水產(chǎn)微生物-水域微生物生態(tài)學(xué)

1、水產(chǎn)微生物一水域微生物生態(tài)學(xué)第八章水域微生物生態(tài)學(xué)第一節(jié)水體中微生物的分布一、內(nèi)陸水體中微生物的分布內(nèi)陸水體的自然環(huán)境多靠近陸地。內(nèi)陸水體大多是淡水，淡水中的微生物主要 來源于土壤、空氣、污水、人和動(dòng)植物排泄物以及動(dòng)植物尸體等。特別是土壤中的 微生物，常隨土壤被雨水沖刷進(jìn)入江河湖泊。因此，土壤中所有細(xì)菌、放線菌和真 菌的大部分，在水體中幾乎都能找到。然而，水體中的微生物種類和數(shù)量，一般要 比土壤中的少得多。水域微生物的區(qū)系可分以下幾類：(1)清水型水域微生物3在潔凈的湖泊和水庫(kù)蓄水中，因有機(jī)物含量低，故微生物數(shù)量很少 (10,10/ml)。典型的清水型微生物以化能自養(yǎng)微生物和光能自養(yǎng)微生物為主

2、，如硫 細(xì)菌、鐵細(xì)菌和衣細(xì)菌等，以及含有光合色素的藍(lán)細(xì)菌、綠硫細(xì)菌和紫細(xì)菌等。(2)腐敗型水域微生物上述清水型的微生物可認(rèn)為是水體環(huán)境中“土生土長(zhǎng)”的土居微生物。流經(jīng)城 市的河水、港口附近的海水、滯留的池水以及下水道的溝水中，由于流入了大量的 人畜排泄物、生活污物和工業(yè)廢水等，因此有機(jī)物的含量大增，同時(shí)也夾入了大量 外來的腐生細(xì)菌，使腐敗78型水域微生物尤其是細(xì)菌和原生動(dòng)物大量繁殖，每毫升污水的微生物含量達(dá) 到10,10個(gè)。還有一類是隨著人畜排泄物或病體污物而進(jìn)入水體的動(dòng)植物致病菌， 通常因水體環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)等條件不能滿足其生長(zhǎng)繁殖的要求，加上周圍其它微生物的競(jìng)爭(zhēng)和拮抗關(guān)系，一般難以長(zhǎng)期生存，但

3、由于水體的流動(dòng)，也會(huì)造成病原菌的傳 播甚至疾病的流行。二、海洋中微生物的分布海洋是地球上最大的水體。海水與淡水最大的差別在于其中的含鹽量。含鹽量 越高，則滲透壓越大，反之則越小。因此海洋微生物與淡水中的微生物在耐滲透壓 能力方面有很大的差別。海水中常見的細(xì)菌主要有假單胞菌屬、枝動(dòng)菌屬 (Mycoplana)、弧菌屬、螺菌 屬、梭菌屬、變形菌屬、硫細(xì)菌、硝化細(xì)菌和藍(lán)細(xì)菌的一些種類。常見的酵母菌有 色申抱屬(Torula)和酵母菌屬。此外，還有噬菌體、霉菌、藻類和原生動(dòng)物等。一 般霉菌比細(xì)菌少，主要是陸地中常見的種類。海洋中藻類繁多，原生動(dòng)物數(shù)量極 大。三、沉積物中微生物的分布(一)內(nèi)陸水體沉積物

4、中微生物的分布湖泥表層有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量高，因此棲息了大量的微生物。湖泥中異養(yǎng)菌數(shù)量 大大超過湖水中的數(shù)量。(二)海洋沉積物中微生物的分布海洋沉積物中棲息著細(xì)菌和真菌。沉積物顆粒表面吸附有很多微生物，但確定 其數(shù)量1相當(dāng)困難。此處的微生物對(duì)有機(jī)物礦化作用特別重要，并且也可能作為海底動(dòng) 物的食物。沉3積物表層細(xì)菌總數(shù)取決于沉積物種類和水深，其含量在幾十萬至幾十億個(gè)/cm之間。生活于物體表面的細(xì)菌在某種程度上具有很有效的吸附機(jī)制，例如扁平的細(xì) 胞、膠鞘和纖毛等，它們能牢固地附著于沉積物基質(zhì)之上。四、水生生物體上微生物的分布在正常情況下，生活于水中的動(dòng)植物組織內(nèi)部是無菌的，但在體表和消化道內(nèi) 部定居著

