第二讲生物学基础PPT讲稿.ppt

第二讲生物学基础第1页，共136页，编辑于2022年，星期三主要内容主要内容一、一、微生物学基础微生物学基础二、二、植物学基础植物学基础 三、分子生物学基础三、分子生物学基础第2页，共136页，编辑于2022年，星期三一、原核微生物一、原核微生物1.细菌细菌 形态形态 结构结构第一节第一节第一节第一节 微生物的主要类群微生物的主要类群微生物的主要类群微生物的主要类群第3页，共136页，编辑于2022年，星期三 杆菌杆菌（Bacillus）长长15 m，宽，宽0.51 m大肠杆菌、伤寒杆菌、假单胞菌大肠杆菌、伤寒杆菌、假单胞菌平均长平均长2 m,宽宽度：度：0.5 m 螺旋菌螺旋菌（Spirillum)长：长：515 m，宽：，宽：0.55 m 球菌球菌（Coccus）0.52m单球菌单球菌链球菌链球菌(Streptococcus)八叠球菌八叠球菌(Sarcina)双球菌双球菌四联球菌四联球菌葡萄球菌葡萄球菌(Staphylococcus)eg.产甲烷八叠球菌产甲烷八叠球菌弧菌弧菌(Vibrio)（只有一个弯曲的螺旋状细菌）（只有一个弯曲的螺旋状细菌）形形态态1）形态）形态eg.肺炎球菌肺炎球菌 自然界中，杆菌最常见，自然界中，杆菌最常见，球菌次之，螺旋状最少。球菌次之，螺旋状最少。第4页，共136页，编辑于2022年，星期三细胞壁、细胞膜、细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体、细胞质、核质体、内含物、（间体）内含物、（间体）细菌细菌细胞结细胞结构构一般结构一般结构（基本结构）（基本结构）原生质体原生质体(protoplast)特殊结构特殊结构荚膜（粘液层）荚膜（粘液层）芽孢、鞭毛、菌毛芽孢、鞭毛、菌毛2）结构）结构不是所有细菌都具有的结构不是所有细菌都具有的结构第5页，共136页，编辑于2022年，星期三 特殊构造一：特殊构造一：荚膜（荚膜（capsule）（1）定义）定义 一般厚于一般厚于200nm，硬度和强度远小于细胞壁；有些细菌，硬度和强度远小于细胞壁；有些细菌（硫磺细菌、铁细菌等）粘液层会逐渐变硬形成（硫磺细菌、铁细菌等）粘液层会逐渐变硬形成“鞘鞘”。第6页，共136页，编辑于2022年，星期三糖被（糖被（糖被（糖被（glycocalyxglycocalyx）是某些细菌在一定营养条件下向胞外分泌是某些细菌在一定营养条件下向胞外分泌是某些细菌在一定营养条件下向胞外分泌是某些细菌在一定营养条件下向胞外分泌出厚度不定的胶粘状物质包被于细胞壁的外表出厚度不定的胶粘状物质包被于细胞壁的外表出厚度不定的胶粘状物质包被于细胞壁的外表出厚度不定的胶粘状物质包被于细胞壁的外表糖糖被被示示意意图图 第7页，共136页，编辑于2022年，星期三第8页，共136页，编辑于2022年，星期三钾细菌的染色照片钾细菌的染色照片第9页，共136页，编辑于2022年，星期三（2）功能）功能 保护作用保护作用:大量极性基团可保护菌体免受干旱损伤、噬菌大量极性基团可保护菌体免受干旱损伤、噬菌体的吸附和裂解体的吸附和裂解 贮藏养料贮藏养料:以备营养缺乏时重新利用以备营养缺乏时重新利用 免受毒害免受毒害：作为透性屏障和离子交换系统，保护细菌免受重金：作为透性屏障和离子交换系统，保护细菌免受重金属离子的毒害属离子的毒害 表面附着作用表面附着作用:某些水生丝状细菌的鞘衣状荚膜也有附着作用某些水生丝状细菌的鞘衣状荚膜也有附着作用 细菌间的信息识别作用细菌间的信息识别作用:如如Rhizobium（根瘤菌属）（根瘤菌属）堆积代谢废物堆积代谢废物第10页，共136页，编辑于2022年，星期三 菌种鉴定菌种鉴定 用作药物和生化试剂用作药物和生化试剂：Leuconostoc mesenteroides（肠膜状明肠膜状明串珠菌串珠菌）的糖被可提取葡萄糖制备生化试剂和代血浆）的糖被可提取葡萄糖制备生化试剂和代血浆 用作工业原料用作工业原料：如：如Xanthomonas campestris（野油菜黄单胞（野油菜黄单胞菌）的糖被（黏液层）可提取黄原胶，已被用于钻井液添加剂、菌）的糖被（黏液层）可提取黄原胶，已被用于钻井液添加剂、印染和食品等工业中印染和食品等工业中 用于污水的生物处理：用于污水的生物处理：例如形成菌胶团的细菌，有助于污例如形成菌胶团的细菌，有助于污水中有害物质的吸附和沉降水中有害物质的吸附和沉降（3）应用）应用第11页，共136页，编辑于2022年，星期三 菌胶团菌胶团：荚膜物质相融合成一块团，内含许多细：荚膜物质相融合成一块团，内含许多细 菌时称菌胶团。