环境微生物技术.pdf

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书籍描述

内容简介
本书系统阐述了环境微生物学的基本知识与原理——培养基及制备,微生物分离及培养技术,微生物菌种鉴定,微生物生长与代谢及微生物生态等;深入讨论了环境微生物技术在环境保护中的作用——微生物大分子制备,微生物分子生物学技术等;并介绍了微生物对人类生存环境的作用及其实际调控与应用——环境工程中各种生物处理方法的微生物机理,微生物对环境污染物的降解及其在污染控制中的应用。本书适于环境工程、环境科学、环境生物技术等专业及卓越工程师教育等大专院校及相关专业的高年级本科生和研究生作为教材使用,还可供环境科学、环境工程科研人员技术人员参考阅读。

编辑推荐
本教材从教学内容上进行精心设计,所编写的《环境微生物技术》教材不仅反映环境微生物技术的最新发展,而且反映环境微生物技术在更大范围的应用,对学生在掌握微生物技术的基础上,更好地将其应用于环境各领域的实际,使得理论与实际更紧密地相结合。本教材适于环境工程、环境科学、环境生物技术等专业及卓越工程师教育等大专院校及相关专业的本科生和研究生使用。


目录
1绪论1
1.1环境生物技术1
1.2环境生物技术在环境科学与工程中的应用2
1.2.1环境生物技术在水污染治理中的应用2
1.2.2环境生物技术在废气及大气污染治理中的应用4
1.2.3环境生物技术在固体废物处理中的应用4
1.2.4环境生物技术在污染土壤修复中的应用5
1.2.5环境生物技术在污染监测中的应用6
1.3环境生物技术的发展6
1.3.1微生物脱硫技术的开发6
1.3.2水污染治理工艺的完善6
1.3.3难降解污染物的处理7
1.3.4生物传感器的研制7
1.3.5与其他技术的结合7
1.3.6分子生物学技术监测环境污染物的降解研究7
参考文献7
2培养基及制备10
2.1微生物的营养10
2.1.1碳源(carbon source)10
2.1.2氮源(nitrogen source)11
2.1.3无机盐(inorganic salt)11
2.1.4生长因子(growth factor)12
2.1.5水(water)12
2.1.6能源(energy source)13
2.2微生物的培养基14
2.2.1培养基的分类14
2.2.2培养基的选择16
2.2.3培养基的设计17
2.2.4培养基碳源的添加17
2.3培养基的灭菌18
2.3.1灭菌的原理和方法18
2.3.2培养基灭菌21
参考文献23
3微生物分离及培养技术25
3.1含微生物样品的采集25
3.1.1从土壤中采样25
3.1.2从水体中采样26
3.2含微生物样品的富集培养26
3.2.1控制培养基的营养成分26
3.2.2控制培养条件27
3.2.3抑制不需要的菌类27
3.3微生物的分离与纯化28
3.3.1倾注平板法(pour plate method)28
3.3.2涂布平板法(spread plate method)28
3.3.3平板划线法(streak plate technique)28
3.3.4富集培养法(enrichment culture)29
3.3.5厌氧法(anaerobic culture)29
3.4微生物接种与培养29
3.4.1接种工具30
3.4.2常用的接种方法30
3.4.3无菌操作31
3.4.4微生物培养31
3.4.5培养条件的控制31
3.5微生物菌种保藏33
3.5.1菌种保藏方法33
3.5.2国内外主要菌种保藏机构35
参考文献36
4微生物菌种鉴定37
4.1微生物的分类和命名37
4.1.1微生物的分类37
4.1.2微生物的命名38
4.1.3微生物系统发育分析38
4.2微生物的形态学鉴定39
4.2.1微生物的显微形态鉴定40
4.2.2微生物的培养特征49
4.3微生物的生理生化鉴定50
4.3.1微生物生长条件的测定50
4.3.2微生物酶的测定51
4.3.3微生物糖代谢的测定52