5、各種類型的微生物，其組成和數(shù)量常因所生活的環(huán)境而有所差異。它們與 宿主的關(guān)系較為多樣化，有些和陸地動(dòng)物的正常菌群一樣比較恒定，有些則是暫時(shí) 性停留。在正常情況下，它們與宿主共生，從宿主食物或代謝產(chǎn)物中獲取養(yǎng)料的同 時(shí)，也能幫助宿主降解某些有機(jī)物質(zhì)，或分泌維生素等供宿主利用。在某些異常情 況下，如飼養(yǎng)管理不善、環(huán)境條件改變、魚體抵抗力下降等，一些微生物可引起魚 的病害（魚類多數(shù)病原菌都屬于這種條件致病性微生物）。部分水生動(dòng)物體表和消化 道的細(xì)菌可引起水產(chǎn)品的腐敗或人的食物中毒。因此，對(duì)水生動(dòng)物正常微生物群的 研究，在水生動(dòng)物疾病的預(yù)防、水生動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)生理和飼養(yǎng)管理以及水產(chǎn)品的衛(wèi)生 學(xué)上均具有重要

6、意義。（一）水生動(dòng)物體表上微生物的分布魚類和水生無脊椎動(dòng)物等水生動(dòng)物都可作為微生物的自然基底。硬骨魚類的體表常有細(xì)菌附著。在所有動(dòng)物體表上，假單胞菌屬和節(jié)桿菌屬的 種類數(shù)量最多。止匕外，很多魚體上也有真菌附著。海洋附著細(xì)菌與大型無脊椎動(dòng)物附著有著密切關(guān)系。大多數(shù)種類的海洋細(xì)菌有 利于無脊椎動(dòng)物幼蟲的附著，并可作為幼蟲的餌料?？梢?，海洋附著細(xì)菌的研究與 水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)。（二）魚類消化道中的微生物魚類消化道較短，呈直線和發(fā)夾狀，其結(jié)構(gòu)和機(jī)能多未分化。這些情況不利于 專性厭氧菌的繁殖，其微生物種群組成也易受水環(huán)境等因素的影響。但由于魚類胃 腸道的pH為2,5,處于酸性環(huán)境，且富含膽汁，對(duì)水

7、環(huán)境的許多微生物具有抑制 作用，因此形成了與體表和水環(huán)境不同的微生物群落。一般淡水魚類消化道中的微生物以嗜水氣單胞菌、A型擬桿菌、假單胞菌屬和腸桿菌科47的細(xì)菌占優(yōu)勢(shì)。海水魚類消化道菌群則以弧菌屬細(xì)菌為主，每克腸內(nèi)容物約含10,10個(gè)。26其次是假單胞菌屬、莫拉氏菌屬、不動(dòng)桿菌屬、擬桿菌科的細(xì)菌，其含量為 10,10個(gè)/g 0此外，還有芽抱桿菌屬、黃桿菌屬、微球菌屬、梭狀芽抱桿菌屬、 Coryneforme、葡萄球菌屬、著色球菌屬的細(xì)菌。（三）蝦類消化道中的微生物由于蝦類大部分時(shí)間行底棲生活，屬雜食性水生動(dòng)物，因而其腸道菌落與底棲 細(xì)菌和沉積物中的菌群有關(guān)。其中以假單胞菌屬和弧菌科的細(xì)菌為主，

8、常見的還有 不動(dòng)桿菌屬、腸桿菌科、黃桿菌屬、噬纖維菌屬、莫拉氏菌屬和發(fā)光桿菌屬的細(xì) 菌。（四）藻體上微生物的分布浮游藻類體上常有細(xì)菌生長(zhǎng)。各種海藻上附生著特有的霉亮發(fā)菌（Leucothrixmucor） 0該菌是一種嗜鹽種類，其藻絲含有眾多細(xì)胞，并形成叢生而滑動(dòng)的生殖 胞。綠藻和紅藻體上2的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌是具有黃、橙色素的黃細(xì)菌屬和噬纖維菌屬的細(xì)菌，而褐藻體上的 細(xì)菌則不然。緣管滸苔的胞外產(chǎn)物能促進(jìn)這類細(xì)菌和假單胞菌的生長(zhǎng)，弧菌的生長(zhǎng) 則受到抑制。第二節(jié)水域微生物的主要作用一、微生物與食物鏈在各種水體中，細(xì)菌和真菌在食物鏈中具有重要功能。它們吸收溶解有機(jī)物， 有機(jī)物的大部分是由初級(jí)生產(chǎn)者（即浮游植物

