环境微生物学（第三版）

　　本书在汲取国内外众多优秀教材、文献资料的基础上，阐述了与环境工程、市政工程等环境领域有关的微生物及其生命活动规律；从细胞、分子或种群等不同水平上研究环境微生物的形态构造、生理代谢、遗传变异和生态分布等，并从微生物与物质循环的角度叙述了微生物在自然界中的地位和作用；书中还介绍了生物学新技术在环境微生物学领域的应用，并含有与其配套的环境微生物学实验。本书内容全面，文字简明，概念清晰，书中各章节前均有“学习重点”，章节后附有“建议阅读”“本章小结”和“思考与实践”，力求重点突出，便于教师备课和学生学习。 本书适合作为高等学校环境科学、环境工程等专业本科生的教材，也可作为相关专业的研究生教材，并可供从事环境领域研究工作的人员参考。

　　乐毅全，同济大学环境学院，副教授，1987年毕业于复旦大学生物系，获得理学硕士，2004年在同济大学获得环境工程专业的博士学位。 多年来在高校从事环境微生物学方面的教学和研究工作，有着丰富的教学经验和实践。曾参与多项课题研究，包括采用传统和分子生物学手段，对环境中的微生物和高效环境治理微生物进行分离、鉴定和应用，污染环境的治理和修复等。

1绪论1
1.1环境微生物学的形成和发展1
1.2环境微生物学的研究对象和任务2
1.2.1环境微生物学的研究内容2
1.2.2学习环境微生物学的意义3
1.3微生物的概述3
1.3.1微生物的定义3
1.3.2微生物的特点4
1.3.3微生物的分类6
1.3.4微生物的命名8
2病毒10
2.1病毒的特征和分类10
2.1.1病毒的特点10
2.1.2病毒的分类和命名10
2.2病毒的形态和结构11
2.2.1病毒的形态和大小11
2.2.2病毒的化学组成和结构12
2.2.3病毒的宿主13
2.3亚病毒和新兴病毒14
2.3.1类病毒14
2.3.2拟病毒14
2.3.3朊病毒14
2.3.4新兴病毒15
2.4病毒的增殖过程15
2.4.1病毒的增殖过程15
2.4.2毒性噬菌体和温和噬菌体16
2.5病毒的培养和计数17
2.5.1病毒的培养特征17
2.5.2病毒的培养基17
2.5.3动物病毒的空斑实验17
2.5.4噬菌体的培养和测定18
2.6环境因子对病毒的影响和病毒的存活18
2.6.1物理因素的影响18
2.6.2化学因素的影响19
2.6.3病毒的存活19
3原核微生物22
3.1细菌22
3.1.1细菌的个体形态和大小22
3.1.2细菌的细胞结构23
3.1.3细菌的繁殖29
3.1.4细菌的培养特征29
3.1.5细菌的物理化学性质31
3.1.6细菌的分类和鉴定33
3.2古菌38
3.2.1古菌的研究38
3.2.2古菌的特点38
3.2.3古菌的分类39
3.2.4古菌在生物界的特殊地位40
3.3放线菌41
3.3.1放线菌的形态和大小41
3.3.2放线菌的菌落形态41
3.3.3放线菌的生活史和繁殖42
3.3.4放线菌的主要类群42
3.3.5放线菌在自然界中的分布和在生产实际中的应用43
3.4蓝细菌43
3.4.1蓝细菌的特点43
3.4.2蓝细菌的分类43
3.4.3蓝细菌的分布与生态44
3.5其他原核微生物44
3.5.1螺旋体44
3.5.2立克次体45
3.5.3衣原体45
3.5.4支原体45
4真核微生物48
4.1原生动物48
4.1.1原生动物的一般特征48
4.1.2原生动物的分类及各纲简介49
4.2微型后生动物54
4.2.1轮虫54
4.2.2线虫54
4.2.3寡毛类55
4.2.4浮游甲壳动物55
4.3真核藻类55
4.3.1真核藻类的一般特征55
4.3.2藻类的分类及各门特征简介56
4.3.3藻类与环境保护60
4.4真菌61
4.4.1真菌的一般特点61
4.4.2真菌的分类61
4.4.3酵母菌61
4.4.4霉菌62
4.4.5伞菌66
5微生物的生理68
5.1生物生命活动的催化剂——酶68
5.1.1酶的概念68
5.1.2酶的催化特性68
5.1.3酶的组成69
5.1.4酶蛋白的结构70
5.1.5酶的活性中心和酶与底物结合的机理71
5.1.6酶的分类与命名72
5.1.7酶活力和影响酶活力的因素73
5.2微生物的营养76
5.2.1微生物的化学组成76
5.2.2微生物的营养物质和营养类型77
5.2.3微生物的培养基79
5.2.4微生物对底物进行代谢的过程80
5.3微生物的能量代谢82
5.3.1生物氧化概述82
5.3.2生物氧化的类型83
5.3.3发光现象89
5.4微生物的合成代谢89
5.4.1合成代谢概述89
5.4.2产甲烷菌的合成代谢91
