微生物——小生命的大舞台 武苗苗16300680143 提起微生物,脑海里回想起的是否是坏了几天没吃的苹果上那绿幽幽的毛? 是否是那放了几天的牛奶那般“沁人心脾”?而我们在过去的学习中也接触过微 生物在人类世界中的优秀担当,那滑滑的酸奶、“远近闻名”的臭豆腐、红艳欲 滴的葡萄酒……而人类也正在不断地创新,一步一步走近微生物,去亲切体会微 小生命后的大舞台 技术一:微生物净化污水 作为一个纯纯的内蒙古人,除家乡外待得最久的地方就是包头。塞外钢城包 头,是内蒙古草原上一座新兴的工业城市,在外地人的印象中,这座城市一定是 乌烟瘴气不戴口罩不能出门的地方。可实际上,这里绿树成荫景色宜人。最值得 提,世界上最大的城中草原—一赛汘塔拉湿地公园就坐落于此。据说,每年都 会有大量的污水被排放到这里进行污水净化。 夜间的赛汗塔拉 而污水净化技术就要归功于水里的微生物宝宝们了,是什么样的原理以及技术能 够完成这样的恢宏的“大业”呢? 【技术原理】 利用微生物处理污水实际就是通过微生物的新陈代谢活动将污水中的有 机物分解,从而达到净化污水的目的微生物能从污水中摄取糖,蛋白质,脂肪, 淀粉及其它低分子化合物。微生物新陈代谢类型有需氧型和厌氧型两种,因此净 化方法分为好氧净化和厌氧净化 【方法】 11好氧净化 氧存在条件下,许多好氧微生物通过分解代谢、合成代谢和物质矿物化,在把有 机物氧化分解成Co2和H2o等过程中,获寻C源、N源、P源、S和能量。污水 的微生物好氧净化就是模拟上述原理,把微生物置于一定的构筑物内通气培养
微生物——小生命的大舞台 武苗苗 16300680143 提起微生物，脑海里回想起的是否是坏了几天没吃的苹果上那绿幽幽的毛？ 是否是那放了几天的牛奶那般“沁人心脾”？而我们在过去的学习中也接触过微 生物在人类世界中的优秀担当，那滑滑的酸奶、“远近闻名”的臭豆腐、红艳欲 滴的葡萄酒……而人类也正在不断地创新，一步一步走近微生物，去亲切体会微 小生命后的大舞台。 技术一：微生物净化污水 作为一个纯纯的内蒙古人，除家乡外待得最久的地方就是包头。塞外钢城包 头，是内蒙古草原上一座新兴的工业城市，在外地人的印象中，这座城市一定是 乌烟瘴气不戴口罩不能出门的地方。可实际上，这里绿树成荫景色宜人。最值得 一提，世界上最大的城中草原——赛汗塔拉湿地公园就坐落于此。据说，每年都 会有大量的污水被排放到这里进行污水净化。 夜间的赛汗塔拉 而污水净化技术就要归功于水里的微生物宝宝们了，是什么样的原理以及技术能 够完成这样的恢宏的“大业”呢？ 【技术原理】 利用微生物处理污水实际就是通过微生物的新陈代谢活动,将污水中的有 机物分解,从而达到净化污水的目的.微生物能从污水中摄取糖，蛋白质，脂肪， 淀粉及其它低分子化合物。微生物新陈代谢类型有需氧型和厌氧型两种,因此,净 化方法分为好氧净化和厌氧净化. 【方法】 1.1 好氧净化 氧存在条件下，许多好氧微生物通过分解代谢、合成代谢和物质矿物化，在把有 机物氧化分解成 CO2 和 H2O 等过程中，获寻 C 源、N 源、P 源、S 和能量。污水 的微生物好氧净化就是模拟上述原理，把微生物置于一定的构筑物内通气培养
高效率净化污水的方法。 12厌氧净化 微生物在严格厌氧条件下,有机物发酵或消化过程中,大部分有机物被解生 成H2、CO2、H2S和cH4等气体。污水的生物厌氧净化就是根据污水经厌氧发酵 后既到净化,又获得了生物能源cH4的原理。微物细胞能量转移的电子受体, 由好氧条件下分子氧改变为厌氧条件下的有机物。在厌氧件下,不溶于水而难分 解的大分子有机污物,被微生物的胞外酶降解为可溶性物质,再由产甲烷厌氧细 菌和产氢细菌降解成低分子有酸类和醇类、并放出H2和Co2:有机酸类和类经 产甲烷菌降解成H2、Co2和cH4。甲烷菌还可利用H2还原Co2,形成CH4。微 生物处理优点:微生物具有来源广,易培养,繁殖快,对环境适而通过微生物的 新陈代谢使有机物无机化。