微生物學(xué)(周德慶)第十三章微生物的應(yīng)用

微生物接種劑微生物農(nóng)藥微生物與農(nóng)村有機(jī)廢物處理微生物與城市污水處理污染物的生物治理血清學(xué)技術(shù)的原理當(dāng)前1頁，總共67頁。供肥能力強(qiáng)，效率高，有競(jìng)爭(zhēng)力。經(jīng)過嚴(yán)格檢驗(yàn)，證明對(duì)植物有益而無害，更不能是人畜的條件致病菌。菌劑的應(yīng)用效果要有田間試驗(yàn)報(bào)告；有效菌數(shù)要達(dá)標(biāo)。用后即有利于增產(chǎn)，又不污染環(huán)境。一、微生物接種劑

當(dāng)前2頁，總共67頁。生物肥料(biofertilizers)（細(xì)菌肥料(bacterialfertilizers)或菌劑）：利用有益微生物為植物提供有效養(yǎng)料和促進(jìn)生長(zhǎng)的微生物接種劑（microbialinoculants）。與化肥的區(qū)別：不是直接作為養(yǎng)料或藥物，而是通過大量繁殖和旺盛的代謝作用，才能起到供肥作用。當(dāng)前3頁，總共67頁。所用吸附劑的種類（1）草炭和土壤；（2）植物材料，包括谷殼粉、蔗渣、玉米穗軸粉、腐熟堆肥等；（3）惰性無機(jī)和有機(jī)材料，如蛭石、珍珠石、粉末磷灰石、硫酸鈣、聚丙酰胺膠粒。當(dāng)前4頁，總共67頁。接種劑的種類及應(yīng)用1.根瘤菌劑（1）種子拌菌（2）土壤混菌（3）種子包衣技術(shù)2.固氮細(xì)菌制劑3.促生細(xì)菌（PGPR）4.菌根菌劑根瘤菌劑應(yīng)用時(shí)間播種前播種時(shí)播種后

當(dāng)前5頁，總共67頁。二、微生物農(nóng)藥概念：經(jīng)研究、篩選出的控制病蟲害能力強(qiáng)、效率高、對(duì)人畜無害的優(yōu)良微生物菌種所做成的制劑。種類：細(xì)菌殺蟲劑、真菌殺蟲劑、病毒殺蟲劑、殺蟲抗生素

特點(diǎn)：?；詮?qiáng)；對(duì)人、畜、天敵無毒害；不污染環(huán)境。當(dāng)前6頁，總共67頁。細(xì)菌殺蟲劑-特點(diǎn)從口器侵入：可通過噴射接種到葉面；中毒后，幼蟲停止取食、麻痹；組織液化、全身癱瘓，蟲體軟化、腐爛、變黑；有粘液分泌；有臭味。當(dāng)前7頁，總共67頁。細(xì)菌殺蟲劑-殺蟲機(jī)理晶體毒素（δ-內(nèi)毒素）：是一種蛋白質(zhì)晶體，完整的伴孢晶體無毒性，當(dāng)被敏感的昆蟲幼蟲吞食后，產(chǎn)生毒性：伴孢晶體昆蟲堿性腸液δ-內(nèi)毒素毒性肽堿溶液水解蘇云金桿菌β-外毒素：分泌于孢外的一種腺嘌呤核苷酸的衍生物。（蘇云金素或蠅毒素）水溶性、熱穩(wěn)定性、殺蟲譜廣。（121℃，15分鐘）產(chǎn)生卵磷脂酶C、幾丁質(zhì)酶、葉蜂毒素等有效成分。芽孢當(dāng)前8頁，總共67頁。具有廣譜的殺螨殺蟲活性擊倒速度快，持效期長(zhǎng)消滅抗藥性害蟲效果明顯對(duì)人畜安全，不污染環(huán)境使用成本低。阿維菌素的優(yōu)點(diǎn)當(dāng)前9頁，總共67頁。真菌殺蟲劑-特點(diǎn)從表皮侵入；感染后蟲體呆滯，口土黃水；蟲體表面長(zhǎng)霉；蟲體僵硬；有各種顏色。白漿菌和綠漿菌的應(yīng)用較多，已成為商品銷售：白漿菌防松毛蟲；玉米螟等。

