水体富营养化

微生物应用技术学习情境六微生物检验技术主要内容1说课内容微生物的危害饮用水和空气中微生物的卫生标准及检测123了解微生物在自然界中的分布任务1微生物的危害内容水体富营养化1微生物代谢物与环境污染2内容1水体富营养化水体富营养化——指氮、磷等营养物质大量进入水体，使藻类和浮游生物旺盛增殖，从而破坏水体生态平衡的现象。以湖泊、水库对人类生产和生活影响最大。水体富营养化特征：DO先↑而后↓；C、N、P含量↑；藻类由硅藻占优势变成由绿藻、蓝藻占优势；透明度↓。这种富营养化现象发生在湖泊等内陆水体可形成水华（又称水花）；发生在海洋可形成赤潮（又称红潮）。一、富营养化的形成和影响因素高山、极地湖泊的富营养化大多属于天然的富营养化。人为的水体富营养化是在人类活动的影响下发生的水体生态演变。1.富营养化的形成（1）营养物质氮、磷——限制因子。（2）季节与水温（3）光照2.富营养化的影响因素目前一般采用的富营养化指标：水体含氮量大于0.2~0.3mg/L，含磷量大于0.01~0.02mg/L，生化需氧量大于10mg/L，细菌总数（淡水，pH7~9）达105个/mL，叶绿素a（藻类生长量的标志）大于10mg/m3。二、引起富营养化的优势藻类微型藻类微型藻类海洋中现已查明的有60多种——裸甲藻属、膝沟藻属、多甲藻属的种类。湖泊中以蓝细菌为主。常见的有：微囊藻属、鱼腥藻属、束丝藻属和颤藻属。由于占优势的浮游藻类所含色素不同，使水体呈现蓝、绿、红、棕、乳白等不同颜色。三、水体富营养化的危害•水体的溶解氧急剧下降•破坏水生生态系统•危害自然景观•危害人体及其它生物的健康四、富营养化的防治1、外环境控制措施（截外源）（1）工业：加强排污总量控制；污水进行深度处理（硝化—反硝化脱氮，化学混凝沉淀除磷，氧化塘除氮、磷）。（2）农业：减少化肥使用量，加强农家肥使用的宣传力度，并做好肥料的贮存和施用工作；建立农村污水处理设施。四、富营养化的防治1、外环境控制措施（截外源）（3）生活：实行合成洗衣粉含磷量的限制。（4）水体周围：建立良性生态平衡，包括建立水体周围的缓冲林带；保护水体周围及上游的森林植被，防止营养物质的过多流失。如湖边应保证有2km～5km的湖滨保护带，带内严禁新建污染企业和从事有污染的活动。带内土地应当退地还湖。2、内环境控制（除内源）（1）生物法：细菌、真菌、噬藻体等杀藻剂每月投入1～2次；养殖藻类和水生植物并定期收获；养殖食草性鱼类、贝类。（2）药物除藻法：CuSO40.1～0.5mg/L（杀藻而不能除气味）、漂白粉0.5～1mg/L（既杀藻又除气味）、明矾（主要除蓝藻）。适用于小范围水体，用于藻类刚开始繁殖时，装袋拖挂于船后或直接喷洒。药剂用量最好经试验确定。2、内环境控制（除内源）（3）充氧曝气法：利用机械搅拌或强力通气破坏湖中的分层现象使湖水混合，可收到较显著效果。常用于较深的水体。（4）凝集沉淀法：加Fe盐、Al盐及粘土矿物与磷结合成不溶物沉淀2、内环境控制（除内源）（5）底泥挖掘法：将沉淀于底泥中的磷除去，消除二次污染机会。（6）稀释冲刷法：加贫营养水稀释或用贫营养水进行换水冲刷，这是最快速的手段。（7）深层排水法：一般深层的营养盐比表层的多，排掉深层的水可带走很多营养盐类。内容2微生物代谢物与环境污染一、微生物毒素与食品污染1.细菌毒素2.放线菌毒素3.真菌毒素4.藻类毒素1.细菌毒素可分为内毒素与外毒素。内毒素是微生物细胞的组分，通常为细胞壁的某一成分，只有当菌体裂解或融溶时才能释放。外毒素由微生物合成后，分泌到细胞外面。毒力强于内毒素，但不耐高温。常见的外毒素有白喉毒素、破伤风毒素、霍乱肠毒素、肉毒毒素、葡萄球菌肠毒素等。（1）肉毒毒素是由肉毒梭菌产生的外毒素，是一种极强的神经毒，主要作用于神经和肌肉的连接处及植物神经末梢，导致肌肉收缩不全和肌肉麻痹。肠道中蛋白分解酶不能分解此毒素。肉毒梭菌是革蓝氏阳性菌，产芽孢，能运动，专性厌氧。