微生物的生態(tài)

1、第八章 微生物的生態(tài)一、目的要求了解微生物在自然界的分布狀況，以及在自然界中所起的作用。二、重點內(nèi)容微生物之間及與環(huán)境的相互關(guān)系；微生物與環(huán)境保護三、教學內(nèi)容四、教學方法利用多媒體進行課堂講授生態(tài)學是生物科學的一個重要分支，涉及到生物之間，生物與非生物之間的相互作用。微生物生態(tài)是研究微生物及其生存環(huán)境間相互作用規(guī)律的科學。研究微生物生態(tài)活動的規(guī)律有著重要的實踐意義。例如了解微生物的生態(tài)分布及極端環(huán)境下微生物生命活動的規(guī)律，有助于開發(fā)新的微生物資源，同時也為研究生物的進化提供理論基礎(chǔ)。了解微生物間及微生物與其他生物間的相互關(guān)系，有助于擴大新的微生物農(nóng)藥，微生物肥料，及利用微生物之間的互惠關(guān)系，利

2、用不同菌種的混合培養(yǎng)來生產(chǎn)各種有用的微生物發(fā)酵產(chǎn)品，為工業(yè)生產(chǎn)上降低成本，縮短發(fā)酵周期或提高產(chǎn)量等方面開辟新的途徑。了解微生物在自然界物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中的作用有助于發(fā)展綜合利用，為凈化和保護環(huán)境提出理論依據(jù)和各種技術(shù)措施。第一節(jié) 微生物在自然界中的分布與菌種資源的開發(fā)一、微生物在自然界中的分布微生物種類繁多，繁殖迅速，適應環(huán)境能力強，因此廣泛分布于自然界中，無論是陸地、水體、空氣、動植物以及人體的外表面和內(nèi)部的某些器官，甚至在一些極端環(huán)境中都有微生物的存在。（一）土壤中的微生物1土壤是微生物的天然培養(yǎng)基自然界中，土壤是微生物生活最適宜的環(huán)境，它具有微生物所需要的一切營養(yǎng)物質(zhì)和微生物進行生長和繁殖及

3、生命活動的各種條件。大多數(shù)微生物不能進行光合作用，需要靠有機物來生活，進入土壤中的有機物為微生物提供了良好的碳源、氮源和能源；土壤中的礦質(zhì)元素的含量濃度也很適于微生物的生長；土壤中的水分雖然變化較大，但基本上可以滿足微生物的需要；土壤的酸堿度接近中性，緩沖性較強，適合大多數(shù)微生物生長；土壤的滲透壓大都不超過微生物的滲透壓；土壤空隙中充滿著空氣和水分，為好氧和厭氧微生物的生長提供了良好的環(huán)境。此外，土壤的保溫性能好，與空氣相比，晝夜溫差和季節(jié)溫差的變化不大。在表土幾毫米以下，微生物便可免于被陽光直射致死。這些都為微生物生長繁殖提供了有利的條件。所以土壤有“微生物天然培養(yǎng)基”之稱，這里的微生物數(shù)量

4、最大，類型最多，是人類最豐富的“菌種資源庫”。 2土壤中的微生物分布 土壤中微生物的數(shù)量和種類都很多，包含細菌、放線菌、真菌、藻類和原生動物等類群。其中細菌最多，約占土壤微生物總量的70一90，放線菌、真菌次之，藻類和原生動物等較少。土壤微生物通過其代謝活動可改變土壤的理化性質(zhì)，進行物質(zhì)轉(zhuǎn)化，因此，土壤微生物是構(gòu)成土壤肥力的重要因素。 土壤的營養(yǎng)狀況、溫度和pH等對微生物的分布影響較大。在有機質(zhì)含量豐富的黑土、草甸土、磷質(zhì)石灰土和植被茂盛的暗棕壤中，微生物的數(shù)量較多；而在西北干旱地區(qū)的棕鈣土，華中、華南地區(qū)的紅壤和磚紅壤，以及沿海地區(qū)的濱海鹽土中，微生物的數(shù)量最少。 在土壤的不同深度微生物的分

5、布也不相同。其主要原因是由于土壤不同層次中的水分、養(yǎng)料、通氣、溫度等環(huán)境因子的差異，及微生物的特性不同。表面土的微生物數(shù)量少，因為這里缺水，受紫外線照射微生物易死亡；在520cm土壤層中微生物數(shù)量最多，若是植物根系附近，微生物數(shù)量更多。自20cm以下，微生物數(shù)量隨土層深度增加而減少，至lm深處減少約20倍，至2m深處，因缺乏營養(yǎng)和氧氣每克土中僅有幾個。 土壤中微生物數(shù)量的季節(jié)變化是溫度、水分、有機殘體綜合影響的表現(xiàn)。一般，冬季氣溫低，有些地區(qū)土壤幾個月呈冰凍狀態(tài)，微生物數(shù)量明顯減少。當春季到來，氣溫回升，隨著植物的生長，根系分泌物增加，微生物的數(shù)量迅速上升。有的地區(qū)，夏季炎熱干旱，微生物數(shù)量也

6、隨之下降，至秋天雨水來臨，加上秋收后大量植物殘體進入土壤，微生物數(shù)量又急劇上升。這樣，在一年里土壤中會出現(xiàn)兩個微生物數(shù)量高峰。 （二）水體中的微生物 水是一種良好的溶劑，水中溶解有或懸浮著多種無機和有機物質(zhì)，能供給微生物營養(yǎng)而使其生長繁殖，水體是微生物棲息的第二天然場所。天然水體可大致分為淡水和海水兩大類型。 1淡水微生物 淡水主要存在于陸地上的江河、湖泊、池塘、水庫和小溪中，因此淡水中的微生物多來自于土壤、空氣、污水或動植物尸體等。尤其是土壤中的微生物，常隨同土壤被雨水沖刷進入江河、湖泊中。來自土壤中的微生物，一部分生活在營養(yǎng)稀薄的水中，一部分附著在懸浮于水體中的有機物上，一部分隨著泥沙或較

7、大的有機物殘體沉淀到湖底淤泥中，成為水體中的棲息者。另外也有很多微生物因不能適應水體環(huán)境而死亡。因此水體中的微生物的種類和數(shù)量一般要比土壤中的少得多。 微生物在淡水中的分布常受許多環(huán)境因子影響，最重要的一個因子是營養(yǎng)物質(zhì)，其次是溫度、溶解氧等。水體內(nèi)有機物含量高，則微生物數(shù)量大；中溫水體內(nèi)微生物數(shù)量比低溫水體內(nèi)多；深層水中的厭氧微生物較多，而表層水內(nèi)好氧微生物較多。 在遠離人們居住地區(qū)的湖泊、池塘和水庫中。有機物含量少，微生物也少,并以自養(yǎng)型種類為主，如硫細菌、鐵細菌和球衣細菌等，以及含有光合色素的藍細菌、綠硫細菌 和紫細菌等。另外還有色桿菌屬，無色桿菌屬和微球菌屬等腐生型細菌，它們能在低含量

