1、水处理微生物学基础全册配套水处理微生物学基础全册配套 最完整精品课件最完整精品课件1 绪论-微生物学基础 一、微生物定义 一切肉眼看不到必须在显微镜下才能看见的微一切肉眼看不到必须在显微镜下才能看见的微 小生物的总称。它们是一些个体微小，构造简小生物的总称。它们是一些个体微小，构造简 单的低等生物。单的低等生物。 一般来说，直径一般来说，直径1mm的生物都是微生物，属的生物都是微生物，属 于微生物学研究的范畴。于微生物学研究的范畴。 1.形体微小形体微小 1.1肉眼观察不到，借助工具：肉眼观察不到，借助工具：光学显微镜、电子显微镜光学显微镜、电子显微镜 1.2测量单位：微米测量单位：微米 纳米
2、纳米 2.结构简单结构简单 2.1无细胞结构无细胞结构 2.2具原核具原核 2.3真核单细胞，或简单多细胞真核单细胞，或简单多细胞 3.进化地位低进化地位低 微生物大小微生物大小 二、微生物种类 非细胞形态的微生物： 病毒（植物病毒、动物病毒、细菌病毒等）、类病毒、病毒（植物病毒、动物病毒、细菌病毒等）、类病毒、 拟病毒等拟病毒等 细胞形态的微生物 原核微生物 细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、衣原体、立克次氏体细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、衣原体、立克次氏体 真核微生物 藻类、真菌（酵母菌、霉菌）、原生动物、微型后生动藻类、真菌（酵母菌、霉菌）、原生动物、微型后生动 物物 三、微生物在生物界的分
3、类地位三、微生物在生物界的分类地位 动物动物 植物植物 生 物 菌菌 病毒病毒 细菌细菌 真菌真菌 藻藻 微型动物微型动物 “微型植物微型植物 ” 虫虫 生物分类单元 生物分类的基本单元是种。分类单元生物分类的基本单元是种。分类单元-界、门、纲、目、科、属和种。种以下可再分为界、门、纲、目、科、属和种。种以下可再分为 亚种、变种、型和菌株等。亚种、变种、型和菌株等。最常用的也是具有权威性的是最常用的也是具有权威性的是伯杰氏手册伯杰氏手册，是对原核，是对原核 微生物（细菌等）进行分类。微生物（细菌等）进行分类。 传统分类依据：形态学特征、表型特征、生理特征、生态特征、血清学反应、噬菌体传统分类依
4、据：形态学特征、表型特征、生理特征、生态特征、血清学反应、噬菌体 反应等。现代手段依据：反应等。现代手段依据：DNA中中G+C含量、含量、DNA杂交、杂交、DNA-rRNA杂交、杂交、16SrRNA 碱基顺序分析等。碱基顺序分析等。 近近100多年，从两界经历过三界系统、四界系统、五界系统甚至六界系统，最后又出现多年，从两界经历过三界系统、四界系统、五界系统甚至六界系统，最后又出现 三原界系统。三原界系统。 二界系统：植物界、动物界二界系统：植物界、动物界 三界系统：植物界、动物界、原生生物界三界系统：植物界、动物界、原生生物界 四界系统：植物界、动物界、原始生物界（原生动物、真菌、部分藻类）
5、、菌界（细四界系统：植物界、动物界、原始生物界（原生动物、真菌、部分藻类）、菌界（细 菌、蓝细菌）菌、蓝细菌） 五界五界系统，系统， 19691969年，魏特克提出年，魏特克提出“五界学说五界学说”，后经，后经MargulisMargulis修改，为较多的人所接修改，为较多的人所接 受：受：动物界、植物界、原生生物界、真菌界、原核生物界。动物界、植物界、原生生物界、真菌界、原核生物界。 我国学者提出的六界学说，在上述五界的基础上再增加一个病毒界。我国学者提出的六界学说，在上述五界的基础上再增加一个病毒界。 三原界系统：古细菌原界、真细菌原界、真核生物原界三原界系统：古细菌原界、真细菌原界、真核
