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微生物与环境•微生物：一些个体体积微小、单个细胞或个体结构非常简单的多细胞，甚至无细胞结构的低等生物的统称•特点：1.通常不能被肉眼直接分辨，必须借助光学显微镜甚至电子显微镜才能观察2.类群庞大既包括病毒、原核生物、真菌、单细胞藻类、原生动物和低等的后生动物•微生物在生物界的地位：包括属于原核生物的细菌、放线菌、蓝细菌、；属于真核生物的真菌（包括藻状菌纲、担子菌纲、子囊菌纲、半知菌纲）；以及属于非细胞结构的病毒。•微生物的特点：1.体积微小，结构简单2.分布广泛，种类繁多3.繁殖速度快，代谢强度高4.适应能力强，易于培养5.易变异微生物学的任务：利用有利的一面为人类造福、变有害为有利。微生物与人类的关系：疾病、物质的霉变、工农业生产、生态。环境问题的出现•第二次世界大战后，世界各国特别是发展中国家纷纷采取传统的“增长第一战略”来发展本国经济，其主要特征是大力推进工业化，以谋求国民生产总值得以迅速增长，传统片面的追求经济增长的战略，虽然使许多国家在一定时期内取得了经济上的较快增长，同时产生了包括环境污染在内的一系列严重问题。•各种新兴工业的产生与迅速发展，使工业废水量急剧增加，石油炼厂废水、石油化工废水、造纸废水、印染废水、纺织工业废水、屠宰废水、食品加工废水、发酵工业废水等种类繁多的工业废水都直接或间接地排入自然水体，造成了严重的水体污染。各种类型的工厂和越来越多的汽车，产生大量的废气派入大气，导致酸雨、温室效应、臭氧空洞、光化学烟雾的产生微生物与环境的关系•当今世界，对保护环境，促进社会经济与环境的协调发展，实施可持续发展战略已达成共识，而搞好环境保护是实施可持续发展的关键。保护环境涉及范围广，主要是消除污染和保护生态环境，微生物在这两方面都有重要作用。•微生物不仅自然界物质循环过程中担当分解者的重要角色维持生物圈的动态平衡，同时也是去除环境污染物的生力军。•微生物的作用•微生物种类和代谢途径的多样性，可以使各种有机物得以降解•其高效性可以使有机污染物在较短的时间内降解•其变异性可处理难降解的污染物•基因工程技术的发展：聚合酶链式反应（PCR技术）对常规方法难以克隆的基因进行克隆，对降解联苯和多氯联苯的bphC基因的克隆、可治理米糠油事件•生态环境的处理•合成有机物的降解•化学元素的处理•食品安全•人体健康•农业生产•工业生产处理污染过程•这里都是生物的方法基本原理利用各种微生物的分解作用，对废水中的污染物进行降解和转化，使之矿化且使水中的重金属适当转化•废水处理：废水中的病毒的去除（利用生物直接吞食病毒、产生生物热、分泌抑制病毒存活的物质或影响PH值使病毒失活的方法。1.沉淀2.过滤、消毒、、、有的在处理之前要通过诱变育种生产所需的微生物或直接吸附）如：处理含酚的废水（诱变），松花江（活性炭）•生活用水的处理：水源中常常有致突变污染物方法先利用微生物检验出来，1.利用工程菌形成固定化生物活性炭，消除水中微量有机物2.微生物生产生物絮凝剂，取代无机和有机絮凝剂，进一步提高饮用水的水质。•2.污染空气的处理:因为空气中缺乏微生物可直接利用的营养物质，微生物不能在空气中生长繁殖、空气中也没有固定的微生物种群•利用微生物对污染空气的净化并不普遍，但在可控条件下采用微生物处理法比较高效、普遍1.城市垃圾中转站的恶臭空气，可向空气中喷洒有效菌群的方式，2.在污泥消化过程中产生的气体，也可以通过生物滤塔•3.污染土壤的处理:土壤的污染主要是农业生产化肥、农药，工业废水，有害固体废气物的堆放，有毒有害物质的泄露。被污染的土壤通过对地表水和地下水形成二次污染和经土壤-植物系统有事物链进入人体，危害人体健康、方法:利用土壤微生物或筛选驯化的工程菌来进行土壤修复的生物修复技术净化空气的装置固体废气物的处理装置合成有机物的降解的作用•化学农药：因为有很多农药在土壤中是十分稳定的，如:有机氯农药DDT、狄氏剂等都很难被微生物降解，可在土壤中保持数年，经过大量的积累，导致环境的严重污染•许多研究证明，绝大部分农药在环境生物群落的作用下，能够或快或慢的降解，最主要的降解者是细菌和真菌。