8、營養(yǎng)的清水中生長。霉菌中也有一些水生性種類，如水霉屬和綿霉屬的一些種可生長于腐爛的有機體上。藻類及一些原生動物常在水面生長，它們的數(shù)量一般不大。這些生物通常被認為是清潔水體中的微生物。處于城鎮(zhèn)等人口密集區(qū)的湖泊、河流以及下水道的溝水中，由于流入了大量的人畜排泄物、生活污水和工業(yè)廢水等，有機物的含量大增，微生物的數(shù)量可高達107一108個mL，這些微生物大多數(shù)是腐生型細菌和原生動物，其中數(shù)量較多的是無芽孢革蘭氏陰性細菌，如變形桿菌屬，大腸桿菌、產(chǎn)氣腸桿菌和產(chǎn)堿桿菌屬等。有時甚至還含有傷寒、痢疾、霍亂及傳染性肝炎等病原體。這種污水如不經(jīng)凈化處理是不能飲用的，也不宜作養(yǎng)殖用水。這些生物通常被稱為腐敗

9、水體中的微生物。 水中微生物的含量和種類對該水源的飲用價值影響很大。在飲用水的微生學檢驗中，不僅要檢查其總菌數(shù)，還要檢查其中所含的病原菌數(shù)。由于水中病原菌數(shù)比較少，所以通常采用與其有相同來源的大腸菌群的數(shù)量作為指標，來判斷水源被人、畜糞便污染的程度，從而間接推測其他病原菌存在的概率。根據(jù)我國有關(guān)部門所規(guī)定的飲用水標準，自來水細菌總數(shù)不可超過100個mL，當超過500個/mL，即不可作為飲用水了，(37，培養(yǎng)24h)，大腸菌群數(shù)不能超過3個/L。 2海水微生物 海水含有相當高的鹽分，一般為3.2一4，含鹽量越高，則滲透壓越大。海洋微生物多為嗜鹽菌，并能耐受高滲透壓，如鹽生鹽桿菌。此外，在深海中的

10、微生物還能耐受低溫和很高的靜水壓，少數(shù)微生物可以在60.795MPa下生長，如水活微球菌和浮游植物弧菌。 水體中有機物含量越豐富，則含菌量越高。接近海岸和海底淤泥表層的海水中和淤泥上，菌數(shù)較多，離海岸越遠，菌數(shù)越少。一般在河口、海灣的海水中，細菌數(shù)約有105個mL，而遠洋的海水中，只有10一250個mL。 許多海洋細菌能發(fā)光，稱為發(fā)光細菌。這些菌在有氧存在時發(fā)光，對一些化學藥劑與毒物較敏感，故可用于監(jiān)測環(huán)境污染物。 （三）空氣中的微生物 空氣中沒有微生物生長繁殖所需要的營養(yǎng)物質(zhì)和充足的水分，還有日光中有害的紫外線的照射，因此空氣不是微生物良好的生存場所，但空氣中卻飄浮著許多微生物。這是由于土壤

11、、水體、各種腐爛的有機物以及人和動植物體上的微生物，都可隨著氣流的運動被攜帶到空氣中去，微生物身小體輕能隨空氣流動到處傳播，因而微生物的分布是世界性的。但微生物在空氣中的分布很不均勻，塵埃量多的空氣中，微生物也多。一般在畜舍、公共場所、醫(yī)院、宿舍、城市街道等的空氣中，微生物數(shù)量最多，在海洋、高山、森林地帶，終年積雪的山脈或高緯度地帶的空氣中，微生物數(shù)量則甚少。由于塵埃的自然沉降，所以越近地面的空氣，其含菌量越高。然而微生物在高空中分布的記錄卻越來越高。由20km到30km 到70km至85km，這是目前所知道的生物圈的上限。空氣中的微生物主要有各種球菌，芽孢桿菌，產(chǎn)色素細菌以及對干燥

12、和射線有抵抗力的真菌孢子等。也可能有病原菌，如結(jié)核分支桿菌、白喉桿菌等，尤其在醫(yī)院附近?？諝庵泻写罅康奈⑸铮虼?，在發(fā)酵工廠，在空氣進入空氣壓縮機前，要先進行過濾器。測定空氣中微生物的數(shù)目可用培養(yǎng)皿沉降方法進行。凡須進行空氣消毒的場所，如手術(shù)室、病房、微生物接種室或培養(yǎng)室等處可用紫外線消毒、甲醛等藥物熏蒸。 （四）工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品中的微生物 1農(nóng)產(chǎn)品上的微生物 各種農(nóng)產(chǎn)品上均有微生物生存，糧食尤為突出。據(jù)統(tǒng)計，全世界每年因霉變而損失的糧食就占總產(chǎn)量的2左右，這是一筆極大的浪費。在各種糧食和飼料上的微生物以曲霉屬、青霉屬和鐮孢(霉)屬的一些種為主，其中以曲霉為害最大，青霉次之。有些真菌可產(chǎn)生真菌毒

13、素，有的真菌毒素是致癌物，其中以部分黃曲霉菌株產(chǎn)生的黃曲霉毒素最為常見。黃曲霉毒素是一種強烈的致肝癌毒物，對熱穩(wěn)定(300時才能被破壞)，對人、家畜、家禽的健康危害極大?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的黃雷毒素有Bl、B2、Gl、G2、B2a、G2a、Ml、M2、Pl等十幾種，其中以Bl的毒性和致癌性最強，含黃曲霉毒素最多的食品是花生及花生制品、玉米。另一類劇毒致癌毒素為T2。由鐮孢霉屬的真菌產(chǎn)生，被人吸收后會引起白細胞下降和骨髓造血機能破壞。在國際上，少數(shù)國家曾用來制成生物武器。 2食品上的微生物 食品是用營養(yǎng)豐富的動植物原料經(jīng)過人工加工后的制成品，其種類繁多，如面包、糕點、罐頭、蜜餞等。由于在食品的加工、包裝、

14、運輸和貯藏等過程中，都不可能進行嚴格的無菌操作，因經(jīng)常遭到細菌、霉菌、酵母菌等的污染，在適宜的溫、濕度條件下，它們又會迅速繁殖。其中有的是病原微生物，有的能產(chǎn)生細菌毒素或真菌毒素，從而引起食物中毒或其他嚴重疾病的發(fā)生，所以食品的衛(wèi)生工作就顯得格外重要。 要有效地防止食品的霉腐變質(zhì)，除在加工制作過程中必須注意清潔衛(wèi)生外，還要控制保藏條件，尤其要采用低溫、干燥、密封等措施，此外，也可在食品中添加少量無毒的化學防腐劑，如苯甲酸酸、山梨酸等。 3引起工業(yè)產(chǎn)品霉腐的微生物許多工業(yè)產(chǎn)品是部分或全部由有機物組成，因此易受環(huán)境中微生物的侵蝕，引起生霉、腐爛、腐蝕、老化、變形與破壞，即使是無機物如金屬、玻璃也可

