水处理生物学 .ppt

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1、内容回顾内容回顾1.1.理解藻类的分类及其特点。理解藻类的分类及其特点。2.2.理解藻类对环境工程的影响。理解藻类对环境工程的影响。3.3.理解原生动物结构及生理特点。理解原生动物结构及生理特点。4.4.记住原生动物的营养方式类型。记住原生动物的营养方式类型。5.5.理解原生动物的分类及特点。理解原生动物的分类及特点。6.6.理解原生动物在水处理中的作用。理解原生动物在水处理中的作用。第一节第一节 病毒的基本特征病毒的基本特征第五章第五章 病病 毒毒一、病毒的发现一、病毒的发现1886年，德国农业化学家年，德国农业化学家 迈尔在荷兰迈尔在荷兰 的接种试验的接种试验 (烟草花叶病是一种传染性疾病

2、烟草花叶病是一种传染性疾病)一、病毒的特点一、病毒的特点 1.个体极小个体极小 大多数比细菌小的多，须借助电子显微镜才能看大多数比细菌小的多，须借助电子显微镜才能看到，大小以纳米表示。到，大小以纳米表示。发发 现现 1892年，俄罗斯年，俄罗斯 伊万诺夫斯基伊万诺夫斯基 烟草花叶病感病因子烟草花叶病感病因子 （细菌滤器滤过性）（细菌滤器滤过性）1935年，美国生物化学家年，美国生物化学家 斯坦莱斯坦莱 烟草花叶病毒结晶烟草花叶病毒结晶 2.专性寄生专性寄生 病毒没有细胞结构，没有独立的代谢活动，它们病毒没有细胞结构，没有独立的代谢活动，它们只能在特定的生活着的寄主细胞中繁殖，脱离了寄主只能在特

3、定的生活着的寄主细胞中繁殖，脱离了寄主细胞便不能进行任何形式的代谢活动。在活体外病毒细胞便不能进行任何形式的代谢活动。在活体外病毒不具任何生命特征。不具任何生命特征。3.没有细胞结构没有细胞结构 病毒为非细胞结构的微生物，其化学组成和繁殖病毒为非细胞结构的微生物，其化学组成和繁殖方式简单。大多数是蛋白质与核酸组成的大分子，而方式简单。大多数是蛋白质与核酸组成的大分子，而且只含单一类型的核酸且只含单一类型的核酸(DNA或或RNA)，病毒的繁殖方，病毒的繁殖方式与细菌不同，它不具备繁殖所需的机构，必须依赖式与细菌不同，它不具备繁殖所需的机构，必须依赖于寄主细胞而进行复制和转录与合成。于寄主细胞而进

4、行复制和转录与合成。4.类化学大分子类化学大分子 病毒在胞外环境中，如同化学大分子，不表现任病毒在胞外环境中，如同化学大分子，不表现任何生命特征，不生长，不能繁殖，具有化学大分子的何生命特征，不生长，不能繁殖，具有化学大分子的属性。但是化学分子保持其活性，有侵染力。属性。但是化学分子保持其活性，有侵染力。根据病毒的特点，根据病毒的特点，病毒被定义为超显微的、没有病毒被定义为超显微的、没有细胞结构、专性活细胞寄生的大分子微生物。它们细胞结构、专性活细胞寄生的大分子微生物。它们在活体外具有一般大分子的特征，一旦进入寄主细在活体外具有一般大分子的特征，一旦进入寄主细胞才具有生命的特征。胞才具有生命的

5、特征。病毒对人类的健康造成了极大的危害，在人类的病毒对人类的健康造成了极大的危害，在人类的传染病中约传染病中约80%是由病毒引起的。人类免疫缺陷病是由病毒引起的。人类免疫缺陷病毒毒(HIV)是艾滋病是艾滋病(AIDS)的病原体，的病原体，AIDS是获得性是获得性免疫缺陷综合症的缩写。以细胞免疫发生严重缺陷免疫缺陷综合症的缩写。以细胞免疫发生严重缺陷为特征。为特征。二、病毒的分类二、病毒的分类 病毒的宿主范围广，几乎能感染所有的生物。但病毒的宿主范围广，几乎能感染所有的生物。但是病毒又有高度的专一性。一种病毒只能感染一定种是病毒又有高度的专一性。一种病毒只能感染一定种数的宿主。数的宿主。1.习惯

