环境微生物教案第一讲课件

1、环境微生物学主讲人:何池全TEL: 56331867, 56333052 Email: 前言第一节 生态系统的基本概念一、生物圈与生态系统生物圈（biosphere）是指地球上有生命的那一部分，即生物及其生命活动所集中的范围，包括大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈。生态系统（ecosystem）是生物圈的组成部分与基本单元，由生物群落及其生存环境组成一个整体系统。二、物质循环物质循环（cycling of element）是指无机营养元素在生物群落作用下，经过吸收和同化，并经历复杂的不同形式有机物的转化，最后以简单无机物状态归还于环境。根据生物的作用，可分三个功能群：生产者（producer）：绿色

2、植物及少量自养微生物（无机物转化为有机物）消费者（consumer）：包括人类在内的动物及少量的异养微生物（依靠现存的有机物，转化为其他形式的有机物）分解者（decomposer）：异养型微生物，利用动植物残体等各种有机物，将其矿化分解，使物质以最简单的无机物的状态释放，归还于环境。 三、能量流动与食物链地球上一切生物最根本的能量来源是太阳能。能量流动（energy flow）：太阳能生产者消费者分解者食物链（food chain）：在生态系统中能量是以食物的形式从一生物转至另一生物，这种依赖性的锁链式的食物系统。无机物 有机物 有机物五、微生物在生态系统中重要地位 自养微生物是初级生产者，能

3、将无机营养元素转化成有机物；异养微生物不仅是生态系统中的消费者，同时主要是有机质的积极分解者。 2 研究内容微生物对污染物质的降解与转化,从而修复并改善环境(污水处理)作为环境监测的指标与手段(细菌总数测定)微生物对环境的污染与破坏,从而引起环境质量下降(病原微生物、富营养化)据中国日报网站消息：夹在白粉状混合物中的炭疽热病菌已在全球范围内引起了恐慌，生化武器恐怖袭击的话题再次炒得沸沸扬扬，人们关注的焦点也自然聚集到了三大最危险的生化武器：炭疽热病菌、天花病毒和沙林。 显微镜下观测到的炭疽热杆菌 3 任 务充分利用有益微生物资源为人类造福，防止、控制、消除微生物的有害活动，化害为利。 环境工程

4、中处理废水、废物的方法很多，其中生物处理法占重要位置。微生物是对废物进行生物处理、净化环境的工作主体 第三节 微生物学的发展1 我国古代对微生物的认识和利用酿酒、沤肥、豆类轮作、植物病理 左襄公时（前556年）狂太病华佗（前112-212间）麻醉术及外科宋真宗时代（998-1022）种痘以防天花 十八世纪英国人Jenner所发明Pasteurs contributions:Louis Pasteur working in his laboratoryLouis Pasteur (1822 1895) Pasteur (1857) demonstrated that lactic acid fe

5、rmentation is due to the activity of micro-organisms Pasteur (1861) conflict over spontaneous generation birth of microbiology as a science Pasteur (1881) developed anthrax vaccine PasteurizationPasteurs swan neck flasks used in his experiments on the spontaneous generation of microorganisms德国人柯赫（Ko

6、ch），首先分离、培养出炭疽热菌、霍乱弧菌、结核杆菌贝哲尼克与维诺拉德斯基土壤细菌与自养微生物埃尔里赫化学药剂控制病菌（666治梅毒）Robert Koch in his laboratoryThe recognition of microbial role in diseaseRobert Koch (1843 1910)The discovery of microbial effects on organic and inorganic matter The Russian microbiologist Winograsky discovered that soil bacteria co

7、uld oxidize iron, sulfur and ammonia to obtain energy, and also isolated nitrogenfixing bacteria. Beijerinck made fundamental contributions to microbial ecology. He isolated Azotobacter and Rhizobium.Alexander Fleming (1881-1955)Sir Alexander Fleming discovered the antibiotic penicillin. He had the

