環(huán)境微生物學課件2

1、 自然界的水，包括淡水和海水，其來源是陸自然界的水，包括淡水和海水，其來源是陸地水和雨雪。地水和雨雪。 陸地水分為地表水和地下水，地表水分為江、陸地水分為地表水和地下水，地表水分為江、河、湖泊的水，地下水是地表以下巖洞孔隙、河、湖泊的水，地下水是地表以下巖洞孔隙、裂隙或溶洞中的水。除了埋藏較深的地下水裂隙或溶洞中的水。除了埋藏較深的地下水外，其他各類自然界的水域中均有微生物存外，其他各類自然界的水域中均有微生物存在。在。 水中微生物種類很多，但不同水域種類和數水中微生物種類很多，但不同水域種類和數量上差異很大。量上差異很大。 自然界的水域中，一般營養(yǎng)物較缺乏，多數自然界的水域中，一般營養(yǎng)物較缺

2、乏，多數微生物常在饑餓的狀態(tài)下生活，因此在水中微生物常在饑餓的狀態(tài)下生活，因此在水中存活的許多微生物可以在稀薄的營養(yǎng)環(huán)境下存活的許多微生物可以在稀薄的營養(yǎng)環(huán)境下生活。生活。 水中異養(yǎng)菌的種類和數量均較多，水中也有自水中異養(yǎng)菌的種類和數量均較多，水中也有自養(yǎng)菌。養(yǎng)菌。 來自溪流的水較為清潔，營養(yǎng)物質缺乏，來自溪流的水較為清潔，營養(yǎng)物質缺乏，其中細菌以其中細菌以革蘭氏陰性無芽孢菌革蘭氏陰性無芽孢菌為主。含為主。含鐵和硫的水中則常見鞘細菌和硫細菌鐵和硫的水中則常見鞘細菌和硫細菌 ； 湖泊、池塘、河流中的微生物大部分來自湖泊、池塘、河流中的微生物大部分來自土壤和生活污水，微生物類群直接反映了土壤和生活

3、污水，微生物類群直接反映了陸地情況。陸地情況。 水中的真菌以水生藻狀菌為主。湖水中最水中的真菌以水生藻狀菌為主。湖水中最常見的真菌是水霉菌屬常見的真菌是水霉菌屬 (soprolegnia)和和綿霉菌屬綿霉菌屬 (achalya)的菌種。的菌種。 海水中微生物的種類和數量也很大，分布海水中微生物的種類和數量也很大，分布極廣，特別是藻類最多。細菌的種類和土極廣，特別是藻類最多。細菌的種類和土壤及淡水中的差別不大，但有較多的弧菌壤及淡水中的差別不大，但有較多的弧菌和革蘭氏陰性桿菌，球菌和放線菌較少。和革蘭氏陰性桿菌，球菌和放線菌較少。海水細菌中能游動的和有色素的細菌比例海水細菌中能游動的和有色素的細

4、菌比例較大。較大。 由于海水中營養(yǎng)物質相對不及地面水豐富，由于海水中營養(yǎng)物質相對不及地面水豐富，加之海水的高鹽分、低溫、高壓的條件，加之海水的高鹽分、低溫、高壓的條件，海水中微生物的濃度相對較低，異養(yǎng)菌數海水中微生物的濃度相對較低，異養(yǎng)菌數目相對較少，兼性好氧菌占優(yōu)勢而專性好目相對較少，兼性好氧菌占優(yōu)勢而專性好氧菌很少，它們大多是分解蛋白質能力強，氧菌很少，它們大多是分解蛋白質能力強，而分解碳水化合物能力弱的菌種。而分解碳水化合物能力弱的菌種。 國名國名河河 名名河水中的細菌數河水中的細菌數(個個/ml)作作 者者德國德國巴西巴西捷克捷克福達河福達河萊爾涅爾格羅河萊爾涅爾格羅河多瑙河多瑙河3.

