環(huán)境微生物學(xué) 緒論

1、環(huán)境微生物學(xué)環(huán)境微生物學(xué)從我們這門課的課程名稱你想到了什么？你能告訴我有關(guān)環(huán)境和微生物的一些聯(lián)系嗎？微生物在環(huán)境中的作用？ SARS、H7N9、感冒、醫(yī)院、感染、拉肚子； 大小、形狀、顯微鏡 分解者、污染治理Questions:緒論緒論p主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：環(huán)境環(huán)境微生物在自然界中的地位微生物在自然界中的地位微生物的特點(diǎn)微生物的特點(diǎn)微生物的發(fā)展史微生物的發(fā)展史環(huán)境微生物學(xué)的主要內(nèi)容和任務(wù)環(huán)境微生物學(xué)的主要內(nèi)容和任務(wù)參考書參考書緒論緒論緒論緒論20072007年年6.86.8日日- -黃果樹瀑布黃果樹瀑布緒論緒論20102010年年3 3月月2121日日- -黃果樹瀑布黃果樹瀑布緒論緒論2010

2、2010年年3 3月月2424日日- -黃果樹瀑布黃果樹瀑布緒論緒論20102010年年3 3月月2626日日- -黃果樹瀑布黃果樹瀑布緒論緒論一、基本概念一、基本概念環(huán)境（環(huán)境（Environment）的概念：）的概念：請思考以下三個(gè)問題： “這里環(huán)境真優(yōu)美！”中的“環(huán)境”指的是什么？ 作為環(huán)境科學(xué)術(shù)語的“環(huán)境”指的是什么？ 生態(tài)學(xué)中“環(huán)境”的概念又是什么？1.環(huán)境環(huán)境通俗的通俗的“環(huán)境環(huán)境”概念：概念：人為主體，環(huán)境為人以外的客觀存，如新華字典中定義為：周圍的一切事物。環(huán)境科學(xué)術(shù)語的環(huán)境科學(xué)術(shù)語的“環(huán)境環(huán)境”概念：概念：環(huán)境科學(xué)所研究的中心事物是“人”，則環(huán)境是以人類為主體的外部世界，是“

3、人類生存的環(huán)境”，在此基礎(chǔ)上定義：影響人類生存和發(fā)展的各種天然的和經(jīng)過人工改造的自然因素的總和。 生態(tài)學(xué)的生態(tài)學(xué)的“環(huán)境環(huán)境”的概念：的概念：生態(tài)學(xué)研究的中心事物是“生物”，則環(huán)境是以整個(gè)生物界的生命為主體，是“生物生存的環(huán)境”，可定義：直接或間接影響生物生存和發(fā)展的各種因素的總和。小結(jié)：小結(jié)： “環(huán)境”具有相對性，在不同的學(xué)科中含義不同，主體的改變往往導(dǎo)致環(huán)境概念含義的不同。人類是環(huán)境發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，環(huán)境是人類生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，環(huán)境在影響人類生產(chǎn)、生活的同時(shí)，人類也在不斷地利用和改造自然環(huán)境。故人類和環(huán)境密切聯(lián)系，相互作用。1.1 環(huán)境（環(huán)境（Environment）的概念：）的概念：

4、指由于人類活動作用于人們周圍的環(huán)境所引起的環(huán)境質(zhì)量變化，以及這種變化反過來對人類生產(chǎn)、生活和健康的影響問題。其產(chǎn)生是人類社會發(fā)展到一定階段人類與環(huán)境矛盾激化的產(chǎn)物。其實(shí)質(zhì)是由于人類活動超出了環(huán)境的承受能力，對其所賴以生存的自然生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生了破壞作用，導(dǎo)致人與其生存環(huán)境的不協(xié)調(diào)。1.1 環(huán)境（環(huán)境（Environment）的概念：）的概念：1.2 環(huán)境問題環(huán)境問題1.2 環(huán)境問題環(huán)境問題現(xiàn)代現(xiàn)代工業(yè)時(shí)代工業(yè)時(shí)代農(nóng)牧?xí)r代農(nóng)牧?xí)r代遠(yuǎn)古時(shí)代遠(yuǎn)古時(shí)代破壞程度破壞程度生產(chǎn)力生產(chǎn)力工具工具 人口人口很久以前很久以前極少極少石器石器極低極低約為零約為零18世紀(jì)世紀(jì)中葉中葉少少金屬金屬低低小小20世

