环境工程微生物学1 ppt课件

在前，种名在后均用拉丁文或拉丁化的文字表示， 如Staphylococcus aureus （金黄色葡萄球菌）
typhoidbacillus （伤寒杆菌） Esherichia coli （大肠埃希氏杆菌） Bacillus subtilis (枯草芽孢杆菌)
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病毒和类病毒
病毒是一类由核酸和蛋白质等 少数几种成分组成的超显微“非细胞生物” ， 能以感染态和非感染态两种状态存在。
• 水污染 — 酸雨 ·富营养化 ·海洋倾倒 ·石油泄漏 ·水危机
• Resource depletion资源消耗 — 自然资源的开采
• 渔业 — 炸药捕鱼 ·水底拖网 ·氰化物捕鱼 ·鬼网 ·非法的、不报告的和不管制的捕捞 ·过度捕捞· 鱼翅
• 伐木业 — 皆伐 ·森林开伐 ·非法砍伐
• 采矿业 — 酸性矿山废水 ·炸开山头采矿
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发达国家当前国内的环境问题
工业废物、生活垃圾急剧增加；噪声问题仍很 突出；氮氧化物污染仍未得到有效控制；大气中有 害物质（重金属、致癌物质等）如故；水环境问题 还未解决。
发展中国家的环境问题
主要是生态环境的破坏、环境卫生和大城市的 污染问题。即发展中国家在发展社会经济的进程中， 正步着发达国家“先污染后治理”的老路。
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（3）当代环境问题阶段，全球性大气环境问题。它 始于1984年英国科学家发现，1985年美国科学家 证实南极上空出现“臭氧空洞”。这一阶段的核 心问题是“全球变暖”、“臭氧层破坏”和“酸 沉降”三大全球性大气环境问题。
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伦敦烟雾事件
• 1952年伦敦烟雾事件是1952年12月5日－9日发生在 伦敦的一次严重大气污染事件。这次事件造成多达 12000人因为空气污染而丧生，并推动了英国环境 保护立法的进程。

自然界中氮素蕴藏量丰富，以三种形态存在：分 子氮N2，占大气的78%；有机氮化合物；无机 氮化合物（氨氮和硝氮）。尽管分子氮和有机氮 含量多，但植物不能直接利用，只能利用无机氮。 微生物、植物和动物三者的协同作用下将三种形 态的氮相互转化，构成氮循环，其中微生物起着 重要作用。
自然界的氮素循环是各种元素循环的中心，这是 由于氮元素在整个生物界中所处的重要地位所决 定的。微生物又是整个氮素循环的中心，尤其是 一些固氮微生物更可称作开辟整个生物圈氮素营 养源的“先锋队”。
人工湿地中微生 物与水生植物净 化污水的作用
微污染水源水 预处理中的 微生物学原理
饮用水的消毒与其 微生物学效应
污废水 深度处理
❖ 环境问题是目前全球面临的四大难题之一， 将现代生物技术和环境工程技术有机结合是一种 经济效益和环境效益俱佳的、解决复杂环境污染 问题的最有效手段。
❖ 1 传统的环境生物技术，即以废物的生物处理及 其在新理论和新技术支撑下的强化处理工艺；氧 化塘、人工湿地和农业生态工程等。
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环境生态工程中的微生物作用

环境与环境工程面临的问题，可持续发展与微生物
❖ ❖ 随着人类的生活水平日益提高,相应产生越来越多的城市生活污水、人粪便;有
机固体废物(包括厨余);生活用品废物,如废纸张、废布、废塑料袋等生活垃圾。 集约化的养殖场产生大量禽、畜粪便。
残留有机物还可能引起管道中异养菌孳生。导致饮用水中细菌不达标， 这种水被人饮用会危害人体健康。为此，人们不仅致力于水厂的水处理 工艺改革，探索更有效的处理工艺和技术。同时重视水源水的预处理， 双管齐下，确保饮用水的卫生与安全。
污染土壤与生物修复技术
❖ 土壤对施入其中一定负荷的有机物或有机污染物 具有吸附和生物降解能力，通过各种物理、生化 过程自动分解污染物使土壤恢复到原来水平的净 化过程，称土壤自净。