9、）釋放入水中的。止匕外，在內(nèi)陸和沿海 水域，特別是河川，它們與含有大量動(dòng)植物的陸地區(qū)域相鄰，有機(jī)物很多不是來自 初級(jí)生產(chǎn)者，而是來自周圍陸地上的死葉片、動(dòng)物糞便及其它有機(jī)物，水體本身含 有的動(dòng)植物尸體及動(dòng)物糞便和排泄物都是水體有機(jī)物來源。這些有機(jī)體通常被細(xì)菌 極其迅速地轉(zhuǎn)化為顆粒物質(zhì)（即有機(jī)碎屑），然后，被其它生物所消耗。這類有機(jī)物 依此方式被引入食物鏈，否則低濃度的有機(jī)化合物就不能被利用。細(xì)菌和真菌可被 多種不同的動(dòng)物用作食物，這些動(dòng)物代表了食物鏈的不同的營(yíng)養(yǎng)級(jí)。首先，細(xì)菌和 真菌作為初級(jí)消費(fèi)者即草食性浮游動(dòng)物的食物。而屬于次級(jí)消費(fèi)者的肉食性浮游動(dòng) 物，也攝取細(xì)菌和真菌作為其通常的食物，在某

10、種意義上，用它們作其營(yíng)養(yǎng)的補(bǔ)充 物。隨著動(dòng)物個(gè)體的增大，這種補(bǔ)充物的重要性反而變得越來越小。結(jié)果對(duì)終端消 費(fèi)者來說作用甚微或幾乎沒有作用。綜上所述，細(xì)菌在水生動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)上起著極其重要的作用。不僅原生動(dòng)物、輪 蟲、甲殼動(dòng)物、軟體動(dòng)物等攝食細(xì)菌，一些魚類也食細(xì)菌。水中細(xì)菌多集聚成絮 狀、片狀和塊狀等聚合體，許多動(dòng)物不能吃單個(gè)細(xì)菌但可吃聚合體?？梢娂?xì)菌是一 種營(yíng)養(yǎng)豐富的食物，目前光合細(xì)菌已大量培養(yǎng)，已應(yīng)用到水產(chǎn)養(yǎng)殖中，既改善水 質(zhì)，防治魚病，又能作為飼料添加劑，能很好地促進(jìn)水產(chǎn)經(jīng)濟(jì)動(dòng)物的生長(zhǎng)。二、微生物與物質(zhì)循環(huán)細(xì)菌和真菌等微生物在水體的物質(zhì)循環(huán)中起著決定性的作用。它們參與有機(jī)物 質(zhì)的初級(jí)生產(chǎn)的意義很

11、小，但是它們能大規(guī)模地將有機(jī)質(zhì)礦化，在適宜條件下，它 們能分解所有天然有機(jī)化合物，將之分解成原初成分，即二氧化碳、水及各種無機(jī) 鹽。它們的營(yíng)養(yǎng)類型極多，生活性強(qiáng)，自然界中的絕大多數(shù)物質(zhì)都能被某些微生物 分解和利用，例如熒光假單胞桿菌能利用二百多種有機(jī)物質(zhì)。本節(jié)著重介紹微生物 在水體物質(zhì)轉(zhuǎn)化（即物質(zhì)循環(huán)）中的作用。（一）碳素循環(huán)水中的初級(jí)生產(chǎn)者（光合細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌、藻類和水生植物）通過光合作用固定CQ將2之轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳化合物。經(jīng)食物鏈而被水生動(dòng)物所利用。水生生物在新陳代謝過程中，分解一些有機(jī)碳化合物，產(chǎn)生 CO水生生物的分泌物及其殘?bào)w以及 外來的有機(jī)碳化合物最終又2經(jīng)微生物分解，形成CQ重新作為水

12、生自養(yǎng)生物的碳源。在循環(huán)中，有一部分 無機(jī)碳或有2機(jī)碳由于外流和升入大氣而又離開水生態(tài)系。這就是水生態(tài)系中發(fā)生的碳循環(huán) 的主要過程。生物性碳循環(huán)不是完全依靠動(dòng)物或植物的存在。僅有微生物存在，碳循環(huán)也照 樣進(jìn)行，特別是海洋內(nèi)，因?yàn)楹Ｑ蠛械拇罅抗柙搴捅廾x的光合作用超過陸地植 物。3（二）氮素循環(huán)氮是蛋白質(zhì)和核酸的主要成分，是構(gòu)成生物體的必要元素。水中的氮包括無機(jī) 氮和有機(jī)氮。無機(jī)氮主要以氨、硝酸鹽、氮化物和分子氮形式存在。有機(jī)氮主要以 氨基酸、酰胺氮、喋吟和喀呢等形式存在。水中的分子態(tài)氮被有固氮作用的細(xì)菌和 藍(lán)細(xì)菌固定成氨基氮，并轉(zhuǎn)化成為有機(jī)氮化物，通過食物鏈進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為動(dòng)物蛋 白。水生生物及

