前言环境科学是一门综合性很强的大学科，涉及社会科学、自然科学和技术科学等广泛领域。在环境问题成为全球性重大问题时，微生物学工作者运用微生物学的理论和方法，来认识环境问题的实质并探寻解决环境问题的有效途径，于20世纪60年代末建立了环境微生物学这门新兴的边缘学科。至今，环境微生物学已渗透到环境科学的众多领域，成为认识和解决环境问题的锐利武器。了解和掌握环境微生物学的理论、方法和技术，将使环境工作者终生受益。有关环境微生物学的专著和教材，国内外尚无统一的体系和结构。本书编者取各家所长，结合自已的教学与科研，对现有的环境微生物学成果进行了认真的筛选，编写了这本《环境微生物学》教材，以满足环境类专业本科生的教学之需。环境类专业通常不单独开设普通微生物学课，为了弥补这一不足，本书前八章介绍微生物学的基础知识。第九章介绍微生物对环境的污染与危害，包括病原微生物、水体富营养化以及代谢产物对环境的污染与危害，引进了微生物的风险评价。第十章介绍污染环境的微生物净化与修复，阐述了环境自净和生物修复的微生物学原理。第十一章介绍废水生物处理的微生物学原理，重点讨论微生物在有机废水好氧与厌氧生物处理以及生物脱氮除磷中的种种作用。第十二章介绍环境监测中的微生物学方法。本书由郑平（第、二、七、八章）、徐向阳（第十、十章）、胡宝兰（第三、四、五、六章）、钟文辉（第九、十二章）编写，郑平负责统稿。俞秀娥副教授认真地审阅了教材的全稿，浙江大学教务部和浙江大学出版社对本教材的出版给予了热心的支持，在此深表感谢。由于编者的水平及时间有限，教材中疏漏和不足在所难免，愿请有关专家、老师、同学以及其他读者批评指正。郑平2001年8月
目录第一章绪论(1)第一节微生物与微生物学(1)、微生物(1)(3)二、微生物学第二节环境科学与环境微生物学(3)、环境与环境科学(3)二、环境微生物学(4)+复习思考题.(6)第二章微生物的起源与进化(7)...第一节微生物的起源与化学进化(7)(7)一、Oparin-Haldane生命起源假说..(7)二、生命起源假说的实验证据第二节微生物细胞的进化..(8)第三节微生物细胞器的进化(9)第四节微生物生理的进化-(10)第五节微生物进化的遗传基础(11)第六节大地女神假说(12)复习思考题(13)第三章微生物的主要类群（I）(14)第一节病毒....(14)(14)一、病毒的一般特征与分类二、病毒的化学组成和结构(15)三、噬菌体(16)四、亚病毒(19)第二节原核微生物(20)一、细菌(20)二、放线菌(29)三、蓝细菌(32)四、古菌(33)复习思考题(34)
第四章微生物的主要类群（I）(35)第一节真菌(35)(35)一、真菌的细胞结构(36)二、真菌的菌丝和菌丝体三、真菌的繁殖….(37)四、真菌的菌落特征(38)五、真菌的分类(39)第二节藻类(46)一、藻类的形态与构造(46)二、藻类的生理特征(46)三、藻类的分类(47)第三节原生动物(50)一、原生动物的形态与构造(50)二、原生动物的营养与繁殖(51)三、原生动物的分类·(51)第四节微型后生动物*..（55)一、轮虫（55)二、线虫(56)三、颗体虫(56)复习思考题(57)第五章微生物的营养与代谢.(58)第一节微生物的营养物质(58)一、能源(58)二、碳源(58)三、氮源(59)四、无机盐(59)五、生长因子，(60)六、水...(60)第二节市微生物的营养类型(60)、光能自养型(60)二、光能异养型(60)三、化能自养型(61)四、化能异养型·(61)第三节微生物的营养吸收.(61)一、简单扩散(61)二、促进扩散·(61)三、主动运输(62)四、基团转位(62)
(63)第四节培养基(63)一、配制培养基的原则(63)二、培养基的种类·(64)第五节微生物的能量代谢(64)一、呼吸(65)二、厌氧呼吸.(65)三、发酵(66)第六节微生物的物质代谢(66)一、糖酵解途径：..(66)二、三羧酸循环·第七节微生物的代谢调控(68)+.(69)一、酶活性的调节(70)二、酶合成的调节(73)复习思考题第六章微生物的生长繁殖与遗传变异(74)第一节微生物生长的测定...(74)(74)一、总菌数的测定二、活菌数的测定(75)+三、每菌生长的测定(75)(76)四、生长量的测定第二节微生物的生长(76)(76)一、分批培养·(79)二、连续培养·三、好氧培养(81)四、厌氧培养(83)第三节微生物的遗传(84)一、DNA与基因(85)二、DNA 的复制(85)三、RNA的合成(86)(87)四、蛋白质的合成第四节微生物的变异(87)(87)一，非遗传型变异(87)二、遗传型变异(88)三、原核微生物的基因重组四、真核微生物的基因重组(89)复习思考题(89)第七章微生物的生态(90)第一节非生物因素对微生物的影响(90)