4.3.4微生物其他代谢的测定54
4.4微生物的分子生物学鉴定55
4.4.1DNA中(G+C)摩尔分数分析55
4.4.2核酸杂交56
4.4.3仪器自动化鉴定57
4.4.416S rRNA(16S rDNA)寡核苷酸的序列分析57
4.5微生物数据库检索58
4.5.1分子生物信息数据库58
4.5.2GenBank数据库59
4.5.3微生物数据检索61
4.5.4系统发育树构建61
参考文献61
5微生物生长与代谢63
5.1微生物的生长和繁殖63
5.1.1微生物的个体生长与繁殖63
5.1.2微生物的群体生长规律65
5.2微生物生长的影响因素68
5.2.1温度69
5.2.2氢离子浓度(pH)70
5.2.3湿度、渗透压与水活度72
5.2.4氧和氧化还原电位72
5.2.5氧以外的其他气体74
5.2.6辐射74
5.2.7超声波74
5.2.8消毒剂、杀菌剂与化学疗剂75
5.3微生物生长量的测定77
5.3.1直接计数法(又称全数法)77
5.3.2活菌计数法(又称间接计数法)78
5.3.3细胞物质量测定法79
5.4微生物代谢与有机物降解80
5.4.1微生物的代谢80
5.4.2微生物有氧呼吸与有机物降解81
5.4.3微生物无氧呼吸与有机物降解83
5.5微生物代谢产物的测定85
5.5.1分析样品制备85
5.5.2薄层色谱分析86
5.5.3气相色谱分析87
5.5.4高效液相色谱分析89
5.5.5质谱分析90
参考文献90
6微生物大分子制备技术92
6.1核酸的提取与制备92
6.1.1核酸的理化性质92
6.1.2核酸的提取与制备96
6.1.3DNA浓度的测定100
6.2蛋白质的提取与制备100
6.2.1蛋白质的理化性质100
6.2.2蛋白质的提取与制备101
6.3离心技术106
6.3.1基本原理106
6.3.2离心分离方法106
6.3.3密度梯度离心与差速离心比较108
6.4电泳技术109
6.4.1电泳槽和电源109
6.4.2琼脂糖电泳(agarose gel electrophoresis,AE)109
6.4.3聚丙烯酰胺凝胶电泳(polyacrylamide gel electrophoresis,PAGE)111
6.4.4SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDSpolyacrylamide gel electrophoresis,
SDSPAGE)113
6.4.5等电聚焦电泳(isoelectric focusing electrophoresis,IFE)114
6.5色谱技术114
6.5.1凝胶色谱(gel chromatography)115
6.5.2离子交换色谱(ion exchange chromatography)117
6.5.3吸附色谱(adsorption chromatography)118
6.5.4分配色谱(partition chromtography)119
6.5.5亲和色谱(affinity chromatography)120
参考文献120
7微生物核酸分子生物学技术122
7.1核酸的扩增——PCR技术122
7.1.1DNA复制123
7.1.2聚合酶链式反应(PCR)127
7.1.3PCR相关技术130
7.1.4PCR技术在环境领域中的应用131
7.2DNA测序及分析132
7.2.1核酸的分子结构132
7.2.2DNA一级结构的测定135
7.3基因克隆技术140
7.3.1基因重组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
参考文献149
8微生物生态150
8.1微生物生态系统150
8.1.1微生物生态系统的构成150
8.1.2微生物生态系统的种群多样性151
8.1.3微生物生态系统的功能151
8.2微生物群落结构分析154
8.2.1传统培养分离法154
8.2.2群落水平生理学指纹法(CLPP)155