6、生物原界 四四 （一）（一）个体极小个体极小，比表面积大，比表面积大 （二）繁殖快、代谢速率快（二）繁殖快、代谢速率快 （三）数量多（三）数量多 （四）易变异（四）易变异 （五）种类多、分布广、代谢类型多样（五）种类多、分布广、代谢类型多样 四四 光学显微镜的分辨率为光学显微镜的分辨率为 0.2um，可以看见大部分，可以看见大部分 微生物的轮廓微生物的轮廓 艾滋病毒攻击人体淋巴细胞艾滋病毒攻击人体淋巴细胞 电子显微镜放大电子显微镜放大十万十万倍倍 病毒小于病毒小于0.2um，在光学显，在光学显 微镜可视范围外，需通过电微镜可视范围外，需通过电 子显微镜才可看见，电子显子显微镜才可看见，电子显
7、微镜的分辨率为微镜的分辨率为0.20.4nm, 利用电子显微镜可以是清晰利用电子显微镜可以是清晰 地看见各种微生物的结构。地看见各种微生物的结构。 比表面积比表面积 30万倍万倍 z有人计算，乳酸杆菌一小时内生成的乳酸约为其体重的有人计算，乳酸杆菌一小时内生成的乳酸约为其体重的 100010000倍；但一个人如要产生相当于其体重倍；但一个人如要产生相当于其体重1000倍的倍的 代谢物则需要代谢物则需要40多年。多年。 是五大共性的基础是五大共性的基础 巨大的营养吸收面、代谢废物的排泄面和环境信息的接受面。巨大的营养吸收面、代谢废物的排泄面和环境信息的接受面。 生物界中，微生物具有最高的繁殖速度
8、。尤其生物界中，微生物具有最高的繁殖速度。尤其 是以二分裂方式繁殖的细菌，其速度更是惊人。是以二分裂方式繁殖的细菌，其速度更是惊人。 以以E. coliE. coli为例，每分裂一次时间为为例，每分裂一次时间为12.5-20.0min12.5-20.0min，如按，如按20min20min计算，计算， 每小时可分裂每小时可分裂3 3次，每昼夜次，每昼夜7272次，次，47223665004722366500万亿个（重约万亿个（重约47224722吨），吨）， 48h48h为为2.22.2101043 43个（约等于 个（约等于40004000个地球个地球的重量），由于种种条件限制，的重量），由
9、于种种条件限制， 细菌的指数分裂只能维持数小时，因而在液体培养基中，细菌数能达细菌的指数分裂只能维持数小时，因而在液体培养基中，细菌数能达 到到10108 8-10-109 9个。个。 资料表明，发酵乳糖的细菌在资料表明，发酵乳糖的细菌在1h1h可分解自身重可分解自身重1000-100001000-10000倍倍的乳糖，的乳糖， Candida utilisCandida utilis( (产元假丝酵母）合成蛋白质能力比大豆强产元假丝酵母）合成蛋白质能力比大豆强100100倍倍，比，比 食用公牛强食用公牛强1010万万倍。倍。 微生物这个特性为它们生长繁殖和产生微生物这个特性为它们生长繁殖和产
10、生 大量代谢产物提供了物质基础，人类对微大量代谢产物提供了物质基础，人类对微 生物的利用主要体现在它们的生物化学转生物的利用主要体现在它们的生物化学转 化能力。化能力。 根据这一特点可应用于发酵工业。根据这一特点可应用于发酵工业。 例如： z (1)土壤是微生物的“大本营”， 其中数量达 达 达达 (2)全世界海洋中微生物 的总重量约 (3)人体肠道内有人体肠道内有100400种种 不同种类的微生物，菌体不同种类的微生物，菌体 总数达总数达。 人体细胞数量人体细胞数量50万亿万亿 (4)新鲜叶子表面微生物数量达新鲜叶子表面微生物数量达100多万个多万个 g (6) 一个喷嚏约含菌一个喷嚏约含菌
11、个个，感冒，感冒 患者的一个喷嚏含细菌多达患者的一个喷嚏含细菌多达。 (5) 一系列的调 查数据表明， 我们是生活我们是生活 在一个被大在一个被大 量微生物包量微生物包 围着的环境围着的环境 中中，只是因 为肉眼不可 见而常常 “身在菌中 不知菌”。 这是一枚用过的注射针头的针这是一枚用过的注射针头的针 尖，在显微镜下我们可以看到尖，在显微镜下我们可以看到 上面有一些细菌。它们是最丰上面有一些细菌。它们是最丰 富的生命形态，空中、陆地、富的生命形态，空中、陆地、 水中都能找到它们，这还不算，水中都能找到它们，这还不算， 在绝大多数生命体中也会有它在绝大多数生命体中也会有它 们的存在。当然你的漫
