古菌与水处理中的作用

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『贰』 [高分请教]有关微生物的综述

微生物

微生物(microorganism简称microbe)是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物等在内的一大类生物群体，它个体微小，却与人类生活密切相关。微生物在自然界中可谓“无处不在，无处不有”，涵盖了有益有害的众多种类，广泛涉及健康、医药、工农业、环保等诸多领域。

一般地，在中国大陆地区的教科书中，均将微生物划分为以下8大类：细菌、病毒、真菌、放线菌、立克次体、支原体、衣原体、螺旋体。
能引起人和动物致病的微生物叫病源微生物有八大类：
1.真菌:引起皮肤病。深部组织上感染。
2放线菌：皮肤，伤口感染。
3螺旋体：皮肤病，血液感染 如梅毒，钩端螺旋体病。
4细菌：皮肤病化脓，上呼吸道感染 ，泌尿道感染，食物中毒，败血压症，急性传染病等。
5立克次氏体：斑疹伤寒等。
6依原体：沙眼，泌尿生殖道感染。
7病毒：肝炎，乙型脑炎，麻疹，爱滋病等。
8支原体：肺炎，尿路感染。
生物界的微生物达几万种，大多数对人类有益，只有一少部份能致病。有些微生物通常不致病，在特定环境下能引起感染称条件致病菌。 能引起食品变质，腐败，正因为它们分解自然界的物体，才能完成大自然的物质循环。
有些人误将真菌当作细菌，是一种比较普遍的误解。尤其以80年代以前未受过系统生物学教育者。

微生物对人类最重要的影响之一是导致传染病的流行。在人类疾病中有50％是由病毒引起。世界卫生组织公布资料显示：传染病的发病率和病死率在所有疾病中占据第一位。微生物导致人类疾病的历史，也就是人类与之不断斗争的历史。在疾病的预防和治疗方面，人类取得了长足的进展，但是新现和再现的微生物感染还是不断发生，像大量的病毒性疾病一直缺乏有效的治疗药物。一些疾病的致病机制并不清楚。大量的广谱抗生素的滥用造成了强大的选择压力，使许多菌株发生变异，导致耐药性的产生，人类健康受到新的威胁。一些分节段的病毒之间可以通过重组或重配发生变异，最典型的例子就是流行性感冒病毒。每次流感大流行流感病毒都与前次导致感染的株型发生了变异，这种快速的变异给疫苗的设计和治疗造成了很大的障碍。而耐药性结核杆菌的出现使原本已近控制住的结核感染又在世界范围内猖獗起来。
微生物千姿百态，有些是腐败性的，即引起食品气味和组织结构发生不良变化。当然有些微生物是有益的，它们可用来生产如奶酪，面包，泡菜，啤酒和葡萄酒。微生物非常小，必须通过显微镜放大约1000 倍才能看到。比如中等大小的细菌，1000个叠加在一起只有句号那么大。想像一下一滴牛奶，每毫升腐败的牛奶中约有5千万个细菌，或者讲每夸脱牛奶中细菌总数约为50亿。也就是一滴牛奶中可有含有50 亿个细菌。

微生物能够致病，能够造成食品、布匹、皮革等发霉腐烂，但微生物也有有益的一面。最早是弗莱明从青霉菌抑制其它细菌的生长中发现了青霉素，这对医药界来讲是一个划时代的发现。后来大量的抗生素从放线菌等的代谢产物中筛选出来。抗生素的使用在第二次世界大战中挽救了无数人的生命。一些微生物被广泛应用于工业发酵，生产乙醇、食品及各种酶制剂等；一部分微生物能够降解塑料、处理废水废气等等，并且可再生资源的潜力极大，称为环保微生物；还有一些能在极端环境中生存的微生物，例如：高温、低温、高盐、高碱以及高辐射等普通生命体不能生存的环境，依然存在着一部分微生物等等。看上去，我们发现的微生物已经很多，但实际上由于培养方式等技术手段的限制，人类现今发现的微生物还只占自然界中存在的微生物的很少一部分。

微生物间的相互作用机制也相当奥秘。例如健康人肠道中即有大量细菌存在，称正常菌群，其中包含的细菌种类高达上百种。在肠道环境中这些细菌相互依存，互惠共生。食物、有毒物质甚至药物的分解与吸收，菌群在这些过程中发挥的作用，以及细菌之间的相互作用机制还不明了。一旦菌群失调，就会引起腹泻。

