环境微生物技术复习

第一章绪论

环境生物技术的定义：中国生物技术发展中心对环境生物技术概括为：环境生物技术是现代生命科学与环境工程技术相结合而形成的前沿交叉学科。环境生物技术采用现代分子生物学和分子生态学的原理和方法，充分利用各种环境生物的特殊功能，进行生物净化、生物修复、生物转化和生物催化，从污染治理、清洁生产到可再生资源利用，多层面、全方位地解决工业和生活污染、农业和农村面源污染、荒漠化和海水污染等问题。

基本特征（环境生物技术）：见定义

研究内容：环境生物技术的研究内容，国内某些学者从技术难度和理论深度的角度，将其分为三个部分或三个层次：

第一层次为现代环境生物技术，是指以基因工程为主导的近代防治污染生物技术，包括构建降解杀虫剂、除草剂、多环芳烃类化合物等污染物的高效基因工程菌，创造抗污染型转基因植物等。这一层次知识密集，为快速、有效地防治污染开辟了新途径，使解决日益出现的大量环境难题成为可能。

第二和第三层次为传统的环境生物技术。

第二层次是以废物的生物处理为主要内容，包括在新的理论和技术支撑下开发出的一系列废物强化处理工艺。这是目前广泛使用的治理污染的生物技术。仍在不断强化和改进，已为控制现时的环境质量起到了极其重要的作用。

第三层次主要包括氧化塘、人工湿地和农业生态工程等，其特点是最大限度地发挥自然界的生物环境功能，投资运行费用少，易于操作管理。

发展趋势：１.降解污染物的工程菌和抗污染型转基因植物的相关研究；２.金属去除；3.植物补救；４.固体废物处理；５.石油生物污染生物补救；６.废水生物处理；７.氯化有机物生物降解；８.Ｎ、Ｐ代谢去除；９.CO２、SOＸ、NOＸ固定化生物去除；10.生物监测；11.清洁生产、清洁能源；12.再生能源；13.厌氧条件下化合物降解。

第二章环境微生物分离筛选技术

富集培养原则（环境微生物）：

(1)控制培养基的营养成分——在分离该类菌株之前，可在增殖培养基中人为加入相应的底物作惟一碳源或氮源。那些能分解利用的菌株因得到充足的营养而迅速繁殖，其他微生物则由于不能分解这些物质，生长受到抑制。

(2)控制培养条件——筛选某些微生物时，除通过培养基营养成分的选择外，还可通过它们对pH、温度及通气量等其他一些条件的特殊要求加以控制培养，达到有效的分离目的。(3)抑制不需要的菌类——在分离筛选的过程中，除了通过控制营养和培养条件，增加富集微生物的数量以有利于分离外，还可通过高温、高压、加入抗生素等方法减少非目的微生物的数量，使目的微生物的比例增加，同样能够达到富集的目的。

(4)DGGE探测——利用变性梯度凝胶电泳技术首先对待富集的环境样品进行检测，判定样品中究竟有哪些微生物种类，进而选择和改进培养方法，富集目的菌株。

分离原则：

纯培养：微生物学中把从一个细胞或一群相同的细胞经过培养繁殖而得到的后代,称纯培养获得纯培养方法：（1）液体稀释法（2）平板划线分离法（Streak Plate）（3）平板涂布分离法（Spread Plate）（4）选择性培养分离法（5）单细胞（单孢子）分离法。

有机污染物降解菌的基本培养方法：

1 .水溶性有机污染物——梯度压力法，苯胺、DDT、甲基对硫磷、环己烷。不断加大污染物浓度，增强培养体系的选择压力。

2.具挥发性高毒有机污染物——气相法，氯苯、甲苯等。A、在培养皿中放入蘸有有毒物质

的滤纸；B、把盛有有毒物质的容器放入干燥器内；C、补充含有有毒物质的气流。——以有毒物质的蒸汽作为微生物生长的碳源或氮源。

3 .疏水性有机污染物——乳化法、惰性吸附法，PCBs、联苯、多环芳烃等。A、通过分散作用或使用惰性亲水载体增加界面，如使用不能被微生物生长利用的惰性分散剂。B、利用超声波或高速搅拌机产生稳定的乳浊液。C、将疏水性物质溶解在溶剂中，与多孔性材料（如硅藻土）混合后，蒸发掉溶剂，将吸附有疏水性污染物的多孔性材料投加到液体培养基中。

4.作为共代谢基质的污染物——类似物富集法， DDT、3，4-二氯苯胺等。利用类似物与目标污染物具有相同的碳骨架，但不会阻断生物降解和对基质的利用原理，对降解菌进行富集和分离。

环境中未培养微生物不可培养的原因：

1.采用高浓度的营养基质——产生微生物自身难以调节的过氧化物、超氧化物和羟基自由基等“毒性氧物质（Reactive oxygenspecies）；

2.实验室中无法完全模拟自然界的环境条件——将微生物置于恒温、恒湿、黑暗等环境中，将微生物限制在“板结”的琼脂或不扰动的液体介质中；

3.环境微生物之间的相互关系被忽略——纯培养技术将待培养的微生物与其它微生物群体、以及生存环境人为地分离开，种间的共生关系和信息交流被阻断，微生物缺乏必需的生长因子和信号分子而死亡，表现出微生物的不可培养性；

4.生长缓慢的微生物被忽视——环境中很多微生物都聚集生长，当将这些微生物接种至培养基时，适合生长的微生物由于生长快而占据优势地位，它们对营养成分的大量摄取使生长缓慢的微生物得不到充足营养而生长受到抑制。此外，对微生物生长状况进行判断的常规标准存在的缺陷，也导致某些微生物生长不被发觉，表现为“不可培养”。

第三章典型有机污染物生物降解转化原理与途径

有机污染物代谢的基本过程：1.向基质接近；2.吸附在固体基质上；3.分泌胞外酶；4.可渗透物质的吸收；5. 胞内代谢。

生物氧化与化学氧化的异同：

1.生物氧化与化学氧化的相同点：⑴. 都需要O2，放出CO2和H2O；⑵.放出的总能量相同；

⑶.反应的实质是电子或H+的转移。

2.生物氧化与化学氧化的不同点：⑴.反应的条件不同，化学氧化一般在高温和干燥的环境中进行，生物氧化则在常温（一般为30~37℃）的水溶液中进行；⑵.反应的速度不同，化学氧化一般是高速进行的，而生物氧化则是缓慢的匀速进行的。

共代谢原理：

共代谢(cometabolism)又称协同作用，是指利用一种容易降解的物质作为支持微生物生长繁殖的营养物质，微生物同时又降解另一种物质，而被降解和转化的物质并不能使共代谢的微生物获得能量、碳源或其他的任何营养。

共代谢产物在培养液中能够积累，在自然界中却不一定积累。共代谢产物在第二个菌株的作用下继续共代谢或完全矿化。

混合菌株能使基质完全矿化，实际上是互补分解代谢，使得基质完全降解。

菌株互补分解代谢途径的出现，在通常情况下，一种有机污染物可以被微生物转化为另一种有机物，但它们却不能被微生物所利用，常有以下几个方面的原因。

(1) 缺少进行反应的酶

微生物第一个酶或酶系可以将基质转化为产物，但该产物不能被这个微生物的其他酶系进一步转化,故代谢中间产物不能供生物合成和能量代谢用。