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环境工程微生物学学时：36h（任选）主讲教师：宋佳秀1、课程的性质和学习方法性质：为交叉学科，为环境工程等的专业基础课，即有理论也有实际应用。方法：以理解为主，熟悉基本概念、基本理论问题。2、教学参考书:1.《微生物学》沈萍等高等教育出版社2.《生物化学》王希成等清华大学出版社3、考试形式闭卷考试，第18周4、成绩计算:1.出勤、作业（15％）2.课堂表现（其中提问等情况—加分、纪律—减分）（15％）3.试卷（70％）纪律要求保持课堂安静关闭手机等通讯设备不允许出现与本课程无关的书籍、资料联系我邮箱：songjiaxiu@shnu.edu.cn电话：13764899237§1.1环境工程与微生物§1.2环境工程微生物学的研究对象与任务§1.3微生物的概述绪论一微生物与我们微生物无处不在，我们无时不生活在“微生物的海洋”中。细菌数亿/g土壤，土壤中的细菌总重量估计为：10034×1012吨；每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细菌，重感冒患者为8500万；人体体表及体内存在大量的微生物。§1.1环境工程与微生物微生物是自然界物质循环的关键环节；(一)微生物是人类的朋友二环境工程面临的问题各种新兴工业生产的飞速发展，产生各种工业废水，引起三大公害——废水、废气、废渣；世界环境质量急剧恶化，公害问题相继出现，环境保护意识深入人心；“可持续发展”思想为各国接收和重视；我们需要利用先进的科学技术治理好各种污染物，使其达到排放标准，提高生活质量。三微生物在环境中的作用举足轻重微生物在保持生态平衡方面，与其他生物一样，有着举足轻重的作用；微生物易变异，数量大，可适应新污染物，其丰富的多样性使得它有别于其他生物，在环境中的作用独树一帜；现代生物工程的发展，大大的拓展了微生物在污水处理中的应用。微生物可生活在极端环境，这对污染治理具有重要意义；…………我国8000年前就开始出现了曲蘖酿酒；4000年前埃及人已学会烘制面包和酿制果酒；2500年前发明酿酱、醋，用曲治消化道疾病；公元六世纪(北魏时期)贾思勰的巨著“齐民要术”；公元前112年-212年间，华佗：“割腐肉以防传染”；公元九世纪痘浆法、痘衣法预防天花；16世纪，古罗巴医生G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不见的生物(livingcreatures)引起的；1641年，明末医生吴又可也提出“戾气”学说；四、微生物的发现和微生物学的建立与发展（一）微生物的发现1664年，英国人虎克（RobertHooke）曾用原始的显微镜对生长在皮革表面及蔷薇枯叶上的霉菌进行观察。1676年，微生物学的先驱荷兰人列文虎克（Antonyvanleeuwenhoek）首次观察到了细菌。他没有上过大学，是一个只会荷兰语的小商人，但却在1680年被选为英国皇家学会的会员。（二）微生物学的奠基法国人巴斯德（LouisPasteur）（1822～1895）德国人柯赫（RobertKoch）（1843～1910）1.巴斯德(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；化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗“酒病”和“蚕病”著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物，是它们引起有机质的腐败。(3)免疫学——预防接种首次制成狂犬疫苗(4)其他贡献巴斯德消毒法：60～65℃作短时间加热处理，杀死有害微生物。2.