當(dāng)前10頁，總共67頁。昆蟲病毒病毒病的特征：感染后，蟲體行動(dòng)遲緩，食欲減退；蟲體體節(jié)腫脹，病體不臭；將死時(shí)爬上植物高處，以腹足懸掛，呈倒“V”形或以尾足倒掛。?；詮?qiáng)：如小菜蛾病毒只對(duì)一個(gè)種起作用。病毒殺蟲劑的類型：核型多角體病毒、質(zhì)型多角體病毒、顆粒體病毒、無包含體病毒當(dāng)前11頁，總共67頁。病毒殺蟲劑未能在生產(chǎn)上應(yīng)用的原因需通過寄主昆蟲才能繁殖，培養(yǎng)困難專性強(qiáng)，殺蟲譜太窄使昆蟲致死的時(shí)間太長(zhǎng)當(dāng)前12頁，總共67頁?？股睾涂咕V抗生素：微生物在生命活動(dòng)的過程中產(chǎn)生，并能在較低濃度下有選擇性地抑制或殺滅它種微生物的次生代謝產(chǎn)物?？咕V：對(duì)一種抗生素敏感的病原菌的種類稱為該抗生素的抗菌譜。如：G+菌對(duì)青霉素敏感；鏈霉素對(duì)G+、G-和結(jié)核桿菌有特效?？股卦谵r(nóng)業(yè)上的應(yīng)用防治植物病害：如滅瘟素和春日霉素對(duì)防治稻瘟病很有效；井岡霉素防治稻紋枯病有效。殺蟲殺螨：殺蚜素可殺蚜蟲；殺螨素可殺螨蟲；除草：茴香霉素可用于除稗草。當(dāng)前13頁，總共67頁。堆肥材料按性質(zhì)分：不易分解的物質(zhì)，如秸桿、雜草等。促進(jìn)分解的物質(zhì)，如人畜糞尿、石灰、草木灰等。吸收性強(qiáng)的物質(zhì)，主要是加入一些粉碎性的黏土、草炭、秸桿或鋸末，以吸收腐解過程中釋放出來的溶液，以避免養(yǎng)分的流失。三、微生物與農(nóng)村有機(jī)廢物處理當(dāng)前14頁，總共67頁。原料處理:植物秸桿類的原料，應(yīng)先切碎并壓裂。有利行吸收水分切碎的目的控制適宜的通氣狀況微生物利用的養(yǎng)料容易滲出,使微生物迅速發(fā)展.水分、通氣與保溫堆制和泥封翻堆堆肥的制作步驟當(dāng)前15頁，總共67頁。有機(jī)肥料積制的微生物學(xué)過程

發(fā)熱階段高溫階段降溫階段腐熟保肥階段當(dāng)前16頁，總共67頁。發(fā)熱階段好氣條件下，易分解的有機(jī)物（如糖、淀粉和蛋白質(zhì)）迅速分解，產(chǎn)生大量熱能。中溫、好氣性微生物為主。最常見的是一些無芽孢細(xì)菌、芽孢細(xì)菌和霉菌。幾天之內(nèi)，達(dá)50℃以上。當(dāng)前17頁，總共67頁。高溫階段1復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)（如纖維素、半纖維素和果膠質(zhì)）被分解，形成腐殖質(zhì)。好熱性微生物占優(yōu)勢(shì)（包括細(xì)菌、放線菌和真菌）當(dāng)前18頁，總共67頁。高溫階段2>60℃，幾乎全部好熱性真菌停止活動(dòng)，好熱性放線菌、好熱性芽孢桿菌和梭菌的活動(dòng)占優(yōu)勢(shì)。許多好熱性微生物（包括細(xì)菌、放線菌和真菌）是分解纖維素和果膠類物質(zhì)能力很強(qiáng)的種類，因此在高溫階段，纖維素和果膠類物質(zhì)旺盛分解。當(dāng)前19頁，總共67頁。高溫階段3>70℃大多數(shù)好熱性微生物大量死亡或轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)，分解作用減弱，產(chǎn)生的熱能減少，當(dāng)產(chǎn)生的熱量小于堆肥散發(fā)的熱量時(shí)，堆溫開始下降。低于70℃時(shí)，進(jìn)入下一個(gè)溫度升降的循環(huán)。堆溫處于一個(gè)自然調(diào)節(jié)的延續(xù)較久的高溫期（維持在50℃以上），堆肥材料能在幾個(gè)星期或2-3個(gè)月達(dá)到適于施用的腐熟狀態(tài)。當(dāng)前20頁，總共67頁。降溫階段微生物的生命活動(dòng)減弱，產(chǎn)熱量減少，溫度逐漸下降。當(dāng)溫度下降到40℃以下時(shí)，中溫性微生物代替了好熱性微生物成為優(yōu)勢(shì)種類。注意：如果降溫階段來得太早，表明堆制條件不夠理想，植物性材料還沒有充分分解，可以翻堆，將堆積材料拌勻，再次封堆。這樣可以產(chǎn)生第二次發(fā)熱升溫，有利于植物性材料的充分分解。當(dāng)前21頁，總共67頁。腐熟保肥階段主要任務(wù)：保存已形成的腐殖質(zhì)和植物養(yǎng)料（尤其是氮素養(yǎng)料）。方法：壓緊堆肥，造成厭氣狀態(tài)。堆肥物質(zhì)進(jìn)一步緩慢腐解，成為與土壤腐殖質(zhì)十分相近的物質(zhì)。當(dāng)前22頁，總共67頁。處理有機(jī)廢棄物和制造肥料通過高溫階段殺滅各種病原菌。堆肥是制造微生物有機(jī)肥的簡(jiǎn)便而有效的方法，有益于生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。堆肥是微生物的一個(gè)重要資源庫(kù)。堆肥的農(nóng)業(yè)及生態(tài)學(xué)意義：當(dāng)前23頁，總共67頁。沼氣發(fā)酵的幾個(gè)階段１）