加之微生物的生存条件温和,新陈代谢时不需要高温 高压,它是不需要投加催化剂的生物法具有废水处理量大、处理范围广、运行 费用相对较低所要投入的人力,物力比其他方法要少的多。在污水生物处理的 人工生态系统中,物质的迁移转化效率之高是任何天然的或农业生态系统所不能 比拟的 以上方法我们在生物课本中也都接触过,原理也很简单。关键是我们如何知 道污水中菌的数量及种类呢? 21微生物在调试过程中起着很重要的指标作用,通过镜检而根据活性污泥 中的微生物可以发现该污泥的好差。那有哪些微生物参与了这些奇妙的活动 呢? 21.1变形虫(阿米巴) amoeba 顾名思义,变形虫是能变形的。不过这种变形也是有限度的。 些种类的变形虫能向四外伸出假足,以探查水中的化学成分,决定移动 方向。而有些种类根本没有假足。他们猎食时覆盖它的猎物,把猎物裹起来, 这样就产生了一个食物泡,食物泡可以消化吸收猎物 大多数变形虫对人体无害,但有几种变形虫能产生人类疾病:阿米巴痢疾, 主要发生在贫穷国家。 变形虫食性广,单细胞藻类,细菌小原生动物,真菌,有机碎片等皆是它们的 食物。 变形虫生命力强在条件不好时,可以形成一个包囊(休眠体)度过难关
高效率净化污水的方法。 1.2 厌氧净化 微生物在严格厌氧条件下，有机物发酵或消化过程中，大部分有机物被解生 成 H2、CO2、H2S 和 CH4 等气体。污水的生物厌氧净化就是根据污水经厌氧发酵 后既到净化，又获得了生物能源 CH4 的原理。微物细胞能量转移的电子受体， 由好氧条件下分子氧改变为厌氧条件下的有机物。在厌氧件下，不溶于水而难分 解的大分子有机污物，被微生物的胞外酶降解为可溶性物质，再由产甲烷厌氧细 菌和产氢细菌降解成低分子有酸类和醇类、并放出 H2 和 CO2；有机酸类和类经 产甲烷菌降解成 H2、CO2 和 CH4。甲烷菌还可利用 H2 还原 CO2，形成 CH4。 微 生物处理优点：微生物具有来源广，易培养，繁殖快，对环境适而通过微生物的 新陈代谢使有机物无机化。加之微生物的生存条件温和，新陈代谢时不需要高温 高压，它是不需要投加催化剂的.生物法具有废水处理量大、处理范围广、运行 费用相对较低,所要投入的人力，物力比其他方法要少的多。在污水生物处理的 人工生态系统中，物质的迁移转化效率之高是任何天然的或农业生态系统所不能 比拟的。 以上方法我们在生物课本中也都接触过，原理也很简单。关键是我们如何知 道污水中菌的数量及种类呢？ 2.1 微生物在调试过程中起着很重要的指标作用，通过镜检而根据活性污泥 中的微生物可以发现该污泥的好差。那有哪些微生物参与了这些奇妙的活动 呢？ 2.1.1 变形虫（阿米巴）amoeba. 顾名思义，变形虫是能变形的。不过这种变形也是有限度的。 一些种类的变形虫 能向四外伸出假足，以探查水中的化学成分，决定移动 方向。而有些种类根本没有假足。 他们猎食时覆盖它的猎物， 把猎物裹起来， 这样就产生了一个食物泡， 食物泡可以消化吸收猎物。 大多数变形虫对人体无害,但有几种变形虫能产生人类疾病：阿米巴痢疾， 主要发生在贫穷国家。 变形虫食性广,单细胞藻类,细菌,小原生动物，真菌，有机碎片等皆是它们的 食物。 变形虫生命力强,在条件不好时，可以形成一个包囊(休眠体)度过难关。
Food Vacuole 食物论 Nucleus 动态中的食物泡.食物泡中充满了酶,用来消化猎物消化过程很容易用显微 镜观察。 变形虫的尾末端结构,并非所有种类的变形虫都有尾末端。 212太阳虫目( Heliozoan) 生活在六亿年前,是一种最低等的动物。身体呈球形,有许多尖针状的伪足
动态中的食物泡. 食物泡中充满了酶，用来消化猎物.消化过程很容易用显微 镜观察。 变形虫的尾末端结构，并非所有种类的变形虫都有尾末端。 2.1.2 太阳虫目 （Heliozoan） 生活在六亿年前，是一种最低等的动物。身体呈球形，有许多尖针状的伪足
