微生物第一章

微生物第一章第1页/共39页环境微生物第2页/共39页第一章

绪论

主要内容环境微生物学、生物净化等概念环境微生物学研究的内容微生物的起源及进化第一节

微生物学与环境

一、环境与环境科学

重点1.环境微生物学研究的内容

2.生物进化的三个阶段及特点

3.主要概念第3页/共39页

自然环境：大气、水体、土壤、人类环境生态。社会环境：

环境质量要素大气、水体、土壤、生态环境的组成、结构和运行规律。

环境问题的实质环境质量的变化问题。

环境是指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

宏观：研究人类社会经济发展与环境之间的相互作用和影响；

环境科学是研究人类与环境之间相互关系的科学。第4页/共39页

●

环境微生物学的研究内容

◆

自然环境中的微生物背景

是环境微生物学研究的基础和出发点。

环境微生物学是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。

二、环境微生物学

微观：研究环境中的物质，尤其是污染物质在生物体内的迁移、转化和蓄积规律。重点：研究与人们健康直接相关的生活环境和生产环境，因污染所致的环境质量变化规律及其综合整治技术与方法。第5页/共39页

着重考虑微生物及其活动，通过改变人类环境，对人类生活和生产的影响。

研究有害微生物在环境中的生存方式和危害途径，并提出行之有效的防治措施，

◆

微生物对环境的污染与危害

微生物污染指有害微生物(如病原菌)

污染水体、大气、土壤和食品等，影响生物产量和质量,危害人类健康的现象

◆

微生物对“污染环境”的净化与修复

生物转化

指生物通过对各种有机物的吸收和代谢而改变其形态或转变为另一物质的过程第6页/共39页

生物降解指土壤、水体和废水处理系统中的微生物对天然和合成的有机物的破坏或矿化作用。

(生物降解能力、有机物降解的难易程度、有机物的降解途径等。)

生物净化指生物类群通过代谢作用使环境中污染物的数量减少，浓度下降，毒性减轻，直至消失的过程。

了解和掌握自然界生物净化的基本规律并加以人工控制，以强化微生物的净化功能。

◆

微生物在污染控制工程中的应用

第7页/共39页

微生物监测

利用微生物个体、种群或群落对环境污染或环境变化所产生的反应，阐明环境污染状况，从微生物学角度为环境质量的监测和评价提供依据。

微生物评价

用微生物学的方法评价环境质量的现状及其变化趋势。第二节

微生物的起源与进化

一、Oparin-Haldane生命起源假说

◆

微生物在环境监测与评价中的应用

生物处理微生物参与下去除污染物的工艺过程。第8页/共39页小分子无机物化学进化大分子有机物

酶细胞膜原始生命光化学合成厌氧发酵放氧光合作用有氧呼吸

单细胞生物

低等多细胞生物高等多细胞生物

生化进化小分子有机物能量

大气圈厌氧状态形态进化好氧状态原核真核第9页/共39页

二、微生物与植物和动物第10页/共39页

三、微生物的共同特点1.体积小，面积大2.吸收多，转化快3.生长旺，繁殖快4.适应强，易变异5.分布广，种类多第11页/共39页

复习思考题

1.名词解释：生物转化、生物净化、微生物污染、

生物降解等。

2.表解生物进化的三个阶段。说明在生物进化中大气圈发生何种转折及其原因。

3.环境问题的实质。第12页/共39页第二章

微生物的主要类群

主要内容

微生物的形态、结构及生理特征

病毒研究的意义

真菌、原生动物和藻类的利用

原生动物、藻类的主要类群

藻类和蓝细菌的环境生态

重点1.微生物各主要类群的的种类、一般特征

2.产甲烷菌的特性。

3.原生动物、微型后生动物在废水处理中的作用；藻类和蓝细菌与富营养化的关系。第13页/共39页

非细胞微生物

病毒

亚病毒：类病毒、拟病毒、朊病毒等

细菌绝大多数是真细菌古生菌

放线菌微生物

原核微生物

蓝细菌（三菌三体）立克次氏体衣原体

多寄生.致病

支原体(独立)

