环境工程微生物学概述

环境工程微生物学概述课件第1页，课件共75页，创作于2023年2月0.1微生物与环境工程0.1.1环境工程面临的问题0.1.2微生物对人类生存环境的影响是宝贵的自然资源；是生物多样性的重要成员；是环境中有机物的主要分解者；是参与环境污染物综合利用，变废为宝的积极分子；某些微生物及微生物代谢产物可污染环境，危害人体健康；在特定的环境中可产生大量的CO2等温室气体，有可能有助于大气温室效应。第2页，课件共75页，创作于2023年2月0.1微生物与环境工程0.1.3微生物在环境工程中应用的优点

—容易发生变异

—能在极端环境中生存

—经济、高效第3页，课件共75页，创作于2023年2月0.2课程研究对象与任务研究对象1微生物的形态、细胞结构及功能，微生物的营养、呼吸、物质代谢、生长繁殖、遗传与变异等基础知识。2栖息在水体、土壤等环境中的微生物及其生态3自然环境物质循环与转化4污染水体、污染土壤等修复工程的净化原理第4页，课件共75页，创作于2023年2月0.2课程研究对象与任务研究任务1微生物在自然环境中存在的基本状况及活动规律。2微生物对化学污染物及其他有利影响。第5页，课件共75页，创作于2023年2月0.3微生物的概述0.3.1什么是微生物微生物（microorganisms）是肉眼看不见的，必须在电子显微镜或光学显微镜下才能看见的微小生物的统称。第6页，课件共75页，创作于2023年2月小m级：光镜可见nm级：电镜可见形体微小第7页，课件共75页，创作于2023年2月Thewhitebaraboverepresents10microns(0.01mm).Belowaresomeorganismsandcellsdrawntoapproximatescale.virus(0.05to0.1microns)bacteria(0.5to1.5microns)redbloodcell(5microns)lymphocyte(5to8microns)humansperm(60microns)

第8页，课件共75页，创作于2023年2月简单细胞简单多细胞非细胞结构结构简单第9页，课件共75页，创作于2023年2月0.3微生物的概述0.3.2微生物的类群原核微生物，（细菌）细胞型微生物

真核微生物，（酵母菌）

非细胞型微生物，（病毒）第10页，课件共75页，创作于2023年2月0.3微生物的概述0.3.3微生物的分类界、门、纲、目、科、属、种魏泰克生物五界分类系统：

原核生物界(细菌、放线菌、蓝绿菌)真核原生生物界(蓝藻以外的藻类及原生动物)真菌界(酵母菌、霉菌)动物界植物界第11页，课件共75页，创作于2023年2月王大耜生物六界分类系统非细胞结构生物——病毒界原核细胞生物——原核生物界蓝藻门（蓝绿细菌）细菌门真菌界动物界植物界酵母菌真核原生生物界原生动物真核藻类霉菌微型后生动物高低等动物低等植物高等植物细胞结构生物第12页，课件共75页，创作于2023年2月0.3微生物的概述0.3.4微生物的命名生物学中的二名法：

属名＋种名（斜体拉丁文）

名词，首字母大写形容词，首字母小写第13页，课件共75页，创作于2023年2月0.3微生物的概述0.3.5微生物的特点

A个体极小

B分布极广，种类繁多

C繁殖快

D易变异第14页，课件共75页，创作于2023年2月第一章原核微生物第一节细菌第15页，课件共75页，创作于2023年2月1.1细菌（bacteria）1.1.1细菌的个体形态球状杆状螺旋状第16页，课件共75页，创作于2023年2月1.1细菌（bacteria）1.1.1细菌的个体形态单球菌双球菌

1.球菌链球菌四联球菌八叠球菌葡萄球菌新细胞的排列方式可作为分类鉴定的依据。第17页，课件共75页，创作于2023年2月1.1细菌（bacteria）1.1.1细菌的个体形态单杆菌2.杆菌双杆菌链杆菌其排列方式不可作为分类鉴定的依据。第18页，课件共75页，创作于2023年2月1.1细菌（bacteria）1.1.1细菌的个体形态弧菌3.螺旋菌螺旋菌螺距、螺数因菌种而异，可作为分类鉴定依据。4.丝状菌第19页，课件共75页，创作于2023年2月1.1细菌（bacteria）1.1.2细菌的大小单位：μm

