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1 绪论1

1.1 环境生物技术1

1.2 环境生物技术在环境科学与工程中的应用2

1.2.1 环境生物技术在水污染治理中的应用2

1.2.2 环境生物技术在废气及大气污染治理中的应用4

1.2.3 环境生物技术在固体废物处理中的应用4

1.2.4 环境生物技术在污染土壤修复中的应用5

1.2.5 环境生物技术在污染监测中的应用6

1.3 环境生物技术的发展6

1.3.1 微生物脱硫技术的开发6

1.3.2 水污染治理工艺的完善6

1.3.3 难降解污染物的处理7

1.3.4 生物传感器的研制7

1.3.5 与其他技术的结合7

1.3.6 分子生物学技术监测环境污染物的降解研究7

参考文献7

2 培养基及制备10

2.1 微生物的营养10

2.1.1 碳源（carbon source）10

2.1.2 氮源（nitrogen source）11

2.1.3 无机盐（inorganic salt）11

2.1.4 生长因子（growth factor）12

2.1.5 水（water）12

2.1.6 能源（energy source）13

2.2 微生物的培养基14

2.2.1 培养基的分类14

2.2.2 培养基的选择16

2.2.3 培养基的设计17

2.2.4 培养基碳源的添加17

2.3 培养基的灭菌18

2.3.1 灭菌的原理和方法18

2.3.2 培养基灭菌21

参考文献23

3 微生物分离及培养技术25

3.1 含微生物样品的采集25

3.1.1 从土壤中采样25

3.1.2 从水体中采样26

3.2 含微生物样品的富集培养26

3.2.1 控制培养基的营养成分26

3.2.2 控制培养条件27

3.2.3 抑制不需要的菌类27

3.3 微生物的分离与纯化28

3.3.1 倾注平板法（pour plate method）28

3.3.2 涂布平板法（spread plate method）28

3.3.3 平板划线法（streak plate technique）28

3.3.4 富集培养法（enrichment culture）29

3.3.5 厌氧法（anaerobic culture）29

3.4 微生物接种与培养29

3.4.1 接种工具30

3.4.2 常用的接种方法30

3.4.3 无菌操作31

3.4.4 微生物培养31

3.4.5 培养条件的控制31

3.5 微生物菌种保藏33

3.5.1 菌种保藏方法33

3.5.2 国内外主要菌种保藏机构35

参考文献36

4 微生物菌种鉴定37

4.1 微生物的分类和命名37

4.1.1 微生物的分类37

4.1.2 微生物的命名38

4.1.3 微生物系统发育分析38

4.2 微生物的形态学鉴定39

4.2.1 微生物的显微形态鉴定40

4.2.2 微生物的培养特征49

4.3 微生物的生理生化鉴定50

4.3.1 微生物生长条件的测定50

4.3.2 微生物酶的测定51

4.3.3 微生物糖代谢的测定52

4.3.4 微生物其他代谢的测定54

4.4 微生物的分子生物学鉴定55

4.4.1 DNA中（G+C）摩尔分数分析55

4.4.2 核酸杂交56

4.4.3 仪器自动化鉴定57

4.4.4 16S rRNA（16S rDNA）寡核苷酸的序列分析57

4.5 微生物数据库检索58

4.5.1 分子生物信息数据库58

4.5.2 GenBank数据库59

4.5.3 微生物数据检索61

4.5.4 系统发育树构建61

参考文献61

5 微生物生长与代谢63

5.1 微生物的生长和繁殖63

5.1.1 微生物的个体生长与繁殖63

5.1.2 微生物的群体生长规律65

5.2 微生物生长的影响因素68

5.2.1 温度69

5.2.2 氢离子浓度（pH）70

5.2.3 湿度、渗透压与水活度72

5.2.4 氧和氧化还原电位72

5.2.5 氧以外的其他气体74

5.2.6 辐射74

5.2.7 超声波74

5.2.8 消毒剂、杀菌剂与化学疗剂75

5.3 微生物生长量的测定77

5.3.1 直接计数法（又称全数法）77

5.3.2 活菌计数法（又称间接计数法）78

5.3.3 细胞物质量测定法79

5.4 微生物代谢与有机物降解80

5.4.1 微生物的代谢80

5.4.2 微生物有氧呼吸与有机物降解81

5.4.3 微生物无氧呼吸与有机物降解83

5.5 微生物代谢产物的测定85

5.5.1 分析样品制备85

5.5.2 薄层色谱分析86

5.5.3 气相色谱分析87

5.5.4 高效液相色谱分析89

5.5.5 质谱分析90

