環境微生物學

環境微生物學（第三版）

本書在汲取國內外眾多優秀教材、文獻資料的基礎上，闡述了與環境工程、市政工程等環境領域有關的微生物及其生命活動規律；從細胞、分子或種群等不同水平上研究環境微生物的形態構造、生理代謝、遺傳變異和生態分佈等，並從微生物與物質循環的角度敘述了微生物在自然界中的地位和作用；書中還介紹了生物學新技術在環境微生物學領域的應用，並含有與其配套的環境微生物學實驗。

1緒論1

1.1環境微生物學的形成和發展1

1.2環境微生物學的研究對象和任務2

1.2.1環境微生物學的研究內容2

1.2.2學習環境微生物學的意義3

1.3微生物的概述3

1.3.1微生物的定義3

1.3.2微生物的特點4

1.3.3微生物的分類6

1.3.4微生物的命名8

2病毒10

2.1病毒的特徵和分類10

2.1.1病毒的特點10

2.1.2病毒的分類和命名10

2.2病毒的形態和結構11

2.2.1病毒的形態和大小11

2.2.2病毒的化學組成和結構12

2.2.3病毒的宿主13

2.3亞病毒和新興病毒14

2.3.1類病毒14

2.3.2擬病毒14

2.3.3朊病毒14

2.3.4新興病毒15

2.4病毒的增殖過程15

2.4.1病毒的增殖過程15

2.4.2毒性噬菌體和溫和噬菌體16

2.5病毒的培養和計數17

2.5.1病毒的培養特徵17

2.5.2病毒的培養基17

2.5.3動物病毒的空斑實驗17

2.5.4噬菌體的培養和測定18

2.6環境因子對病毒的影響和病毒的存活18

2.6.1物理因素的影響18

2.6.2化學因素的影響19

2.6.3病毒的存活19

3原核微生物22

3.1細菌22

3.1.1細菌的個體形態和大小22

3.1.2細菌的細胞結構23

3.1.3細菌的繁殖29

3.1.4細菌的培養特徵29

3.1.5細菌的物理化學性質31

3.1.6細菌的分類和鑒定33

3.2古菌38

3.2.1古菌的研究38

3.2.2古菌的特點38

3.2.3古菌的分類39

3.2.4古菌在生物界的特殊地位40

3.3放線菌41

3.3.1放線菌的形態和大小41

3.3.2放線菌的菌落形態41

3.3.3放線菌的生活史和繁殖42

3.3.4放線菌的主要類群42

3.3.5放線菌在自然界中的分佈和在生產實際中的應用43

3.4藍細菌43

3.4.1藍細菌的特點43

3.4.2藍細菌的分類43

3.4.3藍細菌的分佈與生態44

3.5其他原核微生物44

3.5.1螺旋體44

3.5.2立克次體45

3.5.3衣原體45

3.5.4支原體45

4真核微生物48

4.1原生動物48

4.1.1原生動物的一般特徵48

4.1.2原生動物的分類及各綱簡介49

4.2微型後生動物54

4.2.1輪蟲54

4.2.2線蟲54

4.2.3寡毛類55

4.2.4浮遊甲殼動物55

4.3真核藻類55

4.3.1真核藻類的一般特徵55

4.3.2藻類的分類及各門特徵簡介56

4.3.3藻類與環境保護60

4.4真菌61

4.4.1真菌的一般特點61

4.4.2真菌的分類61

4.4.3酵母菌61

4.4.4黴菌62

4.4.5傘菌66

5微生物的生理68

5.1生物生命活動的催化劑——酶68

5.1.1酶的概念68

5.1.2酶的催化特性68

5.1.3酶的組成69

5.1.4酶蛋白的結構70

5.1.5酶的活性中心和酶與底物結合的機理71

5.1.6酶的分類與命名72

5.1.7酶活力和影響酶活力的因素73

5.2微生物的營養76

5.2.1微生物的化學組成76

5.2.2微生物的營養物質和營養類型77

5.2.3微生物的培養基79

5.2.4微生物對底物進行代謝的過程80

5.3微生物的能量代謝82

5.3.1生物氧化概述82

5.3.2生物氧化的類型83

5.3.3發光現象89

5.4微生物的合成代謝89

5.4.1合成代謝概述89

5.4.2產甲烷菌的合成代謝91

5.4.3化能自養微生物的合成代謝91

5.4.4光合作用91

5.4.5異養微生物的合成代謝93

5.4.6初級代謝與次級代謝93

6微生物的生長與環境因子的影響96

6.1微生物的生長96

6.1.1微生物生長繁殖的概念96

6.1.2微生物的培養方法和生長曲線96

6.1.3微生物生長曲線在廢水微生物處理中的應用101

6.1.4微生物生長繁殖的測定102

6.1.5微生物的死亡及其測定103