5、紀(jì)世紀(jì)60年代年代較多較多機(jī)械機(jī)械較高較高大大嚴(yán)重嚴(yán)重高高先進(jìn)先進(jìn)機(jī)械機(jī)械多多1.2 環(huán)境問題環(huán)境問題1.2 環(huán)境問題環(huán)境問題20世紀(jì)著名的八大公害事件世紀(jì)著名的八大公害事件公害事件名稱地 點(diǎn)時(shí) 間危害情況1.馬斯河谷煙霧事件比利時(shí)1930.12幾千人發(fā)病，60人死亡2.多諾拉煙霧事件美國1948.106000人患病，17人死亡3.倫敦?zé)熿F事件英國1952.125天內(nèi)4000人死亡4.洛杉磯光化學(xué)煙霧美國40年代引起眼病，喉頭炎,頭痛5.水俁事件日本1953始癡呆，神經(jīng)失常，死亡6.富山事件日本1931始關(guān)節(jié)痛,骨骼軟化萎縮,痛死7.四日事件日本1970年哮喘，肺氣腫，10多人死亡8.米糠油事

6、件日本1968年患者5千多人，死亡16人1.2 環(huán)境問題環(huán)境問題1.2 環(huán)境問題環(huán)境問題1.2 環(huán)境問題環(huán)境問題三大全球性大氣環(huán)境問題三大全球性大氣環(huán)境問題1.2 環(huán)境問題環(huán)境問題1.2 環(huán)境問題環(huán)境問題1.2 環(huán)境問題環(huán)境問題a.溫室效應(yīng)與全球變暖溫室效應(yīng)溫室效應(yīng) ： 大氣對地表熱輻射能遮擋保溫的屬性類似溫室中玻璃具有 的作用，故被稱為溫室效應(yīng)。溫室氣體：溫室氣體： 大氣中能強(qiáng)烈吸收地面輻射產(chǎn)生溫室效應(yīng)的氣體。包括：二氧化碳、水汽、甲烷、氧化亞氮、臭氧等。全球變暖問題全球變暖問題 主要指人為活動造成的溫室氣體增加，溫室效應(yīng)增強(qiáng)帶來的氣候變化。 人類活動對氣候變暖的影響主要表現(xiàn)為由于工業(yè)生產(chǎn)需

7、要的化石燃料使用量大增，人口激增城市化發(fā)展等引起人為排放的二氧化碳等溫室氣體不斷增加；熱帶森林和溫帶植被破壞嚴(yán)重，光合作用吸收二氧化碳的能力減弱。1.2 環(huán)境問題環(huán)境問題b.臭氧層破壞臭氧層破壞臭氧臭氧O3- 臭氧大部分集中在1030km的平流層。- 平流層中臭氧的存在對于地球生命物質(zhì)至關(guān)重要，通過吸收太陽輻射維護(hù)地球的能量平衡和生態(tài)平衡。- 因?yàn)椋钃趿薝V-B段紫外輻射到達(dá)地面。研究表明UVB能破壞生物蛋白質(zhì)和基因物質(zhì)，造成細(xì)胞死亡；使八類皮膚癌發(fā)病率增高；傷害眼睛導(dǎo)致白內(nèi)障而使眼睛失明；抑制植物如大豆、瓜類、蔬菜等的生長；并穿透10m深的水層，殺死浮游植物和微生物，從而危及水中生物的食

