01第一章绪论污染控制微生物学

污染控制微生物学2第一章绪论3一、污染控制微生物学的研究对象和任务污染控制微生物学是环境污染治理与微生物学相结合而产生发展起来的一门边缘性学科，属于环境微生物学的研究范畴，重点是研究污染控制工程中涉及到的微生物学问题，是在普通微生物学的基础上，着重研究栖息在自然环境、受污染环境和人工处理系统中的微生物生态、环境的自净作用、环境污染及其生物处理工程中的微生物学原理。4微生物学(microbiology)是研究微生物及其生命活动规律的一门基础学科。研究的内容涉及到微生物的形态结构、分类鉴定、生理生化、生长繁殖、遗传变异、生态分布，微生物各类群之间、微生物与其他生物之间及微生物与环境之间的相互作用、相互影响的复杂关系等，目的是为了更好地认识、利用、控制和改造微生物，造福于人类。本学科就是要在学习微生物学原理的基础上，着重讨论与环境污染控制有关的微生物学问题。污染控制微生物学的研究对象和任务5微生物在自然界的重要作用整个自然界可以说是由无机物和有机物构成，或者说是由无机界和有机界组成的，二者之间并不是孤立的、杂乱无章地存在，而是有机的、按一定规律形成五彩缤纷的自然界。67阳光排泄吸收生产者植物光合微生物消费者草食动物肉食动物寄生动物杂食动物分解者微生物无机环境CO2、H2O、NH3、PO43-人类社会经济基础上层建筑货币QQQ8自然界中最大的生态系统就是生物圈，而物质是不生不灭，往复循环的，即从无机→有机→无机，实现这一循环的就是分解者—微生物对于大量人工合成的化合物，在短时间内微生物不能降解，经过生态系统的物质循环，会积累在不同的生物体内，特别是有毒有害、致畸致癌物质，经过生物放大作用，使生态系统中的生物在质和量两方面发生很大的变化，而最终威胁人类的健康9人和其他生物一样离不开水，人体的70%是水，若少于20%将无法进行氧化、还原、分解、合成等生命活动，绝水者活不过7昼夜。自然生态的每个环节都有水的存在，维持着整个生态系统的平衡与运动，在其流动过程中，将人们一味追求财富的过程中，排放的有毒有害、致畸致癌及其它废弃物输送到每一个角落，导致生态平衡的破坏，最终威胁人类的生存和发展。水就象生物圈的血液一样，水污染可以说是自然界的血液病。二、污染控制中的微生物作用10二、污染控制中的微生物作用除水污染之外，象大气污染、土壤污染、固体废物污染等等，最终都将通过水循环使污染物进入生态系统。因此，利用微生物强大的分解作用，并通过人工手段，才能真正经济、高效地清除环境污染。11在给水工程中的作用饮用水安全保障技术已成为重要的研究课题，其目的主要是从水质和水量评价给水水质的一个重要内容就是水的卫生细菌学标准。藻类大量滋生时会堵塞给水厂的滤池，并会使水中带有异味或增加水的色度、浊度等，因此，在给水工程中应尽可能除去这些微生物，以提供符合标准的生活饮用水和工业生产用水。利用工程菌形成固定化生物活性炭，来消除水中的微量有机物；利用微生物生产生物絮凝剂，取代无机和有机絮凝剂，以进一步提高饮用水水质。污染控制中的微生物学作用12在排水工程中的作用生物处理法的基本原理就是利用各种微生物的分解作用，对废水中的污染物进行降解和转化，使之矿化且使水中的重金属得以适当转化。由于生物处理法具有高效、经济等优点，因此被普遍采用。生物处理法主要包括活性污泥法、生物膜法(生物转盘、生物滤池、接触氧化)、自然处理法(氧化塘、氧化沟等)、厌氧消化法等等。在实际处理中，可以根据被处理的废水性质以及各种处理法的特点来选择较为适宜的组合或处理工艺。另外，在受污染水体的生物修复技术中，微生物起着极为重要的作用。污染控制中的微生物学作用13在土壤净化工程中的作用由于农业上不断增加化肥、农药的使用量，工业废水的农田排放、有毒有害固体废物的堆放与填埋所引起的有毒有害物质的泄漏等，造成了土壤环境质量的日益恶化。被污染的土壤通过对地表水和地下水形成二次污染和经土壤-植物系统由食物链进入人体，直接危及人体健康。