12、不经心们的存在。当然你的漫不经心 也不是完全没道理的，因为绝也不是完全没道理的，因为绝 大多数的细菌是无害的，不过大多数的细菌是无害的，不过 这不能成为你对它们放松警惕这不能成为你对它们放松警惕 的借口呀！那些有害的细菌很的借口呀！那些有害的细菌很 可能是致命的！可能是致命的！ 为什么微生物较其他生物容易变异呢？为什么微生物较其他生物容易变异呢？ 各种生物变异频率一样各种生物变异频率一样十分低十分低(如如10-510-10） 数量大、保护能力差数量大、保护能力差 多数微生物为单细胞，结构简单，整个细胞直接整个细胞直接 与环境接触，易受环境因素影响与环境接触，易受环境因素影响，引起遗传物质 DN
13、A的改变而发生变异，由于数量庞大，也可以由于数量庞大，也可以 在短时间内出现大量变异后代在短时间内出现大量变异后代，当环境变化时， 微生物会大量死亡，活下来的微生物往往会发生 结构和生理特性的变异以适应变化了的环境。 青霉素青霉素 1943年，发酵水平年，发酵水平20单位单位/ml ，使用需要，使用需要 几十万单位；目前发酵水平达到几十万单位；目前发酵水平达到10万单位万单位/ml， 使用则需上百万甚至上千万单位。使用则需上百万甚至上千万单位。 目前已经知道的动物约有目前已经知道的动物约有150万种，植物万种，植物50万种，微生物万种，微生物 约约20万种。其中细菌、放线菌约万种。其中细菌、放
14、线菌约1500种。种。 苏联微生物学家伊姆舍涅茨基曾估计，苏联微生物学家伊姆舍涅茨基曾估计，“目前我们所了解目前我们所了解 的微生物总数，至多也不超过生活在自然界中的微生物总的微生物总数，至多也不超过生活在自然界中的微生物总 数的数的10”。如果这一估计不错的话，将来的某一天，微。如果这一估计不错的话，将来的某一天，微 生物的总数可能会超过目前动、植物的种数之和。生物的总数可能会超过目前动、植物的种数之和。 分布在地球的每一个分布在地球的每一个 毛孔，地球真正的主毛孔，地球真正的主 人人 w微生物对环境条件尤其是恶劣条件具有微生物对环境条件尤其是恶劣条件具有 惊人的适应能力惊人的适应能力。 w
15、海洋深处硫细菌可在海洋深处硫细菌可在 w250-300下生存。下生存。 w大多数细菌能耐受大多数细菌能耐受0 -196低温低温 w嗜盐菌能在嗜盐菌能在32%饱和盐水中正常生活饱和盐水中正常生活 w氧化硫硫杆菌能生长在氧化硫硫杆菌能生长在510%（pH 0.5）的硫酸溶液中。）的硫酸溶液中。 美国黄石国家公园温泉美国黄石国家公园温泉 最原始的细菌 例如，假单胞菌属的某些种，甚至能分解例如，假单胞菌属的某些种，甚至能分解90种以上的种以上的 有机物，可利用其中的任何一种作为唯一的碳源和能有机物，可利用其中的任何一种作为唯一的碳源和能 源进行代谢。有些微生物还可利用有毒物质如酚、氰源进行代谢。有些微
16、生物还可利用有毒物质如酚、氰 (脂脂)化物等作为营养。化物等作为营养。 微生物微生物自然界的分解者自然界的分解者 提问：提问：结合微生物的特点，为什么它是治污结合微生物的特点，为什么它是治污 的的主力军主力军？ 数量多、代谢快、繁殖快数量多、代谢快、繁殖快降解快降解快 易变异、代谢类型多易变异、代谢类型多降解物质种类多降解物质种类多 高效高效 分布广、无处不在分布广、无处不在价廉价廉 五、微生物命名-双名法 1.学名学名=属名属名+种名种名+（首次定名人）（首次定名人）+现定名人现定名人+定名定名 年份年份 例如例如 (Schroeter)Migula 1920 铜绿假单胞菌铜绿假单胞菌 19
17、20年由年由Migula定名定名 2 .学名学名=属名属名+种名种名+菌株菌株（用字母、符号等字形表示（用字母、符号等字形表示） 例如例如 AS 1.398 枯草杆菌中能生产蛋白酶的一株菌株枯草杆菌中能生产蛋白酶的一株菌株 3.学名学名=属名属名+sp.(或或spp.) 只鉴定到属名，对具体的种，不能肯定。只鉴定到属名，对具体的种，不能肯定。sp.（单数）或（单数）或 spp.（复数）表示未定种的含义。（复数）表示未定种的含义。 举例举例 Bacillus subtilis 枯草芽孢杆菌枯草芽孢杆菌 Escherichia coli 大肠杆菌大肠杆菌 Staphylococcus aureus
