微生物学(周德庆)第十三章微生物的应用

微生物接种剂微生物农药微生物与农村有机废物处理微生物与城市污水处理污染物的生物治理血清学技术的原理当前1页，总共67页。供肥能力强，效率高，有竞争力。经过严格检验，证明对植物有益而无害，更不能是人畜的条件致病菌。菌剂的应用效果要有田间试验报告；有效菌数要达标。用后即有利于增产，又不污染环境。一、微生物接种剂

当前2页，总共67页。生物肥料(biofertilizers)（细菌肥料(bacterialfertilizers)或菌剂）：利用有益微生物为植物提供有效养料和促进生长的微生物接种剂（microbialinoculants）。与化肥的区别：不是直接作为养料或药物，而是通过大量繁殖和旺盛的代谢作用，才能起到供肥作用。当前3页，总共67页。所用吸附剂的种类（1）草炭和土壤；（2）植物材料，包括谷壳粉、蔗渣、玉米穗轴粉、腐熟堆肥等；（3）惰性无机和有机材料，如蛭石、珍珠石、粉末磷灰石、硫酸钙、聚丙酰胺胶粒。当前4页，总共67页。接种剂的种类及应用1.根瘤菌剂（1）种子拌菌（2）土壤混菌（3）种子包衣技术2.固氮细菌制剂3.促生细菌（PGPR）4.菌根菌剂根瘤菌剂应用时间播种前播种时播种后

当前5页，总共67页。二、微生物农药概念：经研究、筛选出的控制病虫害能力强、效率高、对人畜无害的优良微生物菌种所做成的制剂。种类：细菌杀虫剂、真菌杀虫剂、病毒杀虫剂、杀虫抗生素

特点：专化性强；对人、畜、天敌无毒害；不污染环境。当前6页，总共67页。细菌杀虫剂-特点从口器侵入：可通过喷射接种到叶面；中毒后，幼虫停止取食、麻痹；组织液化、全身瘫痪，虫体软化、腐烂、变黑；有粘液分泌；有臭味。当前7页，总共67页。细菌杀虫剂-杀虫机理晶体毒素（δ-内毒素）：是一种蛋白质晶体，完整的伴孢晶体无毒性，当被敏感的昆虫幼虫吞食后，产生毒性：伴孢晶体昆虫碱性肠液δ-内毒素毒性肽碱溶液水解苏云金杆菌β-外毒素：分泌于孢外的一种腺嘌呤核苷酸的衍生物。（苏云金素或蝇毒素）水溶性、热稳定性、杀虫谱广。（121℃，15分钟）产生卵磷脂酶C、几丁质酶、叶蜂毒素等有效成分。芽孢当前8页，总共67页。具有广谱的杀螨杀虫活性击倒速度快，持效期长消灭抗药性害虫效果明显对人畜安全，不污染环境使用成本低。阿维菌素的优点当前9页，总共67页。真菌杀虫剂-特点从表皮侵入；感染后虫体呆滞，口土黄水；虫体表面长霉；虫体僵硬；有各种颜色。白浆菌和绿浆菌的应用较多，已成为商品销售：白浆菌防松毛虫；玉米螟等。

