環(huán)境微生物技術(shù)

1緒論1
1．1環(huán)境生物技術(shù)1
1．2環(huán)境生物技術(shù)在環(huán)境科學(xué)與工程中的應(yīng)用2
1．2．1環(huán)境生物技術(shù)在水污染治理中的應(yīng)用2
1．2．2環(huán)境生物技術(shù)在廢氣及大氣污染治理中的應(yīng)用4
1．2．3環(huán)境生物技術(shù)在固體廢物處理中的應(yīng)用4
1．2．4環(huán)境生物技術(shù)在污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用5
1．2．5環(huán)境生物技術(shù)在污染監(jiān)測中的應(yīng)用6
1．3環(huán)境生物技術(shù)的發(fā)展6
1．3．1微生物脫硫技術(shù)的開發(fā)6
1．3．2水污染治理工藝的完善6
1．3．3難降解污染物的處理7
1．3．4生物傳感器的研制7
1．3．5與其他技術(shù)的結(jié)合7
1．3．6分子生物學(xué)技術(shù)監(jiān)測環(huán)境污染物的降解研究7
參考文獻7
2培養(yǎng)基及制備10
2．1微生物的營養(yǎng)10
2．1．1碳源(carbon source)10
2．1．2氮源(nitrogen source)11
2．1．3機鹽(inorganic salt)11
2．1．4生長因子(growth factor)12
2．1．5水(water)12
2．1．6能源(energy source)13
2．2微生物的培養(yǎng)基14
2．2．1培養(yǎng)基的分類14
2．2．2培養(yǎng)基的選擇16
2．2．3培養(yǎng)基的設(shè)計17
2．2．4培養(yǎng)基碳源的添加17
2．3培養(yǎng)基的滅菌18
2．3．1滅菌的原理和方法18
2．3．2培養(yǎng)基滅菌21
參考文獻23
3微生物分離及培養(yǎng)技術(shù)25
3．1含微生物樣品的采集25
3．1．1從土壤中采樣25
3．1．2從水體中采樣26
3．2含微生物樣品的富集培養(yǎng)26
3．2．1控制培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分26
3．2．2控制培養(yǎng)條件27
3．2．3抑制不需要的菌類27
3．3微生物的分離與純化28
3．3．1傾注平板法(pour plate method)28
3．3．2涂布平板法(spread plate method)28
3．3．3平板劃線法(streak plate technique)28
3．3．4富集培養(yǎng)法(enrichment culture)29
3．3．5厭氧法(anaerobic culture)29
3．4微生物接種與培養(yǎng)29
3．4．1接種工具30
3．4．2常用的接種方法30
3．4．3菌操作31
3．4．4微生物培養(yǎng)31
3．4．5培養(yǎng)條件的控制31
3．5微生物菌種保藏33
3．5．1菌種保藏方法33
3．5．2國內(nèi)外主要菌種保藏機構(gòu)35
參考文獻36
4微生物菌種鑒定37
4．1微生物的分類和命名37
4．1．1微生物的分類37
4．1．2微生物的命名38
4．1．3微生物系統(tǒng)發(fā)育分析38
4．2微生物的形態(tài)學(xué)鑒定39
4．2．1微生物的顯微形態(tài)鑒定40
4．2．2微生物的培養(yǎng)特征49
4．3微生物的生理生化鑒定50
4．3．1微生物生長條件的測定50
4．3．2微生物酶的測定51
4．3．3微生物糖代謝的測定52
4．3．4微生物其他代謝的測定54
4．4微生物的分子生物學(xué)鑒定55
4．4．1DNA中(G+C)摩爾分數(shù)分析55
4．4．2核酸雜交56
4．4．3儀器自動化鑒定57
4．4．416S rRNA(16S rDNA)寡核苷酸的序列分析57
4．5微生物數(shù)據(jù)庫檢索58
4．5．1分子生物信息數(shù)據(jù)庫58
4．5．2GenBank數(shù)據(jù)庫59
4．5．3微生物數(shù)據(jù)檢索61
4．5．4系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建61