8、insight to recognize the significance of the inhibition of bacterial growth in the vicinity of a fungal contaminant.1929年Fleming 青霉菌抑制细菌1935年Stanley 首次得到烟草花叶病毒结晶 Baeden证实为核蛋白1944年Avery 肺炎球菌形成荚膜（DNA）1953年Watson和 Crick DNA双螺旋第三节 微 生 物 概 述一、原核微生物和真核微生物 按细胞核结构和细胞器分化的不同，分为原核生物（Procaryote）和真核生物（Eucaryote）

9、两大类 第一章 原核微生物第一节 细菌 1 细菌的个体形态 细菌的基本形态有三种：球状、杆状、螺旋状，分别称为球菌、杆菌和螺旋菌。球菌：有单球的。杆菌有长杆菌、短杆菌、产芽孢杆菌螺旋菌呈螺旋卷宗曲状，螺旋的数目和螺距随菌不同而不同。普遍存在丝状菌。三、分类和命名 按界、门、纲、目、科、属、种等分类。微生物的命名法是采用生物学中的二名法，即用两个拉丁字命名一个微生物的种。这个种的名称是由一个属名和一个种名组成，属名在前，用拉丁文名词表示，第一个字母大写，种名在后，用拉丁文形容词表示，第一个字母小写。大肠埃希氏杆菌: Escherichia coli Casterllani and Chamers

10、 sp. spp.四、微生物的特点1 .个体小；2. 分布广、种类繁多；3. 繁殖快；4. 较易变异。Ronald M.Atlas Clifford Renk Principles of Microbiology.沈萍 1999. 微生物学 高等教育出版社。J。尼克林著 林雅兰等译。 科学出版社。周德庆 2002. 微生物学教程 第二版。高等教育出版社。李阜棣 胡正嘉 . 2000 微生物学。 第五版。中国农业出版社 。赵斌 何绍江. 2002 微生物学实验。科学出版社。Johnson.case. Laboratory Experiments in Microbiology.John P.Ha

11、rley Lansing M.Prescott Microbiology 3th Edition.Lansing, M. Prescott ;John, P. Harley; and Donald, A. Klein . 2002. Microbiology, 5th ed. McGraw-Hill .Gerard J. Tortora ; Bardell R. Funke ; Christine L. 1998. Case. Microbiology An Introduction , 6th . Benjamin/Cummings.Michael, T. Madigan; John, M.

12、 Martinko; and Jack, Parker. 2003. Brock Biology of Microorganisms , 10th . Prentice-Hall. References:Arrangement of Spherical Bacterial CellsMicrococcus 微球菌(球状细菌)Staphylococcus 葡萄球菌staphylococcistaphylococciStreptococcus - 链球菌 杆菌Rod-shaped bacteria Single bacillusDiplobacillistreptobacilliCoccobaci

13、llus 螺旋菌二、细菌的大小(微米)球菌量直径，0.5-2.0杆菌和弧菌量其长度1-5和宽度0.5-1，螺旋攻则量其宽度0.25-1.7和弯曲长度 2-60参见表1-1三、细菌的细胞结构细菌是单细胞的微生物。一般结构有细胞壁、细胞质膜（原生质膜）、细胞质（原生质）内含物、细胞核物质，为所有细菌具有。1 细胞壁A 细胞壁的化学组成及结构：基于细菌对结晶紫着染力不同，被区分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。B 细胞壁的生理功能2 原生质体A 细胞质膜可简称质膜，它是紧靠着细胞质的一层柔软而富有弹性的薄膜，又是半渗透膜。细胞质膜的结构参见图1-6细胞质膜的生理功能A) 维持渗透压梯度和溶质的转移B)细

14、胞质膜上有合成细胞壁和形成横隔膜组分的酶，细胞壁在膜表面合成。C)膜内陷形成的中间体上有细胞色素，具有相当于高等生物的线粒体的作用，与呼吸作用有关。D)细胞质膜一有琥珀酸脱氢酶、NADH脱氢酶、细胞色素氧化酶、电子传递系统、氧化磷酸化酶及三磷酸腺苷酶（ATPase）。所以，细胞质膜是氧化代谢和能量产生的部位。E)鞭毛基粒在细胞质膜上，它为鞭毛提供附着的部位B 细胞质及其内含物1 核糖体（ribosome）：由分散在细胞质中的亚微颗粒,是合成蛋白质的部位;RNA)(60%)+蛋白质(40%)2 气泡（gas vacuole）:细菌借助此调节节浮力3颗粒状内含物聚B-羟基丁酸：脂溶性染料苏丹黑（S