6、上根据寄主的种类将病毒分为微生物病毒、植习惯上根据寄主的种类将病毒分为微生物病毒、植物病毒和动物病毒。微生物病毒中主要研究的是细菌物病毒和动物病毒。微生物病毒中主要研究的是细菌病毒病毒噬菌体。噬菌体。动物病毒寄生在动物（人体）内，可以引发疾病：动物病毒寄生在动物（人体）内，可以引发疾病：人的流感、水痘、乙肝、甲肝；动物的瘟疫及昆虫疾人的流感、水痘、乙肝、甲肝；动物的瘟疫及昆虫疾病。病。植物病毒寄生在植物体内，引发：烟草花叶病、植物病毒寄生在植物体内，引发：烟草花叶病、小麦黑穗病。小麦黑穗病。噬菌体寄生在细菌体内。噬菌体寄生在细菌体内。2.按核酸分类：按核酸分类：DNA病毒、病毒、RNA病毒。病

7、毒。1.病毒的形态大小病毒的形态大小三、病毒的形态结构三、病毒的形态结构 各种病毒的大小相差很大，最大的病毒直径为各种病毒的大小相差很大，最大的病毒直径为200300nm，如痘病毒。最小的病毒仅为，如痘病毒。最小的病毒仅为2030nm，如脊髓灰质炎病毒，直径约为如脊髓灰质炎病毒，直径约为28nm。动物病毒多呈球形、砖形动物病毒多呈球形、砖形植物病毒多呈杆状或丝状植物病毒多呈杆状或丝状 噬菌体多为蝌蚪状，即由一个多面体的头部和噬菌体多为蝌蚪状，即由一个多面体的头部和尾部组成。噬菌体是研究病毒复制的模式系统，许尾部组成。噬菌体是研究病毒复制的模式系统，许多有关病毒的基本概念都来自细菌病毒。多有关病

8、毒的基本概念都来自细菌病毒。图图5-1 5-1 病毒和细菌的相对大小病毒和细菌的相对大小支原体支原体痘病毒痘病毒疱疹病毒疱疹病毒流感病毒流感病毒1 葡萄球菌葡萄球菌细小核糖核酸病毒细小核糖核酸病毒最大的病毒与最小的病毒最大的病毒与最小的病毒天花病毒天花病毒 200300nm脊髓灰脊髓灰质炎病毒炎病毒口蹄疫病毒口蹄疫病毒 10nm（课本表图）（课本表图）病毒的大小病毒的大小3、蝌蚪状、蝌蚪状(噬菌体噬菌体)1、杆状或丝状、杆状或丝状(大多为植物病毒大多为植物病毒)2、多面体或球形、多面体或球形(大多为动物、真菌大多为动物、真菌病毒病毒)病毒的形态病毒的形态病毒的结构病毒的结构 廿面体对称的结构廿

9、面体对称的结构 (球状球状)螺旋对称的结构螺旋对称的结构 (杆状杆状)复合对称的结构复合对称的结构 (蝌蚪状蝌蚪状)图图-病毒的粒子的基本结构病毒的粒子的基本结构壳壳 体体核核 酸酸包包 膜膜刺刺 突突核壳体核壳体烟草花叶病病毒结构（螺旋对称）烟草花叶病病毒结构（螺旋对称）RNA核壳体核壳体大肠杆菌的大肠杆菌的T4噬菌体结构（复合对称型）噬菌体结构（复合对称型）病毒的化学组成病毒的化学组成病病毒蛋白毒蛋白：主要功能：主要功能：A、病毒粒子外壳，保护病毒核酸活性。、病毒粒子外壳，保护病毒核酸活性。B、感染的特异性。、感染的特异性。核酸：核酸：RNA或或DNA病毒包含体：寄主细胞中，由寄主蛋白质包