6.2影響微生物生長的環境因子103

6.2.1溫度103

6.2.2pH106

6.2.3氧化還原電位107

6.2.4溶解氧107

6.2.5輻射109

6.2.6水的活度與滲透壓110

6.2.7重金屬111

6.2.8若干有機物111

6.2.9抗生素112

6.2.10其他因素113

7微生物的遺傳和變異116

7.1微生物的遺傳和變異現象和意義116

7.1.1微生物的遺傳和變異現象概述116

7.1.2遺傳和變異的意義117

7.2微生物的遺傳117

7.2.1遺傳和變異的物質基礎——DNA117

7.2.2DNA的結構與複製121

7.2.3DNA的變性和復性123

7.2.4RNA及其作用124

7.2.5微生物生長與蛋白質合成126

7.2.6微生物的細胞分裂127

7.3微生物的變異127

7.3.1變異的實質127

7.3.2基因突變的特點和類型127

7.3.3基因重組130

7.3.4基因工程及在環境保護中的應用132

8微生物生態學137

8.1生態學原理137

8.1.1生態學的定義和研究內容137

8.1.2種群和群落138

8.1.3生態系統139

8.1.4生態平衡141

8.1.5微生物生態系統與微生物生態學142

8.2土壤中的微生物142

8.2.1土壤的生態條件142

8.2.2微生物在土壤中的數量、種類和分佈143

8.2.3土壤自凈和污染土壤微生物生態144

8.3空氣中的微生物145

8.3.1空氣的生態條件145

8.3.2空氣微生物的來源、特點和種類145

8.3.3空氣微生物的衛生標準及生物潔凈技術146

8.4水體中的微生物148

8.4.1水體中的微生物群落148

8.4.2水體自凈和污染水體的微生物生態150

8.4.3水體富營養化155

8.5微生物之間及其與動物、植物之間的相互關係157

8.5.1微生物之間的相互關係157

8.5.2微生物與高等植物之間的相互關係158

8.5.3微生物與人類和動物之間的相互關係159

9微生物在環境物質循環中的作用163

9.1自然界的物質循環163

9.1.1物質循環與生物163

9.1.2水循環是物質循環的核心164

9.2微生物與碳循環164

9.2.1碳循環的過程164

9.2.2微生物在碳循環中的作用165

9.2.3微生物對主要含碳化合物的轉化和分解過程165

9.3微生物與氮循環170

9.3.1氮循環的過程170

9.3.2微生物在氮循環中的作用171

9.4微生物與硫循環174

9.4.1硫循環的過程174

9.4.2微生物在硫循環中的作用174

9.5微生物與磷循環176

9.5.1磷循環的過程176

9.5.2微生物在磷循環中的作用176

10微生物和環境污染控制與治理179

10.1廢水好氧生物處理中的微生物179

10.1.1好氧活性污泥法179

10.1.2好氧生物膜法185

10.1.3氧化塘186

10.2厭氧生物處理中的微生物187

10.2.1厭氧消化——甲烷發酵188

10.2.2光合細菌處理高濃度有機廢水189

10.2.3含硫酸鹽廢水的厭氧處理189

10.3廢水的脫氮和除磷190

10.3.1廢水脫氮和除磷的目的與意義190

10.3.2廢水生物脫氮原理及工藝190

10.3.3廢水生物除磷原理及工藝192

10.4有機固體廢物處理中的微生物194

10.4.1堆肥法194

10.4.2填埋法及滲濾液195

10.5廢氣生物處理中的微生物195

10.5.1廢氣的處理方法195

10.5.2含硫惡臭污染物及NH3、CO2的微生物處理196

10.6環境監測與微生物197

10.6.1水體污染的生物檢驗197

10.6.2利用微生物檢測環境毒性的方法197

10.7環境生物修復技術與微生物198

10.7.1環境生物修復技術概述198

10.7.2環境生物修復技術的類型199

10.7.3環境生物修復中的微生物200

10.7.4環境生物修復的發展前景200

10.8微生物與大氣CO2固定201

10.8.1微生物固定CO2的機理201

10.8.2固定CO2的微生物種類202

10.8.3環境中的固碳微生物202

11微生物學新技術在環境科學領域中的應用205

11.1固定化技術205

11.1.1固定化酶和固定化微生物的定義和特點205

11.1.2酶的分離提純206

11.1.3酶的固定化方法206