18、 金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌 B. anthracis 炭疽芽孢杆菌炭疽芽孢杆菌 Pseudomonas sp. 一种假单胞菌属细菌一种假单胞菌属细菌 Pseudomonas spp. 几种假单胞菌属细菌几种假单胞菌属细菌 六、微生物学定义及其分科六、微生物学定义及其分科 1. 微生物学定义微生物学定义 研究微生物生命活动的科学。在细胞、分子或群研究微生物生命活动的科学。在细胞、分子或群 体水平上研究微生物的形态结构、生理代谢、遗体水平上研究微生物的形态结构、生理代谢、遗 传变异、生态分布和分类进化等生命活动的基本传变异、生态分布和分类进化等生命活动的基本 规律，控制、消灭或改造有害微生物，
19、利用有益规律，控制、消灭或改造有害微生物，利用有益 微生物。微生物。 研究微生物的研究微生物的“衣食住行衣食住行”的科学的科学 衣衣什么是微生物，长什么样？（形态、结构）什么是微生物，长什么样？（形态、结构） 食食能吃、爱吃什么、如何消化？（营养、代谢能吃、爱吃什么、如何消化？（营养、代谢 或称生理）或称生理） 住住喜欢住在哪？为什么？（环境影响或称生态）喜欢住在哪？为什么？（环境影响或称生态） 行行能有何种能有何种行为、行为、作为？是敌是友？如何监测、作为？是敌是友？如何监测、 控制或使用呢？控制或使用呢？ 2.2.微生物学分科微生物学分科 基础微生物学基础微生物学应用微生物学应用微生物学
20、按微生物种类分按微生物种类分按过程或功能分按过程或功能分按与疾病关系分按与疾病关系分按生态环境分按生态环境分按技术与工艺分按技术与工艺分按应用范围分按应用范围分 微微 生生 物物 分分 类类 学学 细细 菌菌 学学 真真 菌菌 学学 病病 毒毒 学学 菌菌 物物 学学 藻藻 类类 学学 原生动物学原生动物学 微微 生生 物物 生生 理理 学学 微微 生生 物物 遗遗 传传 学学 微微 生生 物物 生生 态态 学学 分分 子子 微微 生生 物物 学学 细细 胞胞 微微 生生 物物 学学 微生物基因组学微生物基因组学 免免 疫疫 学学 医学微生物学医学微生物学 流流 行行 病病 学学 土壤微生物学
21、土壤微生物学 海洋微生物学海洋微生物学 环境微生物学环境微生物学 水水 微微 生生 物物 学学 宇宙微生物学宇宙微生物学 分析微生物学分析微生物学 微生物技术学微生物技术学 发酵微生物学发酵微生物学 遗遗 传传 工工 程程 工业微生物学工业微生物学 农业微生物学农业微生物学 医学微生物学医学微生物学 药学微生物学药学微生物学 兽医微生物学兽医微生物学 食品微生物学食品微生物学 预防微生物学预防微生物学 3.环境工程微生物学内容环境工程微生物学内容 微生物的基础知识；栖息在水体、土壤、空气、城市微生物的基础知识；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和废生活
22、污水、工业废水和城市有机固体废弃物生物处理和废 气生物处理中的微生物及其生态；饮用水卫生细菌学；自气生物处理中的微生物及其生态；饮用水卫生细菌学；自 然环境物质循环与转化；水体和土壤的自净作用，污染水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、污染土壤的修复等环境工程净化的原理。体治理、污染土壤的修复等环境工程净化的原理。 偏重于水环境保护。偏重于水环境保护。 有害微生物有害微生物（病原性、腐蚀性）的监控与防治（病原性、腐蚀性）的监控与防治 有益微生物有益微生物培养与利用（水处理中的各种微生物的培养与利用（水处理中的各种微生物的 高效、密集培养、强化生物去污）高效、密集培养、强化生物去污）
