环境工程微生物学第一章绪论

不同生物类型细胞大小的比较
第二节 微生物的特点
一、体积小，比表面积大 体积小，
微生物的比表面积
比表面积：个体的表面积与体积之比。 比表面积：个体的表面积与体积之比。 设球菌半径r=0.5µm 球菌表面积(S)＝4πｒ2＝3.1416µｍ2 球菌体积(V)＝4／3πｒ3＝0.236µｍ3 比表面=S/V＝3.1416/0.5236=6 设球菌半径ｒ＝2µｍ 球菌面积(S)＝50.3µｍ2 球菌体积(V)＝33.5µｍ3 比表面=S/V＝50.3/33.5＝1.5
环境工程微生物学
教学目标与主要内容
1、微生物的主要类群及生理、生态特性， 、微生物的主要类群及生理、生态特性， 2、微生物营养、生长繁殖、遗传变异、 、微生物营养、生长繁殖、遗传变异、 基因工程等 基因工程等， 3、微生物代谢以及污染物的微生物降解 、 与转化规律， 与转化规律 ， 污染控制与治理技术中所 涉及的微生物学原理， 涉及的微生物学原理， 4、水体、土壤、空气、污水和固体废物 、水体、土壤、空气、 生物处理中的微生物及其生态。 生物处理中的微生物及其生态。
图
Whittaker的五界系统示意图 的五界系统示意图
以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阶段， 以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阶段， 而以横向显示光合营养（ ）、吸收式营养 而以横向显示光合营养（photosynthesis）、吸收式营养（absorption）和摄食 ）、吸收式营养（ ） 式营养（ 式营养（ingestion）这三大进化方向。 ）这三大进化方向。
设定： 人的比表面积=
1 30万
则： (与人等重 与人等重) 与人等重 大肠杆菌比表面积= 大肠杆菌
第二节 微生物的特点
二、吸收多，转化快 吸收多，
人（50kg） ） 500~1000g/d
一、体积小，比表面积大 体积小，
地鼠（体重3g） 吸收多 地鼠（体重 ） 3g/d 大肠杆菌 细胞重量2000倍糖 倍糖/h 细胞重量 倍糖
青霉素生产菌的发酵水平 1940年 每毫升20单位 2000年 每毫升10万单位
第二节 微生物的特点
五、分布广，种类多 分布广，
ห้องสมุดไป่ตู้分布广
一、体积小，比表面积大 体积小， 吸收多， 二、吸收多，转化快 三、生长旺，繁殖速 生长旺， 适应性强， 四、适应性强，易变异
微生物在自然界的分布：无处不在， 微生物在自然界的分布：无处不在，无孔不入 土壤 空气 水域 生物体内外 高空 深海底 2000米深的地层 米深的地层 温泉
一、微生物的发现
列文虎克向英国皇家学会的信中 对细菌形态的描绘 A、C、F、Q： 杆 菌 、 、 、 ： E： ： H： ： 球菌 球菌的聚集体
第一节 微生物的基本概念
二、微生物的定义 细小的肉眼看不见的生物称微生物。 细小的肉眼看不见的生物称微生物。 微生物
一、微生物的发现
非细胞生物 微生物 原核生物 部分真核生物（真菌、藻类、原生动物） 部分真核生物（真菌、藻类、原生动物）
四、适应性强，易变异 适应性强，
易变异
青霉素的使用剂量： 青霉素的使用剂量： 1940年 10万元单位/次 1980年： 输液80万单位/次 2000年： 输液800万-1000万单位/次
一、体积小，比表面积大 体积小， 二、吸收多，转化快 吸收多， 三、生长旺，繁殖速 生长旺，
青霉素对金黄色葡 萄球菌最低抑制浓度 0.02µg/ml 200µg/ml
①古菌（Archae）域 古菌（ ） 包括产甲烷菌，极端嗜盐菌和嗜热嗜酸菌； 包括产甲烷菌，极端嗜盐菌和嗜热嗜酸菌； ②真细菌（Eubacteria）域 真细菌（ ） 包括蓝细菌和各种除古细菌以外的其他原核生物； 包括蓝细菌和各种除古细菌以外的其他原核生物； ③真核生物（Eucaryotes）域 真核生物（ ） 包括原生生物、真菌、动物和植物。 包括原生生物、真菌、动物和植物。
Woese三原界分类系统
微生物分类 Microbial taxonomy