8.2.3生物标记物法(biomakers)155
8.2.4现代分子生物学方法156
8.3聚合酶链反应变性梯度凝胶电泳(PCRDGGE)160
8.3.116S rDNAV3 区的PCR扩增161
8.3.2变性梯度凝胶电泳161
8.4随机扩增的多态性DNA(RAPD)163
8.4.1环境DNA的制备163
8.4.2RAPD扩增163
参考文献164
9环境激素的生物降解167
9.1环境激素受体的作用机理168
9.1.1受体168
9.1.2环境激素受体的作用机理168
9.2双酚A的生物降解169
9.2.1细菌对双酚A的降解170
9.2.2真菌及其产生的酶对双酚A的降解170
9.3壬基酚的生物降解170
9.3.1壬基酚的降解途径170
9.3.2壬基酚在环境中的生物降解及影响因素171
9.4多氯联苯的生物降解172
9.4.1多氯联苯的生物转化172
9.4.2PCBs的厌氧脱氯反应172
9.4.3PCBs的好氧生物处理174
9.4.4厌氧好氧的联合反应176
9.4.5氯原子的取代反应与生物降解的关系176
参考文献176
10阻燃剂对环境影响的持久性及生物降解性180
10.1溴系阻燃剂181
10.2溴系阻燃剂的环境归宿182
10.3生物降解和生物修复182
10.3.1生物好氧降解183
10.3.2生物厌氧降解184
10.4发展前景185
参考文献185
11生物法降解偶氮染料186
11.1偶氮染料对环境及人体的危害186
11.1.1偶氮染料186
11.1.2偶氮染料对环境的危害186
11.1.3偶氮染料对人体的毒性作用187
11.2偶氮染料生物处理方法187
11.2.1常规生物处理法187
11.2.2微生物技术189
11.3偶氮染料降解的好氧和厌氧机制191
11.4偶氮染料降解涉及的生物氧化酶191
11.5发展前景192
参考文献192
12农药的微生物降解195
12.1农药的分类195
12.2农药污染的现状、危害及原因196
12.2.1农药污染的现状196
12.2.2农药污染的危害196
12.3农药的微生物降解198
12.3.1降解农药污染的微生物198
12.3.2微生物降解农药污染的机理199
12.3.3影响微生物降解农药污染的因素199
12.3.4微生物降解农药污染存在的问题200
12.3.5微生物降解农药污染的新技术和新方法201
12.3.6微生物降解农药污染的应用202
参考文献202
13微生物絮凝剂203
13.1微生物絮凝剂的概述203
13.1.1微生物絮凝的优点203
13.1.2微生物絮凝剂的发展史203
13.2微生物絮凝剂的分类204
13.3微生物絮凝剂产生菌204
13.4微生物絮凝剂的化学成分及结构205
13.5微生物絮凝剂的絮凝机理207
13.5.1“桥联作用”机理207
13.5.2“电性中和”机理207
13.5.3“化学反应”机理207
13.6影响微生物絮凝剂的絮凝作用的因素207
13.6.1物化因素对絮凝剂的絮凝作用的影响208
13.6.2微生物高聚物絮凝剂分子量和分子结构对絮凝活性的影响208
13.6.3pH对微生物高聚物絮凝剂絮凝活性的影响208
13.6.4温度对微生物高聚物絮凝剂絮凝活性的影响208
13.6.5金属离子对微生物高聚物絮凝剂絮凝活性的影响208
13.7生物因素对絮凝剂絮凝作用的影响208
13.7.1微生物高聚物絮凝剂产生菌的培养条件209
13.7.2培养基组成对微生物高聚物絮凝剂产生的影响209
13.7.3培养基pH对微生物高聚物絮凝剂产生的影响210
13.7.4培养基温度对微生物高聚物絮凝剂产生的影响210
13.7.5通气量对微生物高聚物絮凝剂产生的影响210
13.7.6其他因素对微生物高聚物絮凝剂产生的影响210
13.8微生物絮凝剂的应用210
13.8.1回收废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脱水处理211
13.8.3发酵液后处理及对生物细胞的絮凝211
