。生态学的“环境”的概念：生态学研究的中心事物是“生物”，则环境是以整个生物界的生命为主体，是“生物生存的环境”，可定义：直接或间接影响生物生存和发展的各种因素的总和。小结：“环境”具有相对性，在不同的学科中含义不同，主体的改变往往导致环境概念含义的不同。人类是环境发展到一定阶段的产物，环境是人类生存的物质基础，环境在影响人类生产、生活的同时，人类也在不断地利用和改造自然环境。故人类和环境密切联系，相互作用。,1.1环境（Environment）的概念：,指由于人类活动作用于人们周围的环境所引起的环境质量变化，以及这种变化反过来对人类生产、生活和健康的影响问题。其产生是人类社会发展到一定阶段人类与环境矛盾激化的产物。其实质是由于人类活动超出了环境的承受能力，对其所赖以生存的自然生态系统的结构和功能产生了破坏作用，导致人与其生存环境的不协调。,1.1环境（Environment）的概念：,形成原因分类:a.第一环境问题（原始环境问题）：自然因素导致b.第二环境问题（次生环境问题）：人为原因导致,人为因素导致,1.2环境问题,1.2环境问题,发展过程及典型案例,1.2环境问题,1.2环境问题,20世纪著名的八大公害事件,1.2环境问题,1.2环境问题,1.2环境问题,三大全球性大气环境问题,你知道吗？,a.温室效应,b.臭氧层破坏,c.酸沉降,1.2环境问题,1.2环境问题,1.2环境问题,a.温室效应与全球变暖,温室效应：大气对地表热辐射能遮挡保温的属性类似温室中玻璃具有的作用，故被称为温室效应。温室气体：大气中能强烈吸收地面辐射产生温室效应的气体。包括：二氧化碳、水汽、甲烷、氧化亚氮、臭氧等。全球变暖问题主要指人为活动造成的温室气体增加，温室效应增强带来的气候变化。人类活动对气候变暖的影响主要表现为由于工业生产需要的化石燃料使用量大增，人口激增城市化发展等引起人为排放的二氧化碳等温室气体不断增加；热带森林和温带植被破坏严重，光合作用吸收二氧化碳的能力减弱。,1.2环境问题,b.臭氧层破坏,臭氧O3-臭氧大部分集中在1030km的平流层。-平流层中臭氧的存在对于地球生命物质至关重要，通过吸收太阳辐射维护地球的能量平衡和生态平衡。-因为，它阻挡了UV-B段紫外辐射到达地面。研究表明UVB能破坏生物蛋白质和基因物质，造成细胞死亡；使八类皮肤癌发病率增高；伤害眼睛导致白内障而使眼睛失明；抑制植物如大豆、瓜类、蔬菜等的生长；并穿透10m深的水层，杀死浮游植物和微生物，从而危及水中生物的食物链和自由氧的来源，影响生态平衡和水体的自净能力。因此，臭氧层实际上已成为地球生命系统的保护层。南极臭氧层空洞OzoneHole-80年代观测发现，自每年9月份下旬开始，南极洲上空的臭氧总量迅速减少一半左右，极地上空臭氧层的中心地带，近90臭氧被破坏，若从地面向上观测，高空臭氧层已极其稀薄，与周围相比象是形成了一个直径上千公里的洞，称为“臭氧洞”。,1.2环境问题,c.酸雨,一般将pH小于5.6的降雨称为酸雨。酸雨的成因？酸雨的危害？,1.2环境问题,被严重腐蚀的建筑物,其他方面的环境问题：1.垃圾围城（垃圾燃烧危害）2.水资源危机3.生物多样性的减少4.噪声污染,1.2环境问题,1.2环境问题,1.2环境问题,1.2环境问题,根据中国环境保护21世纪议程和1996年中国环境状况公报公布的数据，中国目前的环境状况主要数据如下：大气污染水污染及资源匮乏固体废弃物污染噪音污染乡镇工业污染排放惊人土地资源草原资源森林资源近海环境生物多样性与物种保护气候变暖与自然灾害,主要是人类思想深处的不正确的自然观和人地关系观。发展观：仅仅是经济增长观，以牺牲环境为代价。伦理道德观：仅是人与人之间讲道德。价值观：传统价值观认为自然界的资源是无价的（不需付钱）。科学观：认为攫取自然资源越快的技术为好技术。消费观：讲究奢华享受，恶性消费。,1.3环境问题产生原因分析,观念的转变是解决环境问题的根本。,保护自己从环境开始,保护环境从我做起,2.1微生物的定义微生物（Microorganism）是指所有形态微小，用肉眼无法看到，须借助显微镜才能看见的，单细胞或个体结构简单的多细胞，或无细胞结构的低等生物的统称。