10、裹病病毒包含体：寄主细胞中，由寄主蛋白质包裹病毒体形成的聚集体。毒体形成的聚集体。脂类和糖类、无机阳离子等。脂类和糖类、无机阳离子等。第二节第二节 病毒的繁殖病毒的繁殖病毒是专性细胞寄生的种类，它们只能在活细胞病毒是专性细胞寄生的种类，它们只能在活细胞内繁殖，而不能在一般培养基中繁殖。内繁殖，而不能在一般培养基中繁殖。现在培养病毒除用敏感动物（小白鼠、豚鼠、家兔现在培养病毒除用敏感动物（小白鼠、豚鼠、家兔等），鸡胚培养外，还可用活的组织或细胞培养。等），鸡胚培养外，还可用活的组织或细胞培养。病毒在活细胞中的繁殖方式不是二分分裂，而是病毒在活细胞中的繁殖方式不是二分分裂，而是感染细胞后，全面感染

11、细胞后，全面“接管接管”寄主细胞的生物合成机构，寄主细胞的生物合成机构，使之按照病毒的遗传特性，合成病毒的核酸和蛋白质，使之按照病毒的遗传特性，合成病毒的核酸和蛋白质，然后聚集成新的病毒粒子，这种繁殖方式称为病毒的然后聚集成新的病毒粒子，这种繁殖方式称为病毒的复制。复制。病毒感染寄主细胞进行增殖的过程可分为病毒感染寄主细胞进行增殖的过程可分为五个步五个步骤：吸附、侵入和脱壳、复制与合成、装配和释放骤：吸附、侵入和脱壳、复制与合成、装配和释放。一、吸一、吸 附附吸附是病毒感染细胞的第一步，病毒对寄主细胞吸附是病毒感染细胞的第一步，病毒对寄主细胞的吸附有高度的特异性，是吸附在寄主细胞表面的某的吸附

12、有高度的特异性，是吸附在寄主细胞表面的某种特定受体上。种特定受体上。受体实际上是细胞表面的一定化学组成部分，如流感受体实际上是细胞表面的一定化学组成部分，如流感病毒的受体是糖蛋白，存在于敏感动物红细胞及黏膜病毒的受体是糖蛋白，存在于敏感动物红细胞及黏膜细胞上。脊髓灰质炎病毒的受体是脂蛋白，存在于对细胞上。脊髓灰质炎病毒的受体是脂蛋白，存在于对病毒敏感的人或猴的肠道和神经细胞表面。病毒敏感的人或猴的肠道和神经细胞表面。二、侵入与脱壳二、侵入与脱壳没有受体位点时，病毒不能吸附，也就不能感染。没有受体位点时，病毒不能吸附，也就不能感染。如果受体位点发生改变，寄主细胞就对病毒感染产生如果受体位点发生改

13、变，寄主细胞就对病毒感染产生了抗性。了抗性。病毒侵入的方式决定于寄主细胞的性质。最复杂病毒侵入的方式决定于寄主细胞的性质。最复杂的侵入方式是噬菌体对细菌的感染，如大肠杆菌噬菌的侵入方式是噬菌体对细菌的感染，如大肠杆菌噬菌体体T4借助其尾部末端附着在敏感细胞的表面，并通过借助其尾部末端附着在敏感细胞的表面，并通过尾丝固着于敏感细胞上，尾部的酶水解细胞壁的肽聚尾丝固着于敏感细胞上，尾部的酶水解细胞壁的肽聚糖产生一小孔。然后尾鞘收缩将尾髓压入细胞，头部糖产生一小孔。然后尾鞘收缩将尾髓压入细胞，头部的的DNA通过尾髓被注入细菌细胞，蛋白质外壳则留在通过尾髓被注入细菌细胞，蛋白质外壳则留在细胞外。细胞外

