中科大环境工程考研专业课资料2图文精.docx
- 文档编号:6645042
- 上传时间:2023-01-08
- 格式:DOCX
- 页数:16
- 大小:24.08KB
中科大环境工程考研专业课资料2图文精.docx
《中科大环境工程考研专业课资料2图文精.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《中科大环境工程考研专业课资料2图文精.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
中科大环境工程考研专业课资料2图文精
环境生物技术原理
-污染控制微生物学(1
化学系曾建雄(RaymondJZeng
Tel:
3600203,E-mail:
rzeng@
内容
•第一节
–微生物的发现和微生物学的建立与发展(历史–微生物的特点
•第二节
–纯培养和显微技术
•第三节
–微生物类群与形态结构
微生物与我们
微生物无处不在,我们无时不生活在“微生物的海洋”中。
t细菌数亿/g土壤,土壤中的细菌总重量估计为:
10034×1012吨;t每张纸币带细菌:
900万个;
t人体体表及体内存在大量的微生物:
皮肤表面:
平均10万个细菌/平方厘米;
口腔:
细菌种类超过500种;
肠道:
微生物总量达100万亿,
粪便干重的1/3是细菌,每克粪便的细菌总数为:
1000亿个;
t每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细菌,重感冒患者为8500万;
微生物是人类的朋友!
t微生物是自然界物质循环的关键环节;
t体内的正常菌群是人及动物健康的基本保证;
帮助消化、提供必需的营养物质、组成生理屏障
t微生物可以为我们提供很多有用的物质;
有机酸、酶、各种药物、疫苗、面包、奶酪、啤酒、酱油等等t基因工程为代表的现代生物技术;
少数微生物也是人类的敌人!
鼠疫-a(blackplague;
天花-smallpox;
艾滋病-HIV;
疯牛病-MadCowDisease
埃博拉病毒-Ebolavirus
微生物的发现和微生物学的建立与发展
(一微生物的发现
t我国8000年前就开始出现了曲蘖酿酒;
t4000年前埃及人已学会烘制面包和酿制果酒;
t2500年前发明酿酱、醋,用曲治消化道疾病;
t公元六世纪(北魏时期贾思勰的巨著“齐民要术”;
t公元2世纪,张仲景:
禁食病死兽类的肉和不清洁食物;t公元前112年-212年间,华佗:
“割腐肉以防传染”;
t公元九世纪痘浆法、痘衣法预防天花;
t1346年,克里米亚半岛上的法卡城之战(靼坦人-罗马人;t16世纪,古罗巴医生G.Fracastoro:
疾病是由肉眼看不见的生物(livingcreatures引起的;
t1641年,明末医生吴又可也提出“戾气”学说;
1664年,英国人虎克(RobertHooke曾用原始的显微镜对生长在皮革表面及蔷薇枯叶上的霉菌进行观察。
1676年,微生物学的先驱
荷兰人列文虎克(Antony
vanleeuwenhoek首次
观察到了细菌。
他没有上
过大学,是一个只会荷兰
语的小商人,但却在1680
年被选为英国皇家学会的
会员。
列文虎克利用业余时间制造过400多架
单式显微镜和放大镜,放大率一般为50~200倍,(二微生物学的奠基
微生物的发现和微生物学的建立与发展
法国人巴斯德(LouisPasteur(1822~1895德国人柯赫(RobertKoch(1843~1910
四、微生物的发现和微生物学的建立与发展
(二微生物学的奠基
1.巴斯德
(1发现并证实发酵是由微生物引起的;
化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗“酒病”和“蚕病”
(2彻底否定了“自然发生”学说;
著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实,空气内确实含有微生物,是它们引起有机质的腐败。
(3免疫学——预防接种
首次制成狂犬疫苗
(4其他贡献
巴斯德消毒法:
60~65℃作短时间加热处理,杀死有害微生物
微生物的发现和微生物学的建立与发展
(二微生物学的奠基
2.柯赫
(1微生物学基本操作技术方面的贡献
a细菌纯培养方法的建立
土豆切面→营养明胶→营养琼脂(平皿
b设计了各种培养基,实现了在实验室内对各种微生物的培养
c流动蒸汽灭菌
d染色观察和显微摄影
微生物的发现和微生物学的建立与发展
(二微生物学的奠基
2.柯赫
(2对病原细菌的研究作出了突出的贡献:
a具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌;
b发现了肺结核病的病原菌;(1905年获诺贝尔奖
c证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则
——著名的柯赫原则