菌时称菌胶团。e.g.Zoogloea菌属（动胶菌属）菌属（动胶菌属）枝状动胶菌枝状动胶菌(Zoogloea ramigera)垂垂(悬悬)丝状动胶菌丝状动胶菌(Zoogloea filipendula)第12页，共136页，编辑于2022年，星期三 菌胶团是菌胶团是AS中细菌的主要存在形式中细菌的主要存在形式 有较强的吸附和氧化有机物的能力有较强的吸附和氧化有机物的能力 AS性能的好坏与含菌胶团多少、性能的好坏与含菌胶团多少、大小及结构大小及结构 的紧密程度有关的紧密程度有关 要求结构紧密、吸附沉降性能好要求结构紧密、吸附沉降性能好 遇到不适宜的环境时，菌胶团就发生松散遇到不适宜的环境时，菌胶团就发生松散活性活性污污泥泥(activated sludgeactivated sludge，AS)AS):一种一种绒绒絮状小泥粒，由好氧菌絮状小泥粒，由好氧菌为为主体的微型生物主体的微型生物群以及胶体、群以及胶体、悬悬浮物等浮物等组组成。成。第13页，共136页，编辑于2022年，星期三特殊构造二：芽孢（特殊构造二：芽孢（endospore,spore）（1）定义）定义 某些细菌在其生长发育后期可在细胞内形成某些细菌在其生长发育后期可在细胞内形成 一个圆形或椭圆形的抗逆性休眠体，称为芽孢。一个圆形或椭圆形的抗逆性休眠体，称为芽孢。生物界中抗逆性最强的生命体生物界中抗逆性最强的生命体（在一定环境条件下，细胞质和核质体的浓缩所形成在一定环境条件下，细胞质和核质体的浓缩所形成的一种特殊结构）的一种特殊结构）第14页，共136页，编辑于2022年，星期三各各各各种种种种芽芽芽芽胞胞胞胞示示示示意意意意图图图图第15页，共136页，编辑于2022年，星期三厚度厚度25nm左右；左右；位于芽孢外层，是母细胞的残留物；位于芽孢外层，是母细胞的残留物；重量为芽孢干重的重量为芽孢干重的210；主要成分是脂蛋白。主要成分是脂蛋白。厚度为厚度为3nm左右；左右；主要含疏水性角蛋白和少量磷脂蛋白；主要含疏水性角蛋白和少量磷脂蛋白；对溶菌酶、蛋白酶和表面活性剂有很强的抗性；对溶菌酶、蛋白酶和表面活性剂有很强的抗性；对多价阳离子的透性很差。对多价阳离子的透性很差。在芽孢中占有很大体积（在芽孢中占有很大体积（3660）；）；含有大量的芽孢肽聚糖和吡啶二羧酸钙盐（不含磷壁酸）；含有大量的芽孢肽聚糖和吡啶二羧酸钙盐（不含磷壁酸）；含水率含水率70，比芽孢平均含水率（，比芽孢平均含水率（40）高；）高；但比一般细菌（但比一般细菌（80）低，渗透压高达）低，渗透压高达20atm左右。左右。含水量极低；含水量极低；不含磷壁酸和吡啶二羧酸钙（不含磷壁酸和吡啶二羧酸钙（DPA-Ca）；）；核心中的其他成分与一般细胞相似。核心中的其他成分与一般细胞相似。第16页，共136页，编辑于2022年，星期三（2）特点与功能）特点与功能 每一细胞仅形成一个芽孢，无繁殖功能每一细胞仅形成一个芽孢，无繁殖功能 有极强的抗热、抗化学药物和抗静水压等能力有极强的抗热、抗化学药物和抗静水压等能力 有惊人的休眠力有惊人的休眠力 休眠时检查不出代谢活力，可保存几年或几十年；休眠时检查不出代谢活力，可保存几年或几十年；美国从一块美国从一块2500万万4000万年琥珀中的蜜蜂肠道内分万年琥珀中的蜜蜂肠道内分离到有生命的芽胞。离到有生命的芽胞。第17页，共136页，编辑于2022年，星期三普通细胞：普通细胞：5石炭酸（苯酚）溶液中很快死亡石炭酸（苯酚）溶液中很快死亡芽孢：芽孢：5石炭酸（苯酚）溶液中忍耐石炭酸（苯酚）溶液中忍耐15d普通细胞：普通细胞：70 80 10min死亡死亡芽孢：芽孢：100 沸水中生存沸水中生存5.09.5h 121 时时10min是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标菌手段的最重要的指标第18页，共136页，编辑于2022年，星期三 含水量低（含水量低（40%）含有耐热的小分子酶类含有耐热的小分子酶类 富含大量吡啶二羧酸钙（富含大量吡啶二羧酸钙（DPA-Ca）和带有二硫键的）和带有二硫键的蛋白质蛋白质 有厚而致密的芽孢壁有厚而致密的芽孢壁（3）为什么抗逆性强？）为什么抗逆性强？第19页，共136页，编辑于2022年，星期三以钙盐的形式存在，钙含量高。在营养细胞和不产芽孢以钙盐的形式存在，钙含量高。