1、微生物的生态微生物的生态v一、生态系统一、生态系统v二、土壤微生物生态二、土壤微生物生态v三、空气微生物生态三、空气微生物生态v四、水体微生物生态四、水体微生物生态一、生态系统（一）概念（一）概念v个体：某一具体的生物单个个体，是组成个体：某一具体的生物单个个体，是组成种群的单位。种群的单位。v种群：特定空间内同一物种的个体集合。种群：特定空间内同一物种的个体集合。v群落：特定空间内所有生物种群的聚合体。v生物圈：地球上的所有生物。生态系统：一定时间和空间内由生物与生态系统：一定时间和空间内由生物与其生境通过能量流动和物质循环所组成其生境通过能量流动和物质循环所组成的一个动态系统。的一个动态系
2、统。生态系统生态系统=生物群落生物群落+环境条件环境条件t 各种环境中的微生物的种类、分布；各种环境中的微生物的种类、分布；t 微生物和其它生物的关系；微生物和其它生物的关系；t 微生物与物质循环；微生物与物质循环；v生态系统中的物质循环和能量流动生态系统中的物质循环和能量流动1、微生物是有机物的主要分解者；、微生物是有机物的主要分解者；2 2、微生物是物质循环中的重要成员；、微生物是物质循环中的重要成员；3、微生物是生态系统中的初级生产者；、微生物是生态系统中的初级生产者；4 4、微生物是物质和能量的贮存者；、微生物是物质和能量的贮存者；5 5、微生物在地球生物演化中的作用；、微生物在地球生
3、物演化中的作用；微生物生态系统的特点 v（1）微生物生态系统的多样性）微生物生态系统的多样性；v（2）微生物生态系中的种群多样性）微生物生态系中的种群多样性；v（3）微生物生态系统的稳定性微生物生态系统的稳定性；v（4）微生物生态系统的适应与演替性微生物生态系统的适应与演替性；v（5）微生物群落中的遗传交流微生物群落中的遗传交流；v（6）微生物生态系统中的物质流和能量流微生物生态系统中的物质流和能量流 二、土壤微生物生态二、土壤微生物生态2.1 2.1 土壤是微生物良好的生活场所土壤是微生物良好的生活场所 1 1、为微生物提供了良好的、为微生物提供了良好的 源、源、能源源、源、能源2 2、为微
4、生物提供有机物、为微生物提供有机物 无机盐无机盐 微量元素微量元素4 4、土壤值范围、土壤值范围5.55.58.58.5之间之间5 5、温度、温度 季节与昼夜温差不大季节与昼夜温差不大6 6、土壤颗粒空隙间充满着空气和水分、土壤颗粒空隙间充满着空气和水分7 7、适宜的渗透压、适宜的渗透压3 3、满足了微生物对水分的要求、满足了微生物对水分的要求 土壤中的微生物土壤中的微生物细菌细菌 放线菌放线菌 真菌真菌 藻类藻类 和和 原生动物原生动物细菌（细菌（108）放线菌（放线菌（107）霉菌（霉菌（106）酵母菌酵母菌（105）藻类（藻类（104）原生动物（原生动物（103）细菌 每克肥土可含亿个细
5、菌枯草芽孢杆菌最多放线菌多分布在有机物较丰富的碱性土壤中诺卡氏菌属、小单胞菌属，链霉菌属（几万几百万）克土壤 土壤中放线菌数量仅次于细菌由于菌体大，其生物量与细菌接近真菌 真菌主要分布在接近地面的土层中 以丝状体和孢子体形式存在于土壤中(几千几十万个)/每克土壤，由于菌体粗大，其生物量不低于细菌，放线菌，为0.6mgg土壤，菌丝最长可达米。霉菌：分解纤维素、木质素、果胶素。如酵母在果园土壤里含量几十万个g土壤。藻类和原生动物藻 类 （万个克土）原生动物 （万个克土）纤毛虫，鞭毛虫、肉足虫等为主，它们以其它微生物和有机物碎片为食，对其它几类微生物的数量起调节作用。2.2 土壤环境的污染与净化土壤
6、环境的污染与净化v土壤污染的概念v土壤环境的自净作用v土壤污染物及污染源v土壤污染土壤污染指进入土壤的污染物超过土壤的自净能力，而且对土壤、植物和动物造成损害的状况。v土壤自净指土壤对施入一定负荷的有机物或有机污染物具有吸附和生物降解的能力，通过生物、化学和物理等过程自动分解污染物使土壤恢复到原有水平。v污染物：有机污染物、无机污染物v污染源：工业污染源、农业污染源v问题？土壤的环境因素对土壤的自净能力有什么的影响？v生物修复：采用工程化技术，利用微生物生物修复：采用工程化技术，利用微生物将环境中的有毒、有害物质降解，使其转将环境中的有毒、有害物质降解，使其转化为无害物质的方法称为生物修复。化
