什么是微生物生态学课件

微生物与环境微生物与环境在自然环境中，存在着不计其数的微生物，他们存在在土壤、空气、水中，对我们生存的环境有着至关重要的作用。研究微生物与环境首先就要了解微生物，了解他们的类型、特点、性质等等，以便我们能够利用微生物更好的我们生存的环境或者处理难以讲解的废物或者生产各种各样的产品。微生物生态学研究是的微生物和其他生物以及环境的科学，对我们更好的了解微生物有重要意义。在自然环境中，存在着不计其数的微生物，他们存在在土壤、空气、大纲课题背景—什么是微生物生态学微生物生态学的发展简史微生物生态学研究的基本方法研究微生物生态学的意义微生物在自然界中的分布微生物的生物修复沼气发酵与环境保护有毒元素的污染与微生物作用大纲课题背景—什么是微生物生态学课题背景—什么是微生物生态学背景—什么是微生物生态学生态学（Ecology

）这个名词最早是由德国生物学家ErnestHaeckel于1869年首先提出来的，他当时认为生态学是动物对有机和无机环境的全部关系。从现代科学观点来看，较为全面的生态学定义是研究生物与其周围生物和非生物环境之间相互关系的一门科学。背景—什么是微生物生态学生态学（Ecology

）这个名词那么，微生物生态学（MicrobialEcology）便是指研究微生物群体（微生物区系或正常菌群）与其周围生物和非生物环境之间相互关系的一门科学。那么，微生物生态学（MicrobialEcology）便是微生物生态学所研究的内容包括：（1）正常自然环境中的微生物分布、分布规律、微生物的代谢及其对环境的影响，环境因素对这些代谢的影响，微生物与微生物之间、微生物与其他生物之间的相互关系。（2）极端环境中微生物的种类和分布，生命机理和这些微生物在工农业生产中的应用。微生物生态学所研究的内容包括：（3）污染环境中的微生物学，其中包括污染物对微生物的毒性，微生物对有机和无机污染物的抗性，微生物对污染物的转化和降解作用，污染物转化和降解作用与微生物质粒和染色体基因的相互关系，微生物在净化污染物中的应用。（4）微生物生态模型和数据处理。（3）污染环境中的微生物学，其中包括污染物对微生物的毒性，微微生物生态学的发展简史微生物生态学的发展简史微生物生态学的发展简史A.T.Kluyver，C.D.vanNiel，RogerStanier和Gause这四位科学家对微生物生态学的早期发展做出过许多贡献。Kluyver对微生物生态学的最大贡献是通过研究发现在自然界种类繁多的微生物世界中，各种代谢过程都有相互关系。vanNiel是Kluyver的一位学生，他发现光合细菌和绿色植物的光合过程有许多相似之处。微生物生态学的发展简史A.T.Kluyver，C.D.vanRogerStanier是vanNiel的学生，他利用假单胞菌研究好氧微生物的代谢，结果发现这些好氧微生物能降解各种结构很复杂的有机化合物。Gause于1934年设计了一个生态学方面的经典实验，即原生动物纤毛虫中存在捕食关系，其中节毛虫能利用草履虫为食物，袋状草履虫能以粟酒裂殖酵母菌为食物。RogerStanier是vanNiel的学生，他利用假几乎在同一时期，人们发现将载玻片埋在土壤或沉积泥中，载玻片就像土壤颗粒一样能给微生物生长提供一个表面，然后小心取出载玻片并在显微镜下观察，可以观察到微生物在自然环境中生长和相互作用的情况。几乎在同一时期，人们发现将载玻片埋在土壤或沉积泥中，载玻片就到上世纪50、60年代，由于人口膨胀，各种工业迅速发展，环境污染日趋严重。人们发现排放到自然环境中去的污染物对土壤和水中微生物生命和代谢有很大的影响，并发现许多微生物能降解各种人工合成的和天然的污染物。到上世纪50、60年代，由于人口膨胀，各种工业迅速发展，环境另外大量合成洗涤剂、农药、化肥的使用，引起水体严重污染并出现富营养化。还发现许多污染物，如DDT、汞化合物等能在食物链中引起生物放大作用由于这些问题引起许多科学家对微生物生态学的浓厚兴趣，从而使微生物生态学得到迅速发展。另外大量合成洗涤剂、农药、化肥的使用，引起水体严重污染并出现太空技术的发展给人们提供了研究某些极端环境微生物的有力工具。在上世纪70年代由于氮肥的短缺促使人们研究共生固氮微生物和非共生固氮微生物。能源的危机使人们试图利用一些废物，经过微生物的转化作用生产有用的燃料。太空技术的发展给人们提供了研究某些极端环境微生物的有力工1979年左右，RobertHungate在研究反刍动物瘤胃中微生物后发现微生物群体之间存在非常复杂的相互关系。在国际上，微生物生态学发展的一个最重要里程碑是1972年在瑞典Uppsala举行的微生物生态学现代方法的国际会议。从1977年以后，每三年举行一次微生物生态学国际会议。1979年左右，RobertHungate在研究反刍动在1981-1982年期间，MaitinAlexander发现许多人工合成的化合物完全不能被微生物降解，这就引起许多研究者对污染物的生物可降解性产生了浓厚的兴趣。在海洋中石油污染物的降解研究开始于上世纪60年代后期，到了90年代人们开始利用微生物去除环境污染物。在1981-1982年期间，MaitinAlexand我国在微生物生态学研究方面也取得了许多进展，到目前为止，微生物生态学研究主要集中在以下几个方面：（1）微生物资源的调查。我国各地从各种环境中分离到600种左右的食用菌；从土壤和其他环境中分离了大量的能生产各种抗生素的放线菌和细菌；中科院微生物研究所开展了内蒙古哈马台碱湖的微生物生态调查，从中得到了许多有实际应用和理论研究意义的特殊微生物。我国在微生物生态学研究方面也取得了许多进展，到目前为止，有人还开展了我国某些温泉的微生物种类和分布的研究，从中得到一些嗜热微生物。我国改革开放后相继建造了核电站和在长江、黄河建造了一些大型水库，这些核电站和水库建造前后对周围环境的微生物生态有什么影响已经引起我国有关专家和政府的重视。有人还开展了我国某些温泉的微生物种类和分布的研究，从中得到一（2）广泛开展了我国各大城市空气中微生物数量、种类和分布的调查，以便对我国的空气质量进行评估。国家海洋局考察了环球空气的微生物，得到了很有价值的结果。（2）广泛开展了我国各大城市空气中微生物数量、种类和分布的调（3）近几十年来，为了解决我国日趋严重的环境污染问题，我国政府和有关企业投入了大量的人力和财力开展了污染环境治理工作。由于利用微生物处理污染物有许多优点，我国十分重视利用微生物处理各种污水和废气，并广泛开展了各种污染环境的微生物种类和分布的调查，发现了许多对污染物具有强降解能力的微生物，并对各种重要污染物的降解途径和降解程度等等进行了全面的研究，取得了较好的成果。（3）近几十年来，为了解决我国日趋严重的环境污染问题，我国政（4）改革开放后，我国微生物生态学教学工作也取得很大进展，在各类大学设立了环境专业，开设了环境微生物学和微生物生态学等课程。（4）改革开放后，我国微生物生态学教学工作也取得很大进展，在微生物生态学研究的基本方法微生物生态学研究的基本方法微生物生态学研究的基本方法一、直接测定这种方法是利用光学和电子显微镜对样品中的微生物进行直接观察，并计算微生物数目或测定丝状微生物的长度，其结果可以用每单位面积或每单位体积或重量的微生物数目来表示，以此来估计生物量。有时为了观察的方便，还需对样品进行染色或进行适当的稀释。微生物生态学研究的基本方法一、直接测定直接观察的优点是能够使人们直接观察到天然样品中的微生物形态和微生物在自然样品中所处的位置。但该方法的主要缺点是使用这种方法时，只能取少量样品，与微生物所生活的整个自然环境相比，少量的样品不能代表整个自然环境。直接观察的优点是能够使人们直接观察到天然样品中的微生物形态和二、培养方法培养微生物的方法很多，一般来说对所采集的样品应进行适当的稀释，以便每一个平板上只能生长有一定数目的微生物菌落。这种方法的最大优点是可以计算自然样品中的活微生物数目，并可以辨认真菌、放线菌和细菌。二、培养方法