参考文献90

6 微生物大分子制备技术92

6.1 核酸的提取与制备92

6.1.1 核酸的理化性质92

6.1.2 核酸的提取与制备96

6.1.3 DNA浓度的测定100

6.2 蛋白质的提取与制备100

6.2.1 蛋白质的理化性质100

6.2.2 蛋白质的提取与制备101

6.3 离心技术106

6.3.1 基本原理106

6.3.2 离心分离方法106

6.3.3 密度梯度离心与差速离心比较108

6.4 电泳技术109

6.4.1 电泳槽和电源109

6.4.2 琼脂糖电泳（agarose gel electrophoresis,AE）109

6.4.3 聚丙烯酰胺凝胶电泳（polyacrylamide gel electrophoresis,PAGE）111

6.4.4 SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE）113

6.4.5 等电聚焦电泳（isoelectric focusing electrophoresis,IFE）114

6.5 色谱技术114

6.5.1 凝胶色谱（gel chromatography）115

6.5.2 离子交换色谱（ion exchange chromatography）117

6.5.3 吸附色谱（adsorption chromatography）118

6.5.4 分配色谱（partition chromtography）119

6.5.5 亲和色谱（affinity chromatography）120

参考文献120

7 微生物核酸分子生物学技术122

7.1 核酸的扩增——PCR技术122

7.1.1 DNA复制123

7.1.2 聚合酶链式反应（PCR）127

7.1.3 PCR相关技术130

7.1.4 PCR技术在环境领域中的应用131

7.2 DNA测序及分析132

7.2.1 核酸的分子结构132

7.2.2 DNA一级结构的测定135

7.3 基因克隆技术140

7.3.1 基因重组141

7.3.2 基因克隆的主要工具141

7.3.3 基因工程的基本操作145

参考文献149

8 微生物生态150

8.1 微生物生态系统150

8.1.1 微生物生态系统的构成150

8.1.2 微生物生态系统的种群多样性151

8.1.3 微生物生态系统的功能151

8.2 微生物群落结构分析154

8.2.1 传统培养分离法154

8.2.2 群落水平生理学指纹法（CLPP）155

8.2.3 生物标记物法（biomakers）155

8.2.4 现代分子生物学方法156

8.3 聚合酶链反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）160

8.3.1 16S rDNA-V3区的PCR扩增161

8.3.2 变性梯度凝胶电泳161

8.4 随机扩增的多态性DNA（RAPD）163

8.4.1 环境DNA的制备163

8.4.2 RAPD扩增163

参考文献164

9 环境激素的生物降解167

9.1 环境激素受体的作用机理168

9.1.1 受体168

9.1.2 环境激素受体的作用机理168

9.2 双酚A的生物降解169

9.2.1 细菌对双酚A的降解170

9.2.2 真菌及其产生的酶对双酚A的降解170

9.3 壬基酚的生物降解170

9.3.1 壬基酚的降解途径170

9.3.2 壬基酚在环境中的生物降解及影响因素171

9.4 多氯联苯的生物降解172

9.4.1 多氯联苯的生物转化172

9.4.2 PCBs的厌氧脱氯反应172

9.4.3 PCBs的好氧生物处理174

9.4.4 厌氧-好氧的联合反应176

9.4.5 氯原子的取代反应与生物降解的关系176

参考文献176

10 阻燃剂对环境影响的持久性及生物降解性180

10.1 溴系阻燃剂181

10.2 溴系阻燃剂的环境归宿182

10.3 生物降解和生物修复182

10.3.1 生物好氧降解183

10.3.2 生物厌氧降解184

10.4 发展前景185

参考文献185

11 生物法降解偶氮染料186

11.1 偶氮染料对环境及人体的危害186

11.1.1 偶氮染料186

11.1.2 偶氮染料对环境的危害186

11.1.3 偶氮染料对人体的毒性作用187

11.2 偶氮染料生物处理方法187

11.2.1 常规生物处理法187

11.2.2 微生物技术189

11.3 偶氮染料降解的好氧和厌氧机制191

11.4 偶氮染料降解涉及的生物氧化酶191

11.5 发展前景192

参考文献192

12 农药的微生物降解195

12.1 农药的分类195