随着医学研究进入分子水平，人们对基因、遗传物质等专业术语也日渐熟悉。人们认识到，是遗传信息决定了生物体具有的生命特征，包括外部形态以及从事的生命活动等等，而生物体的基因组正是这些遗传信息的携带者。因此阐明生物体基因组携带的遗传信息，将大大有助于揭示生命的起源和奥秘。在分子水平上研究微生物病原体的变异规律、毒力和致病性，对于传统微生物学来说是一场革命。

以人类基因组计划为代表的生物体基因组研究成为整个生命科学研究的前沿，而微生物基因组研究又是其中的重要分支。世界权威性杂志《科学》曾将微生物基因组研究评为世界重大科学进展之一。通过基因组研究揭示微生物的遗传机制，发现重要的功能基因并在此基础上发展疫苗，开发新型抗病毒、抗细菌、真菌药物，将对有效地控制新老传染病的流行，促进医疗健康事业的迅速发展和壮大!

从分子水平上对微生物进行基因组研究为探索微生物个体以及群体间作用的奥秘提供了新的线索和思路。为了充分开发微生物（特别是细菌）资源，1994年美国发起了微生物基因组研究计划（MGP）。通过研究完整的基因组信息开发和利用微生物重要的功能基因，不仅能够加深对微生物的致病机制、重要代谢和调控机制的认识，更能在此基础上发展一系列与我们的生活密切相关的基因工程产品，包括：接种用的疫苗、治疗用的新药、诊断试剂和应用于工农业生产的各种酶制剂等等。通过基因工程方法的改造，促进新型菌株的构建和传统菌株的改造，全面促进微生物工业时代的来临。

工业微生物涉及食品、制药、冶金、采矿、石油、皮革、轻化工等多种行业。通过微生物发酵途径生产抗生素、丁醇、维生素C以及一些风味食品的制备等；某些特殊微生物酶参与皮革脱毛、冶金、采油采矿等生产过程，甚至直接作为洗衣粉等的添加剂；另外还有一些微生物的代谢产物可以作为天然的微生物杀虫剂广泛应用于农业生产。通过对枯草芽孢杆菌的基因组研究，发现了一系列与抗生素及重要工业用酶的产生相关的基因。乳酸杆菌作为一种重要的微生态调节剂参与食品发酵过程，对其进行的基因组学研究将有利于找到关键的功能基因，然后对菌株加以改造，使其更适于工业化的生产过程。国内维生素C两步发酵法生产过程中的关键菌株氧化葡萄糖酸杆菌的基因组研究，将在基因组测序完成的前提下找到与维生素C生产相关的重要代谢功能基因，经基因工程改造，实现新的工程菌株的构建，简化生产步骤，降低生产成本，继而实现经济效益的大幅度提升。对工业微生物开展的基因组研究，不断发现新的特殊酶基因及重要代谢过程和代谢产物生成相关的功能基因，并将其应用于生产以及传统工业、工艺的改造，同时推动现代生物技术的迅速发展。

农业微生物基因组研究认清致病机制发展控制病害的新对策

据资料统计，全球每年因病害导致的农作物减产可高达20％，其中植物的细菌性病害最为严重。除了培植在遗传上对病害有抗性的品种以及加强园艺管理外，似乎没有更好的病害防治策略。因此积极开展某些植物致病微生物的基因组研究，认清其致病机制并由此发展控制病害的新对策显得十分紧迫。

经济作物柑橘的致病菌是国际上第一个发表了全序列的植物致病微生物。还有一些在分类学、生理学和经济价值上非常重要的农业微生物，例如：胡萝卜欧文氏菌、植物致病性假单胞菌以及我国正在开展的黄单胞菌的研究等正在进行之中。日前植物固氮根瘤菌的全序列也刚刚测定完成。借鉴已经较为成熟的从人类病原微生物的基因组学信息筛选治疗性药物的方案，可以尝试性地应用到植物病原体上。特别像柑橘的致病菌这种需要昆虫媒介才能完成生活周期的种类，除了杀虫剂能阻断其生活周期以外，只能通过遗传学研究找到毒力相关因子，寻找抗性靶位以发展更有效的控制对策。固氮菌全部遗传信息的解析对于开发利用其固氮关键基因提高农作物的产量和质量也具有重要的意义。