發(fā)酵的第一階段：

多聚物（多糖、蛋白質(zhì)、核酸和脂類）

↓初級(jí)發(fā)酵菌

寡聚物和單體（糖、氨基酸、嘌呤、嘧啶、脂肪酸和甘油）

↓水解酶

發(fā)酵為脂肪酸、琥珀酸、乳酸、醇類等２）

第二階段：

兩碳原子及以上的脂肪酸、醇類、支鏈脂肪酸和芳香脂肪酸

↓次級(jí)發(fā)酵菌

乙酸、二氧化碳、氫和甲酸３）

第三階段：

一碳化合物、氫和乙酸

↓甲烷產(chǎn)生菌

甲烷

直接

第一階段形成的乙酸、H2和CO2

甲烷當(dāng)前24頁，總共67頁。初級(jí)發(fā)酵菌

氧化氫的甲烷產(chǎn)生菌

裂解乙酸的甲烷產(chǎn)生菌

次級(jí)發(fā)酵菌同型乙酸產(chǎn)生菌沼氣發(fā)酵過程中的微生物菌群：當(dāng)前25頁，總共67頁。四、微生物與城市污水處理

一級(jí)處理（PrimaryTreatment）去除固體物、油脂和泥沙，并對(duì)工廠排出的污水進(jìn)行中和和調(diào)節(jié)。二級(jí)處理（SecondaryTreatment）用微生物代謝活動(dòng)去除污水中可溶性的有機(jī)物。三級(jí)處理（TertiaryTreatment）去除那些微生物無法降解的污染物和無機(jī)營(yíng)養(yǎng)物，如含氮和含磷的無機(jī)鹽以及生物量。當(dāng)前26頁，總共67頁。生物法生物法凈化污水就是利用微生物的活動(dòng)去掉污水中的有毒物質(zhì)。當(dāng)前27頁，總共67頁。污水生物處理方法需氧型曝氣池和活性污泥法生物膜法氧化塘法厭氧型厭氧消化法土地處理法當(dāng)前28頁，總共67頁。需氧處理是利用好氧性微生物的活動(dòng)，將污水中的有機(jī)物氧化，最后生成CO2、水、硝酸鹽、硫酸鹽等簡(jiǎn)單的無機(jī)物，使污水得到凈化。當(dāng)前29頁，總共67頁。活性污泥設(shè)施的內(nèi)部構(gòu)造當(dāng)前30頁，總共67頁?；钚晕勰啵壕褪且孕柩跣约?xì)菌為主體的微生物與水中的懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)聚集在一起形成的肉眼可見的絮狀顆粒，也稱絮凝體（floc）當(dāng)前31頁，總共67頁?；钚晕勰嗟奶攸c(diǎn)吸附力強(qiáng)分解力強(qiáng)良好沉降性：靜置時(shí)能立即凝聚成較大的絨粒而沉降pH緩沖力強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng)。菌群細(xì)菌腐生的原生動(dòng)物捕食性原生動(dòng)物，如纖毛蟲當(dāng)前32頁，總共67頁。厭氧處理法是在水中沒有空氣、缺乏溶解氧的情況下，利用厭氧微生物分解污水中的有機(jī)物，分解后的最終產(chǎn)物是甲烷、CO2、N2、H2S和NH3等。其分解過程是：有機(jī)物（芽孢桿菌）小有機(jī)物（甲烷細(xì)菌）甲烷、CO2等氣體當(dāng)前33頁，總共67頁。