13、其含氮的排泄物等有機(jī)氮化物，被各種微生物所分解，再以氨的形 式釋放出來供水生植物利用，或被進(jìn)一步氧化成為硝酸鹽。硝酸鹽可被植物利用， 也可被進(jìn)一步還原為分子態(tài)氮。這就是水環(huán)境中的氮素循環(huán)，整個(gè)過程包括固氮作 用、氨化作用、硝化作用以及脫氮作用（即反硝化作用）。.固氮作用分子態(tài)氮被還原成氨和其化氮化物的過程稱為固氮作用。通過微生物作用的固 氮方式稱為生物固氮。水中的生物固氮是由水中的各種細(xì)菌和藍(lán)細(xì)菌所完成的。.氨化作用含氮有機(jī)物在微生物作用下釋放出氨的過程，稱為氨化作用。它對(duì)水生生物連續(xù)地將氨返回氮循環(huán)具有特殊意義。很多蛋白質(zhì)分解細(xì)菌和很多真菌能進(jìn)行這一作 用。氨化作用在好氣性和嫌氣性條件下均能

14、進(jìn)行。氨化作用形成的氮首先被細(xì)菌利 用變成菌體蛋白質(zhì)等，余下的在水中形成溶解的無機(jī)態(tài)氮氮。.硝化作用在微生物作用下，氨轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}的過程，稱為硝化作用。蛋白質(zhì)分解期間釋 放的氨可作為自養(yǎng)和異養(yǎng)微生物的氮源，這也可為硝化細(xì)菌提供能量。在氧氣存在 時(shí)，氨氧化為亞硝酸鹽，進(jìn)一步氧化為硝酸鹽。即 ：,+2NH+3O?2NQ2HQ 4H, 152 千卡 4222,2NO, O?2NO+4斤卡 223其中的第一步稱亞硝化作用，第二步稱為硝化作用?；茏责B(yǎng)的硝化細(xì)菌需由硝化作用獲得能量，還原二氧化碳，形成有機(jī)物質(zhì)。硝酸鹽是有機(jī)氮化合物礦化作用的最后一步。硝酸鹽經(jīng)由河流入海，成為這里浮游 植物極其重要的氮源。

15、.脫氮作用,，微生物利用NO NO作為呼吸系統(tǒng)的電子受體，還原生成 N或NO的過程，稱 為脫氮3222作用，亦稱反硝化作用。在厭氧環(huán)境中，如果有機(jī)氫供體存在，脫氮作用就在很多兼性厭氧細(xì)菌作用下進(jìn)行。即：NO?N 22,NO?NO?NO 32NHOH?NH 23在厭氧條件下，硝酸鹽或亞硝酸鹽分別作為氫受體，此稱為硝酸鹽呼吸。在大 多數(shù)生態(tài)環(huán)境中，很多生物能還原硝酸鹽成為亞硝酸鹽，再?gòu)膩喯跛猁}變?yōu)橛坞x氮。因此，哪里有活躍的脫氮作用。哪里就首先產(chǎn)生豐富的亞硝酸鹽。細(xì)菌具有脫 氮作用能力已在所有水體中得到實(shí)際證明。一旦缺氧，酶系統(tǒng)開關(guān)就轉(zhuǎn)向硝酸鹽呼 吸；然而，這需要一些時(shí)間，因?yàn)樘厥獾南跛猁}還原酶僅在

16、厭氧條件下合成。另一 方面，在好氣條件下，開關(guān)便轉(zhuǎn)向有氧呼吸。這表明4硝酸鹽呼吸是在沒有更多的氧可供利用時(shí)才行使作用的一種替代裝置。其產(chǎn)能 僅比氧作為氫受體的低10,左右。綜上所述，氧氣對(duì)氮循環(huán)具有重要影響，它的存在決定著硝酸鹽的產(chǎn)生或破 壞，也決定著氮平衡偏向正平衡或負(fù)平衡。在富含腐屑的水體中，特別是在沉積物 中，硝化作用和脫氮作用過程隨處都能發(fā)生。（三）硫循環(huán)微生物需要硫元素，因?yàn)槠浼?xì)胞內(nèi)含物中有許多是有機(jī)硫化合物，如半胱氨 酸、蛋氨酸生物素、硫胺素等。硫和無機(jī)硫化物還提供自養(yǎng)細(xì)菌的能源。硫主要以 有機(jī)硫化合物、硫酸鹽、硫化氫和元素硫等形式存在。微生物在硫的循環(huán)轉(zhuǎn)化中具 有重要作用。在蛋白