14、。三、复制与合成三、复制与合成病毒侵入到敏感细胞后，引起寄主细胞代谢发生病毒侵入到敏感细胞后，引起寄主细胞代谢发生改变，生物合成不再由细胞本身支配，而受病毒核酸改变，生物合成不再由细胞本身支配，而受病毒核酸携带的遗传信息所控制。病毒利用细胞的合成机构，携带的遗传信息所控制。病毒利用细胞的合成机构，如核糖体、酶系统等，使病毒核酸复制，并合成大量如核糖体、酶系统等，使病毒核酸复制，并合成大量的蛋白质。的蛋白质。四、装四、装 配与释放配与释放病毒的核酸和蛋白质是分别合成的，因而需要将病毒的核酸和蛋白质是分别合成的，因而需要将它们组装在一起才能成为成熟的病毒粒子。装配就是它们组装在一起才能成为成熟的病

15、毒粒子。装配就是将合成的病毒各部分组装在一起成为成熟病毒粒子的将合成的病毒各部分组装在一起成为成熟病毒粒子的过程。过程。病毒粒子在寄主细胞内成熟后，即开始从细胞病毒粒子在寄主细胞内成熟后，即开始从细胞释放。很多病毒借助酶的降解作用裂解寄主细胞，释放。很多病毒借助酶的降解作用裂解寄主细胞，一下子释放出大量的子病毒。有的病毒如脊髓灰质一下子释放出大量的子病毒。有的病毒如脊髓灰质炎病毒，通过细胞的局部破裂而释放。在流感病毒炎病毒，通过细胞的局部破裂而释放。在流感病毒中，其核衣壳迁移到细胞质膜上，穿过细胞膜的过中，其核衣壳迁移到细胞质膜上，穿过细胞膜的过程中裹上胞膜，然后释放。释放出的病毒可再次进程中

16、裹上胞膜，然后释放。释放出的病毒可再次进行新的感染。行新的感染。侵入方式侵入方式：（1）注入（细菌病毒）注入（细菌病毒）（2）伤口、昆虫刺吸）伤口、昆虫刺吸（植物病毒）（植物病毒）（3）吞噬（动物病毒）吞噬（动物病毒）T噬菌体的侵染复制过程噬菌体的侵染复制过程腺病毒粒子的吸收和核酸的脱壳示意图腺病毒粒子的吸收和核酸的脱壳示意图四、噬菌体的溶原性四、噬菌体的溶原性噬菌体感染细菌细胞后引起细胞的破裂，这类噬噬菌体感染细菌细胞后引起细胞的破裂，这类噬菌体称为烈性噬菌体。另一类噬菌体菌体称为烈性噬菌体。另一类噬菌体温和噬菌体，温和噬菌体，它感染细菌后，细菌不裂解，而能继续生长繁殖，成它感染细菌后，细菌

17、不裂解，而能继续生长繁殖，成为溶原性细菌。为溶原性细菌。在溶原性细菌中找不到形态上可见的噬菌体粒子，在溶原性细菌中找不到形态上可见的噬菌体粒子，侵入的温和噬菌体以其核酸附着在细胞核的一定位置侵入的温和噬菌体以其核酸附着在细胞核的一定位置上，称为原噬菌体。它与细菌的细胞核一起复制，而上，称为原噬菌体。它与细菌的细胞核一起复制，而且随着细菌的分裂传给子细胞，使之也成为溶原性细且随着细菌的分裂传给子细胞，使之也成为溶原性细菌。菌。原噬菌体不同于营养期的噬菌体，它没有感染力。原噬菌体不同于营养期的噬菌体，它没有感染力。但是原噬菌体一旦脱离细菌细胞核就开始复制，从而但是原噬菌体一旦脱离细菌细胞核就开始复

