下载文档原格式
古生菌（极端微生物）在环境保护中的应用摘要：本文介绍了古生菌的特点及利用其极端性在环境保护方面的应用，综述了极端微生物及其产生的极端梅在清洁生产、环保型生物材料的生产及环境污染治理中的应用前景及对环境保护的意义。
关键字：古生菌、极端环境、环境保护、污染治理、清洁环保正文：现代基本把生物分为三大领域: 真核生物( Eucarya) ,细菌(Bacteria) 和古菌(Archaea) . 古菌作为三大领域之一的生物,具有其独特的性质,也是目前生物地球化学研究的热点之一. 古菌和细菌一样,是原核生物,即细胞核没有核膜包裹,细胞核与细胞质没有明显界限. 与真核生物和细菌相比, 古菌代表了生物圈的极限. 例如热网菌属(Pyrodictium) 能在高达121 ℃的温度下存活并生长. 这是至今为止所发现的最耐热生物. 在最初的时候,人们在火山口、盐湖等高热、高盐度、缺氧的极端环境发现有微生物,他们可以在极端恶劣的环境下生存。
现在对古生菌的研究主要集中在以下四个类群：产甲烷菌、极端嗜盐菌、极端嗜热菌以及嗜热嗜酸细菌。
他们和我们人类的生活息息相关，我们可以在很多方面都应用到他们。
尤其是在环境保护中的应用。
一、古菌及古菌的特点古菌是最古老的生命体，古菌一些奇特的生活习性和与此相关的潜在生物技术开发前景，长期以来一直吸引着许多人的注意。
古菌常被发现生活于各种极端自然环境下，如大洋底部的高压热溢口、热泉、盐碱湖等。
古菌的细胞形态有球形、杆状、螺旋形、耳垂形、盘状，不同古菌规则形状也不相同，有的很薄、扁平，有的有精确的方角和垂直的边构成直角几何形态，有的以单个细胞存在，有的呈丝状体或团聚体。
其直径大小一般在0.1~15μm，丝状体长度有200μm。
古菌的细胞结构与细菌不同，如古菌的细胞外膜就与细菌不同。
大多数古菌的细胞壁不含二氨基庚二酸（D－氨基酸）和胞壁酸，不受溶菌酶和内酰胺抗生素如青霉素的作用。
革兰氏阳性古菌的细胞壁含有各种复杂的多聚体，如产甲烷菌的细胞壁含假肽聚糖，甲烷八叠球菌和盐球菌不含假肽聚糖，而含复杂聚多糖。
环境工程微生物学复习资料整理区别于百度类万金油资料，忠于课本原教学顺序。
个别讲师使用自设顺序教学的请自己甄别。
绪论1、微生物的含义（P5）：微生物是肉眼看不到的，必须在电子显微镜或光学显微镜才能看见的所有微小生物的统称。
2、分类地位（P6）：域界门纲目科属种五界系统：1969 年魏克提出微生物五界分类系统：（1）原核生物界：细菌、放线菌、蓝绿细菌（2）原生生物界：蓝藻以外的藻类及原生动物（3）真菌界：酵母菌、霉菌（4）动物界（5）植物界三域系统：（1）古菌域（Archaea）（2）细菌域（Bacteria）：细菌、蓝细菌、放线菌、立克次氏体、支原体、衣原体、螺旋体（3）真核生物域（Eukarya）：真菌、藻类、动物、水生植物3、分类依据（P6）：形态学特征、生理特征、生态特征、血清学反应、噬菌体反应、DNA 中的G+C（%）、DNA 杂交、DNA-rRNA 杂交、16SrRNA 碱基顺序分析和比较5、微生物的特点（P9）（1）体积小，比表面积大：（2）分布广，种类繁多（3）吸收多，转化快（4）生长旺，繁殖快（5）适应性强（6）易变异第一章：第一章：病毒1、病毒特征：既具有化学大分子属性，又具有生物体基本特征；既具有细胞外的感染性颗粒形式，又具有细胞内的繁殖性基因形式定义：病毒是没有细胞结构，专性寄生在活的敏感宿主体内的超微小微生物形态：动物病毒：球型、卵圆型、砖型植物病毒：杆状、丝状、球状噬菌体：蝌蚪状、丝状组成：化学组成有蛋白质和核酸，个体大的还含有脂质和多糖结构：无细胞结构。