17、質(zhì)降解期間，除氨外，還釋放少量硫化氫，這主要起源于含硫氨基酸， 如半胱氨酸和蛋氨酸。一些蛋白分解菌也能進(jìn)行這一反應(yīng)，借助脫硫酶釋放琉基。 當(dāng)然，硫酸鹽可被浮游植物及其它水生植物吸收利用，并合成含硫氨基酸，繼而合 成蛋白質(zhì)。在有氧環(huán)境中硫化氫并不穩(wěn)定，被化學(xué)作用或被細(xì)菌和真菌所氧化。微生物氧 化作用經(jīng)一些中間產(chǎn)物生成硫酸鹽，這是有機(jī)硫化合物礦化作用的末端步驟，且作 為綠色植物硫元素的重要來源。這一過程也稱為硫化作用 ：2HS+O?S+2HO+80 2222S+3O+2HO?2HSO+2W 22224一些化能自養(yǎng)細(xì)菌能氧化硫化氫及其它可氧化的硫化合物，如硫元素、硫代硫 酸鹽和亞硫酸鹽，利用獲得的能

18、量來還原二氧化碳。它們中最重要的是硫桿菌屬 (Thiobacillus)的多數(shù)種類，也包括白硫菌屬(Beggiatoa)和絲硫細(xì)菌屬(Thiothrix) 等絲狀硫細(xì)菌。除了專性和兼性化能自養(yǎng)細(xì)菌外，很多異養(yǎng)微生物(細(xì)菌和真菌)也能氧化含硫化合物。光合自養(yǎng)的紫硫細(xì)菌和綠細(xì)菌也能氧化還原含硫 化合物生成硫或硫酸鹽，以便增加氫來還原二氧化碳。微生物產(chǎn)生硫化氫有兩個(gè)不同的途徑，其一是通過含硫有機(jī)化合物的分解，這 叫腐敗作用；其二是通過硫酸鹽還原作用。在淡水環(huán)境中從有機(jī)化合物產(chǎn)生HS是很有意義的，因?yàn)?淡水中硫酸鹽離子濃度通常很低；但硫酸鹽還原是海水中形成 HS的主要過程， 因?yàn)楹Ｋ?硫酸鹽濃度較大

19、。硫酸鹽還原作用需要硫酸鹽還原細(xì)菌參與。還原的必要條件是缺氧和給還原作 用供氫的有機(jī)質(zhì)存在。由細(xì)菌還原產(chǎn)生的硫化氫可逸散到空氣中，而從基質(zhì)中損失掉，這一過程也稱 為脫硫作用。硫酸鹽還原菌通常是專性厭氧菌，不能在有氧環(huán)境中生長(zhǎng)，完全依賴 于硫酸鹽呼吸。最廣泛分布的硫酸鹽還原菌為脫硫弧菌(Desulphovibriodesu1phuricans),存在于湖泊、池塘的底泥和水層中。在海洋中還有其近緣種 D.aestuarii 。此外，脫硫腸狀桿菌(Desulphotomaculum)、致黑梭狀芽抱桿菌 (Clostridium nigrificans) 、假單胞菌(Pseudomonas ze1in

20、skii) 等也能還原硫酸 鹽。水體底泥通常缺氧或無氧，并富含有機(jī)物質(zhì)，因此硫酸鹽還原作用較為旺盛。 此外，脫硫作用也見于富營(yíng)養(yǎng)湖泊和池塘以及海灣的低氧區(qū)。黑海存在的絕大多數(shù) 硫化氫也是由脫硫作用產(chǎn)生的。硫循環(huán)受氧氣條件的影響。當(dāng)在有氧條件下，有機(jī)硫化合物被礦化成硫酸鹽，在無氧環(huán)境下，便有HS產(chǎn)生，并發(fā)生硫的損失。2(四)磷循環(huán)與無機(jī)氨化合物一樣，磷酸鹽也是很多水體植物的限制因子。磷是所有生物生命活動(dòng)極其重要的元素，是核甘酸的組成成分。止匕外，磷還存在于磷脂、 磷酸己糖和肌醇六磷酸鈣鎂等化合物中。水體存在的磷形式有溶解無機(jī)磷、溶 解有機(jī)磷和懸浮的顆粒磷。很多細(xì)菌能夠以多聚磷酸鹽的形式將磷酸貯藏