这种方法有许多缺点，造成计算误差的因素也很多，比如，自然中的许多微生物细胞成群粘接在一起，用普通的方法很难把它们分开，这样形成的单菌落可能是由许多个细胞增殖而来的，而不是由单个细胞形成的菌落；有些微生物在平板上只能形成微菌落，不便于肉眼观察；

这种方法有许多缺点，造成计算误差的因素也很多，比如，

一般情况下实验室所用的培养条件很难满足所有微生物的生长，所有的有限种类的培养基也无法满足所有微生物的生长；另一个问题是在平板上形成的丝状微生物菌落不知是从孢子而来的还是从菌丝而来的。但这种方法还是被广泛用于微生物生态学研究中，特别适用于研究细菌生态学。一般情况下实验室所用的培养条件很难满足所有微生物的三、代谢活力的测定这类方法是测定自然环境中的微生物代谢活力。如果知道一个微生物群体的大小，那么通过测定H3标记的胸腺嘧啶组入微生物群体DNA中的速率便可以估计微生物的代时。同样用带有放射性标记的各种污染物作为微生物生长的底物，可以用来测定这些污染物的分解速率，并可推测它们的代谢途径。三、代谢活力的测定另一代谢活力测定法是分析某些特殊酶类的酶活力，这一方法是假设所有待测的细胞都含有这些特殊的酶类，并且所有细胞以同样的能力使用这些酶类。但在实验室测定的酶活力与在自然界中所表现的酶活力往往差别很大，这是因为在实验室中测定酶活力时所用的条件不同于自然界所存在的条件。另一代谢活力测定法是分析某些特殊酶类的酶活力，这一方法是假设测定自然样品中ATP含量也可以反映微生物代谢活力的大小和生物量的大小。这一测定方法是假设ATP仅存在于活细胞中，并且每个微生物细胞的ATP含量基本上一致。但是，实际上某一种微生物的ATP含量是随着环境中的磷含量不同而变化，并且高浓度的有机物会干扰ATP含量的测定。测定自然样品中ATP含量也可以反映微生物代谢活力的大小和生物

最广泛使用的测定代谢活力的方法是估计整个微生物群体的呼吸作用和藻类的光合作用，测定的对象是02和C02量的变化。通过测定土壤呼吸速率可以间接地估计土壤中的生物量，首先用氯仿处理土壤样品，以便杀死土壤中的所有微生物．然后用“活”土壤样品重新接种经氯仿薰蒸过的土壤，并测定呼吸速率。最广泛使用的测定代谢活力的方法是估计整个微生物群体的

这种测定方法不适用于测定只能进行厌氧呼吸或发酵的微生物。另外，在采集样品和在实验室处理样品过程中，会对自然样品造成许多干扰作用，这样会对样品中的微生物呼吸作用产生很大的影响。代谢活力测定的一个最大缺点是所得出的结果无法说明自然样品中存在哪些微生物种类和微生物在自然样品中的分布情况。这种测定方法不适用于测定只能进行厌氧呼吸或发酵的微生四、数学方法过去，人们在研究微生物生态学过程中惯用的方法，是以感官观察为基础，经过一些实验将搜集的资料加以分析和解释，并进一步归纳、假设和推理。在这过程中，其结果大多数是描述性的，数据基本是孤立的。四、数学方法近年来，人们开始将数学应用于微生物生态学研究中，以统计数据和建立生态模型来定量描述微生物生态学问题。近年来，人们开始将数学应用于微生物生态学研究中，以统计数据和

这种方法是首先在实验室中建立人工的经过简化的环境，即所谓的模拟实验。所用的样品可以是自然的水样、土样、植物落叶和其他样品，所用的条件基本与自然条件一致。然后把复杂多变的自然生态系统分解成许多小的、较为简单的亚系统。这些亚系统之间的相互作用，亚系统之内各种因素的作用则用数学方程式描述。这种方法是首先在实验室中建立人工的经过简化的环境，即所谓的

由于这种模拟实验是在人工控制下进行的，可以大大地压缩真实过程的时间、人力和物力，并在短时间内调查生态演变过程的规律，并预测生态演变过程的发展趋势，提供最优的利用方案。

由于这种模拟实验是在人工控制下进行的，可以大大地压缩五、基因工程方法这是近年来发展起来的用于研究微生物生态学的新方法，尤其是用于污染物降解的研究。现在发现许多污染物降解与微生物细胞中的质粒或染色体基因或转座子基因有关，这些基因编码的酶可以控制某些污染物的部分降解途径。五、基因工程方法

因此，通过基因工程的方法可以改造有关微生物降解污染物的能力，得到的基因工程菌可以直接用于处理污染物或经过固定化后用于处理污染物。另外，还可以利用PCR扩增技术(基因扩增技术)研究自然界中的微生物种类和分布。因此，通过基因工程的方法可以改造有关微生物降解污染物研究微生物生态学的意义研究微生物生态学的意义研究微生物生态学的意义微生物生态学与医学、工业、农业、环境保护和社会科学有着密切的关系。

微生物生态学的研究有助于解释生物基因的进化、基因和酶的代谢调控和生物适应环境的机理等问题。利用PCR扩增技术研究自然样品中的微生物和有关的基因有利于发现微生物的多样性，保护微生物资源和基因库，所以说研究微生物生态学有着重要的理论和现实意义。

研究微生物生态学的意义微生物生态学与医学、工业、农业、环境保1．由于我国土地面积大，存在各种各样的自然环境，微生物资源十分丰富，所以开展我国各种自然环境中的微生物生态调查，对于发现新的，在工农业、食品、医药和环境保护方面有重要用途的微生物菌株有重要的实际意义。1．由于我国土地面积大，存在各种各样的自然环境，微生物资源十

2．微生物在自然界中参与了碳、氮、磷、氧、硫、铁和氢等物质的转化和循环作用，并且某些微生物在纤维素降解、氮气固定和某些特殊化合物的分解起着独特的作用。这些循环、转化和分解作用对于保持生态平衡起着非常重要的作用。

2．微生物在自然界中参与了碳、氮、磷、氧、硫、铁和氢等物质自然界还存在许多特殊的环境，如低温、高温、强酸、强碱、高渗透压、高辐射等极端环境，在这些特殊生态系统中的微生物代谢活动对于保持局部的生态平衡也有重要的意义，而且这些微生物还是研究微生物抗极端环境的良好材料，更为重要的是这些微生物在发酵工业、环境保护和日常生活中具有特殊的用途。自然界还存在许多特殊的环境，如低温、高温、强酸、强碱、高渗透3．在自然环境中，微生物对于提高土壤肥力，帮助农作物摄取营养，抗病原菌的侵入和提高农作物产量起着相当大的作用。3．在自然环境中，微生物对于提高土壤肥力，帮助农作物摄取营养4.由于微生物个体微小，细胞比表面积大，微生物生理生化功能多样，代谢能力强，易适应新环境，遗传功能易于改造，繁殖速度快，能彻底净化环境污染物，不会造成二次污染，处理污染物时只需在常温、常压下进行，不需特殊的设备，在处理污染物过程中还会产生许多有用的产物，所以利用有关的混合微生物群体净化环境污染物有重要的实际和经济意义。4.由于微生物个体微小，细胞比表面积大，微生物生理生化功能多尤其近年来，生物工程技术的不断发展，基因工程技术的广泛使用，使构建新的具有降解多种污染物的微生物菌株成为可能，为更有效地净化日趋严重的环境污染带来了新的希望。尤其近年来，生物工程技术的不断发展，基因工程技术的广泛使用，5.许多环境污染物或微生物转化某些污染物产生的一些中间产物对人体和生态平衡危害极大，有些污染物或它们的代谢中间产物甚至可以导致人体细胞癌变，所以开展污染生态中微生物降解污染物的途径、降解程度和降解速率的研究，可以给环境医学和环境保护的对策提供理论依据。5.许多环境污染物或微生物转化某些污染物产生的一些中间产物