当前10页，总共67页。昆虫病毒病毒病的特征：感染后，虫体行动迟缓，食欲减退；虫体体节肿胀，病体不臭；将死时爬上植物高处，以腹足悬挂，呈倒“V”形或以尾足倒挂。专化性强：如小菜蛾病毒只对一个种起作用。病毒杀虫剂的类型：核型多角体病毒、质型多角体病毒、颗粒体病毒、无包含体病毒当前11页，总共67页。病毒杀虫剂未能在生产上应用的原因需通过寄主昆虫才能繁殖，培养困难专性强，杀虫谱太窄使昆虫致死的时间太长当前12页，总共67页。抗生素和抗菌谱抗生素：微生物在生命活动的过程中产生，并能在较低浓度下有选择性地抑制或杀灭它种微生物的次生代谢产物。抗菌谱：对一种抗生素敏感的病原菌的种类称为该抗生素的抗菌谱。如：G+菌对青霉素敏感；链霉素对G+、G-和结核杆菌有特效。抗生素在农业上的应用防治植物病害：如灭瘟素和春日霉素对防治稻瘟病很有效；井冈霉素防治稻纹枯病有效。杀虫杀螨：杀蚜素可杀蚜虫；杀螨素可杀螨虫；除草：茴香霉素可用于除稗草。当前13页，总共67页。堆肥材料按性质分：不易分解的物质，如秸杆、杂草等。促进分解的物质，如人畜粪尿、石灰、草木灰等。吸收性强的物质，主要是加入一些粉碎性的黏土、草炭、秸杆或锯末，以吸收腐解过程中释放出来的溶液，以避免养分的流失。三、微生物与农村有机废物处理当前14页，总共67页。原料处理:植物秸杆类的原料，应先切碎并压裂。有利行吸收水分切碎的目的控制适宜的通气状况微生物利用的养料容易渗出,使微生物迅速发展.水分、通气与保温堆制和泥封翻堆堆肥的制作步骤当前15页，总共67页。有机肥料积制的微生物学过程

发热阶段高温阶段降温阶段腐熟保肥阶段当前16页，总共67页。发热阶段好气条件下，易分解的有机物（如糖、淀粉和蛋白质）迅速分解，产生大量热能。中温、好气性微生物为主。最常见的是一些无芽孢细菌、芽孢细菌和霉菌。几天之内，达50℃以上。当前17页，总共67页。高温阶段1复杂的有机物质（如纤维素、半纤维素和果胶质）被分解，形成腐殖质。好热性微生物占优势（包括细菌、放线菌和真菌）当前18页，总共67页。高温阶段2>60℃，几乎全部好热性真菌停止活动，好热性放线菌、好热性芽孢杆菌和梭菌的活动占优势。许多好热性微生物（包括细菌、放线菌和真菌）是分解纤维素和果胶类物质能力很强的种类，因此在高温阶段，纤维素和果胶类物质旺盛分解。当前19页，总共67页。高温阶段3>70℃大多数好热性微生物大量死亡或转入休眠状态，分解作用减弱，产生的热能减少，当产生的热量小于堆肥散发的热量时，堆温开始下降。低于70℃时，进入下一个温度升降的循环。堆温处于一个自然调节的延续较久的高温期（维持在50℃以上），堆肥材料能在几个星期或2-3个月达到适于施用的腐熟状态。当前20页，总共67页。降温阶段微生物的生命活动减弱，产热量减少，温度逐渐下降。当温度下降到40℃以下时，中温性微生物代替了好热性微生物成为优势种类。注意：如果降温阶段来得太早，表明堆制条件不够理想，植物性材料还没有充分分解，可以翻堆，将堆积材料拌匀，再次封堆。这样可以产生第二次发热升温，有利于植物性材料的充分分解。当前21页，总共67页。腐熟保肥阶段主要任务：保存已形成的腐殖质和植物养料（尤其是氮素养料）。方法：压紧堆肥，造成厌气状态。堆肥物质进一步缓慢腐解，成为与土壤腐殖质十分相近的物质。当前22页，总共67页。处理有机废弃物和制造肥料通过高温阶段杀灭各种病原菌。堆肥是制造微生物有机肥的简便而有效的方法，有益于生态农业的发展。堆肥是微生物的一个重要资源库。堆肥的农业及生态学意义：当前23页，总共67页。沼气发酵的几个阶段１）