1、在每一相同病例中都出现这种微生物;
2、要从寄主分离出这样的微生物并在培养基中培养出来;
3、用这种微生物的纯培养接种健康而敏感的寄主,同样的疾病会
重复发生;
4、从试验发病的寄主中能再度分离培养出这种微生物来。
微生物的发现和微生物学的建立与发展
(三微生物学发展过程中的重大事件
t1890VonBehring 制备抗毒素治疗白喉和破伤风;
t1892Ivanovsky提供烟草花叶病毒是由病毒引起的证据;
t1928Griffith发现细菌转化;
t1929Fleming发现青霉素;
t1944Avery等证实转化过程中DNA是遗传信息的载体;
t1953Watson和Crick 提出DNA双螺旋结构;
t1970~1972Arber、Smith和Nathans 发现并提纯了
DNA限制性内切酶
微生物的发现和微生物学的建立与发展
(三微生物学发展过程中的重大事件
t1977Woese提出古生菌是不同于细菌和真核生物的特殊类群 Sanger 首次对 φ×174噬菌体DNA进行了全序列分析;t1982~1983 Prusiner 发现朊病毒(prion;
t1983~1984 Mullis建立PCR技术;
t1995第一个独立生活的细菌(流感嗜血杆菌全基团组序列测定完成;
t1996第一个自养生活的古生菌基因组测定完成;
t1997第一个真核生物(啤酒酵母基因组测序完成;
微生物的发现和微生物学的建立与发展
(四20世纪的微生物学
20世纪40年代后,微生物自身的特点使其成为生物学研究的“明星”,微生物学很快与生物学主流汇合,并被推到了整个生命科学发展的前沿,获得了迅速的发展,在生命科学的发展中作出了巨大的贡献。
微生物学与生物学发展的主流汇合、交叉,
获得了全面、深入的发展
微生物的发现和微生物学的建立与发展
(五微生物学在生命科学发展中的重要地位
1.微生物是生物学基本理论研究中的理想实验对象,
对微生物的研究促进许多重大生物学理论问题的突破 t基因和酶关系的阐明及“一个基因一个酶”的假说;
t遗传的物质基础的阐明;
t基因概念的发展;
t遗传密码的破译;
t基因表达调控机制的研究;
t生物大分子合成的中心法则;
DNA→RNA→蛋白质
微生物的发现和微生物学的建立与发展
(五微生物学在生命科学发展中的重要地位
2.对生命科学研究技术的贡献
细胞的人工培养;
突变体筛选;
DNA重组技术和遗传工程;
3.微生物与“人类基因组计划”
作为模式生物;
基因与基因组的功能研究的重要工具;
微生物的发现和微生物学的建立与发展
(六21世纪微生物学展望
2.与其他学科实现更广泛的交叉,获得新的发展
t微生物基因组的序列测定和分析;
t微生物的快速检定;
t微量热技术对生命过程的研究;
t计算机技术与微生物学的结合;
五、微生物的类群及特点
微生物是微小生物的总称,一般只有借助显微镜才能其进行观察。
微生物病毒
原核生物:
真细菌、古生菌
真核生物:
真菌(酵母、霉菌、蕈菌等、
单细胞藻类、
原生动物等
微生物的特点:
个体小、结构简、胃口大、食谱广、繁殖快、易培养、数量大、分布广、种类多、级界宽、变异易、抗性强、休眠长、起源早、发现晚
个体小:
测量单位:
微米或纳米
t杆菌的平均长度:
2微米;
t1500个杆菌首尾相连=一粒芝麻的长度;t10-100亿个细菌加起来重量=1毫克
t面积/体积比:
人=1,大肠杆菌=30万;
这样大的比表面积特别有利于它们和周围环境进行物质、能量、信息的交换。
微生物的其它很多属性都和这一特点密切相关。
个体小:
测量单位:
微米或纳米
火
星
陨
石
中
发
现
的
细
菌
化
石
(
直
径
10nm
德国科学家H.N.Schulz等1999年在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌(sulfurbacterium,其大小可达0.75mm,Thiomargaritanamibiensis,---------“纳米比亚硫磺珍珠”
结构简:
无细胞结构(病毒;
单细胞;
简单多细胞;
胃口大:
消耗自身重量2000倍食物的时间:
大肠杆菌:
1小时
人:
500年(按400斤/年计算
食谱广:
微生物获取营养的方式多种多样,其食谱之广是动植物完全无法相比的!
纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物、各种有机物
均可被微生物作为粮食
繁殖快:
大肠杆菌一个细胞重约10–12克,平均20分钟繁殖一代
24小时后:
4722366500万亿个后代,重量达到:
4722吨48小时后:
2.2×1043个后代,重量达到2.2×1025吨
相当于4000个地球的重量!
一头500kg的食用公牛,24小时生产0.5kg蛋白质,
而同样重量的酵母菌,以质量较次的糖液(如糖蜜
和氨水为原料,24小时可以生产50000kg优质蛋白质。
易培养:
很多细菌都可以非常方便地进行人工培养!
