水處理微生物學(xué)-1課件

1、水處理微生物學(xué)課本及參考書(shū)課本： 水處理微生物學(xué)（第五版） 顧夏生 主編 中國(guó)建筑工業(yè)出版社參考書(shū)目：微生物學(xué)（第二版） 武漢大學(xué)編 高等教育出版社環(huán)境微生物學(xué) 周群英等編 高等教育出版社第一章 緒論主要內(nèi)容：水處理微生物學(xué)的研究對(duì)象和任務(wù)微生物的分類、命名微生物的特點(diǎn) 原核微生物與真核微生物的區(qū)別第一節(jié) 水處理微生物學(xué)研究的對(duì)象和任務(wù)研究對(duì)象：研究水體中微生物的形態(tài)，生理特性和控制方法；研究微生物在水處理中的作用機(jī)理和規(guī)律；研究水體中微生物的檢測(cè)方法，判定水體污染和自凈能力以及水處理效果的好壞。研究任務(wù)：掌握微生物的基本概念、類型、生理特性、微生物與環(huán)境的關(guān)系、以及微生物在水處理中的作用等基

2、本理論充分利用微生物控制，消除水體的有機(jī)污染物，營(yíng)養(yǎng)鹽類，重金屬的污染利用微生物進(jìn)行水處理使水資源再生微生物小m級(jí)：光學(xué)顯微鏡下可見(jiàn)（細(xì)胞）Nm級(jí)：電子顯微鏡下可見(jiàn)（細(xì)胞器、病毒）簡(jiǎn)單細(xì)胞簡(jiǎn)單多細(xì)胞非細(xì)胞（即“分子生物”，如病毒）原核類：細(xì)菌，放線菌、藍(lán)細(xì)菌，支原體、立克次氏體，衣原體等低(進(jìn)化地位低 )真核類：真菌，原生動(dòng)物，微型后生動(dòng)物，微藻類非細(xì)胞：病毒，亞病毒（朊病毒、類病毒、擬病毒）微生物的進(jìn)化地位：通過(guò)放射性元素的計(jì)時(shí)技術(shù)，測(cè)得地球年齡約有45-46億年。類似細(xì)菌的生物在約35億年前就已出現(xiàn)，此時(shí)地球開(kāi)始由化學(xué)進(jìn)化轉(zhuǎn)入到生物進(jìn)化階段；藍(lán)細(xì)菌類原核生物是在21億年前出現(xiàn),此時(shí)地球大氣

3、開(kāi)始由無(wú)氧變成有氧，之后出現(xiàn)真核微生物；大約6億年前，水圈中出現(xiàn)了后生動(dòng)物（攝食消費(fèi)者），之后出現(xiàn)由“魚(yú)陸生生物兩棲類爬行類”的進(jìn)化趨勢(shì)，人類誕生至今不過(guò)300萬(wàn)年。典型的真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)（動(dòng)物典型的真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)（植物）在認(rèn)識(shí)發(fā)展過(guò)程的不同階段存在對(duì)生物分類的不同觀點(diǎn)。兩界：動(dòng)物界和植物界三界：菌物界、動(dòng)物界和植物界四界：原始生物界、菌界、植物界、動(dòng)物界（由Copeland提出）五界：Whittaker提出生物五界分類系統(tǒng)，后被Margulis修改為：原核生物界、真生生物界、真菌界，動(dòng)物界和植物界六界：我國(guó)王大耜教授提出： 病毒界、原核生物界、真核原生生物界、真菌界、動(dòng)物界和植物界生物的界級(jí)分類學(xué)

4、說(shuō)1.體積小，面積大2.吸收多，轉(zhuǎn)化快3.生長(zhǎng)旺，繁殖快4.適應(yīng)強(qiáng)，易變異5.分布廣，種類多二、微生物的特點(diǎn)擴(kuò)大了吸收面排泄面信息交換面意義2.吸收多，轉(zhuǎn)化快如： 大腸埃希氏菌在1h內(nèi)可分解其自重100010000倍的乳糖； Candidautilis（產(chǎn)朊假絲酵母）合成蛋白質(zhì)的能力比大豆強(qiáng)100倍，比牛強(qiáng)10萬(wàn)倍； 吸收速度是人的300萬(wàn)倍意義： 1 為微生物生長(zhǎng)提供了充足的物質(zhì)基礎(chǔ) 2 使微生物發(fā)揮“活化工廠”的作用4.適應(yīng)強(qiáng)，易變異 適應(yīng)極端環(huán)境如高溫、高酸、高輻射等冷：-70-196 熱：300 酸、堿、鹽：耐壓： 短時(shí)間能產(chǎn)生大量變異的后代5.分布廣，種類多物種多樣性生理代謝類型的多