8、物鏈和自由氧的來源，影響生態(tài)平衡和水體的自凈能力。因此，臭氧層實(shí)際上已成為地球生命系統(tǒng)的保護(hù)層。南極臭氧層空洞南極臭氧層空洞Ozone Hole- 80年代觀測發(fā)現(xiàn)，自每年9月份下旬開始，南極洲上空的臭氧總量迅速減少一半左右，極地上空臭氧層的中心地帶，近90臭氧被破壞，若從地面向上觀測，高空臭氧層已極其稀薄，與周圍相比象是形成了一個(gè)直徑上千公里的洞，稱為“臭氧洞”。1.2 環(huán)境問題環(huán)境問題c.酸酸 雨雨 一般將pH小于5.6的降雨稱為酸雨。 酸雨的成因？ 酸雨的危害？1.2 環(huán)境問題環(huán)境問題被嚴(yán)重腐蝕的建筑物1.2 環(huán)境問題環(huán)境問題1.2 環(huán)境問題環(huán)境問題1.2 環(huán)境問題環(huán)境問題1.2 環(huán)境問

9、題環(huán)境問題根據(jù)中國環(huán)境保護(hù)21世紀(jì)議程和1996年中國環(huán)境狀況公報(bào)公布的數(shù)據(jù)，中國目前的環(huán)境狀況主要數(shù)據(jù)如下：中國目前的環(huán)境狀況主要數(shù)據(jù)如下：大氣污染大氣污染水污染及資源匱乏水污染及資源匱乏固體廢棄物固體廢棄物 污染污染噪音污染噪音污染鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)污染排放驚人鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)污染排放驚人 土地資源土地資源 草原資源草原資源森林資源森林資源 近海環(huán)境近海環(huán)境 生物多樣性與物種保護(hù)生物多樣性與物種保護(hù) 氣候變暖與自然災(zāi)害氣候變暖與自然災(zāi)害 1.3 環(huán)境問題產(chǎn)生原因分析環(huán)境問題產(chǎn)生原因分析保護(hù)自己從環(huán)境開始保護(hù)自己從環(huán)境開始保護(hù)環(huán)境從我做起保護(hù)環(huán)境從我做起2.1 微生物的定義微生物的定義微生物（Microorg

10、anism ）是指所有形態(tài)微小，用肉眼無法看到，須借助顯微鏡才能看見的，單細(xì)胞或個(gè)體結(jié)構(gòu)簡單的多細(xì)胞，或無細(xì)胞結(jié)構(gòu)的低等生物的統(tǒng)稱。包括以下幾類： Bacteria （細(xì)菌） 0.5-2m Archaea （古菌） 0.5-2m Fungi （真菌） 2-200m Protozoa（原生動物） mm-cm Algae （藻類） Viruses （病毒） 20-300nm2 微生物在自然界中的地位微生物在自然界中的地位2 微生物在自然界中的地位微生物在自然界中的地位細(xì)菌的顯微圖樣細(xì)菌的顯微圖樣 微生物的菌落微生物的菌落2.2 微生物的分類微生物的分類分類（分類（classification）是根

11、據(jù)微生物的生物屬性(個(gè)體形態(tài)、特征、細(xì)胞結(jié)構(gòu)、生理反應(yīng))及親緣關(guān)系，按照一定的原則，將微生物有次序地分門別類放在響應(yīng)的分類單位中。從大到小依次是： 界（kingdom）、門(phylum)、綱（class）、目（order）、科（family）、屬（genus）、種（species）種（種（species）是分類的基本單位，最小單位，指的是表型特征高度相似、親緣關(guān)系極其接近，與其他種有明顯差別的一群菌株的總稱。種的特征常用一個(gè)指定的典型菌株（type strain）來代表。菌株（菌株（strain）是指任何一個(gè)獨(dú)立分離的單細(xì)胞（或單個(gè)的病毒粒子）繁殖而成的純種群體及其后代。2 微生物在自然界中

12、的地位微生物在自然界中的地位1）二界系統(tǒng)：）二界系統(tǒng)：所有的生物分為動物界和植物界兩大類 ；2）三界系統(tǒng)：）三界系統(tǒng)：微生物，不僅形體微小、結(jié)構(gòu)簡單，而且它們中間有些類型像動物，有些類型像植物，還有些類型既有動物的某些特征，又具有植物的某些特征，因而歸于動物或植物都不合適。于是，1866年海克爾（Haeckel）提出區(qū)別動物界與植物界的第三界原生生物界。它包括藻類、原生動物、真菌和細(xì)菌。 2 微生物在自然界中的地位微生物在自然界中的地位2 微生物在自然界中的地位微生物在自然界中的地位2 微生物在自然界中的地位微生物在自然界中的地位2.2 微生物的分類微生物的分類3）五界分類系統(tǒng)：）五界分類系統(tǒng)

