環境微生物技術

環境微生物技術

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作者：趙曉祥、張小凡 編著

出版日期：2015年8月 書號：978-7-122-23682-1

開本：16K　787×1092　1/16 裝幀：平 版次：1版1次 頁數：290頁

本書系統闡述了環境微生物學的基本知識與原理——培養基及製備，微生物分離及培養技術，微生物菌種鑒定，微生物生長與代謝及微生物生態等；深入討論了環境微生物技術在環境保護中的作用——微生物大分子製備，微生物分子生物學技術等；並介紹了微生物對人類生存環境的作用及其實際調控與應用——環境工程中各種生物處理方法的微生物機理，微生物對環境污染物的降解及其在污染控制中的應用。本書適於環境工程、環境科學、環境生物技術等專業及卓越工程師教育等大專院校及相關專業的高年級本科生和研究生作為教材使用，還可供環境科學、環境工程科研人員技術人員參考閱讀。

1緒論1

1.1環境生物技術1

1.2環境生物技術在環境科學與工程中的應用2

1.2.1環境生物技術在水污染治理中的應用2

1.2.2環境生物技術在廢氣及大氣污染治理中的應用4

1.2.3環境生物技術在固體廢物處理中的應用4

1.2.4環境生物技術在污染土壤修復中的應用5

1.2.5環境生物技術在污染監測中的應用6

1.3環境生物技術的發展6

1.3.1微生物脫硫技術的開發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生物感測器的研製7

1.3.5與其他技術的結合7

1.3.6分子生物學技術監測環境污染物的降解研究7

參考文獻7

2培養基及製備10

2.1微生物的營養10

2.1.1碳源(carbon source)10

2.1.2氮源(nitrogen source)11

2.1.3無機鹽(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微生物的培養基14

2.2.1培養基的分類14

2.2.2培養基的選擇16

2.2.3培養基的設計17

2.2.4培養基碳源的添加17

2.3培養基的滅菌18

2.3.1滅菌的原理和方法18

2.3.2培養基滅菌21

參考文獻23

3微生物分離及培養技術25

3.1含微生物樣品的採集25

3.1.1從土壤中採樣25

3.1.2從水體中採樣26

3.2含微生物樣品的富集培養26

3.2.1控制培養基的營養成分26

3.2.2控制培養條件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塗布平板法(spread plate method)28

3.3.3平板劃線法(streak plate technique)28

3.3.4富集培養法(enrichment culture)29

3.3.5厭氧法(anaerobic culture)29

3.4微生物接種與培養29

3.4.1接種工具30

3.4.2常用的接種方法30

3.4.3無菌操作31

3.4.4微生物培養31

3.4.5培養條件的控制31

3.5微生物菌種保藏33

3.5.1菌種保藏方法33

3.5.2國內外主要菌種保藏機構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微生物系統發育分析38

4.2微生物的形態學鑒定39

4.2.1微生物的顯微形態鑒定40

4.2.2微生物的培養特徵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鑒定55

4.4.1DNA中(G+C)摩爾分數分析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微生物資料庫檢索58

4.5.1分子生物信息資料庫58

4.5.2GenBank資料庫59

4.5.3微生物數據檢索61

4.5.4系統發育樹構建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、殺菌劑與化學療劑75

5.3微生物生長量的測定77

5.3.1直接計數法（又稱全數法）77

5.3.2活菌計數法（又稱間接計數法）78

5.3.3細胞物質量測定法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微生物無氧呼吸與有機物降解83

5.5微生物代謝產物的測定85

5.5.1分析樣品製備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質譜分析90

參考文獻90

6微生物大分子製備技術92

6.1核酸的提取與製備92

6.1.1核酸的理化性質92

6.1.2核酸的提取與製備96

6.1.3DNA濃度的測定100

6.2蛋白質的提取與製備100

6.2.1蛋白質的理化性質100

6.2.2蛋白質的提取與製備101

6.3離心技術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聚丙烯醯胺凝膠電泳(polyacrylamide gel electrophoresis,PAGE)111