放射状排列在身体四周,用来捕捉食物。太阳虫有许多种,几乎全部生活在淡水 中 3
放射状排列在身体四周，用来捕捉食物。太阳虫有许多种，几乎全部生活在淡水 中
中间的圆形的东西是核而细胞的外层部分有很多大的液泡。 两个太阳虫在分享一顿美食。其中的一个让出了食物,然后两个分开来
中间的圆形的东西是核,而细胞的外层部分有很多大的液泡。 两个太阳虫 在分享一顿美食 。其中的一个让出了食物，然后两个分开来
许多太阳虫个体组成了群体,进行捕食。 213草履虫 草履虫( Paramecium)是单细胞原生动物典型的代表。它具有抗污性高,净化 污水,吞噬细菌和单细胞藻类的习性。在水污染的生物净化和防治中起到 定的作用,还可以在水污染治理和毒性检测中作为指示生物。 体呈圆筒形,长约250~300微米,前端钝圆,中部较宽,后端稍尖。体形 轮廓似倒置的草鞋底,故称为草履虫
许多太阳虫个体组成了群体，进行捕食。 2.1.3 草履虫 草履虫(Paramecium)是单细胞原生动物典型的代表。它具有抗污性高，净化 污水，吞噬细菌和单细胞藻类的习性。在水污染的生物净化和防治中起到一 定的作用，还可以在水污染治理和毒性检测中作为指示生物。 体呈圆筒形，长约 250～300 微米，前端钝圆，中部较宽，后端稍尖。体形 轮廓似倒置的草鞋底，故称为草履虫
静 群居的草履虫 受攻击的草履虫
群居的草履虫 受攻击的草履虫
收储 纤毛 缩利 草履虫的模拟图,这张图想必都很很熟悉了吧。 【应用】净化污水 【优点】处理费用低、耗能低;处理水量大;适用性强,处理效果稳定可靠;运 行维护简单、工艺成熟,造成二次污染小 【缺点】环境复杂、废水水中组分的复杂性,不能利用数学模型准确计算反应速 率及污染物质的降解效率,只能通过理论上的计算和工程实际经验进行验算。 技术二:你穿了微生物吗? 曾看到过这样的一则对话:“A:‘咦?你今天穿的什么料子的衣服啊?’B: 啊我穿的大肠杆菌。你的咧?’A:‘木蜡杆菌。”不禁喷笑 如今,随着科学技术的进步,许许多多的东西都改变了,在原有的基础上经 过不断的创新,让许多的不可能变成可能。衣服,在原有的基础上也被赋予了新 的功能。 许多传统的物品除了拥有原本的功能属性外,都有了更多的延展功能,比如 钟表,不仅可以计时,还具有智能监测功能;还有智能运动鞋等。同理,衣物也 不例外。据国外媒体报道, BioLogic是麻省理工学院(MT)媒体实验室的一个团队, 他们最近开展了一个新项目,尝试利用微生物来为衣服增加科学功能。 【原理解析】 BioLogic使用的是纳豆枯草芽孢杆菌,这些细菌和松果一样,可以根据空气 的湿度自动膨胀和收缩,湿度越大,面料膨胀得就越大。因此,利用这个原理, BioLogic与设计师合作,发明了一种称为“第二皮肤”的新式服装,它可以根据 穿着者体温和湿度的增加而变得更加透气 纳豆枯草芽孢杆菌本是日本料理中的常见材料, BioLogic团队则将其制成生 物膜,整合进氨纶布料上。生物膜的图案形状不一样,效果亦会随之发生改变 而且,生物膜的透气效果与湿度反映是成正比的。当湿度达到100%的时候,生 物膜会完全敞开的,透气程度很好。 【应用】 增加了衣服的新功能,使衣服的透气功能更加自由而灵活 【缺点】目前成本较高,还不能广泛应用。 【疑问】完全展开透气效果好要是下雨怎么办?? 技术三:红红火火的染色工艺