5、52105 9.8106231054.55105jannaschschmidtdaubner湖泊類型湖泊類型細菌總數（細菌總數（103 /ml）貧營養(yǎng)湖泊貧營養(yǎng)湖泊中營養(yǎng)湖泊中營養(yǎng)湖泊富營養(yǎng)湖泊富營養(yǎng)湖泊富營養(yǎng)水庫富營養(yǎng)水庫503404501400220012300100057900光照光照溫度溫度浮游植物浮游植物細菌細菌一、水體自凈一、水體自凈1 1 概念：概念：地面水接受污染物后，水質發(fā)生變化，地面水接受污染物后，水質發(fā)生變化，經過經過一定時間一定時間( (或流過一定距離或流過一定距離) )后，受后，受多種因素的影響，被污染的地面水又恢多種因素的影響，被污染的地面水又恢復原有的潔凈狀態(tài)，這

6、一過程稱為水體復原有的潔凈狀態(tài)，這一過程稱為水體的自凈作用。的自凈作用。 u自凈容量自凈容量u自凈作用有一定的限度，在自凈作用有一定的限度，在水體自凈作用限水體自凈作用限度內度內能夠能夠容納容納的污染物的的污染物的最大數量最大數量，稱為該，稱為該水體的自凈容量。水體的自凈容量。u對于某一特定的水域，若污染物的排放總量對于某一特定的水域，若污染物的排放總量超過了其自凈容量，則水體不能自行恢復至超過了其自凈容量，則水體不能自行恢復至原有的狀態(tài)，其生態(tài)平衡將遭到破壞，河水原有的狀態(tài)，其生態(tài)平衡將遭到破壞，河水即被污染。即被污染。我國每年的廢污水排放總量已經達到了我國每年的廢污水排放總量已經達到了62

7、0億噸億噸v水體自凈作用的強弱和自凈容量的大小受水量、水體自凈作用的強弱和自凈容量的大小受水量、水質及一系列水文條件水質及一系列水文條件 ( (如流量、流速、河流如流量、流速、河流彎曲復雜程度等彎曲復雜程度等) )影響。影響。v自凈作用是自然沉降作用、稀釋作用、有機物自凈作用是自然沉降作用、稀釋作用、有機物的生物降解、復氧作用的生物降解、復氧作用 ( (溶解氧濃度的恢復溶解氧濃度的恢復) )、日照等許多作用聯合的結果。日照等許多作用聯合的結果。v通常污染物的排放量在水體的自凈容量允許范通常污染物的排放量在水體的自凈容量允許范圍，好氧菌能持續(xù)繁殖，隨有機物降解，溶解圍，好氧菌能持續(xù)繁殖，隨有機物

8、降解，溶解氧濃度會下降，水中氧濃度會下降，水中bodbod濃度也同時下降；濃度也同時下降；有機物分解完畢后，有機物分解完畢后，化能異養(yǎng)細菌化能異養(yǎng)細菌停止生長；停止生長；光合微生物光合微生物 ( (藻類和藍細菌藻類和藍細菌) )利用水中溶解的利用水中溶解的無機物大量繁殖，隨后，無機營養(yǎng)物的減少使無機物大量繁殖，隨后，無機營養(yǎng)物的減少使光合微生物數量也減少。水體的光合微生物數量也減少。水體的bodbod、溶解氧、溶解氧恢復至原來的水平，河水的自凈作用完成?；謴椭猎瓉淼乃剑铀淖詢糇饔猛瓿?。 排放到水域中的各種廢水有時含有各式各樣的排放到水域中的各種廢水有時含有各式各樣的病原微生物，這些微生物

9、進入河流等水域，由病原微生物，這些微生物進入河流等水域，由于環(huán)境的變化，在一定時間后通常會死去，于環(huán)境的變化，在一定時間后通常會死去，病病原微生物的死亡是自凈作用的重要內容原微生物的死亡是自凈作用的重要內容。 1.1. 有機物排放至河流后，被河水稀釋，有機物排放至河流后，被河水稀釋，其中的懸浮物沉降至河底。其中的懸浮物沉降至河底。2.2. 河流中的好氧微生物利用有機物加河流中的好氧微生物利用有機物加速繁殖，降解有機物，溶解氧降低，速繁殖，降解有機物，溶解氧降低，甲殼動物、大多原生動物死亡，魚甲殼動物、大多原生動物死亡，魚類絕跡，厭氧菌大量繁殖。類絕跡，厭氧菌大量繁殖。3.3. 隨河水流動以及微