BOD(生物需氧量BiologicalOxygenDemand)是指水中的污染物在好氣性微生物的作用下，進(jìn)行氧化分解時(shí)所消耗的氧量。COD(化學(xué)需氧量ChemicalOxygenDemand)是指用強(qiáng)氧化劑(K2Cr2O7或KmnO4)使被測(cè)水樣中的有機(jī)物進(jìn)行化學(xué)氧化時(shí)所消耗的氧量。TOD(總需氧量TotaloxygenDemand)：全部有機(jī)物被徹底氧化所消耗氧量的計(jì)算值。水污染程度與進(jìn)化指標(biāo)當(dāng)前34頁，總共67頁。城市污水處理廠中的活性污泥設(shè)施——曝氣池（Aerationtank）當(dāng)前35頁，總共67頁。曝氣池（Aerationtank）沉淀池（settingtank）當(dāng)前36頁，總共67頁。水質(zhì)凈化后排出飲用水的進(jìn)一步凈化當(dāng)前37頁，總共67頁。河流污染劇毒農(nóng)藥污染7水井瀏陽永安3000村民飲水成問題五、污染物的生物治理當(dāng)前38頁，總共67頁。Aqua衛(wèi)星11月17日下午拍攝的衛(wèi)星照片顯示，灰色濃密煙霧籠罩中國(guó)東部黃河濱海平原地區(qū)，部分已擴(kuò)散至臨近的黃海上空四川內(nèi)江遭受嚴(yán)重污染6萬人飲“毒水”當(dāng)前39頁，總共67頁。污染物的生物治理

生物治理（bioremediation):利用生物（主要是微生物）去除土壤和水域中的污染物和有毒物質(zhì)。

一般而言，環(huán)境中的微生物是進(jìn)行生物修復(fù)的主力軍；1974年，第一株用于降解滲漏石油的假單胞桿菌被申請(qǐng)了專利，隨后就不斷有降解特殊化合物的微生物被發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用。當(dāng)前40頁，總共67頁。生物治理用于石油產(chǎn)品的生物降解石油泄漏汽油的溢出或泄漏其他燃料（如軍用燃料）的溢出或泄漏有毒化學(xué)物品傾倒入水體

白腐真菌側(cè)胞霉（phanerochaete）能降解農(nóng)藥（DDT）、火藥（TNT）、多核芳香族化合物（苯并蓽）及塑料（聚乙烯）等。當(dāng)前41頁，總共67頁。生物治理需要什么樣的微生物？可降解碳?xì)浠衔锷L(zhǎng)快和保藏易能在不利條件下生長(zhǎng)和發(fā)揮作用能協(xié)助進(jìn)行生物乳化作用（bioemulsification)不會(huì)產(chǎn)生二次污染當(dāng)前42頁，總共67頁。生物治理面臨的困境目標(biāo)微生物在實(shí)驗(yàn)室難培養(yǎng)環(huán)境中其他有毒物質(zhì)的毒害營(yíng)養(yǎng)缺乏氧氣不足當(dāng)前43頁，總共67頁。生物治理的方法改善土壤的通氣狀況添加氮素和磷素養(yǎng)分添加可降解目標(biāo)物質(zhì)的特殊微生物制劑當(dāng)前44頁，總共67頁。六、血清學(xué)技術(shù)原理