在营养细胞和不产芽孢的细菌体内未发现的细菌体内未发现DPA。芽孢形成过程中，。芽孢形成过程中，DPA随即合成，随即合成，芽孢具有耐热性芽孢具有耐热性;芽孢萌发形成营养细胞时，芽孢萌发形成营养细胞时，DPA消失，耐消失，耐热性就丧失。热性就丧失。吡啶二羧酸（吡啶二羧酸（DPA）第20页，共136页，编辑于2022年，星期三（4）能形成芽孢的细菌）能形成芽孢的细菌 这类细菌种类不多这类细菌种类不多 主要是主要是G杆菌，芽孢杆菌科的两个属杆菌，芽孢杆菌科的两个属芽孢杆菌属（芽孢杆菌属（Bacillus）梭菌属（梭菌属（Clostridium）球菌中只有极个别的属才形成芽孢（如：芽孢八叠球菌属球菌中只有极个别的属才形成芽孢（如：芽孢八叠球菌属sporesarcina）能否形成芽孢、芽孢的大小和位能否形成芽孢、芽孢的大小和位置是鉴别菌种的形态特征之一置是鉴别菌种的形态特征之一第21页，共136页，编辑于2022年，星期三特殊构造三：特殊构造三：鞭毛（鞭毛（flegellum）（1）定义）定义 着生在细胞表层的长丝状、波曲的附属物，称着生在细胞表层的长丝状、波曲的附属物，称 为鞭毛。为鞭毛。（2）功能）功能 具有运动功能；具有运动功能；一般每秒可移动一般每秒可移动2080m，为自身长的十到数十倍，为自身长的十到数十倍，非常快。非常快。第22页，共136页，编辑于2022年，星期三第23页，共136页，编辑于2022年，星期三（3）结构与组成）结构与组成 直径直径0.010.02m，其数量为十至数十根，其数量为十至数十根 G，G细菌其结构不同细菌其结构不同 组成主要是蛋白质，有的还含有极少量的多糖组成主要是蛋白质，有的还含有极少量的多糖 和类脂和类脂鞭毛的有无和着生方式是鞭毛的有无和着生方式是细菌分类的依据之一细菌分类的依据之一第24页，共136页，编辑于2022年，星期三特殊构造四：特殊构造四：菌毛（菌毛（pilus&fimbria）(1)定义定义 长在细胞表层的一种纤细（长在细胞表层的一种纤细（79nm）、中空（直）、中空（直径径22.5nm）、短直、数量较多（）、短直、数量较多（250300根）的附根）的附属物，主要成分是蛋白质。属物，主要成分是蛋白质。(2)功能功能 使细菌细胞较牢固地粘接在物体表面上，使细菌细胞较牢固地粘接在物体表面上，G 常有菌毛。常有菌毛。第25页，共136页，编辑于2022年，星期三第26页，共136页，编辑于2022年，星期三性菌毛（性菌毛（sex pilus,F-pilus或或sex fimbria）性状介于鞭毛与菌毛之间，每一细胞有性状介于鞭毛与菌毛之间，每一细胞有14根。根。功能功能：经接合方式转移遗传物质。：经接合方式转移遗传物质。第27页，共136页，编辑于2022年，星期三 形态结构、形态结构、DNA结构及其基本生命活动方式与原核结构及其基本生命活动方式与原核细胞相似细胞相似 RNA序列与细菌差别特大序列与细菌差别特大一、原核微生物一、原核微生物2.古生菌古生菌 细菌域细菌域（原核生物）（原核生物）真核生物真核生物 古生菌（古细菌）古生菌（古细菌）第28页，共136页，编辑于2022年，星期三卡尔卡尔乌斯（乌斯（Carl Woese），），1928.72012.12，美国的微生物，美国的微生物学家和物理学家，古生菌学家和物理学家，古生菌（Archaea）发现者）发现者20世纪世纪70年代年代 传统上，形态和生物化学特性传统上，形态和生物化学特性 RNA（mRNA、核糖体蛋白）、核糖体蛋白）第29页，共136页，编辑于2022年，星期三1)形态形态 跟真细菌类似跟真细菌类似,有有G+、G-有球状、螺旋状、叶状、把碟球状、杆状等有球状、螺旋状、叶状、把碟球状、杆状等 单细胞、多细胞单细胞、多细胞 1um第30页，共136页，编辑于2022年，星期三2)主要类群主要类群 产甲烷古生菌（产甲烷古生菌（methanogenic archaeobacetria）古生硫酸还原菌古生硫酸还原菌（archaeobacterial sulfate reducer）极端嗜盐菌（极端嗜盐菌（extremely halophilic archaeobacteria）极端嗜热硫代谢菌极端嗜热硫代谢菌(extremely themophilic so-metabolizer)无细胞壁古生菌无细胞壁古生菌(cell walk-less archaeobacteria)第31页，共136页，编辑于2022年，星期三 