环境保护微生物基因组研究找到关键基因降解不同污染物

在全面推进经济发展的同时，滥用资源、破坏环境的现象也日益严重。面对全球环境的一再恶化，提倡环保成为全世界人民的共同呼声。而生物除污在环境污染治理中潜力巨大，微生物参与治理则是生物除污的主流。微生物可降解塑料、甲苯等有机物；还能处理工业废水中的磷酸盐、含硫废气以及土壤的改良等。微生物能够分解纤维素等物质，并促进资源的再生利用。对这些微生物开展的基因组研究，在深入了解特殊代谢过程的遗传背景的前提下，有选择性的加以利用，例如找到不同污染物降解的关键基因，将其在某一菌株中组合，构建高效能的基因工程菌株，一菌多用，可同时降解不同的环境污染物质，极大发挥其改善环境、排除污染的潜力。美国基因组研究所结合生物芯片方法对微生物进行了特殊条件下的表达谱的研究，以期找到其降解有机物的关键基因，为开发及利用确定目标。

极端环境微生物基因组研究深入认识生命本质应用潜力极大

在极端环境下能够生长的微生物称为极端微生物，又称嗜极菌。嗜极菌对极端环境具有很强的适应性，极端微生物基因组的研究有助于从分子水平研究极限条件下微生物的适应性，加深对生命本质的认识。

有一种嗜极菌，它能够暴露于数千倍强度的辐射下仍能存活，而人类一个剂量强度就会死亡。该细菌的染色体在接受几百万拉德a射线后粉碎为数百个片段，但能在一天内将其恢复。研究其DNA修复机制对于发展在辐射污染区进行环境的生物治理非常有意义。开发利用嗜极菌的极限特性可以突破当前生物技术领域中的一些局限，建立新的技术手段，使环境、能源、农业、健康、轻化工等领域的生物技术能力发生革命。来自极端微生物的极端酶，可在极端环境下行使功能，将极大地拓展酶的应用空间，是建立高效率、低成本生物技术加工过程的基础，例如PCR技术中的TagDNA聚合酶、洗涤剂中的碱性酶等都具有代表意义。极端微生物的研究与应用将是取得现代生物技术优势的重要途径，其在新酶、新药开发及环境整治方面应用潜力极大。

什么是微生物

简介： 到目前为止，绿色的地球是唯一为人类所认知的一块生命的栖息地。在地球的陆地和海洋，与人类相依相存的是另一个缤纷多彩的生命世界。在这个目前对人类仍有太多未知的生命世界里，除了我们熟知的动物、植物，还有一个神秘的群体。它们太微小了，以至用肉眼看不见或看不清楚 ...
到目前为止，绿色的地球是唯一为人类所认知的一块生命的栖息地。在地球的陆地和海洋，与人类相依相存的是另一个缤纷多彩的生命世界。在这个目前对人类仍有太多未知的生命世界里，除了我们熟知的动物、植物，还有一个神秘的群体。它们太微小了，以至用肉眼看不见或看不清楚，它们的名字叫微生物。

下一个科学的定义，微生物是一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称。它们是一些个体微小、构造简单的低等生物。大多为单细胞，少数为多细胞，还包括一些没有细胞结构的生物。主要有古菌；属于原核生物类的细菌、放线菌、蓝细菌、枝原体、立克次氏体；属于真核生物类的真菌、原生动物和显微藻类。以上这些微生物在光学显微镜下可见。蘑菇和银耳等食、药用菌是个例外，尽管可用厘米表示它们的大小，但其本质是真菌，我们称它们为大型真菌。而属于非细胞生物类的病毒、类病毒和朊病毒（又称朊粒）等则需借助电子显微镜才能看到。

其实，微生物“出生”最早，地球诞生至今已有46亿多年，最早的微生物35亿年前就已出现在地球上，人类出现在地球上则只有几百万年的历史。但微生物与人类"相识"甚晚，人类认识微生物只有短短的几百年。1676年荷兰人列文虎克用自制的显微镜观察到了细菌，从而揭示出一个过去从未有人知晓的微生物世界。