抗體（Antibody，Ab）：是脊椎動(dòng)物的免疫淋巴細(xì)胞在抗原物的大量侵入下產(chǎn)生的專性免疫球蛋白，能和入侵的抗原物發(fā)生專性結(jié)合反應(yīng)。存在與血清中?？乖且活惸艽碳と撕蛣?dòng)物機(jī)體產(chǎn)生抗體或致敏淋巴細(xì)胞，并能與這些產(chǎn)物在體內(nèi)或體外發(fā)生特異性反應(yīng)的物質(zhì)。兩種特性：（1）免疫原性或抗原性；（2）反應(yīng)原性。當(dāng)前45頁，總共67頁?？乖男再|(zhì)異物性（外源高分子化合物）分子量大于10000具有免疫原性具有反應(yīng)原性：能與免疫產(chǎn)物特異性結(jié)合完整性當(dāng)前46頁，總共67頁?？乖姆N類完全抗原：即具有免疫原性又具有反應(yīng)原性的抗原。如細(xì)菌、病毒、毒素、血清、酪蛋白、卵蛋白、花粉蛋白等不完全抗原（半抗原）：是指不能單獨(dú)刺激機(jī)體產(chǎn)生抗體，若與蛋白質(zhì)結(jié)合即可成為完全抗原的物質(zhì)。如低分子藥物、脂類和多糖（細(xì)菌莢膜多糖體）。這種抗原具有反應(yīng)原性，缺乏免疫原性。當(dāng)前47頁，總共67頁。O-抗原存在于細(xì)胞壁表面，由蛋白質(zhì)、多糖和類脂組成；體抗原(somaticantigen),是細(xì)胞內(nèi)外全部抗原成分的總稱，它們反映細(xì)菌種類和菌株的特定差異性；K-抗原，即莢膜抗原，為多糖或多肽，免疫原性較差；H-抗原，即鞭毛抗原，為蛋白質(zhì)，易受熱（100℃，30min）或被乙醇破壞，能保存在0.1%-0.2%甲醛生理鹽水中；毒素抗原，分為外毒素和內(nèi)毒素兩大類，前者抗原性很強(qiáng)，后者較弱。細(xì)菌抗原當(dāng)前48頁，總共67頁?？贵w抗體(antibody,Ab)：是由于抗原刺激人或動(dòng)物所產(chǎn)生的，具有特異性的免疫球蛋白(immunoglobulin,ig)，抗體在體外可與相應(yīng)的抗原特異性的結(jié)合而發(fā)生肉眼可見反應(yīng)，在體內(nèi)與病原微生物相結(jié)合，就起抗感染作用。當(dāng)前49頁，總共67頁。四肽鏈重鏈輕鏈氨基端羧基端可變區(qū)恒定區(qū)H鏈和L鏈的一部分是恒定的，另一部分是變化的，后者決定抗原、抗體反應(yīng)的專一性。當(dāng)前50頁，總共67頁。當(dāng)前51頁，總共67頁。當(dāng)前52頁，總共67頁。人體內(nèi)的五種抗體當(dāng)前53頁，總共67頁。當(dāng)前54頁，總共67頁。抗傳染免疫非特異性免疫

生理屏障吞噬作用正常體液因素：溶菌酶、干擾素和補(bǔ)體系統(tǒng)特異性免疫體液免疫細(xì)胞免疫當(dāng)前55頁，總共67頁。抗體的產(chǎn)生

首先是在骨髓中產(chǎn)生淋巴細(xì)胞的前體細(xì)胞，前體細(xì)胞分化為許多群，其中有一群稱為B淋巴細(xì)胞。在特定抗原的刺激下，B淋巴細(xì)胞分化產(chǎn)生漿細(xì)胞。漿細(xì)胞產(chǎn)生大量的抗體球蛋白，分泌到血液和其它體液中去，稱為體液抗體。從血液制備血清，含有大量抗體的血清稱為抗血清。當(dāng)前56頁，總共67頁。漿細(xì)胞抗體產(chǎn)生抗原刺激B淋巴細(xì)胞免疫效應(yīng)當(dāng)前57頁，總共67頁?？乖膶Ｒ恍?/p>

抗原物可能含有一種或多種抗原因子，進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)，誘發(fā)能與抗原物所含抗原因子起專性反應(yīng)的抗體的大量產(chǎn)生.這種專性反應(yīng)是穩(wěn)定的，具有極高的識(shí)別力。例如：傷寒桿菌刺激產(chǎn)生的抗體，只能與傷寒桿菌發(fā)生專性結(jié)合，不能與痢疾桿菌結(jié)合。當(dāng)前58頁，總共67頁?？乖贵w反應(yīng)的一般特點(diǎn)特異性抗原與抗體是分子表面的結(jié)合抗原與抗體是按一定的分子比例結(jié)合的抗原抗體反應(yīng)分兩個(gè)階段，但期間無明顯界