13.8.4橡胶产业用于提高脱脂橡胶的产量211
13.9微生物絮凝剂的研究动向和新的研究方法211
13.10微生物絮凝剂的开发和存在的问题211
参考文献212
14生物表面活性剂及其在重金属污染修复中的应用214
14.1生物表面活性剂214
14.1.1生物表面活性剂的定义及分类214
14.1.2生物表面活性剂的结构和性能214
14.1.3生物表面活性剂的生产215
14.1.4生物表面活性剂的制备条件优化215
14.2生物表面活性剂在重金属污染修复中的应用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枯草杆菌表面活性剂(surfactin)218
14.3生物表面活性剂去除重金属作用机制的研究和影响因素218
14.3.1生物表面活性剂去除重金属作用机制218
14.3.2影响重金属去除效率的因素218
14.4发展前景219
参考文献219
15有效微生物菌群技术及在环保中的应用222
15.1有效微生物菌群(EM)技术的基本机理222
15.2EM在污水处理中的应用223
15.2.1EM在城市生活污水治理中的应用223
15.2.2EM在工业废水治理中的应用225
15.3EM技术在净化空气、生物技术除臭方面的应用226
15.4EM在土壤净化中的应用226
15.5EM在垃圾处理中的应用227
15.6发展前景227
参考文献227
16固定化微生物技术229
16.1固定化方法及其载体的选择229
16.1.1固定化的方法229
16.1.2载体的选择231
16.2固定化微生物技术在废水处理中的应用231
16.2.1难降解有机废水的处理231
16.2.2重金属废水的处理232
16.2.3高浓度有机废水的处理232
16.2.4含氮含磷废水的处理232
16.3发展前景232
参考文献233
17酶制剂处理污染物技术234
17.1酶制剂在污染物处理中的应用234
17.1.1过氧化物酶对酚类废水的处理234
17.1.2有机磷农药降解酶235
17.2酶制剂在废水处理中的应用236
17.3酶制剂的固定化237
17.4酶制剂在废弃物处理中的应用237
17.4.1脂肪酶237
17.4.2角蛋白酶238
17.4.3纤维素酶238
17.4.4其他酶制剂238
参考文献239
18同步硝化反硝化生物脱氮技术240
18.1生物脱氮原理240
18.1.1生物脱氮过程240
18.1.2除氮细菌的种类240
18.1.3生物脱氮241
18.2同步硝化反硝化脱氮技术242
18.2.1含义242
18.2.2优点243
18.2.3可行性243
18.2.4特点243
18.3MBBR同步硝化反硝化脱氮技术243
18.3.1移动床生物膜反应器243
18.3.2主要控制因素243
18.4发展前景244
参考文献244
19共代谢技术处理难降解有机物246
19.1难降解污染物的来源246
19.2共代谢技术研究247
19.3共代谢作用的特点247
19.4共代谢的影响因素247
19.4.1生长基质的选择247
19.4.2生长基质和非生长基质浓度的比例248
19.4.3能量物质248
19.4.4营养物质248
19.4.5菌种的影响248
19.5共代谢作用处理难降解性污染物的工艺研究248
19.5.1共代谢中的厌氧与好氧工艺选择248
19.5.2好氧工艺中溶解氧浓度的选择249
19.5.3生物膜反应器在共代谢反应的应用249
19.5.4序批式生物膜反应器(SBMR)开发与应用250
19.6发展前景251
参考文献252
20荧光定量PCR技术在环境中的应用253
20.1实时荧光定量PCR技术的定量原理253
20.2荧光定量PCR的荧光化学基础253
20.2.1荧光基团原理253
20.2.2荧光定量PCR的分类方法254
20.3实时荧光定量PCR的优点与不足254
20.3.1优点254
20.3.2不足254
20.4荧光定量PCR的应用254
20.4.1国外应用现状255