整个病毒体分两部分：①蛋白质衣壳②核酸内芯2、复制：（1）吸附：病毒吸附蛋白与细胞受体间的结合力来源于空间结构的互补性，相互间的电荷、氢键、疏水性相互作用及范得华力（2）侵入：又称病毒内化，它是一个病毒吸附后几乎立即发生，依赖于能量的感染步骤（3）复制与聚集：病毒侵入后，病毒的包膜和/或壳体除去而释放出病毒核酸，病毒利用宿主的生物合成机构和场所，使病毒核酸表达和复制，产生大量的病毒蛋白质和核酸，已合成的各部件进行自行装配成新的噬菌体（4）裂解（释放）：被感染细胞裂解，成熟的子代噬菌体转移到外界3、烈性噬菌体：凡能引起宿主细胞迅速裂解的噬菌体4、温和性噬菌体：噬菌体侵染宿主后，并不增殖，裂解，而与宿主DNA 结合，随宿主DNA 复制而复制，此时细胞中找不到形态上可见的噬菌体第二章：第二章：原核微生物1、古菌（P30-32）：古菌的分类学位置：属于原核微生物古菌的特点：古菌是一群具有独特的基因结构或系统发育生物大分子序列的单细胞原核生物，多生活在地球上极端的生境或生命出现初期的自然环境中，营自养和异养生活；具有特殊的生理功能，如在超高温、高酸碱度、高盐及无氧状态下生活；具有独特的细胞结构，如细胞壁骨架为蛋白质或假胞壁酸，细胞膜含甘油醚键；以及代谢中的酶作用方式既不同于细菌又不同于真核生物。
环境工程微生物学绪论1、何谓原核微生物？它包括哪些微生物？答：原核微生物的核很原始，发育不全，只有DNA链高度折叠形成的一个核区，没有核膜，核质裸露，与细胞质没有明显界限，叫拟核或似核。
原核微生物没有细胞器，只有由细胞质膜内陷形成的不规则的泡沫体系，如间体核光合作用层片及其他内折。
也不进行有丝分裂。
原核微生物包括古菌〔即古细菌〕、真细菌、放线菌、蓝细菌、粘细菌、立克次氏体、支原体、衣原体和螺旋体。
2、何谓真核微生物？它包括哪些微生物？答：真核微生物由发育完好的细胞核，核内由核仁核染色质。
由核膜将细胞核和细胞质分开，使两者由明显的界限。
有高度分化的细胞器，如线粒体、中心体、高尔基体、内质网、溶酶体和叶绿体等。
进行有丝分裂。
真核微生物包括除蓝藻以外的藻类、酵母菌、霉菌、原生动物、微型后生动物等。
3、微生物是如何分类的？答：各种微生物按其客观存在的生物属性〔如个体形态及大小、染色反应、菌落特征、细胞结构、生理生化反应、与氧的关系、血清学反应等〕及它们的亲缘关系，由次序地分门别类排列成一个系统，从大到小，按界、门、纲、目、科、属、种等分类。
种是分类的最小单位，“株”不是分类单位。
4、生物的分界共有几种分法，他们是如何划分的？答：1969年魏泰克提出生物五界分类系统，后被Margulis修改成为普遍接受的五界分类系统：原核生物界(包括细菌、放线菌、蓝绿细菌)、原生生物界〔包括蓝藻以外的藻类及原生动物〕、真菌界〔包括酵母菌和霉菌〕、动物界和植物界。
我国王大教授提出六界：病毒界、原核生物界、真核生物界、真菌界、动物界和植物界。
5、微生物是如何命名的？举例说明。
答：微生物的命名是采用生物学中的二名法，即用两个拉丁字命名一个微生物的种。
这个种的名称是由一个属名和一个种名组成，属名和种名都用斜体字表示，属名在前，用拉丁文名词表示，第一个字母大写。
种名在后，用拉丁文的形容词表示，第一个字母小写。
如大肠埃希氏杆菌的名称是Escherichia coli。
《环境工程微生物学》课程笔记第一章绪论1.1 我们与微生物微生物是一类极小的生物体，包括细菌、真菌、病毒、原生动物等，它们在地球上的存在时间远早于人类。
微生物与人类生活密切相关，它们在人类的健康、食品、医药、环保等方面都扮演着重要的角色。
1.2 微生物的特点微生物具有以下特点：（1）体积小、表面积大：微生物的体积很小，但表面积却很大，这使得它们能够更有效地与外界环境进行物质和信息交换。
（2）繁殖速度快：微生物的繁殖速度非常快，一些细菌在适宜的条件下，每20-30分钟就能繁殖一次。
（3）适应能力强：微生物具有很强的适应能力，可以在各种极端环境中生存，如高温、高压、酸碱度等。
（4）遗传变异：微生物的遗传物质相对简单，容易发生变异，这使得它们能够不断适应环境变化。
1.3 微生物与环境污染治理微生物在环境污染治理中具有重要作用。
例如，在污水处理过程中，微生物可以分解水中的有机污染物，将有害物质转化为无害物质。
此外，微生物还可以用于土壤修复、废气处理等方面，帮助减轻环境污染。
第二章微生物的形态结构、生理生化特征以及与环境的关系2.1 如何观测微生物由于微生物个体微小，一般显微镜无法观察到，因此需要借助电子显微镜等高倍显微镜进行观察。
电子显微镜可以提供高分辨率的图像，使研究者能够清晰地观察到微生物的形态和结构。
2.2 细菌的结构和性质细菌是微生物中最为常见的一类。
细菌的基本结构包括细胞壁、细胞膜、质粒、核糖体和细胞质等。
细菌具有原核生物的特点，没有真核细胞的细胞核和细胞器。
细菌可以通过二分裂进行繁殖，具有较强的适应能力。