12.2 农药污染的现状、危害及原因196

12.2.1 农药污染的现状196

12.2.2 农药污染的危害196

12.3 农药的微生物降解198

12.3.1 降解农药污染的微生物198

12.3.2 微生物降解农药污染的机理199

12.3.3 影响微生物降解农药污染的因素199

12.3.4 微生物降解农药污染存在的问题200

12.3.5 微生物降解农药污染的新技术和新方法201

12.3.6 微生物降解农药污染的应用202

参考文献202

13 微生物絮凝剂203

13.1 微生物絮凝剂的概述203

13.1.1 微生物絮凝的优点203

13.1.2 微生物絮凝剂的发展史203

13.2 微生物絮凝剂的分类204

13.3 微生物絮凝剂产生菌204

13.4 微生物絮凝剂的化学成分及结构205

13.5 微生物絮凝剂的絮凝机理207

13.5.1 “桥联作用”机理207

13.5.2 “电性中和”机理207

13.5.3 “化学反应”机理207

13.6 影响微生物絮凝剂的絮凝作用的因素207

13.6.1 物化因素对絮凝剂的絮凝作用的影响208

13.6.2 微生物高聚物絮凝剂分子量和分子结构对絮凝活性的影响208

13.6.3 pH对微生物高聚物絮凝剂絮凝活性的影响208

13.6.4 温度对微生物高聚物絮凝剂絮凝活性的影响208

13.6.5 金属离子对微生物高聚物絮凝剂絮凝活性的影响208

13.7 生物因素对絮凝剂絮凝作用的影响208

13.7.1 微生物高聚物絮凝剂产生菌的培养条件209

13.7.2 培养基组成对微生物高聚物絮凝剂产生的影响209

13.7.3 培养基pH对微生物高聚物絮凝剂产生的影响210

13.7.4 培养基温度对微生物高聚物絮凝剂产生的影响210

13.7.5 通气量对微生物高聚物絮凝剂产生的影响210

13.7.6 其他因素对微生物高聚物絮凝剂产生的影响210

13.8 微生物絮凝剂的应用210

13.8.1 回收废水中有效成分及去除污染物210

13.8.2 活性污泥性能改善和污泥脱水处理211

13.8.3 发酵液后处理及对生物细胞的絮凝211

13.8.4 橡胶产业用于提高脱脂橡胶的产量211

13.9 微生物絮凝剂的研究动向和新的研究方法211

13.10 微生物絮凝剂的开发和存在的问题211

参考文献212

14 生物表面活性剂及其在重金属污染修复中的应用214

14.1 生物表面活性剂214

14.1.1 生物表面活性剂的定义及分类214

14.1.2 生物表面活性剂的结构和性能214

14.1.3 生物表面活性剂的生产215

14.1.4 生物表面活性剂的制备条件优化215

14.2 生物表面活性剂在重金属污染修复中的应用216

14.2.1 鼠李糖脂（rhamnolipid）216

14.2.2 皂角苷（saponin）217

14.2.3 槐糖脂（sophorolipid）217

14.2.4 枯草杆菌表面活性剂（surfactin）218

14.3 生物表面活性剂去除重金属作用机制的研究和影响因素218

14.3.1 生物表面活性剂去除重金属作用机制218

14.3.2 影响重金属去除效率的因素218

14.4 发展前景219

参考文献219

15 有效微生物菌群技术及在环保中的应用222

15.1 有效微生物菌群（EM）技术的基本机理222

15.2 EM在污水处理中的应用223

15.2.1 EM在城市生活污水治理中的应用223

15.2.2 EM在工业废水治理中的应用225

15.3 EM技术在净化空气、生物技术除臭方面的应用226

15.4 EM在土壤净化中的应用226

15.5 EM在垃圾处理中的应用227

15.6 发展前景227

参考文献227

16 固定化微生物技术229

16.1 固定化方法及其载体的选择229

16.1.1 固定化的方法229

16.1.2 载体的选择231

16.2 固定化微生物技术在废水处理中的应用231

16.2.1 难降解有机废水的处理231

16.2.2 重金属废水的处理232

16.2.3 高浓度有机废水的处理232

16.2.4 含氮含磷废水的处理232

16.3 发展前景232

参考文献233

17 酶制剂处理污染物技术234

17.1 酶制剂在污染物处理中的应用234

17.1.1 过氧化物酶对酚类废水的处理234

17.1.2 有机磷农药降解酶235

17.2 酶制剂在废水处理中的应用236

17.3 酶制剂的固定化237

17.4 酶制剂在废弃物处理中的应用237

17.4.1 脂肪酶237

17.4.2 角蛋白酶238

17.4.3 纤维素酶238

17.4.4 其他酶制剂238

参考文献239

18 同步硝化反硝化生物脱氮技术240