10、生物的活動，有隨河水流動以及微生物的活動，有機物濃度降低，機物濃度降低，codcod和和bodbod降低、降低、溶解氧濃度增加，甚至達到飽和，溶解氧濃度增加，甚至達到飽和，水生生物開始繁殖。水生生物開始繁殖。4.4. 有機物被完全降解，細菌數量減少，有機物被完全降解，細菌數量減少，河水回復到原先的水平，自凈作用河水回復到原先的水平，自凈作用完成。完成。 有機物質種類及濃度：排入河流的有有機物質種類及濃度：排入河流的有機物被降解的難易程度、有機污染物機物被降解的難易程度、有機污染物的濃度菌直接影響河流的自凈作用。的濃度菌直接影響河流的自凈作用。 溶解氧：主要來源于藻類、藍細菌的溶解氧：主要來源于

11、藻類、藍細菌的光合作用和空氣中氧的擴散作用。光合作用和空氣中氧的擴散作用。 三、影響河流自凈作用的因素三、影響河流自凈作用的因素 溫度：對微生物的生長速率有影響，溫度：對微生物的生長速率有影響，水溫或氣候會影響水體自凈作用的強水溫或氣候會影響水體自凈作用的強弱。弱。 其它因素：河流的流量、流速、河道其它因素：河流的流量、流速、河道彎曲復雜程度影響到沉降、稀釋作用；彎曲復雜程度影響到沉降、稀釋作用；空氣中氧向水中擴散速率，影響到水空氣中氧向水中擴散速率，影響到水體的自凈作用。體的自凈作用。 三、影響河流自凈作用的因素三、影響河流自凈作用的因素1、p/h指數指數 p代表水體中光合自養(yǎng)型微生物數量，

12、代表水體中光合自養(yǎng)型微生物數量，h代表代表異養(yǎng)微生物數量，二者之比即為異養(yǎng)微生物數量，二者之比即為p/h指數，它指數，它在一定程度上反映水體污染和自凈的程度。在一定程度上反映水體污染和自凈的程度。 p/h指數低，有機物濃度較高，污染重，自凈指數低，有機物濃度較高，污染重，自凈速率高，自凈度低；速率高，自凈度低；p/h值高，水體逐漸清潔，值高，水體逐漸清潔，有機物濃度較低，污染輕，自凈速率較低。有機物濃度較低，污染輕，自凈速率較低。 河流自凈作用完成后，河流自凈作用完成后，p/h指數也恢復到原來指數也恢復到原來的水平，自凈度高。的水平，自凈度高。 河流自凈過程中，好氧菌大量繁殖，使水中河流自凈過

13、程中，好氧菌大量繁殖，使水中溶解氧下降；而藻類和藍細菌的光合作用產溶解氧下降；而藻類和藍細菌的光合作用產生的生的o o2及空氣中向水體擴散的及空氣中向水體擴散的o o2使溶解氧濃使溶解氧濃度逐漸上升度逐漸上升 ( (即復氧作用即復氧作用) )。這種在耗氧與。這種在耗氧與復氧作用下的水中溶解氧變化曲線稱為氧垂復氧作用下的水中溶解氧變化曲線稱為氧垂曲線。曲線。 氧的消耗量能反映微生物自凈作用的強弱，氧的消耗量能反映微生物自凈作用的強弱，溶解氧的完全恢復說明自凈作用已完成，因溶解氧的完全恢復說明自凈作用已完成，因此氧垂曲線可反應出水體自凈狀況。此氧垂曲線可反應出水體自凈狀況。 一、污化系統(tǒng)及其指示生

14、物一、污化系統(tǒng)及其指示生物 污化系統(tǒng)污化系統(tǒng) (也稱有機污染系統(tǒng)也稱有機污染系統(tǒng))是根據水體有機物污染是根據水體有機物污染程度的不同，對水體的一種分類法。當有機污染物排程度的不同，對水體的一種分類法。當有機污染物排入河流，在其下游河段的自凈過程中，形成一系列污入河流，在其下游河段的自凈過程中，形成一系列污化帶。化帶。 因各種水生生物需要不同的生存條件，故在各個帶中因各種水生生物需要不同的生存條件，故在各個帶中可找到不同的代表性指示生物，這些指示生物包括細可找到不同的代表性指示生物，這些指示生物包括細菌、真菌、藻類、原生動物等微生物，以及輪蟲、浮菌、真菌、藻類、原生動物等微生物，以及輪蟲、浮游甲