參考文獻61
5微生物生長與代謝63
5．1微生物的生長和繁殖63
5．1．1微生物的個體生長與繁殖63
5．1．2微生物的群體生長規(guī)律65
5．2微生物生長的影響因素68
5．2．1溫度69
5．2．2氫離子濃度(pH)70
5．2．3濕度、滲透壓與水活度72
5．2．4氧和氧化還原電位72
5．2．5氧以外的其他氣體74
5．2．6輻射74
5．2．7超聲波74
5．2．8消毒劑、殺菌劑與化學(xué)療劑75
5．3微生物生長量的測定77
5．3．1直接計數(shù)法（又稱全數(shù)法）77
5．3．2活菌計數(shù)法（又稱間接計數(shù)法）78
5．3．3細胞物質(zhì)量測定法79
5．4微生物代謝與有機物降解80
5．4．1微生物的代謝80
5．4．2微生物有氧呼吸與有機物降解81
5．4．3微生物氧呼吸與有機物降解83
5．5微生物代謝產(chǎn)物的測定85
5．5．1分析樣品制備85
5．5．2薄層色譜分析86
5．5．3氣相色譜分析87
5．5．4高效液相色譜分析89
5．5．5質(zhì)譜分析90
參考文獻90
6微生物大分子制備技術(shù)92
6．1核酸的提取與制備92
6．1．1核酸的理化性質(zhì)92
6．1．2核酸的提取與制備96
6．1．3DNA濃度的測定100
6．2蛋白質(zhì)的提取與制備100
6．2．1蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)100
6．2．2蛋白質(zhì)的提取與制備101
6．3離心技術(shù)106
6．3．1基本原理106
6．3．2離心分離方法106
6．3．3密度梯度離心與差速離心比較108
6．4電泳技術(shù)109
6．4．1電泳槽和電源109
6．4．2瓊脂糖電泳(agarose gel electrophoresis，AE)109
6．4．3聚丙烯酰胺凝膠電泳(polyacrylamide gel electrophoresis，PAGE)111
6．4．4SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS?polyacrylamide gel electrophoresis，
SDS?PAGE)113
6．4．5等電聚焦電泳(isoelectric focusing electrophoresis，IFE)114
6．5色譜技術(shù)114
6．5．1凝膠色譜(gel chromatography)115
6．5．2離子交換色譜(ion exchange chromatography)117
6．5．3吸附色譜(adsorption chromatography)118
6．5．4分配色譜(partition chromtography)119
6．5．5親和色譜（affinity chromatography)120
參考文獻120
7微生物核酸分子生物學(xué)技術(shù)122
7．1核酸的擴增――PCR技術(shù)122
7．1．1DNA復(fù)制123
7．1．2聚合酶鏈式反應(yīng)（PCR）127
7．1．3PCR相關(guān)技術(shù)130
7．1．4PCR技術(shù)在環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用131
7．2DNA測序及分析132
7．2．1核酸的分子結(jié)構(gòu)132
7．2．2DNA一級結(jié)構(gòu)的測定135
7．3基因克隆技術(shù)140
7．3．1基因重組141
7．3．2基因克隆的主要工具141
7．3．3基因工程的基本操作145
參考文獻149
8微生物生態(tài)150
8．1微生物生態(tài)系統(tǒng)150
8．1．1微生物生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)成150
8．1．2微生物生態(tài)系統(tǒng)的種群多樣性151
8．1．3微生物生態(tài)系統(tǒng)的功能151
8．2微生物群落結(jié)構(gòu)分析154
8．2．1傳統(tǒng)培養(yǎng)分離法154
8．2．2群落水平生理學(xué)指紋法(CLPP)155
8．2．3生物標記物法(biomakers)155