虽然我们用肉眼看不到单个的微生物细胞，但是当微生物大量繁殖在某种材料上形成一个大集团时，或是把微生物培养在某些基质上，我们就能看到它们了。我们把这一团由几百万个微生物细胞组成的集合体称为菌落。例如腐败的馒头和面包上长的毛，烂水果上的斑点，皮鞋上的霉点，皮肤上的藓块等就是许多微生物形成的菌落。

微生物虽小，但它们和人类的关系非常密切。有些对人类有益，是人类生活中不可缺少的伙伴；有些对人类有害，对人类生存构成了威胁；有的虽然和人类没有直接的利害关系，但在生物圈的物质循环和能流中具有关键作用。
http://www.51sbo.com/article/2007/0910/article_5.html

『叁』 环境工程中最重要的古细菌是什么

按照古菌的生活习性和生理特征可以分为三类

一是产甲烷菌，二是极端嗜盐菌，三是嗜热嗜酸菌。

1.产甲烷菌

产甲烷菌(Methanogenus)是古菌中最早被人认识和应用的,人们对产甲烷菌的认识约有一百五十多年的历史。人们之所以对产甲烷菌有极大的兴趣是因为产甲烷菌在自然界或粪便或污水处理剩余污泥的厌氧消化、有机固体废物厌氧堆肥或填埋中,可与水解菌和产酸菌等协同作用,将有机物降解成的H2,CO2,和乙酸,并甲烷化产生有经济价值的清洁燃料,即生物能源:甲烷(CH4)。

2.极端嗜盐菌

极端嗜盐菌和细菌不同,它们对NaCl有特殊的适应性和需要。它们栖息在高盐环境如晒盐场、天然盐湖或高盐腌渍食物中。

3.嗜热嗜酸菌

嗜热嗜酸菌包括古生硫酸盐还原菌(archaeobacterialsulfaterecers)
极端嗜热古菌(hyperthermophiliearchaea)。
古生硫酸盐还原菌包括酸双面菌属(Acidianus)
生金球菌属(Metallosphaera)
硫还原叶菌属(Desulfurolobus)
硫化叶菌属
极端嗜热古菌包括热棒菌属(Pyrobecnlum)变形菌属(Thermoproteus)
热丝菌属(Thermofilum)
这类菌的特点是专性嗜热,好氧、兼性厌氧或严格厌氧,革兰氏阴性杆状,丝状或球状,最适生长温度为70105℃,嗜酸性和嗜中性,自养或异养生长、大多数种是硫代谢菌。
牧快

环境工程所涉及的领域广,有极端的自然环境(南极、北极、盐湖、死海等)和有极端性质的废水。例如,高盐分废水(化工、发酵工业废水等)、酸性废水(如味精废水pH为2~3、合成制药废水pH为4)、碱性废水(如造纸废水PH为14)、极毒重金属废水、低温废水、超高温废水等,还有极高浓度的有机废水(化工、发酵工业废水、制药废水等的COD,高达1×10410×104mg/L)。以上废水几乎涵盖了自然极端环境的所有恶劣条件。
目前,在处理这些废水时,都要事先将极端废水调整到合适的范围后再进行微生物处理。例如,废水的盐分高、有机物浓度过高,需要用大量的水稀释;水温过高需要先冷却;水温过低则要加温;过酸则要加碱调节到中性;过碱则用酸调节到中性等。这些过程可能造成工艺复杂,运行费用高和资源浪费。但是,若缺少这些过程,往往不能获得满意的处理效果。

由于长期应用的需求,人们在粪便和高浓度有机废水的厌氧消化处理中,对产甲烷菌研究较多,了解也较多。但对其他极端环境的古菌研究相对较少。因此,应加强对它们的研究,并将它们应用于废水的处理中去。这对环境保护及环境工程都是极其有利的,可使上述的废水处理不但可以顺利进行,而且在降低投资成本、节省运行费用、节约能源、提高处理效率等方面发挥积极的作用。
当然是产甲烷菌啦

『肆』 微生物的发展前景

前景
继续采用微生物作为生命科学的研究材料。
微生物生产与动植物生产并列为生物产业的三大支柱。
在工业中许多产品利用微生物来生产，如各种生物活性物质(抗生素等)、化工原料(酒精等)。