5、樣性代謝產(chǎn)物的多樣性遺傳基因的多樣性生態(tài)類型的多樣性第二章 非細(xì)胞微生物病毒主要內(nèi)容：病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)病毒的繁殖病毒存活的影響因素去除和破壞水中病毒的方法一、病毒的定義病毒：一類由核酸和蛋白質(zhì)等少數(shù)幾種成分組成的超顯微“非細(xì)胞型微生物”，其本質(zhì)是一種只含DNA或RNA的遺傳因子。 病毒與其他細(xì)胞型微生物包括原核微生物和真微生物有著體態(tài)、結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、生命方式等多方面的明顯區(qū)別。第一節(jié) 病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)及分類二、病毒的特點(diǎn)形體極其微小，需用電子顯微鏡觀察沒(méi)有細(xì)胞構(gòu)造，又稱“分子生物”每種病毒只含一種核酸，DNA或RNA以核酸和蛋白質(zhì)的裝配實(shí)現(xiàn)大量繁殖專性寄生，寄主細(xì)胞內(nèi)才表現(xiàn)出生命特征無(wú)蛋白質(zhì)和核

6、酸合成酶系，利用宿主細(xì)胞內(nèi)的代謝系統(tǒng)離體條件，為無(wú)生命的生物大分子，長(zhǎng)期保持侵染活力對(duì)抗生素不敏感，對(duì)干擾素敏感有的病毒核酸可整合到宿主基因組，誘發(fā)潛伏性感染2、按專性宿主分類： 動(dòng)物病毒寄生在人體和動(dòng)物體內(nèi)，引起疾病艾滋病病毒非典冠狀病毒肝炎病毒引起的疾病有：流感、艾滋病、麻疹、腮腺炎、甲肝、乙肝等植物病毒 寄生在植物體內(nèi)，引起疾病 如煙草花葉病、番茄叢矮病、馬鈴薯退化病、水稻萎縮病和小麥黑穗病等煙草花葉病毒放線菌病毒 寄生于放線菌，可使放線菌細(xì)胞裂解的病毒。藻類病毒噬藻體真菌病毒DNA病毒 細(xì)小病毒組的成員一般是ssDNA 其余病毒都是dsDNA RNA病毒 呼腸孤病毒組的成員是dsRNA

7、 其余的病毒都是ssRNA注：動(dòng)物病毒以線狀的為dsDNA和ssRNA多，植物病毒以ssRNA為多，噬菌體以線狀的為dsRNA多3、按核酸分類1.病毒的大小 多數(shù)能通過(guò)細(xì)菌過(guò)濾器，直徑多數(shù)在100nm（20200nm）上下； 最大的病毒：牛痘苗病毒，直徑最大300nm 最小的病毒：口蹄疫病毒，直徑1022nm四、病毒的形態(tài)和結(jié)構(gòu)2.病毒的形態(tài) 動(dòng)物病毒的形態(tài)有：球形、卵圓形、磚形等 植物病毒的形態(tài)有：桿狀、絲狀和球狀 噬菌體的形態(tài)有：蝌蚪狀和絲狀粘病毒痘病毒皰疹病毒噬菌體病毒的形態(tài)和相對(duì)大小付粘病毒槍彈性病毒冠狀病毒五、病毒的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)（一）化學(xué)組成 蛋白質(zhì)和核酸 個(gè)體大的病毒除含蛋白質(zhì)和