根据环境微生物的基础研究和应用层次分析，相关工 程所涉及的学科范围可概述如下：
• （1）环境微生物工程的建立和运行均需对有关微
生物进行基础研究，涉及到微生物学、细胞学、生 理学、生物化学、分子生物学和遗传学等；
• （2）环境微生物工程中构建新菌株要涉及到基因
工程、细胞工程、酶工程和分子遗传学等学科；
（3）微生物制剂和污染现场修复工程：将发酵 装臵安故在野外处理现场，源源不断地提供菌体， 用于治理目标水和土壤环境，使环境微生物目标 菌株在净化环境中始终占据优势，这是室内与室 外环境微生物工程相结合的一种方式。但是，大 量的野外环境微生物工程并无发酵耀相随。环境 微生物以菌体的固体或液体的形式，或以微生物 的其他生物制品的形式投放于目标环境之中，达 到清除污染的目的。
• （3）环境微生物工程中污染物的降解转化及监测
评价涉及环境化学、环境生物学、环境地学、环境 卫生学、环境毒理学和环境监测与评价等；
（4）环境微生物工程中对污染物测量和自动化控 制涉及信息科学、电子工程技术、仪器分析和计算 机科学等； （5）应用发酵工程技术使污染物净化和资源化或 建立清洁生产工艺的环境微生物工程要涉及工业微 生物学和化工机械学等； （6）在自然环境中建立环境微生物修复工程要涉 及土壤学、水力学、气象学和生态学等； （7）对环境微生物工程进行预算和评价要涉及经 济学、法律学、环境规划管理和系统工程等。
生物修复(Bioremediation)是近几年兴起的生 物治理技术，它最初的主要目标是利用微生物清 除土壤和水体（包括地下水）中的污染。由于高 新生物技术系统的利用和对其他传统技术的改革 与创新，使得生物修复发展成一项颇具生命力的 产业。环境微生物在生物修复工程中占据中心位 臵。因为生物修复面对的是自然环境，所以其他 因素，包括植物、动物和理化等因素对生物修复 的影响也不可忽视。

实验室技术与操作
常用实验室技术
微生物分离与培养、鉴定与检测、微生物生态学 研究等。
实验室操作注意事项
如何确保实验室安全，正确处理试剂、垃圾等， 避免污染和误操作。
课程总结
知识掌握
掌握微生物基本概念和环境 工程中的微生物学应用。
实验操作
掌握常用实验室技术和操作 注意事项。
应用案例
了解环境工程中微生物应用 的具体案例，深度理解其应 用价值。
环境工程微生物学
探索微生物的神奇世界，发现它们在环境工程中扮演的重要角色。
课程介绍
1 课程目标
介绍微生物学基础知识，深入探讨其在环境工程中的应用
2 课程内容
• 微生物的基本概念 • 环境工程中的微生物学应用 • 案例研究 • 实验室技术与操作
微生物的基本概念
微生物的定义
微生物领域的重要性
微生物是无法看到的微小生物，包括细菌、真菌、 病毒等。
土壤修复中的微生物应用
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解和还原等，净化空气质量。
利用微生物降解土壤中的废水处理案例
使用微生物技术处理印染废水，减少了COD和氨氮的排放，同时提高了水质。
废气处理案例
利用微生物处理化工尾气，成功降解了有机物污染物，减少了沉积物产生。
土壤修复案例
在重金属污染地区进行微生物修复，成功修复并保护了当地生态环境。
微生物在土壤形成、营养循环、能源转换和生物 多样性保护方面具有重要作用。
环境工程中的微生物学应用
1
应用领域的概述
微生物在环境工程中的应用领域包括
废水处理中的微生物应用
2
废水处理、废气处理和土壤修复等。
利用微生物净化废水，将有机物转化
为无害的物质。

