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环境工程微生物环境工程微生物学：研究与环境领域（包括环境工程、给水排水工程）有关的微生物及其生命活动规律的科学。环境工程微生物研究的主要内容：（1）微生物个体形态、群体形态；（2）微生物的细胞结构功能、生理特性、生长繁殖、遗传、变异等；（3）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；（4）微生物对物质的转化分解作用，特别是应用微生物来处理各种污染物质，如废水、废气和固体废弃物。环境工程微生物学的研究任务：１）防止或消除有害微生物；２）充分利用有益的微生物资源微生物的定义：微生物是指所有形体微小，用肉眼无法看到，须借助于显微镜才能看见的，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。微生物的特点：1、体积小，比表面积大；2、吸收多，转化快，结构简单；3、生长旺，繁殖速，胃口大，食谱广；4、适应性强，易变异；5、分布广，种类多微生物发展的四个时期:1.初创时期（形态学发展时期）（17世纪下半叶——十九世纪中叶）（使用显微镜观察微生物世界的时期)特点：显微镜下见到微生物形态描述，代表人物：罗伯特虎克和列文·虎克列文虎克的贡献:（１）发现了微生物世界；（２）科学地描述了微生物的形态并阐述了它们的繁茂性（3）发明了显微镜2.奠基时期（生理学发展时期）十九世纪下叶特点：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，代表人物：巴斯德巴斯德的贡献：(1)发现并证实发酵是由微生物引起的；(2)彻底否定了“自然发生”学说；(3)免疫学——预防接种（首次制成狂犬疫苗）（4）巴斯德消毒法：60～65℃作短时间加热处理，杀死有害微生物。科赫的主要贡献：建立了疾病细菌说；首创了细菌染色法；首创了细菌的纯培养——固体培养基；提出了著名的科赫法则。3.发展时期（生物化学水平）始于二十世纪初4.成熟时期（分子水平）始于二十世纪五十年代特点：理论--深入到分子生物学；实践--深入到生物工程水平六界系统：非细胞形态－－病毒界，原核生物界，真核原生生物界，真菌界，动物界，植物界微生物的分类单位：七个等级：界，门，纲，目，科，属，种（依次递小）微生物的命名（双名法）：生物的学名都是用拉丁文书写，属名用名词，第一个字母大写，种名用形容词，第一个字母小写。（如用电脑打印或印刷，应该用斜体表示）病毒的特点：①无细胞结构，大多数由蛋白质和核酸组成，有的含有类脂质、多糖等，仅含有一种类型的核酸——DNA或RNA,至今尚未发现二者兼有的病毒;②没有合成细胞物质和繁殖所必备的酶系统，不具独立的代谢能力;③严格的活细胞内寄生,没有自身的核糖体,不能生长也不进行二均分裂,必须依赖宿主细胞进行自身的核酸复制,形成子代;④个体极小,能通过细菌滤器,在电子显微镜下才可看见，形态多样;⑤对抗生素及磺胺药物不敏感,----据以上特点,可以将病毒定义为：病毒是没有细胞结构、专性活细胞内寄生的大分子微生物。病毒的类型：根据病毒不同的专性宿主，可将病毒分为动物病毒（脊椎动物病毒和无脊椎动物病毒）、植物病毒和微生物病毒；按核酸分类：DNA病毒（单链DNA病毒，如细小病毒；双链DNA病毒，如除细小病毒这之外的DNA病毒）；RNA病毒（单链RNA病毒，如除呼肠孤病毒组外的RNA病毒；双链RNA病毒，如呼肠孤病毒组）病毒的一般形态：杆状，球状，蝌蚪状(复合状)动物病毒的形态有球形，卵圆形，砖形等；植物病毒的形态有杆状，丝状和球状；噬菌体的形态有蝌蚪状和丝状。病毒的化学组成：基本化学组成是核酸和蛋白质，个体大的病毒除核酸和蛋白质外,还含有脂类和多糖(常以糖脂、糖蛋白方式存在)。1.核酸：一种病毒的毒粒只含有一种核酸：DNA或是RNA；有单链DNA（ssDNA）；双链DNA（dsDNA）；单链RNA（ssRNA）；双链RNA（dsRNA）；其功能：决定病毒遗传、变异和对敏感宿主细胞的感染力2.