21、在異 染粒中。水體中磷的短缺可能限制細(xì)菌和真菌對(duì)有機(jī)物質(zhì)的分解。因此，磷的 周轉(zhuǎn)時(shí)間通常很短，在夏季水溫范圍內(nèi)，從幾分鐘到幾天不等。很多細(xì)菌和真 菌通過分解有機(jī)磷化合物能從其中釋放磷酸鹽，因此將之返回到物質(zhì)循環(huán)中。(五)鐵和鉆循環(huán)鐵幾乎存在于所有的水體之中，但通常含量很少。它屬于生命必需的元素，是 細(xì)胞色素等酶的組成成分。一部分鐵細(xì)菌能將鐵氧化為亞鐵化合物：2+3+Fe?Fe+11.5 千卡鐵細(xì)菌用獲得的能量來還原二氧化碳。有些種類還可利用鈕代替鐵，且以類似 的方式將亞銳化合物氧化為銳化合物。大部分鐵細(xì)菌，如氧化亞鐵桿菌 (Ferrobacillus ferrooxidans) 、硫桿菌屬、

22、鐵銹色披毛菌(Gallionella ferruginea)、赭色纖毛菌(Leptothrix ochracea) 、多抱子鐵細(xì)菌(Crenothrix polyspora)、厚膜菌(Clonothrix fusca) 等，能夠?qū)嗚F離子氧化為高鐵離子，利用這個(gè)過程所產(chǎn)生的能量同化二氧化碳。這些細(xì)菌一般 分布在各種類型的水體中，對(duì)水體內(nèi)鐵的循環(huán)具有重要作用。其中氧化亞鐵桿菌、 硫桿菌、鐵銹色披毛菌是專性化能自養(yǎng)菌；而赭色纖毛菌、多抱子鐵細(xì)菌是兼性化 能自養(yǎng)菌，能利用諸如蛋白陳等有機(jī)物質(zhì)。微生物也能形成有機(jī)鐵和鉆復(fù)合物，各種有機(jī)金屬化合物和復(fù)合物又能被微生 物分解。這在一些富營(yíng)養(yǎng)湖泊中特別重要。

23、總之，各種元素的循環(huán)彼此有關(guān)，并非單獨(dú)進(jìn)行，而且是通過微生物聯(lián)合起作 用。自然界的物質(zhì)循環(huán)與微生物生態(tài)密切相關(guān)。四、微生物與水污染水污染是指污染物導(dǎo)致水體的利用范圍減小的所有變化。污染既改變了水的理 化性質(zhì)，也改變了水生生物的群落特點(diǎn)。通過對(duì)有機(jī)廢物的分解，微生物對(duì)水體自 然自我凈化貢獻(xiàn)極大。微生物在污染監(jiān)測(cè)、污水處理或加速水的凈化方面起著極其 重要的作用。(一)污水的微生物區(qū)系在很多情況下，污水具有特征性的微生物區(qū)系。在含有大量糞便、廢水和剩余 食物的生活污水中細(xì)菌特別豐富。所發(fā)現(xiàn)的生物大多是腐敗細(xì)菌，如熒光假單胞菌 (Pseudomonas)、綠膿桿菌(P.aeruginosa)、普通變形

24、桿菌(Proleus vulgaris) 、枯草芽抱 fluorescens桿菌(Bacillus subtilis)及其它種類。大腸菌群的比例相對(duì)較高，它是含有糞便物質(zhì)水體污染的重要指示種類。在城市污水中，大腸桿菌(Escherichia coli)的數(shù)量一般在每毫升幾萬到幾十萬個(gè)，甚至更多。產(chǎn)氣氣桿菌(A.aerogenes)也經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，與埃希氏桿菌屬一樣，它隸屬于腸桿菌科。糞球鏈菌(Streptococcusfaecalis),也是人類腸道的棲息者。6止匕外，還存在有數(shù)量眾多的噬菌體。在富含有機(jī)質(zhì)的污水中，鞘細(xì)菌也很重要，特別是浮游球衣細(xì)菌(Sphaerotilus),常被誤稱為“污水真

25、菌。它是典型的污水生物，常覆蓋在雜草叢生的強(qiáng)烈污染natans水體的水底，且肉眼可見。污水中常含有大量的脫硫細(xì)菌，尤其是脫硫弧菌(Desulphovibrio),它在營(yíng)養(yǎng)豐富并且厭氧的條件下容易生長(zhǎng)。很多污水水體也含有硫氧化desulphuricans細(xì)菌，特別是硫桿菌、絲硫細(xì)菌和白硫細(xì)菌各屬的種類，當(dāng)硫化氫產(chǎn)生時(shí)，它 們能極其迅速地繁殖。止匕外，脫氮硫桿菌和脫氮微球菌等脫氮菌，以及甲烷產(chǎn)生菌 和Knallgas細(xì)菌等其它細(xì)菌都大量存在于生活污水和一些工業(yè)污水中；也有赭色披 毛菌和氧化亞鐵硫桿菌等多種鐵細(xì)菌。通常，生活污水也含有大量真菌抱子和菌絲，嚴(yán)格意義上的污水真菌是乳酸細(xì)絲菌(Leptom