13、：隨著科學(xué)的發(fā)展，新技術(shù)和研究方法的應(yīng)用，尤其是電子顯微鏡和超顯微結(jié)構(gòu)研究技術(shù)的應(yīng)用 ，對于微生物的結(jié)構(gòu)觀察的更見細(xì)微，根據(jù)核結(jié)構(gòu)的不同 ，1969 魏泰克（美國）提出五界系統(tǒng) ：原核生物界：細(xì)菌、放線菌、藍(lán)藻原核生物界：細(xì)菌、放線菌、藍(lán)藻原生生物界：原生動物、藍(lán)藻以外的藻類原生生物界：原生動物、藍(lán)藻以外的藻類 真菌界：酵母菌、霉菌真菌界：酵母菌、霉菌 動物界動物界 植物界植物界五界分五界分類系統(tǒng)類系統(tǒng)2 微生物在自然界中的地位微生物在自然界中的地位2 微生物在自然界中的地位微生物在自然界中的地位2.2 微生物的分類微生物的分類2 微生物在自然界中的地位微生物在自然界中的地位4 4）六界分類系

14、統(tǒng)：王大耜（中國）六界分類系統(tǒng)：王大耜（中國）五界系統(tǒng)的生物都有細(xì)胞結(jié)構(gòu)。病毒作為一界被提出的較晚 ，經(jīng)過長期研究的基礎(chǔ)上，我國學(xué)者于1979年提出將無細(xì)胞結(jié)構(gòu)病毒立為病毒界，從而建立了六界系統(tǒng)： 六界六界分分類系類系統(tǒng)統(tǒng) 原核生物界原核生物界 真核原生生物界真核原生生物界 真菌界真菌界 動物界動物界 植物界植物界 病毒界病毒界2 微生物在自然界中的地位微生物在自然界中的地位2.2 微生物的分類微生物的分類俗名（俗名（common name）指普通的、通俗的、地區(qū)性的名字。學(xué)名（學(xué)名（scientific name）指一個(gè)菌種的科學(xué)名稱。雙名法：雙名法： 學(xué)名=屬名（第一個(gè)字母大寫）+種名（第

15、一個(gè)字母小寫）+（命名人姓氏）分類學(xué)文獻(xiàn)上的學(xué)名，雙名之后加首次定名人（放在括號內(nèi)）、現(xiàn)名定名人和現(xiàn)名定名年份。出版物種，學(xué)名排成斜體。2.3 微生物的命名微生物的命名2 微生物在自然界中的地位微生物在自然界中的地位2 微生物在自然界中的地位微生物在自然界中的地位2.4 微生物與動植物、人的關(guān)系微生物與動植物、人的關(guān)系（1）有利于人類的生活、生產(chǎn)：如酒精的生產(chǎn)、啤酒、面包、豆瓣醬等。（2）有利于人類的健康或抵抗疾?。嚎股氐纳a(chǎn)、疫苗等。（3）污染物質(zhì)的消除：污水處理、污泥堆肥等。傳播疾病1.1.利利2.害害 2 微生物在自然界中的地位微生物在自然界中的地位3.1 個(gè)體?。簜€(gè)體?。?0.1mm