球菌：用直径表示，0.5～2.0

表示方法杆菌：宽×长，(0.5～1.0)×(1～5)

螺旋菌：宽×长，(0.25～1.7)×(2～60)影响细菌大小的因素：

菌龄、环境渗透压、代谢产物的积累、pH等第20页，课件共75页，创作于2023年2月菌

名

直径或宽×长度(μm)乳链球菌(Streptococcuslactis)0.5～1金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)0.8～1最大八叠球菌(Sarcinamaxima)4～4.5大肠杆菌(Escherichiacoli)0.5×（1～3）

伤寒沙门氏菌(Salmonellatyphi)（0.6～0.7）×（2～3）枯草芽孢杆菌

(Bacillussubtilis)（0.8～1.2）×（1.2～

3）炭疽芽孢杆菌(Bacillusanthracis)（1～1.5）×（4～8）德氏乳细菌(Lactobacteriumdelbruckii)（0.4～0.7）×（2.8～7）表1.1一些细菌的大小第21页，课件共75页，创作于2023年2月1.1.3细菌的细胞结构基本结构：细胞壁、细胞膜

、细胞质和原核，为所有细菌细胞所共有

特殊结构：如荚膜、鞭毛、菌毛、芽孢和胞囊等，这些结构只在某些细菌种类中发现，具有某些特定功能

第22页，课件共75页，创作于2023年2月1.1.3.1细胞壁（cellwall）1.概念及其生理功能固定外形和保护细胞屏障作用，阻碍某些分子进入为鞭毛提供力学支点第23页，课件共75页，创作于2023年2月2.细胞壁的化学组成与结构G＋

细胞壁厚（20～80nm）化学组成：

a肽聚糖b磷壁酸teichoicacidc少量蛋白质和脂肪

第24页，课件共75页，创作于2023年2月肽聚糖单体组分：NAG，NAM，四肽链第25页，课件共75页，创作于2023年2月图3-10细胞壁的结构

Grampositivebacterialcellwallstructurediagram

第26页，课件共75页，创作于2023年2月G－

细胞壁较薄（10nm）外层：脂多糖外壁层中层：磷脂层内层：脂蛋白内壁层：肽聚糖（10％）第27页，课件共75页，创作于2023年2月表1.2G＋和G－细胞壁的主要区别第28页，课件共75页，创作于2023年2月1.1.3细菌的细胞结构2.1.3.2原生质体

1.细胞质膜化学组成(a)脂类(30～40％):主要为甘油磷脂(b)蛋白质(60～70%)

外周蛋白，存在于膜内或外表面，水溶性蛋白，内嵌蛋白，镶嵌在磷脂双层中，多为非水溶性(c)多糖（2％）第29页，课件共75页，创作于2023年2月细胞质膜

（protoplasmicmembrane）细胞质膜的结构

第30页，课件共75页，创作于2023年2月1.细胞质膜（protoplasmicmembrane）细胞膜的生理功能

a.渗透酶（载体蛋白）：控制细胞内外的物质运送、交换，维持正常渗透压的屏障作用。b.合成酶：在膜上合成细胞壁。c.呼吸酶：进行呼吸作用。d.ATP合成酶：进行物质代谢和能量代谢。e.细胞膜上有鞭毛基粒，鞭毛由此长出，即为鞭毛提供附着点。

第31页，课件共75页，创作于2023年2月

2.细胞质及内含物细胞质(cytoplasm)，又称原生质，是在细胞质膜内除核物质以外的无色透明、粘稠的复杂胶体。

特点幼龄菌：富含RNA，嗜碱性强，着色均匀老龄菌：RNA少，着色不均匀可通过染色均匀与否来判断细菌的生长阶段。第32页，课件共75页，创作于2023年2月2.细胞质及内含物

(1)核糖体(ribosome)

—

合成蛋白质的部位，由RNA和蛋白质组成。原核微生物：是分散在细胞质中的亚微颗粒真核微生物：可游离状，也可结合于内质网上(2)气泡(gasvesicle)