真菌

真核微生物微型藻类

原生动物

微型后生动物微生物学植物学动物学第14页/共39页

第一节非细胞微生物——病毒

一、病毒的一般特征

（一）形体极其微小

（二）专性细胞内寄生

（三）是非细胞大分子生物

二、病毒研究的意义

●

防病治病

●

发酵工业中防止噬菌体的污染

●

昆虫病毒用于生物防治虫害

●

是分子生物学和生命科学研究的理想材料。

三、病毒存活的影响因素

物理因素温度、紫外线、射线、沉淀、吸附等第15页/共39页

化学因素pH、氧化剂和抗生素、少数细菌产生的分解病毒的酶类。第二节

原核微生物

一、细菌（一）形态和大小

（二）细胞结构

细胞细短、结构简单、胞壁坚韧、多以二分裂方式繁殖和水生性较强，大多形体微小。

一般构造细胞壁、细胞膜、核物质、细胞质、内含物等。

特殊构造荚膜、鞭毛、间体、载色体、芽孢等

芽孢：某些细菌在不利的环境条件下能在细胞内形成一个圆形卵圆形或圆柱形的休眠体。第16页/共39页

（三）菌落的形态

二、放线菌

三、蓝细菌

四、古生菌（古菌）

多生活在极端生境中，营自养和异养生活。具有独特的细胞结构，化学组成，酶的作用方式。

（一）产甲烷菌的分类

亚群I

用H2／CO2、HCOO¯、CH3OH产生CH4，细胞壁含假胞壁酸。

亚群Ⅱ

用H2／CO2、HCOO¯

、CH3OH／CO2产生

CH4，细胞壁不含假胞壁酸。

能进行放氧性光合作用,有的有固氮作用。第17页/共39页

亚群Ⅲ

能生长于-N(CH3)+3或CH3COO¯培养基中

（二）产甲烷菌的特性1.形态结构特性(与真细菌相比)

细胞壁

G+为一、二或三层，G¯为一层，含假肽聚糖不含肽聚糖。对青霉素和溶菌酶不敏感。

细胞膜主要由植烷甘油醚或二植烷甘油醚组成，不易水解，耐热性强。2.生理特性

碳源碳源较窄，只能利用乙酸和一碳化合物。

需生长因子尤其是B族维生素。

需微量元素如镍、钴和钼等。

需独特的辅酶如辅酶F420、辅酶M、CO2还原因子3.产甲烷反应4H2+HCO3¯

+H+→CH4+3H2O第18页/共39页4CH3OH

→3CH4

+CO2+2H2O4HCOO¯

+4H+

→

CH4

+3CO2+2H2O

CH3COO¯

+H+

→

CH4

+CO24CH3NH3++3H2O→3CH4+H2CO3+4NH4+

第三节

真菌

一、一般特征

（一）形态大小

酵母菌、霉菌和蘑菇都是某一类真菌的俗称。

（二）菌落特征

（三）代谢与繁殖

好氧呼吸和发酵，异养，只吸收溶解状态的营养物。孢子(有性、无性)繁殖。第19页/共39页

二、真菌的利用

分解有机物质非常活跃，能只利用无机氮，能降解难于降解的碳源(芳香族)，在形成土壤和腐殖质、自然界净化过程和废水生物处理、发酵工业、食品加工等方面起重要作用。有些可直接食用或是贵重药剂或滋补品。第四节

原生动物第20页/共39页

二、原生动物的营养与繁殖

形态多样，大小多为几十-300μm。不具细胞壁；细胞质膜软而薄，或硬而厚。细胞膜虽柔软，但能保持其形状；真核，一或多个。可形成不同的“胞器”，用其进行摄食、呼吸、排泄、生殖等生命活动。

一、原生动物的形态与构造

营养

——

异养多严格好氧，但也有严格厌氧。

营养类型

摄食方式渗透型营养：吸收溶解性物质。吞噬型营养：吞噬颗粒型食物。

第21页/共39页

全动性营养以其他生物和有机颗粒为食

植物性营养利用光、CO2和水合成有机物

腐生性营养以体表吸收环境或寄主中的可溶性有机物为主。

繁殖方式

1.无性繁殖

二分裂、多分裂、出芽生殖。第22页/共39页2.有性繁殖

3.休眠体(又称孢囊)

抵抗不良环境

三、原生动物的主要类群

原生生物界原生动物亚界

肉鞭动物门

（纤毛门、盘蜷门、顶复门、微孢子门、囊孢子门、粘体门）第23页/共39页1.鞭毛虫纲

营养类型全动性营养、植物性营养、腐生性营养。

生活环境自然水体中，喜在多污带和α-中污带生活。污水生物处理系统中，活性污泥培养初期或在处理效果较差时鞭毛虫大量出现。

形态结构

几-几十μm，具有鞭毛。多独立生活，也有群体生活。

繁殖方式第24页/共39页

形态结构有伪足(运动、摄食)

形体小，表面仅有一层薄膜，无色透明，无固定形态。有的有一层硬壳。无胞口和胞咽等结构。2.肉足虫纲

二分裂生殖。形成孢囊。

营养类型多全动性营养；少数寄生生活。

繁殖方式太阳虫第25页/共39页

无性生殖(分裂、出芽)为主，形成孢囊普遍

生活环境

自然水体中喜在α-中污带或β-中污带中生活。污水生物处理系统中，在活性污泥培养中期或大负荷的处理系统中出现。

3.孢子虫纲

严格寄生，无运动器，滑动方式运动。异养（通过寄主细胞渗透吸收）。生活史有有性世代与无性世代的交替。

4.纤毛虫纲

有纤毛（运动、摄食）。

营养类型全动性营养。

繁殖方式无性生殖：二分裂，少数出芽生殖和复分裂有性生殖：接合生殖。

类型及生活环境第26页/共39页

游泳型α-中污带和β-中污带，少在寡污带中。污水生物处理中，在活性污泥培养中期或污水处理效果较差时出现。固着型喜在寡污带中。污水生物处理中，在水体自净程度高、污水生物处理效果好时出现。吸管型多数出现在β-中污带，少数出现在α-