嗜热微生物（嗜热微生物（thermophilic microorganism）超嗜热微生物超嗜热微生物（hyperthermophilic microorganism）嗜热：最适温度超过嗜热：最适温度超过45，超嗜热（，超嗜热（80）细胞膜富含饱和脂肪酸，保持高温下膜稳定性细胞膜富含饱和脂肪酸，保持高温下膜稳定性 核酸核酸GC含量高，有助于含量高，有助于DNA的稳定性的稳定性 一般化能自养或异养一般化能自养或异养 以有机物、氢、硫或以有机物、氢、硫或FeS为能量来源，分布在火山口、温泉、为能量来源，分布在火山口、温泉、盐湖、有机物堆等盐湖、有机物堆等第32页，共136页，编辑于2022年，星期三 嗜冷微生物（嗜冷微生物（psychrophilic microorganism）最适温度为最适温度为15或更低，最高不超过或更低，最高不超过20 细胞壁厚，细胞膜不饱和脂肪酸含量高细胞壁厚，细胞膜不饱和脂肪酸含量高 酶活性在低温下高酶活性在低温下高 分布在高山、海洋、冰箱分布在高山、海洋、冰箱第33页，共136页，编辑于2022年，星期三 嗜酸微生物（嗜酸微生物（acidophilic microorganism）分布酸性矿水、酸性热泉和酸性土壤中分布酸性矿水、酸性热泉和酸性土壤中 专性嗜酸菌能在专性嗜酸菌能在pH10，15%）生产胞外多糖、聚羟基丁酸、食用蛋白、调味剂、生产胞外多糖、聚羟基丁酸、食用蛋白、调味剂、海水淡化、盐碱地开发及能源利用等海水淡化、盐碱地开发及能源利用等第36页，共136页，编辑于2022年，星期三二、真菌二、真菌 真菌是一类低等的真核微生物（酵母菌和霉菌）真菌是一类低等的真核微生物（酵母菌和霉菌）真菌的特点真菌的特点1)不能进行光合作用不能进行光合作用2)以产生孢子进行繁殖以产生孢子进行繁殖3)一般有发达的菌丝一般有发达的菌丝4)异养型异养型5)陆生性较强陆生性较强第37页，共136页，编辑于2022年，星期三1.酵母菌（酵母菌（yeast）单细胞菌单细胞菌 特点特点一般以单细胞状态存在一般以单细胞状态存在多数为芽殖（出芽繁殖）多数为芽殖（出芽繁殖）能发酵糖类产能能发酵糖类产能喜在含糖量高、酸度大的水生环境中生长喜在含糖量高、酸度大的水生环境中生长第38页，共136页，编辑于2022年，星期三 分布与利用分布与利用 果园土壤、水果、蔬菜表面果园土壤、水果、蔬菜表面 炼油厂、油田土层（利用烃类的酵母菌）炼油厂、油田土层（利用烃类的酵母菌）发酵工业：食用单细胞蛋白质来源发酵工业：食用单细胞蛋白质来源环境中的应用：环境中的应用：处理高浓度废水处理高浓度废水 含油废水含油废水 印染废水的脱色（能还原碱性染料）印染废水的脱色（能还原碱性染料）回收蛋白质回收蛋白质第39页，共136页，编辑于2022年，星期三 菌落特征菌落特征 与细菌的菌落相似：较大，有一定透明度、与细菌的菌落相似：较大，有一定透明度、湿润、较光滑湿润、较光滑 颜色比较单调：乳白色、少数为红色、个颜色比较单调：乳白色、少数为红色、个 别为黑色别为黑色 一般还会散发出一般还会散发出“酒香味酒香味”第40页，共136页，编辑于2022年，星期三2.霉菌（霉菌（mould，mold）特点特点形成丝状、绒状或支柱网状菌丝体形成丝状、绒状或支柱网状菌丝体(mycelium)有较强的陆生性有较强的陆生性常引起食物、农产品的霉变，植物病害常引起食物、农产品的霉变，植物病害丝状真菌（丝状真菌（filamentous fungi）的俗称，意为）的俗称，意为“发霉的真菌发霉的真菌”第41页，共136页，编辑于2022年，星期三Fungal Mycelium with Spores,Penicillium sp.(SEM x3,220)Fungal Mycelium with Hyphae,Sporangia and Spores,Penicillium sp.