• 共生
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青 霉
细菌菌落
此处没有细菌
？
• 提问：青霉菌与其周 围细菌的关系是什么 ？
• 拮抗
•提问：原生动物与细菌 间关系？
•拮抗及偏利互生
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• 提问：活性污泥 中细菌间的相互 关系是什么？
• 竞争、互生（同 种）等
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寄生关系
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• 冬虫夏草，是子囊菌寄 生于鳞翅目幼虫而形成 的。
• 但如数量太多，则是污泥膨胀的 的前兆。
• 提问：为什么？ • 答案：破坏污泥的结构，使污泥
松散而上浮。
• 目前发现的轮虫有252种，活性污泥中 常见的轮虫有转轮虫、玫瑰旋轮虫等 。
玫瑰旋轮虫
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转轮虫
二、甲壳类动物（非微生物）
• 甲壳动物是鱼类的基本食料。广泛分布于河流、 湖泊和水甲壳，水生浮游生活。
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颤蚯蚓
（2～4mm)
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• 摇蚊幼虫(1~10mm)
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• 蜂蝇幼虫
工业污水处理系 统中较少出现。
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冠状痘病病毒毒，如天花
非
第六节最大的病病毒毒仅3和0噬0~菌4体50×1 典
70~260nm
• 病毒：非细胞型+专性寄生+微生物
1nm=10 m 噬菌•体寄生在微丝生状物病中毒的,如病毒杆副特状粘称病病噬毒-毒9菌，，体如。
游泳型纤毛 漫游虫多，没有豆形 没有漫游虫，豆形虫、肾
动
虫
虫、肾形虫 形虫多（大于 1 万个/ml）
固着型纤毛
物
虫
多且活跃
畸形，运动迟缓
孢囊
无
有
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第五节 后 生 动 物

芽孢没有繁殖意义，仅仅是芽孢细菌生活史中的一环， 是细菌的休眠体。
1.1.3.5 鞭毛(flagella)
1. 概念：是一条由细胞质膜上的鞭毛基粒长 出，穿过细胞壁伸向体外的纤细的波浪状 的丝状物。
2. 化学组成 蛋白质，少量的多糖或多肽
3. 分类
① 一端生鞭毛：菌体的一端只生一根鞭毛，如霍乱弧菌
环境工程微生物学
绪 论
0.1 微生物与环境工程
0.1.1 环境工程面临的问题 0.1.2 微生物对人类生存环境的影响 是宝贵的自然资源；是生物多样性的重要成员； 是环境中有机物的主要分解者； 是参与环境污染物综合利用，变废为宝的积极分子； 某些微生物及微生物代谢产物可污染环境，危害人体 健康； 在特定的环境中可产生大量的CO2等温室气体，有可能 有助于大气温室效应。
新细胞的排列方式可作为分类鉴定的依据。
1.1 细菌（bacteria）
1.1.1 细菌的个体形态 单杆菌 2. 杆菌 双杆菌 链杆菌
其排列方式不可作为分类鉴定的依据。
1.1 细菌（bacteria）
1.1.1 细菌的个体形态 弧菌 3. 螺旋菌 螺旋菌
螺距、螺数因菌种而异，可作为分类鉴定依据。
4. 丝状菌
② 两端生鞭毛：菌体两端各具一根鞭毛，如鼠咬热螺旋体 ③ 丛生鞭毛：菌体一端生一束鞭毛，如铜绿假单胞菌；菌体两端
各具一束鞭毛，如红色螺菌
④ 周生鞭毛：周身都有鞭毛，如大肠杆菌 、枯草杆菌等。
根据着生部位、数目和排列，鞭毛可作为细菌分类的依据。
(a) 周生鞭毛 (b) 极生鞭毛 (c) 丛生鞭毛
1.1.4 细菌的培养特征
3. 衣鞘(sheath) —指水生环境中的一些丝状菌体表面的粘 液层或荚膜硬质化，而形成一个透明坚韧 的空壳。

98727
高限 1217 42 1500 2500 23100 68939 30000 127298
*本表参考Whittaker, R.H.et al.Biolog-y Data Book, 2nd ed.,Vol.1,1972.P.52289。
Culturability determined as a percentage of culturable bacteria to total cell counts*
• 真核类：
真菌 原生动物 单细胞藻类
低
• 非细胞生物：
病毒 类病毒
进化地位低
朊病毒
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一、环境微生物学的研究内容
2、微生物学及其分科
研究微生物的科学。
细胞 在 群体 水平上研究微生物的
分子
形态结构 生理代谢 遗传变异 生态分布 等的基本规律， 分类 进化
并将其应用到发酵、医学卫生、生物工程、环境保护等领域。
其主要任务是发掘、利用和改善有益微生物，控制、消灭或
改造有害微生物。
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一、环境微生物学的研究内容
微生物学的分科
按基本生命 规律分 按应用领域分
按研究对象分
基础微生物学（General Microbiology）或 微生物生物学（Biology Of Microorganisms）
微生物生态学、微生物分类学
十四章 微生物的研究方法(以- 实验为主)
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第一章 绪论
一、环境微生物学的研究内容 二、微生物的一般特点 三、微生物的分类与命名
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一、环境微生物学的研究内容
1、什么叫微生物？
微生物（microorganism、 microbe） 肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称。