26、itus lacteus) 和水生鐮刀菌(Fusarium aquaeductuum)。在污水嚴(yán)重 負(fù)荷的水體中，它們大量發(fā)生，與浮游球衣細(xì)菌一樣，也能造成菌絲漂浮。(二)微生物在水體自凈中的作用在自然水體尤其是快速流動(dòng)的水體中，存在著對(duì)有機(jī)或無機(jī)污染物的自凈作用。其原因是多方面的，雖有物理性的稀釋作用和化學(xué)性的氧化作用，但更重要的 卻是各種生物學(xué)和生物化學(xué)作用，例如好氧菌對(duì)有機(jī)物的分解作用，原生動(dòng)物對(duì)細(xì) 菌等的吞噬作用，噬菌體對(duì)宿主的裂解作用，以及微生物產(chǎn)生的凝膠物質(zhì)對(duì)污染物 的吸附、沉降作用等，這就是“流水不腐”的重要原因。在未凈化的城市污水流入河流后，真細(xì)菌的總量通常一開始就減少，鞘細(xì)菌

27、數(shù) 量常常首先連續(xù)增多，然后下一個(gè)高峰是原生動(dòng)物，最后是藻類高峰。水體的自凈 能力變化很大，水體活潑運(yùn)動(dòng)造成污水的迅速擴(kuò)布和其與大氣活躍的氣體交換，這 里自凈作用能力最強(qiáng)。在流動(dòng)性很小的水體，污水可能滯留一處，并且氧氣供應(yīng)不 足，從而導(dǎo)致過早的氧虧，進(jìn)而減弱自凈作用。水體的自凈能力也隨季節(jié)的變化而變化，一般夏季大于冬季，因?yàn)橄募据^高的溫度有助于細(xì)菌活動(dòng)，并且充足的光照 使浮游植物提供更多的氧氣。然而，只有在污染物的組成和數(shù)量不超過所接受水體的自凈能力時(shí)，水體才能 實(shí)現(xiàn)自然凈化。即使在最適的條件下，過量的污染物也會(huì)引起不良的后果，造成真 正的水污染。過度的氧氣消耗經(jīng)常導(dǎo)致完全的缺氧區(qū)，在此處凈化

28、過程和細(xì)菌性硫 酸鹽還原作用導(dǎo)致硫化氫大量產(chǎn)生，而引起較高等動(dòng)物和很多微生物死亡，余下的 少數(shù)微生物只能部分地降解有機(jī)污染物。硫化鐵的形成導(dǎo)致難聞的黑色的腐泥，毒 害底棲生物。如果在湖泊、池塘或沿海水域，含有 HS的底層水突然上升至表層, 這可造成魚類大批死亡，例如在狂風(fēng)暴雨過后就易于發(fā)2生這種情況。（三）微生物在污水處理中的作用水域微生物系統(tǒng)的自凈作用在一定程度上能夠調(diào)節(jié)環(huán)境，抵銷污染所引起的變 化，但是水體的自凈能力是有限的，當(dāng)進(jìn)入水體的外來污染物數(shù)量，超過了水體的 自凈能力，并達(dá)到破壞水體原有用途的程度，就造成水污染。所以工業(yè)廢水和生活 污水必須先經(jīng)過一定程度的凈化處理，使水質(zhì)達(dá)到一定標(biāo)

29、準(zhǔn)才能排入江河湖泊等水 體。污水的處理方法可分為物理方法、化學(xué)方法和生物方法三大類。目前國(guó)內(nèi)外多 采用二級(jí)處理工藝或三級(jí)處理工藝治理污水。一級(jí)處理又稱預(yù)處理，主要是通過濾 篩網(wǎng)及沉淀等物理7化學(xué)方法除去污水中的粘土、淤泥及其它碎屑等污染物。二級(jí)處理又稱生物處 理，主要是利用微生物的作用分解污水中的有機(jī)污染物。三級(jí)處理主要是除去排放 水中的無機(jī)鹽類及其它懸浮污染物，因?yàn)樵诙?jí)處理后的出水中，含有氮、磷等無 機(jī)鹽類，排入水體后能造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，造成二次污染，在三級(jí)處理中，常使用沉淀法去磷；在中性條件下增溫使氨氮逸出。也可利用微生物的脫氮作用脫氮；借助藻類的大量繁殖以除氮磷，同時(shí)收獲藻體。由此可見