6．自然界有许多微生物是人、动物和植物的病原菌，有些微生物在自然界生长和代谢过程中，产生一些毒物或改变局部的自然条件，结果不利于其他生物的生长和生存，我们应当设法控制这些微生物的生长和扩散。6．自然界有许多微生物是人、动物和植物的病原菌，有些微生物7．由于科学技术的发展，人们生活和工作的需要，排放到自然环境中的人工合成化合物越来越多，这些化合物在自然界停留的时间应引起我们高度的重视。在许多发达国家，每一种人工合成化合物排放到自然界之前，都应经过微生物可降解试验的研究，以便判断该化合物将对环境产生的影响。7．由于科学技术的发展，人们生活和工作的需要，排放到自然环境微生物在自然界中的分布微生物在自然界中的分布土壤中的微生物由于土壤具备了各种微生物生长发育所需要的营养、水分、空气、酸碱度（接近中性）、渗透压（与微生物细胞的渗透压相近）和温度等条件，所以土壤成为微生物活动最适宜的场所，是微生物生活的良好环境。因此，土壤有微生物的“天然培养基”之称。土壤中的微生物由于土壤具备了各种微生物生长发育所需要的营养、土壤中微生物数量最大，种类最多，对微生物来说，土壤是微生物的“大本营”；对人类来说，土壤是人类最丰富的“菌种资源库”。土壤中微生物数量最大，种类最多，对微生物来说，土壤是微生物的据估计，每亩耕作层（17cm）土壤中，细菌湿重约有90～230kg；以土壤有机质含量为3％计算，则所含细菌干重约为土壤有机质的1％左右。土壤中的细菌多为异养菌，它们多是嗜温菌、好氧或兼性厌氧菌。土壤中也存在有自养菌，但是数量不及异养菌多。据估计，每亩耕作层（17cm）土壤中，细菌湿重约有90～23土壤微生物的作用参与土壤中几乎所有的生物化学变化，异养微生物分解有机质，自养微生物转化矿质养分存在状态。微生物是合成土壤腐殖质的主要成员，因此成为土壤肥力和土壤结构的决定者之一。光合微生物能增加某些环境中有机碳素的含量，尤其在无植被的环境中，藻类是土壤形成或恢复的先行者。土壤微生物的作用参与土壤中几乎所有的生物化学变化，异养微生物水中的微生物在自然界的江、河、湖、海等各种淡水与咸水水域中都生存着相应的微生物。由于不同水域中的有机物和无机物种类和含量、光照度、酸碱度、渗透压、温度、含氧量和有毒物质的含量等差异很大，因而使各种水域中的微生物种类和数量呈现明显的差异。水中的微生物在自然界的江、河、湖、海等各种淡水与咸水水域中都营养：一般江河湖泊和池塘的营养较丰富，湖岸区域比湖中央含有机物质多。海水和盐湖含有较高盐分，但其他营养缺乏，雨水基本上是蒸馏水。温度：淡水变化在0-36℃。海洋表面水两极-1.7℃，在热带和亚热带25-35℃，深海常常是0℃上少许，90%海水小于5℃。营养：一般江河湖泊和池塘的营养较丰富，湖岸区域比湖中央含有机溶解氧：氧在水中溶解度较小，是水环境中最重要的限制因子之一。静水湖泊中氧易被好氧微生物耗尽，江河流域可由于水的流动不断补充氧。溶解氧在一定范围内随温度的降低而增加。pH：淡水pH在3.7-10.5之间，大多数湖水平均pH7左右，海水pH一般维持在8.0-8.3之间。适合微生物生长。溶解氧：氧在水中溶解度较小，是水环境中最重要的限制因子之一。光：水体中光合带的范围10-100m，清澈水体中可达200m，水体表面微生物数量较下层少。光：水体中光合带的范围10-100m，清澈水体中可达200m水体中微生物的来源：水中固有微生物来自土壤微生物来自生产和生活微生物来自空气微生物水体中微生物的来源：水中微生物的含量对水源地水的饮用价值影响很大。一般认为，作为良好的饮用水，其细菌含量应在100个／ml以下，当超过500个／ml时，即不适合作饮用水了。水中微生物的含量对水源地水的饮用价值影响很大。对饮用水来说，更重要的指标是其中微生物的种类。因此，在饮用水的微生物学检验中，不仅要检查其总菌数，还要检查其中所含的病原菌数。什么是微生物生态学课件由于水中病原菌的含量较少，难以检测，故一般就只能根据病原菌与最常见的且数量很大的细菌—E．coli同样来自动物粪便污染的原理，只要通过检查水样中的指示菌—E．coli数即可知道该水源是否被粪便污染及污染程度，从而间接推测其他病原菌存在的概率。

由于水中病原菌的含量较少，难以检测，故一般就只能根据病原菌与空气中的微生物

空气中并不含微生物生长繁殖所需要的营养物质和充足的水分，还有日光中有害的紫外线的照射，因此，空气不是微生物良好的生存场所。空气中的微生物空气中并不含微生物生长繁殖所需要的营养物质和然而，空气中还是含有一定数量的微生物。这是由于土壤、人和动植物体等物体上不断以微粒、尘埃等形式飘逸到空气中而造成的。然而，空气中还是含有一定数量的微生物。这是由于土壤、人和动植凡含尘埃越多的空气，其中所含的微生物种类和数量也就越多。因此，灰尘可被称作“微生物的飞行器”。一般在畜舍、公共场所、医院、宿舍、城市街道的空气中，微生物的含量最高，而在大洋、高山、高空、森林地带、终年积雪的山脉或极地上空的空气中，微生物的含量就极少。凡含尘埃越多的空气，其中所含的微生物种类和数量也就越多。因此空气中革兰氏阳性细菌占绝大多数,无论在森林、海岸、城市还是乡村,芽孢杆菌都是优势菌属。一年中空气细菌浓度夏季最高,冬季最低。

空气中革兰氏阳性细菌占绝大多数,无论在森林、海岸、城市还是乡室外空气中的微生物，主要有各种球菌、芽孢杆菌、产色素细菌和对干燥及射线有抵抗力的真菌孢子等。室内空气中的微生物含量更高，尤其是医院的病房、门诊间因经常受病人的污染，故可找到多种病原菌，例如结核分枝杆菌、白喉棒杆菌、溶血链球菌、金黄色葡萄球菌、若干病毒（麻疹病毒，流感病毒）以及多种真菌孢子等。室外空气中的微生物，主要有各种球菌、芽孢杆菌、产色素细菌和对空气微生物种类和数量与污染因子的类型和浓度有着密切联系。有些因子能够促进空气细菌的活性,另些因子则抑制细菌的生长,但是污染因子对各种微生物的影响小于气象因子。空气微生物种类和数量与污染因子的类型和浓度有着密切联系。有些极端环境下的微生物在自然界中，存在着一些可在绝大多数微生物所不能生长的高温、低温、高酸、高碱、高盐、高压或高辐射强度等极端环境下生活的微生物，例如：嗜热菌（thermophiles）、嗜冷菌（psychrophiles）、嗜酸菌（acidophiles）、极端环境下的微生物在自然界中，存在着一些可在绝大多数微生物所嗜碱菌（basophiles或alkalophiles）、嗜盐菌（halophiles）、嗜压菌（barophiles）或耐辐射菌等，它们被称为极端环境微生物（microorganisms-livinginextreme-environments）或简称“极端微生物”（extreme-microorganisms）。嗜碱菌（basophiles或alkalophiles）、由于它们具有不同于一般微生物的遗传特性、特殊结构和生理机能，因此在冶金、采矿、开采石油以及生产特殊酶制剂等多种生产和科研领域中已发挥出重要的作用或有巨大的潜在应用价值，故近年来越来越引起人们的注意。由于它们具有不同于一般微生物的遗传特性、特殊结构和生理机能，微生物的生物修复微生物的生物修复微生物生物修复概念及类型

近几十年，各国科学家已成功地研究开发出可用于治理被大面积污染环境的生物技术，生物修复技术的基础是生物降解，并可通过环境因素的最优化而加速自然生物降解的速率。

微生物生物修复概念及类型近几十年，各国科学家已成功地研究开生物修复，也称生物整治、生物恢复、生态修复或生态恢复，它是利用处理系统中的生物，主要是微生物的代谢活动来减少污染现场污染物的浓度，或者使环境中的污染物的危害减少到最低程度。生物修复，也称生物整治、生物恢复、生态修复或生态恢复，它是利目前，生物修复的概念可定义为：“利用特定的生物(主要是微生物——土著或外源微生物)吸收、转化、清除或降解环境污染物，实现环境净化、生态效应恢复的生物措施。”