18、制，从而引起细菌的裂解。因此，当原噬菌体附着在细胞引起细菌的裂解。因此，当原噬菌体附着在细胞时，对细菌一般无不良影响，但具产生噬菌体的潜在时，对细菌一般无不良影响，但具产生噬菌体的潜在能力，具有不受同源噬菌体感染的能力，具有不受同源噬菌体感染的“免疫性免疫性”。溶源细胞：含有温和噬菌体的寄主细胞溶源细胞：含有温和噬菌体的寄主细胞原噬菌体：溶源细胞中的噬菌体。原噬菌体：溶源细胞中的噬菌体。毒性噬菌体：病毒粒子复制装配释放从而导毒性噬菌体：病毒粒子复制装配释放从而导致寄主细胞崩溃的噬菌体致寄主细胞崩溃的噬菌体温和噬菌体：核酸与寄主细胞核酸同步复制而不温和噬菌体：核酸与寄主细胞核酸同步复制而不导致寄

19、主细胞裂解的噬菌体。导致寄主细胞裂解的噬菌体。防治农林害虫的优势：防治农林害虫的优势：专一性高扩散性强毒力大后效长环保功能专一性高扩散性强毒力大后效长环保功能对人类的不利作用：经济昆虫对人类的不利作用：经济昆虫(蜂、蚕蜂、蚕)病毒病毒五、病毒五、病毒应用应用1)高温：对热不稳定，高温：对热不稳定，5560摄氏度时，摄氏度时，几或十几分钟灭活；几或十几分钟灭活；2)低温：病毒保持感染性。低温：病毒保持感染性。3)PH:pH值值6.08.0：稳定，：稳定，pH值值5以下或以下或pH9以上：迅速失活；以上：迅速失活；五、五、病毒病毒其他特性其他特性第一节第一节 微生物的营养微生物的营养第六章第六章

20、微生物的生理特性微生物的生理特性定义营养定义营养:生物体从外部环境中摄取对其生命活动生物体从外部环境中摄取对其生命活动必需的能量和物质，必需的能量和物质，以满足机体生长、繁殖和完成以满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要。各种生理活动所需要。营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是微生物营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。维持和延续其生命形式的一种生理过程。微生物不断获得营养物质，将其变成细胞组分，微生物不断获得营养物质，将其变成细胞组分，并将废弃物排出体外的过程称为并将废弃物排出体外的过程称为新陈代谢新陈代谢。一、微生物的化学组成一、微生物的

21、化学组成主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁、氯等铁、氯等微量元素：铜、锌、锰、钼、硒、钴等微量元素：铜、锌、锰、钼、硒、钴等微生物体内的微生物体内的7090为水，剩下的为干物质。为水，剩下的为干物质。干物质，则主要为有机物和无机物组成。其中，有机干物质，则主要为有机物和无机物组成。其中，有机物约占干重的物约占干重的90%97,主要为蛋白质、核酸、糖和主要为蛋白质、核酸、糖和脂肪。脂肪。其中，其中，C、H、O、N是所有生物的有机元素。是所有生物的有机元素。（课本图（课本图81）二、微生物的营养物二、微生物的营养物五大要素：水、碳源、氮源

22、、生长因子、无机盐。五大要素：水、碳源、氮源、生长因子、无机盐。1.水水水是微生物本身组分；水是微生物本身组分；溶剂，溶剂，生化反应在溶液生化反应在溶液中进行；中进行；载体载体，有利于对营养的吸收；少数细菌利，有利于对营养的吸收；少数细菌利用水用水参与反应参与反应；维持和；维持和调节体温。调节体温。2.碳源碳源在微生物生长过程中能为微生物提供碳素来源在微生物生长过程中能为微生物提供碳素来源的物质。的物质。碳源碳源有机碳有机碳无机碳无机碳异养微生物异养微生物自养微生物自养微生物光能自养光能自养化能自养化能自养光能异养光能异养化能异养化能异养营养类型营养类型 课本上碳源优先顺序课本上碳源优先顺序8