7、为无害物质的方法称为生物修复。土著微生物土著微生物 外来微生物外来微生物 基因工程菌基因工程菌用于生物修复的微生物用于生物修复的微生物2.3 微生物对土壤中污染物的降解微生物对土壤中污染物的降解 工业污染工业污染农用化学制品农用化学制品粪肥和垃圾粪肥和垃圾 固体废物含有对农业十分有用的有机物质和植物营养物质，改良土壤，培肥地力的作用显著。也含有许多有毒有害的物质。未经处理的城市垃圾，特别是人畜粪便和医疗单位的废弃物中含有大量的病原体，施到土壤后能存活相当长的时间。垃圾中的重金属如汞、铅、镉、锌、锰和有机污染物等是造成化学污染的重要原因。城市垃圾处置不当，也容易引起大气和水源的污染。v2.3.1
8、 土壤有机污染及其修复（1）石油污染土壤的主要途径：污灌、大气污染、溢油事件、车辆污染。（2）对土壤的污染：粘着在土壤根部，影响根呼吸，引起烂根；进入食物链；抑制微生物的活性。v提问：提问：什么是石油？什么是石油？v石油是含有烷烃、环烷烃、芳香烃及少量非烃化合物的石油是含有烷烃、环烷烃、芳香烃及少量非烃化合物的复杂混合物。复杂混合物。石油污染主要出现在采油区和石油运输事石油污染主要出现在采油区和石油运输事故现场以及石化行业的工业废水中。故现场以及石化行业的工业废水中。v与分子结构有关与分子结构有关v降解石油的微生物很多，降解石油的微生物很多，据报道有据报道有200多种多种v细细 菌菌 假单胞菌
9、、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属放线菌放线菌 诺卡氏菌诺卡氏菌v酵母菌酵母菌 假丝酵母假丝酵母v霉霉 菌菌 青霉属、曲霉属青霉属、曲霉属v藻藻 类类 蓝藻和绿藻蓝藻和绿藻v芳香烃普遍具有生物毒性，但在低浓度范围内它们可芳香烃普遍具有生物毒性，但在低浓度范围内它们可以不同程度的被微生物分解。以不同程度的被微生物分解。已知降解不同芳香烃的细菌类别已知降解不同芳香烃的细菌类别 苯类苯类 酚类酚类萘萘菲菲 蒽蒽微生物微生物名名 称称荧光假单胞荧光假单胞菌、铜绿色菌、铜绿色假单胞菌及假单胞菌及苯杆菌苯杆菌铜 绿 色 假 单 胞铜 绿 色 假 单 胞菌、溶条假单胞菌
10、、溶条假单胞菌、诺卡氏菌、菌、诺卡氏菌、球形小球菌、无球形小球菌、无色杆菌及分枝杆色杆菌及分枝杆菌菌菲杆菲杆菌、菲菌、菲芽孢杆芽孢杆菌菌荧光假单胞荧光假单胞菌和铜绿色菌和铜绿色假单胞菌、假单胞菌、小球菌及大小球菌及大肠埃希氏菌肠埃希氏菌v先被氧化为邻苯二酚先被氧化为邻苯二酚，这样各类芳香烃在降解的后半，这样各类芳香烃在降解的后半段是相同的，可表示如下：段是相同的，可表示如下：苯苯 酚酚 氧氧化化酶酶 酶酶 萘萘 邻邻苯苯二二酚酚 酮酮基基己己二二酸酸 菲菲 +O2 +O2 +2H 蒽蒽 琥琥珀珀酸酸 三三羧羧酸酸循循环环 CO2+H2O 乙乙酰酰辅辅酶酶Av2.3.2 农业固体废弃物污染 提问
11、：哪些会成为土壤污染物？提问：哪些会成为土壤污染物？难溶的多糖难溶的多糖，且当一些难溶解的多糖数量较大时才会且当一些难溶解的多糖数量较大时才会使自净时间大大增加，从而对环境造成污染。使自净时间大大增加，从而对环境造成污染。这类多这类多糖主要是糖主要是纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉。v 葡 萄 糖 高 聚 物，每 个 纤 维 素 分 子 含葡 萄 糖 高 聚 物，每 个 纤 维 素 分 子 含140010000个葡萄糖基（个葡萄糖基（1-4糖苷键）。糖苷键）。棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城市垃圾等水及城市垃
12、圾等，其中均含有大量纤维素。，其中均含有大量纤维素。微生物微生物v好氧细菌好氧细菌粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌v厌氧细菌厌氧细菌产纤维二糖产纤维二糖芽孢梭菌芽孢梭菌、无芽孢厌、无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。v放放 线线 菌菌链霉菌属。链霉菌属。v真真 菌菌青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。毛霉。v存在于植物细胞壁的存在于植物细胞壁的杂多糖杂多糖。造纸废水和人造纤维废水。造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。中含半纤维素。TCA循环循环 聚糖酶聚糖酶 CO2+H2O 半纤维素半纤维素 单糖单糖+糖醛酸糖醛酸