8．2．4現(xiàn)代分子生物學(xué)方法156
8．3聚合酶鏈反應(yīng)?變性梯度凝膠電泳(PCR?DGGE)160
8．3．116S rDNA?V3 區(qū)的PCR擴增161
8．3．2變性梯度凝膠電泳161
8．4隨機擴增的多態(tài)性DNA(RAPD)163
8．4．1環(huán)境DNA的制備163
8．4．2RAPD擴增163
參考文獻164
9環(huán)境激素的生物降解167
9．1環(huán)境激素受體的作用機理168
9．1．1受體168
9．1．2環(huán)境激素受體的作用機理168
9．2雙酚A的生物降解169
9．2．1細菌對雙酚A的降解170
9．2．2真菌及其產(chǎn)生的酶對雙酚A的降解170
9．3壬基酚的生物降解170
9．3．1壬基酚的降解途徑170
9．3．2壬基酚在環(huán)境中的生物降解及影響因素171
9．4多氯聯(lián)苯的生物降解172
9．4．1多氯聯(lián)苯的生物轉(zhuǎn)化172
9．4．2PCBs的厭氧脫氯反應(yīng)172
9．4．3PCBs的好氧生物處理174
9．4．4厭氧?好氧的聯(lián)合反應(yīng)176
9．4．5氯原子的取代反應(yīng)與生物降解的關(guān)系176
參考文獻176
10阻燃劑對環(huán)境影響的持久性及生物降解性180
10．1溴系阻燃劑181
10．2溴系阻燃劑的環(huán)境歸宿182
10．3生物降解和生物修復(fù)182
10．3．1生物好氧降解183
10．3．2生物厭氧降解184
10．4發(fā)展前景185
參考文獻185
11生物法降解偶氮染料186
11．1偶氮染料對環(huán)境及人體的危害186
11．1．1偶氮染料186
11．1．2偶氮染料對環(huán)境的危害186
11．1．3偶氮染料對人體的毒性作用187
11．2偶氮染料生物處理方法187
11．2．1常規(guī)生物處理法187
11．2．2微生物技術(shù)189
11．3偶氮染料降解的好氧和厭氧機制191
11．4偶氮染料降解涉及的生物氧化酶191
11．5發(fā)展前景192
參考文獻192
12農(nóng)藥的微生物降解195
12．1農(nóng)藥的分類195
12．2農(nóng)藥污染的現(xiàn)狀、危害及原因196
12．2．1農(nóng)藥污染的現(xiàn)狀196
12．2．2農(nóng)藥污染的危害196
12．3農(nóng)藥的微生物降解198
12．3．1降解農(nóng)藥污染的微生物198
12．3．2微生物降解農(nóng)藥污染的機理199
12．3．3影響微生物降解農(nóng)藥污染的因素199
12．3．4微生物降解農(nóng)藥污染存在的問題200
12．3．5微生物降解農(nóng)藥污染的新技術(shù)和新方法201
12．3．6微生物降解農(nóng)藥污染的應(yīng)用202
參考文獻202
13微生物絮凝劑203
13．1微生物絮凝劑的概述203
13．1．1微生物絮凝的優(yōu)點203
13．1．2微生物絮凝劑的發(fā)展史203
13．2微生物絮凝劑的分類204
13．3微生物絮凝劑產(chǎn)生菌204
13．4微生物絮凝劑的化學(xué)成分及結(jié)構(gòu)205
13．5微生物絮凝劑的絮凝機理207
13．5．1“橋聯(lián)作用”機理207
13．5．2“電性中和”機理207
13．5．3“化學(xué)反應(yīng)”機理207
13．6影響微生物絮凝劑的絮凝作用的因素207
13．6．1物化因素對絮凝劑的絮凝作用的影響208
13．6．2微生物高聚物絮凝劑分子量和分子結(jié)構(gòu)對絮凝活性的影響208
13．6．3pH對微生物高聚物絮凝劑絮凝活性的影響208
13．6．4溫度對微生物高聚物絮凝劑絮凝活性的影響208
13．6．5金屬離子對微生物高聚物絮凝劑絮凝活性的影響208
13．7生物因素對絮凝劑絮凝作用的影響208
13．7．1微生物高聚物絮凝劑產(chǎn)生菌的培養(yǎng)條件209
13．7．2培養(yǎng)基組成對微生物高聚物絮凝劑產(chǎn)生的影響209
13．7．3培養(yǎng)基pH對微生物高聚物絮凝劑產(chǎn)生的影響210
13．7．4培養(yǎng)基溫度對微生物高聚物絮凝劑產(chǎn)生的影響210