微生物在农业生产中也有着多方面的作用。

微生物在食品加工中有广泛用途，发酵食品和许多调味品都离不开微生物。

微生物是消除污染、净化环境的重要手段。

在新兴的生物技术产业中，微生物的作用更是不可替代。作为基因工程的外源DNA载体，不是微生物本身(如噬菌体)，就是微生物细胞中的质粒；被用作切割与拼接基因的工具酶，绝大多数来自各种微生物。由于微生物生长繁殖快、培养条件较简易，当今大量的基因工程产品主要是以微生物作为受体而进行生产，尤其是大肠杆菌、枯草芽胞杆菌和酿酒醉母。借助微生物发酵法，人们已能生产外源蛋白质药物(如人胰岛素和干扰素等)。尽管基因工程所采用的外源基因可以来自动植物，但由于微生物生理代谢类型的多样性，它们是最丰富的外源基因供体。
与高等动植物相比，已知微生物种类只是估计存在数量的很小一部分。哺乳动物和鸟类的物种几乎全部为人们所掌握，被子植物已知种类达93%，但细菌已知种数仅为估计数的12%，真菌为5%，病毒为4%(Bull，1992)。目前研究的也只是已知种类的很少一部分。根据SCI(science
citation
index)资料，1991—1997发表的微生物学文献大量集中在8个属，尤其是埃希氏杆菌，其中大肠杆菌又占主要部分(Galvez等，1998)。可以想像，既然对少数已知微生物的研究就已为人类作出了重要贡献，通过对多样性微生物的开发必然会为社会带来巨大利益。微生物学事业方兴未艾。
微生物基因组学研究将全面展开，以微生物之间、微生物与其他生物、微生物与环境的相互作用为主要内容的微生物生态学、环境微生物学、细胞微生物学将基因组信息在基础上获得长足发展。