柯赫a）细菌纯培养方法的建立土豆切面→营养明胶→营养琼脂（平皿）（1）微生物学基本操作技术方面的贡献b）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养c）流动蒸汽灭菌d）染色观察和显微摄影（2）对病原细菌的研究作出了突出的贡献a）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌b）发现了肺结核病的病原菌；（1905年获诺贝尔奖）（三）微生物学发展过程中的重大事件1890VonBehring制备抗毒素治疗白喉和破伤风；1892Ivanovsky提供烟草花叶病毒是由病毒引起的证据；1928Griffith发现细菌转化；1929Fleming发现青霉素；1944Avery等证实转化过程中DNA是遗传信息的载体；1953Watson和Crick提出DNA双螺旋结构；1970～1972Arber、Smith和Nathans发现并提纯了DNA限制性内切酶；1983～1984Mullis建立PCR技术。五、20世纪的微生物学§1.2环境工程微生物学的研究对象与任务一、研究对象•讲述微生物的形态、细胞的结构及其功能，微生物的营养、呼吸、物质代谢、生长、繁殖、遗传与变异等的基础知识；•讲述栖息在水体、土壤、空气、城市生活污水、工业废水和城市有机固体废弃物生物处理，以及废弃生物处理中的微生物及其生态；•自然环境物质循环与转化；•水体和土壤的自净作用，污染水体治理、污染土壤治理与修复等环境工程净化的原理。充分利用有益微生物资源为人类造福，防止、控制、消除微生物的有害活动，化害为利。二、研究任务§1.3微生物的概述微生物的概念微生物的概念——肉眼看不见的、具有生长繁殖、遗传变异能力和新陈代谢功能的一类个体微小、必须借助于显微镜才能观察到的生物。按细胞结构的有无——非细胞结构微生物、细胞结构微生物按细胞核膜、细胞器及有丝分裂等的有无——原核微生物、真核微生物微生物的简单划分：一、微生物的分类和命名微生物分类学是一门按微生物间的亲缘关系将它们划分成条理清楚的各种分类单元或分类群的科学。（一）微生物的分类根据各类微生物的属性及它们的亲缘关系将微生物进行分类：微生物的的分类单位从大到小依次为界(Kindom)、门(Phyllum)、纲(Class)、目(Order)、科(Family)、属(Genus)、种(Species).微生物的分类单位：种是最基本的分类单位，每一分类单位之后可有亚门、亚纲、亚目、亚科.....例：酿酒酵母分类地位真菌界Fungi真菌门Eumycophyta子囊菌纲Ascomycetes原子囊亚纲Protoascomycetes内孢霉目Endomycetales内孢霉科Endomycetaceae酵母亚科Sacchromycetoideae酵母属Sacchromyces酿酒酵母S.cerevisiaeHansen例：东北虎动物界脊椎动物门脊索动物亚门哺乳纲原子囊亚纲食肉目猫科豹属虎种微生物分类学的主要任务分类(classification)即根据相似性或亲缘关系,将一个有机体放在一个单元中命名(nomenclature)鉴定(identification)确定一个新的分类物是否归属于已经命名的分类单元的过程分类系统目前有三个比较全面的分类系统：《细菌和放线菌鉴定》（前苏联，1949）；《细菌分类学》（法国，1961）；《伯杰氏鉴定细菌学手册》（美国，至今已出至第9版）（一）Bergey氏分类系统纲要1.《伯杰氏手册》简介建立一个于与动、植物同等位置的原核生物界（Procaryotae），把许多具有细胞形态，但核结构不完整，细胞结构也与真核生物的细胞不相同的低等有机体都归属于这一界。《伯杰氏鉴定细菌学手册》1923年第一版1948年第六版1925年第二版1957年第七版1930年第三版1974年第八版1934年第四版1994年第九版1939年第五版微生物的分类方法：包括传统的分类方法和现代的微生物分类方法。传统的微生物分类方法：1.形态特征，包括个体特征和群体特征。2.生理和生化特征，包括营养来源、代谢产物和与温度和氧气的关系。3.血清学反应4.生态特征5.生活史6.对噬菌体的敏感性1.核酸分析；2.DNA杂交试验；3.细胞壁成分分析；4.红外光谱。现代微生物分类方法：目前流行的分类系统——魏泰克提出的五界分类系统五界系统包括：动物界、植物界、真菌界（包括酵母菌、霉菌和担子菌等）、原生生物界（包括原生动物、单细胞藻类、粘细菌等）和原核生物界（包括细菌、放线菌和蓝细菌等）。