中污带和多污带。污水生物处理效果一般时出现。第27页/共39页

四、原生动物在废水（污水）处理中的作用

(一)对废水（污水）的净化作用

①大量吞噬游离的细菌和颗粒状悬浮物，对细菌类群进行选择。(聚集成絮状的细菌存活)第28页/共39页②促进生物絮凝作用，活性污泥有良好沉降性③可直接利用溶解性有机物净化污水。

（二）作为废水（污水）处理的指示生物

厌氧环境变形虫、鞭毛虫较能忍受，多出现在大负荷量的处理系统中，或处理系统运行的起始阶段。如三角鞭毛虫。

溶氧不足处理效果恶化，纤毛虫游泳型的突增、固着型的减少或虫体表现不正常。如细湿藓豆形虫、油鲽钟虫大量生长。

溶氧适当正常污泥负荷和供氧良好时，固着型纤毛虫大量出现。如有肋楯纤虫、近绿游仆虫、狭缩盖虫、钟虫类、吸管虫类等。第29页/共39页第五节

藻类(显微)

硫含量高时累枝虫正常生长。

一、形态与构造单细胞或多细胞，形态多种多样。含叶绿体和光合色素，光合自养或异养。有真核细胞的一般特征。细胞壁由纤维素与果胶质组成。呈现不同颜色

营养特征——自养

光光合作用通式

CO2+2H2O[CH2O]+H2O+O2↑

特点水作为供氢体并释放氧气。

生活条件

温度分为广温性和狭温性。

二、生理特征第30页/共39页pH值生长pH值范围为4-10，最适值6-8。

光照水深处或水受悬浮物污染时，光照可成为生长的限制因素。

三、分类

繁殖营养繁殖、无性繁殖、有性繁殖。

绿藻单细胞或多细胞，含叶绿素a、b，叶黄素和β-胡萝卜素。可产生游动孢子。多淡水生。有净化作用，是指示生物，一些种类与水体富营养化有关。

裸藻单细胞，无壁，有表膜和鞭毛。载色体含叶绿素a、b，三种叶黄素和β-胡萝卜素，呈绿色或无色。有的种类可吞噬食物。形成水华，是水体富营养化指示生物。

金藻（含硅藻）单细胞和多细胞，含较多的胡萝素，黄绿到褐色，金藻可产生鞭毛。淡水生、海水生和陆生第31页/共39页

硅藻两侧对称和中央辐射状图样。胞壁内层果胶质膜，外层硅质壳。水体优势藻类之一，可引发“赤潮”藻类。

甲藻单细胞，许多表质膜上覆盖有壳。含色素体(叶绿素a、c，甲藻黄素.β-胡萝卜素等)，可行光合自养，也可捕食。可在海水、碱性的水、淡水中生活。

“赤潮”产生的主要肇事者。

褐藻和红藻组织结构高度分化。

主要存在海水中。

四、藻类和蓝细菌的环境生态1.磷酸盐、无机氮常是地表水藻类限制性底物

富营养化以氮、磷为主的营养物进入水域形成的污染。第32页/共39页2.环境中氧、CO2、pH的影响

生物软化作用水质硬度较大的湖中，由于光合作用对

CO2的消耗，推动Ca(HCO3)2→CaCO3↓+H2O+CO2↑的反应，形成的CaCO3沉降到湖底，这一过程称为~~。

湖底厌氧，水质恶化，无机物以还原态存在。

有机物降解耗氧，产生CO2，pH较低。Fe2+和Mn2+等金属离子的浓度比在湖上层高得多。

白天光合作用放氧(溶氧过饱和)，耗CO2，pH上升。夜间呼吸作用耗氧，放CO2，pH下降。

水表面氧浓度较高，无机物以氧化态存在。3.环境中温度的影响

夏季上：水温较高，溶解氧较高。湖水分层

中：斜温层，温度迅速下降的薄层。

下：水温较低，溶解氧较低。第33页/共39页

秋季

湖水分层消失，上下层含氧量接近，湖水性质均一。

4.对营养的特殊要求

藻类和蓝细菌的某些种类需提供某种物质，如维生素、SiO2

、高盐等。

五、藻类的利用

藻类生长的正面影响

氧化塘废水处理工艺：有机污染物→藻类细胞（生物物质）。

细菌

藻类

有机污染物

无机物