目前，生物修复的概念可定义为：“利用特定的生物(主要是微生物

生物修复的具体操作方法可分为两种。其一是环境条件的改善；其二是接种合适的微生物以降解污染物。

生物修复的具体操作方法可分为两种。其一是环境条件的改善；其

环境条件的改善通常包括：（1）适量补充矿物营养物质，特别是氮和磷元素，以促进微生物的生长及提高它们的降解代谢速度。目前已针对生物修复之用途，开发了各种营养添加剂。（2）水的活性调节，包括含水量的调节。

环境条件的改善通常包括：（3）调节环境pH条件。众所周知，微生物的代谢活动都有一个最适的pH范围，因此必须把环境的pH条件调整到适合微生物，以充分发挥它们的作用。（4）保证氧的供应量，调节环境的氧化还原电位。（3）调节环境pH条件。众所周知，微生物的代谢活动都有一个最生物修复技术被划分为两种：原位生物修复和异位生物修复。生物修复的类型生物修复技术被划分为两种：原位生物修复和异位生物修复。生物修

原位生物修复(in-situ或on-situbiologicaltreatment)是指对受污染的环境基质不作搬运或输送而在原位污染地进行的生物修复处理。原位生物修复(in-situ或on-situbiolog

其修复过程主要依赖于被污染环境中的自身微生物或外源微生物的自然降解能力和人为创造的合适降解条件。其修复过程主要依赖于被污染环境中的自身微生物或外源微生物的

原位修复技术需激活环境中原有的微生物群，即土著微生物群落的降解活性，或接种外源微生物种。原位修复技术需激活环境中原有的微生物群，即土著微生物群落的

后者是指如果在污染区域内的土著微生物不能有效地降解污染物，就必须人为接种各种可降解污染物的微生物。这些微生物可以是从天然样品中筛选的，也可以是通过基因工程改造的。后者是指如果在污染区域内的土著微生物不能有效地降解污染物，

无论是土著微生物，还是接种的各种可降解污染物的微生物，同样要改善污染区域的环境条件，以保证微生物的生长繁殖，充分发挥它们的降解污染物的代谢作用，以达到对污染区域的生物修复的目的。无论是土著微生物，还是接种的各种可降解污染物的微生物，同样

异位生物修复ex-situbiologicaltreatment)是指将被污染环境介质搬动或输送到它处进行的生物修复处理。

异位生物修复ex-situbiologicaltreat

一般受污染土壤较浅，易于挖掘，或污染地地球化学特性阻碍原位生物修复，就采用异位生物修复。一般受污染土壤较浅，易于挖掘，或污染地地球化学特性阻碍原位

在处理位置上，原位生物修复强调污染物存在的初始空间分布，异位生物修复则稍作迁移；处理过程中，后者的搬动和输送是低限度的，而且更强调人为控制和创造更加优化的降解环境。如：堆制法、生物反应器等。在处理位置上，原位生物修复强调污染物存在的初始空间分布，异

生物修复的特点是可将污染物部分或全部转化为微生物躯体或通过代谢作用转变成对环境稳定的末端产物。

生物修复的特点是可将污染物部分或全部转化为微生物躯体或通过

因此，生物修复技术具有成本低、处理效果好、环境影响小、无二次污染等优点，它是一种清洁环境的低投资，高效益，便于运用，发展潜力较大，经济和生态可承受的新兴技术。

因此，生物修复技术具有成本低、处理效果好、环境影响小、无二

首次记录实际使用生物修复是1972年美国宾夕法尼亚洲清除管线泄漏的汽油，但最初生物修复的应用范围仅限于实验阶段，直到1989年美国Alaska海滩溢油，才首次大规模使用生物修复技术，从而成为修复史上的里程碑。首次记录实际使用生物修复是1972年美国宾夕法尼亚洲清除管

1989年3月24日，美国Exxon公司的一艘油船触礁，41000t原油在阿拉斯加的WilliamSound王子岛泄漏。随水漂移后，2100km的海岸线(占阿拉斯加湾总海岸线的15%)遭受污染。

1989年3月24日，美国Exxon公司的一艘油船触礁，4

为了尽可能减少对该区野生动物和渔业资源的危害以及向其他海岸线迁移，迫切需要清除这些高浓度的原油。为了尽可能减少对该区野生动物和渔业资源的危害以及向其他海岸

为此，美国政府1989年曾调动人员11000名，派出1400艘船只和84架直升机来尽快解决这一难度很大问题。

Exxon公司和美国环境保护署(EPA)的科学家们联合提议尝试采用生物修复技术。为此，美国政府1989年曾调动人员11000名，派出140

在大量试验的基础上，首先在120km的海岸线上进行了尝试。到1990年，海岸的油污明显减少，生物修复成为主要措施并发挥了巨大作用。1992年美联邦调查组确认油污已基本清除。在大量试验的基础上，首先在120km的海岸线上进行了尝试从1991年开始美国实施了庞大的土壤、地下水、海滩等环境危险污染的生物治理项目。欧洲的生物修复技术也得到迅速发展，整个欧洲从事生物修复工程的研究机构和商业公司大约近百个。从1991年开始美国实施了庞大的土壤、地下水、海滩等环境危险土壤污染的微生物修复土壤是大气、水体及固体废弃物中的污染物在环境中迁移、滞留和沉积的目标，是长期环境污染的承受者。土壤作为人类赖以生息的资源，越来越暴露出不堪重负的迹象。土壤污染的微生物修复土壤是大气、水体及固体废弃物中的污染物在

近年来，世界各国都非常重视污染土壤修复技术的研究，各发达国家纷纷制定了土壤恢复计划。荷兰、德国、日本、美国等国家都先后投入了大量资金用于土壤污染的恢复研究和应用。近年来，世界各国都非常重视污染土壤修复技术的研究，各发达国

德国在1995年用于净化土壤的投资约60亿美元，美国在上世纪90年代用于土壤修复的投资额超过百亿美元，尤其有关生物修复技术方面的研究更是备受关注。德国在1995年用于净化土壤的投资约60亿美元，美国在上世

对于土壤污染的修复技术与方法，国外自上世纪70年代末80年代初已开始研究。初期一般采用物理和化学的方法进行污染土壤的修复，如热处理法和化学浸出法，但费用昂贵，不适于大面积应用。对于土壤污染的修复技术与方法，国外自上世纪70年代末80

上世纪80年代末和90年代初期，国外开始研究基于物理、化学过程的微生物、植物分解代谢土壤污染物的生物修复方法，近几年发展非常迅速，不仅较物理、化学方法经济，同时也不易产生二次污染，更适于大面积土壤的修复。上世纪80年代末和90年代初期，国外开始研究基于物理、化学

目前，生物修复技术已开始成为土壤污染修复的主要处理技术，可以预见，生物修复技术在污染土壤和污泥修复中将扮演越来越重要的角色。目前，生物修复技术已开始成为土壤污染修复的主要处理技术，

土壤生物修复是利用土壤中天然的微生物资源或人为投加目的菌株，构建特异的基因工程菌株加入污染土壤中，将滞留的污染物快速降解和转化，恢复土壤的功能。土壤生物修复是利用土壤中天然的微生物资源或人为投加目的菌株优点费用省环境影响小最大限度地降低污染物浓度可用于其他技术难以应用的土地可同时处理污染土壤和地下水优点局限性不能降解所有的污染物要对地点和存在污染物进行考察微生物活性受温度和环境条件的影响不能将污染物全部去除局限性污染土壤的生物修复技术也主要有两类：原位生物处理技术和异位生物处理技术污染土壤的生物修复技术也主要有两类：原位生物处理技术和异位生

土壤原位生物修复不需将土壤挖走，其优点是费用较低但较难严格控制。通常是向污染区域投放氮、磷营养物质和供氧，促进土壤中依靠有机物作为碳源的微生物的生长繁殖，或接种经驯化培养的高效微生物等，利用其代谢作用达到消耗某些有机污染物的目的。土壤原位生物修复不需将土壤挖走，其优点是费用较低但较难严格

原位处理一般采用土著微生物处理。先钻注水井、抽水井，通过向地面上抽水推动地下水在地层流动，促进微生物的分布和营养物质的运输，保持氧供应。工艺较简单，费用较省，但处理时间较长，而且在长期的生物修复过程中，污染物可能会进一步扩散到深层土壤和地下水中。适用于处理污染时间较长，状况已基本稳定的地区或污染面积大的地区。原位处理一般采用土著微生物处理。先钻注水井、抽水井，通过向

土壤异位处理技术则要求把污染的土壤挖出，集中起来进行生物降解。可以设计和安装各种过程控制器或生物反应器以产生生物降解的理想条件。土壤异位处理技术则要求把污染的土壤挖出，集中起来进行生物降