11.1.4細胞的固定化方法207

11.1.5固定化酶和固定化微生物在環境工程中的應用207

11.2微生物絮凝劑207

11.2.1微生物絮凝劑的特點208

11.2.2微生物絮凝劑的結構組成和化學本質208

11.2.3微生物絮凝劑的絮凝機理209

11.2.4微生物絮凝劑的合成和應用210

11.3分子生物技術在環境科學領域中的應用211

11.3.1核酸探針和PCR技術211

11.3.216S rDNA序列及其同源性的分析212

11.3.3生物晶元212

11.3.4高通量測序技術213

11.4微生物非培養技術的原理與應用214

11.4.1環境中微生物的多樣性和非培養微生物214

11.4.2微生物非培養技術的原理、特點214

11.4.3微生物非培養技術的應用216

12環境微生物學實驗218

12.1實驗須知218

12.2光學顯微鏡的使用及原核微生物的個體形態觀察218

12.2.1實驗目的218

12.2.2實驗材料與器皿218

12.2.3普通光學顯微鏡的原理、結構218

12.2.4顯微鏡的使用221

12.2.5實驗內容221

12.2.6思考題221

12.3真核微生物的個體形態觀察221

12.3.1實驗目的221

12.3.2實驗原理222

12.3.3實驗材料與器皿222

12.3.4實驗方法與步驟222

12.3.5思考題222

12.4四大類微生物菌落形態的識別222

12.4.1實驗目的222

12.4.2實驗原理222

12.4.3實驗材料與器皿223

12.4.4實驗方法與步驟223

12.4.5思考題224

12.5微生物細胞的直接計數和細胞的顯微測量224

12.5.1實驗目的224

12.5.2實驗原理224

12.5.3實驗材料與器皿225

12.5.4實驗方法與步驟225

12.5.5思考題226

12.6細菌的簡單染色和革蘭染色226

12.6.1實驗目的226

12.6.2實驗原理226

12.6.3實驗材料與器皿226

12.6.4實驗方法與步驟226

12.6.5注意事項227

12.6.6思考題227

12.7培養基的配製與滅菌227

12.7.1實驗目的227

12.7.2實驗原理227

12.7.3實驗材料與器皿228

12.7.4實驗方法與步驟228

12.7.5思考題230

12.8活性污泥中細菌的純種分離和培養230

12.8.1實驗目的230

12.8.2實驗原理230

12.8.3實驗材料與器皿231

12.8.4實驗方法與步驟231

12.8.5思考題233

12.9純培養菌體和菌落形態的觀察233

12.9.1實驗目的233

12.9.2實驗材料與器皿233

12.9.3實驗方法與步驟233

12.9.4思考題234

12.10細菌澱粉酶的測定234

12.10.1實驗目的234

12.10.2實驗原理234

12.10.3實驗材料與器皿234

12.10.4實驗方法與步驟234

12.10.5思考題235

12.11細菌菌落總數的測定235

12.11.1實驗目的235

12.11.2實驗原理235

12.11.3實驗材料與器皿235

12.11.4實驗方法與步驟235

12.11.5思考題237

12.12總大腸菌群的檢測237

12.12.1實驗目的237

12.12.2實驗原理237

12.12.3實驗材料與器皿237

12.12.4實驗方法與步驟238

12.12.5思考題239

12.13耐熱大腸菌群的檢測239

12.13.1實驗目的239

12.13.2實驗原理239

12.13.3實驗材料與器皿240

12.13.4實驗方法與步驟240

12.13.5思考題241

12.14環境樣品中總DNA的提取241

12.14.1實驗目的241

12.14.2實驗原理241

12.14.3實驗材料與器皿242

12.14.4實驗方法與步驟242

12.14.5思考題243

12.15PCR擴增總DNA中16S rDNA基因片段及瓊脂糖凝膠電泳243

12.15.1實驗目的243

12.15.2實驗原理243

12.15.3實驗材料與器皿244

12.15.4實驗方法與步驟244

12.15.5思考題245

附錄246

附錄一教學常用染色液的配製246

附錄二常用染色方法247

附錄三教學用培養基248

附錄四總大腸菌群檢索表（MPN法）251

參考文獻254