北京化工大学环境生物学-范成成

1.PCR即聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction) 是一种分子生物学技术，用于放大特定的DNA片段，可看作生物体外的特殊DNA复制。

2.环境生物技术也叫环境生物工程，是近年来一门由现代生物技术与环境工程相结合发展起来的新兴交叉学科。

目前还没有统一的定义。

简言之，就是自然界中涉及环境污染控制的一切与生物技术有关的技术。

3.共代谢：有一类物质称为外生物质或异生物质，是指一些天然条件下并不存在的由人工合成的化学物质，例如杀虫剂，杀菌剂和除草剂等，其中许多有易被各种细菌或真菌降解，有些则需添加一些有机物作为初级能源后才能降解，这一现象称为共代谢。

4.微生物农药是指由微生物产生的用于防治农作物病、虫、草害或促进植物生长的农用抗生素类或毒素类生物制剂。

主要包括农用抗生素和活体微生物.5.半抗原：是指能与对应抗体结合表现出抗原-抗体反应，但又不能单独激发人或动物体产生抗体的抗原，其只有反应原性（与抗体发生特异性反应），不具免疫原性（刺激机体产生一系列免疫反应）。

6. SIP：Stable isotope probe1.环境生物技术的层次性：高层次：是指以基因工程为主导的近现代污染防治生物技术，如构建各种高效基因工程菌以降解杀虫剂、除草剂、多环芳烃类污染物，创造抗污染型转基因植物，通过基因工程手段改造微生物生产可生物降解材料（生物塑料、生物絮凝剂、生物吸附剂）或降解固体废弃物等。

中层次：指传统的废物生物处理技术（如废水处理的活性污泥法、生物膜法等），以及在新的理论和技术支撑下开发出的一系列废物强化处理工艺（如生物流化床等）。

低层次：指利用天然处理系统进行废物处理的技术（如氧化塘、人工湿地、土地处理系统、农业生态工程等），其特点是发挥自然界的生物自净功能，易于操作管理，投资运行费用少。

2.PLFA方法理论基础:生物标记物通常是微生物细胞的生化组成成分，其总量与微生物量呈正相关；特定结构的标记物标志着特定类型的微生物，因此一些生物标记物的组成模式（种类、数量和相对比例）可作为指纹估价微生物群落结构醌指纹法、脂肪酸图谱法等. 磷脂脂肪酸是活微生物细胞膜的重要组分。

方法基础1细胞死亡后数分钟到数小时内细胞酶水解和释放磷脂，PLFA被分解2不同类群的微生物能通过不同的生化途径合成不同的PLFA.3部分PLFA总是出现在同一类群微生物中，而在其它类群的微生物中很少出3. PCR知识. 模板：作为扩增的模板。

引物: 促使dNTP结合到模板链上从而扩增。

耐热聚合酶: 催化形成互补链。

dNTP：dNTP是PCR反应的原料，其浓度与质量和PCR反应效率有密切关系；dNTP使用浓度过高易产生错误掺入，或得不到扩增产物，过高dNTP 浓度还可能导致Mg2+浓度下降；使用浓度过低，PCR产物下降。

二价阳离子: Mg2+是PCR反应的稳定剂，是耐热聚合酶的重要影响因子，对PCR产物的特异性及产量有显著影响；Mg2+浓度过低，会降低Taq DNA酶的活性，产物下降；Mg2+浓度过高，会使反应特异性降低反应缓冲液:一种不易改变ph值得溶液给每一个酶反应，每一个细胞以及每一种物质的提取提供一个最佳的ph值。