因此，土壤污染治理技术研究与开发，已成为当前国内外环境保护领域的热点课程，如利用土壤微生物或筛选驯化的工程菌来进行污染土壤修复的生物修复技术研究就是其中之一。污染控制中的微生物学作用14在污染空气净化工程中的作用空气质量对人类健康有着直接的影响。空气中缺乏微生物可直接利用的营养物质，微生物不能独立地在空气中生长繁殖，它不是微生物生长繁殖的天然环境，所以，空气中没有固定的微生物种群。正因如此，利用微生物对污染空气进行净化并不普遍，但在可控条件下采用微生物处理法还是比较经济、高效的。例如，城市垃圾中转站的恶臭空气，可以通过向空气中喷洒有效菌群加以净化；在污泥消化过程中产生的含H2S的气体，也可以通过生物滤塔得以净化。污染控制中的微生物学作用15污染控制微生物学的研究大致有以下几方面的内容：自然环境以及污染环境中的微生物生态学污染控制中的微生物学原理以及微生物资源的开发与利用生物工程和一些微生物新技术在污染控制中的应用环境中有害微生物的去除以及病原微生物的快速检测技术特种废水的处理技术以及高效、经济、节能废水处理技术的开发与应用废水及固体废弃物生物处理过程中的减量化和资源化技术污染控制中的微生物学作用16三、微生物概述1.微生物的定义微生物(microorgnisms)一词并非生物分类学上的专用名词，而是指所有形体微小单细胞的，或个体结构较为简单的多细胞，甚至无细胞结构的，必须借助光学显微镜甚至电子显微镜才能观察到的低等生物的通称。因此，微生物类群十分复杂，其中包括不具备细胞结构的病毒，单细胞的细菌和蓝细菌，属于真菌的酵母菌和霉菌，单细胞藻类和原生动物、后生动物等。17微生物概述2.原核微生物与真核微生物原核微生物：凡是细胞核发育不完全，仅有一个核物质高度集中的核区(叫拟核结构)，不具核膜，核物质裸露，与细胞质没有明显的界限，没有分化的特异细胞器，只有膜体系的不规则泡沫结构，不进行有丝分裂的细胞称为原核细胞，由原核细胞构成的微生物称为原核微生物。真核微生物：凡是具有发育完好的细胞核，有核膜(使细胞核与细胞质具有明显的界限)，有高度分化的特异细胞器(如线粒体、叶绿体、高尔基体等)，进行有丝分裂的细胞称为真核细胞，由真核细胞构成的微生物称真核微生物。真核细胞与原核细胞的主要区别19微生物概述3.微生物的分类地位污染控制微生物学在生物分类中的地位20微生物概述4.微生物的分类单位、命名和分类依据分类学(Taxonomy)是将有机体进行分类或系统地编排成类群(groups)，即所谓的分类单位(taxa)。分类学可以分成以下三个部分。分类(classification)，将各单位(units)有规则地编排列入较大单位的类群中去；命名法(nomenclature)，对由分类所划分了的(测知特征的)并进行过描述的单位给予名称；21微生物概述微生物的分类单位、命名和分类依据鉴定(identification)，运用上述分类和命名法所规定了的标准，按“未知的”和“已知的”单位相互比较来鉴定微生物。鉴定一个“新”分离的微生物，需要充分确定其特征，进行特征描述，并与已知的微生物特征相比较。当然，分类学的这三个部分并非彼此独立，在很大程度上是相互依赖的。22微生物概述微生物的分类单位、命名和分类依据微生物的分类单位界………真核原生生物界(Protistae)门……………原生动物门(Protozoa)纲…………………纤毛纲(Ciliata)目……………………缘毛目(Peritrichida)科………………钟形科(Vornicellidae)属…………钟虫属(Vorticella)种……小口钟虫(Vorticellamicrostoma)23微生物概述微生物的分类单位、命名和分类依据微生物的命名采用国际统一的命名法则，即林耐所创立的“双名法”(binomial)。它是由两个部分组成的命名方法，即一个物种的名字，是由它所属的属名后面加上种名形容词(specificepithet)所组成的。