1、水处理微生物学,教 材： 周群英，王士芬.环境工程微生物学（第3版），北京：高等教育出版社，2008年 授课教师：谢芳琴 联系方式：,参考书目： 1. 顾夏声，李献文编，水处理微生物学（第三版），中国建筑工业出版社 ，1998 2. 沈萍，陈向东主编，微生物学，北京：高等教育出版社，2006 3顾夏声，胡洪营，文湘华等编，水处理微生物学，中国建筑工业出版社，2006 4李军等编著，微生物与水处理工程，北京：化学工业出版社，2002 5常学秀、张汉波、袁嘉丽，环境污染微生物学，北京：高等教育出版社，2006 6王家玲主编，环境微生物学，北京：高等教育出版社，1988,1.绪论,1.1 微生物概论
2、,一、什么是微生物一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。是一些个体微小、构造简单的低等生物。,微生物的菌落,细菌的显微图样,小,m级：光镜可见 nm级：电镜可见,形体微小,The white bar above represents 10 microns (0.01mm). Below are some organisms and cells drawn to approximate scale.,virus(0.05 to 0.1 microns),bacteria (0.5 to 1.5 microns),red blood cell (5 microns),lymphocyte (5
3、to 8 microns),human sperm (60 microns),简,单细胞 简单多细胞 非细胞结构,结构简单,低,原核类： 三菌(细菌、放线菌、蓝细菌)三体(支原体、衣原体、立克次氏体) 真核类：真菌原生动物单细胞藻类 非细胞生物：病毒类病毒朊病毒,进化地位低,微生物世界之最,个体最小 数量最多 分布最广 形态最简 变异最易 起源最早 胃口最大,抗性最强 食谱最广 休眠最长 繁殖最快 种类最多,二、人类对微生物的认识史 1一个难以认识的微生物世界艾滋病，1213年的潜伏期，人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus; HIV）引起；,艾滋病病毒模拟
4、图,发霉的玉米、花生等胚附近，生长能产生剧毒真菌毒素的黄曲霉。,花生上的黄曲霉,黄曲霉菌落,2微生物学发展史 史前期：约8000年前1676，制曲、酿酒等 初创期：16761861，形态描述阶段，列文虎克自制显微镜 奠基期：18611897，生理水平研究，巴斯德，科赫 发展期：18971953，生化水平研究，E.Bchner 成熟期：1953至今，分子生物学水平研究，J.Watson和F.Crick,时间：8000年前1676年 特点：个体(未见细菌) 思想方法：实践-实践-实践 代表人物：中国劳动人民,（1）史前期,时间：1676年1861年 特点：显微镜下见到 微生物形态描述200年左右
5、代表人物： 列文虎克 微生物学先驱者,（2）初创期,（3）奠基期,时间： 1861年1897年 特点： 建立了一套独特研究方法进入生理学领域的研究寻找病原菌 思想方法：实践-理论-实践 代表人物： (法)L.Pasteur-微生物学奠基人(德)R. Koch-细菌学奠基人,(法)L.Pasteur-微生物学奠基人,否定“生命自然发生学说” 巴氏灭菌法 “酒病”-“腐败病”-“蚕病”-“禽病”-“人病”,病因：微生物,(德)R. Koch-细菌学奠基人 荣获1905年诺贝尔医学与生理学奖,方法：菌种分离、培养、接种、染色 病原菌：炭疽杆菌、结核杆菌 柯赫假说,（4）发展期,时间：1897年195
6、3年 特点：进入生化水平的研究 形成综合性普通微生物学 代表人物：(德)E. Buchner,（5）成熟期,时间：1953年现在 特点：理论-深入到分子生物学实践-深入到生物工程水平,三、微生物的分类和命名三个概念 1.分类（classification）：解决从个别到一般或从具体到抽象的问题。 2.鉴定（identification）：与分类的概念相反。 3.命名（nomenclature）：为新发现的微生物确定一个新学名。,（1）通用的分类单元界（Kingdom）门（Phylum）纲（Class）目（Order）科（Family）属（Genus）种（Species）,大肠埃希氏菌在分类学中
7、的地位,例：,细菌界（Bacteria）朊细菌门（Protobacteria）发酵细菌纲（Zymobacteria）肠杆菌目（Enterobacteriales）埃希氏菌属（Escherichia）大肠埃希氏菌（E.coli） 系统手册2000年,界是最大的分类单位，往下依次递小 在越是大的分类单位中，生物彼此的共同特征越少，亲缘关系越远；在越是小的分类单位中，共同特征越多，亲缘关系越近。,微生物的常用分类系统,细菌：伯杰氏鉴定细菌学手册（第八、第九版）、细菌系统学手册（第一版） 放线菌：中国科学院微生物研究所编著的放线菌目分科、分属检索表 真菌：Smith、 Alexopoulos 、 Ai