『伍』 谁有活性污泥处理的新工艺，包括原理、流程、优缺点、适用范围。

这个是我们最近学的。你说的活性污泥法新工艺可能是我给你的最后几行的那个方法。不过都给你发过来吧，希望能帮到你！
活性污泥法（Activated Sludge Process）
利用悬浮生长的微生物絮体处理有机废水的一类好氧生物处理方法。
活性污泥，是指由好气性微生物（包括细菌、真菌、原生动物和后生动物）及其代谢和吸附的有机物、无机物所共同组成的微生物絮体。活性污泥法中，进行污染物降解过程的主体是活性污泥中的微生物。可溶性有机物能被细菌、真菌等作为营养物质直接利用分解，而不能作为微型动物的直接营养源。细菌等腐生性微生物起着主要作用。此外，还存在原生动物、微型后生动物等完全动物营养性的微生物。
形成活性污泥絮状体的细菌
菌胶团细菌
构成活性污泥絮状体的主要成分，有很强的吸附、氧化有机物的能力。絮状体的形成能使细菌避免被微型动物所吞噬，且关系到污泥沉降和二沉池中能否有效进行泥水分离。
菌胶团形成机理
交替基质说
细胞老龄阶段，出现氮限制，细胞外聚合物分泌增加，这些细菌多糖能使细菌聚集。
纤维素学说
细菌细胞分泌许多粘液或分泌纤维素，使细胞聚合成团，形成絮凝体。
活性污泥中的丝状细菌
丝状细菌也是活性污泥的重要组成部分。
交叉穿织于菌胶团内，或附生于絮凝体表少数游离。
具有很强的氧化分解有机物的能力，能起净化污水的作用。
活性污泥中的丝状细菌与污泥膨胀
当丝状细菌数量超过菌胶团细菌时，污泥絮凝体沉降性能变差，严重时引起活性污泥膨胀，导致出水水质下降。
主要有浮游球衣菌、贝氏硫细菌、发硫细菌等。
活性污泥膨胀原因：非丝状菌膨胀。丝状菌膨胀。
活性污泥法降解过程
吸附阶段
微生物在生长繁殖过程中形成表面积较大的菌胶团，大量絮凝和吸附废水，污水中大部分有机污染物通过吸附去除。
摄取、分解阶段
细菌将被吸附的污染物摄入细胞内，进行代谢，一部分转化为菌体本身的结构组分和新的细胞，另一部分完全被氧化为二氧化碳和水。
活性污泥法基本原理
1914年英国人Ardern和Lockett创建该法。
1916年英国建成了第一座污水处理厂。
活性污泥法的基本特征
利用生物絮凝体为生化反应的主体物；
利用曝气设备向生化反应系统分散空气或氧气，为微生物提供氧源；
对体系进行混合搅拌以增加接触和加速生化反应传质过程；
采用沉淀方式去除有机物，降低出水中的微生物固体含量；
通过回流使沉淀池浓缩的微生物絮凝体返回到反应系统；
为保证系统内生物细胞平均停留的时间的稳定，经常排出一部分生物固体。
活性污泥法的主要类型：
按废水和回流污泥的进入方式及其在曝气池中的混合方式：
推流式：若干狭长流槽，废水从一端进入，另一端流出，随水流的过程，底物降解，微生物增长。
完全混合式：废水进入曝气池后，在搅拌下立即与池内活性污泥混合液混合，使进水得到良好稀释，污泥与废水充分混合，最大限度承受废水水质变化冲击。
推流式活性污泥法
废水和回流污泥从曝气池一端同时进入反应系统，水流呈推流式。
包括四个单元：初沉池、曝气池、二沉池和污泥回流装置。
曝气池内，污染物浓度（F）与微生物的生物量（M）的比值F/M沿流程不断降低。
短时曝气法
在曝气方法上加以改进：加大进口的通气量，然后随有机物浓度的逐渐降低而相应的减少通气量。又称为渐减曝气法。
阶段曝气法
在普通推流式曝气法基础上，对进水点加以调整，使废水沿池长分若干点流入。
又称为多点进水法。优点：可以降低曝气池前端的耗氧速率，避免缺氧情况，提高了空气利用率和曝气池的工作能力。可以使曝气池体积缩小30％左右。
生物吸附法（再生吸附曝气法）
特点：废水的吸附和污泥的再生，即活性污泥净化废水的吸附阶段和氧化分解阶段，分别在两个池子或一个池子的两部分进行。
优点：对于处理废水中的胶状污染物较为理想。
能够使吸附和再生曝气池总体积减少50％以上。
不足：由于活性污泥在短时间内对可溶性有机物的吸附有一定限度，因而处理效果会略有降低。
完全混合式活性污泥法
使原生污水和回流污泥进入曝气池后，立即与池内原有的混合液完全混合，使浓废水得到较好稀释。
 优点：能够忍受较大的冲击负荷，而且充氧均匀。
 不足：废水在池内停留时间较短，细菌始终处于对数生长期，所以处理效果一般比推流式处理差
 完全混合式曝气池中，曝气区由叶轮进行搅拌，起着充氧、提升污泥和泥水混合的作用。
序批式间歇反应器(Series Batch Reactor,SBR)
活性污泥法新工艺
通过程序化自动控制充水、反应、沉淀、排水排泥和停置五个阶段，实现对废水的生化处理。
运行期，各阶段的控制时间和总水力停留时间根据实验确定，并进行相应自动控制。
当采用完全曝气时，反应器内发生需氧过程在限量曝气条件下，反应器内产生缺氧或厌氧环境
SBR工艺优点：
1. 可获得沉淀性能好的活性污泥
2. 可极大提高活性污泥浓度
3. 使活性污泥的活性明显提高
4. 具有较快的生物繁殖速率
5. 通过缺氧－厌氧－好氧过程，完成对难降解有机物的分解
深水曝气活性污泥法
特点：曝气池深，提高了混合液的饱和溶解氧浓度，加快了氧传入混合液的速度，有利于有机污染物的降解与去除。
优点：曝气池纵深发展，占地面积小，节省动力消耗，剩余污泥少，由于利用水压所形成的强供氧能力，可进行高负荷运行。
氧化沟
双沟式氧化沟：整个运行过程通过双沟交替进行，转刷低速时进行反硝化作用，高速时进行硝化作用，沟 1和沟 2交替出水。
优点：与常规的活性污泥法相比，氧化沟的污泥停留时间长，硝化反应容易进行，通过调节供氧量，可以获得较高的脱氮效率。