23、2 微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇、微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇、脂类、烃、脂类、烃、CO2及碳酸盐等。及碳酸盐等。微生物最好的碳源是糖尤其是葡萄糖、蔗糖。微生物最好的碳源是糖尤其是葡萄糖、蔗糖。对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源是兼对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源是兼有能源功能营养物。有能源功能营养物。凡是能被用来构成菌体物质中或代谢产物中氮素凡是能被用来构成菌体物质中或代谢产物中氮素来源的营养物质称为氮源。氮源的作用是为蛋白质的来源的营养物质称为氮源。氮源的作用是为蛋白质的合成提供原料。合成提供原料。3.氮源氮源氮源氮源氨基酸氨基酸蛋白质蛋白质核核 酸酸

24、尿尿 素素有机氮有机氮无机无机氮氮硝酸盐硝酸盐铵铵 盐盐NH3N2按对氮源的要求不同，微生物可分为：按对氮源的要求不同，微生物可分为：1).固氮微生物固氮微生物 利用空气中的利用空气中的N2合成自身所需的氨基酸及蛋白合成自身所需的氨基酸及蛋白质。质。代表：根瘤菌、固氮蓝菌、固氮菌。代表：根瘤菌、固氮蓝菌、固氮菌。2).以无机氮化物为氮源的微生物以无机氮化物为氮源的微生物 利用利用NH3、铵盐、硝盐、亚硝盐为氮源。、铵盐、硝盐、亚硝盐为氮源。代表：亚硝化菌、硝化菌、放线菌、霉菌等。代表：亚硝化菌、硝化菌、放线菌、霉菌等。能为微生物生命活动提供最初能量来源的物质和能为微生物生命活动提供最初能量来源

25、的物质和辐射能，成为能源。辐射能，成为能源。4.能源能源1.光能无机自养型光能无机自养型2.光能有机异养型光能有机异养型根据能源不同微生物分类：根据能源不同微生物分类：划分依据营养类型特点碳源自养型以CO2 为唯一或主要碳源异养型以有机物为碳源能源光能营养型以光为能源化能营养型以有机物氧化释放的化学能为能源电子供体无机营养型以还原性无机物为电子供体有机营养型以有机物为电子供体3.化能无机自养型化能无机自养型4.化能有机异养型化能有机异养型营养类型营养类型生长因子：生长因子：那些微生物生长所必需而且需要量很小，那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成的或合成量不足以满足机体生但微

26、生物自身不能合成的或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物。长需要的有机化合物。生长因子主要有：维生素生长因子主要有：维生素C、B维生素、氨基酸、维生素、氨基酸、碱基对等。碱基对等。5.生长因子生长因子6.无机盐无机盐作用作用1.1.细胞组成部分；细胞组成部分；2.2.参与微生物中氨基酸和酶的组成；参与微生物中氨基酸和酶的组成；3.3.调节渗透压、调节渗透压、pHpH、氧化还原电位；、氧化还原电位；4.4.能源；能源；5.5.酶的激活剂；酶的激活剂；a.合成核酸、核蛋白、磷脂及其他含磷物质的重要合成核酸、核蛋白、磷脂及其他含磷物质的重要元素。元素。b.是一些辅酶的组成部分。如：是一些辅酶的组

27、成部分。如：NAD、ATP、ADP等。等。c.在磷酸化中起作用。在磷酸化中起作用。d.高能磷酸键。高能磷酸键。e.缓冲剂。缓冲剂。2）S S是一些氨基酸的组分，一般为硫氢基（是一些氨基酸的组分，一般为硫氢基（SH）的形式。的形式。S及硫化物是好氧微生物的能源。及硫化物是好氧微生物的能源。内容重点内容重点1.1.了解病毒的特点。了解病毒的特点。2.2.理解病毒的基本组成。理解病毒的基本组成。3.3.理解理解病毒侵染的步骤。理解理解病毒侵染的步骤。4.4.理解病毒的其他特性。理解病毒的其他特性。5.5.理解微生物营养、生长因子的定义。理解微生物营养、生长因子的定义。6.6.理解水在微生物代谢过程中的作用。理解水在微生物代谢过程中的作用。7.7.理解根据碳源类型的为生物分类。理解根据碳源类型的为生物分类。