蛋白质：有非结构蛋白和结构蛋白（壳体蛋白；包膜蛋白；存在于毒粒中的酶)。其功能：构成病毒壳体,使病毒有一定大小形态,维持病毒结构；壳体具保护作用,使核酸免受酶或其它理化因子的影响；参与病毒感染过程,决定宿主范围,表现为吸附作用；蛋白质也决定病毒的抗原性；蛋白质是发生毒性反应的主要成分,对机体或细胞有毒性作用；构成了病毒组成中的酶。3.脂质：磷脂、脂肪酸、甘油三酸脂和胆固醇等,但主要以磷脂形式存在。其功能：构成病毒包膜的骨架；与宿主特异性有关。病毒是非细胞生物,故单个病毒个体不能称作“单细胞”,一般称为病毒粒子(即病毒体)。病毒粒子有时也称病毒颗粒(virusparticle)：是指成熟的、结构完整有侵染力的单个病毒。病毒复制过程：吸附、侵入、脱壳、复制、装配以及释放5个连续步骤。脱壳是病毒侵入的必要条件，所谓的脱壳就是病毒的包膜和/或壳体除去而释放出病毒核酸的过程。脱壳是病毒基因组进行功能表达所必需的感染事件侵入：噬菌体通过水解破坏细胞壁，DNA进入。病毒侵入的方式决定于寄主细胞的性质。复制(病毒大分子的合成)：细菌自身的DNA被破坏，病毒借助于细菌的合成机构，为自己工作，即复制噬菌体的DNA和其他结构新合成的毒粒结构组分组装成完整的病毒颗粒，称做病毒的装配，亦称成熟（maturation）或形态发生典型的病毒粒子的形态螺旋对称壳体二十面体对称壳体复合对称结构细菌微生物的种类具有细胞结构的微生物没有细胞结构的微生物：病毒原核生物：（由原核细胞构成的）真核微生物（由真核细胞构成的）真菌显微藻类原生动物放线菌细菌微生物的种类具有细胞结构的微生物没有细胞结构的微生物：病毒原核生物：（由原核细胞构成的）真核微生物（由真核细胞构成的）真菌显微藻类原生动物放线菌微生物的种类具有细胞结构的微生物没有细胞结构的微生物：病毒原核生物：（由原核细胞构成的）真核微生物（由真核细胞构成的）真菌显微藻类原生动物放线菌细菌细胞的结构：一般构造：胞壁细，细胞膜，细胞质，间体，核区，内含物，核糖体特殊构造：鞭毛，菌毛，芽孢，微荚膜，荚膜，粘液层（糖被）革兰氏染色：（1）制片，（2）初染（结晶紫30S），（3）媒染剂（碘液30S），（4）脱色（95%乙醇10~20S），（5）复染（蕃红30~60S）结果判断：菌体呈紫色的为革兰氏阳性菌（G+），菌体呈红色的为革兰氏阴性菌（G-）为什么通过革兰氏染色G+呈紫色，G-呈红色：1.细菌等电点有关：2～3＝pH(G+)＜pH(G－)=4～5，G+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2.与细菌细胞壁的结构有关脱色剂----95%乙醇为脂溶剂破坏G-的外膜、肽聚糖层和细胞质膜，于是被乙醇溶解的结晶紫和碘的复合物从细胞中渗漏出来，当再用藩红复染时，显现红色。但在G+细胞中，乙醇使厚的肽聚糖层脱水，导致孔隙变小，由于结晶紫和碘的复合物分子较大，不能通过细胞壁，保持紫色。细菌细胞壁功能：保护细胞免受外力的损伤，保护原生质体免受渗透压引起的破裂作用；维持细菌的形态；为正常细胞分裂所必需；细胞壁为多孔结构的分子筛，可以阻挡某些分子的进入；细胞壁为鞭毛提供支点，使鞭毛运动；与细菌的抗原性、致病性（如内毒素）和对噬菌体的敏感性密切相关。细胞膜的生理功能：是维持细胞内正常渗透压的屏障；选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送；含有合成细胞壁和形成横膈膜组分的酶，合成细胞壁重要基地；膜内陷形成中间体，含有细胞色素，参与呼吸作用：膜上含有进行能量代谢的酶系，在细胞质膜上进行物质代谢和能量代谢，是细胞的产能场所；细胞质膜上有鞭毛基粒，是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位有些细菌在细胞壁外面存在被外多糖。如果具有较好结构也不易洗掉，称为荚膜；如果薄并且容易消失称为粘液层。成分：一般为多糖，少数是蛋白质或多肽，也有多糖与多肽复合型。化学组成：含水率在90～98％，其他有机组分为多糖或多肽。荚膜的功能：具有荚膜的S-型肺炎链球菌毒力强，有助于侵入人体；具有保护功能。