发酵的第一阶段：

多聚物（多糖、蛋白质、核酸和脂类）

↓初级发酵菌

寡聚物和单体（糖、氨基酸、嘌呤、嘧啶、脂肪酸和甘油）

↓水解酶

发酵为脂肪酸、琥珀酸、乳酸、醇类等２）

第二阶段：

两碳原子及以上的脂肪酸、醇类、支链脂肪酸和芳香脂肪酸

↓次级发酵菌

乙酸、二氧化碳、氢和甲酸３）

第三阶段：

一碳化合物、氢和乙酸

↓甲烷产生菌

甲烷

直接

第一阶段形成的乙酸、H2和CO2

甲烷当前24页，总共67页。初级发酵菌

氧化氢的甲烷产生菌

裂解乙酸的甲烷产生菌

次级发酵菌同型乙酸产生菌沼气发酵过程中的微生物菌群：当前25页，总共67页。四、微生物与城市污水处理

一级处理（PrimaryTreatment）去除固体物、油脂和泥沙，并对工厂排出的污水进行中和和调节。二级处理（SecondaryTreatment）用微生物代谢活动去除污水中可溶性的有机物。三级处理（TertiaryTreatment）去除那些微生物无法降解的污染物和无机营养物，如含氮和含磷的无机盐以及生物量。当前26页，总共67页。生物法生物法净化污水就是利用微生物的活动去掉污水中的有毒物质。当前27页，总共67页。污水生物处理方法需氧型曝气池和活性污泥法生物膜法氧化塘法厌氧型厌氧消化法土地处理法当前28页，总共67页。需氧处理是利用好氧性微生物的活动，将污水中的有机物氧化，最后生成CO2、水、硝酸盐、硫酸盐等简单的无机物，使污水得到净化。当前29页，总共67页。活性污泥设施的内部构造当前30页，总共67页。活性污泥：就是以需氧性细菌为主体的微生物与水中的悬浮物质、胶体物质聚集在一起形成的肉眼可见的絮状颗粒，也称絮凝体（floc）当前31页，总共67页。活性污泥的特点吸附力强分解力强良好沉降性：静置时能立即凝聚成较大的绒粒而沉降pH缓冲力强，适应性强。菌群细菌腐生的原生动物捕食性原生动物，如纤毛虫当前32页，总共67页。厌氧处理法是在水中没有空气、缺乏溶解氧的情况下，利用厌氧微生物分解污水中的有机物，分解后的最终产物是甲烷、CO2、N2、H2S和NH3等。其分解过程是：有机物（芽孢杆菌）小有机物（甲烷细菌）甲烷、CO2等气体当前33页，总共67页。BOD(生物需氧量BiologicalOxygenDemand)是指水中的污染物在好气性微生物的作用下，进行氧化分解时所消耗的氧量。COD(化学需氧量ChemicalOxygenDemand)是指用强氧化剂(K2Cr2O7或KmnO4)使被测水样中的有机物进行化学氧化时所消耗的氧量。TOD(总需氧量TotaloxygenDemand)：全部有机物被彻底氧化所消耗氧量的计算值。水污染程度与进化指标当前34页，总共67页。城市污水处理厂中的活性污泥设施——曝气池（Aerationtank）当前35页，总共67页。曝气池（Aerationtank）沉淀池（settingtank）当前36页，总共67页。水质净化后排出饮用水的进一步净化当前37页，总共67页。河流污染剧毒农药污染7水井浏阳永安3000村民饮水成问题五、污染物的生物治理当前38页，总共67页。Aqua卫星11月17日下午拍摄的卫星照片显示，灰色浓密烟雾笼罩中国东部黄河滨海平原地区，部分已扩散至临近的黄海上空四川内江遭受严重污染6万人饮“毒水”当前39页，总共67页。污染物的生物治理

生物治理（bioremediation):利用生物（主要是微生物）去除土壤和水域中的污染物和有毒物质。

一般而言，环境中的微生物是进行生物修复的主力军；1974年，第一株用于降解渗漏石油的假单胞杆菌被申请了专利，随后就不断有降解特殊化合物的微生物被发现和应用。当前40页，总共67页。生物治理用于石油产品的生物降解石油泄漏汽油的溢出或泄漏其他燃料（如军用燃料）的溢出或泄漏有毒化学物品倾倒入水体