处理方法包括：现场处理法、预制床法、堆制处理法、生物反应器和厌氧生物处理法。但异位处理技术一般适合污染物含量极高，面积较小的地块，成本也相对较高。处理方法包括：现场处理法、预制床法、堆制处理法、生物反应器

微生物降解有机化合物的巨大自然容量是生物修复的基础。土壤中的微生物具有范围很宽的代谢活性，因此消除污染物的一个简单方法就是将污染物或含有这些污染物的物质加到土壤中去，依靠土壤中的土著微生物群落降解。微生物降解有机化合物的巨大自然容量是生物修复的基础。土壤中

反过来，对于被污染的土壤，也可以通过提高土壤微生物的代谢条件，人为增加有效微生物的生物量和代谢活性或添加针对性的高效微生物来加速土壤中污染物的降解过程。反过来，对于被污染的土壤，也可以通过提高土壤微生物的代谢条

土著微生物与外来微生物相比，在种群协调性，环境适应性等方面都具有较大的竞争优势，因而常作为首选菌种。

土著微生物与外来微生物相比，在种群协调性，环境适应性等方面

国外在特定污染土壤中进行针对性的土著降解菌的筛选和应用已经进行了多年，特别是在油田及石油类污染土壤的微生物降解技术的研究与应用方面取得了很大进展。国外在特定污染土壤中进行针对性的土著降解菌的筛选和应用已经微生物除草剂微生物除草剂分为微生物活体和微生物代谢产物两类，即微生物制剂除草剂和微生物源除草剂微生物除草剂微生物除草剂分为微生物活体和微生物代谢产物两类，近年来利用的活体微生物，主要是植物病原微生物(真菌、细菌、病毒)，最常见的是植物病原真菌。它可以直接穿透寄主表皮，进入寄主组织，防治杂草。近年来利用的活体微生物，主要是植物病原微生物(真菌、细菌、病

活体微生物防治杂草分传统微生物防治和应用微生物除草剂两种，前者是从杂草原产地引入寄生性和传播能力较强的病原菌，在田间接种引起目标杂草病害流行，从而把杂草数量降到某一临界点以下，通过天敌保持着一种动态平衡。活体微生物防治杂草分传统微生物防治和应用微生物除草剂两种，

而后者是将杂草的致病菌进行大量繁殖，制成标准化的制剂，像化学除草剂一样在杂草敏感生长阶段，于苗前或苗后施用，人为制造杂草病害大流行，从而减小杂草对作物的影响。该方法在短时间内可有效控制草害，适用于防治农田、草坪、花园中的杂草。而后者是将杂草的致病菌进行大量繁殖，制成标准化的制剂，像化

微生物源除草剂是利用微生物的代谢产物进行杂草防除。该类除草剂根据其来源又可分为真菌源除草剂、细菌源除草剂、链霉菌源除草剂等，主要是利用这些微生物在代谢过程中产生的毒素和抗生素等，包括多肽、萜类、大环酯类和酚醛树脂类等。微生物源除草剂是利用微生物的代谢产物进行杂草防除。该类除草

筛选和利用微生物天然产物防治杂草具有许多潜在优势：（1)这类除草剂作用位点新颖，是现有化学除草剂未涉及到的，有利于杂草的抗性治理；（2)在低浓度时这些产物便可发挥较高生物活性；筛选和利用微生物天然产物防治杂草具有许多潜在优势：（3)这些天然产物可以为新的除草剂合成方案提供线索；（4)微生物天然产物在环境中的半衰期比合成农药短得多，易迅速降解或解毒，因此登记试验比化学农药所用的时间短、资金少。（3)这些天然产物可以为新的除草剂合成方案提供线索；为保证微生物农药在贮存过程中的稳定性和在田间充分发挥作用，除选择助剂外，合适的剂型十分重要。鉴于此，微生物农药剂型加工也逐渐从水基制剂向油基制剂，从液体制剂向固体制剂，从粉末状制剂向颗粒状制剂方向发展。为保证微生物农药在贮存过程中的稳定性和在田间充分发挥作用，除与化学农药相比，微生物除草剂的剂型加工更困难，特别是活体微生物除草剂。首先，微生物是不溶于水的生物体，其颗粒大小可从不足0.5μm(颗粒病毒)到1000μm以上(线虫)，这种颗粒的疏水性直接影响制剂的润湿性、分散性和悬浮性等物理性能；与化学农药相比，微生物除草剂的剂型加工更困难，特别是活体微生其次，作为生物体，微生物对外界环境因素如温度、湿度和光照等比较敏感，制剂贮存稳定性差，作用速度慢，田间持效期短。其次，作为生物体，微生物对外界环境因素如温度、湿度和光照等比

在选择助剂时除考虑制剂理化性能的要求外，还要考虑选择一些特殊助剂，如防光剂、增效剂等；再者，选择助剂时要注意与活体微生物的相容性。活体微生物与各种助剂的相容性一般比化学农药差，有些助剂可能完全不能使用。在选择助剂时除考虑制剂理化性能的要求外，还要考虑选择一些特微生物源除草剂的应用现状1981年，在美国Devine被登记注册为第一个生物除草剂，它是棕榈疫霉制剂，用于柑橘园土壤处理防治莫伦藤。就生物除草剂来说，具有划时代标志意义。微生物源除草剂的应用现状1981年，在美国Devine被登

次年Collego制剂由美国Upjohn公司开发成功，它是胶孢炭疽菌田皂角亚种的无性孢子制剂。继之开发出罗得曼尼尾孢防除水葫芦获得专利保护。次年Collego制剂由美国Upjohn公司开发成功，近年来，微生物除草剂尤其是真菌除草剂的开发和研究获得了突破性进展，已有约80种不同的侵染生物种被研究，防除约70种杂草。按照发展生物除草剂的标准，有望作为候选或已发展成生物除草剂的有36种，已经使用或商品化或极具潜力的有19种。近年来，微生物除草剂尤其是真菌除草剂的开发和研究获得了突破性

真菌中有除草活性可望发展成除草剂的主要集中在盘孢菌属、镰孢菌属、链格孢菌属、尾孢菌属、疫霉属、柄锈菌属、叶黑粉菌属、壳单孢菌属和核盘菌属等9个属中。真菌中有除草活性可望发展成除草剂的主要集中在盘孢菌属、镰孢

细菌除草剂主要有假单孢菌属、肠杆菌属、黄杆菌属、柠檬酸细菌属、无色杆菌属、产盐杆菌属、黄单孢杆菌属等7个属。细菌除草剂主要有假单孢菌属、肠杆菌属、黄杆菌属、柠檬酸细菌

此外，利用病毒防治杂草也有很多实例，如Lpp-1病毒可用来防治水中的蓝绿藻等水生杂草，在容积为3.8m3的贮水池中，接种100mL该病毒制剂，7d内可使藻类数量明显下降，表1列出了一些已商品化或具有开发潜力的微生物除草剂。此外，利用病毒防治杂草也有很多实例，如Lpp-1病毒可用来什么是微生物生态学课件

另外，许多微生物(植物病原真菌和细菌)在其专一性寄主植物上产生毒素，引发寄主感病。这些毒素渗入寄主杂草，破坏其细胞结构，可使杂草产生病斑或枯萎，从而达到防除杂草的目的。另外，许多微生物(植物病原真菌和细菌)在其专一性寄主植物

这些天然产生的毒素具有种的特异性和各种不同的化学结构，且大多数是新的化学结构，用经典的农药化学合成方法难以合成；它们大多对哺乳动物无毒或低毒，相对于化学除草剂而言更易于降解，不会引起生物灾害。这些天然产生的毒素具有种的特异性和各种不同的化学结构，且大

因此利用具有除草剂活性的微生物天然产物开发新型的除草剂日益受到人们的重视。目前已知的微生物源的毒素约80种。因此利用具有除草剂活性的微生物天然产物开发新型的除草剂日益

我国应用植物病原菌防除杂草的研究起步较早，“鲁保一号”菌剂防治大豆兔丝子效果在85%左右，已有20多个省、市、自治区进行生产，防治面积每年达1.3万hm2以上。我国应用植物病原菌防除杂草的研究起步较早，“鲁保一号”菌剂

1979年新疆从自然感病埃及列当植株中分离得到镰刀菌，并制成生物防制剂F798，防治列当效果达到95%以上。1979年新疆从自然感病埃及列当植株中分离得到镰刀菌，并制

