微生物學(xué)周德慶第十三章微生物的應(yīng)用

微生物學(xué)周德慶第十三章微生物的應(yīng)用第一頁，共六十八頁，2022年，8月28日微生物接種劑微生物農(nóng)藥微生物與農(nóng)村有機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)的原理第二頁，共六十八頁，2022年，8月28日供肥能力強，效率高，有競爭力。經(jīng)過嚴(yán)格檢驗，證明對植物有益而無害，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報告；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

第三頁，共六十八頁，2022年，8月28日生物肥料(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)料和促進生長的微生物接種劑（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。第四頁，共六十八頁，2022年，8月28日所用吸附劑的種類（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）惰性無機和有機材料，如蛭石、珍珠石、粉末磷灰石、硫酸鈣、聚丙酰胺膠粒。第五頁，共六十八頁，2022年，8月28日接種劑的種類及應(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)用時間播種前播種時播種后

第六頁，共六十八頁，2022年，8月28日二、微生物農(nóng)藥概念：經(jīng)研究、篩選出的控制病蟲害能力強、效率高、對人畜無害的優(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：專化性強；對人、畜、天敵無毒害；不污染環(huán)境。第七頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)菌殺蟲劑-特點從口器侵入：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。第八頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)菌殺蟲劑-殺蟲機理晶體毒素（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。芽孢第九頁，共六十八頁，2022年，8月28日具有廣譜的殺螨殺蟲活性擊倒速度快，持效期長消滅抗藥性害蟲效果明顯對人畜安全，不污染環(huán)境使用成本低。阿維菌素的優(yōu)點第十頁，共六十八頁，2022年，8月28日真菌殺蟲劑-特點從表皮侵入；感染后蟲體呆滯，口土黃水；蟲體表面長霉；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。

第十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日昆蟲病毒病毒病的特征：感染后，蟲體行動遲緩，食欲減退；蟲體體節(jié)腫脹，病體不臭；將死時爬上植物高處，以腹足懸掛，呈倒“V”形或以尾足倒掛。專化性強：如小菜蛾病毒只對一個種起作用。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、無包含體病毒第十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日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，殺蟲譜太窄使昆蟲致死的時間太長第十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日抗生素和抗菌譜抗生素：微生物在生命活動的過程中產(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+菌對青霉素敏感；鏈霉素對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。第十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日堆肥材料按性質(zhì)分：不易分解的物質(zhì)，如秸桿、雜草等。促進分解的物質(zhì)，如人畜糞尿、石灰、草木灰等。吸收性強的物質(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)村有機廢物處理第十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日原料處理: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第十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日有機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第十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日發(fā)熱階段好氣條件下，易分解的有機物（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。第十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日高溫階段1復(fù)雜的有機物質(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（包括細(xì)菌、放線菌和真菌）第十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日高溫階段2>60℃，幾乎全部好熱性真菌停止活動，好熱性放線菌、好熱性芽孢桿菌和梭菌的活動占優(yōu)勢。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)能力很強的種類，因此在高溫階段，纖維素和果膠類物質(zhì)旺盛分解。第二十頁，共六十八頁，2022年，8月28日高溫階段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，堆溫開始下降。低于70℃時，進入下一個溫度升降的循環(huán)。堆溫處于一個自然調(diào)節(jié)的延續(xù)較久的高溫期（維持在50℃以上），堆肥材料能在幾個星期或2-3個月達(dá)到適于施用的腐熟狀態(tài)。第二十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日降溫階段微生物的生命活動減弱，產(chǎn)熱量減少，溫度逐漸下降。當(dāng)溫度下降到40℃以下時，中溫性微生物代替了好熱性微生物成為優(yōu)勢種類。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。第二十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日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)進一步緩慢腐解，成為與土壤腐殖質(zhì)十分相近的物質(zhì)。第二十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日處理有機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肥的簡便而有效的方法，有益于生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。堆肥是微生物的一個重要資源庫。堆肥的農(nóng)業(yè)及生態(tài)學(xué)意義：第二十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日沼氣發(fā)酵的幾個階段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