13．7．5通氣量對微生物高聚物絮凝劑產(chǎn)生的影響210
13．7．6其他因素對微生物高聚物絮凝劑產(chǎn)生的影響210
13．8微生物絮凝劑的應(yīng)用210
13．8．1回收廢水中有效成分及去除污染物210
13．8．2活性污泥性能改善和污泥脫水處理211
13．8．3發(fā)酵液后處理及對生物細胞的絮凝211
13．8．4橡膠產(chǎn)業(yè)用于提高脫脂橡膠的產(chǎn)量211
13．9微生物絮凝劑的研究動向和新的研究方法211
13．10微生物絮凝劑的開發(fā)和存在的問題211
參考文獻212
14生物表面活性劑及其在重金屬污染修復(fù)中的應(yīng)用214
14．1生物表面活性劑214
14．1．1生物表面活性劑的定義及分類214
14．1．2生物表面活性劑的結(jié)構(gòu)和性能214
14．1．3生物表面活性劑的生產(chǎn)215
14．1．4生物表面活性劑的制備條件優(yōu)化215
14．2生物表面活性劑在重金屬污染修復(fù)中的應(yīng)用216
14．2．1鼠李糖脂(rhamnolipid)216
14．2．2皂角苷(saponin)217
14．2．3槐糖脂(sophorolipid)217
14．2．4枯草桿菌表面活性劑(surfactin)218
14．3生物表面活性劑去除重金屬作用機制的研究和影響因素218
14．3．1生物表面活性劑去除重金屬作用機制218
14．3．2影響重金屬去除效率的因素218
14．4發(fā)展前景219
參考文獻219
15有效微生物菌群技術(shù)及在環(huán)保中的應(yīng)用222
15．1有效微生物菌群（EM）技術(shù)的基本機理222
15．2EM在污水處理中的應(yīng)用223
15．2．1EM在城市生活污水治理中的應(yīng)用223
15．2．2EM在工業(yè)廢水治理中的應(yīng)用225
15．3EM技術(shù)在凈化空氣、生物技術(shù)除臭方面的應(yīng)用226
15．4EM在土壤凈化中的應(yīng)用226
15．5EM在垃圾處理中的應(yīng)用227
15．6發(fā)展前景227
參考文獻227
16固定化微生物技術(shù)229
16．1固定化方法及其載體的選擇229
16．1．1固定化的方法229
16．1．2載體的選擇231
16．2固定化微生物技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用231
16．2．1難降解有機廢水的處理231
16．2．2重金屬廢水的處理232
16．2．3高濃度有機廢水的處理232
16．2．4含氮含磷廢水的處理232
16．3發(fā)展前景232
參考文獻233
17酶制劑處理污染物技術(shù)234
17．1酶制劑在污染物處理中的應(yīng)用234
17．1．1過氧化物酶對酚類廢水的處理234
17．1．2有機磷農(nóng)藥降解酶235
17．2酶制劑在廢水處理中的應(yīng)用236
17．3酶制劑的固定化237
17．4酶制劑在廢棄物處理中的應(yīng)用237
17．4．1脂肪酶237
17．4．2角蛋白酶238
17．4．3纖維素酶238
17．4．4其他酶制劑238
參考文獻239
18同步硝化反硝化生物脫氮技術(shù)240
18．1生物脫氮原理240
18．1．1生物脫氮過程240
18．1．2除氮細菌的種類240
18．1．3生物脫氮241
18．2同步硝化反硝化脫氮技術(shù)242
18．2．1含義242
18．2．2優(yōu)點243
18．2．3可行性243
18．2．4特點243
18．3MBBR同步硝化反硝化脫氮技術(shù)243
18．3．1移動床生物膜反應(yīng)器243
18．3．2主要控制因素243
18．4發(fā)展前景244
參考文獻244
19共代謝技術(shù)處理難降解有機物246
19．1難降解污染物的來源246
19．2共代謝技術(shù)研究247
19．3共代謝作用的特點247
19．4共代謝的影響因素247
19．4．1生長基質(zhì)的選擇247
19．4．2生長基質(zhì)和非生長基質(zhì)濃度的比例248
19．4．3能量物質(zhì)248
19．4．4營養(yǎng)物質(zhì)248
19．4．5菌種的影響248
19．5共代謝作用處理難降解性污染物的工藝研究248