数量大:
在自然界中(土壤、水体、空气,动植物体内和体表
都生存有大量的微生物!
分布广:
人迹可到之处,微生物的分布必然很多,
而人迹不到的地方,也有大量的微生物存在!
t数十公里的高空(最高为离地85公里,须用火箭采样;t几千米的地下;
t强酸、强碱、高热的极端环境;
t常年封冻的冰川;
从永冻冰层分离微生物南极Vostok湖冰芯样品中的微生物
种类多:
t微生物的生理代谢类型多;
t代谢产物种类多;
t微生物的种数“多”;
虽然目前已定种的微生物只有大约10万种,远较动植物为少,但一般认为目前为人类所发现的微生物还不到自然界中微生物
总数的1%
级界宽:
Whittaker的五界分类系统
级界宽:
Woese三原界分类系统
变异易:
个体小、结构简、且多与外界环境直接接触
繁殖快、数量多
突变率:
10-5–10-10
短时间内产生大量的变异后代
10000单位/ml变异易:
青霉素的生产:
20单位/ml(1943
数百万-千万单位/次青霉素的用量:
最高:
10万单位/天(40年代
细菌抗药性的产生:
抗(逆性强:
抗热:
有的细菌能在265个大气压,250℃的条件下生长;
自然界中细菌生长的最高温度可以达到113℃;
有些细菌的芽孢,需加热煮沸8小时才被杀死;
抗寒:
有些微生物可以在―12℃~―30℃的低温生长;
抗酸碱:
细菌能耐受并生长的pH范围:
pH0.5~13;
耐渗透压:
蜜饯、腌制品,饱和盐水(NaCl,32%中
都有微生物生长;
抗压力:
有些细菌可在1400个大气压下生长;
休眠长:
世界上最古老的活细菌(芽孢:
2.5亿年
Nature407,897-900(2000
起源早:
38亿年前,生命在海洋中出现
26亿年前,陆地上就可能存在微生物发现晚:
300多年前人们才真正发现微生物的存在纯培养和显微技术
微生物的基本特点:
小!
t在绝大多数情况下都是利用微生物的群体来研究其属性;
t微生物的物种(菌株一般也是以群体的形式进行繁衍、保存;
培养技术在微生物学中具有重要意义!
在研究中所使用的微生物培养群体:
培养物:
在一定的条件下培养、繁殖得到的微生物群体
混合培养物:
含有多种微生物的培养物;
纯培养物:
只有一种微生物的培养物;
通常情况下只有纯培养物才能提供可以重复的结果
纯培养技术是进行微生物学研究的基础!
微生物的基本特点:
小!
微生物个体微小的特点也决定了显微技术是进行微生物研究的另一项重要技术,因为绝大多数微生物的个体形态及其内部结构只能通过显微镜才能进行观察和研究。
微生物的分离和纯培养
从混杂的群体中分离特定的某一种微生物,是研究和利用微生物的第一步。
一、无菌技术
t用于分离、培养微生物的器具事先不含任何微生物;t在转接、培养微生物时防止其它微生物的污染;
1、微生物培养的常用器具及其灭菌
常用的器具:
试管、瓶子、培养皿等1887年,RJPetri发明Petridish
高温干热灭菌
高压蒸汽灭菌
试管、瓶子、培养皿等常用的灭菌方法:
1、微生物培养的常用器具及其灭菌
常用的器具:
2、接种操作
无菌操作:
火焰附近(酒精灯、煤气灯进行
2、接种操作
无菌操作:
在无菌箱或操作室内无菌的环境下进行
用固体培养基分离纯培养
培养基:
液体培养基;
固体培养基;
半固体培养基;
用固体培养基分离纯培养
菌落(colony:
单个(或聚集在一起的一团微生物在适宜的固体培养基表面或内部生长、繁殖到一定程度可以形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞生长群体
众多菌落连成一片
菌苔(lawn
不同微生物在特定培养基上生长形成的菌落或菌苔一般都具有稳定的特征(形状、颜色等,可以成为对该微生物进行分类、鉴定的重要依据
同一细菌在不同的培养平板上形成不同的特征菌落
用固体培养基分离纯培养厌氧微生物的分离
厌氧罐厌氧手套箱
用固体培养基分离纯培养
厌氧微生物的分离
厌氧罐厌氧手套箱
选择培养分离
微生物群落中数量占少数的微生物的分离纯化:
t抑制大多数其它微生物的生长;
t使待分离的微生物生长更快;
使待分离的微生物在群落中的数量上升,
方便用稀释法对其进行纯化。
(没有一种培养基或一种培养条件能够满足自然界中一切生物生长的要求,在一定程度上所有的培养基都是选择性的。
t使待分离的微生物生长“突出”;
直接挑取待分离的微生物的菌落获得纯培养。
选择培养分离
1.利用选择平板进行直接分离
t高温下培养:
分离嗜热细菌;
t培养基中不含N:
分离固氮菌;
t培养基加抗生素:
分离抗性菌;
待分离的微生物生长,其它微生物的生长被抑制
选择培养分离
2.富集培养
特定的环境条件
仅适应于该条件的微生物旺盛生长
待分离微生物在群落中的数量大大增加
从自然界中分离到所需的特定微生物
2.富集培养
富集培养是微生物学家最强有力的技术手段之一。
营养和生理条件的几乎无穷尽的组合形式可应用于从自然界选择出特定微生物的需要。
根据微生物的特殊要求,从自然界分离出特定已知微生物种类;分离培养在特定环境中能生长的微生物;
第二节显微镜和显微技术
几个基本概念:
放大分辨率反差被观察物越小,放大倍数应越大,否则难以看清!