湖南农学院王明旭等研究了稗叶枯菌的产孢、产毒条件及其寄主范围。中国农业大学陈勇等从稗草病叶上分离得到8种病原真菌，也发现稗叶枯菌对稗草致病性强，对水稻安全，并对该菌的流行学进行了研究。湖南农学院王明旭等研究了稗叶枯菌的产孢、产毒条件及其寄主范

同时，利用微生物代谢物防除杂草的研究近年也在逐步开展。中国科学院植物生理研究所周荣仁开展了放线菌代谢产物的杂草防除探索。中国农业科学院土壤肥料研究所高昭远开展了胶孢炭疽菌S22毒素防除杂草的可行性研究，并取得了一定结果。同时，利用微生物代谢物防除杂草的研究近年也在逐步开展。中国

张金林等发现，葱叶枯病菌毒素对马唐、狗尾草、稗草、狗牙根等杂草种子的萌发和幼苗生长有较强的抑制作用。上述工作的开展，为我国以菌除草的生防工作奠定了坚实的基础。张金林等发现，葱叶枯病菌毒素对马唐、狗尾草、稗草、狗牙根等与化学除草剂相比，微生物除草剂具有选择性强，不伤害天敌、不易产生抗药性、单位面积用量少、对人畜高度安全、对微生态环境影响小等诸多特点。微生物除草剂的生物安全性评价与化学除草剂相比，微生物除草剂具有选择性强，不伤害天敌、不易因此一般认为微生物除草剂比较安全，但由于不同种类生物的差异较大，微生物除草剂是否存在人们尚未认识的危害还需进一步研究，对其评价程序和方法也有许多有待改进的地方。因此一般认为微生物除草剂比较安全，但由于不同种类生物的差异较

此外，从植物和昆虫中分离的微生物是否都对哺乳动物和人安全，值得探讨。例如，含羞草致病菌的毒素严重伤害含羞草和甜瓜等，但水稻不受影响，可作为稻田除草剂开发应用，但因其对人类健康的影响尚不清楚，目前尚未推广使用。此外，从植物和昆虫中分离的微生物是否都对哺乳动物和人安全，

开发微生物除草剂应高度重视病菌的寄主范围、致病力大小、病菌微生态，以及药剂管理和检测标准等，即使是已经失去致病性的微生物，也应有明确的判断基准。开发微生物除草剂应高度重视病菌的寄主范围、致病力大小、病菌评价生物农药安全性的基本内容包括：（1)作为有效组分的生物种的鉴定及其特性，是否会产生有害物质；（2)对人无致病性、感染性、毒性，无过敏性反应；（3)明确对目标生物的毒性、致病性；（4)对目标生物以外的生物无不良影响，或尽量降低其有害性。评价生物农药安全性的基本内容包括：

对微生物除草剂的评价，理论上主要依据两条标准即有效性(药效)和专一性(安全性)。作为农药，除草剂的开发首先必须保证环境的安全性，再者是对人的毒性(急性、亚急性、慢性毒性)和生物群落的安全性。必须事先了解微生物除草剂对动植物的致病性及其在环境中的生存情况。对微生物除草剂的评价，理论上主要依据两条标准即有效性(药效

大多数真菌除草剂的病原来自当地的自然寄主，对环境压力不大，但因病菌致病过程和环境的复杂性，仍需要在人为接种条件下，对其他经济植物的安全性进行深入研究，并了解其发病机理及对环境的影响。大多数真菌除草剂的病原来自当地的自然寄主，对环境压力不大，总之，在有效利用微生物除草剂的同时，对其安全性的评价是十分重要的，到什么程度为安全，要在应用中与利益相互权衡后，才能作出合理的评价。总之，在有效利用微生物除草剂的同时，对其安全性的评价是

随着人们对微生物及微生物产物侵染和控制杂草机理的深入了解，通过基因工程和细胞融合技术，改良微生物除草剂的品种和寄主专一性；通过与低量的化学除草剂混配，进一步提高微生物除草剂的防效；随着人们对微生物及微生物产物侵染和控制杂草机理的深入了解，

而且随着发酵技术的发展，会有更多的活体微生物及其天然产物实现商品化生产，利用微生物及其天然产物防治杂草有着广阔的发展前景。而且随着发酵技术的发展，会有更多的活体微生物及其天然产物实污染水体的微生物修复

水源的污染是危害最广、最大的污染。污水的种类很多，其中所含的各种有害物质，例如农药、多氯联苯（PCB）、多环芳烃、酚、氰和丙烯腈等的污染后果尤为严重。在污水处理方法中，最关键、最有效和最常用的方法是微生物处理法。污染水体的微生物修复水源的污染是危害最广、最大的污染。污水在自然界中，存在着各种能分解相应污染物的微生物类型。例如，已知的能分解氰的微生物就有诺卡氏菌属、腐皮镰孢霉、木素木霉和假单胞菌属等14个属的49个种。它们能产生氰水解酶，把氰中的C、N分别水解成CO2和NH3的形式释放。在自然界中，存在着各种能分解相应污染物的微生物类型。例如，已珊瑚诺卡氏菌经诱导后能产生丙烯腈水解酶系，使丙烯腈水解成丙烯酰胺和氨，然后继续水解形成丙烯酸，最后放出CO2和水。其降解能力很强，1g菌体在25分钟时间内可消除250mg丙烯腈，已用于生物滤塔中的生物膜上。珊瑚诺卡氏菌经诱导后能产生丙烯腈水解酶系，使丙烯腈水解成丙烯多氯联苯是一种很难分解的大分子毒物，容易通过食物链而富集。只有少数微生物如红酵母属、假单胞菌属和无色杆菌属才可使多氯联苯在脱氯和开环后，形成苯甲酸和苯丙酮酸。多氯联苯是一种很难分解的大分子毒物，容易通过食物链而富集。只一些多环芳烃类致癌物质如蒽和菲等，也可通过产碱杆菌属、假单胞菌属、棒杆菌属等属中的一些菌种所降解。

一些多环芳烃类致癌物质如蒽和菲等，也可通过产碱杆菌属、假单胞在国防工厂生产三硝基甲苯（TNT）和黑索金（RDX）两种烈性硝基炸药过程中，常有此类极难降解的污染物流出，对植物危害极大。目前我国已筛选到降解TNT的柠檬酸杆菌属、肠杆菌属、克雷伯氏菌属、埃希氏菌属和假单胞菌属等属的若干菌种；降解RDX的有棒杆菌属等。它们可在24小时内去除100mg／L的TNT或在3天内去除40～70mg／L的RDX。在国防工厂生产三硝基甲苯（TNT）和黑索金（RDX）两种烈性一些高分子化合物也是严重污染环境的化合物，其中的芳香族磺酸盐可被恶臭假单胞菌所降解；1-苯基-十一烷磺酸盐（ABS）可被芽孢杆菌属的菌种所降解；一些高分子化合物也是严重污染环境的化合物，其中的芳香族磺酸盐常用作浆料、粘合剂和胶片的聚乙烯醇（PVA）是一类很难被一般的活性污泥中微生物所分解的高聚物。目前已培育出属假单胞菌属的一种菌（PseudomonasSP．0-3）能利用PVA作碳源，在7天内降解PVA500mg／L。据知该菌含有两种酶，分别用以切断长链PVA和使之氧化成H2O2。常用作浆料、粘合剂和胶片的聚乙烯醇（PVA）是一类很难被一般利用微生物处理污水的主要原理可概括如下：利用微生物处理污水的主要原理可概括如下：用微生物净化污水的过程，实质上就是在污水处理装置这一小型生态系统内，利用各种生理生化性能的微生物类群间的相互配合而进行的一种物质循环过程。用微生物净化污水的过程，实质上就是在污水处理装置这一小型生态当高BOD5的污水进入污水处理装置后，其中的自然微生物区系在好氧条件下，根据其中营养物质或有毒物质的情况，在客观上造成了一个选择性的培养条件，并随着时间的推移，发生了微生物区系的有规律的更迭，从而使水中的有机物或毒物不断被降解、氧化、分解、转化或吸附沉降，进而达到去除污染物和沉降、分层的效果。当高BOD5的污水进入污水处理装置后，其中的自然微生物区系在自然去除废气后的低BOD5清水，可流入河道。经好氧性微生物处理后的废渣——活性污泥或生物膜的残余物，是比原来污水的BOD5更高的有机物，它们可通过厌氧处理（又称污泥消化或沼气发酵）而生产出有用的沼气和有机肥料。自然去除废气后的低BOD5清水，可流入河道。经好氧性微生物处污水处理的装置很多，这里试图从其耗能程度或产能情况来加以分类：