2.3 放线菌、古菌及蓝细菌放线菌是一类具有分枝菌丝体的微生物，广泛分布于土壤和水体中。
古菌是一类生活在极端环境中的微生物，具有原核生物的特点。
蓝细菌又称蓝藻，是一类能进行光合作用的微生物，广泛分布于水体和土壤中。
2.4 原生动物及其指示作用原生动物是一类单细胞的真核微生物，生活在水域或湿润环境中。
细菌、放线菌及古菌在环境工程的应用细菌、放线菌及古菌在环境工程或水处理工程中的应用细菌在环境工程或水处理工程中的应用（1）细菌在水处理中的作用1、污（废）水生物处理的工作主体是曝气池活性污泥中的细菌活性污泥法、生物膜法、稳定塘法等人工生物处理技术对有机物的降解起主要作用的都是细菌。
好氧活性污泥（绒粒）的结构和功能中心是能起絮凝作用的细菌形成的细菌团块——菌胶团。
活性污泥的主体细菌来源与土壤、河水、下水道污水和空气中的微生物。
它们多数是革兰氏阴性菌。
如动胶菌属和从毛单细胞属，可占70%。
好氧活性污泥的细菌能迅速稳定污（废）水中的有机物，有良好的自我絮凝能力和沉降能力。
在处理废水的过程中吸附能力很强的菌胶团将废水中的杂质和游离细菌等吸附在其上，形成了活性污泥的絮凝体。
作为絮凝体主体骨架的菌胶团细菌在废水处理过程中起到了非常重要的作用。
菌胶团在水处理中的作用：1>有很强的生物絮凝、吸附能力和氧化分解有机物的能力。
提供了良好的生存环境。
2>菌胶团对有机物的吸附和分解，为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境。
3>具有指示作用：通过菌胶团的颜色、透明度、数量、颗粒大小及结构的松紧程度可衡量好氧活性污泥的性能。
如新生菌胶团颜色浅、无色透明、结构紧密，则说明菌胶团生命力旺盛，吸附和氧化能力强，即再生能力强。
此外，活性污泥中还辅以少量丝状细菌作为骨架而组成结构紧密的大絮体，也是活性污泥的重要组成部分。
丝状菌在活性污泥中可交叉穿织在菌胶团之间，或附着在絮凝体的表面。
当废水中的丝状细菌的数量超过菌胶团时，会使活性污泥沉降性变差，严重时引起活性污泥的膨胀，使出水水质下降。
2、光合细菌处理高浓度有机废水BOD５在10000m g/L以上的高浓度有机废水（浓粪便水、豆制品废水、食品加工废水、屠宰废水等）可用有机光合细菌处理。
图 1.30 古菌的系统发育树( Madigan et al., 2000)二、产甲烷古细菌群产甲烷菌是一群迄今为止所知的最严格厌氧的、能形成甲烷的化能自养或化能异养的古菌群。
（一）、产甲烷细菌的形态与细胞结构产甲烷细菌是一大都能产生甲烷的生理类群，因此包括了球形、杆形、螺旋形、长丝状等不同形态，见图1.31 。
产甲烷细菌的细胞壁染色后有围绕细胞约有15nm-20nm 厚的一层无定形电子稠密层。
在化学组成上含有假胞壁质。
假胞壁质与细菌的胞壁质在化学结构上有区别：假胞壁质肽链上为L- 氨基酸，糖链上为N- 乙酰-L- 塔罗糖胺糖醛酸，而且连接此N- 乙酰-L- 塔罗糖胺糖醛酸和N- 乙酰-D- 葡萄糖胺的糖苷键主要为β1，3）糖苷键，少部分为β1，4）糖苷键。
细菌胞壁质肽链上为D- 氨基酸，糖链上为N- 乙酰胞壁酸，连接的糖苷键与产甲烷细菌的相同。
产甲烷细菌无细菌细胞壁胞壁质特征而富含各种表层蛋白。
产甲烷细菌的外膜可分为5 种类型：①固定结构层+ 细胞质膜；②亚甲基软骨素层+ S 层+ 细胞质膜；③固定结构层+ 假胞壁质+ 细胞质膜；④鞘+S 层+ 细胞质膜和⑤假胞壁质+ 细胞质膜。
嗜热自养甲烷杆菌（Methanobacterium thermoautotrophicum ）和布氏甲烷短杆菌（Mb. bryantii ）的细胞壁为均匀的单层，厚度为10nm ~18nm 。
史氏甲烷短杆菌（Methanobrevibacter smithii ）细胞壁具有 2 个电子致密层和1 个电子透明的中层。
瘤胃甲烷短杆菌细胞壁由电子致密层的内层，电子透明层的中层和粗糙不规则形的外层构成，索氏甲烷丝菌细胞壁由电子密度较高并与质膜相邻的内层和电子密度较低的外层构成。
亨氏甲烷螺菌（Methanospirillum hungatii ）有内壁和外壁之分，外壁在菌丝体处连续成鞘状，不重叠凹陷，内壁仅围绕丝状体中的各个细胞，细胞横隔处只见外壁。
