环境生物技术2-3

一、环境微生物的重要生态因子（自学）,温度和湿度pH值渗透压氧辐射抗生素环境化学物质,第三节环境微生物生态学,二、微生物的生长与种群增长,m：某一时刻细胞数量的增长速率与该时刻细胞数量之比。,土壤是固体无机物(岩石和矿物质)、有机物、水、空气和生物组成的复合物，是微生物的合适生境。,土壤微生物种类多、数量多、代谢潜力巨大，是主要的微生物源，是微生物的大本营。,三、微生物群落结构,土壤环境及其微生物,土壤微生物的数量和分布主要受到营养物、含水量、氧、温度、PH等因子的影响，并随土壤类型的不同而有很大变化。,土壤微生物的数量和分布受季节影响。,微生物的数量也与土层的深度有关，一般土壤表层微生物最多，随着土层的加深，微生物的数量逐步减少。,目前土壤中可人工培养的微生物仅占实际种类的1%。,水环境及其微生物,淡水（湖泊、河流、水库、沼泽等）海水（海湾、近海、远洋、深海）污水,贫营养环境,耐盐、耐低营养、嗜冷（抗高压、厌氧）,水资源污染日益严重,水环境及其微生物=水体污染与自净,水中的食物链,污染物进入水体后是否发生污染几乎完全取决于食物链中各种生物对于污染物的净化能力。,水体自净作用的相关概念,水体自净,天然水体接纳了一定量的污染物后，经过一定的时间，在物理、化学和生物等因素的综合作用下得到净化，水质恢复到污染前状态的现象。,自净作用有一定的限度，在水体自净作用限度内能够容纳的污染物的最大数量，称为该水体的自净容量。,物理作用：稀释、沉淀（弱）化学作用：日光、氧气等对污染物的分解（弱）生物作用：生物降解（强）,若污染物的排放总量超过了其自净容量，则水体不能自行恢复至原有的状态，其生态平衡将遭到破坏，水体即被污染。,水污染,自净容量,自净作用是自然沉降作用、稀释作用、有机物的生物降解、复氧作用（溶解氧浓度的恢复）、日照等许多作用联合的结果。,水体自净作用分析,水体自净作用的强弱和自净容量的大小受水量、水质及一系列水文条件（如流量、流速河流弯曲复杂程度等）影响。,有机污染物量大细菌大量繁殖耗尽溶解氧甲壳动物、原生动物死亡、鱼类绝迹,有机污染物量小好氧菌繁殖溶解氧下降有机物分解完毕细菌数量减少,厌氧菌大量繁殖水体变黑变臭水体严重污染,光合微生物繁殖无机营养物减少光合微生物减少水体中的溶解氧、BOD恢复原水平水体自净,有机污染物量小好氧菌繁殖溶解氧下降有机物分解完毕细菌数量减少光合微生物繁殖无机营养物减少光合微生物减少水体中的溶解氧、BOD恢复原水平水体自净,水体净化过程：P/H低高低（原来水平）,衡量水体污染与自净的指标,P/H指数,P（photoautotroph）：水体中光合自养型微生物的数量。H（heterotroph）：水体中异养微生物的数量。,水污染生物指数,(BiologicalIndexofWaterPollution，BIP),利用BIP可以判断水体的污染程度,氧垂曲线和氧浓度的昼夜变化幅度,河流污染中氧浓度昼夜变化示意图,实际操作中溶解氧变化幅度比P/H、BIP指标更为实用！,水体外观,污化系统,当有机污染物排入河流，在其下游河段的自净过程中，形成一系列污化带。因各种水生生物需要不同的生存条件，故在各个带中可找到不同的代表性指示生物。,污化带,多污带、a-中污带、b-中污带、寡污带,颤蚯蚓,天蓝喇叭虫椎尾水轮虫栉虾,以上污化系统只能反映有机污染的程度，不能反映有毒废水的污染！,水体富营养化,由氮、磷等无机污染物引起的藻类过度生长污染水体的现象。