30、，微生物在污水處理中起著非 常重要的作用。污水的微生物處理主要有生物膜法、活性污泥法、氧化塘法、厭氧處理法等。.生物膜法根據(jù)不同的處理裝置，該法可分為普通生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、塔式生物濾池 等。生物膜由污水與載體的接觸而形成。由于污水通過載體時(shí)，污水中的有機(jī)污染 物和微生物吸附在載體上，并發(fā)生微生物的增殖。在載體表面逐漸形成一層2mnS的生物膜。生物膜主要由菌膠團(tuán)形成菌和絲狀菌組成，此外還有大量細(xì)菌、真菌、 原生動(dòng)物、藻類及后生動(dòng)物。常見的細(xì)菌主要有動(dòng)膠菌、球衣細(xì)菌、白硫細(xì)菌、無 色桿菌、黃桿菌(Flarobacterium)、假單胞菌、產(chǎn)堿桿菌等，在生物膜的底層部 分，化能自養(yǎng)菌較多。真菌主要

31、有鐮抱霉、青霉、毛霉、地霉、分支抱霉和各種酵 母。常見的藻類和原生動(dòng)物主要有席藻、小球藻、絲藻和鐘蟲等。在生物膜的表面，由于污水的不斷流過，總是吸附一薄層污水。污水流過濾料 時(shí)，懸浮物質(zhì)被截住，膠體物質(zhì)被吸附。污水中的有機(jī)污染物就被生物膜中的細(xì) 菌、真菌吸附并氧化分解，而原生動(dòng)物又以這些菌為食物，即形成生物膜中的小型 食物鏈。這對(duì)有機(jī)污染物的去除意義重大，因?yàn)樵谑澄镦湹拿恳徊?，都有一部分?機(jī)污染物借呼吸作用而被轉(zhuǎn)化為 CO 因2此，能將污水中的有機(jī)污染物完全降 解。.活性污泥法活性污泥法又稱曝氣法，是利用曝氣池中裝填活性污泥使污水凈化的生物學(xué)方 法?；钚晕勰嗍怯晌鬯蟹敝车拇罅课⑸锬?/p>

32、的褐色而呈絮狀泥粒組成的,具有較強(qiáng)的吸附和氧化有機(jī)物質(zhì)的能力。活性污泥中的微生物主要由細(xì)菌和原生動(dòng) 物組成，而真菌、藻類和后生動(dòng)物只起次要作用?；钚晕勰嗟钠貧庠O(shè)備主要由曝氣池、攪拌器或壓縮空氣設(shè)備以及凈化池等組 成。處理的污水經(jīng)隔柵除去大塊雜物，進(jìn)入一次沉淀池，簡(jiǎn)單沉淀后，送入曝氣 池。經(jīng)過一定時(shí)間曝氣后，污染物被馴化的活性污泥所吸附，有機(jī)物被微生物氧化 分解，然后將曝氣池內(nèi)的混合液放入凈化池，停留一定時(shí)間使污泥沉淀，上層澄清 液作處理后的水排放出去。將其中一部分污泥送回曝氣池，多余的污泥排出另行處 理。.氧化塘法氧化塘是一種大面積敞開式的污水處理塘，是一種與自然水體自凈過程極其相 近的污水處理法，其基本原理是利用藻菌共生系統(tǒng)來分解污水中的有機(jī)污染物，使 污水得以凈化。即塘內(nèi)有機(jī)污染物被需氧細(xì)菌分解為簡(jiǎn)單的有機(jī)物質(zhì)、無機(jī)物質(zhì)和 二氧化碳，而細(xì)菌生存所需要的氧氣，主要由藻類的光合作用提供，也可通過池塘 表面再曝氣和機(jī)械通氣供氧。.厭氧處理法厭氧處理法是在缺氧情況下，利用厭氧微生物分解污水中有機(jī)污染物的方法， 又稱為厭氧消化法或厭氧發(fā)酵法。其凈化效率可達(dá) 90,。污水厭氧處理包括一系列復(fù)雜的消化和發(fā)酵反應(yīng)。首先，復(fù)雜有機(jī)污染物如纖維素、蛋白質(zhì)、脂肪等，被以兼性菌為主的產(chǎn)酸菌分解成為H和CQ以及簡(jiǎn)單的有機(jī)酸和醇等。參22與此作用的細(xì)菌主要有梭菌、假單胞菌、產(chǎn)氣桿菌、大腸