13、H2O 各种发酵产各种发酵产物物 厌氧分解厌氧分解v分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素。v许多芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌及放线菌能分解半纤维素。霉菌许多芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌及放线菌能分解半纤维素。霉菌有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。木质素木质素 空腔空腔 纤维素纤维素木质素存在于除苔藓和藻类外所有植物的细胞壁中，木质素存在于除苔藓和藻类外所有植物的细胞壁中，由松由松柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。自然界中哪些微生物能够进行木质素的降解呢？自
14、然界中哪些微生物能够进行木质素的降解呢？确证的只有确证的只有真菌中的黄孢原毛平革菌真菌中的黄孢原毛平革菌，疑似的，疑似的只有只有软腐菌。软腐菌。(Phanerochaete chrysosprium)是是白腐真菌白腐真菌的一种，隶属于担子菌纲、的一种，隶属于担子菌纲、同担子菌亚纲、非褶菌目、同担子菌亚纲、非褶菌目、丝核菌科。丝核菌科。白腐白腐树皮上木质素被该菌分树皮上木质素被该菌分解后漏出解后漏出白色白色的纤维素部分。的纤维素部分。v固体垃圾堆肥及农用效果：1.改良土壤结构，提高土壤保水保肥能力。2.提高土壤肥力。3.增加作物产量，提高农产品的品质。大气中的大气中的CO2光合作用光合作用呼吸作
15、用呼吸作用生产者生产者（如绿色植物）（如绿色植物）消费者消费者（如动物和人）（如动物和人）分解者分解者（如细菌、真菌（如细菌、真菌）粪便、遗体残骸粪便、遗体残骸分解作用（呼吸作用）分解作用（呼吸作用）呼吸作用呼吸作用呼吸作呼吸作用用捕捕食食碳循环示意图：碳循环示意图：CO2有机质碳从无机环境进入生物群落的途径：碳从无机环境进入生物群落的途径：碳元素的含量：碳元素的含量：占生物体干重的占生物体干重的49%碳的存在形式碳的存在形式：在无机环境中：在无机环境中：在生物群落中：在生物群落中：CO2、碳酸盐、碳酸盐有机物有机物绿色植物的光合作用绿色植物的光合作用碳从生物群落返回无机环境的途径：碳从生物群
16、落返回无机环境的途径：生物的呼吸作用生物的呼吸作用微生物的分解作用微生物的分解作用煤、石油等燃料的燃煤、石油等燃料的燃烧烧碳在生物群落和无机环境间的循环方式：碳在生物群落和无机环境间的循环方式：CO2三、空气微生物生态三、空气微生物生态v不同条件下1M3空气的含菌量条件数量畜舍1-2106宿舍20000城市街道5000市区公园200海洋上空1-2北极（北纬80）0 空气中的微生物空气中的微生物（一）、分布及组成（一）、分布及组成正常无微生物生存条件正常无微生物生存条件 主要由飞尘引起主要由飞尘引起（二）、空气中暂时存在的病原微生物（二）、空气中暂时存在的病原微生物主要由病畜污染引起，飞沫、咳嗽
17、、喷嚏、排泄物、分主要由病畜污染引起，飞沫、咳嗽、喷嚏、排泄物、分泌物的干燥引起，时间短暂。泌物的干燥引起，时间短暂。（三）、空气消毒法：（三）、空气消毒法：外科手术外科手术生物药品制造，应保持周围空气中的无菌生物药品制造，应保持周围空气中的无菌空气消毒空气消毒1消毒液喷雾消毒液喷雾2熏蒸熏蒸 KmnO4 福尔马林（福尔马林（40%甲醛）甲醛）空气中的微生物的数量是大气污染空气中的微生物的数量是大气污染程度的标志之一程度的标志之一我国室内空气细菌总数卫生标准我国室内空气细菌总数卫生标准 标准项目撞击法(CFU.m-3)沉降法（CFU）一般室内40004510万级空气净化车间的空气500（四）空
18、气微生物检测空气微生物的卫生标准空气微生物的卫生标准v目前，还无统一的关于空气的卫生学指标，目前，还无统一的关于空气的卫生学指标，一般以室内一般以室内1m3 空气中细菌总数为空气中细菌总数为501,000个以上作为空气污染的指标。个以上作为空气污染的指标。表表2-2 以细菌总数评价空气的卫生标准（个以细菌总数评价空气的卫生标准（个/m3）清洁程度清洁程度细菌总数细菌总数最清洁的空气（有空调）最清洁的空气（有空调）12清洁空气清洁空气30普通空气普通空气31125临界环境临界环境150轻度污染轻度污染301空气的微生物监测空气的微生物监测v通常采用营养琼脂平板计数法。v我国检测空气微生物所用的培