15、udan black）着染异染颗粒（Metachromatic granule），又名捩转菌素（volutin）；可用蓝色染料（甲烯蓝等）染成紫红色，多聚偏磷酸盐肝糖（glucogen）粒与淀粉粒：碘液硫粒（sulfur granule）：强折光性C 核物质：DNA, 富尔根（Fulgen）染色荚膜（capsule）：许多细菌能分泌一种粘性物质于细胞壁的表面，形成一层疏松而透明的胶状物质，完全包围并封住细胞壁，使细菌与外界环境有明显的边缘。3 荚膜、粘液层、菌胶团及鞘化学组成：90%以上水分+多糖+多肽A 保护细菌免受干燥影响和保护致病菌免受宿主吞噬细胞的吞噬；荚膜功能B 荚膜有助于细菌的侵染

16、力；C 当细菌缺乏营养时，可作为碳（氮）源和能源被利用； D有生物吸附作用；粘液层（slime layer）：有些细菌分沁多糖粘性物质，疏松地附着在细胞壁的表面，与外界环境没有明显的边缘；可分（光滑型（S）和粗糙型（R）（分类依据之一）菌胶团（zoogloea）：细菌之间按一定的排列方式互相粘集在一起，由公共荚膜包围形成一定形态的细菌集团。（分类依据之一）鞘：丝状体周围的粘液层或荚膜硬质化，形成一层透明坚韧的空壳。4 鞭毛（flagella）：绝大多数能运动的细菌都具有鞭毛，故鞭毛是细菌的运动胞器。5 芽孢（spore）：是在上述细菌体内形成的一个圆形、椭圆形或圆柱形的内生孢子。芽孢具有下述诸

17、特点具有厚而致密的壁，不易透水。含水率低，一般在40%左右。芽孢中2，6-吡啶二羧酸（dipicolinic acid，简称DPA）含量高，达芽孢干重的515%，吡啶二羧酸以钙盐形式存在，所以钙含量也高。含耐热性酶。四、细菌的培养特征细菌在固体培养基表面上的菌落特征：以稀释平板法和平板划线法将呈单个的细菌接种到固体培养基平板上，给予合适的培养条件细菌便能迅速生长繁殖。参见图1-11,12,13细菌在半固体培养基中的培养特征：以穿刺接种法将细菌接种至0.30.5%琼脂的半固体培养基中观其生长，如果是无鞭毛、不运动的细菌则只能在穿刺线上生长；有鞭毛的能运动的细菌不但在穿刺线上生长，而且在穿刺线的周

18、围扩散生长。1-14细菌在液体培养基中的培养特征1-15五、细菌的物理化学性质1细菌表面电荷和等电点细菌的等电点:在某一定pH的溶液中细菌所带的正电荷和负电荷相等,这一定的pH值为细菌的等电点。革兰氏阳性菌的等电点较低，pH=2-3革兰氏阴性菌的等电点较低，pH=4-5培养液一般都比细菌的等电点高，细菌表面总带负电。2细菌的染色原理细菌染色的原理：细菌染色所用的染料，按其所带电荷状态分，碱性染料和酸性染料。碱性染料有结晶紫、龙胆紫、碱性品红（复红）蕃红、美蓝、甲基紫、中性红、孔雀绿等。酸性染料有酸性品红、刚果红曙红等。染色方法：简单（单）染色法只用一种染料染菌体，目的仅为增加反差，便于观察。复