16、，一個(gè)典型的球菌，其體積僅1m 3左右，表面積巨大。設(shè)定：人的比的表面積=1則：(與人等重）大腸桿菌比表面積=30萬不同生物類型細(xì)胞大小的比較病毒細(xì)菌動物的模式細(xì)胞動物細(xì)胞核3 微生物的特點(diǎn)微生物的特點(diǎn)3 微生物的特點(diǎn)微生物的特點(diǎn)3.2 分布廣分布廣 “無孔不入” ，地球上除了微生物是指所有形態(tài)微小，用肉眼無法看到，須借助顯微鏡才能看見火山的中心區(qū)域外，從土壤圈、水圈、大氣圈直至巖石圈，到處都有微生物家族的蹤跡。正常環(huán)境無處不在無孔不入極端環(huán)境土壤空氣水域生物體內(nèi)外高空深海底2000米深的地層溫泉解放前，中國人乘飛機(jī)采集了160米到5300米的高空的氣樣并分析了其中的微生物分別分布狀況。3 微

17、生物的特點(diǎn)微生物的特點(diǎn)3.2分布廣：無處不在的微生物分布廣：無處不在的微生物 細(xì)菌數(shù)億/g土，土壤中的細(xì)菌總重量為106噸； 每張紙幣帶細(xì)菌：900完個(gè)； 皮膚表面：平均10萬個(gè)細(xì)菌/cm2； 口腔：細(xì)菌種類超過500種； 腸道：微生物總量達(dá)100萬億； 糞便干重的1/3是細(xì)菌，每克糞便的細(xì)菌總數(shù)為1000億個(gè)； 每個(gè)噴嚏的飛沫含4500-150000個(gè)細(xì)菌，重感冒患者為8500萬。3 微生物的特點(diǎn)微生物的特點(diǎn)3.3種類繁多種類繁多迄今為止，我們所知道的動物約有150萬種，植物約有50萬種，微生物有10萬種(估計(jì)也在100萬種以上。）3 微生物的特點(diǎn)微生物的特點(diǎn)3.4 繁殖快繁殖快一個(gè)大腸桿菌

18、細(xì)胞在最佳培養(yǎng)條件下48小時(shí)，可分裂得到2.21043個(gè)(約等于4000個(gè)地球之重。)微生物代時(shí)及每日增值率微生物名稱代時(shí)（分）溫度日增殖率乳酸菌38252.71011大腸桿菌18371.21024根瘤菌110258.2103枯草桿菌31307.210133 微生物的特點(diǎn)微生物的特點(diǎn)對營養(yǎng)物質(zhì)的利用的適應(yīng)性。對環(huán)境條件尤其是惡劣的“極端環(huán)境”的適應(yīng)性。 耐0-196低溫 耐250-300高溫 耐鹽（飽和鹽水） 耐干燥（產(chǎn)芽孢細(xì)菌、真菌孢子）3.5易變異易變異微生物有極其靈活的適應(yīng)性，這是高等動植物所無法比擬的。微生物對環(huán)境條件尤其是惡劣的“極端環(huán)境”所具有的驚人適應(yīng)力，堪稱生物界之最。3 微生

19、物的特點(diǎn)微生物的特點(diǎn)4.1史前時(shí)期（直觀應(yīng)用時(shí)期）史前時(shí)期（直觀應(yīng)用時(shí)期）春秋戰(zhàn)國時(shí)期春秋戰(zhàn)國時(shí)期 微生物分解有機(jī)物質(zhì),漚糞積肥。公元二世紀(jì)的公元二世紀(jì)的神農(nóng)本草經(jīng)神農(nóng)本草經(jīng) 白僵蠶治病。公元公元6世紀(jì)世紀(jì) 后魏的賈思勰后魏的賈思勰 齊民要術(shù)齊民要術(shù) 谷物制曲、釀酒、制醬、造醋、腌菜。 豆科植物與其它作物輪作4 微生物的發(fā)展史微生物的發(fā)展史4 微生物的發(fā)展史微生物的發(fā)展史4.2 初創(chuàng)時(shí)期（形態(tài)學(xué)發(fā)展時(shí)期）初創(chuàng)時(shí)期（形態(tài)學(xué)發(fā)展時(shí)期）1676年，使用顯微鏡觀察微生物世界的時(shí)期。代表人物：列文列文虎克虎克貢獻(xiàn)貢獻(xiàn):（）自制的單式顯微鏡觀察到細(xì)菌的個(gè)體；（）對一些微生物形態(tài)進(jìn)行了描述。4 微生物的發(fā)展