15、殼動物、魚類及底棲動物等。游甲殼動物、魚類及底棲動物等。 根據指示生物的不同，污化系統(tǒng)中的污化帶分為多污根據指示生物的不同，污化系統(tǒng)中的污化帶分為多污帶、帶、 -中污帶、中污帶、 -中污帶和寡污帶。中污帶和寡污帶。 靠近排污點下游，河水深暗、渾濁，含大量有機靠近排污點下游，河水深暗、渾濁，含大量有機物，物，bod高，呈缺氧或厭氧狀態(tài)，污染嚴重。高，呈缺氧或厭氧狀態(tài)，污染嚴重。有機物分解產生有機物分解產生h2s、nh3，使河水有異味。，使河水有異味。 水生生物種類極少，以厭氧和兼性厭氧微生物為水生生物種類極少，以厭氧和兼性厭氧微生物為主，無魚類、顯花植物等。主，無魚類、顯花植物等。 代表性的指示

16、生物是細菌，且種類多、數量大，代表性的指示生物是細菌，且種類多、數量大，每每ml水中可達幾億個，例如硫酸鹽還原菌與產水中可達幾億個，例如硫酸鹽還原菌與產甲烷菌等，此外還有顫蚯蚓、蚊蠅幼蟲。甲烷菌等，此外還有顫蚯蚓、蚊蠅幼蟲。 在多污帶下游，有機物量略減少，在多污帶下游，有機物量略減少，bodbod下降，河水依然灰暗，溶解氧低，水面下降，河水依然灰暗，溶解氧低，水面上可有浮沫和浮泥。生物種類增加，細上可有浮沫和浮泥。生物種類增加，細菌數減少，但每毫升仍有幾千萬個。菌數減少，但每毫升仍有幾千萬個。 代表性的指示生物舉例如下：天藍喇叭代表性的指示生物舉例如下：天藍喇叭蟲、椎尾水輪蟲、櫛蝦、獨縮蟲、顫

17、藻、蟲、椎尾水輪蟲、櫛蝦、獨縮蟲、顫藻、小球藻等。小球藻等。 光合微生物和綠色浮游生物大量出現，光合微生物和綠色浮游生物大量出現，水中溶解氧升高，有機質含量少，水中溶解氧升高，有機質含量少，bod很低，懸浮物進一步減少，有機氮已轉很低，懸浮物進一步減少，有機氮已轉變?yōu)樽優(yōu)閚h4+、no2-和和no3- ，co2與與h2s含含量減少。量減少。 細菌數量減少，藻類大量繁殖，輪蟲、細菌數量減少，藻類大量繁殖，輪蟲、甲殼動物和昆蟲增加，生根的植物、魚甲殼動物和昆蟲增加，生根的植物、魚類出現。類出現。 代表性生物：藻類的水花束絲藻、變異代表性生物：藻類的水花束絲藻、變異直鏈硅藻、短棘盤星藻、舟形藻、梭裸

18、直鏈硅藻、短棘盤星藻、舟形藻、梭裸藻藻 ；原生動物的草履蟲、聚縮蟲；微型；原生動物的草履蟲、聚縮蟲；微型后生動物的腔輪蟲、水蚤。后生動物的腔輪蟲、水蚤。 河流自凈作用完成，有機物完全分解為無機物，河流自凈作用完成，有機物完全分解為無機物，bodbod極低，溶解氧恢復正常，基本不含極低，溶解氧恢復正常，基本不含h h2 2s s，coco2 2含量較低，氮元素全部氧化為含量較低，氮元素全部氧化為no3-。 指示生物：魚腥藍細菌指示生物：魚腥藍細菌 、隔板硅藻、隔板硅藻 、黃群藻、黃群藻 、玫瑰旋輪蟲及其它藻類，鐘蟲、旋輪蟲、水生玫瑰旋輪蟲及其它藻類，鐘蟲、旋輪蟲、水生植物與魚類等。植物與魚類等。