15、因微生物活動而產(chǎn)生腐蝕與變質(zhì)，使產(chǎn)品的品質(zhì)、性能、精確度、可靠性下降，給國民經(jīng)濟帶來巨大的損失，因此工業(yè)產(chǎn)品的防腐問題，日益受到人們的重視。 （五）人及動物體上的微生物 正常人體及動植物體上都存在著許多微生物，生活在健康動物各部位、數(shù)量大、種類較穩(wěn)定且一般是有益無害的微生物，稱為正常菌群。例如，在動物的皮毛上經(jīng)常有葡萄球菌，鏈球菌和球菌等，在腸道中存在著大量的擬桿菌、大腸桿菌、雙歧桿菌、乳桿菌、糞鏈球菌、產(chǎn)氣莢膜菌等，都屬于動物體上的正常菌群。人體在健康的情況下與外界隔絕的組織和血流是不含菌的，而身體的皮膚、粘膜以及一切外界相通的腔道中存在有許多正常的菌群。皮膚上最見的細菌是某些革蘭氏陰性球菌

16、，其中以表皮葡萄球菌多見，有時也有金黃色葡萄球菌存在；鼻腔中常見的有葡萄球菌、類白喉分支桿菌，口腔中經(jīng)常存在著大量的球菌、乳桿菌屬和擬桿菌屬的成員。胃中含有鹽酸，不適于微生物生活，除少數(shù)耐酸菌外，進入胃中的微生物很快被殺死。人體腸道呈中性(或弱堿性)，且含有被消化的食物，適于微生物的生長繁殖，所以腸道特別是大腸中含有很多微生物。過去曾認為腸道菌群中主要種類是大腸桿菌和腸球菌。近代研究表明，腸道菌群中占優(yōu)勢的是擬桿菌、雙歧桿菌等厭氧菌，它們比大腸桿菌和腸球菌多l(xiāng) 000倍以上。幾乎占所有被分離活菌的99，而好氧菌(包括兼性厭氧菌在內(nèi))所占比例不超過1。 在一般情況下，正常菌群與人體保持著一個平衡

17、狀態(tài)，且菌群之間也互相制約，維持相對的平衡。它們與人體的關(guān)系一般表現(xiàn)為互生關(guān)系。應該指出的是，所謂正常菌群，也是相對的、可變的和有條件的。當機體防御機能減弱時，如皮膚大面積燒傷、粘膜受損、機體受涼或過度疲勞時，一部分正常菌群會成為病原微生物。另一些正常菌群由于其生長部位發(fā)生改變也可導致疾劇的發(fā)生。如因外傷或手術(shù)等原因，大腸桿菌進入腹腔或泌尿生殖系統(tǒng)，可引起腹膜炎、腎盂腎炎等炎癥。還有一些正常菌群由于某種原因破壞了正常菌群內(nèi)各種微生物之間的相互制約關(guān)系時，也能引起疾病。如長期服用廣譜抗生素后，腸道內(nèi)對藥物敏感的細菌被抑制，而不敏感的白假絲酵母或耐藥性葡萄球菌則大量繁殖，從而引起病變。這就是通常所

18、說的菌群失調(diào)癥。兒童患遷移性腹瀉、消化不良，成人患胃腸炎時，都有好氧菌、腸桿菌數(shù)量增加，擬桿菌、雙歧桿菌數(shù)量減少的傾向。痢疾病人除出現(xiàn)擬桿菌減少，腸桿菌增加外，還可檢出痢疾桿菌等致病菌。因此在進行治療時，除使用藥物來抑制或殺滅致病菌外，還應考慮調(diào)整菌株恢復腸道正常菌群生態(tài)平衡的問題。 無菌動物與悉生生物 凡在其體內(nèi)外檢查不到任何正常菌群的動物，稱為無菌動物。用無菌動物進行實驗，可排隊正常菌群的干擾，從而使人們可以更深入、更精確地研究動物的免疫、營養(yǎng)、代謝、衰老和疾病等問題。凡已人為地接種上某已知純種微生物的無菌動物或無菌植物，稱為悉生生物。 （六）極端環(huán)境中的微生物 在自然界中，存在著一些可在

19、絕大多數(shù)微生物所不能生長的高溫、低溫、高酸、高堿、高鹽、高壓或高輻射強度等極端環(huán)境下生活的微生物，例如嗜熱菌、嗜冷菌、嗜酸菌、嗜堿菌、嗜鹽菌、嗜壓菌或耐輻射菌等，它們被稱為極端環(huán)境微生物或簡稱極端微生物。 微生物對極端環(huán)境的適應，是自然選擇的結(jié)果，是生物進化過程的動因之一。了解極端環(huán)境下微生物的物種、遺傳特性及適應機制，不僅可為生物進化、微生物分類積累資料，提供新的線索，還可直接利用它的特殊基因、特殊機能，培育更有用的新種。因此，研究極端環(huán)境中的微生物，在理論上和實踐一都且重要的意義。 1嗜熱菌(thermophiles) 嗜熱菌廣泛分布在草堆、廄肥、溫泉、煤堆、火山地、地熱區(qū)土壤及海底火山附

20、近等處。在濕熱草堆和廄肥中生活著好熱的放線菌和芽孢桿菌，它們的生長溫度在4565，有時甚至可使草堆自燃。一些人為的高溫環(huán)境，如工廠的熱水裝置和人造熱源等處也是嗜熱微生物生長的良好環(huán)境。 嗜熱菌的代謝快、酶促反應溫度高和增代時間短等特點是中溫菌所不及的，在發(fā)酵工業(yè)、城市和農(nóng)業(yè)廢物處理等方面均具有特殊的作用。但嗜熱菌的良好抗熱性也造成了食品保存上的困難。 近年來，由于把嗜熱菌的耐熱DNA多聚酶“Taq”用于多聚酶鏈式反應（PCR）中，使該反應在科學研究和醫(yī)療等實際領(lǐng)域的應用中實現(xiàn)了新的飛躍。PCR是一種DNA分子的體外擴增技術(shù)，在1985年由美國Cetus公司人類遺傳學實驗室的學者所發(fā)明。它可使目

21、的DNA分子在體外快速擴增。在正常機體內(nèi)，DNA的合成必須有一個DNA多聚酶、一個現(xiàn)存的單鏈DNA模板、一個小片段的RNA引物和若干種合成底物等條件下。在體外，如能滿足這些條件，也可實驗現(xiàn)DNA的擴增。正常的DNA分子是雙鏈的，它必須在高溫下才能解開，而高溫又會DNA多聚酶失活。因此，在雙鏈DNA分子解開、復制、再解開、再復制的擴增過程中，必須不斷添加DNA多聚酶。1988年后，由于使用了耐熱的“Taq”，才使PCR的專一性、收得率、靈敏度、DNA片段長度、復制的忠實、操作簡便性和自動化程度有了明顯的提高。例如，使用自動化儀器可使48個樣品在4小時內(nèi)同時擴增106 倍。PCR已廣泛應用于各種遺