包括以下几类：,Bacteria（细菌）0.5-2mArchaea（古菌）0.5-2mFungi（真菌）2-200mProtozoa（原生动物）mm-cmAlgae（藻类）Viruses（病毒）20-300nm,2微生物在自然界中的地位,2微生物在自然界中的地位,细菌的显微图样,微生物的菌落,2.2微生物的分类,分类（classification）是根据微生物的生物属性(个体形态、特征、细胞结构、生理反应)及亲缘关系，按照一定的原则，将微生物有次序地分门别类放在响应的分类单位中。从大到小依次是：界（kingdom）、门(phylum)、纲（class）、目（order）、科（family）、属（genus）、种（species）种（species）是分类的基本单位，最小单位，指的是表型特征高度相似、亲缘关系极其接近，与其他种有明显差别的一群菌株的总称。种的特征常用一个指定的典型菌株（typestrain）来代表。菌株（strain）是指任何一个独立分离的单细胞（或单个的病毒粒子）繁殖而成的纯种群体及其后代。,2微生物在自然界中的地位,1）二界系统：所有的生物分为动物界和植物界两大类；2）三界系统：微生物，不仅形体微小、结构简单，而且它们中间有些类型像动物，有些类型像植物，还有些类型既有动物的某些特征，又具有植物的某些特征，因而归于动物或植物都不合适。于是，1866年海克尔（Haeckel）提出区别动物界与植物界的第三界原生生物界。它包括藻类、原生动物、真菌和细菌。,2微生物在自然界中的地位,2微生物在自然界中的地位,2微生物在自然界中的地位,2.2微生物的分类,3）五界分类系统：随着科学的发展，新技术和研究方法的应用，尤其是电子显微镜和超显微结构研究技术的应用，对于微生物的结构观察的更见细微，根据核结构的不同，1969魏泰克（美国）提出五界系统：,2微生物在自然界中的地位,2微生物在自然界中的地位,2.2微生物的分类,2微生物在自然界中的地位,4）六界分类系统：王大耜（中国）五界系统的生物都有细胞结构。病毒作为一界被提出的较晚，经过长期研究的基础上，我国学者于1979年提出将无细胞结构病毒立为病毒界，从而建立了六界系统：,2微生物在自然界中的地位,2.2微生物的分类,俗名（commonname）指普通的、通俗的、地区性的名字。学名（scientificname）指一个菌种的科学名称。双名法：学名=属名（第一个字母大写）+种名（第一个字母小写）+（命名人姓氏）分类学文献上的学名，双名之后加首次定名人（放在括号内）、现名定名人和现名定名年份。出版物种，学名排成斜体。,2.3微生物的命名,2微生物在自然界中的地位,2微生物在自然界中的地位,2.4微生物与动植物、人的关系,（1）有利于人类的生活、生产：如酒精的生产、啤酒、面包、豆瓣酱等。（2）有利于人类的健康或抵抗疾病：抗生素的生产、疫苗等。（3）污染物质的消除：污水处理、污泥堆肥等。,传播疾病,1.利,2.害,2微生物在自然界中的地位,3.1个体小：0.1mm，一个典型的球菌，其体积仅1m3左右，表面积巨大。,设定：人的比的表面积=1则：(与人等重）大肠杆菌比表面积=30万,不同生物类型细胞大小的比较,病毒,细菌,动物的模式细胞,动物细胞核,3微生物的特点,3微生物的特点,3.2分布广“无孔不入”，地球上除了微生物是指所有形态微小，用肉眼无法看到，须借助显微镜才能看见火山的中心区域外，从土壤圈、水圈、大气圈直至岩石圈，到处都有微生物家族的踪迹。,正常环境,无处不在无孔不入,极端环境,土壤空气水域生物体内外,高空深海底2000米深的地层温泉,解放前，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分别分布状况。,3微生物的特点,3.2分布广：无处不在的微生物,细菌数亿/g土，土壤中的细菌总重量为106吨；每张纸币带细菌：900完个；皮肤表面：平均10万个细菌/cm2；口腔：细菌种类超过500种；肠道：微生物总量达100万亿；粪便干重的1/3是细菌，每克粪便的细菌总数为1000亿个；每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细菌，重感冒患者为8500万。