19、v以上污化系統(tǒng)只能反映有機污染的程度，不能以上污化系統(tǒng)只能反映有機污染的程度，不能反映有毒廢水的污染。反映有毒廢水的污染。 1. bip指數指數 (biologic index of water pollution)：根據水生生物種類的變化來評價水體污染根據水生生物種類的變化來評價水體污染程度的方法仍缺乏定量概念，可用水生生程度的方法仍缺乏定量概念，可用水生生物的數量求出某種指數來定量表示水體污物的數量求出某種指數來定量表示水體污染程度。染程度。污染污染程度程度清潔水清潔水輕微輕微污染污染中等中等污染污染嚴重嚴重污染污染bip08820206060100利用利用bipbip判斷水體的有機污染程

20、度判斷水體的有機污染程度bip =ba + b 100a a 有光合作用微生物的數量有光合作用微生物的數量b b 非光合作用微生物的數量非光合作用微生物的數量水污染生物指數的含義為：水污染生物指數的含義為： 1ml水樣品在營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基中，于水樣品在營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基中，于37c培養(yǎng)培養(yǎng)24hr后所生長出來的細菌菌落總數。后所生長出來的細菌菌落總數。 用于指示被檢測水源水受有機物污染的程用于指示被檢測水源水受有機物污染的程度，為生活飲用水做衛(wèi)生學評價提供依據。度，為生活飲用水做衛(wèi)生學評價提供依據。 我國規(guī)定，我國規(guī)定，1ml生活飲用水中的細菌總數生活飲用水中的細菌總數0.20.3mg/l, p0.

21、010.02mg/l，生化需氧量生化需氧量10mg/l，細菌總數，細菌總數105 個，個，葉綠素葉綠素a10 g/l。特征特征貧營養(yǎng)湖泊貧營養(yǎng)湖泊富營養(yǎng)湖泊富營養(yǎng)湖泊湖的形態(tài)湖的形態(tài)水色水色透明度透明度溶解氧溶解氧營養(yǎng)物營養(yǎng)物生物群落生物群落深、湖岸陡深、湖岸陡淡、呈藍色淡、呈藍色高高濃度高濃度高n0.3mg/lp0.3mg/lp0.03mg/l種類少，數量多，主要種類少，數量多，主要是藍藻，一般缺乏底棲是藍藻，一般缺乏底棲動物。動物。富營養(yǎng)湖泊富營養(yǎng)湖泊貧營養(yǎng)湖泊貧營養(yǎng)湖泊微生物數微生物數 量量 品品 種種 分分 布布晝夜間的遷移晝夜間的遷移水華現象水華現象主要藻類主要藻類豐豐 富富較較 少

22、少主要在水體表面主要在水體表面有有 限限經常發(fā)生經常發(fā)生藍藻科魚腥藻屬、藍藻科魚腥藻屬、囊絲藻屬、微囊藻囊絲藻屬、微囊藻屬等，片硅藻科直屬等，片硅藻科直鏈藻屬、脆桿藻屬、鏈藻屬、脆桿藻屬、冠盤藻屬、星干藻冠盤藻屬、星干藻屬。屬。稀稀 少少很很 多多可生長至深層可生長至深層頻繁頻繁很少出現很少出現綠藻科角星鼓綠藻科角星鼓藻屬、片硅藻藻屬、片硅藻科平板藻屬，科平板藻屬，小環(huán)藻屬；金小環(huán)藻屬；金藻可錐囊藻屬藻可錐囊藻屬富營養(yǎng)湖泊與貧營養(yǎng)湖泊比較富營養(yǎng)湖泊與貧營養(yǎng)湖泊比較eutrophicationlarge phytoplankton blooms can cause huge ugly foams

23、 on beaches. these blooms are not toxic but temporarily ruin the beach, reducing its recreational value.algae bloom in mounds dam impoundment caused by eutrophication1.水體外觀呈色、變濁、影響景觀：水體外觀呈色、變濁、影響景觀：內陸湖：水華（水花內陸湖：水華（水花 water bloom);海洋：赤潮（紅潮海洋：赤潮（紅潮 red tide)2.水體散發(fā)不良氣味：土腥素（水體散發(fā)不良氣味：土腥素（geosmin)，硫醇、，硫醇、