22、傳病、病毒病的診斷，胎兒性別的鑒定，司法工作以及人類學和動物學等的研究工作中。在基本理論研究中，PCR也有廣泛的應用，例如核苷酸的分析，以及染色畸變和基因突變的研究等。 2嗜冷菌 嗜冷菌分布在南北極地區(qū)、冰窖、高山、深海和土壤等的低溫環(huán)境中。嗜冷菌可分為專性和兼性兩種，專性嗜冷菌對20以下的低溫環(huán)境有適應性，20以上即死亡，如分布在海洋深處、南北極及冰窖中的微生物；兼性嗜冷微生物易從不穩(wěn)定的低溫環(huán)境中分離到，其生長的溫度范圍較寬，最高生長溫度甚至可達30。嗜冷菌是導致低溫保藏食品腐敗的根源。 3嗜酸菌9.0的范圍內(nèi)，最適生長pH接近中性。嗜酸菌分布在酸性礦水、酸性熱泉和酸性土壤等處，極端嗜酸菌

23、能生長在pH3以下。如氧化硫硫桿菌的生長pH范圍為0945，最適pH為2.5，在pH0.5下仍能存活，能氧化硫產(chǎn)生硫酸。(濃度可高達5一10)。氧化亞鐵硫桿菌，為專性自養(yǎng)嗜酸桿菌，能將還原態(tài)的硫化物和金屬硫化物氧化產(chǎn)生硫酸，還能把亞鐵氧化成高鐵，并從中獲得能量。這種菌已被廣泛用于銅等金屬的細菌瀝濾中。 4嗜堿菌 在堿性和中性環(huán)境中均可分離到嗜堿菌，專性嗜堿菌可在pHll一pHl2的條件下生長，而在中性條件下卻不能生長，如巴氏芽孢桿菌在pHll時生長良好，最適pH為9.2，而低于pH 9時生長困難。 5嗜鹽菌(halophiles) 嗜鹽菌通常分布在曬鹽場、腌制海產(chǎn)品、鹽湖和著名的死海等處。如鹽

24、生鹽桿菌和紅皮鹽桿菌等。其生長的最適鹽濃度高達15一20，甚至還能生長在32的飽和鹽水中。嗜鹽菌是一種古細菌，它的紫膜具有質(zhì)子泵和排鹽的作用，目前正設(shè)法利用這種機制來制造生物能電池和海水淡化裝置。 6嗜壓菌(barophiles) 嗜壓菌僅分布在深海底部和深油井等少數(shù)地方。嗜壓菌與耐壓菌不同，它們必須生活在高靜水壓環(huán)境中，而不能在常壓下生長。例如，從深海底部壓力為l01.325MPa處，分離到一種嗜壓的假單胞菌；據(jù)報道，有些嗜壓菌甚至可在141855MPa的壓力下正常生長。由于研究嗜壓菌需要特殊的加壓設(shè)備，特別是不經(jīng)減壓作用，將大洋底部的水樣或淤泥轉(zhuǎn)移到高壓容器內(nèi)是非常困難的，于是使得對嗜壓菌

25、的研究工作受到一定限制，有關(guān)嗜壓菌和耐壓菌的耐壓機制目前還不清楚。 7.抗輻射的微生物 與上述不同的是，抗輻射微生物對輻射僅有抗性或耐受性，而不是“嗜好”。與微生物有關(guān)的輻射有可見光、紫外線、x射線和Y射線，其中生物接觸最多、最頻繁的是太陽光中的紫外線。 生物如果沒有對紫外線損傷的防御機制，也許地表就是生物難以生存的極端環(huán)境，。然而生物具多種防御機制，或能使它免受放射線的損傷，或能在損傷后加以修復?？馆椛涞奈⑸锞褪沁@類防御機制很發(fā)達的生物，把它們分離培養(yǎng)，可作為生物抗輻射機制研究的極好材料。二、菌種資源的開發(fā)自然界的菌種資源雖十分豐富，但要設(shè)法從其中篩到較為理想的菌種也不十分容易。如鏈霉素的

26、發(fā)現(xiàn)就是其中一個例子。分離樣品中的微生物，通常情況下可分四步來進行：1采集菌樣2富集培養(yǎng) 又稱增殖培養(yǎng)，就是利用選擇性培養(yǎng)基的原理，在所采集的土壤等含菌樣品中加入某些特殊營養(yǎng)物，并創(chuàng)造一些有利于待分離對象生長的條件，使樣品中少數(shù)能分解利用這類營養(yǎng)物的微生物乘機大量繁殖，從而有利于分離它們。3純種分離4性能測定第二節(jié) 微生物的生物環(huán)境 在自然界中，微生物極少單獨存在，總是較多種群聚集在一起，當微生物的不同種類或微生物與其他生物出現(xiàn)在一個限定的空間內(nèi)，它們之間互為環(huán)境，相互影響，既有相互依賴又有相互排斥，表現(xiàn)出相互間復雜的關(guān)系，但從總的方面來看，大體上可分為以下4種關(guān)系： 一、互生 所謂互生，是指

27、兩種可以單獨生活的生物，當它們生活在一起時，通過各自的代謝活動而有利于對方，或偏利于一方的一種生活方式。因此，這是一種“可分可合，合比分好”的相互關(guān)系。例如，在土壤中，纖維素分解菌與好氧性自生固氮菌生活在一起時，后者可將固定的有機氮化物供前者需要，而前者因分解纖維素而產(chǎn)生的有機酸可作為后者的碳素養(yǎng)料和能源物質(zhì)，兩者相互為對方創(chuàng)造有利的條件，促進了各自的生長繁殖。根際微生物與高等植物之間也存在著互生關(guān)系。 存在于植物根系周圍的微生物，稱為根際微生物。主要以無芽孢桿菌居多。根際微生物的大量繁殖，會強烈地影響植物的生長發(fā)育。主要為：改善了植物的營養(yǎng)條件；分泌植物生長刺激物質(zhì)；分泌抗生素，以利于植物避

28、免土居病原菌的侵染；有時會對植物產(chǎn)生有害的影響，如當土壤中碳氮比例較高時，會與植物爭奪氮、磷待營養(yǎng)；有時會分泌一些有毒物質(zhì)抑制植物生長等。 人體腸道正常菌群與宿主間的關(guān)系，主要是互生關(guān)系。人體為腸道微生物提供了良好的生態(tài)環(huán)境，使微生物能在腸道得以生長繁殖。而腸道內(nèi)的正常菌群可以完成多種代謝反應，如多種核苷酶反應，固醇的氧化、酯化、還原、轉(zhuǎn)化等作用，均對人體生長發(fā)育有重要意義。腸道微生物所完成的某些生化過程是人體本身無法完成的，如硫胺素、核黃素等維生素的合成。此外，人體腸道中的正常菌群還可抑制或排斥外來腸道致病菌的侵入。二、共生 所謂共生，是指兩種生物共居在一起，相互分工協(xié)作、甚至達到難分難解、

29、合二為一的一種相互關(guān)系。一旦彼此分離兩者就不能很好地生活。地衣是微生物間共生的典型例子，它是真菌和藻類的共生體。地衣中的真菌一般都屬于子囊菌，而藻類則為綠藻或藍細菌。藻類或藍細菌進行光合作用，為真菌提供有機營養(yǎng)，而真菌則以其產(chǎn)生的有機酸去分解巖石中的某些成分，為藻類或藍細菌提供所必需的礦質(zhì)元素。 根瘤菌與豆科植物共生形成根瘤共生體，這是一種典型的互惠共生關(guān)系。根瘤菌固定大氣中的氮氣，為植物提供氮素養(yǎng)料，而豆科植物根的分泌物能刺激根瘤菌的生長，同時，還為根瘤菌提供保護和穩(wěn)定的生長條件有些真菌能在一些植物根上發(fā)育，菌絲體包圍在根面或侵入根內(nèi)形成了兩者的共生體菌根。 菌根分為兩大類，外生菌根和內(nèi)生菌