,3微生物的特点,3.3种类繁多迄今为止，我们所知道的动物约有150万种，植物约有50万种，微生物有10万种(估计也在100万种以上。）,3微生物的特点,3.4繁殖快一个大肠杆菌细胞在最佳培养条件下48小时，可分裂得到2.21043个(约等于4000个地球之重。),微生物代时及每日增值率,3微生物的特点,对营养物质的利用的适应性。对环境条件尤其是恶劣的“极端环境”的适应性。耐0-196低温耐250-300高温耐盐（饱和盐水）耐干燥（产芽孢细菌、真菌孢子）,3.5易变异微生物有极其灵活的适应性，这是高等动植物所无法比拟的。微生物对环境条件尤其是恶劣的“极端环境”所具有的惊人适应力，堪称生物界之最。,3微生物的特点,4.1史前时期（直观应用时期）,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,4微生物的发展史,4微生物的发展史,4.2初创时期（形态学发展时期）,1676年，使用显微镜观察微生物世界的时期。代表人物：列文虎克贡献:（）自制的单式显微镜观察到细菌的个体；（）对一些微生物形态进行了描述。,4微生物的发展史,4.3奠基时期（生理学发展时期）1861-1897年Pasteur和Koch,建立了一系列研究微生物所必要的独特方法；借助于良好的研究方法，开创了寻找病原微生物的“黄金时期”；把微生物的研究从形态描述推进到生理学研研究的新水平；微生物学以独立的科学形式开始形成.,4微生物的发展史,a、巴斯德,主要贡献：1.发现并证实发酵是由微生物引起的，彻底否定了“自然发生”学说。2.免疫学-预防接种，首次制成狂犬疫苗。3.巴斯德消毒法：60-65作短时间加热处理，杀死有害微生物。4.微生物学以独立的科学形式开始形成。,4微生物的发展史,b、科赫,主要贡献：1.微生物学基础操作技术方面的贡献细菌纯培养方法的建立；设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养；流动蒸汽灭菌；染色观察和显微摄影。2.对病原细菌的研究作出了突出的贡献具体证实了炭疽杆菌事炭疽病的病原菌；发现了肺结核病的病原菌（1905年获诺贝尔奖）；证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则-著名的科赫法则。,4微生物的发展史,科赫法则(证明某微生物是某疾病病原菌的四项要求)在患病动物中存在可疑病原有机体，而健康动物中没有；可疑有机体在纯培养中生长；纯培养中的可疑有机体细胞，能引起健康动物发病；可疑有机体被再次分离，并且和最初分离的有机体一样。,4.4发展时期（生物化学水平）,1897-1953，代表人物：Buchner（比希纳）进入微生物生化水平的研究，比希纳因发现无细胞发酵而获1970年度的诺贝尔奖；用无细胞的酵母菌裂解液对葡萄糖进行了酒精发酵；应用微生物的分支学科更为扩大，出现了抗生素等科学；开始寻找各种有益微生物代谢产物；普通微生物学开始形成；各相关学科和技术方法的相互渗透，相互促进，加速了微生物学的发展。,4微生物的发展史,4.5成熟时期（分子水平）,1953-至今，Watson和Crick电子显微镜的使用和DNA分子结构的发现微生物学从一门在生命科学中较为孤立的以应用为主的学科，成为一门十分热门的前沿基础学；在基础学理论的研究方面，逐步进入到分子水平的研究，促进了许多重大理论进展：遗传物质基础；基因与酶关系突变的本质操纵子学说，PCR等；在应用研究方面，向着更自觉、更有效和可人控制的方向发展。细胞的人工培养，突变体筛选等。,4微生物的发展史,5环境微生物学的主要内容和任务,环境微生物学是研究有关的环境中微生物及其生命活动规律以及人类的生存环境与微生物之间相互关系的科学。,5.1研究的主要内容微生物个体形态、群体形态；细胞结构功能、生理特性、生长繁殖、遗传变异等；微生物与环境的关系（尤其是微生物与污染环境之间的关系）；微生物对物质的分解转化作用（特别是应用微生物来处理各种污染物质，如：废水、废气、固体废弃物）。,主要应用于环境科学、环境工程、给水排水工程等领域。,5环境微生物