水：作为一种溶剂，构建反应体系4. 假阳性结果：1微生物的自身荧光。

许多霉菌和酵母菌如铜绿假单胞菌属、军团菌属、蓝细菌属和古细菌如产甲烷菌等有荧光，这降低了信噪比，同时也掩盖了特异的荧光信号2微生物的培养基、固定方法和封闭剂对荧光的信号强度均有很大的影响；假阴性结果1假阴性结果主要是由于探针渗透不足导致的，常发生在革兰氏阳性菌中2荧光信号衰减（光照）3目标DNA或RNA丰度太低5. BIOLOG法：应用：微生物鉴定.微生物群落结构.检测原理:BIOLOG公司独特创的碳源利用方法，以微生物对不同碳源代谢率的差异，针对每一类微生物筛选95种不同碳源，配合四唑类显色物质（如TTC、TV），固定于96孔板上，接种菌悬液后培养一定时间，通过检测微生物细胞利用不同碳源进行新陈代谢过程中产生的氧化还原酶与显色物质反应导致的颜色变化（吸光度）以及由于微生物生长造成的浊度差异，与标准菌株数据库比较，即可得出鉴定结果。

6. 提高采收率原理:1微生物的直接作用。

通过微生物的生长繁殖，占据空隙空间，在油膜下生长，最后把油膜推开，使油释放出来.2改变原油组成。

通过微生物的降解作用，使原油碳链断裂，重质成分减少，轻质成分增加，降低原油黏度，提高原油的流动性.3改变原油的驱油环境。

利用微生物在油藏中的有益活动、微生物代谢产生的酶类与油藏中液相和固相的相互作用，改变原油/岩石/水界面性质，以及通过气体如CO2、H2、CH4等增加油层压力；4综合作用，利用微生物的直接和间接作用改变原油的流动，提高开采率7.什么是微生物冶金？指利用某些微生物或其代谢产物对某些矿物（主要为硫化矿物）和元素所具有的氧化、还原、溶解、吸收（吸附）等作用，从矿石中浸出金属或从水中回收（脱除）有价（有害）金属. 微生物冶金的原理: 直接作用:细菌对矿石有直接氧化的能力,具有直接浸提作用,间接作用:细菌生命活动中生成的代谢物作用于矿物，如细菌作用产生硫酸和硫酸铁，然后通过两者作为浸溶剂浸出矿石中的目标金属. 联合作用:细菌直接作用和化学氧化间接作用共同存在.8. 荚膜:某些细菌表面的特殊结构，是位于细胞壁表面的一层松散的粘液物质，荚膜的成分因不同菌种而异，主要是由葡萄糖与葡萄糖醛酸组成的聚合物，也有含多肽与脂质的。

功能：保护作用: 大量极性基团可保护菌体免受干旱损伤、噬菌体的吸附和裂解。

贮藏养料: 以备营养缺乏时重新利用。

免受毒害：作为透性屏障和离子交换系统，保护细菌免受重金属离子的毒害。

表面附着作用: 某些水生丝状细菌的鞘衣状荚膜也有附着作用。

细菌间的信息识别作用: 如Rhizobium（根瘤菌属）。

堆积代谢废物。

应用：菌种鉴定。

用作药物和生化试剂：Leuconostocmesenteroides（肠膜状明串珠菌）的糖被可提取葡萄糖制备生化试剂和代血浆。

用作工业原料：如Xanthomonascampestris（野油菜黄单胞菌）的糖被（黏液层）可提取黄原胶，已被用于钻井液添加剂、印染和食品等工业中。

用于污水的生物处理：例如形成菌胶团的细菌，有助于污水中有害物质的吸附和沉降。

菌胶团：荚膜物质相融合成一块团，内含许多细菌时称菌胶团。

菌胶团是AS中细菌的主要存在形式1有较强的吸附和氧化有机物的能力2AS性能的好坏与含菌胶团多少，大小及结构的紧密程度有关3要求结构紧密、吸附沉降性能好4遇到不适宜的环境时，菌胶团就发生松散9.污水处理1植物自身的直接吸收利用、吸附和富集作用：污水中存在大量的氮、磷等,它们是植物生长所必需的营养元素.植物对氮、磷的直接作用主要是通过植物吸收、同化,转变为植物体的组成物质,然后被直接收割或被草食动物进一步同化.植物吸收污染物的主要器官是根,通过质体流途径和扩散途径.大量的无机氮通过植物的吸收、同化作用合成植物蛋白和核酸；2传输氧气到植物根区,强化根际微生物的作用：水生植物植株和根系的输氧作用促进了深层基质中微生物的生长和繁殖,从而加强湿地底层的污水净化效果3释放促进生物化学反应的酶和影响酶的分布：它是一种生物催化剂,能加速湿地中的有机化学反应,从而促进湿地净化污水功能的发挥. 4增强和维持介质的水力传输,维持人工湿地系统的稳定：由于植物的根和根系对介质的穿透作用,在介质中形成了许多微小的气室或间隙,减少了介质的封闭性,增强了介质的疏松度,从而介质的水利传输得到加强和维持。