土壤污染修复
生物监测
某些微生物具有降解重金属和有机污染物 的能力，可应用于土壤污染的修复。
微生物也可用于环境监测，通过检测水体 、土壤等环境中的微生物种类和数量，可 判断环境污染的程度和变化趋势。
PART 02
微生物生态
微生物的生态环境
水生环境
包括淡水、海水和污水 等，是微生物的主要栖
息地之一。
微生物技术分类
根据应用领域不同，微生物技术可分 为工业微生物技术、农业微生物技术 、环保微生物技术和医疗微生物技术 等。
微生物技术的原理
微生物的代谢与转化
微生物的生态与群落
微生物通过分解、合成等代谢过程， 将不同物质转化为其他物质，实现物 质的转化和能量的传递。
研究微生物在自然环境中的分布、生 长、繁殖和相互作用，通过调控微生 物群落结构，实现特定功能。
水体生物修复
利用微生物将污染水体中的有害 物质转化为无害物质，达到净化 水体的目的。
地下水生物修复
利用微生物将地下水中的有害物 质转化为无害物质，达到修复地 下水的目的。
PART 05
微生物与环境安全
微生物对环境的影响
微生物在自然界中扮演着分解者的角色，能够将 有机物分解为无机物，维持生态平衡。
微生物的分类
根据其形态、生理生化特性等特 征，微生物可分为细菌、病毒、 真菌、藻类等几大类。
微生物的特点与功能
繁殖速度快
微生物具有极快的繁殖速度，能 在短时间内大量繁殖，这为它们 在环境工程中的应用提供了有利
条件。
适应性强
微生物具有很强的适应性，能在各 种不同的环境条件下生存和繁殖， 如酸碱度、温度、湿度等。
微生物群落的营养和能量流动平衡

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螺旋菌
螺旋菌呈螺旋卷曲状，螺纹不满一圈的称为弧菌。
弧菌
螺旋菌
螺旋体菌
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弧菌：菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈， 形似“C”字或逗号，鞭毛偏端生。
蛭 弧 菌
霍乱弧菌
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螺旋菌：
菌体回转如螺旋，螺 旋数目和螺距大小因 种而异。鞭毛二端生 细胞壁坚韧，菌体较 硬。
A 简单染色：常用来观察细菌的形态、大小和排列方式。
用一种染液染色菌体。一般菌体被染上染料的颜色。
B 复合染色法：两种染料染色，以区别细菌的革兰氏染色
反应或抗酸性反应，或将菌体和某一结构染成不同颜色。
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革兰氏染色
1884年，丹麦医生C.Gram发明
程序：（1）初染（结晶紫30S）
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细菌的特殊结构
芽孢
某些细菌在其生长发育后期或遇到不良环 境时，在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、 含水量极低、抗逆性极强的休眠体。
所有的芽孢都可以抵挡外界不良环境。它是 抵挡外界不良环境的休眠体。
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枯草杆菌芽孢的超薄切片电镜照片（标尺：0.2μm）
左：端位；中：近端位；右完：整版中课央件pp位t ,细菌芽孢的各种类型 30
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16
1.2细菌细胞的结构
一般构造
②
细胞壁
③
细胞膜
细胞质
④
间体
①
核区
⑤
内含物
特殊构造
鞭毛 菌毛
芽孢 微荚膜
荚膜 粘液层
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细胞壁

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1.2 微生物学的研究内容
• 微生物学(Microbiology)：研究微生物生命活 动规律的一门学科。内容包括研究微生物的形 态结构、分类、生态、营养代谢、生长发育、 遗传变异等。其目的是认识、利用、控制和改 造微生物，为人类造福。
– 环境微生物学：研究人类生存环境与微生物之间的 相互关系与作用规律的科学，它着重研究微生物对 人类环境所产生的有益与有害影响，阐明微生物、 污染物与环境之间相互关系及作用规律。
醇
高浓度有机 无毒废水
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酵母和光合 细菌
单细 胞蛋
白
• (5)、基础研究
– 微生物降解转化污染物的机理深入到基因DNA的分子水 平
– 从基因DNA组成结构的变化追溯到相关的生理生化学的 变化及其代谢功能的变化
– 从环境微生物中分离鉴定出特定降解污染物的基因，并 应用该基因构建高效降解污染物的基因工程菌
工程净化的原理。
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1.6 环境工程微生物学的发展 及研究现状
• (1)、土著菌的开发利用
自然环境 中微生物
驯化
石油污染 垃圾
尾矿废水
农药生产 废水
废弃塑料 印染废水
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1.6 环境工程微生物学的发展 及研究现状
• (2)、构建遗传工程菌
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1.6 环境工程微生物学的发展 及研究现状
Methanospirillum Haloferax
Methanopyrus
Sulfolobus
Streptomyces
链霉菌属Thermus Thermomicrobium
Chloroflexus Thermotoga