18.1 生物脱氮原理240

18.1.1 生物脱氮过程240

18.1.2 除氮细菌的种类240

18.1.3 生物脱氮241

18.2 同步硝化反硝化脱氮技术242

18.2.1 含义242

18.2.2 优点243

18.2.3 可行性243

18.2.4 特点243

18.3 MBBR同步硝化反硝化脱氮技术243

18.3.1 移动床生物膜反应器243

18.3.2 主要控制因素243

18.4 发展前景244

参考文献244

19 共代谢技术处理难降解有机物246

19.1 难降解污染物的来源246

19.2 共代谢技术研究247

19.3 共代谢作用的特点247

19.4 共代谢的影响因素247

19.4.1 生长基质的选择247

19.4.2 生长基质和非生长基质浓度的比例248

19.4.3 能量物质248

19.4.4 营养物质248

19.4.5 菌种的影响248

19.5 共代谢作用处理难降解性污染物的工艺研究248

19.5.1 共代谢中的厌氧与好氧工艺选择248

19.5.2 好氧工艺中溶解氧浓度的选择249

19.5.3 生物膜反应器在共代谢反应的应用249

19.5.4 序批式生物膜反应器（SBMR）开发与应用250

19.6 发展前景251

参考文献252

20 荧光定量PCR技术在环境中的应用253

20.1 实时荧光定量PCR技术的定量原理253

20.2 荧光定量PCR的荧光化学基础253

20.2.1 荧光基团原理253

20.2.2 荧光定量PCR的分类方法254

20.3 实时荧光定量PCR的优点与不足254

20.3.1 优点254

20.3.2 不足254

20.4 荧光定量PCR的应用254

20.4.1 国外应用现状255

20.4.2 国内应用现状255

参考文献256

21 污染环境的生物修复技术258

21.1 环境生物修复机理258

21.1.1 生物修复的特点及类型258

21.1.2 生物修复微生物258

21.1.3 多环芳烃的生物修复259

21.1.4 重金属的生物修复259

21.1.5 微生物修复的影响因素260

21.2 微生物对有机污染物的修复260

21.2.1 有机污染物修复机理261

21.2.2 影响微生物降解有机污染物的因素261

21.3 污染土壤的微生物修复261

21.3.1 重金属污染土壤的微生物修复机理261

21.3.2 有机污染土壤的微生物修复机理262

21.4 地下水污染修复中的生物化学原理262

21.4.1 地下水污染的迁移262

21.4.2 地下水环境的修复技术263

21.4.3 地下水的微生物修复263

21.5 含硫废气微生物处理263

21.5.1 传统废气脱硫方法263

21.5.2 微生物烟气脱硫原理263

21.6 固体废物生物修复263

21.6.1 固体废物分类263

21.6.2 生物处理264

参考文献264

22 高效功能性浸矿菌群及其应用265

22.1 浸矿微生物265

22.1.1 浸矿高温菌265

22.1.2 中等高温菌266

22.1.3 极端高温菌266

22.2 培养与鉴定方法267

22.2.1 培养基267

22.2.2 基于分子生物学鉴定方法267

22.3 发展前景270

参考文献270

23 细菌纤维素及其在燃料电池中的应用272

23.1 细菌纤维素的生物合成272

23.1.1 细菌纤维素生产菌种272

23.1.2 细菌纤维素的生物合成途径及调控272

23.2 细菌纤维素的结构和理化特性275

23.2.1 细菌纤维素的结构275

23.2.2 细菌纤维素的理化特性276

23.3 细菌纤维素的应用277

23.3.1 在食品工业中的应用277

23.3.2 在造纸工业中的应用278

23.3.3 在音响振动膜上的应用278

23.3.4 在生物医学材料上的应用278

23.3.5 在固定化载体上的应用278

23.3.6 在渗透汽化膜上的应用279

23.4 燃料电池及BC在燃料电池中的应用279

23.4.1 燃料电池概述279

23.4.2 纤维素及其衍生物在燃料电池中应用280

23.4.3 细菌纤维素在燃料电池上的应用281

参考文献282

24 微藻微生物燃料电池技术285

24.1 微藻制取生物柴油285

24.1.1 微藻生产生物柴油285

24.1.2 富油微藻的筛选286

24.1.3 构建富油微藻工程菌286

24.2 微生物燃料电池技术287

24.2.1 微藻阳极型微生物燃料电池287

24.2.2 高效微藻阴极型微生物燃料电池288

24.2.3 微生物燃料电池的应用288

24.3 发展前景289

参考文献290