24、吲哚、胺類、酮類等；吲哚、胺類、酮類等；3.溶解氧下降：分解有機物及藻類殘體造成細菌的大溶解氧下降：分解有機物及藻類殘體造成細菌的大量繁殖，消耗掉水中的氧氣。量繁殖，消耗掉水中的氧氣。4.水生生物大量死亡。水生生物大量死亡。5.有些產生毒素：甲藻產生石房毒素、進入食物鏈。有些產生毒素：甲藻產生石房毒素、進入食物鏈。 滇池厚達滇池厚達5 cm的微囊藻水華的微囊藻水華 海洋中引起赤潮的主要藻種多為甲藻綱，海洋中引起赤潮的主要藻種多為甲藻綱，常見的有：甲藻屬、膝蓋藻屬、多甲藻常見的有：甲藻屬、膝蓋藻屬、多甲藻屬；屬； 湖泊水華產生以藍細菌為主：微囊藻屬、湖泊水華產生以藍細菌為主：微囊藻屬、魚腥藻屬、

25、束絲藻屬、顫藻等屬的一些魚腥藻屬、束絲藻屬、顫藻等屬的一些種，有些能固氮。種，有些能固氮。 監(jiān)測：監(jiān)測：n、p元素的含量，水體中元素的含量，水體中n0.3mg/l、p0.03mg/l時，藻類生長加快。時，藻類生長加快。 日本學者提出，按下式計算：日本學者提出，按下式計算： 耗耗o2量量 無機無機n( g/l) 無機無機p( g/l) 1500 若結果若結果 1，富營養(yǎng)化將出現。，富營養(yǎng)化將出現。 1 評價水體富營養(yǎng)化的方法是：評價水體富營養(yǎng)化的方法是：觀察藍藻等指示生物；觀察藍藻等指示生物；測定生物的現存量；測定生物的現存量；測定原初生產力；測定原初生產力；測定透明度；測定透明度；測定氮和磷等

26、導致富營養(yǎng)化的物質。測定氮和磷等導致富營養(yǎng)化的物質。 將五方面綜合起來對水體的富營養(yǎng)化作將五方面綜合起來對水體的富營養(yǎng)化作出全面、充分地評價。為了控制排入水出全面、充分地評價。為了控制排入水體的廢水量和水質，以便采取防止廢水體的廢水量和水質，以便采取防止廢水對水體產生負面影響的措施，必須測定對水體產生負面影響的措施，必須測定該廢水中藻類的潛在生產力該廢水中藻類的潛在生產力(agp)。agp即藻類生產的潛在能力。把特定的藻即藻類生產的潛在能力。把特定的藻類接種在天然水體或廢水中，在一定的光類接種在天然水體或廢水中，在一定的光照度和溫度條件下培養(yǎng)，使藻類增長到穩(wěn)照度和溫度條件下培養(yǎng)，使藻類增長到穩(wěn)

27、定期為止，通過測干重或細胞數來測其增定期為止，通過測干重或細胞數來測其增長量。此即藻類生產的潛在能力長量。此即藻類生產的潛在能力(agp)。 歐、美已制訂藻類培養(yǎng)試驗標準法，日歐、美已制訂藻類培養(yǎng)試驗標準法，日本也在使用。具體藻類培養(yǎng)試驗的培養(yǎng)本也在使用。具體藻類培養(yǎng)試驗的培養(yǎng)方法如下：方法如下： 藻種：羊角月芽藻、小毛枝藻、小球藻藻種：羊角月芽藻、小毛枝藻、小球藻屬、衣藻屬、谷皮菱形藻、裸藻屬、柵屬、衣藻屬、谷皮菱形藻、裸藻屬、柵列藻屬、纖維藻屬、實球藻屬、微囊藻列藻屬、纖維藻屬、實球藻屬、微囊藻屬及魚腥藻屬等。屬及魚腥藻屬等。 方法：將培養(yǎng)液用濾膜方法：將培養(yǎng)液用濾膜(1.2m)或高壓蒸或高壓蒸汽