30、根。外生菌根的真菌在根外形成致密的鞘套，少量菌絲進入根皮層細胞的間隙中；內(nèi)生菌根的菌絲體主要存在于根的皮層中，在根外較少。內(nèi)生菌根又分為兩種類型，一種是由有隔膜真菌形成的菌根，另種是無隔膜真菌所形成的茵根后一種一般稱為VA菌根，即“泡囊-叢枝菌根”(vesilular-arbuscular mycorrhizae)。外生菌根主要見廠森林樹木，內(nèi)生茵根存在于草、林木和各種作物中。陸地上97以上的綠色植物具有菌根。微生物與動物共生的例子也很多，牛、羊、鹿、駱駝和長頸鹿等反自動物與瘤胃微生物共生就是其中的一個例子。三、拮抗 拮抗關(guān)系是指一種微生物在其生命活動過程中，產(chǎn)生某種代謝產(chǎn)物或改變環(huán)境條件，從

31、而抑制其他微生物的生長繁殖，甚至殺死其他微生物的現(xiàn)象。制其他微生物的生長繁殖，甚至殺死其他微生物的現(xiàn)象。根據(jù)拮抗作用的選擇性，可將微生物間的拮抗關(guān)系分為非特異性拮抗關(guān)系和特異性的拮抗關(guān)系兩類。 在制造泡菜、青貯飼料過程中，乳酸桿菌能產(chǎn)生大量乳酸導致環(huán)境的pH下降，從而抑制了其他微生物的生長發(fā)育，這是一種非特異拮抗關(guān)系，因為這種抑制作用沒有特定專一性，對不耐酸的細菌均有抑制作用。許多微生物在生命活動過程中，能產(chǎn)生某種抗生素，具有選擇性地抑制或殺死別種微生物的作用，這是一種特異性拮抗關(guān)系。如青霉菌產(chǎn)生的青霉素抑制革蘭氏陽性菌，鏈霉菌產(chǎn)生的制霉菌素抑制酵母菌和霉菌等。 四、寄生 所謂寄生，一般指一種

32、小型生物生活在另一種較大型生物的體內(nèi)或體表，從中取得營養(yǎng)和進行生長繁殖，同時使后者蒙受損害甚至被殺死的現(xiàn)象。前者稱為寄生物，后者稱為寄主。有些寄生物一旦離開寄主就不能生長繁殖，這類寄生物稱為專性寄生物。有些寄生物在脫離寄主以后營腐生生活，這些寄生物稱為兼性寄生物。 在微生物中，噬菌體寄生于細菌是常見的寄生現(xiàn)象。此外，細菌與真菌，真菌與真菌之間也存在著寄生關(guān)系。土壤中存在著一些溶原菌細菌，它們侵入真菌體內(nèi)，生長繁殖，最終殺死了寄主真菌，造成真菌菌絲溶解。真菌間的寄生現(xiàn)象比較普遍，如某些木霉寄生于絲核菌的菌絲內(nèi)。 微生物寄生于植物之中，常引起植物病害。其中以真菌引起的病害最為普遍(約占95)，受侵

33、染的植物會發(fā)生腐爛、淬倒、潰瘍、根腐、葉腐、葉斑、萎蔫、過度生長等癥狀，嚴重影響作物產(chǎn)量。 第三節(jié) 微生物在自然界物質(zhì)循環(huán)中的作用 自然界的物質(zhì)循環(huán)主要可歸納為兩個方面：一是無機物的有機質(zhì)化，即生物合成作用；另一個是有機物的無機質(zhì)化，即礦化作用或分解作用。這兩個過程又對立、又統(tǒng)一，構(gòu)成了自然界的物質(zhì)循環(huán)。在物質(zhì)循環(huán)過程中，以高等綠色植物為主的生產(chǎn)者，在無機物的有機質(zhì)化過程中起著主要的作用；以異養(yǎng)型微生物為主的分解者，在有機質(zhì)的礦化過程中起著主要作用。如果沒有微生物的作用，自然界各類元素及物質(zhì)，就不可能周而復始地循環(huán)利用，自然界的生態(tài)平衡就不可能保持，人類社會也將不可能生存發(fā)展。 一、微生物在碳

34、素循環(huán)中的作用 碳素是構(gòu)成各種生物體最基本的元素，沒有碳就沒有生命，碳素循環(huán)包括CO2的固定和CO2的再生。綠色植物和微生物通過光合作用固定自然界中的CO2合成有機碳化物，進而轉(zhuǎn)化為各種有機物；植物和微生物進行呼吸作用獲得能量，同時釋放出CO2。動物以植物和微生物為食物，并在呼吸作用中釋放出CO2。當動、植物和微生物尸體等有機碳化物被微生物分解時，又產(chǎn)生大量CO2。另有一小部分有機物由于地質(zhì)學的原因保留下來，形成了石油、天然氣、煤炭、等寶貴的化石燃料，貯藏在地層中。當被開發(fā)利用后，經(jīng)過燃燒，又復形成CO2而回歸到大氣中。 微生物參與了固定CO2合成有機物的過程，但數(shù)量和規(guī)模遠遠不及綠色植物。而

35、在分解作用中，則以微生物為首要。據(jù)統(tǒng)計地球上有90的CO2是靠微生物的分解作用而形成的。經(jīng)光合作用固定的CO2，大部分以纖維素、半纖維素、淀粉、木質(zhì)素等形成存在，不能直接被微生物利用。對于這些復雜的有機物，微生物首先分泌腦外酶將其降解成簡單的有機物再吸收利用。由于微生物種類及所處條件不一，進入體內(nèi)的分解轉(zhuǎn)化過程也各不相同。在有氧條件下，通過好氧和兼性厭氧微生物分解，被徹底氧化為CO2；在無氧條件下，通過厭氧和兼性厭氧微生物的作用產(chǎn)生有機酸、CH4、H2和CO2等。 二、微生物在氮素循環(huán)中的作用 氮素是核酸及蛋白質(zhì)的主要成分，是構(gòu)成生物體的必需元素。雖然大氣體積中約有78是分子態(tài)氮，但所有植物、

36、動物和大多數(shù)微生物都不能直接利用。初級生產(chǎn)者植物需要的銨鹽、硝酸鹽等無機氮化物，在自然界中為數(shù)不多，是初級生產(chǎn)者最主要的生長限制因子。只有將分子態(tài)氮進行轉(zhuǎn)化和循環(huán)，才能滿足植物體對氮素營養(yǎng)的需要。因此氮素物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化和不斷地循環(huán)，在自然界十分重要。 (一)自然界中的氮素循環(huán) 氮素循環(huán)包括許多轉(zhuǎn)化作用，包括空氣中的氮氣被微生物及微生物與植物的共生體固定成氨態(tài)氮，并轉(zhuǎn)化成有機氮化物；存在于植物和微生物體內(nèi)的氮化物被動物食用，并在動物體內(nèi)被轉(zhuǎn)變?yōu)閯?物蛋白質(zhì)；當動植物和微生物的尸體及其排泄物等有機氮化物被各種微生物分解時，又以氨的形式釋放出來；氨在有氧的條件下，通過硝化作用氧化成硝酸，生成的銨鹽和