白腐真菌侧胞霉（phanerochaete）能降解农药（DDT）、火药（TNT）、多核芳香族化合物（苯并荜）及塑料（聚乙烯）等。当前41页，总共67页。生物治理需要什么样的微生物？可降解碳氢化合物生长快和保藏易能在不利条件下生长和发挥作用能协助进行生物乳化作用（bioemulsification)不会产生二次污染当前42页，总共67页。生物治理面临的困境目标微生物在实验室难培养环境中其他有毒物质的毒害营养缺乏氧气不足当前43页，总共67页。生物治理的方法改善土壤的通气状况添加氮素和磷素养分添加可降解目标物质的特殊微生物制剂当前44页，总共67页。六、血清学技术原理

抗体（Antibody，Ab）：是脊椎动物的免疫淋巴细胞在抗原物的大量侵入下产生的专性免疫球蛋白，能和入侵的抗原物发生专性结合反应。存在与血清中。抗原是一类能刺激人和动物机体产生抗体或致敏淋巴细胞，并能与这些产物在体内或体外发生特异性反应的物质。两种特性：（1）免疫原性或抗原性；（2）反应原性。当前45页，总共67页。抗原的性质异物性（外源高分子化合物）分子量大于10000具有免疫原性具有反应原性：能与免疫产物特异性结合完整性当前46页，总共67页。抗原的种类完全抗原：即具有免疫原性又具有反应原性的抗原。如细菌、病毒、毒素、血清、酪蛋白、卵蛋白、花粉蛋白等不完全抗原（半抗原）：是指不能单独刺激机体产生抗体，若与蛋白质结合即可成为完全抗原的物质。如低分子药物、脂类和多糖（细菌荚膜多糖体）。这种抗原具有反应原性，缺乏免疫原性。当前47页，总共67页。O-抗原存在于细胞壁表面，由蛋白质、多糖和类脂组成；体抗原(somaticantigen),是细胞内外全部抗原成分的总称，它们反映细菌种类和菌株的特定差异性；K-抗原，即荚膜抗原，为多糖或多肽，免疫原性较差；H-抗原，即鞭毛抗原，为蛋白质，易受热（100℃，30min）或被乙醇破坏，能保存在0.1%-0.2%甲醛生理盐水中；毒素抗原，分为外毒素和内毒素两大类，前者抗原性很强，后者较弱。细菌抗原当前48页，总共67页。抗体抗体(antibody,Ab)：是由于抗原刺激人或动物所产生的，具有特异性的免疫球蛋白(immunoglobulin,ig)，抗体在体外可与相应的抗原特异性的结合而发生肉眼可见反应，在体内与病原微生物相结合，就起抗感染作用。当前49页，总共67页。四肽链重链轻链氨基端羧基端可变区恒定区H链和L链的一部分是恒定的，另一部分是变化的，后者决定抗原、抗体反应的专一性。当前50页，总共67页。当前51页，总共67页。当前52页，总共67页。人体内的五种抗体当前53页，总共67页。当前54页，总共67页。抗传染免疫非特异性免疫

生理屏障吞噬作用正常体液因素：溶菌酶、干扰素和补体系统特异性免疫体液免疫细胞免疫当前55页，总共67页。抗体的产生

首先是在骨髓中产生淋巴细胞的前体细胞，前体细胞分化为许多群，其中有一群称为B淋巴细胞。在特定抗原的刺激下，B淋巴细胞分化产生浆细胞。浆细胞产生大量的抗体球蛋白，分泌到血液和其它体液中去，称为体液抗体。从血液制备血清，含有大量抗体的血清称为抗血清。当前56页，总共67页。浆细胞抗体产生抗原刺激B淋巴细胞免疫效应当前57页，总共67页。抗原的专一性

抗原物可能含有一种或多种抗原因子，进入动物体内，诱发能与抗原物所含抗原因子起专性反应的抗体的大量产生.这种专性反应是稳定的，具有极高的识别力。例如：伤寒杆菌刺激产生的抗体，只能与伤寒杆菌发生专性结合，不能与痢疾杆菌结合。当前58页，总共67页。抗原抗体反应的一般特点特异性抗原与抗体是分子表面的结合抗原与抗体是按一定的分子比例结合的抗原抗体反应分两个阶段，但期间无明显界