19、养皿直径为d90mm，有用d100mm的。v评价空气的清洁程度，需要测定空气中的微生物数量和空气污染微生物。测定的细菌指标有细菌总数和绿色链球菌，在必要时则测病原微生物。(一一)空气微生物的测定方法空气微生物的测定方法 1固体法固体法v固体法有平皿落菌法固体法有平皿落菌法(沉降沉降平板法平板法)、撞击、撞击法法(有缝隙采样器、筛板采样器、针孔采样有缝隙采样器、筛板采样器、针孔采样器器)和过滤法。和过滤法。(1)平皿落菌法：将营养琼脂培养基融化倒人平皿落菌法：将营养琼脂培养基融化倒人d90mm无菌平皿中制成平板。将它放在待无菌平皿中制成平板。将它放在待测点测点(通常设通常设5个测点个测点)，打开
20、皿盖暴露于空，打开皿盖暴露于空气气510min，以待空气微生物降落在平板，以待空气微生物降落在平板表面上，盖好皿盖，置于培养箱中培养表面上，盖好皿盖，置于培养箱中培养48h后取出计菌落数，即为落菌数。后取出计菌落数，即为落菌数。v可通过前苏联奥梅梁斯基公式换算出浮游可通过前苏联奥梅梁斯基公式换算出浮游细菌数。细菌数。v奥氏认为：奥氏认为：5 min内落在面积内落在面积100cm2营养营养琼脂平板上的细菌数和琼脂平板上的细菌数和10L空气中所含的空气中所含的细菌数相同。细菌数相同。v奥氏公式：奥氏公式：式中：式中：C空气细菌数；空气细菌数；A捕集面积，捕集面积，cm2；t 暴露时间，暴露时间，m
21、in；N菌落数，个。菌落数，个。5t100A100010 NC=v简化后的奥氏公式：简化后的奥氏公式：经测定发现，用奥式公式计算的浮游细经测定发现，用奥式公式计算的浮游细菌数比实测的浮游细菌少。菌数比实测的浮游细菌少。此公式没有考虑尘埃粒子大小、数量、此公式没有考虑尘埃粒子大小、数量、气流情况、人员密度和活动情况。气流情况、人员密度和活动情况。C=100050NAt2 液体法液体法v液体法用于测定空气中的浮游微生物，液体法用于测定空气中的浮游微生物，主要是浮游细菌。该法将一定体积的含主要是浮游细菌。该法将一定体积的含菌空气通入无菌蒸馏水或无菌液体培养菌空气通入无菌蒸馏水或无菌液体培养基中，依靠
22、气流的洗涤和冲击使微生物基中，依靠气流的洗涤和冲击使微生物均匀分布在介质中，然后取一定量的菌均匀分布在介质中，然后取一定量的菌液涂布于营养琼脂平板上，或取一定量液涂布于营养琼脂平板上，或取一定量的菌液于无菌培养皿中，倒入的菌液于无菌培养皿中，倒入15-18ml融融化化(45)的营养琼脂培养基，混匀，待冷的营养琼脂培养基，混匀，待冷凝制成平板，置于凝制成平板，置于37恒温箱中培养恒温箱中培养48h，取出计菌落数。取出计菌落数。v以菌液体积和通入的空气量计算出单位以菌液体积和通入的空气量计算出单位体积空气中的细菌数。体积空气中的细菌数。例如：将例如：将10m3含菌空气通入含菌空气通入100mL的无
23、的无菌水中，使菌水中，使10m3空气中的微生物全部截空气中的微生物全部截留在留在100mL水中。然后取水中。然后取0.1 mL菌液涂菌液涂布于平板上，若长出布于平板上，若长出100个菌落，个菌落，10mL水中共含菌水中共含菌10,000个，则个，则10m3空气含有空气含有10,000个。个。1m3空气含有空气含有1,000个个。空气微生物的检测点数空气微生物的检测点数v空气微生物的测点数越多越准确，为照顾空气微生物的测点数越多越准确，为照顾到工作方便，又相对准确，以到工作方便，又相对准确，以2030个测个测点数为宜，最少测点数为点数为宜，最少测点数为56。四、水体微生物生态四、水体微生物生态v
24、（一）不同水体中微生物的种类（一）不同水体中微生物的种类（1）淡水型水体的微生物）淡水型水体的微生物 江、河、湖和水江、河、湖和水库库（2）海水型水体的微生物）海水型水体的微生物（1）淡水型水体的微生物）淡水型水体的微生物 地球上水的总贮量有地球上水的总贮量有13.6亿亿km3，但淡水量只，但淡水量只占其中占其中2.7%，且绝大部分以雪山、冰原等形式，且绝大部分以雪山、冰原等形式存在存在v根据淡水中有机物含量的多少根据淡水中有机物含量的多少v根据光线、溶氧和温度等的差异微生物呈垂直分布根据光线、溶氧和温度等的差异微生物呈垂直分布（2）海水型水体的微生物）海水型水体的微生物v海洋是地球上最大的水
25、体，占地球总水量的海洋是地球上最大的水体，占地球总水量的97.5%，含盐量为，含盐量为3%左右；左右；v微生物种类：微生物种类：芽孢杆菌属、假单胞菌属、弧菌属和发光芽孢杆菌属、假单胞菌属、弧菌属和发光细菌等；细菌等；v海洋微生物的垂直分布明显海洋微生物的垂直分布明显表层：好氧性微生物表层：好氧性微生物中层：紫硫细菌中层：紫硫细菌底层：厌氧菌及硫酸还原菌底层：厌氧菌及硫酸还原菌二、水圈中的微生物二、水圈中的微生物蓝细菌、藻、水生植物阳光阳光表层输入表层输入(河流河流)产氧光合产氧光合动物、原生动物、好氧细菌动物、原生动物、好氧细菌嗜甲烷菌、无机化能细菌嗜甲烷菌、无机化能细菌不产氧光合不产氧光合发