(SEM x1,560)第42页，共136页，编辑于2022年，星期三Mold Fruiting Structure with Spores(SEM x2,420)黑曲霉黑曲霉第43页，共136页，编辑于2022年，星期三 分布与利用分布与利用 分布广泛、到处可见分布广泛、到处可见污水处理中数目比细菌少污水处理中数目比细菌少大量繁殖会引起污泥膨胀大量繁殖会引起污泥膨胀 分解纤维素、半纤维素、木质素等复杂有机物分解纤维素、半纤维素、木质素等复杂有机物 工业上：有机酸、维生素（核黄素）、酶的生工业上：有机酸、维生素（核黄素）、酶的生 产、酱油产、酱油 环境上：固体废弃物的资源化（堆肥）环境上：固体废弃物的资源化（堆肥）降解有毒有害污染物降解有毒有害污染物腈、多环芳烃腈、多环芳烃高浓度有机废水高浓度有机废水第44页，共136页，编辑于2022年，星期三 菌落特征菌落特征 与放线菌接近与放线菌接近 形态较大、质地疏松、外观干燥、不透明形态较大、质地疏松、外观干燥、不透明 正反面颜色不同正反面颜色不同 有霉味有霉味第45页，共136页，编辑于2022年，星期三霉霉菌菌的的菌菌落落第46页，共136页，编辑于2022年，星期三三、放线菌（三、放线菌（Actinomycetes）1.定义：是一类呈菌丝状生长、以孢子繁殖和陆生性强的定义：是一类呈菌丝状生长、以孢子繁殖和陆生性强的原核生物原核生物 单细胞，至今发现的放线菌都是单细胞，至今发现的放线菌都是G+放线菌是一种习惯上的称呼，放线菌是一种习惯上的称呼，在分类学上没有特定在分类学上没有特定的意义的意义 由于与细菌十分接近，也可认为是呈丝状生长的由于与细菌十分接近，也可认为是呈丝状生长的G+细菌细菌第47页，共136页，编辑于2022年，星期三放线菌与细菌相近之处：放线菌与细菌相近之处：1)1)有原核有原核2)2)菌丝直径与细菌相仿菌丝直径与细菌相仿3)3)细胞壁主要成分为肽多糖细胞壁主要成分为肽多糖5)5)最适生长最适生长pHpH与细菌相近，一般呈微碱性与细菌相近，一般呈微碱性6)6)对溶菌酶敏感对溶菌酶敏感7)7)细菌所敏感的抗生素，放线菌也敏感细菌所敏感的抗生素，放线菌也敏感第48页，共136页，编辑于2022年，星期三2.分布与生长环境分布与生长环境 多分布在含水量低、有机物丰富呈碱性的土壤中多分布在含水量低、有机物丰富呈碱性的土壤中 土壤的土壤的“泥腥味泥腥味”由放线菌产生的由放线菌产生的 一般土中的放线菌孢子数一般土中的放线菌孢子数107/g土壤土壤 好氧性、最适好氧性、最适pH 78、温度、温度2530第49页，共136页，编辑于2022年，星期三3.作用与意义作用与意义 抗菌素的产生（抗菌素的产生（2/3的抗菌素是由放线菌生产的）的抗菌素是由放线菌生产的）酶（蛋白酶、果胶酶、淀粉酶）酶（蛋白酶、果胶酶、淀粉酶）有很强的分解纤维素、石蜡、琼脂、角蛋白、橡胶有很强的分解纤维素、石蜡、琼脂、角蛋白、橡胶的能力。在自然界的物质循环上起着重要的作用的能力。在自然界的物质循环上起着重要的作用 有些菌能氧化分解氰化物，在水处理上有重要意义有些菌能氧化分解氰化物，在水处理上有重要意义最常见属最常见属链霉菌属链霉菌属Streptomyces第50页，共136页，编辑于2022年，星期三4.形态结构形态结构第51页，共136页，编辑于2022年，星期三5.菌落特征菌落特征 因为有基内菌丝、气生菌丝又能产生孢子，所以因为有基内菌丝、气生菌丝又能产生孢子，所以与细菌的菌落由明显的不同与细菌的菌落由明显的不同 表面丝绒状、有一层色彩新鲜的干粉（呈粉状）表面丝绒状、有一层色彩新鲜的干粉（呈粉状）有各种各样的颜色，正面与背面不同，正面是孢子的有各种各样的颜色，正面与背面不同，正面是孢子的颜色，背面是菌丝分泌的颜色。难以挑起颜色，背面是菌丝分泌的颜色。难以挑起第52页，共136页，编辑于2022年，星期三第53页，共136页，编辑于2022年，星期三四四.光合细菌光合细菌(PSB)1.定义定义 光能营养型原核微生物光能营养型原核微生物(G+)2.特点特点不能利用不能利用H2O作为还原作为还原CO2的氢供体，只能利用还原态的硫（的氢供体，只能利用还原态的硫（H2S）、）、H2或有机物为氢供体，故光合作用中不产生或有机物为氢供体，故光合作用中不产生O2，是一种不，是一种不产氧的光合作用产氧的光合作用在细胞内含有菌绿素和类胡萝卜素，随两者的量和比例的不同菌在细胞内含有菌绿素和类胡萝卜素，随两者的量和比例的不同菌体呈现红、橙、绿、蓝绿、紫红、紫或褐色等颜色。体呈现红、橙、绿、蓝绿、紫红、紫或褐色等颜色。第54页，共136页，编辑于2022年，星期三为典型的水生菌，广泛分布于自然界的水域中为典型的水生菌，广泛分布于自然界的水域中沼泽、湖泊、水田、浅海沼泽、湖泊、水田、浅海 形态：多样化，有球形、杆状、卵圆形及螺旋形形态：多样化，有球形、杆状、卵圆形及螺旋形湖泊（BOD 10mg/L）江河（BOD1.0mg/L）水稻土海滨土曝气池102103cell/ml110cell/ml105106cell/g103104cell/g106107cell/g环境中光合细菌的数量环境中光合细菌的数量第55页，共136页，编辑于2022年，星期三3.