5.4.3化能自养微生物的合成代谢91
5.4.4光合作用91
5.4.5异养微生物的合成代谢93
5.4.6初级代谢与次级代谢93
6微生物的生长与环境因子的影响96
6.1微生物的生长96
6.1.1微生物生长繁殖的概念96
6.1.2微生物的培养方法和生长曲线96
6.1.3微生物生长曲线在废水微生物处理中的应用101
6.1.4微生物生长繁殖的测定102
6.1.5微生物的死亡及其测定103
6.2影响微生物生长的环境因子103
6.2.1温度103
6.2.2pH106
6.2.3氧化还原电位107
6.2.4溶解氧107
6.2.5辐射109
6.2.6水的活度与渗透压110
6.2.7重金属111
6.2.8若干有机物111
6.2.9抗生素112
6.2.10其他因素113
7微生物的遗传和变异116
7.1微生物的遗传和变异现象和意义116
7.1.1微生物的遗传和变异现象概述116
7.1.2遗传和变异的意义117
7.2微生物的遗传117
7.2.1遗传和变异的物质基础——DNA117
7.2.2DNA的结构与复制121
7.2.3DNA的变性和复性123
7.2.4RNA及其作用124
7.2.5微生物生长与蛋白质合成126
7.2.6微生物的细胞分裂127
7.3微生物的变异127
7.3.1变异的实质127
7.3.2基因突变的特点和类型127
7.3.3基因重组130
7.3.4基因工程及在环境保护中的应用132
8微生物生态学137
8.1生态学原理137
8.1.1生态学的定义和研究内容137
8.1.2种群和群落138
8.1.3生态系统139
8.1.4生态平衡141
8.1.5微生物生态系统与微生物生态学142
8.2土壤中的微生物142
8.2.1土壤的生态条件142
8.2.2微生物在土壤中的数量、种类和分布143
8.2.3土壤自净和污染土壤微生物生态144
8.3空气中的微生物145
8.3.1空气的生态条件145
8.3.2空气微生物的来源、特点和种类145
8.3.3空气微生物的卫生标准及生物洁净技术146
8.4水体中的微生物148
8.4.1水体中的微生物群落148
8.4.2水体自净和污染水体的微生物生态150
8.4.3水体富营养化155
8.5微生物之间及其与动物、植物之间的相互关系157
8.5.1微生物之间的相互关系157
8.5.2微生物与高等植物之间的相互关系158
8.5.3微生物与人类和动物之间的相互关系159
9微生物在环境物质循环中的作用163
9.1自然界的物质循环163
9.1.1物质循环与生物163
9.1.2水循环是物质循环的核心164
9.2微生物与碳循环164
9.2.1碳循环的过程164
9.2.2微生物在碳循环中的作用165
9.2.3微生物对主要含碳化合物的转化和分解过程165
9.3微生物与氮循环170
9.3.1氮循环的过程170
9.3.2微生物在氮循环中的作用171
9.4微生物与硫循环174
9.4.1硫循环的过程174
9.4.2微生物在硫循环中的作用174
9.5微生物与磷循环176
9.5.1磷循环的过程176
9.5.2微生物在磷循环中的作用176
10微生物和环境污染控制与治理179
10.1废水好氧生物处理中的微生物179
10.1.1好氧活性污泥法179
10.1.2好氧生物膜法185
10.1.3氧化塘186
10.2厌氧生物处理中的微生物187
10.2.1厌氧消化——甲烷发酵188
10.2.2光合细菌处理高浓度有机废水189
10.2.3含硫酸盐废水的厌氧处理189
10.3废水的脱氮和除磷190
10.3.1废水脱氮和除磷的目的与意义190
10.3.2废水生物脱氮原理及工艺190
10.3.3废水生物除磷原理及工艺192
10.4有机固体废物处理中的微生物194
10.4.1堆肥法194
10.4.2填埋法及渗滤液195
10.5废气生物处理中的微生物195
10.5.1废气的处理方法195
10.5.2含硫恶臭污染物及NH3、CO2的微生物处理196
10.6环境监测与微生物197
10.6.1水体污染的生物检验197
10.6.2利用微生物检测环境毒性的方法197
10.7环境生物修复技术与微生物198
10.7.1环境生物修复技术概述198
10.7.2环境生物修复技术的类型199
10.7.3环境生物修复中的微生物200
10.7.4环境生物修复的发展前景200
10.8微生物与大气CO2固定201
10.8.1微生物固定CO2的机理201
10.8.2固定CO2的微生物种类202
10.8.3环境中的固碳微生物202