8、nsworth的分类系统,补充两个知识点 1.种：微生物的种是一个基本分类单元，它是一大群表形特征高度相似、亲缘关系及其接近、与同属那的其他物种有着明显的差异的一大群菌株的总称。新种：指权威性的分类、鉴定手册中从未记载过得一种新分离并鉴定过的微生物。,2.界 两界系统：动物界和植物界 三界：菌物界、动物界和植物界 四界：原始生物界、菌界、植物界、动物界（由Copeland提出）,五界：Whittaker提出生物五界分类系统，后被Margulis修改为：原核生物界，原生生物界，真菌界，动物界和植物界 我国王大耜教授对生物分类提出六界：病毒界、原核生物界、真核原生生物界、真菌界、动物界和植物界,分
9、类依据：形态学特征、表型特征、生理特征、生态特征、血清反应、噬菌体反应等DNA中G+C%，DNA杂交，DNA-rRNA杂交，16S rRNA碱基序列分析等,（2）水处理中常见的微生物,微生物,病毒界：病毒，亚病毒,原核生物界,蓝藻门（植物）,细菌门,真细菌,放线菌,古菌,立克次氏体、衣原体、支原体,真菌界,酵母菌,霉菌,动物界,微型后生动物,微型原生动物,（3）微生物命名 通常以学名命名：常采用二名法 即：一个属名+一个种名（均为拉丁字） 注意：属名和种名都要用斜体表示 属名在前，第一个字母大写 种名在后，第一个字母小写,例子： 1.大肠埃希氏杆菌：Escherichia coli分类学文献中
10、，上述两部分还应加写3项内容，即首次定名人，现定名人和现名的定名年分如：Escherichia coli（Migula） Castellani et Chalmers 1919,大肠杆菌,2.枯草芽孢杆菌（枯草杆菌） Bacillus subtilis （Ehrenberg） Cohn 1872 3.浮游球衣菌 Spgaerotilus natans Kiitzing 4.甲烷杆菌属 Methanobacterium,枯草芽孢杆菌菌落,若该菌鉴定到属，没有鉴定到种，则只有属名，如：芽孢杆菌属的名称是Bacillus,芽胞杆菌的几种形态,有关命名的其他知识1.属名 2.种名加词,四、微生物的独特
11、研究方法 由于个体的微小性以及他们在自然状态下混杂生活，决定了其研究方法的独特性。 基本方法：无菌技术纯培养技术制片、染色及显微观察技术,五、微生物的特点,体积小 面积大 吸收多 转化快 生长旺 繁殖快 适应强 易变异 分布广 种类多,1.体积小，面积大 比面值：某一物体单位体积所占的表面积，物体的体积越小，其比表面积越大 如：1cm3豌豆，总表面积6cm2，1cm3球菌，总表面积6m2,个体小：微米、纳米 群体表面积大,1 扩大了吸收面、排泄面、信息交换面 2 是将微生物作为群体研究的依据 3 启发人们利用动、植物的微化,意义,面积/体积=比面值,600/1000,6/1,2.吸收多，转化快
12、 如：Eschericha coli大肠杆菌在1h内可分解其自重100010000倍的乳糖； Candidautilis（产朊假丝酵母）合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比牛强10万倍。,吸收速度是人的300万倍 E.coli每小时消耗自身重量2000倍的糖,意义1 为微生物生长提供了充足的物质基础2 使微生物发挥“活化工厂”的作用,3.生长旺，繁殖快 例：E. coli合适条件下，细胞分裂一次仅需12.520min，每昼夜可分裂72次，这时产生4722366500万亿个后代，总重约可达4722吨。,二均分裂,意义 1 发酵工业： 2 遗传学研究：缩短实验周期 3 致病菌：传布快，危害大鼠疫：
13、14世纪，欧洲1/4人口死亡马铃薯晚疫病：18451846年，欧洲100万人口饿死肝炎：80年代上海30万人口爱滋病：津巴布韦1/4人口感染,4.适应强，易变异适应极端环境如高温、高酸、高辐射等；变异频率低，但短时间能产生大量变异的后代。,人类(300万年)爬行类(2亿年)两栖动物(3亿年)鱼类、陆生动物(4亿年)后生动物(6亿年) 古细菌 蓝细菌 好氧性异养细菌 真核微生物 (35亿年) ( 32亿年) (20亿年) (15亿年),适应强 冷：-70-196C 热：300C 酸、碱、盐： 耐压：,合成者+分解者 双环生态系统,分解者 原始的单环生态系统,变异性,有利面生产实践中，获得优良特性
14、的变种 不利面菌株耐药性,1 发酵工业中，细粮改吃粗粮 2 筛选耐高温菌株 3 筛选弱毒菌株 4提高单位产量：1943年20U/ml，现在几万U/ml,警钟：滥用抗生素，眼前有好处，长远有副作用,40年代：注射10万单位/d 现在：注射100万单位/d,5.分布广，种类多 物种多样性 生理代谢类型的多样性 代谢产物的多样性 遗传基因的多样性 生态类型的多样性,种类多 生理代谢类型多 代谢产物种类多 微生物种数多,分布广 无微不至 无孔不入 无远不届 无物不食 无险不攀,1.2 水处理微生物学的研究对象和任务,一、研究对象 1.微生物学及环境微生物学的基础知识、理论、原理等； 2.多样性的微生物资源 3.有益微生物 4.可用于水处理的新微生物物种的发现、创造 5.病原微生物及其他不利环境的微生物,二、研究任务充分利用微生物控制、消除水体的有机污染物、营养盐类、重金属的污染，利用微生物进行水处理使水资源再生。,思考题 微生物的分类，命名，特点 P9： 3，4，6,