19．5．1共代謝中的厭氧與好氧工藝選擇248
19．5．2好氧工藝中溶解氧濃度的選擇249
19．5．3生物膜反應(yīng)器在共代謝反應(yīng)的應(yīng)用249
19．5．4序批式生物膜反應(yīng)器(SBMR)開發(fā)與應(yīng)用250
19．6發(fā)展前景251
參考文獻252
20熒光定量PCR技術(shù)在環(huán)境中的應(yīng)用253
20．1實時熒光定量PCR技術(shù)的定量原理253
20．2熒光定量PCR的熒光化學(xué)基礎(chǔ)253
20．2．1熒光基團原理253
20．2．2熒光定量PCR的分類方法254
20．3實時熒光定量PCR的優(yōu)點與不足254
20．3．1優(yōu)點254
20．3．2不足254
20．4熒光定量PCR的應(yīng)用254
20．4．1國外應(yīng)用現(xiàn)狀255
20．4．2國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀255
參考文獻256
21污染環(huán)境的生物修復(fù)技術(shù)258
21．1環(huán)境生物修復(fù)機理258
21．1．1生物修復(fù)的特點及類型258
21．1．2生物修復(fù)微生物258
21．1．3多環(huán)芳烴的生物修復(fù)259
21．1．4重金屬的生物修復(fù)259
21．1．5微生物修復(fù)的影響因素260
21．2微生物對有機污染物的修復(fù)260
21．2．1有機污染物修復(fù)機理261
21．2．2影響微生物降解有機污染物的因素261
21．3污染土壤的微生物修復(fù)261
21．3．1重金屬污染土壤的微生物修復(fù)機理261
21．3．2有機污染土壤的微生物修復(fù)機理262
21．4地下水污染修復(fù)中的生物化學(xué)原理262
21．4．1地下水污染的遷移262
21．4．2地下水環(huán)境的修復(fù)技術(shù)263
21．4．3地下水的微生物修復(fù)263
21．5含硫廢氣微生物處理263
21．5．1傳統(tǒng)廢氣脫硫方法263
21．5．2微生物煙氣脫硫原理263
21．6固體廢物生物修復(fù)263
21．6．1固體廢物分類263
21．6．2生物處理264
參考文獻264
22高效功能性浸礦菌群及其應(yīng)用265
22．1浸礦微生物265
22．1．1浸礦高溫菌265
22．1．2中等高溫菌266
22．1．3極端高溫菌266
22．2培養(yǎng)與鑒定方法267
22．2．1培養(yǎng)基267
22．2．2基于分子生物學(xué)鑒定方法267
22．3發(fā)展前景270
參考文獻270
23細菌纖維素及其在燃料電池中的應(yīng)用272
23．1細菌纖維素的生物合成272
23．1．1細菌纖維素生產(chǎn)菌種272
23．1．2細菌纖維素的生物合成途徑及調(diào)控272
23．2細菌纖維素的結(jié)構(gòu)和理化特性275
23．2．1細菌纖維素的結(jié)構(gòu)275
23．2．2細菌纖維素的理化特性276
23．3細菌纖維素的應(yīng)用277
23．3．1在食品工業(yè)中的應(yīng)用277
23．3．2在造紙工業(yè)中的應(yīng)用278
23．3．3在音響振動膜上的應(yīng)用278
23．3．4在生物醫(yī)學(xué)材料上的應(yīng)用278
23．3．5在固定化載體上的應(yīng)用278
23．3．6在滲透汽化膜上的應(yīng)用279
23．4燃料電池及BC在燃料電池中的應(yīng)用279
23．4．1燃料電池概述279
23．4．2纖維素及其衍生物在燃料電池中應(yīng)用280
23．4．3細菌纖維素在燃料電池上的應(yīng)用281
參考文獻282
24微藻微生物燃料電池技術(shù)285
24．1微藻制取生物柴油285
24．1．1微藻生產(chǎn)生物柴油285
24．1．2富油微藻的篩選286
24．1．3構(gòu)建富油微藻工程菌286
24．2微生物燃料電池技術(shù)287
24．2．1微藻陽極型微生物燃料電池287
24．2．2高效微藻陰極型微生物燃料電池288
24．2．3微生物燃料電池的應(yīng)用288
24．3發(fā)展前景289
參考文獻290