11微生物学新技术在环境科学领域中的应用205
11.1固定化技术205
11.1.1固定化酶和固定化微生物的定义和特点205
11.1.2酶的分离提纯206
11.1.3酶的固定化方法206
11.1.4细胞的固定化方法207
11.1.5固定化酶和固定化微生物在环境工程中的应用207
11.2微生物絮凝剂207
11.2.1微生物絮凝剂的特点208
11.2.2微生物絮凝剂的结构组成和化学本质208
11.2.3微生物絮凝剂的絮凝机理209
11.2.4微生物絮凝剂的合成和应用210
11.3分子生物技术在环境科学领域中的应用211
11.3.1核酸探针和PCR技术211
11.3.216S rDNA序列及其同源性的分析212
11.3.3生物芯片212
11.3.4高通量测序技术213
11.4微生物非培养技术的原理与应用214
11.4.1环境中微生物的多样性和非培养微生物214
11.4.2微生物非培养技术的原理、特点214
11.4.3微生物非培养技术的应用216
12环境微生物学实验218
12.1实验须知218
12.2光学显微镜的使用及原核微生物的个体形态观察218
12.2.1实验目的218
12.2.2实验材料与器皿218
12.2.3普通光学显微镜的原理、结构218
12.2.4显微镜的使用221
12.2.5实验内容221
12.2.6思考题221
12.3真核微生物的个体形态观察221
12.3.1实验目的221
12.3.2实验原理222
12.3.3实验材料与器皿222
12.3.4实验方法与步骤222
12.3.5思考题222
12.4四大类微生物菌落形态的识别222
12.4.1实验目的222
12.4.2实验原理222
12.4.3实验材料与器皿223
12.4.4实验方法与步骤223
12.4.5思考题224
12.5微生物细胞的直接计数和细胞的显微测量224
12.5.1实验目的224
12.5.2实验原理224
12.5.3实验材料与器皿225
12.5.4实验方法与步骤225
12.5.5思考题226
12.6细菌的简单染色和革兰染色226
12.6.1实验目的226
12.6.2实验原理226
12.6.3实验材料与器皿226
12.6.4实验方法与步骤226
12.6.5注意事项227
12.6.6思考题227
12.7培养基的配制与灭菌227
12.7.1实验目的227
12.7.2实验原理227
12.7.3实验材料与器皿228
12.7.4实验方法与步骤228
12.7.5思考题230
12.8活性污泥中细菌的纯种分离和培养230
12.8.1实验目的230
12.8.2实验原理230
12.8.3实验材料与器皿231
12.8.4实验方法与步骤231
12.8.5思考题233
12.9纯培养菌体和菌落形态的观察233
12.9.1实验目的233
12.9.2实验材料与器皿233
12.9.3实验方法与步骤233
12.9.4思考题234
12.10细菌淀粉酶的测定234
12.10.1实验目的234
12.10.2实验原理234
12.10.3实验材料与器皿234
12.10.4实验方法与步骤234
12.10.5思考题235
12.11细菌菌落总数的测定235
12.11.1实验目的235
12.11.2实验原理235
12.11.3实验材料与器皿235
12.11.4实验方法与步骤235
12.11.5思考题237
12.12总大肠菌群的检测237
12.12.1实验目的237
12.12.2实验原理237
12.12.3实验材料与器皿237
12.12.4实验方法与步骤238
12.12.5思考题239
12.13耐热大肠菌群的检测239
12.13.1实验目的239
12.13.2实验原理239
12.13.3实验材料与器皿240
12.13.4实验方法与步骤240
12.13.5思考题241
12.14环境样品中总DNA的提取241
12.14.1实验目的241
12.14.2实验原理241
12.14.3实验材料与器皿242
12.14.4实验方法与步骤242
12.14.5思考题243
12.15PCR扩增总DNA中16S rDNA基因片段及琼脂糖凝胶电泳243
12.15.1实验目的243
12.15.2实验原理243
12.15.3实验材料与器皿244
12.15.4实验方法与步骤244
12.15.5思考题245
附录246
附录一教学常用染色液的配制246
附录二常用染色方法247
附录三教学用培养基248
附录四总大肠菌群检索表（MPN法）251
参考文献254