应用应用 制造单细胞蛋白（制造单细胞蛋白（single cell protein）蛋白质含量高（蛋白质含量高（70%左右），且易于提取（提高率左右），且易于提取（提高率可高达可高达65%），另外含有大量的维生素。），另外含有大量的维生素。产氢气产氢气有些菌能利用甲酸等低级脂肪酸，从而产生氢气。有些菌能利用甲酸等低级脂肪酸，从而产生氢气。因产生的因产生的H2中只含中只含CO2，故不需要复杂的净化系统。，故不需要复杂的净化系统。第56页，共136页，编辑于2022年，星期三 提取色素提取色素有些光合细菌（如有些光合细菌（如Sphaeroides）在好氧黑暗条件下）在好氧黑暗条件下培养时，容易产生高浓度的红色素。色素含量一般为培养时，容易产生高浓度的红色素。色素含量一般为干菌体的干菌体的6%以上。以上。在废水处理中的应用在废水处理中的应用 生物除臭剂生物除臭剂第57页，共136页，编辑于2022年，星期三光合细菌与高等植物光合作用的区别光合细菌与高等植物光合作用的区别项目高等植物光合细菌光合色素叶绿素菌绿素环式磷酸化过程（型光反应中心）有有非环式磷酸化过程（型光反应中心）有无（除蓝绿细菌外）氧气产生不产生（除蓝绿细菌外）供氢体H2OH2、H2S,其他硫化物，有机物碳源CO2CO2或有机物细胞器类囊体载色体，绿色泡囊第58页，共136页，编辑于2022年，星期三五五.藻类藻类1.形态及生理特性形态及生理特性 是一种低等植物，含有叶绿素及其他辅助色素，是一种低等植物，含有叶绿素及其他辅助色素，能进行光合作用能进行光合作用 单细胞或多细胞单细胞或多细胞 pH=410，适宜，适宜68 分类：蓝藻、绿藻、硅藻、褐藻、金藻等分类：蓝藻、绿藻、硅藻、褐藻、金藻等第59页，共136页，编辑于2022年，星期三1）蓝藻：蓝绿藻）蓝藻：蓝绿藻蓝细菌（蓝细菌（Cyanobacteria）含有叶绿素含有叶绿素a，具有放氧性光合作用的原核生物，具有放氧性光合作用的原核生物好氧生物（但无叶绿体、无真核、细胞壁内含有多聚糖）好氧生物（但无叶绿体、无真核、细胞壁内含有多聚糖）与光合细菌的不同之处与光合细菌的不同之处光合细菌光合作用不放氧光合细菌光合作用不放氧为厌氧生物为厌氧生物 分布：广泛分布在河流、湖泊、海洋等水体中分布：广泛分布在河流、湖泊、海洋等水体中 形态结构：大小形态结构：大小130m细胞结构与细胞结构与G相似，分内外层相似，分内外层外：脂多糖外：脂多糖内：肽聚糖内：肽聚糖第60页，共136页，编辑于2022年，星期三 生理特性生理特性一些种类能分泌胞外多糖，形成粘液层、荚膜等一些种类能分泌胞外多糖，形成粘液层、荚膜等光合作用的部位为类囊体：数量很少，贴近在细胞膜附近。光合作用的部位为类囊体：数量很少，贴近在细胞膜附近。在类囊体中的膜上含有叶绿素在类囊体中的膜上含有叶绿素a，-胡萝卜素和光合电子胡萝卜素和光合电子传递链的有关成份的。传递链的有关成份的。原核生物中唯一细胞质中具有膜结构（类囊体）原核生物中唯一细胞质中具有膜结构（类囊体）的生物的生物第61页，共136页，编辑于2022年，星期三2.藻类和水环境藻类和水环境1）水源水体中大量繁殖时会给水带来异味）水源水体中大量繁殖时会给水带来异味2）在污水处理中可利用藻类，形成菌藻共生体系，）在污水处理中可利用藻类，形成菌藻共生体系，藻类可以为微生物提供氧（氧化塘）藻类可以为微生物提供氧（氧化塘）3）不同的藻类其耐受污染的程度不同，可以根据水不同的藻类其耐受污染的程度不同，可以根据水样中出现的藻类计算总污染指数样中出现的藻类计算总污染指数 4）根据叶绿素根据叶绿素a的量可以评价富营养化程度的量可以评价富营养化程度第62页，共136页，编辑于2022年，星期三第二节第二节 微生物的生长代谢微生物的生长代谢一、一、微生物营养物质微生物营养物质 碳源物质：碳源物质：CO2、碳酸盐；糖、醇、有机酸、烃、碳酸盐；糖、醇、有机酸、烃 类；蛋白质及其水解产物类；蛋白质及其水解产物 氮氮源源物物质质：除除少少数数自自养养细细菌菌利利用用铵铵盐盐、亚亚硝硝酸酸盐盐做做氮氮源源和和能能源源外外，氮氮源源物物质质一一般般不不做做能能源源物物质质。