•作用类型：去毒、•降解（复杂变为简单，或彻底分解为CO2、H2O、NH3、Cl-等，如果完全被分解成无机化合物，即称为农药的矿化）.•活化作用（无毒或毒性低的转化为有毒或毒性更强的化合物，如转化为除草剂等对杂草及昆虫有毒害作用的物质）.•失去活化性（一些微生物能将这些化合物转化为其他的无毒化合物，使其失去活化性而不再呈现农药的毒性）.•结合作用（微生物的细胞代谢产物与农药结合，形成更为复杂的物质）.•改变毒性谱（有些农药对一类有机体有毒，当被微生物代谢后，虽然消除了对原作用生命体的毒性作用，但其转化产物却能抑制另一类有机体的生命活动）.举例•2，4-二氯苯氧乙酸，简称2，4-D，一种高效低残留的除草剂，高中生物我们称之为生长素类似物。方法：降解苯氧乙酸，使其失去芳香环的结构，使分子上的氯以无机氯的形式释放出来。•4，4-二氯二苯三氯乙烷，即DDT，非常难以被微生物的降解，在使用十年后，仍有5%~10%残留在土壤中。方法：1，在厌氧条件下对DDT发生不同程度的脱氯作用，2，在好氧条件下，缓慢地脱氯，生成二氯二苯乙烯DDE，3，单独用一种微生物并不能将DDT彻底降解，它的降解矿化，需要不同微生物种群间的联合作用。•有机磷农药，是醇类与磷酸结合的酯类化合物或磷酸与其他有机酸结合成的酸酐类化合物。在环境中有很强的稳定性，剧毒高残留。大多数微生物都可参与它的生物降解，过程复杂且此类农药的降解受到生物因素和非生物因素的影响。（微生物种类、群体大小、生长速率、温度，PH、盐度、土壤含水量。）•合成洗涤剂:它不仅在家庭生活中，且在许多工业生产如纤维、纺织、造纸、食品、皮革、金属洗涤等行业大量使用。其基本成分是表面活性剂，现在洗涤剂的结构中合成了烷基苯磺酸盐LAS，提高了它的降解速率。方法：LAS在微生物的作用下，通过烷基氧化、苯环裂解、脱磺酸作用以及微生物的共代谢作用得到降解。•塑料:聚氯乙烯合成的高分子化合物，塑料制品中都添加了增塑剂，这正是微生物的主要作用对象。塑料聚合物先经过不同程度的光解作用后再经生物降解可加快其矿化。•多氯联苯PCB:米糠油事件，作为稳定剂使用广泛如润滑油、油漆等，它是一种致癌因子，主要作用于皮肤、肝脏、神经、骨骼等，方法：先经过厌氧菌作用（对PCB起脱氯作用）再由好氧菌接着分解。脱氯菌释放氢，氢又被氢细菌消耗，使脱氯菌继续脱氯，共代谢作用、降解性质粒以及微生物之间的互生关系，使其降解、矿化。化学元素的处理•一.Mn的转化•锰转化造成的危害•在给排水管道内常有氧化锰和铁的细菌，会产生大量锰和铁的化合物，与大量增生的菌体黏合在一起，造成管道堵塞，使管道输水能力显著下降。•可处理四日事件中的.Mn•生盘纤发菌:一种具有很强氧化锰能力的丝状细菌，其鞘上具有催化锰氧化的物质，并能分泌大量黏液，使鞘沉积大量锰.•生丝微菌属的细菌在细胞末端生有小柄，在土壤中能氧化锰,Mn2+化为Mn4+反应是在这类菌柄的表面部位发生的并在柄表形成一层衣鞘当处于PH值中性条件是，会发生锰的的氧化，这类菌附着于管表，柄部拖在水中，好像海绵一样在吸收水中的Mn2+.•不少真菌具有氧化锰的能力，且在酸性环境中，锰的氧化以真菌为主•饮用水的处理，用加石灰形成Mn(OH)2沉淀的方法去除•水俣病，汞，广泛存在于自然界中但含量极低，主要以元素Hg,和HgS形式存在。含无机汞的废水排入水俣湾后，在海底沉积，经细菌作用，转化为甲基汞，它毒性更强，易溶于脂肪，更为迅速地渗入生物体内，经过生物富集作用和食物链的放大作用，导致水俣病的发生。方法：日本正在研究利用已分离出的一种假单胞菌和大肠杆菌将离子汞转化为元素汞的能力，处理含汞污水。食品与微生物•作用的两面性•欧盟要求进口水产品和动物产品的生产、加工企业必须获得欧盟的注册、备案，对进口花生及其制品实行“自动报警”制度，即任何一个欧盟成员国发现进口花生中黄曲酶素（黄曲酶素能引起肝癌，是目前发现最强的致癌物）超标，其它成员国相应自动关闭花生进口市场。