草履虫的模拟图，这张图想必都很很熟悉了吧。 【应用】净化污水 【优点】处理费用低、耗能低；处理水量大；适用性强，处理效果稳定可靠；运 行维护简单、工艺成熟，造成二次污染小。 【缺点】环境复杂、废水水中组分的复杂性，不能利用数学模型准确计算反应速 率及污染物质的降解效率，只能通过理论上的计算和工程实际经验进行验算。 技术二：你穿了微生物吗？ 曾看到过这样的一则对话：“A:‘咦？你今天穿的什么料子的衣服啊？’B: ‘啊我穿的大肠杆菌。你的咧？’A：‘木蜡杆菌。’”不禁喷笑。 如今，随着科学技术的进步，许许多多的东西都改变了，在原有的基础上经 过不断的创新，让许多的不可能变成可能。衣服，在原有的基础上也被赋予了新 的功能。 许多传统的物品除了拥有原本的功能属性外，都有了更多的延展功能，比如 钟表，不仅可以计时，还具有智能监测功能;还有智能运动鞋等。同理，衣物也 不例外。据国外媒体报道，BioLogic 是麻省理工学院(MIT)媒体实验室的一个团队， 他们最近开展了一个新项目，尝试利用微生物来为衣服增加科学功能。 【原理解析】 BioLogic 使用的是纳豆枯草芽孢杆菌，这些细菌和松果一样，可以根据空气 的湿度自动膨胀和收缩，湿度越大，面料膨胀得就越大。因此，利用这个原理， BioLogic 与设计师合作，发明了一种称为“第二皮肤”的新式服装，它可以根据 穿着者体温和湿度的增加而变得更加透气。 纳豆枯草芽孢杆菌本是日本料理中的常见材料，BioLogic 团队则将其制成生 物膜，整合进氨纶布料上。生物膜的图案形状不一样，效果亦会随之发生改变。 而且，生物膜的透气效果与湿度反映是成正比的。当湿度达到 100%的时候，生 物膜会完全敞开的，透气程度很好。 【应用】 增加了衣服的新功能，使衣服的透气功能更加自由而灵活。 【缺点】目前成本较高，还不能广泛应用。 【疑问】完全展开透气效果好要是下雨怎么办？？？ 技术三：红红火火的染色工艺
说起衣服,还在担心冬天羽绒服里的细菌会对身体造成伤害?那么问题来 了,现有细菌染色的衣服,你敢穿吗? 如今,我们是怎么来给衣服上色呢? 人们通常用石油化工染料来给衣服染色。而细菌染色又是什么呢? 【原理】用糖做为底物,在上面培养细菌产生染料。 【经过】在巴黎的霹雳公司实验室,托马斯·兰德瑞恩和他的联合创始人 实现了这个他们三年前就有过的构想。当时他们想要制造一种细菌钢笔,只需 要其中加入糖,就可以让细菌产出墨水。这种产品的核心就是可以产生蓝色素 的南美链霉菌,现在兰德瑞恩和他的同事已经掌握如何提取色素并用色素写字 的方氵 他的团队尝试在喷墨打印机中使用生物墨,并探索如何将其运用到纺织行 业当中。通过多次探索,如提供不同种类的糖、改变温度或反应时间等(换句 话说,就是改变微生物的生活环境),他们已掌握了控制墨水生产的方法,甚 至可以诱导链霉菌和一些其他细菌产出红色、黄色、橙色和紫色的染料。 兰德瑞恩说:“我们开始考虑,有没有一种方法,可以让这种有色燃料素成 为现代石油化工燃料的可行替代品呢? 许多染料是石化产品的混合物或有机色素,还有一些含有镉、铅等重金属 混合物。像咱们常见的碳素中性笔的墨水就是石油燃烧后的产物。兰德瑞恩说 “我们正设想打造一个不用石化染料的未来 北卡州立大学的教授哈罗德·福雷曼,常年从事有机染料和色素的硏究工作, 他表示,兰德瑞恩团队的设想很伟大。现代染料产品通常依赖于硝酸一类的腐 蚀性物质,而像这样的生物合成产物可能会使现代染料不再依赖腐蚀性物质。 2013年,约翰逊在一个团队里研究通过基因工程使大肠杆菌产生靛青(牛 仔裤的染料)的技术。像霹雳公司一样,约翰逊的团队也在寻找合成染料的替 代品。合成染料是能源密集型产业,而且依赖于石油。约翰逊的同事,约翰· 迪波尔正在继续研究,希望产品能商业化生产。 在实验室里产出一点点染料只是一个小小的试验,真正做到满足工业染色 的需要才是真正的壮举。据了解,每年印染丁尼布所需要的合成靛青就有 40000吨之多。想要提高的细菌生产量,就意味着人们必须精确的了解细菌生 长所需的条件,这样才能最大限度地提高产量 霹雳公司也尝试着将细菌染料用于服装印染。目前,霹雳公司正加大微生 物染料在服装上的应用。在染衣服的时候,研究者会用加热的方法杀死细菌或 者直接将细菌从衣服上洗去。 如果要彻底替代石化染料,生物墨的生产必须非常高效,这样才能与当前 印染的规模和成本相竞争。 细菌染料也不局限于工业使用,伦敦的科学家和设计师奈斯·奥黛丽·彻扎 有一个项目,就是将细菌生产的染料用于印染织物的图案。她想把她的技术变 成一个工艺,将她的艺术设想变成一系列科学的步骤,任何人都可以使用。 【应用】代替化石染料在工业和纺织业进行染色。 【优点】许多染料是石化产品的混合物或有机色素,还有一些含有镉、铅等重 金属混合物。而细菌染色新型方式使人体不用接触那些不健康的物质,减少这 些物质所带来的风险 【缺点】有一部分技术仅限于猜想,技术不成熟,不能广泛运用,培养细菌成 本高等