分类主要是探索生物之间的亲缘关系， 分类主要是探索生物之间的亲缘关系，把它们 归纳为互相联系的不同类群。 归纳为互相联系的不同类群。 具体任务就是分类、鉴定和命名。 具体任务就是分类、鉴定和命名。 一、分类单位与命名 分类单位: 分类单位
命 名
命名按照《国际细菌命名法规》 采用林 命名按照《国际细菌命名法规》,采用林 奈氏双名法。 奈氏双名法。
首次定名人+现名定名人 属名 + 种名 +首次定名人 现名定名人 定名年份 首次定名人 现名定名人+定名年份
如大肠杆菌: 如大肠杆菌 Escherichia coli (Migula) Castellani & Chalmers 1919 属名:名词 大写首字母,一般描绘主要形 属名 名词,大写首字母 一般描绘主要形 名词 大写首字母 态或生理特征。 态或生理特征。 种名:形容词 小写,代表一个种次要特征 形容词,小写 代表一个种次要特征。 种名 形容词 小写 代表一个种次要特征。 未确定种名或不指特定的种时， 未确定种名或不指特定的种时，可在属 名后加sp.表示 表示。 名后加 表示。
三域系统
根据16SrRNA及18SrRNA核苷酸顺序的同源性测定，Woese等提出了 及 核苷酸顺序的同源性测定， 根据 核苷酸顺序的同源性测定 等提出了 三域学说（ 在生物进化过程的早期， 三域学说（Three Domains Theory) 在生物进化过程的早期，存在着一类 各生物的共同祖先，由它分三条进化路线，亦即形成了三个域： 各生物的共同祖先，由它分三条进化路线，亦即形成了三个域：
第二节 微生物的特点
五、分布广，种类多 分布广，
种类多
地球上的微生物： 估计有100万种以上 地球上的微生物： 估计有 万种以上 已发现的微生物： 约有10万种 已发现的微生物： 约有 万种 已开发利用的微生物： 已开发利用的微生物： 约1000种 种
一、体积小，比表面积大 体积小， 吸收多， 二、吸收多，转化快 三、生长旺，繁殖速 生长旺， 适应性强， 四、适应性强，易变异 微生物的微观性 研究手段的限制 分离培养的局限
一、体积小，比表面积大 体积小，
体积大小
单位： 单位：um(10-6 m)或nm(10-9m) 或
80 个 杆 菌 肩 并 肩
杆菌
2µm
0.5µm
=1
1500
杆菌
=1
第二节 微生物的特点
一、体积小，比表面积大 体积小，
微生物与其它生物种类的体积比较
病毒 细菌 动物的模式细胞 动物细胞核
动物、 动物、植物和微生物个体大小尺度范围
环境工程微生物学试题类型
一、名词解释 转化 二、填空 细菌基本形态： 细菌基本形态： ， ， 多项选择题（将正确答案填在括号内） 三、多项选择题（将正确答案填在括号内） （ ）五界系统不包括 A、原核生物界 B、真菌界 、 、 C、病毒界 、 D、原生生物界 、
。
判断题（ 表示正确， 表示错误， 四 、 判断题 （ 以 √ 表示正确 ， × 表示错误 ， 答案填在括号内） 答案填在括号内） （ ）1、微生物分类单位是界门纲目科 、 属种。 属种。 五、论述题 试述微生物五大特点及含义， 1、试述微生物五大特点及含义，结合专 业谈谈你对微生物特点的认识。 业谈谈你对微生物特点的认识。
第三节 微生物在生物界的地位
无细胞结构生物—病毒 无细胞结构生物 病毒 生物 具细胞结构生物 原核生物 真细菌 古细菌
真菌 藻类 真核生物 原生动物 动物 植物 古细菌
生物
真细菌 真核生物
真菌 藻类 原生动物 动物 植物
沃氏提出的三域（三原界） 沃氏提出的三域（三原界）分类系统 提出的三域
生物的界级分类学说
作业与考核（ 作业与考核（暂）
每章布置和收交作业， 每章布置和收交作业，作业成绩占本课 程总成绩的10%。 程总成绩的 。 期末考试前有一次60分钟的阶段测验(?) 60分钟的阶段测验(?)， 期末考试前有一次60分钟的阶段测验(?)， 期末考试时间为120分钟。 120分钟 期末考试时间为120分钟。 课程总成绩依据下列权重评定： 课程总成绩依据下列权重评定：平时成 30%；期末考试占70% 70%。 绩30%；期末考试占70%。