(90)一、最小因子定律和耐受性定律(90)二、温度(93)三、酸碱度(93)四、水的可给性(94)五、氧气第二节种群内微生物的相互作用(96)、阿利规律(96)二、正相互作用(96)三、负相互作用(97)第三节种群间微生物的相互作用(97)一、中立(97)二、栖生(98)三、互生(98)四、共生(99)五、竞争(99)六、偏生(100)七、捕食(100)八、寄生(100)第四节微生物群落的形成与发展·(101)一、r对策和K对策·(101).二、群落的形成与演替.(101)三、群落结构(102)第五节微生物的生态系统…(102)一、生态系统的组成(102)二、食物链与营养级(103)三、生态系统的能流与物流(103)复习思考题…………(103)第八章微生物与生物地球化学循环。(104)第节碳素循环.(104)、概述......(104)二、有机物质分解的一般途径-(105)三、纤维素的分解(106)四、半纤维素和其他糖类化合物的分解(107)五、脂肪的分解(108)第二节氮素循环(108)一、概述(108)二、生物固氮(109)三、氨的同化(111)四、氨化作用(111).N:
(112)五、硝化作用(114)六、硝酸盐还原作用(115)第三节硫素循环·(115)一、概述(116)二、硫的同化(116)三、脱硫作用(116)四、硫化作用(117)五、硫酸盐还原作用.第四节磷素循环(118)、概述(118)二、磷的同化(118)(119)三、有机磷化物的分解·(119)四、难溶磷化物的溶解五、磷酸盐的还原(120)复习思考题(120)第九章微生物对环境的污染与危害(121)第一节环境中病原微生物的传播与危害(121)一、大气微生物污染(121)二、水体微生物污染(122)三、土壤微生物污染(123)第二节水体富营养化(124)、水体富营养化的概念(124)二、富营养化水体中的主要生物种群(124)三、水体富营养化的形成和影响因素(125)四、水体富营养化的评价(126)五、水体富营养化的危害·(126)(127)六、水体富营养化的防治第三节微生物代谢产物的污染·(127)一、生物毒素(127)二、气味代谢物(129)三、酸性矿水(130)四、甲基汞(130)第四节微生物的风险评价…(131)一、风险与风险评价的概念(131)二、风险评价的基本内容(131)三、微生物的风险评价(132)复习思考题·(135)第十章污染环境的微生物净化与修复(136)
(136)第一节有机污染物的微生物降解与转化·(136)一、微生物降解的潜力(137)二、工程菌的构建(139)三、有机污染物的可生物降解性(141)四、儿种典型有机污染物的微生物降解第二节污染环境的自净作用.(146)一、污染水体的自净(146)二、污染土块的自净(147)第三节污染环境的生物修复(149)一、生物修复概述(149)二、生物修复的技术要点(150)三、生物修复工艺(152)复习思考题(154)第十一章废水生物处理的微生物学原理.(155)第一节废水生物处理的作用与类型……(155)一、废水生物处理的作用，(155)二、废水生物处理的类型(156)第二节废水好氧生物处理的微生物学原理(157)一、好氧活性污泥法(157)二、好氧生物膜法(161)第三节废水厌氧生物处理的微生物学原理…(163)一、厌氧生物处理的工艺条件(164)二、厌氧生物处理的特点(164)三、厌氧生物处理的发展，(164)四、UASB反应器(165)第四节废水生物脱氮的微生物学原理…(167)-一、硝化作用(168)二、反硝化作用(168)三、废水生物脱氨工艺(169)四、A/O生物脱氮工艺(170)第五节废水生物除磷的微生物学原理(170)一、聚磷细菌及其过度摄磷作用(170)二、废水生物除磷工艺(171)复习思考题·(172)第十二章环境监测中的微生物学方法(173)-第一节水质的细菌学检测·(173)、细菌总数(173)二、腐生细菌数(173).V
(174)三、粪便污染的指示菌第二节空气的细菌学检测(176)(176)一、空气中细菌的检测方法二、空气中细菌的总数指标(177)第三节污染物毒性的细菌学检测.(177)、污染物毒性检测（发光细菌检测法）：(177)二、污染物致突变性检测（Ames试验法）(177)第四节应用PCR技术检测环境微生物(178)、PCR技术(178)二、应用PCR技术检测致病菌(180)三、应用PCR技术检测基因工程菌(180)复习思考题(181)参考文献·(182)VI