免受噬菌体的吞噬；免受干燥影响；当缺乏营养时，可作为碳源和能源，有的可作氮源；堆积某些代谢废物；具有生物吸附作用，在污水生物处理中可将水中的有机物吸附到菌体上。有些细菌由于遗传特性，细菌按一定的方式互相粘结在一起，并被一个公共的荚膜包围形成一定形状的细菌集团，称作菌胶团。形状有：蘑菇形、分支状、球形等。在污水处理中也有一定的生物吸附功能。某些细菌在其生长发育后期或遇到不良环境时，在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体，称为芽孢，偶译“内生孢子”。所有的芽孢都可以抵挡外界不良环境。它是抵挡外界不良环境的休眠体。芽孢特点：含水率低，38～40％（细菌平均含水率在70～90％。）；芽孢壁厚而致密，分为三层，外层为蛋白质性质，中层为皮层，由肽聚糖构成，内层为孢子壁，肽聚糖构成；芽孢萌发时，孢子壁形成细胞壁；含有耐热性的2，6—吡啶二羧酸（芽孢变成细胞时，2，6—吡啶二羧酸消失）；含有耐热性的酶。菌毛的功能：使菌体附着于寄主细胞表面菌落：细菌在固体培养基上生长发育，形成以母细胞为中心的一团肉眼可见的，有一定形态，构造等特征的子细胞的集团，称之为菌落。没有鞭毛不运动的细菌，特别是球菌，常形成较小、较厚、边缘较整齐的菌落；有鞭毛的细菌则较大而扁平，边缘波状、锯齿状等；有荚膜的细菌菌落较大并且表面光滑，而没有荚膜的则表面较粗糙；具有芽孢的细菌菌落表面常有褶皱并且不透明。细菌菌落具有一些共同的特征：小、湿润、粘稠、与基质结合松散，易被剥离，质地均匀，各部位颜色一致。细菌的培养特征：细菌在液体培养基中的存在形式随密度不同；在液体培养基表面形成膜（轻）或成絮状使培养液混浊；产生絮状沉淀（粘重，如菌胶团、活性污泥）。细菌的理化性质：细菌表面带负电荷，由细菌表面的蛋白质（两性电解质）的等电点和外界的pH值所决定（等电点在pH为2－5；革兰氏阳性菌的为2－3；革兰氏阴性菌为4－5；pH为3－4之间的为革兰氏染色不稳定性菌）细菌的繁殖方式：细胞主要进行无性繁殖，主要为裂殖，椰油芽殖和孢子生殖。很少细菌也有“性”接合。古细菌的特点：①古细菌的形态细胞很薄，扁平。有精确的方角和垂直的边构成直角几何形态的细胞。②古细菌的细胞结构大多数古菌的细胞壁不含有二氨基庚二酸和胞壁酸。组合多为脂蛋白，蛋白质为酸性的，脂类是非皂化性甘油二醚的磷脂和糖脂的衍生物。有内含子。③古细菌的代谢代谢有多样性。在代谢过程中有特殊的辅酶，如绝对厌氧的产甲烷菌有辅酶M、F420、F430等。④古细菌的呼吸类型多为严格厌氧、兼性厌氧，少数为好氧。⑤古细菌的繁殖以细胞分裂的方式繁殖，但繁殖速度较慢，进化速度也慢。⑥古细菌的生活习性大多数生活在极端环境。如：高盐分、极热、极酸和绝对厌氧的环境中。它有特殊的代谢途径。古菌的分类：产甲烷菌，古生硫酸盐还原菌，极端嗜盐菌，无细胞壁古生菌，极端嗜热硫代谢菌放线菌：是一种由厌氧放线菌引起的慢性化脓性肉芽肿性疾患。其特征：丝状分枝、多核、单细胞（细胞核之间没有分隔）。菌丝分类：基内菌丝、气生菌丝、孢子丝真核微生物一般特征：细胞核发育完全，具有核仁、核膜；能进行有丝分裂；细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等细胞器；原生动物的一般特征：形态特征：①单细胞，没有细胞壁、大多无色透明；②器官分化（运动、感觉、消化、捕食等等）；生命特征和生理功能：具有摄食、营养、呼吸、排泄、生长、繁殖、运动及应激性。原生动物营养类型：①纯动物性(大部分)：“吞食”活细菌、真菌、藻类或有机颗粒②植物+动物性(极少数）：腐生性、寄生性原生动物繁殖：条件适宜，营养充足时通常无性繁殖————二分裂(横分裂和纵分裂)、出芽生殖、孢子当环境条件差时出现有性生殖————同配生殖、结合生殖真菌繁殖方式：无性和有性孢子的形式进行繁殖霉菌：是丝状真菌的一个俗称，在营养基质上形成绒毛状、蜘蛛网状或絮状菌丝体的真菌。霉菌喜温湿，陆生性强，有大型子实体，易引起工农业产品变的真菌。霉菌根据菌丝的分布和功能分：1.营养菌丝体——密布在固体营养基质内部(伸入培养基内或匍匐蔓生在培养基表面)