日增殖率 2.7×10^11 × 1.2×10^24 × 8.2×10^3 × 7.2×10^13 × 1.0×10^3 × 4.1×10^3 × 2.1 2.64 10.6 4.92
第二节 微生物的特点
四、适应性强，易变异 适应性强，
适应性强
一、体积小，比表面积大 体积小， 二、吸收多，转化快 吸收多， 三、生长旺，繁殖速 生长旺，
1、对营养物质的利用上的适应性。 、对营养物质的利用上的适应性。 2、对环境条件尤其是恶劣的“极端环境”的适应性。 、对环境条件尤其是恶劣的“极端环境”的适应性。
耐0～－196℃低温 耐250℃～300℃的高温 耐盐（饱和盐水） 耐干燥（产芽孢细菌、真菌孢子） 耐酸碱、耐缺氧、耐毒物、抗辐射
第二节 微生物的特点
五界系统
1969年Whittaker提出了五界学说，五界系统包括： 年 提出了五界学说， 提出了五界学说 五界系统包括： 动物界（ 动物界（Animalia）； ）； 植物界（ 植物界（Plantae）； ）； 原生生物界（ 原生生物界（Protista） 包括原生动物、单细胞藻 ） 包括原生动物、 粘菌等； 类、粘菌等； 真菌界（ 真菌界（Fungi） 包括真菌和酵母菌； ） 包括真菌和酵母菌； 原核生物界（ 原核生物界（Monera）包括细菌、蓝细菌等。 ）包括细菌、蓝细菌等。
随着人们对微生物认识的逐步深化，近一百多年来， 随着人们对微生物认识的逐步深化，近一百多年来， 从两界系统经历过三界系统、四界系统、 从两界系统经历过三界系统、四界系统、五界系统甚至 六界系统，最后又出现了三域系统。 六界系统，最后又出现了三域系统。
生物界级学说的发展（阴影部分为微生物） 图 生物界级学说的发展（阴影部分为微生物）
转化快
奶牛（ 蛋白质/24h 奶牛（500kg） 合成 ） 合成0.5kg蛋白质 蛋白质 微生物细胞 合成自身重量30-40倍的细胞物质 倍的细胞物质/24h 合成自身重量 倍的细胞物质
第二节 微生物的特点
三、生长旺，繁殖速 生长旺，
大肠杆菌在合适的生长条件下 在合适的生长条件下： 大肠杆菌在合适的生长条件下： 12.5~20分钟 繁殖 代 分钟 繁殖1代 分裂3代 个变成8个 每小时 分裂 代，由1个变成 个。 个变成 分裂72代 重约4722吨 经24小时 小时 分裂 代，重约 吨 经48小时 小时 可产生2.2×1043个后代。 个后代。 可产生 ×
第一章 绪 论
第一节 微生物的基本概念 第二节 微生物的特点 第三节 微生物在生物界的地位和分类 第四节 微生物学的发展史 第五节 环境及环境工程微生物学的研究内容
第一节 微生物的基本概念
一、微生物的发现
1676年，荷兰，列文虎克，单式显微镜（复制品） 年 荷兰，列文虎克，单式显微镜（复制品）
第一节 微生物的基本概念
一、体积小，比表面积大 体积小， 二、吸收多，转化快 吸收多，
微生物代时及每日增殖率
地球重的 4000倍 倍
微生物名称 乳酸菌 大肠杆菌 根瘤菌 枯草杆菌 光合细菌 酿酒酵母 念珠藻 硅藻 小球藻 草履虫
代时(分 代时 分) 温度 38 25 18 37 110 25 31 30 144 30 120 30 1380 25 1020 20 420 25 642 26
正常环境
极端环境
第二节 微生物的特点
五、分布广，种类多 分布广，
一、体积小，比表面积大 体积小， 吸收多， 二、吸收多，转化快 三、生长旺，繁殖速 生长旺， 适应性强， 四、适应性强，易变异
60年前，中国人乘飞机采集了160米到 年前，中国人乘飞机采集了 年前 米到 5300米的高空的气样并分析了其中的 米的高空的气样并分析了其中的 微生物发布状况。 微生物发布状况。
界,门,纲 , 目 , 科 , 属 , 种
种是最基本的分类单位,它是一大群表型 种是最基本的分类单位 它是一大群表型 特征高度相似，亲缘关系极其相近， 特征高度相似，亲缘关系极其相近，与 同属内其它种有着明显差异的菌株的总 称。 种以下又分亚种subsp.(变种 变种var.),型,类群 类群, 种以下又分亚种 变种 型 类群 菌株(品系 品系)。 菌株 品系 。 菌株(品系 品系)(strain): 表示任何由一个独立 菌株 品系 分离的单细胞繁殖成的纯种群体及其一 切后代。 切后代。