26、酵发酵厌氧呼吸菌厌氧呼吸菌产甲烷菌产甲烷菌沉积物沉积物厌厌 氧氧 层层好好 氧氧 层层表层输出表层输出层次化湖泊生态层次化湖泊生态 水体不同层次微生物分布水体不同层次微生物分布v（一）污染水体的微生物生态（一）污染水体的微生物生态v多污带：多污带：BOD高，溶氧低。以厌氧菌和兼性高，溶氧低。以厌氧菌和兼性厌氧菌为主，种类多，数量大。硫酸盐还原厌氧菌为主，种类多，数量大。硫酸盐还原菌、产甲烷菌等。菌、产甲烷菌等。v-中污带：半厌氧状态，有机物量减少，中污带：半厌氧状态，有机物量减少，BOD下降，水面上有泡沫，氨、下降，水面上有泡沫，氨、H2S等，生等，生物种类稍多。蓝藻、裸藻、绿藻，原生动物物种
27、类稍多。蓝藻、裸藻、绿藻，原生动物等。等。v-中污带：有机物较少，中污带：有机物较少，BOD和悬浮物含量和悬浮物含量降低，溶氧升高，氨和降低，溶氧升高，氨和H2S被氧化。细菌数被氧化。细菌数量下降，藻类繁殖，水生植物，固着型原生量下降，藻类繁殖，水生植物，固着型原生动物和轮虫等后生动物。动物和轮虫等后生动物。v寡污带：标志着自净的完成，无机化，寡污带：标志着自净的完成，无机化，H2S消失，细菌极少，水浑浊度低。指示生物：消失，细菌极少，水浑浊度低。指示生物：硅藻、蓝藻、钟虫、变形虫、旋轮虫、浮游硅藻、蓝藻、钟虫、变形虫、旋轮虫、浮游动物、水生植物和鱼类等。动物、水生植物和鱼类等。特特 征征多污
28、带多污带-中污带中污带-中污带中污带寡污带寡污带水色水色暗灰色，浑浊暗灰色，浑浊灰色，较浑浊灰色，较浑浊浑浊浑浊浑浊度低浑浊度低BODBOD高高减少减少,有悬浮物有悬浮物减少减少,悬浮物少悬浮物少极少极少,悬浮极少悬浮极少溶解氧含溶解氧含量量极低（或无）极低（或无）少少升高升高恢复正常恢复正常气体气体H H2 2S S、COCO2 2和和CHCH4 4NHNH3 3、H H2 2S S氨及氨及H H2 2S S减少减少H H2 2S S消失消失细菌数量细菌数量几亿几亿/毫升毫升几千万几千万/毫升毫升几万几万/毫升毫升极少极少微生物种微生物种类特点类特点（兼）厌气性（兼）厌气性硫酸还原菌硫酸还原
29、菌产甲烷菌产甲烷菌藻类及原生动藻类及原生动物出现物出现藻类大量繁殖藻类大量繁殖纤毛虫活跃纤毛虫活跃鱼腥藻、硅藻、鱼腥藻、硅藻、黄藻、钟虫、变黄藻、钟虫、变形虫形虫动物类型动物类型寡毛类（颤蚯寡毛类（颤蚯蚓）蚓）颤蚯蚓，增多颤蚯蚓，增多轮虫、浮游甲轮虫、浮游甲壳动物壳动物轮虫、浮游甲壳轮虫、浮游甲壳动物增多动物增多显花植物显花植物无无无无出现出现增多增多鱼类鱼类无无无无无无有有底泥底泥大量的有机质大量的有机质部分无机化部分无机化大量无机化大量无机化（二）水体有机污染指标vBIP指数无叶绿素的微生物占所有微生物的百分比。污染程度 清洁水轻度污染 中等污染 严重污染BIP值0882020606010
30、0v水的卫生细菌学检验1.细菌总数的测定细菌总数的测定2.大肠菌群的测定大肠菌群的测定1）1mL自来水中的细菌总数不可超过自来水中的细菌总数不可超过100个个（37C，培养，培养24h）；2）以大肠菌群为指标（总大肠菌群）以大肠菌群为指标（总大肠菌群）v包括大肠杆菌、产气肠杆菌、柠檬酸杆菌属、和肺炎包括大肠杆菌、产气肠杆菌、柠檬酸杆菌属、和肺炎克氏杆菌等克氏杆菌等 一些革兰氏阴性、无芽孢、能发酵乳糖产一些革兰氏阴性、无芽孢、能发酵乳糖产酸产气的兼性厌氧杆菌。酸产气的兼性厌氧杆菌。3）1L自来水中的大肠菌群数不能超过自来水中的大肠菌群数不能超过3个个（37C，培养，培养48h）4）大肠菌群的测定
31、）大肠菌群的测定 滤膜培养法在滤膜培养法在EMB 培养培养基上进行基上进行（三）污水处理的微生物学原理（三）污水处理的微生物学原理 v1.自然水体的自净自然水体的自净作用作用v2.水体富营养化水体富营养化 v3.污水处理及微污水处理及微生物的作用生物的作用 v1.水体的自净作用包括水体的自净作用包括物理性的沉淀、扩散、稀释作用；物理性的沉淀、扩散、稀释作用；化学性的氧化作用；化学性的氧化作用；生物学和生物化学的作用；生物学和生物化学的作用；概念概念水体自净是发生在受到污染（特别是有机污染）的水水体自净是发生在受到污染（特别是有机污染）的水体中的一个生态学过程，在这个过程中微生物消耗或吸体中的一