污水处理的主要装置污水处理的装置很多，这里试图从其耗能程度或产能情况来加以分类Ⅰ．氧化塘法（oxidation-ponds或lagoon）是近年来一种利用自然生态系统净化污水并具有良好节能效果的方法。氧化塘是一个面积大、能接受阳光照射的浅池，污水从一端流入，从另一端溢流而出。1、节能型污水处理装置Ⅰ．氧化塘法（oxidation-ponds或lagoon）在氧化塘中存在着三种作用。（1）有机物的好氧性分解和厌氧消化：前者主要由好氧细菌进行，后者则主要由厌氧菌进行；（2）光合作用：主要由藻类和水生植物进行；（3）藻类细胞的消除：由各种动物进行。

在氧化塘中存在着三种作用。Ⅱ．洒水滤床法（trickling-filterprocess）将污水通过由一层石块及其上附着的生物膜组成的滤床，使污水中的有机物质被生物膜中的各种微生物区系强烈地吸附、降解、吸收和氧化，从而使污水变清。Ⅱ．洒水滤床法（trickling-filterproces洒水滤床的面积可大可小，碎石层的厚度一般为2m左右，可选择适当大小的石块进行充填。污水从上面均匀洒下，由于微生物区系的吸附和繁殖，在小石块表面很快形成一薄层滑腻的暗色薄膜——生物膜。洒水滤床的面积可大可小，碎石层的厚度一般为2m左右，可选择适在生物膜的小环境中，表面为好氧层，以芽孢杆菌属和假单胞菌属等细菌占优势，内层为厌氧层，能找到脱硫弧菌属等的专性厌氧菌，中层则生长大量的兼性厌氧菌，例如产碱杆菌属、黄杆菌属、无色杆菌属、微球菌属和动胶菌属等微生物。

在生物膜的小环境中，表面为好氧层，以芽孢杆菌属和假单在生物膜上还有丰富的动物群落，主要是原生动物。例如植鞭毛虫、纤毛虫和吸管虫等，它们可吞食有机物和细菌，在污水处理中也发挥着重要的作用。在生物膜上还有丰富的动物群落，主要是原生动物。例如植鞭毛虫、洒水滤床一般在春季开始运转，以便有足够时间（一般为3～6个月）培育生物膜，这段时间就是熟化（mature）时间。洒水滤床法的优点是BOD5和病菌的去除率高（约95％），节约能源，对毒物有较强的耐受力等。洒水滤床一般在春季开始运转，以便有足够时间（一般为3～6个月生物膜技术以天然材料(如卵石、砾石及天然河床等)或人工合成接触材(如塑料、纤维等)为载体,利用在其表面形成的粘液状的生物膜对污染水体进行净化。由于载体比表面积大,可附着大量微生物,因此对污染物具有很强的降解能力。生物膜技术以天然材料(如卵石、砾石及天然河床等)或人工合成日本、韩国及一些欧美国家都有使用生物膜技术处理河道、湖泊的工程实例。如日本江户川支流坂川的古崎净化场就是利用卵石接触氧化法对污水进行净化的。古崎净化场是建在江户川河滩地下的廊道式治污设施。日本、韩国及一些欧美国家都有使用生物膜技术处理河道、湖泊的工该设施内部放置了直径15～25cm的卵石,水流在卵石间流动时与卵石上附着的生物膜相接触,通过接触沉淀、吸附、氧化分解等作用可去除水中的污染物。坂川水通过净化场的净化,BOD5的去除率达到75%,水质有了明显改善。该设施内部放置了直径15～25cm的卵石,水流在卵石间流动时Ⅰ．活性污泥法（activatedsludgeprocess）又称生化曝气法。此法最早由英人Ardern和Lockett创建于1914年。经多年修正、改进，至今该法一直是污水处理中的主要方法。2、耗能型污水处理装置Ⅰ．活性污泥法（activatedsludgeproces所谓活性污泥，是指一种由细菌、原生动物和其他微生物群体与污水中的悬浮有机物、胶状物和吸附物质在一起构成的凝絮团，在污水处理中具有很强的吸附、分解和利用有机物或毒物的能力。

所谓活性污泥，是指一种由细菌、原生动物和其他微生物群体与污水活性污泥中的微生物与生物膜相似，也是以细菌和原生动物为主。细菌有生枝动胶菌、浮游球衣菌、假单胞菌属、亚硝化单胞菌属和蛭弧菌属等等。原生动物以独缩虫属、盖纤虫属和钟虫属为主。活性污泥中的微生物与生物膜相似，也是以细菌和原生动物为主。细用活性污泥法处理污水，实际上也像一种连续培养装置，所不同的是活性污泥法用的菌种是活性污泥中的自然混合菌种，而且不怕杂菌污染。与连续培养相似之处是污水处理还应维持合适的微生物生长温度（20～40℃）和合理的营养物浓度（一般BOD5∶N∶P=100∶5∶1）。用活性污泥法处理污水，实际上也像一种连续培养装置，所不同的是因此，为使对特殊污染物具有较强的分解效果，还应人为地补充一些有机氮源和磷素营养，并培育、接种入相应的优良分解微生物。例如，接入镰孢霉属和诺卡氏菌属的一些菌种就能更好地分解氰化物；接入能生长在0.2％酚溶液中的几种假单胞菌，例如，食酚假单胞菌和解酚假单胞菌，就能更好地分解污水中的酚，等等。因此，为使对特殊污染物具有较强的分解效果，还应人为地补充一些沼气发酵与环境保护沼气发酵与环境保护沼气发酵与环境保护据估计，地球上绿色植物的光合作用，每年约同化7×1011吨CO2，并合成5×1011吨糖类。这些糖类通过各种代谢途径再转化成动、植物和微生物的各种形式的有机物，并为整个地球上生物圈的繁荣昌盛，提供了丰富的物质基础。

沼气发酵与环境保护据估计，地球上绿色植物的光合作用，每年约同某一时刻存在于一个生态系统内的全部生物体有机物质的总和，称为生物量（biomass）。在地球上的生物量中，以植物秸秆和其他动、植物残体的含量为最高，这是一类可再生资源或永续资源。某一时刻存在于一个生态系统内的全部生物体有机物质的总和，称为在实践上，这一巨大的生物资源有两类效果截然不同的利用方式，第一类是传统的一步利用即燃烧的方式，只能快速地取得其中10％左右的热能，并获得少量肥效较差的草木灰肥料。久而久之，由于土壤缺乏氮肥和有机物，就会降低肥力、破坏结构和引起砂质化等一系列恶性循环。

