本書系統(tǒng)闡述了環(huán)境微生物學的基本知識與原理——培養(yǎng)基及制備，微生物分離及培養(yǎng)技術，微生物菌種鑒定，微生物生長與代謝及微生物生態(tài)等；深入討論了環(huán)境微生物技術在環(huán)境保護中的作用——微生物大分子制備，微生物分子生物學技術等；并介紹了微生物對人類生存環(huán)境的作用及其實際調控與應用——環(huán)境工程中各種生物處理方法的微生物機理，微生物對環(huán)境污染物的降解及其在污染控制中的應用。本書適于環(huán)境工程、環(huán)境科學、環(huán)境生物技術等專業(yè)及卓越工程師教育等大專院校及相關專業(yè)的高年級本科生和研究生作為教材使用，還可供環(huán)境科學、環(huán)境工程科研人員技術人員參考閱讀。
適讀人群 ：環(huán)境科學環(huán)境工程專業(yè)本科生、研究生，從事環(huán)境工程、環(huán)境科學科研工作的科技人員，其他感興趣的讀者。
本教材從教學內(nèi)容上進行精心設計，所編寫的《環(huán)境微生物技術》教材不僅反映環(huán)境微生物技術的最新發(fā)展，而且反映環(huán)境微生物技術在更大范圍的應用，對學生在掌握微生物技術的基礎上，更好地將其應用于環(huán)境各領域的實際，使得理論與實際更緊密地相結合。本教材適于環(huán)境工程、環(huán)境科學、環(huán)境生物技術等專業(yè)及卓越工程師教育等大專院校及相關專業(yè)的本科生和研究生使用。
1緒論1
1.1環(huán)境生物技術1
1.2環(huán)境生物技術在環(huán)境科學與工程中的應用2
1.2.1環(huán)境生物技術在水污染治理中的應用2
1.2.2環(huán)境生物技術在廢氣及大氣污染治理中的應用4
1.2.3環(huán)境生物技術在固體廢物處理中的應用4
1.2.4環(huán)境生物技術在污染土壤修復中的應用5
1.2.5環(huán)境生物技術在污染監(jiān)測中的應用6
1.3環(huán)境生物技術的發(fā)展6
1.3.1微生物脫硫技術的開發(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與其他技術的結合7
1.3.6分子生物學技術監(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(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無菌操作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(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質譜分析90
參考文獻90
6微生物大分子制備技術92
6.1核酸的提取與制備92
6.1.1核酸的理化性質92
6.1.2核酸的提取與制備96
6.1.3DNA濃度的測定100
6.2蛋白質的提取與制備100
6.2.1蛋白質的理化性質100
6.2.2蛋白質的提取與制備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聚丙烯酰胺凝膠電泳(polyacrylamide gel electrophoresis,PAGE)111
6.4.4SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDSpolyacrylamide gel electrophoresis,
SDSPAGE)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復制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(huán)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(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微生物群落結構分析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)代分子生物學方法156
8.3聚合酶鏈反應變性梯度凝膠電泳(PCRDGGE)160
8.3.116S rDNAV3 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(lián)合反應176
9.4.5氯原子的取代反應與生物降解的關系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)藥污染的新技術和新方法201
12.3.6微生物降解農(nóng)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(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(lián)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(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(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(fā)展前景219
參考文獻219
15有效微生物菌群技術及在環(huán)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(yè)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(fā)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(fā)展前景232
參考文獻233
17酶制劑處理污染物技術234
17.1酶制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(nóng)藥降解酶235
17.2酶制劑在廢水處理中的應用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(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(fā)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(yǎng)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(fā)與應用250
19.6發(fā)展前景251
參考文獻252
20熒光定量PCR技術在環(huán)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(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的應用254
20.4.1國外應用現(xiàn)狀255
20.4.2國內(nèi)應用現(xiàn)狀255
參考文獻256
21污染環(huán)境的生物修復技術258
21.1環(huán)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(huán)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(huán)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(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(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(yè)中的應用277
23.3.2在造紙工業(yè)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(yī)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(fā)展前景289
參考文獻290
1.2.4環(huán)境生物技術在污染土壤修復中的應用
微生物是自然界生態(tài)系統(tǒng)中的分解者，它可使進入環(huán)境的污染物不斷地降解，最終轉化為二氧化碳、水等無機物，使污染的環(huán)境得以凈化，然而在某些天然污染環(huán)境中往往因缺乏合適的降解微生物或因微生物數(shù)量（濃度）過低、缺乏使微生物生長所必要的營養(yǎng)（如氮、磷等），缺乏足夠的溶解氧等條件，使污染環(huán)境的自凈過程極其緩慢，使污染物不斷貯積，結果環(huán)境污染程度更趨嚴重。生物修復 (Bioremediation) 是利用植物或微生物來降解土壤中的有機毒有害物質，如農(nóng)藥、石油烴類和有機磷、有機氯、聚合物污染及重金屬污染等，使污染了的環(huán)境能部分或完全恢復到原始狀態(tài)的過程。生物修復是通過提高通氣效率、補充營養(yǎng)、投加優(yōu)良菌種、改善環(huán)境條件等辦法來提高微生物的代謝作用和降解活性，以促進對污染物的降解速度，從而達到治理污染環(huán)境的目的。污染土壤的生物修復過程可以增加土壤有機質的含量，激發(fā)微生物的活性，由此可以改善土壤的生態(tài)結構，這將有助于土壤的固定，遏制風蝕、水蝕等作用，防止水土流失。目前生物修復已成功應用于土壤、地下水、河道和近海洋面的污染治理。
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