能辨别两点之间最小距离的能力
被观察物区别于背景的程度
被观察物区别于背景的程度
与显微镜的自身特点有关,但也取决于进行显微观察时对显微镜的正确使用及良好的标本制作和观察技术,这就是显微技术。
1.普通光学显微镜
0.61λ
分辨率(最小可分辨距离=————
nsinθ
分辨力与所用
波长成反比!
一、显微镜的种类及原理
2.暗视野显微镜
普通光学显微镜又称明视野显微镜
其照明光线直接进入视野,属透射照明。
一、显微镜的种类及原理
3.相差显微镜
形成亮背景暗物象的结果
一、显微镜的种类及原理
4.荧光显微镜
4.荧光显微镜
一、显微镜的种类及原理
4.荧光显微镜
一、显微镜的种类及原理
5.透射电子显微镜;
6.扫描电子显微镜
一、显微镜的种类及原理
5.透射电子显微镜;
6.扫描电子显微镜
一、显微镜的种类及原理
7.扫描隧道显微镜STMscanningtunnelingmicroscope
一、显微镜的种类及原理
7.扫描隧道显微镜
ConfocalLaserScanningMicroscopeConfocalLaserScanningMicroscope
污染控制微生物学微生物类群与形态结构
微生物(病毒
古生菌(Archaea
细菌(Bacteria
真菌(酵母、霉菌、蕈菌等、
单细胞藻类、
原生动物等
非细胞型细胞型原核微生物
真核微生物(Eukarya
又称真细菌(eubacteria,包括普通细菌、放线菌、蓝细菌、枝原体、立克次氏体和衣原体等古生菌在进化谱系上与真细菌及真核生物相互并列,且与后者关系更近,而其细胞构造却与真细菌较为接近,同属于原核生物。
Eubacteria(真细菌Archaebacteria(古细菌第一节真细菌(Eubacteria
一、一般形态及细胞结构
(一个体形态和排列
球状
杆状
螺旋状
基本形态
一、一般形态及细胞结构
(一个体形态和排列
1、球状
细胞个体呈球形或椭圆形,不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式,常被作为分类依据。
一、一般形态及细胞结构
(一个体形态和排列
1、球状
金黄色葡萄球菌淋病奈瑟氏球菌
肺炎链球菌
一、一般形态及细胞结构
(一个体形态和排列
2、杆状
细胞呈杆状或圆柱形,一般其粗细(直径比较稳定,而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。
杆状细菌的排列方式常因生长阶段和培养条件而发生变化,一般不作为分类依据。
一、一般形态及细胞结构
(一个体形态和排列
2、杆状
细胞呈杆状或圆柱形,一般其粗细(直径比较稳定,而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。
枯草芽孢杆菌
地衣芽孢杆菌
铜绿假单胞菌
(绿脓杆菌
结核分枝杆菌
炭疽病的病原菌
-----------炭疽杆菌
破伤风梭菌
tetanus
一、一般形态及细胞结构
(一个体形态和排列
弧菌
3、螺旋状
螺旋菌
螺旋体菌
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。
(寄生性弧菌-----蛭弧菌霍乱弧菌
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。
螺旋体菌:
菌体柔软,用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。
梅毒密螺旋体
一、一般形态及细胞结构
(一个体形状和排列
4、其它形状
1柄杆菌(prosthecatebacteria细胞上有柄(stalk、菌丝
(hyphae、附器
(appendages等细胞质伸
出物,细胞呈杆状或梭状,
并有特征性的细柄。
一般生活在淡水中固形物的
表面,其异常形态使得菌体
的表面积与体积之比增加,
能有效地吸收有限的营养物;
(一个体形状和排列
2星形细菌(star-shapedbacteria3方形细菌(square-ahapedbacteria
(Stella
(Haloarcula4、其它形状
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 大环境 工程 考研 专业课 资料 图文