—

指某些水生细菌如蓝细菌、不放氧的光合细菌和盐细菌内贮存气体的特殊结构。

—能使细胞保持浮力，有助于调节并使细菌生活在最佳水层位置，以利于获得氧气、光和营养等。

第33页，课件共75页，创作于2023年2月1.1.3.2原生质体（protoplasm）(3)内含物(cytoplasmicinclusions)异染粒——嗜碱性或嗜中性较强。缺营养时被用作C和P源。聚β－羟基丁酸(PHB)——是一种碳源和能源贮藏物。缺营养时被用作C和P源。硫粒——某些氧化硫的细菌细胞内可积累硫粒，硫细菌在外界缺H2S时，利用硫粒取得能量。肝糖和淀粉粒——都是碳源贮藏物。第34页，课件共75页，创作于2023年2月内含物硫粒PHB第35页，课件共75页，创作于2023年2月3.拟核(nucleoid)细菌无核膜和核仁，故称原始核或拟核。细菌的原核只有一个染色体，主要含具有遗传特征的脱氧核糖核酸(DNA)。少量

RNA和蛋白质。染色体是由双螺旋的大分子链高度折叠缠绕构成，一般呈环形结构，总长度为0.25mm～3mm。功能：决定遗传性状和传递遗传信息。第36页，课件共75页，创作于2023年2月1.1.3.3荚膜、粘液层、菌胶团和衣鞘1.荚膜和粘液层荚膜：分泌物质粘滞性较大，相对稳定地附着在细胞壁外，具一定外形，称为荚膜或大荚膜(macrocapsule)。微荚膜(microcapsule)：厚度在200nm以下，它与细胞表面结合较紧，用光学显微镜不易观察到。微荚膜易被胰蛋白酶消化。粘液层(slimelayer)：比较疏松，无明显形状，悬浮在基质中更易溶解，并能增加培养基粘度。

荚膜是分类特征之一产荚膜的细菌菌落光滑透明—光滑型(S型)菌落不产荚膜的菌落表面粗糙—粗糙型(R型)菌落第37页，课件共75页，创作于2023年2月1.荚膜和粘液层化学组成

H2O（90～98％）

多糖或多肽功能

a具有保护功能

b有助于细菌的侵染力

c可作为能源

d有吸附作用负染色法第38页，课件共75页，创作于2023年2月

2.菌胶团(zoogloea)

—指多个细菌按一定的排列方式互相粘集在一起，被一个公共荚膜包围形成一定形状的细菌集团。

3.衣鞘(sheath)

—指水生环境中的一些丝状菌体表面的粘液层或荚膜硬质化，而形成一个透明坚韧的空壳。第39页，课件共75页，创作于2023年2月1.1.3.4芽孢(spore)1.概念：芽孢是某些细菌在其生长的某个阶段或遇到外界不良环境时，在其细胞内形成一个圆形、椭圆形或圆锥形的休眠体，其对环境具有较强的抵抗力。根据芽孢的位置、形状和大小，可作为细菌的分类鉴定依据之一。第40页，课件共75页，创作于2023年2月2.芽孢类型a位于细胞中央，直径大于细胞直径，孢子囊呈梭状，如梭状芽孢杆菌；b位于细胞顶端，直径大于细胞直径，呈鼓槌状，如破伤风杆菌；c位于细胞中间，直径小于细胞直径，如枯草芽孢杆菌。第41页，课件共75页，创作于2023年2月3.芽孢的特点a含水率低，38～40％

b芽孢壁厚而致密cDPA含量高，具有耐热性

d含有耐热性酶芽孢没有繁殖意义，仅仅是芽孢细菌生活史中的一环，是细菌的休眠体。第42页，课件共75页，创作于2023年2月1.1.3.5鞭毛(flagella)1.概念：是一条由细胞质膜上的鞭毛基粒长出，穿过细胞壁伸向体外的纤细的波浪状的丝状物。2.化学组成蛋白质，少量的多糖或多肽第43页，课件共75页，创作于2023年2月3.分类

①一端生鞭毛：菌体的一端只生一根鞭毛，如霍乱弧菌②两端生鞭毛：菌体两端各具一根鞭毛，如鼠咬热螺旋体③丛生鞭毛：菌体一端生一束鞭毛，如铜绿假单胞菌；菌体两端各具一束鞭毛，如红色螺菌④周生鞭毛：周身都有鞭毛，如大肠杆菌、枯草杆菌等。根据着生部位、数目和排列，鞭毛可作为细菌分类的依据。第44页，课件共75页，创作于2023年2月(a)周生鞭毛(b)极生鞭毛(c)丛生鞭毛第45页，课件共75页，创作于2023年2月1.1.4细菌的培养特征1.1.4.1细菌在固体培养基上的培养特征