第一章绪论第一节微生物与微生物学一、微生物(一)微生物的定义微生物（microorganism)不是分类学上的名词，它是一切肉眼看不见的或看不清楚的微小生物的总称。微生物包括非细胞型微生物和细胞型微生物，后者又包括原核型微生物和真核微生物。微生物种类繁多，形态各异，营养类型庞杂，但都表现为简单、低等的生命形态；在研究方法上，所采用的技术和设备也大致相同。微生物的主要类群如图1-1所示。（病毒（virus）非细胞型微生物（亚病毒（subvirus）细菌（bacteria）古菌(archaea）微生物放线菌（actinomyces）原核微生物蓝细菌（cyanobacteria）立克次氏次（rickettsia）衣原体（chlamydia）细胞型微生物<（支原体（mycoplasma）真菌（fungi）真核微生物原生动物（protozoa）微型藻类（microalgae）图1-1微生物的主要类群(二)微生物的特点1.个体微小、结构简单微生物形体微小，必须借助于显微镜，甚至用电子显微镜把它们放大几十万倍才能看到。测量微生物需用测微尺，细菌以微米（um）为计量单位；病毒比细菌还小，用纳米（nm）为计量单位。在微生物世界，个体最小的是类病毒和病毒，它们大约是病毒大小的1/100。微生物结构简单，多数是单细胞生物，一个细胞就是一个生物个体。病毒没有细胞结构，由核酸和蛋白质组成；类病毒仅由核酸组成；病毒仅由蛋白质组成。2.代谢活跃、类型多样微生物代谢活跃。由于个体小，相应的比表面积很大，能迅速地从环境中吸取各种营养物质，排出大量代谢产物。例如，乳酸杆菌每小时可产生相当于其体重1千至1万倍的代谢产物一一乳酸。:1:
微生物代谢类型多样，具体表现为：①基质广泛。既能利用二氧化碳，也能利用各种有机物质作为碳源。②能源谱宽。既能利用太阳能，也能利用各种化学能作为能源。③适应性强。既可在有氧环境下生长，也可在无氧环境下生长。①代谢产物多样。既可产生无机产物，也可产生有机产物；既可产生小分子有机产物，也可以产生大分子有机产物。3.繁殖迅速、容易变异微生物具有极高的繁殖速度。在生长旺盛时，有些细菌每20分钟就能增殖一代，24小时可增殖72代。如果没有其他条件限制，经过一昼夜1个细菌就可增至4万亿亿个。微生物对环境条件敏感，容易发生变异。在外界条件出现剧烈变化时，多数个体死亡，少数个体可发生变异而适应新的环境。4.抗逆性强、休眠期长微生物具有很强的抗逆性。例如，高温菌可在265个大气压(26.8MPa）和300℃的高压高温条件下生长；嗜酸菌可在pH0.5的强酸性条件下生长；嗜盐菌则可在盐含量高达23%～25%的“死海”中生活。在不利条件下，微生物容易进入休眠状态，有些种类可形成特殊的休眠体（如芽孢和分生孢子）。这些休眠体的休眠期很长。据报道，在休眠几百年甚至上千年后，有些芽孢仍有活力。5、种类繁多、数量巨大如前所述，微生物种类繁多，包括细菌、古菌、放线菌、真菌、藻类和原生动物等类群。每一类群又由相当可观的种组成，现已发现的真菌有10万多种，细菌达2000多种，放线菌1500多种。微生物数量巨大。在温度和湿度适宜、营养丰富的土壤耕作层中，每克土壤的微生物含量高达数亿个。6.分布广泛、分类界级宽微生物分布广泛。在自然界，不论是土壤、水体和空气，还是植物、动物和人体的内部或表面，都存在大量微生物。上至8万多米的高空，下至3干多米的油井，冷至南北极地，热至几百度的深海火山口内，都有微生物的踪迹，真可谓无孔不人，无所不在。微生物的分类界级很宽。在反映生物系统发育的六界（动物界、植物界、真菌界、原生生物界、原核生物界和病毒界)分类系统中，微生物包括了除动物界和植物界以外的其他四界。(三)微生物的分类和命名1.微生物的分类目前所知的微生物已超过10万种，而且，新种还在不断地被发现。为了识别和研究微生物，通常根据它们的生物学特性以及彼此之间的亲缘关系，将它们安排成一个条理清楚的分类系统。从大到小，这个分类系统的各级分类单位是界（kingdom）、门（phylum）、纲（class）、目(order）、科（family）、属（genus）、种（species）。其中，种是分类的基本单位。在两个分类单位之间，常加进次要分类单位，如亚门、亚纲、亚科、亚属、亚种、变种。除上所述，人们还常用一些非分类学单位，如采用类群（group）和菌株（strain）来表示微生物在分类系统中的地位。类群是非正式地指定一组具有某些共同性状的微生物。菌株则表示任何一个独立分离的单细胞（或单个病毒粒子)繁殖而成的纯种群体及其后代。2.微生物的命名每种微生物都有自己的名称，名称有俗名（commonname）和学名(scientificname）两种。俗名指普通的、通俗的、地区性的名称，具有简明和大众化的优点；但往往涵义不确切，易于重复，使用范围受到限制。例如，俗名“绿脓杆菌”指的是“铜绿假单胞菌”(Pseudomonasaeruginosa)。学名是一个菌种的科学名称，它是按照国际学术界的通用规则命名的。学名采用拉丁词或.2·