NH4+、NO3-、NO2-、N2；蛋白质及其水解产物；蛋白质及其水解产物第63页，共136页，编辑于2022年，星期三 能源物质：能源物质：辐射能和化学能辐射能和化学能 无无机机盐盐：C、N以以外外的的重重要要元元素素。P、S、K（大大量量元元素素，10-310-4mol/L），Cu、Zn、Mn（微微量量元元素素10-610-8mol/L）作为酶的组成部分或维持酶的活性作为酶的组成部分或维持酶的活性 组成具体成分组成具体成分 调节渗透压调节渗透压 调节调节pH及氧化还原电位及氧化还原电位 作为某些微生物的能源作为某些微生物的能源第64页，共136页，编辑于2022年，星期三 生生长长因因子子：有有些些微微生生物物能能自自身身合合成成。如如维维生生素素、氨氨基基酸酸、嘌嘌呤呤、嘧嘧啶啶碱碱基基等等。酵酵母母膏膏、玉玉米米浆浆、肝肝浸浸液液；牛肉膏、土豆汁、麦芽汁、米糠等牛肉膏、土豆汁、麦芽汁、米糠等 水水：体体内内外外物物质质的的溶溶媒媒，原原生生质质胶胶体体的的结结构构部部分分，参与代谢作用反应，调节温度等参与代谢作用反应，调节温度等第65页，共136页，编辑于2022年，星期三二、二、微生物的代谢微生物的代谢 1.微生物产能方式微生物产能方式 氧化有机物产能氧化有机物产能 氧化无机物产能氧化无机物产能 光合作用产能光合作用产能第66页，共136页，编辑于2022年，星期三 氧化有机物产能氧化有机物产能 发酵发酵（厌氧微生物获取能量主要方式）（厌氧微生物获取能量主要方式）呼吸呼吸（大多数微生物获能方式）（大多数微生物获能方式）有氧呼吸（分子氧作为氢和电子的最终受体）有氧呼吸（分子氧作为氢和电子的最终受体）需氧菌和兼性厌氧菌需氧菌和兼性厌氧菌 无氧呼吸（分子氧以外的物质作为电子受体）无氧呼吸（分子氧以外的物质作为电子受体）硝酸盐硝酸盐反硝化作用反硝化作用 延胡索酸延胡索酸延胡索酸呼吸延胡索酸呼吸 硫酸盐硫酸盐反硫化作用反硫化作用 CO2甲烷发酵甲烷发酵厌氧菌和兼厌氧菌和兼性厌氧菌性厌氧菌第67页，共136页，编辑于2022年，星期三 氧化无机物产能氧化无机物产能 以无机物作为氧化的基质，主要是硝化细菌、以无机物作为氧化的基质，主要是硝化细菌、硫化细菌、氢细菌、铁细菌等硫化细菌、氢细菌、铁细菌等 光合作用产能光合作用产能 循环光合磷酸化循环光合磷酸化（厌氧光合细菌）（厌氧光合细菌）植物型光合作用植物型光合作用 嗜盐细菌对光能的利用嗜盐细菌对光能的利用第68页，共136页，编辑于2022年，星期三2.细胞物质的合成细胞物质的合成3.代谢调节代谢调节第69页，共136页，编辑于2022年，星期三三、三、影响微生物生长的环境因素影响微生物生长的环境因素 营养物质营养物质 温度温度 pH pH 氧和氧化还原电位氧和氧化还原电位 化学药剂、水活度与渗透压、辐射、超声波等化学药剂、水活度与渗透压、辐射、超声波等 第70页，共136页，编辑于2022年，星期三植物学基础植物学基础 植物修复技术就是利用植物根系吸收水植物修复技术就是利用植物根系吸收水分和养分的过程来吸收、转化污染体分和养分的过程来吸收、转化污染体（如土如土壤和水）中的污染物，以期达到清除污染壤和水）中的污染物，以期达到清除污染、修修复或治理的目的。复或治理的目的。第71页，共136页，编辑于2022年，星期三 植物的主动和被动吸收植物的主动和被动吸收 超积累植物超积累植物 植物体内的降解转化植物体内的降解转化 根际效应根际效应第72页，共136页，编辑于2022年，星期三 主要是指在地上部累积主要是指在地上部累积 其体内目标重金属浓度要高，即大于某一临界其体内目标重金属浓度要高，即大于某一临界值值 对于不同元素，由于其含量分布、毒性、土水允对于不同元素，由于其含量分布、毒性、土水允许浓度等指标不一，其临界标准也不一样许浓度等指标不一，其临界标准也不一样 如如NiNi：1000ug/gDW1000ug/gDW；CdCd：100ug/gDW100ug/gDW超积累植物超积累植物第73页，共136页，编辑于2022年，星期三 氧化还原电位氧化还原电位 pH 根际微生物数量根际微生物数量 与种群结构与种群结构 根际酶活性根际酶活性农产品农产品 生化生化反应反应氧化氧化还原还原活化活化固定固定酸碱酸碱反应反应络合络合反应反应吸附吸附解吸解吸污染物污染物植物植物吸收吸收土壤环境土壤环境 人工调节人工调节污染物污染物 根根际际第74页，共136页，编辑于2022年，星期三1 植植物物提提取取（phytoextraction）污污染染物物被被植植物物吸吸收收积积累累，植物收获后再进行处理；植物收获后再进行处理；2 植植物物挥挥发发（phytovolatilization）污污染染物物被被植植物物吸吸收收到到体内后并将起转化为气态物质释放到大气中；体内后并将起转化为气态物质释放到大气中；3 植植物物稳稳定定化化（phytostabilization）植植物物与与土土壤壤共共同同作用，将污染物规定，以减少其对生物与环境的危害；作用，将污染物规定，以减少其对生物与环境的危害；4 植植物物降降解解（phytodegradation）植植物物与与其其相相关关的的微微生生物物区系将污染物转化为无毒物质。