32、个生态学过程，在这个过程中微生物消耗或吸收了水中的污染物，使得水或水体向净化的方向转变。收了水中的污染物，使得水或水体向净化的方向转变。水体富营养化 （）概念 富营养化是湖泊分类和演化学的一个概念，它指的是当湖泊水中的N、P等植物营养物（如氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、尿素、磷酸盐）的浓度超过一定数值时引起的湖泊生态系统的一种恶性循环。（2）水体的富营养化作用和）水体的富营养化作用和“水华水华”、“赤潮赤潮”水体大量的有机物或无机物，特别是磷酸盐和无机氮化合物水体大量的有机物或无机物，特别是磷酸盐和无机氮化合物水的富营养化水的富营养化藻类等过量生长，产生大量的有机物藻类等过量生长，产生大量的有机
33、物异养微生物氧化这些有机物，耗尽水中的氧，异养微生物氧化这些有机物，耗尽水中的氧，使厌氧菌开始大量生长和代谢使厌氧菌开始大量生长和代谢分解含硫化合物，产生分解含硫化合物，产生H2S，从而导致水有难闻的气味，从而导致水有难闻的气味，鱼和好氧微生物大量死亡，水体出现大量沉淀物和异常颜色鱼和好氧微生物大量死亡，水体出现大量沉淀物和异常颜色v3、评价水体富营养化的方法v观察蓝细菌和藻类等指示生物；v测定生物的现存量；v测定原初生产力；v测定透明度；v测定氮磷元素；vAGP-藻类生产的潜在能力v一、碳素循环一、碳素循环CO2+H2O化石燃料化石燃料呼吸作用呼吸作用O2 +“CH2O”醇，有机酸，醇，有机
34、酸，H2+CO2CH4光合作用光合作用发酵作用发酵作用有氧环境有氧环境无氧环境无氧环境碳、氢、氧元素在自然界中的循环碳、氢、氧元素在自然界中的循环大气中的大气中的CO2光合作用光合作用呼吸作用呼吸作用生产者生产者（如绿色植物）（如绿色植物）消费者消费者（如动物和人（如动物和人）分解者分解者（如细菌、（如细菌、真菌）真菌）粪便、遗体残骸粪便、遗体残骸分解作用（呼吸作分解作用（呼吸作用）用）呼吸作用呼吸作用呼吸呼吸作用作用捕捕食食碳循环示意图：碳循环示意图：碳从无机环境进入生物群落的途径：碳从无机环境进入生物群落的途径：碳元素的含量：占生物体干重的碳元素的含量：占生物体干重的49%碳的存在形式：碳
35、的存在形式：在无机环境中：在无机环境中：在生物群落中：在生物群落中：CO2、碳酸盐、碳酸盐有机物有机物绿色植物的光合作用绿色植物的光合作用碳从生物群落返回无机环境的途径：碳从生物群落返回无机环境的途径：生物的呼吸作用生物的呼吸作用微生物的分解作用微生物的分解作用煤、石油等燃料的煤、石油等燃料的燃烧燃烧碳在生物群落和无机环境间的循环方式：碳在生物群落和无机环境间的循环方式：CO2v包括包括糖类、蛋白质、脂类、石油和人工合成的糖类、蛋白质、脂类、石油和人工合成的有机化合物等有机化合物等。难溶的多糖难溶的多糖，且当一些难溶解的多糖数量较大且当一些难溶解的多糖数量较大时才会使自净时间大大增加，从而对环
36、境造成时才会使自净时间大大增加，从而对环境造成污染。污染。这类多糖主要是这类多糖主要是纤维素、半纤维素、果纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉胶质、木质素、淀粉。v葡萄糖高聚物，每个纤维素分子含葡萄糖高聚物，每个纤维素分子含140010000个葡萄糖基（个葡萄糖基（1-4糖苷键）。糖苷键）。棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城市垃圾等，其中均含有大量纤维素。及城市垃圾等，其中均含有大量纤维素。微生物微生物v好氧细菌好氧细菌粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌v厌氧细菌厌氧细菌产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌
37、氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。v放放 线线 菌菌链霉菌属。链霉菌属。v真真 菌菌青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。霉。v存在于植物细胞壁的杂多糖。造纸废水和人造存在于植物细胞壁的杂多糖。造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。纤维废水中含半纤维素。TCA循环循环 聚糖酶聚糖酶 CO2+H2O 半纤维素半纤维素 单糖单糖+糖醛酸糖醛酸 H2O 各种发酵产各种发酵产物物 厌氧分解厌氧分解v分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素。v许多芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌及放线菌能分解半纤维素。霉菌许多芽孢杆菌、假单胞菌、