—

菌落特征菌落：是由一个细菌繁殖起来的，由无数细菌组成的具有一定形态特征的细菌集团。培养方法：采用稀释平板法或平板划线法将呈单个细胞的细菌接种在固体培养基上，给予一定的培养条件，细菌就可在固体培养基上迅速生长繁殖形成一个菌落。第46页，课件共75页，创作于2023年2月1.1.4.1细菌在固体培养基上的培养特征

表面特征：光滑or粗糙、干燥or湿润边缘特征：圆形、锯齿状等

纵剖面特征：平坦、扁平、隆起等

菌落特征可作为细菌分类鉴定的依据之一。Eg:肺炎链球菌：具荚膜，表面光滑、湿润粘稠枯草芽孢杆菌：无荚膜，表面粗糙、皱褶、平坦蕈状芽孢杆菌：表面粗糙、边缘有毛状凸起并卷曲浮游球衣菌：平坦、透明、边缘呈卷曲毛发状第47页，课件共75页，创作于2023年2月细菌菌落特征

正面观：1.扁平2.隆起3.低凸起4.高凸起5.脐状6.草帽状7.乳头状

表面结构、形态及边缘：8.圆形、边缘完整9.不规则、边缘波浪10.不规则、颗粒状、边缘叶状11.规划、放射状、边缘呈叶状12.规则、边缘呈扇边状13.规则、边缘呈齿状14.规则、有同心环、边缘完整15.不规则、似毛毯状16.规则、似菌丝状17.不规则、卷发状、边缘波状18.不规则、呈丝状19.不规则、根状第48页，课件共75页，创作于2023年2月1.1.4细菌的培养特征1.1.4.2细菌在明胶培养基中的培养特征

采用穿刺接种法培养细菌，可形成不同形态的溶菌区。1.1.4.3细菌在液体培养基中的培养特征

均匀一致的浑浊液形成沉淀形成菌膜漂浮在液面产生气泡、酸、碱和色素等第49页，课件共75页，创作于2023年2月细菌在明胶培养基中的培养特征第50页，课件共75页，创作于2023年2月细菌在液体培养基中的培养特征第51页，课件共75页，创作于2023年2月1.1.4细菌的培养特征1.1.4.4细菌在半固体培养基中的培养特征1.根据细菌的生长状态判断其呼吸类型

培养基表面及穿刺线上部生长：好氧菌沿穿刺线自上而下生长：兼性厌氧菌在穿刺下部生长：厌氧菌2.根据细菌的生长状态判断有无鞭毛

只沿穿刺线生长：无鞭毛，不运动的细菌穿透培养基扩散生长：有鞭毛，运动的细菌第52页，课件共75页，创作于2023年2月1.1.5细菌的物理化学性质1.1.5.1细菌表面电荷和等电点等电点：指在某一定pH溶液中，氨基酸所带的正电荷和负电荷相等时的pH值。

氨基酸蛋白质细菌也具有两性电解质的性质G＋pH等＝2～3细菌等电点G－pH等＝4～5pH＝2～5G不稳定菌pH等＝3～4

偏碱性pH＞7细菌所处中性pH＝7高于细菌的等电点培养基偏酸性pH＝6～7☆故细菌表面总是带负电荷

第53页，课件共75页，创作于2023年2月1.1.5.2细菌的染色原理及染色方法

1.染色原因

—细菌菌体无色透明，染色以增加菌体与背景的反差，便于观察。

2.染色原理

—细菌在培养状态下总带负电荷，故可用带正电荷的碱性染料染色。

3.染色方法

—简单染色法

—复合染色法第54页，课件共75页，创作于2023年2月4.革兰氏染色法——鉴别染色法C.Gram（革兰）于1884年发明的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。第55页，课件共75页，创作于2023年2月用草酸铵结晶紫染色1min，水洗