说起衣服，还在担心冬天羽绒服里的细菌会对身体造成伤害？那么问题来 了，现有细菌染色的衣服，你敢穿吗？ 如今，我们是怎么来给衣服上色呢？ 人们通常用石油化工染料来给衣服染色。而细菌染色又是什么呢？ 【原理】用糖做为底物，在上面培养细菌产生染料。 【经过】在巴黎的霹雳公司实验室，托马斯•兰德瑞恩和他的联合创始人 实现了这个他们三年前就有过的构想。当时他们想要制造一种细菌钢笔，只需 要其中加入糖，就可以让细菌产出墨水。这种产品的核心就是可以产生蓝色素 的南美链霉菌，现在兰德瑞恩和他的同事已经掌握如何提取色素并用色素写字 的方法。 他的团队尝试在喷墨打印机中使用生物墨，并探索如何将其运用到纺织行 业当中。通过多次探索，如提供不同种类的糖、改变温度或反应时间等(换句 话说，就是改变微生物的生活环境)，他们已掌握了控制墨水生产的方法，甚 至可以诱导链霉菌和一些其他细菌产出红色、黄色、橙色和紫色的染料。 兰德瑞恩说：“我们开始考虑，有没有一种方法，可以让这种有色燃料素成 为现代石油化工燃料的可行替代品呢？” 许多染料是石化产品的混合物或有机色素，还有一些含有镉、铅等重金属 混合物。像咱们常见的碳素中性笔的墨水就是石油燃烧后的产物。兰德瑞恩说： “我们正设想打造一个不用石化染料的未来。” 北卡州立大学的教授哈罗德•福雷曼，常年从事有机染料和色素的研究工作， 他表示，兰德瑞恩团队的设想很伟大。现代染料产品通常依赖于硝酸一类的腐 蚀性物质，而像这样的生物合成产物可能会使现代染料不再依赖腐蚀性物质。 2013 年，约翰逊在一个团队里研究通过基因工程使大肠杆菌产生靛青(牛 仔裤的染料)的技术。像霹雳公司一样，约翰逊的团队也在寻找合成染料的替 代品。合成染料是能源密集型产业，而且依赖于石油。约翰逊的同事，约翰• 迪波尔正在继续研究，希望产品能商业化生产。 在实验室里产出一点点染料只是一个小小的试验，真正做到满足工业染色 的需要才是真正的壮举。据了解，每年印染丁尼布所需要的合成靛青就有 40,000 吨之多。想要提高的细菌生产量，就意味着人们必须精确的了解细菌生 长所需的条件，这样才能最大限度地提高产量。 霹雳公司也尝试着将细菌染料用于服装印染。目前，霹雳公司正加大微生 物染料在服装上的应用。在染衣服的时候，研究者会用加热的方法杀死细菌或 者直接将细菌从衣服上洗去。 如果要彻底替代石化染料，生物墨的生产必须非常高效，这样才能与当前 印染的规模和成本相竞争。 细菌染料也不局限于工业使用，伦敦的科学家和设计师奈斯•奥黛丽•彻扎 有一个项目，就是将细菌生产的染料用于印染织物的图案。她想把她的技术变 成一个工艺，将她的艺术设想变成一系列科学的步骤，任何人都可以使用。 【应用】代替化石染料在工业和纺织业进行染色。 【优点】许多染料是石化产品的混合物或有机色素，还有一些含有镉、铅等重 金属混合物。而细菌染色新型方式使人体不用接触那些不健康的物质，减少这 些物质所带来的风险。 【缺点】有一部分技术仅限于猜想，技术不成熟，不能广泛运用，培养细菌成 本高等
微生物还有好多其他我们所不知的“伟大壮举”呢!等待我们这群小白去 探索,相信未来人类可以更好地认识细菌部队喔! 武苗苗 16300680140 2016.10.01
微生物还有好多其他我们所不知的“伟大壮举”呢！等待我们这群小白去 探索，相信未来人类可以更好地认识细菌部队喔！ 武苗苗 16300680140 2016.10.01