区系将污染物转化为无毒物质。55 植物滤除（植物滤除（Rhizofiltration）利用植物根系吸收、吸利用植物根系吸收、吸附污染水体中的重金属。附污染水体中的重金属。第75页，共136页，编辑于2022年，星期三分子生物学分子生物学第76页，共136页，编辑于2022年，星期三一、一、“分子生物学分子生物学”的由来的由来Waren Weaver第77页，共136页，编辑于2022年，星期三二、分子生物学定义二、分子生物学定义第78页，共136页，编辑于2022年，星期三三、分子生物学的三大领域三、分子生物学的三大领域第79页，共136页，编辑于2022年，星期三四、遗传物质四、遗传物质核酸核酸脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸核糖核酸（病毒）核糖核酸（病毒）DNADNARNARNA第80页，共136页，编辑于2022年，星期三DNADNA分子含有生物物分子含有生物物种的所有遗传信息，种的所有遗传信息，分子量一般都很大。分子量一般都很大。DNADNA为双链分子，其为双链分子，其中大多数是链状结构中大多数是链状结构大分子，也有少部分大分子，也有少部分呈环状结构。呈环状结构。RNARNA主要是负责主要是负责DNADNA遗传信息的翻译和遗传信息的翻译和表达，分子量要比表达，分子量要比DNADNA小得多。小得多。RNARNA为为单链分子。单链分子。病毒的遗传信息病毒的遗传信息RNADNA第81页，共136页，编辑于2022年，星期三根根据据RNA的的 功功能能，可可以以分分为为mRNA、tRNA和和rRNA三种。三种。mRNA(mRNA(Messenger RNA，信使信使RNA)RNA)约占总约占总RNARNA的的5%5%不同细胞的不同细胞的mRNAmRNA的链长和分子量差异很大的链长和分子量差异很大它它的的功功能能是是将将DNADNA的的遗遗传传信信息息传传递递到到蛋蛋白白质质合合成成基基地地核糖核蛋白体核糖核蛋白体第82页，共136页，编辑于2022年，星期三 tRNA(Transfer RNA，转移，转移RNA)约占总约占总RNA的的10%15%。它它在在蛋蛋白白质质生生物物合合成成中中起起翻翻译译氨氨基基酸酸信信息息，并并将将相相应应的氨基酸转运到核糖核蛋白体的作用。的氨基酸转运到核糖核蛋白体的作用。已知每一个氨基酸至少有一个相应的已知每一个氨基酸至少有一个相应的tRNA。第83页，共136页，编辑于2022年，星期三 rRNA(Ribosome RNA，核糖体，核糖体RNA)约占全部约占全部RNA的的80%，是核糖核蛋白体的主要组成部分。是核糖核蛋白体的主要组成部分。rRNA 的功能与蛋白质生物合成相关。的功能与蛋白质生物合成相关。第84页，共136页，编辑于2022年，星期三 染色体染色体与与基因基因的关系：的关系：一条染色体上有许多基因，基一条染色体上有许多基因，基因在染色体上呈直线排列因在染色体上呈直线排列 染色体与染色体与DNA的关系：的关系：每一条染色体上只有一个每一条染色体上只有一个DNA分子，染色体是分子，染色体是DNA分子的主要载体分子的主要载体 DNA与基因的关系：与基因的关系：每个每个DNA上有许多基因，基因是上有许多基因，基因是有遗传效应的有遗传效应的DNA片段片段第85页，共136页，编辑于2022年，星期三DNA结构及特点结构及特点第86页，共136页，编辑于2022年，星期三第87页，共136页，编辑于2022年，星期三第88页，共136页，编辑于2022年，星期三第89页，共136页，编辑于2022年，星期三 碱碱基基都都具具有有芳芳香香环环的的结结构构特特征征。嘌嘌呤呤环环和和嘧嘧啶啶环环均均呈呈平面或接近于平面的结构。平面或接近于平面的结构。碱碱基基的的芳芳香香环环与与环环外外基基团团可可