37、硝酸鹽可被植物和微生物吸收利用；在無氧條件下，硝酸鹽可被還原成為分子態(tài) 氮返回大氣中，這樣氮素循環(huán)完成。氮素循環(huán)包括微生物的固氮作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用以及植物和微生物的同化作用。 (二)微生物在氮素循環(huán)的作用 1固氮作用 分子態(tài)氮被還原成氨或其他氮化物的過程稱為固氮作用。自然界氮的固定有兩種方式，一是非生物固氮，即通過雷電、火山爆發(fā)和電離輻射等因氮，此外還包括人類發(fā)明的以鐵作催化劑，在高溫(500)、高壓(30.3975MPa)下的化學固氮，非生物固氮形成的氮化物很少。二是生物固氮，即通過微生物的作用固氮，大氣中90以上的分子態(tài)氮，只能由微生物的話性而固定成氮化物。能夠固氮的微生

38、物，均為原核生物，主要包括細菌、放線菌和藍細菌。在固氮生物中，貢獻最大的是與豆科植物疫面而瘤菌屬，其次是與非豆科植物共生的放線菌弗蘭克氏菌屬，再次是各種藍組菌，最后是一些自生固氮菌?；瘜W固氮曾為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仔萬于巨大的貢獻，但是，它的生產(chǎn)需要高溫條件和高壓設(shè)備，材料和能源消耗過大，因此產(chǎn)品價格高且不斷上漲。對自然界氮素循環(huán)中的因氮作用具有決定意義的是生物固氮作用。 2氨化作用 微生物分解含氮有機物產(chǎn)生氨的過程稱為氨化作用。含氮有機物的種類很多，主要是蛋白質(zhì)尿素、尿酸和殼多糖等。 氨化作用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上十分重要，施入土壤中的各種動植物殘體和有機肥料，包括綠肥、堆肥和廄肥等都富含含氮有機物，它們須通過各

39、類微生物的作用，尤其須先通過氨化作用才能成為植物能吸收和利用的氮素養(yǎng)料。 3硝化作用微生物將氨氧化成硝酸鹽的過程稱為硝化作用。硝化作用分兩個階段進六，第一個階段是氨被氧化為亞硝酸鹽，靠亞硝化細菌完成，主要有亞硝化單胞菌屬、亞硝化葉菌屬等的一些種類。第二階段是亞硝酸鹽被氧化為硝酸鹽，靠硝化細菌完成，主要有硝化桿菌屬、硝化刺菌屬和硝化球菌屬的一些種類。硝化作用在自然界氮素循環(huán)中是不可缺少的一環(huán)，但對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)并無多大利益。 4同化作用 銨鹽和硝酸鹽是植物和微生物良好的無機氮類營養(yǎng)物質(zhì)，它們可被植物和微生物吸收利用，合成氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸和其他含氮有機物。 5反硝化作用 微生物還原硝酸鹽，釋放出分子

40、態(tài)氮和一氧化二氮的過程稱為反硝化作用。反硝化作用一般只在厭氧條件下進行。 反硝化作用是造成土壤氮素損失的重要原因之一。在農(nóng)業(yè)上常采用中耕松土的辦法，以抑制反硝化作用。但從整個氮素循環(huán)來說，反硝化作用還是有利的，否則自然界氮素循環(huán)將會中斷，硝酸鹽將會在水體中大量積累，對人類的健康和水生生物的生存造成很大的威脅。 三、微生物在硫素循環(huán)中的作用 硫是生命物質(zhì)所必需的元素，它是一些必需氨基酸和某些維生素、輔酶等的成分，其需要量大約是氮素的l10。 (一)自然界中的硫素循環(huán) 自然界中的硫和硫化氫經(jīng)微生物氧化形成SO4-；SO4-被植物和微生物同化還原成有機硫化物，組成其自身；動物食用植物、微生物，將其轉(zhuǎn)

41、變成動物有機硫化物；當動植物和微生物尸體的有機硫化物，主要是含硫蛋白質(zhì)，被微生物分解時，以H2S和S的形式返回自然界。另外，SO4-在缺氧環(huán)境中可被微生物還原成H2S。概括地講。硫素循環(huán)可劃分為脫硫作用、同化作用、硫化作用和反硫化作用。 (二)微生物在硫素循環(huán)中的作用 微生物參與了硫素循環(huán)的各個過程，并在其中起很重要的作用。 1脫硫作用 動植物和微生物尸體中的含硫有機物被微生物降解成H2S的過程稱為脫硫作用。 2硫化作用 即硫的氧化作用，是指硫化氫、元素硫或硫化亞鐵等在微生物的作用下被氧化生成硫酸的過程。自然界能氧化無機硫化物的微生物主要是硫細菌。 3同化作用 由植物和微生物引起。可把硫酸鹽轉(zhuǎn)

42、變成還原態(tài)的硫化物，然后再固定到蛋白質(zhì)等成分中。4反硫化作用 硫酸鹽在厭氧條件下被微生物還原成H2S的過程稱為反硫化作用。 微生物不僅在自然界的硫素循環(huán)中發(fā)揮了巨大的作用，而且還硫礦的形成，地下金屬管道、艦船、建筑物基礎(chǔ)的腐蝕，銅、鈾等金屬的細菌瀝濾以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)聳彭有著密切的關(guān)系。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，由微生物硫化作用所形成的硫酸，不僅可作為植物的硫素營養(yǎng)源，而且還有助于土壤中礦質(zhì)元素的溶解，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有促進作用。在通氣不良的土壤中所進行的反硫化作用，會使土壤中H2S含量提高，對植物根部有毒害作用。第四節(jié) 微生物與環(huán)境保護 隨著工業(yè)高度發(fā)展、人口急劇增長，在人類生活的環(huán)境中，大量的生活廢棄物(糞便、垃

43、圾和廢水)，工業(yè)生產(chǎn)形成的三廢(廢氣、廢渣和廢水)及農(nóng)業(yè)上使用化肥、農(nóng)藥的殘留物等，特別是生活污水和工業(yè)廢水，不經(jīng)處理，大量排放入水體，給人類生存環(huán)境造成嚴重污染。環(huán)境污染對人畜健康、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)業(yè)等都有很大危害。所謂環(huán)境污染即是指生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和機能受到外來有害物質(zhì)的影響或破壞，超過了生態(tài)系統(tǒng)的自凈能力，打破了正常的生態(tài)平衡，給人類造成嚴重危害。所以保護生態(tài)環(huán)境已成為人類最關(guān)心的大問題。 環(huán)境保護除保護自然環(huán)境外，就是防治污染和其他公害。水源的污染危害最大、污染范圍最廣、種類最多。包括生活污水、工廠有機廢水、有毒、有害污水。為了保護環(huán)境，節(jié)約水源，生活污水和工業(yè)廢水必須先經(jīng)處理，除去其雜