10.污泥膨胀（sludgebulking）指污泥结构极度松散，体积增大、上浮，难于沉降分离影响出水水质的现象。

正常的活性污泥沉降性能很好，但当活性污泥性能发生变化，比重减轻，SVI （Sludge volume index）值增加时，污泥会因结构松散而造成沉降困难，在二次沉淀池中出现池面飘泥现象，污泥随出水排出，使出水有机物浓度增高，这一现象称为污泥膨胀。

活性污泥丝状膨胀的机理：表面积/容积比假设：在单位体积中，丝状细菌的表面积与容积比较菌胶团细菌大，对有限制性的营养和环境条件的争夺占优势，大量生长成为优势菌引起活性污泥膨胀。

两者的优势竞争在于以下方面：1、对溶解氧的竞争：氧充分条件下好氧的动胶菌生长良好。

溶解氧水平低时，只有在絮状体表面的微生物得到较多的溶解氧，絮状体内部多数微生物处于缺氧状态。

如果曝气池溶解氧长期维持在低水平，利于丝状细菌的优势生长。

2、对可溶性有机物的竞争：低分子糖类和有机酸利于丝状细菌的生长，容易发生活性污泥丝状膨胀。

3、对氮、磷的竞争：处理生活污水按BOD5与氮、磷的比为100:5:1进行设计和运行。

如果氮磷比小于此值，丝状细菌大的比表面积有利于它与菌胶团争夺氮和磷而优势生长。

4、有机物冲击负荷的影响：如果曝气池中有机物浓度突然增加，供氧量不变，由于好氧生物的呼吸作用迅速消耗溶解氧，利于丝状细菌的生长。

群落结构是群落中生物与生物间、生物与环境相互作用的综合反映。

1群落结构的特征主要表现在种类组成、群落外貌、垂直结构和水平结构方面。

2群落的生物种类是群落结构的基础；3群落的外貌和结构是群落中生物之间、生物与环境之间相互关系的标志4群落中的各种生物对周围的生态环境都有一定的要求，周围环境起了变化，它们就会产生相应的反应，表现为群落中生物的种类和数量的增减；群落外貌、垂直结构和水平结构也随之发生变化为什么微生物研究群落结构1群落结构决定了生态功能的特性和强弱2 群落结构的高稳定性是实现生态功能的重要因素3群落结构变化是标记环境变化的重要方面环境微生物技术：利用微生物来提高环境质量的技术，其内容不仅包括防止污染物进入环境、修复被污染土壤和使废物资源化，还包括环境质量的微生物检测和控制技术。

传统微生物分析方法一. 显微直接计数法利用血球计数板在显微镜下直接测定。

观察一定容积中微生物个体数目，然后推算出含菌数（包括死活细胞、微小杂物）。

结果往往偏高。

常用于形态个体较大的菌体或孢子二. 平板计数法目的：想知道待检测样品中的微生物数量。

原理：根据微生物在固体培养基上所形成的单个菌落，即是由一个单细胞繁殖而成这一培养特征设计的计数方法，即一个菌落代表一个单细胞。

三. 最大或然数法（MPN）目的：计数待测样品中的特殊功能微生物数量；检测样品中特殊微生物功能是否存在原理：最大或然数(most probable number，MPN) 计数又称稀释培养计数，适用于测定在一个混杂的微生物群落中虽不占优势，但却具有特殊生理功能的类群。

其特点是利用待测微生物的特殊生理功能的选择性来摆脱其他微生物类群的干扰，并通过该生理功能的表现来判断该类群微生物的存在和丰度。