生理生化试验
通过测定微生物的代谢产物、酶活性 等生理生化指标，推断其种类和代谢 特性。
培养法
通过特定的培养基和培养条件，使微 生物得以生长繁殖，进而观察其菌落 形态、生长速度等特征，进行微生物 的分离、纯化和计数。
现代微生物检测技术
分子生物学方法
利用PCR、基因芯片等技术，检测微生物特定基因序列的存在和表 达情况，实现快速、灵敏的微生物检测和鉴定。
常见环境工程微生物实验操作
微生物的分离与纯化
介绍从环境样品中分离和纯化微生物的方法和步骤，如平板划线 法、稀释涂布法等。
微生物的培养与计数
详细讲解微生物的培养条件、培养基的配制以及微生物的计数方法 ，如平板计数法、比浊法等。
微生物的生理生化实验
介绍常见的微生物生理生化实验，如糖发酵实验、蛋白质分解实验 等，用于鉴定不同种类的微生物。
微生物燃料电池在环境治理中潜力挖掘
微生物燃料电池原理
介绍微生物燃料电池的工 作原理及基本构造。
在环境治理中的应用
阐述微生物燃料电池在废 水处理、土壤修复等方面 的应用实例。
技术ห้องสมุดไป่ตู้战与解决方案
分析微生物燃料电池在实 际应用中面临的技术挑战 ，并提出相应的解决方案 。
未来发展方向
探讨微生物燃料电池在环 境治理中的未来发展方向 及潜在应用前景。
环境工程领域的微生物技术应用需要稳定的微生物群落支持，如何维持
群落稳定性是未来的研究重点。
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环境因子对微生物技术的影响
环境因子如温度、pH值等对微生物的生长和代谢具有重要影响，如何
优化环境因子条件以提高微生物技术的处理效果需要进一步探讨。
THANKS
感谢观看
环境工程微生物学前沿研究

同的生物之间的系统发育研究。
细菌域 Domain bacteria
古（生）菌 域 Domain archaea
真核生物域 Domain eukary ota
紫色细菌 叶绿体 蓝细菌 黄杆菌 产液菌属
线粒体
甲烷球菌属
甲烷杆菌属
真菌
植物
革兰氏阳性细菌
甲烷八叠球菌属
极端嗜盐菌
无硫绿细菌
热球菌属
伪变形虫
栖热胞菌属
4、食品、药物、工程学
二、微生物的分类和命名
“微生物”不是分类学上的概念。
（一）微生物的分类
分类单元：界、门、纲、目、科、属、种 关于：域（p6、p30）
生物五界分类系统
魏泰克的五界分类系统
原核生物界、原生生物界、真菌界、动物 界和植物界。
王大耜的六界分类系统 病毒界、原核生物界、真核原生生物界、真 菌界、பைடு நூலகம்物界和植物界。
一、微生物学的发展沿革（补充） （一）微生物学的奠基
微生物学是在19世纪末期，在法国学者巴斯德和 德国学者科赫等人工作的基础上建立起来的。
巴斯德（1822—1895）
证明酒、醋的酿造过程：微生物引起的发酵。 酒变酸是有害微生物作用； 提出了巴斯德消毒法
证实了传染病是由病原微生物引起的 否定自生说。
例如 B. Subtilis AS 1.398和B. Subtilis BF 7.658是枯草 杆菌的两个菌株，前者可生产蛋白酶，后者可生产 α-淀粉酶。
出现在分类学文献中的学名，往往还加上首次定名 人（外加括号）、现名定名人和现名定名年份，但 在一般使用时，这几个部分总是省略的。
Bacillus subtilis （Ehrenberg）Cohn 1872