20.4.2国内应用现状255
参考文献256
21污染环境的生物修复技术258
21.1环境生物修复机理258
21.1.1生物修复的特点及类型258
21.1.2生物修复微生物258
21.1.3多环芳烃的生物修复259
21.1.4重金属的生物修复259
21.1.5微生物修复的影响因素260
21.2微生物对有机污染物的修复260
21.2.1有机污染物修复机理261
21.2.2影响微生物降解有机污染物的因素261
21.3污染土壤的微生物修复261
21.3.1重金属污染土壤的微生物修复机理261
21.3.2有机污染土壤的微生物修复机理262
21.4地下水污染修复中的生物化学原理262
21.4.1地下水污染的迁移262
21.4.2地下水环境的修复技术263
21.4.3地下水的微生物修复263
21.5含硫废气微生物处理263
21.5.1传统废气脱硫方法263
21.5.2微生物烟气脱硫原理263
21.6固体废物生物修复263
21.6.1固体废物分类263
21.6.2生物处理264
参考文献264
22高效功能性浸矿菌群及其应用265
22.1浸矿微生物265
22.1.1浸矿高温菌265
22.1.2中等高温菌266
22.1.3极端高温菌266
22.2培养与鉴定方法267
22.2.1培养基267
22.2.2基于分子生物学鉴定方法267
22.3发展前景270
参考文献270
23细菌纤维素及其在燃料电池中的应用272
23.1细菌纤维素的生物合成272
23.1.1细菌纤维素生产菌种272
23.1.2细菌纤维素的生物合成途径及调控272
23.2细菌纤维素的结构和理化特性275
23.2.1细菌纤维素的结构275
23.2.2细菌纤维素的理化特性276
23.3细菌纤维素的应用277
23.3.1在食品工业中的应用277
23.3.2在造纸工业中的应用278
23.3.3在音响振动膜上的应用278
23.3.4在生物医学材料上的应用278
23.3.5在固定化载体上的应用278
23.3.6在渗透汽化膜上的应用279
23.4燃料电池及BC在燃料电池中的应用279
23.4.1燃料电池概述279
23.4.2纤维素及其衍生物在燃料电池中应用280
23.4.3细菌纤维素在燃料电池上的应用281
参考文献282
24微藻微生物燃料电池技术285
24.1微藻制取生物柴油285
24.1.1微藻生产生物柴油285
24.1.2富油微藻的筛选286
24.1.3构建富油微藻工程菌286
24.2微生物燃料电池技术287
24.2.1微藻阳极型微生物燃料电池287
24.2.2高效微藻阴极型微生物燃料电池288
24.2.3微生物燃料电池的应用288
24.3发展前景289
参考文献290

文摘
1.2.4环境生物技术在污染土壤修复中的应用
微生物是自然界生态系统中的分解者,它可使进入环境的污染物不断地降解,最终转化为二氧化碳、水等无机物,使污染的环境得以净化,然而在某些天然污染环境中往往因缺乏合适的降解微生物或因微生物数量(浓度)过低、缺乏使微生物生长所必要的营养(如氮、磷等),缺乏足够的溶解氧等条件,使污染环境的自净过程极其缓慢,使污染物不断贮积,结果环境污染程度更趋严重。生物修复 (Bioremediation) 是利用植物或微生物来降解土壤中的有机毒有害物质,如农药、石油烃类和有机磷、有机氯、聚合物污染及重金属污染等,使污染了的环境能部分或完全恢复到原始状态的过程。生物修复是通过提高通气效率、补充营养、投加优良菌种、改善环境条件等办法来提高微生物的代谢作用和降解活性,以促进对污染物的降解速度,从而达到治理污染环境的目的。污染土壤的生物修复过程可以增加土壤有机质的含量,激发微生物的活性,由此可以改善土壤的生态结构,这将有助于土壤的固定,遏制风蚀、水蚀等作用,防止水土流失。目前生物修复已成功应用于土壤、地下水、河道和近海洋面的污染治理。

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