I2－KI溶液媒染1min，倾去余溶液用乙醇或丙酮冲洗进行脱色。在经历脱色后仍将结晶紫保留在细胞内的为革兰氏阳性细菌，而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉，细胞呈无色。用蕃红染液复染1min，进行镜检。原来无色的革兰氏阴性细菌最后呈现红色，而革兰氏阳性细菌继续保持深紫色

将细菌均匀涂布在载玻片上并固定第56页，课件共75页，创作于2023年2月第57页，课件共75页，创作于2023年2月1.1.5.2细菌的染色原理及染色方法5.革兰氏染色机制

(1)与细菌等电点有关2～3＝pH等(G+)＜pH等(G－)=4～5G+带的负电荷比G－多，结合力大用I2－KI媒染后，等电点都下降，G+等电点下降的多与草酸铵结晶紫结合的更牢固，对脱色剂的抵抗力更强

第58页，课件共75页，创作于2023年2月1.1.5.2细菌的染色原理及染色方法5.革兰氏染色机制

(2)与细胞壁有关G+脂类含量低(1～4%)乙醇既是脱色剂又是脱水剂肽聚糖脱水，细胞壁孔径缩小，其通透性降低G－脂类含量高(40～90%)脂类物质被乙醇溶解，增加细胞壁的孔径和通透性第59页，课件共75页，创作于2023年2月1.1.5细菌的物理化学性质1.1.5.3细菌悬液的稳定性

S型细菌：悬液稳定，不发生凝聚

R型细菌：不稳定，易凝聚而沉淀，培养基很清应用：废水生物处理中的二沉池，应使其中的R型菌数量占优势，以取得较好的沉淀效果第60页，课件共75页，创作于2023年2月1.1.5细菌的物理化学性质1.5.1.4细菌悬液的浑浊度测定方法：目力比浊法、光电比色计、比浊计等目的：略知细菌数(包括活菌和死菌)1.5.1.5细菌的多相胶体性质细菌细胞质是多相胶体，在各相中进行各自的生化反应，因此，在一个细菌体内可同时进行多种生化反应。第61页，课件共75页，创作于2023年2月1.1.5细菌的物理化学性质1.1.5.6细菌的比表面积细菌体积小，但有巨大的比表面积，这有利于细菌吸附和吸收营养物，有利于排泄代谢产物，使细菌快速生长繁殖。1.1.5.7细菌的密度和重量

ρ＝1.07～1.19(1.09)＞ρ(H2O)m＝1×10－9～1×10－10mg/个第62页，课件共75页，创作于2023年2月第一章原核微生物第二节古菌第63页，课件共75页，创作于2023年2月1.2古菌(Archaea)1.2.1古菌的特点

1.形态：细胞很薄，扁平

2.细胞结构：大多不含二氨基庚二酸和胞壁酸，主要是脂蛋白，蛋白质是酸性

3.代谢：多样性

4.呼吸类型：多为严格厌氧、兼性厌氧，还有专性好氧5.繁殖速度：较慢，进化速度也比细菌慢

6.生活习性：大多生活在极端环境第64页，课件共75页，创作于2023年2月1.2.2古菌的分类根据生活习性和生理功能产甲烷菌嗜热嗜酸菌极端嗜盐菌《伯杰氏系统细菌分类手册》产甲烷菌古生硫酸盐还原菌极端嗜盐菌无细胞壁古生菌极端嗜热硫代谢菌第65页，课件共75页，创作于2023年2月1.2.2.1产甲烷菌—专性厌氧菌1.产甲烷菌的细胞结构

细胞封套、细胞质膜、原生质、核质细胞封套有四种(a)大多数的G＋产甲烷菌一层：不含胞壁质(二氨基庚二酸or胞壁酸)厚度10～20nm，如甲烷杆菌属巴氏甲烷八叠球菌，200nm

三层：由内、中、外三层组成，厚20～30nm。外层在细胞分裂横隔形成时消失。如胃瘤甲烷短杆菌(b)G＋的炽热高温甲烷菌的细胞壁外有一层六角形的蛋白质亚基(S层)覆盖。(c)G－产甲烷菌不具有球囊多聚物或外膜，只有一层六角形或四角形的，由蛋白质亚基或糖蛋白亚基的S层。(d)甲烷螺菌的细胞质膜外只有一层由蛋白纤维组成的鞘包裹几个细胞，其厚为10nm。