44、質(zhì)與污染物，待水質(zhì)達到一定標準后，才能排放入自然水體或直接供給生產(chǎn)和生活重復使用。 污水的生物處理較有效、最常用的是微生物處理法。微生物不但處理污染物，還可用于環(huán)境監(jiān)測。所以微生物在環(huán)境保護方面起重要作用。 一、微生物與污水處理微生物處理污水的原理：利用各種生理生化性能的微生物類群間的相互配合而進行的一種物質(zhì)循環(huán)的過程。BOD5：即“五日生化需氧量”它是一種表示水中有機物含量的間接指標，一般指在20下，1L污水中所含的有機物，在進行微生物氧化時，5日內(nèi)所消耗的分子氧的毫克數(shù)。COD：使用強氧化劑使1L污水中的有機物質(zhì)迅速進行化學氧化時所消耗氧的毫克數(shù)。 污水處理的方法有物理法、化學法和生物法。

45、各種方法都有其特點，可以相互配合、相互補充。目前應用最廣是生物學方法，其優(yōu)點是效率高、費用低、簡單方便。 污水處理按程度可分為一級處理、二級處理和三級處理，一級處理也稱為預處理，二級處理稱為常規(guī)處理，三級處理則稱為高級處理。一級處理主要通過格柵等過濾器除去粗固體。二級處理主要去除可溶性的有機物，方法包括生物方法、化學方法和物理方法。三級處理主要是除氮、磷和其他無機物，還包括出水的氯化消毒，也有生物、物理、化學方法。依處理過程中氧的狀況，生物處理可分為好氧處理系統(tǒng)與厭氧處理系統(tǒng)。（一）好氧生物處理 微生物在有氧條件下，吸附環(huán)境中的有機物，并將有機物氧化分解成無機物，使污水得到凈化，同時合成細胞物

46、質(zhì)。微生物在污水凈化過程，以活性污泥和生物膜的主要成分等形式存在。 1活性污泥法 又稱曝氣法。是利用含有好氧微生物的活性污泥，由通氣條件下，使污水凈化的生物學方法。此法自1914英國人Ardern和Lockett創(chuàng)建以來，至今已有80多年的歷史。經(jīng)過反復改造，發(fā)展至今，已成為處理有機廢水最主要的方法。 所謂活性污泥是指由菌膠團形成菌、原生動物、有機和無機膠體及懸浮物組成的絮狀體。在污水處理過程中，它具有很強的吸附、氧化和分解有機物的能力。在靜止狀態(tài)時，又具有良好的沉降性能。活性污泥是一種特殊的、復雜的生態(tài)系統(tǒng)，在多種酶的作用下進行著復雜的生化反應。活性污泥中的微生物主要是細菌，占微生物總數(shù)的9

47、0-95。常見的細菌主要有生枝動膠桿菌、假單胞菌屬、無色桿菌屬、黃桿菌屬、節(jié)桿菌屬、亞硝化單胞菌、原生動物以鐘蟲屬最為常見?；钚晕勰嗯c生物膜中的微生物基本相似，均以菌膠團的形式存在。 污水處理中的特殊微生物隨污水性質(zhì)不同需要篩選、培養(yǎng)特殊的微生物，組建各種優(yōu)勢苗群，以處理相應的污水。例如處理含氰(腈)廢水，需要篩選產(chǎn)生氰解酶和丙烯睛水解酶的細菌，主要有諾卡氏菌屬、腐皮鐮孢霉、假單胞菌屬、棒桿菌屬等。篩選特殊的微生物，降解相應的難分解的有毒污染物，以降低BoD5去除率，提高污水處理質(zhì)量?；钚晕勰喾ǜ鶕?jù)曝氣方式不同，分多種方法，目前最常用的是完全混合瀑氣法。污水進人曝氣池后，活性污泥中主要細菌、動

48、膠菌等大量繁殖，形成菌膠團絮體，構(gòu)成活性污泥骨架，原生動物附著上面，絲狀細菌和真菌交織在一起，形成十個個顆粒狀的活躍的微生物群體。曝氣池內(nèi)不斷充氣、攪拌，形成泥水混合液，當廢水與活性污泥接觸時，廢水中的有機物在很短時間(約lO-30min)內(nèi)被吸附到活性污泥上，可溶性物質(zhì)直接透入細胞內(nèi)。大分子有機物通過細胞內(nèi)產(chǎn)生的胞外酶的作用將大分子有機物分解成為小分子物質(zhì)后滲入細胞內(nèi)。進入細胞內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)在細胞內(nèi)酶的作用下，經(jīng)一系列生化反應，使有機物轉(zhuǎn)化為CO2、H20等簡單無機物。同時產(chǎn)生能量。微生物利用呼吸放出的能量和氧化過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物合成細胞物質(zhì)，使菌體大量繁殖。微生物不斷進行生物氧化，環(huán)境中有

49、機物不斷減少，使污水得到凈化。當營養(yǎng)缺乏時，微生物氧化細胞內(nèi)貯藏物質(zhì)，并產(chǎn)生能量，這種現(xiàn)象叫自身氧化或內(nèi)源呼吸。 曝氣池中混合物以低BOD5溢流人沉淀池?；钚晕勰嗤ㄟ^靜止、凝集、沉淀和分離，上清液是處理好的水、排放到系統(tǒng)外。沉淀的活性污泥一部分回流曝氣池與未生化處理的廢水混合，重復上述過程?；亓魑勰嗫稍黾悠貧獬貎?nèi)微生物含量，加速生化反應過程。剩余污泥排放出去或進行其他理后應用。 2.生物膜法 是以生物膜為凈化主體的生物處理法。生物膜是附著在載體表面，以菌膠團為主體所形成的粘膜狀物，由于膜中的微生物不斷生長繁殖致使膜逐漸加厚。膜的形成有一定規(guī)律，。初生、生長及老化剝落過程，脫落后再形成新的膜，這

50、是生物膜的正常更新，剝落的膜隨水排出. 膜中的微生物相與活性污泥中的基本原理相同,因膜有一定厚度,在膜的表面、底部和中間分布著不同類型的微生物。生物膜的凈化原理是：生物膜的表面總是吸附著一層薄薄的污水，稱為附著水層或結(jié)合水層；其外是能自由流動的污水，稱為運動水層；當“附著水”中的有機物被生物膜中的微生物吸附、吸收、氧化分解時，附著水層中有機物質(zhì)濃度隨之降低，由于運動水層中有機物濃度高，便迅速地向附著水層轉(zhuǎn)移，并不斷地進人生物膜被微生物分解；微生物所需要的氧是從空氣一運動水層一附著水層而進人生物原，微生物分解有機物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物及最終生成的無機物以及CO2等，則沿相反方向移動。 根據(jù)介質(zhì)與水接觸