预防肉毒中毒可把食品保存在pH﹥4.5，或盐分﹥10%或温度﹤3℃的条件下。罐头食品需经121℃高压灭菌，以杀死芽孢。（2）葡萄球菌肠毒素是由金黄色葡萄球菌的产毒菌株产生的外毒素。肠道吸收该毒素后，在2~6h之内即可引起恶心呕吐等金黄色葡萄球菌为革兰氏阳性、不产芽孢的球状菌。该毒素用一般的烹饪方法不能破坏，需经100oC，2h处理方可破坏。2.放线菌毒素如链霉菌属放线菌产生的放线菌素，可使大鼠产生肿瘤。3.真菌毒素是指以霉菌为主的真菌代谢活动所产生的毒素。真菌毒素致病有下几个特点：①中毒常与食物有关;②发病有季节性或地区性；③不产生抗体，也不能免疫；④患者无传染性；⑤一次性大量摄入往往发生急性中毒；长期少量摄入则发生慢性中毒和致癌。3.真菌毒素至今发现的真菌毒素达300种。其中，毒性较强的有黄曲霉毒素、棕曲霉毒素、黄绿青霉素、红色青霉毒素B、青霉酸等。3.真菌毒素黄曲霉毒素主要由黄曲霉和寄生曲霉产生的毒素，是剧毒物，也是致癌物，可诱发肝癌。以黄曲霉毒素B1毒性最大，致癌性最强。污染最重的是花生、花生油和玉米。预防黄曲霉毒素污染的主要措施：降低含水量，降低相对湿度，充CO2降低氧量，使用化学药剂等。4.藻类毒素（1）甲藻它产生的毒素对人类有剧毒。产生毒素的甲藻主要是膝沟藻属的种类，海洋赤潮中的甲藻多为此属。（2）蓝细菌淡水中蓝细菌产生的毒素使鱼类、家畜、水鸟等致死。（3）金藻海水中金藻纲产生的毒素可使鱼类大量死亡。二、气味代谢物从放线菌产生的土腥味物质中分离到土腥素（或土臭味素）。其他引起环境污染的微生物气味代谢物有氨、硫化氢、硫醇、（甲基）吲哚、粪臭素、脂肪、酸、醛、醇等。三、酸性矿水酸性矿水的形成：化学氧化和生物（耐酸细菌）氧化。FeSFeSO4+H2SO4FeSO4硫杆菌Fe2(SO4)3FeS+Fe2(SO4)3FeSO4+SS硫杆菌H2SO4酸性废水的危害：随水渗漏或顺河道扩散，污染农田、水渠、河流，破坏自然生态、生物群落、毒害鱼类、影响人类生活。酸性废水的治理措施：投加大量纤维素，造成缺氧环境，促进反硫化作用的产生；投加抗微生物的药剂（α-酮酸类、羧酸类），抑制硫杆菌的活性。加石灰提高pH，使硫酸成为硫酸钙沉淀；开采后层层覆盖，避免酸性矿水形成。四、汞的生物甲基化无机汞经过微生物的甲基化作用后，形成的甲基汞毒性增强，使汞的危害大大加剧。能形成甲基汞的厌氧细菌有产甲烷菌、匙形梭菌；好氧细菌有荧光假单胞菌、草分枝杆菌、大肠埃希氏菌、产气肠杆菌、巨大芽孢杆菌等；真菌中有粗糙脉孢霉、黑曲霉、短柄帚霉以及酿酒酵母等。汞的生物甲基化往往与甲基钴胺素有关。甲基钴胺素即VB12——甲基传递体。（1）汞的非酶促甲基化在中性水溶液中，以VB12作为甲基供体，汞可被转化为甲基汞。是纯化学反应，能快速而定量地进行。在有氧和厌氧条件下，汞的甲基化均能顺利完成。（2）汞的酶促甲基化在自然界，除个别情况外,甲基汞都是在微生物的作用下形成的。微生物的作用可分为直接作用与间接作用。直接作用是指直接在微生物酶的催化下发生甲基化过程。间接作用则是指在微生物体外发生的甲基化过程。水体中酶促甲基化的速率受pH值、通气、微生物种类的影响。五、微生物引起的硝酸盐还原对人体的影响1.引起高铁血红蛋白症2.生成亚硝胺五、微生物引起的硝酸盐还原对人体的影响1.引起高铁血红蛋白症在有氧条件下，微生物NO-3。当饮用水中NO-3过高时，会使婴儿得高铁血红蛋白症。2.生成亚硝胺在人肠道内处于酸性情况下，硝酸还原细菌可把NO-3NO-2，蛋白质等物质代谢过程中常有胺类物质产生。故硝酸盐被认为是致癌物亚硝胺的前体。任务2了解微生物在自然界中的分布(一)水体中微生物的来源1．水体中固有的微生物2．来自土壤的微生物3．来自生产和生活的微生物4．来自空气的微生物一、水中微生物的种类和分布任务2了解微生物在自然界中的分布(二)海水微生物的分布和种类海水中常见的微生物有假单胞菌属、弧菌属、黄色杆菌属、五色杆菌属及芽孢杆菌属等。