20、史微生物的發(fā)展史4.3 奠基時(shí)期（生理學(xué)發(fā)展時(shí)期）奠基時(shí)期（生理學(xué)發(fā)展時(shí)期） 1861-1897年 Pasteur 和 Koch建立了一系列研究微生物所必要的獨(dú)特方法；借助于良好的研究方法，開創(chuàng)了尋找病原微生物的“黃金時(shí)期”；把微生物的研究從形態(tài)描述推進(jìn)到生理學(xué)研研究的新水平；微生物學(xué)以獨(dú)立的科學(xué)形式開始形成.4 微生物的發(fā)展史微生物的發(fā)展史a、巴斯德、巴斯德主要貢獻(xiàn)：主要貢獻(xiàn)： 1.發(fā)現(xiàn)并證實(shí)發(fā)酵是由微生物引起的，徹底否定了“自然發(fā)生”學(xué)說。2.免疫學(xué)-預(yù)防接種，首次制成狂犬疫苗。3.巴斯德消毒法：60-65作短時(shí)間加熱處理，殺死有害微生物。4.微生物學(xué)以獨(dú)立的科學(xué)形式開始形成。4 微生物的

21、發(fā)展史微生物的發(fā)展史b、科赫、科赫主要貢獻(xiàn)：主要貢獻(xiàn)：1.微生物學(xué)基礎(chǔ)操作技術(shù)方面的貢獻(xiàn)細(xì)菌純培養(yǎng)方法的建立；設(shè)計(jì)了各種培養(yǎng)基，實(shí)現(xiàn)了在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對各種微生物的培養(yǎng)；流動蒸汽滅菌；染色觀察和顯微攝影。2.對病原細(xì)菌的研究作出了突出的貢獻(xiàn)具體證實(shí)了炭疽桿菌事炭疽病的病原菌；發(fā)現(xiàn)了肺結(jié)核病的病原菌（1905年獲諾貝爾獎）；證明某種微生物是否為某種疾病病原體的基本原則-著名的科赫法則科赫法則。4 微生物的發(fā)展史微生物的發(fā)展史科赫法則科赫法則(證明某微生物是某疾病病原菌的四項(xiàng)要求)在患病動物中存在可疑病原有機(jī)體，而健康動物中沒有；可疑有機(jī)體在純培養(yǎng)中生長；純培養(yǎng)中的可疑有機(jī)體細(xì)胞，能引起健康動物發(fā)??；可

22、疑有機(jī)體被再次分離，并且和最初分離的有機(jī)體一樣。4.4 發(fā)展時(shí)期（生物化學(xué)水平）發(fā)展時(shí)期（生物化學(xué)水平）1897-1953，代表人物：，代表人物：Buchner （比希納）（比希納）進(jìn)入微生物生化水平的研究，比希納因發(fā)現(xiàn)無細(xì)胞發(fā)酵而獲1970年度的諾貝爾獎；用無細(xì)胞的酵母菌裂解液對葡萄糖進(jìn)行了酒精發(fā)酵；應(yīng)用微生物的分支學(xué)科更為擴(kuò)大，出現(xiàn)了抗生素等科學(xué)；開始尋找各種有益微生物代謝產(chǎn)物；普通微生物學(xué)開始形成；各相關(guān)學(xué)科和技術(shù)方法的相互滲透，相互促進(jìn)，加速了微生物學(xué)的發(fā)展。4 微生物的發(fā)展史微生物的發(fā)展史4.5 成熟時(shí)期（分子水平）成熟時(shí)期（分子水平）1953-至今， Watson和Crick電子顯微鏡的使用和電子顯微鏡的使用和DNA分子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)分子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)微生物學(xué)從一門在生命科學(xué)中較為孤立的以應(yīng)用為主的學(xué)科，成為一門十分熱門的前沿基礎(chǔ)學(xué)；在基礎(chǔ)學(xué)理論的研究方面，逐步進(jìn)入到分子水平的研究，促進(jìn)了許多重大理論進(jìn)展：遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)；基因與酶關(guān)