24微生物概述微生物的命名因此，每一种微生物的学名都依据属和种而命名，由两组拉丁字或希腊字或者拉丁化的其他文字组成。属名在前，规定用拉丁字名词表示，字首字母要大写，由微生物的构造、形状或由科学家名字而来，用以描述微生物的主要特征；种名在后，常用拉丁字形容词表示，字首字母小写，为微生物的色素、形状、来源、病名或科学家的姓名等，用以描述微生物的次要特征。即：属名+种名(+命名者等)。25微生物概述下面举例说明金黄色葡萄球菌(Stapylococcusaures)巴斯德酵母(Saccharomycespastori)破伤风梭菌(Clostridiumtetani)另外，大家熟知的学名，其属名可以缩写，如E.coli,但属名第一个字母应用记号，即用实心圆点。再有，当泛指某一属微生物时，可以在属名后面写上sp.或spp.，例如，Pseudomonassp.表明是假单胞菌属的某一种细菌，具体种名不知。26微生物概述微生物的分类单位、命名和分类依据微生物的分类依据微生物分类是在对大量微生物进行观察、分析和描述的基础上，以它们的形态、结构、生理生化反应和遗传性等特征的异同为依据，并根据生物进化的规律和应用的方便，将微生物分门别类地排列成一个系统。微生物的分类依据很多，主要有形态特征，包括个体形态、群体形态(即培养特征)，生理生化反应，生态特征，血清学反应，细胞成分，红外吸收光谱，GC含量(G代表鸟嘌呤，C代表胞嘧啶)，DNA杂交，DNA-rRNA杂交，16SRNA碱基顺序分析等等。在实际工作中，可以根据需要来选择各种分类依据，以达到区分和鉴定微生物的目的。27微生物概述：微生物的特点1.个体微小，分布广泛微生物的大小用微米(μm)甚至纳米(nm)来表示，从零点几微米到几百微米不等，而病毒的大小不能用普通光学显微镜观测，因为它无法分辨小于0.2μm的物体。尽管微生物之间大小差异显著，但都需要借助显微镜才能观察到。由于微生物个体微小而且轻，故可通过风和水的散播而广泛分布。江、河、湖、海、高山、陆地、人体等，甚至在寒冷的北极冰层中也发现有微生物存在。282929从永冻冰层分离微生物3030南极Vostok湖冰芯样品中的微生物31假单胞菌32微生物概述：微生物的特点2.种类繁多，代谢旺盛已发现的微生物有十几万种，而且不同种类的微生物具有不同的代谢方式，能用各种各样的有机物和无机物作为营养物质，使之分解和转化，同时，又能将无机物合成复杂的有机物。由于微生物的个体微小，与高等生物相比，具有极大的表面积和体积之比，所以，能够迅速和周围环境进行物质交换(营养物质的吸收与废弃物的排泄)，代谢十分旺盛。由于微生物的个体微小，与高等生物相比，具有极大的表面积和体积之比，所以，能够迅速和周围环境进行物质交换(营养物质的吸收与废弃物的排泄)，代谢十分旺盛。333.繁殖快速，易于培养微生物在最适宜的条件下具有高速度繁殖的特性。尤其是细菌，其细胞一分为二，即裂殖，繁殖速度非常惊人。大多数微生物都能在常温常压下，利用简单的营养物质生长繁殖，这就使我们容易培养微生物，特别是获得纯种微生物，有利于微生物的研究和利用。微生物概述：微生物的特点344.容易变异，利于应用微生物繁殖后，其子代与亲代在形态、生理等性状上常有差异，这些差异又能稳定地遗传下去，这一特性为变异。由于绝大多数微生物结构简单，多为单细胞且无性繁殖，与环境直接接触，易受外界环境影响，因而容易发生变异或菌种退化，有可能变异为优良菌种，这也是微生物能广泛适应各种环境的一个有利因素，同时也为利用遗传变异手段筛选优良菌种提供了有利条件。除上述特点外，细胞型微生物还具有其他一些特点：以细胞为结构单位，并随时间的增加而生长；细胞的构成物质大致相同；细胞内的化学反应大致相同，适应能力较强。微生物概述：微生物的特点35微生物学的发展简史微生物学的真正发展大致经过三个阶段：形态学、生理学和分子生物学微生物的形态学发展阶段微生物的生理学发展阶段微生物的分子生物学阶段36361664年，微生物学的先驱列文虎克