(三)淡水微生物的分布和种类主要是一些能分解各种有机物的腐生菌，如芽孢杆菌、生孢梭菌、变形杆菌、大肠杆菌、粪链球菌等。有的甚至还含有伤寒、痢疾、霍乱、肝炎等人类病原菌。一、水中微生物的种类和分布任务2了解微生物在自然界中的分布菌名灭过菌的水被污染的水自来水河水井水大肠杆菌8~365—2~26221~183—伤寒杆菌6~3652~422~934~1831.5~107甲型副伤寒杆菌22~55————乙型副伤寒杆菌39~1672~1227~37——痢疾杆菌2~722~415~2712~92—霍乱弧菌3~3920.5~2134~280.5~921~92病原菌在各种水中生存时间（d）（一）大肠菌群作为指标的意义任务2了解微生物在自然界中的分布温度（℃）一周后细胞存活率（%）细菌灭绝时间（周）046.09514.07100.076180.044水温对伤寒杆菌在水中生存的影响（一）大肠菌群作为指标的意义伤寒杆菌痢疾杆菌霍乱弧菌伤寒沙门氏菌副伤寒沙门氏菌乙型副伤寒沙门氏菌痢疾杆菌副痢疾杆菌（一）大肠菌群作为指标的意义沙门氏菌人畜共患病生化反应形态对理化因素的抵抗力革兰氏阴性菌，杆菌无芽孢，无荚膜，具周生鞭毛。不分解乳糖；可以柠檬酸盐作为唯一碳源60℃下，半小时可杀死5％石炭酸５钟后致死伤寒沙门氏菌副伤寒沙门氏菌乙型副伤寒沙门氏菌（一）大肠菌群作为指标的意义志贺氏菌多数不分解乳糖无荚膜、无鞭毛，有菌毛生化反应形态对理化因素的低抗力痢疾志贺氏菌副痢疾志贺氏菌60℃10分钟死亡0.1％石炭酸仅生存10～15min。志贺氏菌引起的中毒性痢疾病（一）大肠菌群作为指标的意义弧型或逗点状菌体，具鞭毛，革兰氏阴性，无荚膜霍乱弧菌（V.cholerae）霍乱弧菌生化反应形态对理化因素的低抗力60℃10min杀死1％石炭酸５min兼性厌氧，使硝酸盐还原成亚硝酸盐。（一）大肠菌群作为指标的意义（一）大肠菌群作为指标的意义选作卫生指标的菌群必须符合的要求：①生理特性的相似性；②该种细菌在粪便中的数量较多；③检验技术较简单。二、大肠菌群及生活饮用水的细菌标准大肠菌群肠球菌群产气荚膜杆菌群大肠杆菌产气杆菌枸椽酸盐杆菌副大肠杆菌肠道正常细菌比较：形态、数量、培养、水体存活时间（一）大肠菌群作为指标的意义二、大肠菌群及生活饮用水的细菌标准（一）大肠菌群作为指标的意义肠球菌类抵抗能力最差，生存时间比肠道病原菌短。荚膜杆菌因具有芽孢，所以能长期生存在自然水域中，不足以说明病原菌类似的生存时间。只有大肠菌群的生理习性与伤寒杆菌、副伤寒杆菌和痢疾杆菌等病原菌的生理特性较为相似，而且在粪便中数量最多，检出上技术也较为方便，最合适充当水污染的卫生指标。二、大肠菌群及生活饮用水的细菌标准生存环境碳源特征培养温度特征菌落特征大肠杆菌大肠杆菌产气杆菌枸椽酸盐杆菌副大肠杆菌大肠菌群（二）大肠菌群的生化特征比较总大肠菌群是对一群需氧及兼性厌氧在37℃培养24h，能分解乳糖产酸、产气的革兰阴性无芽孢杆菌的统称。（三）生活饮用水的细菌卫生标准《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）第一节水中的微生物监测二、大肠菌群及生活饮用水的细菌标准土壤中的生态环境条件——营养（有机质丰富）水分（有一定含量）、空气（含氧气）酸碱度（pH5.5~8.5，适宜）渗透压（0.3~0.6MPa，等渗或低渗环境）温度条件（较恒定）和表面保护层。故土壤是微生物的大本营，也是人类最丰富的“菌种资源库”。二、土壤微生物的种类及分布（一）、土壤的生态条件1．土壤微生物的种类细菌（占70～90％）108放线菌107丝状菌106酵母菌105藻类104原生动物103（二）、土壤微生物的种类及分布2．微生物在土壤中的分布水平分布垂直分布（二）、土壤微生物的种类及分布尘土飞扬、小水滴、人和动物身体的脱落物、呼吸道、口腔内含微生物的分泌物；敞开的污水生物处理系统通过机械搅拌、鼓风曝气等可使污水中的微生物以气溶胶的形式飞溅到空气中。三、空气中微生物的种类和分布（一