8、核酸，還含脂類和多糖2、病毒的核酸 RNA多為ss，DNA多為ds1、病毒的蛋白質(zhì) 結(jié)構(gòu)蛋白：位于顆粒外表，起保護(hù)作用；決定病毒的抗原性病毒粒子的結(jié)構(gòu)圖(二) 形態(tài)結(jié)構(gòu)病毒粒子有兩種：不具被膜的裸露病毒粒子在核衣殼外面有被膜包圍所構(gòu)成的病毒粒子病毒粒的對(duì)稱體制 病毒粒的對(duì)稱體制只有兩種，即螺旋對(duì)稱和二十面對(duì)稱； 另外一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的病毒，實(shí)質(zhì)上是上述兩種對(duì)稱結(jié)合的結(jié)果，也稱為復(fù)合對(duì)稱。 二十面對(duì)稱 代表病毒為腺病毒（Adenovirus）二十面體腺病毒模式圖B. 螺旋對(duì)稱型 代表病毒為煙草花葉病毒（TMV）該病毒核酸外由蛋白質(zhì)衣殼包裹和保護(hù)，結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，室溫下保存50年不喪失侵染力TMV模式圖

9、C. 復(fù)合對(duì)稱型二十面體對(duì)稱螺旋對(duì)稱代表病毒為T(mén)偶數(shù)噬菌體，有3種，即T2、T4和T6T系噬菌體模式圖病毒不存在個(gè)體的生長(zhǎng)過(guò)程，只有兩種基本成分 的合成和進(jìn)一步的裝配過(guò)程（同種病毒粒之間沒(méi)有年齡和大小之分）動(dòng)物病毒、植物病毒和噬菌體的繁殖過(guò)程基本相 似第二節(jié) 病毒的繁殖吸附、侵入、增值（復(fù)制與生物合成）、粒子成熟（裝配）、寄主細(xì)胞裂解 （釋放）。 以大腸桿菌T系噬菌體為例噬菌體與大腸桿菌相對(duì)大小病毒繁殖過(guò)程分為5個(gè)階段：1. 吸附 T系噬菌體以尾部末端吸附到敏感細(xì)胞表面的某一特定的化學(xué)成分；吸附過(guò)程：隨機(jī)碰撞、尾絲散開(kāi)、固著、刺突插入、基板固定侵入2. 侵入 尾絲展開(kāi)、釋放溶菌酶，水解細(xì)胞壁的

10、肽聚糖形成孔，尾鞘消耗ATP獲得能量而收縮將尾髓壓入大腸桿菌細(xì)胞，尾髓將頭部的DNA注入宿主細(xì)胞3. 復(fù)制與生物合成DNA病毒的復(fù)制（1）核酸復(fù)制（宿主 DNA降解）（2）核酸轉(zhuǎn)錄（3）蛋白質(zhì)合成RNA病毒的復(fù)制4. 裝配 DNA分子的縮合通過(guò)衣殼包裹DNA而形成頭部尾絲，尾管和尾鞘獨(dú)立裝配完成頭部與尾部相結(jié)合裝上尾絲尾管和尾鞘裝成尾部5. 噬菌體的釋放 噬菌體粒子成熟后，其水解酶水解宿主細(xì)胞壁而使宿主細(xì)胞裂解，噬菌體粒子被釋放，進(jìn)而重新感染新的宿主細(xì)胞。噬菌體的釋放第三節(jié) 病毒的生長(zhǎng)規(guī)律一步生長(zhǎng)：瞬間爆發(fā)，過(guò)程可重復(fù)進(jìn)行噬菌斑：烈性噬菌體在混有大量活敏感菌的瓊脂培養(yǎng)基中，經(jīng)培養(yǎng)后，肉眼可見(jiàn)在

11、布滿宿主細(xì)胞的菌苔上，有一個(gè)個(gè)不長(zhǎng)菌的斑塊以時(shí)間為橫坐標(biāo)，噬菌斑為縱坐標(biāo)得到一步生長(zhǎng)曲線一步生長(zhǎng)曲線平穩(wěn)期成熟期潛伏期隱晦期裂解量：每個(gè)感染細(xì)菌平均釋放的噬菌體顆粒的數(shù)量裂解期平均噬菌斑數(shù)潛伏期的噬菌斑數(shù)與裂解時(shí)間有關(guān)病毒的溶原性a、烈性（毒性）噬菌體：進(jìn)入宿主細(xì)胞后進(jìn)行復(fù)制增殖，導(dǎo)致宿主細(xì)胞裂解的噬菌體。b、溫和噬菌體：噬菌體吸附或侵入細(xì)胞后，其DNA只整合在宿主核染色體組上，并可長(zhǎng)期隨宿主DNA的復(fù)制而同步復(fù)制，一般不進(jìn)行增殖或引起宿主細(xì)胞裂解的噬菌體。根據(jù)噬菌體進(jìn)入宿主細(xì)胞后的行為分為：宿主DNA噬菌體DNA噬菌體DNA和宿主染色體整合病毒的溶原性反應(yīng)原噬菌體 在溶原細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的溫和噬菌