38、节细菌及放线菌能分解半纤维素。霉菌有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。v水中来源：水中来源：毛纺、毛条厂废水、毛纺、毛条厂废水、油脂厂废水、肉联厂废水、制油脂厂废水、肉联厂废水、制革厂废水含有大量油脂革厂废水含有大量油脂v降解油脂较快的微生物：降解油脂较快的微生物：v细细 菌菌 荧光杆菌、绿脓杆荧光杆菌、绿脓杆菌、灵杆菌菌、灵杆菌v丝状菌丝状菌 放线菌、分支杆菌放线菌、分支杆菌v真真 菌菌 青霉、乳霉、曲霉青霉、乳霉、曲霉v途径：途径：水解水解+氧化氧化v石油是含有烷烃、环烷烃、芳香烃及少量非石油是含有烷烃、环烷烃、芳香烃及少量非烃化合物的复杂混合物
39、。烃化合物的复杂混合物。石油污染主要出现石油污染主要出现在在采油区采油区和和石油运输事故现场石油运输事故现场以及以及石化行业石化行业的工业废水的工业废水中。中。v与分子结构有关与分子结构有关提问：什么是石油？提问：什么是石油？v降解石油的微生物很多，据报道有降解石油的微生物很多，据报道有200多种多种v细细 菌菌 假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属放线菌产碱杆菌属放线菌 诺卡氏菌诺卡氏菌v酵母菌酵母菌 假丝酵母假丝酵母v霉霉 菌菌 青霉属、曲霉属青霉属、曲霉属v藻藻 类类 蓝藻和绿藻蓝藻和绿藻v芳香烃普遍具有生物毒性，但在低浓度范围内它们可芳香烃普遍具有生物
40、毒性，但在低浓度范围内它们可以不同程度的被微生物分解。以不同程度的被微生物分解。已知降解不同芳香烃的细菌类别已知降解不同芳香烃的细菌类别 苯类苯类 酚类酚类萘萘菲菲 蒽蒽微生物微生物名名 称称荧光假单胞荧光假单胞菌、铜绿色菌、铜绿色假单胞菌及假单胞菌及苯杆菌苯杆菌铜 绿 色 假 单 胞铜 绿 色 假 单 胞菌、溶条假单胞菌、溶条假单胞菌、诺卡氏菌、菌、诺卡氏菌、球形小球菌、无球形小球菌、无色杆菌及分枝杆色杆菌及分枝杆菌菌菲杆菲杆菌、菲菌、菲芽孢杆芽孢杆菌菌荧光假单胞荧光假单胞菌和铜绿色菌和铜绿色假单胞菌、假单胞菌、小球菌及大小球菌及大肠埃希氏菌肠埃希氏菌v苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示苯、萘
41、、菲、蒽的降解为如下图所示 v酚也是酚也是先被氧化为邻苯二酚先被氧化为邻苯二酚，这样各类芳香烃在降解，这样各类芳香烃在降解的后半段是相同的，可表示如下的后半段是相同的，可表示如下大气大气N2生物体生物体有机氮有机氮NH4+NO3-NO2-NON2ONH2OHNH4+生 物 固生 物 固氮氮 亚 硝亚 硝酸 氨 化酸 氨 化作用作用硝化作用硝化作用硝化作用硝化作用铵盐同化作用铵盐同化作用氨化作用氨化作用 硝 酸硝 酸盐 同 化盐 同 化作用作用异化硝酸异化硝酸盐还原作用盐还原作用反反硝硝化化作作用用 水中来源：水中来源：生活污水、屠宰废水、罐头食品加工废水、生活污水、屠宰废水、罐头食品加工废水、
42、制革废水等制革废水等 种类很多种类很多好好 氧氧 细细 菌菌 链球菌和葡萄球菌链球菌和葡萄球菌好氧芽孢细菌好氧芽孢细菌枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌及马铃薯芽孢杆菌及马铃薯芽孢杆菌 兼兼 性性 厌厌 氧氧 菌菌变形杆菌、假单胞菌变形杆菌、假单胞菌 厌厌 氧氧 菌菌腐败梭状芽孢杆菌、生孢梭状芽孢杆菌腐败梭状芽孢杆菌、生孢梭状芽孢杆菌此外，还有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及链霉菌此外，还有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及链霉菌(放线菌放线菌)。4.污水处理及微生物的作用B 蛋白质物质的氨化作用过程蛋白质物质的氨化作用过程蛋白质蛋白质蛋白酶蛋白酶水解水解肽肽肽