甲烷第二十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日

初級發(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：第二十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日四、微生物與城市污水處理

一級處理（PrimaryTreatment

）去除固體物、油脂和泥沙，并對工廠排出的污水進行中和和調(diào)節(jié)。二級處理（SecondaryTreatment

）用微生物代謝活動去除污水中可溶性的有機物。三級處理（TertiaryTreatment

）去除那些微生物無法降解的污染物和無機營養(yǎng)物，如含氮和含磷的無機鹽以及生物量。第二十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日生物法生物法凈化污水就是利用微生物的活動去掉污水中的有毒物質(zhì)。第二十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日污水生物處理方法

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第二十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日需氧處理是利用好氧性微生物的活動，將污水中的有機物氧化，最后生成CO2、水、硝酸鹽、硫酸鹽等簡單的無機物，使污水得到凈化。第三十頁，共六十八頁，2022年，8月28日活性污泥設(shè)施的內(nèi)部構(gòu)造第三十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日活性污泥：

就是以需氧性細(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）第三十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日活性污泥的特點吸附力強分解力強良好沉降性：靜置時能立即凝聚成較大的絨粒而沉降pH緩沖力強，適應(yīng)性強。菌群細(xì)菌腐生的原生動物捕食性原生動物，如纖毛蟲第三十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日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：有機物（芽孢桿菌）小有機物（甲烷細(xì)菌）甲烷、CO2等氣體第三十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日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，進行氧化分解時所消耗的氧量。COD(化學(xué)需氧量ChemicalOxygenDemand)是指用強氧化劑(K2Cr2O7或KmnO4)使被測水樣中的有機物進行化學(xué)氧化時所消耗的氧量。TOD(總需氧量TotaloxygenDemand)：全部有機物被徹底氧化所消耗氧量的計算值。水污染程度與進化指標(biāo)第三十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日城市污水處理廠中的活性污泥設(shè)施——曝氣池（Aerationtank）第三十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日曝氣池（Aerationtank）沉淀池（settingtank）第三十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日水質(zhì)凈化后排出飲用水的進一步凈化第三十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日河流污染劇毒農(nóng)藥污染7水井瀏陽永安3000村民飲水成問題五、污染物的生物治理第三十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日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東部黃河濱海平原地區(qū)，部分已擴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”第四十頁，共六十八頁，2022年，8月28日污染物的生物治理

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。第四十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日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。第四十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日生物治理需要什么樣的微生物？可降解碳?xì)浠衔锷L快和保藏易能在不利條件下生長和發(fā)揮作用能協(xié)助進行生物乳化作用（bioemulsification)不會產(chǎn)生二次污染第四十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日生物治理面臨的困境目標(biāo)微生物在實驗室難培養(yǎng)環(huán)境中其他有毒物質(zhì)的毒害營養(yǎng)缺乏氧氣不足第四十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日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)的特殊微生物制劑第四十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日六、血清學(xué)技術(shù)原理

抗體（Antibody，Ab）：是脊椎動物的免疫淋巴細(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。抗原是一類能刺激人和動物機體產(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。第四十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日抗原的性質(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)合完整性第四十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日抗原的種類完全抗原：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）：是指不能單獨刺激機體產(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。第四十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日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，后者較弱。細(xì)菌抗原第四十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日抗體抗體(antibody,Ab)：是由于抗原刺激人或動物所產(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。第五十頁，共六十八頁，2022年，8月28日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。第五十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日第五十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日第五十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日人體內(nèi)的五種抗體第五十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日第五十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日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、干擾素和補體系統(tǒng)特異性免疫體液免疫細(xì)胞免疫第五十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日抗體的產(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。第五十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日漿細(xì)胞抗體產(chǎn)生抗原刺激B淋巴細(xì)胞免疫效應(yīng)第五十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日抗原的專一性

抗原物可能含有一種或多種抗原因子，進入動物體內(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。第五十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日抗原抗體反應(yīng)的一般特點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)分兩個階段，但期間無明顯界限影響抗原抗體反應(yīng)的因素：電解