12、體核酸稱為原噬菌體。 原噬菌體隨宿主細(xì)胞分裂傳給子代細(xì)胞。 原噬菌體沒(méi)有感染力，一旦脫離溶原性細(xì)菌的染色體后即恢復(fù)復(fù)制能力，形成毒性噬菌體。溶源性細(xì)菌 含有原噬菌體的細(xì)菌稱為溶源性細(xì)菌。烈性噬菌體敏感細(xì)菌裂解反應(yīng)溫和噬菌體原噬菌體溶源性反應(yīng)溶源性細(xì)菌第三節(jié) 病毒在水中存活的影響因素一、物理因素 溫度、光及其它輻射、濕度二、化學(xué)因素 化學(xué)物質(zhì)、抗體、干擾素三、生物因素 其它生物產(chǎn)生的抗菌物質(zhì)一、物理因素對(duì)病毒的影響1.溫度 宿主細(xì)胞外的病毒，5565范圍內(nèi)1h可滅活高溫滅活病毒的機(jī)理 高溫使病毒的核酸和蛋白質(zhì)均受損傷，但滅活蛋白質(zhì)更快；蛋白質(zhì)變性阻礙了病毒吸附在宿主細(xì)胞上，削弱其感染力。注：低溫

13、不會(huì)滅活病毒，通常在75保存病毒。2.光及其他輻射（1）紫外輻射 滅活部位是病毒的核酸，使核酸中的嘧啶環(huán)受到影響。（2）可見(jiàn)光 在天然水體和氧化塘中，日光對(duì)腸道病毒有滅活作用。（3）離子輻射 X射線、射線等3.干燥 控制環(huán)境中病毒的重要因素。土壤中，水分含量低于10時(shí)，病毒會(huì)迅速滅活。污泥中，當(dāng)固體含量大于65時(shí)，病毒量減低。 相對(duì)濕度（RH）病毒存活時(shí)間7腺病毒2型8周柯薩奇病毒B32周35腸病毒20周體外滅活：酚、低滲緩沖溶液、甲醛、亞硝酸、醚類、十二烷基硫酸鈉、氯仿、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、pH及其他氧化劑等。體內(nèi)滅活：抗體和干擾素二、化學(xué)因素對(duì)病毒的影響 體外滅活1.破壞病毒蛋白質(zhì)的化學(xué)物質(zhì) 酚、低滲緩沖溶液環(huán)境2.破壞核酸的化學(xué)物質(zhì) 甲醛、亞硝酸、氨3.影響病毒脂類被膜的化學(xué)物質(zhì) 醚、十二烷基硫酸鈉、氯仿等 體內(nèi)滅活1.抗體直接作用 宿主產(chǎn)生的特異蛋白（病毒是抗原）2.干擾素間接作用 宿主產(chǎn)生的糖蛋白，進(jìn)而誘導(dǎo)抗病毒蛋白產(chǎn)生三、生物因素對(duì)病毒的影響鏈霉菌、青霉菌、藻類等會(huì)分泌一些抗菌物質(zhì)。但是，各種鏈霉菌產(chǎn)生的抗生素對(duì)大多數(shù)病毒無(wú)滅活作用。藻類產(chǎn)生的抗菌物質(zhì)如丙烯酸和多酚對(duì)病毒有滅活作用。枯草桿菌、大腸桿菌和銅綠假單胞菌等三種菌顯示抗病毒的活性，病毒的蛋白衣殼可被用作細(xì)菌的生長(zhǎng)底物。四、去除和破壞水中病毒的方法一級(jí)處理：物理過(guò)程（過(guò)篩，除渣，初級(jí)沉淀去