43、酶肽酶水解水解氨基酸氨基酸降降解解NH3氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用水解脱氨基作用水解脱氨基作用还原脱氨基作用还原脱氨基作用CO(NH2)2+2H2O (NH4)2CO3尿酶尿酶2NH3+CO2+H2OC 尿素氨化作用过程尿素氨化作用过程尿素细菌：尿素细菌：1 1、球菌、球菌：尿素生孢八叠球菌：尿素生孢八叠球菌 2 2、芽孢杆菌、芽孢杆菌：巴斯德尿素芽孢杆菌：巴斯德尿素芽孢杆菌v氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等腈类化合物腈类化合物及及硝基化合物硝基化合物 v水中来源：水中来源：化工腈纶废水、国防工业废水、电镀废水等化工腈纶废水、国防工业废水、电镀废水等。
44、v危危 害：害：生物毒害生物毒害、环境积累、环境积累v细细 菌菌紫色杆菌、假单胞菌紫色杆菌、假单胞菌v放线菌放线菌诺卡氏菌诺卡氏菌v真真 菌菌氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌(茄科病镰刀茄科病镰刀霉霉)、木霉及担子菌等、木霉及担子菌等 v5HCN+5.5O2 5CO2+H2O+5NH3 ORCH2CN （RCH2C-NH2）RCH2COOH+NH3 CO2+H2OH2OH2O担子菌还能利用甲醛、氨水和氢氰酸在腈合成酶的作用下担子菌还能利用甲醛、氨水和氢氰酸在腈合成酶的作用下缩合成为缩合成为氨基乙腈，进而合成为丙氨酸。氨基乙腈，进而合成为丙氨酸。HCN CH3COH CH
45、3CHNH2CN CH3CHNH2COOH v重要概念v固氮作用：通过固氮微生物的固氮酶作用将分子N2转化为NH3，进而合成有机氮化合物。v固氮菌：好氧菌：根瘤菌属、褐球固氮菌、黄色固氮菌等。v 厌氧固氮菌：光合细菌如红螺菌。小着色菌及绿菌属，固氮蓝细菌。v氨化作用（脱氨作用）：有机氮化合物在氨化微生物作用下脱氨基产生氨。v硝化作用：有氧条件下，氨基酸脱下的氨经亚硝化细菌和硝化细菌的作用转化为硝酸。v反硝化作用：兼性厌氧的硝酸盐还原细菌将硝酸盐还原为氮气。（缺氧条件）吸收吸收 生物固氮生物固氮 NO3-、NO2-NH3 硝化作用硝化作用（氧充足（氧充足）大气中的大气中的N2捕食捕食 固氮作用固
46、氮作用生产者（如绿色植物）生产者（如绿色植物）消费者消费者（如动物和人（如动物和人）动植物遗体残骸动植物遗体残骸分解者分解者（如细菌、真菌）（如细菌、真菌）吸收吸收 微生物的分解作用微生物的分解作用 高能固氮高能固氮 工业固氮工业固氮 氮素化肥（尿素、氮素化肥（尿素、铵盐、硝酸盐等铵盐、硝酸盐等）吸收吸收 固氮作用固氮作用反硝化作用反硝化作用（氧不足）（氧不足）二、氮循环示意图：二、氮循环示意图：SSO42-H2S生物体有生物体有机硫机硫异化硫酸盐还原异化硫酸盐还原反硝化作用反硝化作用同化硫酸盐还同化硫酸盐还原原脱硫作用脱硫作用硫化作用硫化作用异化硫还原异化硫还原硫化作用硫化作用v重要概念：v
47、硫化作用：在有氧条件下，通过硫细菌的作用将硫化氢氧化为单质硫，进而氧化为硫酸，这个过程称为硫化作用。v硫化细菌v反硝化作用：缺氧状态下，硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐和次硫酸盐在微生物的还原作用下形成硫化氢。三、硫循环示意图：三、硫循环示意图：大气中的大气中的SO2吸收吸收 降水降水生产者生产者（如绿色植（如绿色植物）物）消费者消费者（如动物和（如动物和人）人）土壤或水土壤或水体 中 的体 中 的SO42-动植物遗体残骸动植物遗体残骸分解者分解者（如细菌、（如细菌、真菌）真菌）吸收吸收 捕食捕食 煤、石煤、石油等化油等化石燃料石燃料分解作用分解作用 分解作用分解作用 燃烧燃烧 燃烧燃烧 火山爆发
48、火山爆发四、磷的循环四、磷的循环生物有机磷生物有机磷不溶性磷酸盐磷酸或可溶性磷酸盐与 土 壤 中与 土 壤 中的 盐 基 结的 盐 基 结合合产酸微生物的产酸微生物的作用或磷肥的作用或磷肥的生产生产植物与微生物植物与微生物的吸收同化的吸收同化微生物的分微生物的分解作用解作用微生物在自然界中磷元素的循环作用微生物在自然界中磷元素的循环作用五、铁的循环五、铁的循环好氧环境好氧环境厌氧环境厌氧环境Fe2+Fe3+Fe3O4Fe3O4厌氧的湖沼厌氧的湖沼高铁杆菌、高铁杆菌、还原金属地还原金属地杆菌、还原杆菌、还原铁地弧菌、铁地弧菌、乙酸氧化脱乙酸氧化脱硫单胞菌、硫单胞菌、甲醇暗杆菌甲醇暗杆菌厌氧紫色光养细厌氧紫色光养细菌菌趋磁水螺菌趋磁水螺菌未知的化学因素未知的化学因素铁元素在自然界中的循环铁元素在自然界中的循环好氧的氧化亚铁硫杆好氧的氧化亚铁硫杆菌、嗜热的流化叶菌菌、嗜热的流化叶菌属等属等