6.4.4SDS聚丙烯醯胺凝膠電泳(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技術122

7.1核酸的擴增——PCR技術122

7.1.1DNA複製123

7.1.2聚合酶鏈式反應（PCR）127

7.1.3PCR相關技術130

7.1.4PCR技術在環境領域中的應用131

7.2DNA測序及分析132

7.2.1核酸的分子結構132

7.2.2DNA一級結構的測定135

7.3基因克隆技術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150

8.1微生物生態系統150

8.1.1微生物生態系統的構成150

8.1.2微生物生態系統的種群多樣性151

8.1.3微生物生態系統的功能151

8.2微生物群落結構分析154

8.2.1傳統培養分離法154

8.2.2群落水平生理學指紋法(CLPP)155

8.2.3生物標記物法(biomakers)155

8.2.4現代分子生物學方法156

8.3聚合酶鏈反應變性梯度凝膠電泳(PCRDGGE)160

8.3.116S rDNAV3 區的PCR擴增161

8.3.2變性梯度凝膠電泳161

8.4隨機擴增的多態性DNA(RAPD)163

8.4.1環境DNA的製備163

8.4.2RAPD擴增163

參考文獻164

9環境激素的生物降解167

9.1環境激素受體的作用機理168

9.1.1受體168

9.1.2環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壬基酚在環境中的生物降解及影響因素171

9.4多氯聯苯的生物降解172

9.4.1多氯聯苯的生物轉化172

9.4.2PCBs的厭氧脫氯反應172

9.4.3PCBs的好氧生物處理174

9.4.4厭氧好氧的聯合反應176

9.4.5氯原子的取代反應與生物降解的關係176

參考文獻176

10阻燃劑對環境影響的持久性及生物降解性180

10.1溴系阻燃劑181

10.2溴系阻燃劑的環境歸宿182

10.3生物降解和生物修復182

10.3.1生物好氧降解183

10.3.2生物厭氧降解184

10.4發展前景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常規生物處理法187

11.2.2微生物技術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發展前景192

參考文獻192

12農藥的微生物降解195

12.1農藥的分類195

12.2農藥污染的現狀、危害及原因196

12.2.1農藥污染的現狀196

12.2.2農藥污染的危害196

12.3農藥的微生物降解198

12.3.1降解農藥污染的微生物198

12.3.2微生物降解農藥污染的機理199

12.3.3影響微生物降解農藥污染的因素199

12.3.4微生物降解農藥污染存在的問題200

12.3.5微生物降解農藥污染的新技術和新方法201

12.3.6微生物降解農藥污染的應用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微生物絮凝的優點203

13.1.2微生物絮凝劑的發展史203

13.2微生物絮凝劑的分類204

13.3微生物絮凝劑產生菌204

13.4微生物絮凝劑的化學成分及結構205

13.5微生物絮凝劑的絮凝機理207

13.5.1“橋聯作用”機理207

13.5.2“電性中和”機理207

13.5.3“化學反應”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構對絮凝活性的影響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生菌的培養條件209

13.7.2培養基組成對微生物高聚物絮凝劑產生的影響209

13.7.3培養基pH對微生物高聚物絮凝劑產生的影響210

13.7.4培養基溫度對微生物高聚物絮凝劑產生的影響210

13.7.5通氣量對微生物高聚物絮凝劑產生的影響210

13.7.6其他因素對微生物高聚物絮凝劑產生的影響210

13.8微生物絮凝劑的應用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發酵液后處理及對生物細胞的絮凝211

13.8.4橡膠產業用於提高脫脂橡膠的產量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中的應用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構和性能214

14.1.3生物表面活性劑的生產215

14.1.4生物表面活性劑的製備條件優化215

14.2生物表面活性劑在重金屬污染修復中的應用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發展前景219

參考文獻219

15有效微生物菌群技術及在環保中的應用222

15.1有效微生物菌群（EM）技術的基本機理222

15.2EM在污水處理中的應用223

15.2.1EM在城市生活污水治理中的應用223

15.2.2EM在工業廢水治理中的應用225

15.3EM技術在凈化空氣、生物技術除臭方面的應用226

15.4EM在土壤凈化中的應用226

15.5EM在垃圾處理中的應用227

15.6發展前景227

參考文獻227

16固定化微生物技術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固定化微生物技術在廢水處理中的應用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發展前景232

參考文獻233

17酶製劑處理污染物技術234

17.1酶製劑在污染物處理中的應用234

17.1.1過氧化物酶對酚類廢水的處理234

17.1.2有機磷農藥降解酶235

17.2酶製劑在廢水處理中的應用236

17.3酶製劑的固定化237

17.4酶製劑在廢棄物處理中的應用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其他酶製劑238

參考文獻239

18同步硝化反硝化生物脫氮技術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242

18.2.1含義242

18.2.2優點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243

18.3.1移動床生物膜反應器243

18.3.2主要控制因素243

18.4發展前景244

參考文獻244

19共代謝技術處理難降解有機物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生長基質的選擇247

19.4.2生長基質和非生長基質濃度的比例248

19.4.3能量物質248

19.4.4營養物質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生物膜反應器在共代謝反應的應用249

19.5.4序批式生物膜反應器(SBMR)開發與應用250

19.6發展前景251

參考文獻252

20熒光定量PCR技術在環境中的應用253

20.1實時熒光定量PCR技術的定量原理253

20.2熒光定量PCR的熒光化學基礎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的優點與不足254

20.3.1優點254

20.3.2不足254

20.4熒光定量PCR的應用254

20.4.1國外應用現狀255

20.4.2國內應用現狀255

參考文獻256

21污染環境的生物修復技術258

21.1環境生物修復機理258

21.1.1生物修復的特點及類型258

21.1.2生物修復微生物258

21.1.3多環芳烴的生物修復259

21.1.4重金屬的生物修復259

21.1.5微生物修復的影響因素260

21.2微生物對有機污染物的修復260

21.2.1有機污染物修復機理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261

21.3.1重金屬污染土壤的微生物修復機理261

21.3.2有機污染土壤的微生物修復機理262

21.4地下水污染修復中的生物化學原理262

21.4.1地下水污染的遷移262

21.4.2地下水環境的修復技術263

21.4.3地下水的微生物修復263

21.5含硫廢氣微生物處理263

21.5.1傳統廢氣脫硫方法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培養與鑒定方法267

22.2.1培養基267

22.2.2基於分子生物學鑒定方法267

22.3發展前景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細菌纖維素生產菌種272

23.1.2細菌纖維素的生物合成途徑及調控272

23.2細菌纖維素的結構和理化特性275

23.2.1細菌纖維素的結構275

23.2.2細菌纖維素的理化特性276

23.3細菌纖維素的應用277

23.3.1在食品工業中的應用277

23.3.2在造紙工業中的應用278

23.3.3在音響振動膜上的應用278

23.3.4在生物醫學材料上的應用278

23.3.5在固定化載體上的應用278

23.3.6在滲透汽化膜上的應用279

23.4燃料電池及BC在燃料電池中的應用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用280

23.4.3細菌纖維素在燃料電池上的應用281

參考文獻282

24微藻微生物燃料電池技術285

24.1微藻製取生物柴油285

24.1.1微藻生產生物柴油285

24.1.2富油微藻的篩選286

24.1.3構建富油微藻工程菌286

24.2微生物燃料電池技術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用288

24.3發展前景289

參考文獻290