,2,营养状态的分类,“水花”或“水华”（waterbloom）：,藻类的大量繁殖使水体出现颜色，并变得浑浊，许多藻类团块漂浮在水面上形成。,赤潮或红潮（redtides）：,在海洋中，某些甲藻类大量繁殖也可以形成水花，从而使海水出现红色或褐色。,引起水体富营养化的藻类除通过消耗水中的氧气危害养殖业外，很多藻类还能产生各种毒素，使动物得病或死亡，因此由于富营养化作用致死的鱼等水产品不能食用。,严重污染的水会通过食物链的生物放大作用危害人类健康,防止水体富营养化,根本措施是将氮和磷的排放量控制在低水平。具体方法：污染源的消减（使用无磷洗衣粉、适度使用化肥）末端治理（污水脱氮除磷）,无原生的微生物区系；,来源于土壤、水体及人类的生产、生活活动；,种类主要为真菌和细菌，一般与其所在环境的微生物种类有关；,数量取决于尘埃数量；,停留时间和尘埃大小、空气流速、湿度、光照等因素有关；,与人类的关系：,传播疾病、,造成食品等的污染,微生物学的基本技术：,无菌操作技术,制备微生物气溶胶实现群体免疫,大气环境及其微生物,无菌操作及超净工作台,3,5,14,四、微生物种群间的相互关系,互生关系共生关系拮抗关系竞争关系寄生关系捕食关系,五、环境微生物与物质循环,微生物可以在多个方面但主要作为分解者而在生态系统中起重要作用！,微生物是生态系统中的初级生产者。,微生物是物质和能量的贮存者。,一、微生物的营养类型,第四节环境微生物的代谢,二、微生物的能量代谢,所有的生物取得生命所需的能源只有两类途径：,有氧呼吸无氧呼吸发酵作用,有氧呼吸对底物的氧化作用比较彻底，氧是氧化还原反应的最终电子受体，因而可以获得最多的能量。,部分细菌可以有氧氧化还原态的无机化合物(S2-、S、S2O32-、NH3)，氧化产物为SO42-和NO3-。,大多数有氧呼吸的底物是有机物，氧化产物为CO2和H20。,有氧呼吸,硫细菌：2H2S+O22S+2H2O2S+2H2O+3O22SO42-+4H+亚硝化细菌：2NH3+3O22NO2-+2H+2H2O硝化细菌：2NO2-+O22NO3-,无氧呼吸,厌氧菌或兼性菌在无氧条件下进行的，以某些无机氧化物为电子受体的生物氧化作用。产能水平低于有氧呼吸。,无氧呼吸分为三种类型,绝大部分的反硝化作用以有机物为底物C6H12O6+4NO3-6CO2+6H2O+2N2+4e,硝酸盐还原（反硝化作用）,硝化和反硝化作用在废水处理中有广泛的应用!,少数细菌能以氢或还原态的硫为底物5H2+2NO3-4H2O+N2+2OH-（氢细菌）5S+6NO3-+2H2O5SO42-+3N2+4H+（硫杆菌）,以CO2或碳酸盐作为电子受体的生物氧化，产物是甲烷。,硫酸盐还原,以SO32-、SO42-为电子受体的生物氧化作用，产物是H2S。,CH3COOH+SO42+S2-+2CO2+2H2O（硫酸盐还原菌）,碳酸盐还原,4H2+CO2CH4+2H2O（产甲烷菌）2CH3CH2OH+CO22CH3COOH+CH4,各种微生物都能进行发酵模式的生物氧化，发酵作用比有氧呼吸和无氧呼吸的产能水平都低得多。,发酵作用,发酵作用是电子受体和电子供体（即底物）都为有机化合物的生物氧化作用。有时电子受体就是电子供体本身的分解产物。,C6H12O62CH3CH2OH+2CO22CH3CH2OH+CO22CH3COOH+CH4,O2有氧条件有机物和H2O、CO2最高无机物NH3、SO42-