在实践上，这一巨大的生物资源有两类效果截然不同的利用方式，第第二类是现代合理的梯级利用方式，即先将秸秆打碎供牲畜作饲料，然后将畜粪进行沼气发酵，把有机物中的90％左右的化学能释放利用，经沼气发酵后的固体残渣还可当作良好的有机肥料（甚至还可充当部分饲料）。第二类是现代合理的梯级利用方式，即先将秸秆打碎供牲畜作饲料，这种方式充分发挥了秸秆等生物量的饲料、燃料和肥料的三项功能，不但促进了农村经济的发展，还能达到改良土壤、提高肥力的效果，因此，是一种表面上呈现“缓效”而实质上却能达到良性循环的一项农业生态工程，而沼气发酵正是其中的关键步骤。这种方式充分发挥了秸秆等生物量的饲料、燃料和肥料的三项功能，有毒元素的污染与微生物作用有毒元素的污染与微生物作用被污染的土壤和水体的有毒元素主要来自工业废水，废渣和垃圾。冶炼和采矿工业是向环境中释放有毒元素的主要污染源。对人、畜毒害最大的污染元素有汞，镉，铅三种金属和砷，硒两种非金属，具中等毒性的有铬，镍，钼、锌等金属元素。污染的重要特征是能转化成各种不同形态，并通过分散和富集作用而迁移。被污染的土壤和水体的有毒元素主要来自工业废水，废渣和垃圾。冶1．很低的浓度即可产生毒性效应一般的有毒元素产生毒性的浓度范围在1~l0mg/ml之间，毒性较强的金属，如汞、镉，产生毒性的浓度范围在0.01~0.001mg/ml以下。2．通过食物链的生物扩增作用有毒元素可以在较高级的营养水平的生物体内成千上万倍地富集，然后通过食物进入人体，在人体某些器官中积累，造成慢性中毒。3．某些有毒元素通过微生物的转化作用可转化为毒性更强的化合物。1．很低的浓度即可产生毒性效应一般的有毒元素产生在土壤和水体等自然环境中，汞的浓度很低，一般不超过1ppm，但由于它在工业中被广泛利用，煤炭，石油等燃料中也含有一定量的汞，同时，它也是某些农药的成份。随着工业废水的排放，农药的应用和煤炭，石油的燃烧，汞被不断地引入自然环境。通过生物对它的富集作用和它的高毒性可以造成严重的危害。汞的污染和微生物转化在土壤和水体等自然环境中，汞的浓度很低，一般不超过1ppm，主要的汞矿是硫化物，HgS俗称朱砂；溶解性极低，在厌氧环境中一般无变化，通气条件下HgS发生氧化作用，这可能是由于硫杆菌属的细菌作用，形成了Hg2+。可溶性Hg2+是很毒的，但很多细菌能行解毒作用，使其转化成元素汞：Hg0。主要的汞矿是硫化物，HgS俗称朱砂；有些细菌能将Hg2+转化成甲基汞和二甲基汞，实验室内，芽孢杆菌属，梭菌属，分枝杆菌属和假单孢杆菌属的细菌，以及曲霉属、脉孢霉属(Neurospora)的真菌和酵母菌都能引起甲基化作用。有些细菌能将Hg2+转化成甲基汞和二甲基汞，实验室内，芽孢杆什么是微生物生态学课件从G+和G-细菌中分离出的许多质粒上都发现有抗重金属的基因。某些抗药性质粒同时也具有抗汞和抗砷的基因。从金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)中分离出的一种大质粒上发现有抗汞、镉，砷等元素的抗性编码。利用细菌消除汞污染从G+和G-细菌中分离出的许多质粒上都发现有抗重金属的基因。什么是微生物生态学课件Chakrabarty把抗汞质粒转移到恶臭假单孢菌中，在含50~70g/mlHgCl2的培养液中，该菌仍能生长，并将离子汞转化成Hg0。日本用汞细菌吸收并将含汞废水中的甲基汞、乙基汞、硝酸汞、乙酸汞和硫酸汞等水溶性化合物转变成元素汞，然后收集菌体，用活性炭吸收菌体内蒸发的一部分元素汞，另一部分沉淀在反应器的底部的汞可以回收。金属汞的回收率可达80％以上。Chakrabarty把抗汞质粒转移到恶臭假单孢菌中，在含5另外还有大肠杆菌、变形杆菌及酵母等，不仅具有活性较高的降解能力，能在污水中与化合物形成絮状体，而且这些菌的细胞中也都含有抗性质粒，能抵抗汞的毒性，这些质粒经编码可生成有机汞裂解酶，将环境中的有机汞降解为无机汞，再经汞还原酶将无机汞还原为毒性低、易挥发的金属汞，使环境中有机汞的毒性大大降低。另外还有大肠杆菌、变形杆菌及酵母等，不仅具有活性较高的降解能砷是非金属元素，在自然界主要以氧化物(如白砷石As2O3，)和硫化物(如雄黄As4S4，雌黄As2S3)存在。砒霜，即三氧化二砷三氧化二砷为白色晶体，微溶于水。溶于水后生成亚砷酸(H3AsO3)，亚砷酸离子(3+)比砷酸(H3AsO4)离子(5+)更毒。具挥发性的三甲基砷也对人体有毒害作用。砷的污染和微生物转化砷是非金属元素，在自然界主要以氧化物(如白砷石As2O3，)砷能使人与动物的中枢神经系统中毒，使推动细胞代谢作用的酶系失去作用，还发现它具有致癌作用。污染环境的砷化合物的来源是多方面的：农药和染料：亚砷酸盐和有机砷化物被用作原料洗涤剂：一些含磷酸盐的洗涤剂中也含有少量砷砷能使人与动物的中枢神经系统中毒，使推动细胞代谢作用的酶系失甲基化：如土生假丝酵母(Candidahumicola)、粉红粘帚霉(Gliocladiumroseum)和青霉能使单甲基砷酸盐和二甲基砷酸盐形成三甲基砷。有些甲烷细菌能利用砷酸盐生成甲基砷。许多微生物能将污水和污泥中的砷转化成三甲基砷。微生物对砷的作用甲基化：微生物对砷的作用氧化为砷酸盐：如无色杆菌、假单孢菌、黄杆菌、节杆菌和产碱杆菌能将亚砷酸盐氧化为砷酸盐；还原成亚砷酸盐：甲烷细菌，脱硫弧菌，某些微球菌在厌氧条件下又能将砷酸盐还原成毒性更强的亚砷酸盐。氧化为砷酸盐：什么是微生物生态学课件生物吸附：即微生物菌体对重金属的吸附作用。细胞的不同部位对重金属离子的吸附机理包括络合、螯合、离子交换、转化、吸收和无机微沉淀等。生物吸附剂与重金属去除

生物吸附：即微生物菌体对重金属的吸附作用。生物吸附剂与重金属金属阳离子可被细胞表面的负电荷位点所吸附。许多阴离子参与结合金属离子，如膜蛋白上的磷酸基、羧基、巯基和羟基等。金属阳离子可被细胞表面的负电荷位点所吸附。微生物对重金属的吸附作用取决于两个方面，一是生物吸附剂本身的特性；另一方面是金属对生物体的亲合性。微生物对重金属的吸附作用取决于两个方面，一是生物吸附剂本身的重金属污染可用多种生物吸附技术治理,但在某些情况下,需要使用高亲和力和专一性的金属吸附剂,如大流域低浓度有毒金属离子的去除、金属混合物中微量有毒成分的分离、珍贵金属的富集以及金属生物催化剂中污染抑制剂的消除等,生物吸附技术可以满足这一要求。微生物展示技术在重金属修复中的作用重金属污染可用多种生物吸附技术治理,但在某些情况下,需要使用通过生物分子在微生物表面的展示,不仅可增进微生物对金属的富集,而且菌体周围金属浓度的提高有利于金属离子与其它细菌结构成分(脂多糖、细胞质及外周胞质等)的作用,增强不同系统中微生物的金属结合。通过生物分子在微生物表面的展示,不仅可增进微生物对金属的富集自Smith于1985年首次在《Science》上提出噬菌体展示至今,微生物展示技术作为一种技术平台日趋成熟。它是将编码目的肽(此处肽广义地包括多肽和蛋白)的DNA片段通过基因重组的方法构建和表达在噬菌体(外壳蛋白或性纤毛)、细菌(外膜蛋白、菌毛及鞭毛等）、酵母(糖蛋白)等微生物的表面,从而使每个颗粒或细胞只展示一种多肽。自Smith于1985年首次在《Science》上提出噬展示技术的一个重要特征和优点是靶分子肽与其编码DNA存在于一个细胞中,这样,通过DNA模板的制备和序列测定,可以确定DNA序列,进而推断所编码的靶分子结合肽氨基酸组成,达到了基因型与表现型的统一。展示技术的一个重要特征和优点是靶分子肽与其编码DNA存在于一展示技术的一个非常有意义的应用领域是肽展示。通过目的肽的展示,可实现生物分子的固定化,已在重组疫苗的建立、酶的固定化和再生等领域得到广泛的研究和应用。另外,通过制备细胞表面吸附剂,有望在有机和无机污染物的去除等环境保护领域以及生物传感器和金属溶出等方面得到研究和应用。展示技术的一个非常有意义的应用领域是肽展示。通过目的肽的展示随机肽库展示是展示技术追求的一个重要目标。肽库可以再生,通过对大容量肽库的多轮选择和生物淘洗,从含有各种可能序列组成的肽库中得到针对特定靶分子的高亲和力配体分子,大大地加快了自然进化的速度。随机肽库展示是展示技术追求的一个重要目标。肽库可以再生,通过金属与蛋白质或多肽的结合是通过肽链上的组氨酸和半胱氨酸等氨基酸残基实现的。研究者将六聚组氨酸多肽展示在E.coli

的外膜LamB蛋白表面,这种表面暴露有六聚组氨酸多肽的E.coli