19、合（杂）染色法是用两种染料法染色，以区别不同细菌的革兰氏染色反应或抗酸性染色反应；或将菌体和某一结构染成不同颜色，便于观察。革兰氏染色法（Gram Stain procedure）是丹麦细菌学家Christain Gram 于1884年创造的，用Gram命名。染色机制的两种学说革兰氏染色与细菌等电点的关系，测定细菌等电点的方法有多种，其中之一是，根据细菌对碱性染料和酸性染料着染力不同而测等。（1）细菌等电点学说：革蓝氏阳性菌等电点pH=2-3，与结晶紫(碱性染料，带正电)结合牢固，难以被乙醇将结晶紫洗脱下来，复染时仍然维持紫色；革蓝氏阴性菌等电点pH=4-5，与结晶紫结合不牢固，容易被乙醇洗脱

20、下来，在蕃红复染时变成红色。 细胞壁与革兰氏染色的关系，细菌的等电点与革兰氏染色有关，说明细菌的革兰氏染色决定于细胞成分的酸性基和碱性基之间的数量关系。(2)肽聚糖学说：革蓝氏阳性菌的细胞壁中脂类含量很少，而肽聚糖含量高，经过乙醇脱水时，肽聚糖孔隙变小，使得乙醇难以深入内部进行脱色、蕃红也难以进入内部进行复染。而革蓝氏阴性菌的细胞壁中脂类含量较多，肽聚糖含量少。经过乙醇处理后，其细胞壁中的脂类被乙醇溶解，使得结晶紫脱落，复染是蕃红容易着色。3细菌悬液的稳定性：有的细菌悬液能保持稳定性，有的不稳定而引起自然凝聚现象。4细菌的多相胶体性质：细菌细胞质中含有多种蛋白质，它们的成分和功能各不相同，故称

21、细胞质为多相胶体。5细菌悬液的浑浊度：细菌菌体呈半透明状态，光线照射菌体时，不能全部透过，一部分被吸收，一部分产生折射。所以细菌悬液呈现浑浊现象。6细菌的表面积：细菌体积微小，因而每单位体积的细菌群体的部表面积大于同体积的个体的生物的总表面积7细菌的比重和重量：细菌的比重在1.071.19之间。比重和菌体所含物质有关。蛋白质比重为1.41.6,核酸的比重为2，无机盐的比重为2.5,脂类的比重小于水。第二节 放 线 菌放线菌在固体培养基上呈辐射状生长而得名。放射菌的细胞壁含胞壁酸和二氨基庚二酸，“核”不具核膜，属原核微生物。全部放线菌为革兰氏染色阳性反应。 一、放线菌的形态及大小放线菌的菌体由纤

22、细长短不等的菌丝组成，菌丝单细胞并分枝。菌丝体可分三类：（1）营养（基内）菌丝，它潜入固体培养基内摄取营养。（2）气生菌丝，它由营养菌丝长出培养基外，伸向空间的菌丝为气生菌丝，比营养菌丝粗。（3）孢子丝：放线菌生长发育到一定阶段，在气生菌丝上分化出可形成孢子的菌丝，称为孢子丝。二、放线菌的菌落形态 放线菌的菌落是由一个分生孢子或一段营养菌丝生长繁殖起许多菌丝相互缠绕而成。三、放线菌的繁殖放线菌是通过分生孢子和孢囊孢子繁殖的。分生孢子的产生方式有两种：凝聚分裂、横隔分裂。小结：放 线 菌 与 细 菌 比 较 放线菌菌丝比真菌的细得多，其直径与细菌相似。对环境pH要求相似于细菌而不同于真菌。放线菌与大部分细菌一样，适于中性或微碱性条件下生长。放线菌的核没有核膜，没有有丝分裂器，与细菌同属原核生物。放线菌细胞壁中含有细菌等原核生物细胞所特有的胞壁酸及二氨基庚二酸，不含真菌细胞具有的纤维或几丁质。对抗菌素的反应也相似于细菌而不同于真菌。凡能抑制细菌的抗菌素也多能抑制放线菌，而抑制真菌的抗菌素（如多烯类抗菌素）则对放线菌无抑制作用。放线菌是介于真菌与细菌之间，但又接近于细菌的一类原核微生物。原核生物细菌放线菌菌落含水状态很湿干燥外观形态小而突起小而紧密细胞相互关系单个分散丝状交织形态小而均匀细而均匀菌落与培养基结合程度不结合牢固结合生长速度很快慢气味一般有