纵向显示从原核生物到真核单细胞生物再到真核多细胞生物的三大进化过程。横向显示：吸收式营养、光合营养和摄取式营养三大进化方向。三原界1980—1990年,沃尔斯(Woese)等利用分子遗传学方法,并深入到基因组层次,提出了三原界,他们认为生物进化的早期，各类生物都是由一类共同的祖先沿三条进化路线发展，形成了三个原界：古菌域（古细菌原界）：仅有古细菌界,包括产甲烷细菌,极端嗜热细菌和极端嗜盐细菌;细菌域（真细菌原界）：仅有真细菌界,包括细菌和蓝藻;真核生物域（真核生物原界）：包括原生生物界,真菌界,植物界和动物界.我国王大耜教授提出的——六界分类系统生物非细胞结构——病毒界具细胞结构原核细胞生物——原核生物界真核细胞生物真核原生生物界真菌界动物界植物界（二）环境工程中的微生物生物非细胞结构——病毒界具细胞结构原核细胞生物——原核生物界真核细胞生物真核原生生物界真菌界动物界植物界蓝藻门﹡细菌门真细菌纲﹡粘细菌纲﹡立克次氏体纲螺旋体纲支原体纲原生动物﹡真核藻类﹡酵母菌﹡霉菌﹡微型后生动物﹡高低等动物（三）微生物的命名名称为两类：地区性的俗名(commonname)大众化，简明，不确切，易重复学名(scientificname):国际通用拉丁词；斜体；手写时下加下划线命名的方法：国际法规命名，即林奈所创立的双名法，命名微生物的一个种。双名法的规则：微生物的学名依属和种而命名，由两个拉丁字或希腊字或拉丁化了的其它文字组成，属名在前，为名词，开头字母大写，是该微生物的主要特征。种名在后，为形容词。例：灰色链霉菌Streptomycesgriseus粗糙链孢霉：Neurosporacrassa学名=属名+种名+（首次定名人）+现定名人+定名年分。一个微生物种的学名通常由一个属名加一个种名构成，有的缀有命名人的名或姓。必需，用斜体可省略，用正体例：•SaccharomycescerevisiaeHansen是啤酒酵母(bearyeast)的一种，酵母将糖转化为乙醇，酵母又是真菌，所以用表示糖的拉丁字“Saccharo”，和表示真菌的希腊字“myces”组合成它的属名，“cerevisiae”来源于拉丁文的酿酒人的意思，作为其种名；SaccharomycescerevisiaeHansen中的Hansen是命名人的姓;Saccharomycescarsbergensis中的种名carsbergensis用地名表示，因为该种是在丹麦的卡尔斯伯啤酒厂分离到的。•大肠埃希氏杆菌——EscherichiacoliCastellaniandChalmers•金黄色葡萄球菌——StaphylococcusaureusRosenbach1884，为了简便起见，有时可将属名用首位1~3个字母缩写并加一个句号表示。例：Escherichiacoli可写成E.或Esc.，即Esc.coli=Escherichiacoli当泛指某一微生物属微生物，而不特指某一具体种（或没有种名）时，可在属名后面加sp.(species的单数)或ssp.(species的复数)。例：Clostridiumsp.表示梭菌属的一个种。二、病毒、类病毒和朊病毒1.病毒是一类个体微小，无完整细胞结构，含单一核酸（DNA或RNA）型，必须在活细内寄生并复制的非细胞型微生物。2.类病毒是目前已知最小的可传染的致病因子，比普通病毒简单。类病毒是无蛋白质外壳保护的游离的共价闭合环状单链RNA分子。3.朊病毒还有一类生物与一般病毒不一样，它只有蛋白质而无核酸，但却既有感染性，又有遗传性，并且具有和一切已知传统病原体不同的异常特性。三、原核微生物与真核微生物由于生物科学的不断深入和手段的不断改善，尤其是电子显微镜的应用和细胞超微结构的研究，发现细胞生物的细胞核存在着两种类型，称之为真核与原核。凡是有细胞形态的微生物称为细胞型微生物，按其细胞结构又可分为原核微生物与真核微生物。原核与真核的概念•原核：原核生物细胞有明显的核区，核区内只有一条双螺旋结构的脱氧核糖核酸（DNA）构成的染色