51、方式不同，生物轉(zhuǎn)盤法、塔式生物濾池法等。3氧化塘 也稱穩(wěn)定塘，是利用自然生態(tài)系統(tǒng)凈化污水的一處大面積、敝開式的污水處理池塘。氧化塘是利用細菌和藻類的共生關(guān)系來分解有機污染物的一種廢水處理法。細菌利用藻類光合作用產(chǎn)生的氧和空氣溶解在水中的溶解氧氧化分解塘內(nèi)的有機污染物；藻類利用細菌氧化分解產(chǎn)生的無機物和小分子有機物作為營養(yǎng)源繁殖自身。如此不斷循環(huán)，使有機物逐漸減少，污水得以凈化。過多的細菌和藻體易被微型動物捕食。 此外，流入污水中沉淀下來的固體及衰亡的細胞沉入塘底，這些有機物被兼性厭氧菌分解產(chǎn)生有機酸、醇等簡單有機物，其中一部分被上層好氧菌或兼性厭氧菌繼續(xù)分解，另一部分波污泥中的產(chǎn)甲烷細菌分解成

52、CH4。只要上述各個環(huán)節(jié)保持良好的平衡，氧化塘這個生態(tài)系統(tǒng)就能相對穩(wěn)定，污水得以不斷凈化。效果好的氧化塘，能使污水中BOD去除率達到80一95，磷減少90，氮去除率80以上。由于供氧量低，處理同量污水同暖氣池、生物轉(zhuǎn)盤相比，氧化塘需面積大、時間長，但氧化塘構(gòu)筑簡單，投資少，操作容易。此法適宜處理生活污水以及、制革、造紙、石油化工、乙烯、焦化和農(nóng)藥等部門的工業(yè)廢水，還可養(yǎng)藻、養(yǎng)魚、養(yǎng)鴨、鵝等。 (二)厭氧生物處理厭氧生物處理是在缺氧條件下，利用厭氧性微生物(包括兼性厭氧微生物)分解污水中有機污染物的方法。因為發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)生甲烷，又稱甲烷發(fā)酵。此法既能消除環(huán)境污染，又能開發(fā)生物能源，所以倍受人們重視

53、。 污水厭氧發(fā)酵是一個極為復雜的生態(tài)系統(tǒng)，它涉及多種交替作用的菌群，各要求不同的基質(zhì)和條件，形成復雜的生態(tài)體系，甲烷發(fā)酸包括3個階段： 1液化階段 由厭氧或兼性厭氧的細菌將復雜有機物如纖維素、蛋白質(zhì)、脂肪等分解為有機酸、醇等。 2產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段 由產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌群利用液化階段產(chǎn)生的各種脂肪酸、醇等進一步轉(zhuǎn)化為乙酸、H2和CO2。 3產(chǎn)甲烷階段 產(chǎn)甲烷菌利用乙酸、甲酸、甲醇、CO2、H2等、形成甲烷。產(chǎn)甲烷菌屬于古細菌，嚴格厭氧，主要包括甲烷桿菌屬、甲烷八疊球菌屬和甲烷球菌屬等。產(chǎn)甲烷菌是嚴格厭氧菌，故污水的厭氧處理必須在厭氧消化池中進行。 發(fā)酵后的污水和污泥分別從池的上部和底部排出，所產(chǎn)生的沼

54、氣則由頂部排出，可作為能源加以利用。發(fā)酵池中也可產(chǎn)生如H2S、CO等一些有毒的氣體，故不能冒然進入。此法主要用于處理農(nóng)業(yè)和生活廢棄物或污水廠的剩余污泥，也可用工業(yè)廢水處理。二、微生物對污染物的降解與轉(zhuǎn)化由于微生物代謝類型多樣，所以自然界所有的有機物幾乎都能被微生物降解與轉(zhuǎn)化。隨著工發(fā)展，許多人工合成的新的化合物，摻入到自然環(huán)境中，引起環(huán)境污染。微生物以其個體小、繁俠、適應性強、易變異等特點，可隨環(huán)境變化，產(chǎn)生新的自發(fā)突變株，也可能通過形成誘導酶、生新的酶系，具備新的代謝功能以適應新的環(huán)境，從而降解和轉(zhuǎn)化那些“陌生”的化合物。大事實證明微生物有著降解、轉(zhuǎn)化物質(zhì)的巨大潛力。 (一)環(huán)境中的主要污染

55、物 所謂污染物，是指人類在生產(chǎn)生活中，排人大氣、水體或土壤內(nèi)的能引起環(huán)境污染，并對人環(huán)境有不利影響的物質(zhì)的總稱。這些物質(zhì)主要有農(nóng)藥、污泥、烴類、合成聚合物、重金屬、放射性核素等?？傮w可歸為無毒和有毒污染物2大類，前者如纖維素、淀粉等有機物和酸、堿等無機物，后者如苯酚、多氯聯(lián)苯等有機毒物和氰化物、各種重金屬等無機毒物。污染物對人類的危害是極其復雜的，有些污染物在短期內(nèi)通過空氣、水、食物鏈等多種媒介侵入人體，造成急性危。也有些污染物通過小劑量持續(xù)不斷地侵人人體，經(jīng)過相當長時間，才顯露出對人體的慢性危害或遠期危害，甚至影響到子孫后代的健康。 (二)微生物對農(nóng)藥等有毒污染物的降解 農(nóng)藥是除草劑、殺蟲劑

56、、殺菌劑等化學制劑的總稱。我國每年使用50多萬噸農(nóng)藥，利用率只“10。絕大部分殘留在土壤中，有的被土壤吸附，有的經(jīng)空氣、江河傳播擴散，引起大范圍污染。目前的農(nóng)藥多是有機氯、有機磷、有機氮、有機硫農(nóng)藥，其中有機氯農(nóng)藥危害性最大。這些有毒化合物在自然界存留時間長、對人畜危害嚴重。實驗證明，環(huán)境中農(nóng)藥的清除主要靠細菌、放線菌、真菌等微生物的作用， 微生物降解農(nóng)藥的方式有2種，一種是以農(nóng)藥作為唯一碳源和能源，或作為唯一的氮源物質(zhì)，此類農(nóng)藥能很快被微生物降解，如氟樂靈，這是一種新型除草劑，它可作為曲霉屬的唯一碳源，所以很易被分解；另一種是通過共代謝作用，共代謝是指一些很難降解的有機物，雖不能作為微生物唯一碳源或能源被降解，但可通過微生物利用其他有機物作為碳源或能源的同時被降解的現(xiàn)象，如直腸梭菌降解666時需要有蛋白胨之類物質(zhì)提供能量才能降解。微生物降解農(nóng)藥主要是通過脫鹵作用、脫烴作用，對酰胺及脂的水解、氧化作用、還原作用及環(huán)裂解、縮合等方式把農(nóng)藥分子的一些化學基本結(jié)構(gòu)改變而達到的。 （三）重金屬的轉(zhuǎn)化 環(huán)境污染中所說的重金屬一般指汞、鍋、鉻、鉛、砷、銀、硒、錫等。微生物特別是細菌、真菌在重金屬的生物轉(zhuǎn)化中起重要作用。微生物可以改變重金屬在環(huán)境中的存在狀態(tài)，會使化學物毒性增強，引起嚴重環(huán)境問題，還可以濃縮重金屬，并通過食物鏈積累。另一方面微生物直接和間接的作用也可以去