欧盟从1999年开始对蜂蜜产品进行链霉素残留限量检验，2000年开始实施茶叶进口新标准，部分农药残留限量的检验标准比以前提高了100～200倍。•黄曲霉毒素（强致癌物质）来源于黄曲霉菌污染，黄曲霉素广泛存在于霉变的花生、玉米、大米、豆类食品中，可以诱发肝癌及肾、肺、胃、皮下组织的肿瘤。•钟南山指出，广州近年来肝癌、大肠癌的发病率都在上升，与食品中亚硝酸铵、黄曲酶素超标有关。•高产微生物油脂菌种的选育及应用食品安全•该项目选育出国内油脂含量高达55%以上的菌种，采用液体发酵和固体发酵两种工艺技术，培养条件粗放，提取采用自溶、酸水解和有机溶剂萃取综合工艺，因此，油脂提取率高达48%，微生物油脂种的不饱和脂肪酸的含量为56%以上。该项目开创了食用和工业用油脂来源的新途径。微生物油脂不仅是人类理想的保健食品，也是良好的饲料添加剂。该项目不论是菌种的含油率，还是油脂的提取率均高于国外技术指标。该项目填补了国内微生物油脂的空白，居国内领先水平。该项目研制的对虾蛋鸡的饲料填加剂和脑黄金酱油等新产品，经初步应用已获得了明显的经济效益和社会效益，应用前景非常好。•多不饱和脂肪酸具有促进大脑发育、防治儿童智力低下、老年痴呆；防治心血管疾病、肿瘤和糖尿病，延缓衰老，提高中、老年人的性欲等方面，均具有特殊的疗效。同时，粗制品做为微生物饲料添加剂加入饲料中，可明显提高畜禽的消化吸收率，防病治病，改善肉类和蛋的品质等。因此，该产品在生化药物、保健品和饲料方面需求量是很大的。农业应用•目前，中国农业面临农作物病害制约农作物增产增质以及化学农药引起严重环境污染和生态破坏的问题，本产品符合农民需要，市场广阔。•高效牛蒡叶生物活性物质无公害农药高效牛蒡叶生物活性物质无公害农药是以牛蒡叶提取物中的生物活性物质为主要成分配以微生物抗菌孢子及其他抗病诱导物质等成分研制而成的生物技术产品。本项目的研究得到了山东省科委和江苏省科技厅等的资助，已经较长时间的严格科学实验/试验，生产工艺成熟(主要包括：牛蒡叶生物活性物质的提取分离、抗菌孢子的培养、制剂的配制及分装)，操作简单、方便，成本低，效果明显，好于目前市场同类产品，无公害。产品主要具有以下生理功能：促进农作物生长健壮，增强农作物的光合效能和干物质的定向运输与积累，提高根冠比，提高作物抗性，促进作物早熟，显著提高作物产量与品质等。该产品适用于保护地及非保护地瓜果、蔬菜、马铃薯、甘薯、花卉、果树和粮食作物等，使用方法多样，可浸种、灌根、喷施。•利用遗传工程方法改变瓜果上市时间和花卉开花时间创造经济效益•花是植物的观赏器官和种子果实的孕育器官，一直是生物学家所关注的重要对象。对植物如何从营养生长向生殖发育转化的研究，对农业蔬菜果实花卉植物具有指导意义。例如如果能人为控制植物开花时间使其果实延迟或提前成熟而错开上市高峰时间，使得其畅销并以若干倍的高峰售价销售，必将获得重大的经济效益。同时，如果能改变花卉植物的开花时间，人民能在不同季节欣赏不同花卉，栽培销售此种花卉也将获得巨大经济回报。•在植物开花调控领域进行了多年的研究，成功地分离鉴定了科技人员开发的具有知识产权的开花调控基因。通过遗传工程方法，目前已将其应用于若干植物中，成功地使得植物开花结实时间改变。因此，此技术可广泛地应用于各种水果花卉，开发应用获得经济效益。•普鲁兰的生产与应用•普鲁兰是出芽茁霉(Aureobasidiumpullulans)分泌的一类高分子多糖，分子量可达200万元以上。在日本，此产品用来作为水处理絮凝剂和血浆代用品，国内目前的开发以医药品为主。华中科技大学经过近十年的研究与开发，已形成中试规模生产技术并将产品应用于高浊度水净化处理、城市污水一级强化处理及味精生产中废水的处理，形成了完整的工艺与技术。其生产附产物作为生猪促长剂可增重10%。普鲁兰的生产以农副产品为原料，原料易得，成本低廉，产品用途广，凡具有生物发酵能力的工厂