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第一章　绪论 1

第一节　微生物生态学的研究范围和目的 1

一、什么是生态学 1

二、什么是微生物生态学 1

第二节　微生物生态学的发展简史 3

第三节　研究微生物生态学的意义 5

思考题 6

参考文献 7

第二章　研究微生物生态学的方法 8

第一节　研究微生物生态学的传统方法 8

一、直接测定 8

二、培养方法 8

三、代谢活力的测定 9

四、数学方法 9

第二节　研究微生物生态学的分子生物学方法 9

一、rRNA和rRNA基因序列的测定 11

二、利用核酸探针和杂交技术研究微生物的多样性 14

三、全细胞杂交法的改进 17

四、基于PCR技术的DNA指纹图谱技术 19

五、其他方法 26

思考题 28

参考文献 28

第三章 自然环境中微生物群落的组成及其变化规律 30

第一节　土壤中微生物群落的组成及其变化规律 31

一、土壤中微生物的分布 31

二、土壤中的微生物群落 31

三、影响土壤微生物分布的因素 33

第二节　水体中微生物群落的结构及其变化规律 34

一、淡水中的微生物群落组成和代谢活力 34

二、环境条件对水体中微生物群落结构的影响 36

第三节　空气中微生物群落及其变化规律 36

一、空气是微生物生长和生存的不良环境 36

二、空气是传播微生物的介质 37

三、室外的空气 37

四、室内空气中的微生物 38

五、空气中的微生物对生态的效应 38

思考题 39

参考文献 39

第四章　海洋环境中的微生物 40

第一节　海洋环境中的主要微生物类群 40

一、古菌 40

二、真细菌 40

三、真核微生物 44

四、细菌在海水中的分布 45

第二节　海水养殖环境中的致病菌 47

一、养殖鱼类病原菌 47

二、养殖对虾病原菌 51

三、养殖贝类病原菌 51

第三节　海水养殖环境中的有益微生物 52

一、有益微生物的概念 52

二、有益微生物的种类和来源 52

三、有益微生物的作用机理 54

第四节　海洋环境中的酵母 55

一、酵母在海洋环境中的分布与多样性 56

二、海洋酵母产生的胞外酶 58

三、海洋酵母菌产生的铁载体 73

四、海洋酵母菌产生的核黄素 73

第五节　深海地热环境中的微生物 74

一、共生生物 74

二、非共生的嗜高温微生物 75

三、嗜热微生物和超嗜热微生物 75

第六节　海洋微生物的活性物质 76

思考题 81

参考文献 81

第五章　极端自然环境中的微生物 83

第一节　在低温环境中的微生物 83

一、低温环境中的微生物 83

二、高温对嗜冷菌的影响 85

三、低温微生物适应低温的分子机理 86

四、嗜冷菌的应用 90

第二节　高温环境中的微生物 92

一、高温环境中的微生物 92

二、超嗜热微生物的多样性 95

三、高温环境中微生物生命的分子机理 100

四、耐高温菌的耐高温遗传基础 105

五、嗜热菌的产物多样性及其应用 108

第三节　在强酸环境中的微生物多样性 120

一、在强酸环境中的微生物 121

二、在极端酸性环境中微生物之间的相互作用 124

三、微生物抗酸的分子机理 125

四、嗜酸菌的应用 127

第四节　在碱性环境中的微生物 129

一、嗜碱菌的分布和分离 129

二、嗜碱微生物的特殊生理特征 131

三、嗜碱芽孢杆菌染色体DNA的物理图谱 134

四、嗜碱菌的基因克隆 134

五、嗜碱菌产生的酶 136

六、嗜碱菌产生的代谢产物 140

第五节　在高盐环境中的微生物多样性 141

一、嗜盐微生物的类型 142

二、嗜盐菌的生态分布 142

三、嗜盐微生物抗高浓度NaCl的分子机理 143

四、嗜盐菌耐盐机理的遗传基础 150

五、嗜盐微生物的产物多样性及其应用 152

第六节　低营养环境中的微生物 154

一、低营养环境中的微生物 154

二、低营养环境中的微生物生命机理 155

三、低营养型微生物的应用 156

第七节　高压环境中的微生物 156

一、深海微生物的多样性 156

二、在深海沟中的微生物多样性 157

三、适应高压和低温环境的细菌 157

四、嗜压微生物的分子生物学 158

五、在高压下酶的活性和热稳定性 158

六、嗜压菌的潜在用途 159

第八节　高辐射环境中的微生物 161

一、抗辐射微生物 162

二、微生物抗辐射的分子机理 162

三、抗辐射微生物的应用 168

思考题 168

参考文献 168

第六章　生物群体的相互作用 170

第一节　微生物群体之间的相互作用 170

一、一种微生物群体中的相互作用 170

二、不同微生物群体之间的相互作用 172

第二节　环境中细菌之间遗传物质的相互交换 178

一、转化 179

二、转导 180

三、接合 180

第三节　微生物与植物之间的相互关系 187

一、微生物与植物根之间的相互作用 187

二、植物内生微生物 190

三、微生物与植物其他部分之间的相互作用 191

四、病原微生物与植物之间的关系 192

第四节　微生物与动物之间的相互关系 193

一、微生物作为某些水生动物的食物 193

二、微生物对于动物消化食物和获取营养所起的作用 194

三、动物与光合微生物之间的共生关系 196

四、动物与发光细菌之间的相互关系 197

五、微生物与节肢动物之间的共生关系 197

六、病原微生物与动物之间的相互关系 197

第五节　微生物与人体的相互作用 198

一、皮肤表面的微生物与人体的关系 198

二、口腔中的微生物与人体的关系 199

三、胃肠道中的微生物与人体的关系 200

思考题 200

参考文献 200

第七章　微生物在生物地球化学循环中的作用 202

第一节　基本概念 202

一、能量流 202

二、营养水平 202

三、生物地球化学循环 203

第二节　碳循环 204

一、通过食物网进行碳的转移 204

二、微生物在碳循环中所起的特殊作用 206

三、环境因素和人类活动对碳循环的影响 207

第三节　氢循环 207

第四节　氧循环 208

第五节　氮循环 209

一、N2的固定 209

二、氨化作用 211

三、硝化作用 212

四、硝酸还原和反硝化作用 213

五、环境因素和人类活动对氮循环的影响 214

第六节　硫循环 214

一、硫和硫化物的氧化 215

二、还原性硫的转化 216

三、硫循环的实际意义 218

第七节　磷的循环 218

第八节　其他元素的循环 219

一、铁循环 219

二、Mn循环 220

三、Ca循环 220

四、硅循环 221

五、各种元素循环之间的相互关系 221

六、某些重金属元素的循环 222

思考题 222

参考文献 222

第八章　微生物与化学污染物之间的相互关系 223

第一节 自然界化学污染物的种类、来源及其危害 223

一、自然界中化学性污染物的来源和种类 223

二、几种主要污染物的危害 225

第二节　化学性污染物对微生物的毒性 226

一、重金属污染物对微生物的毒性效应 226

二、有机污染物对微生物的毒性 228

第三节　微生物对重金属的抗性 231

一、微生物抗重金属的机制 231

二、金属抗性的遗传基础 236

三、抗重金属菌株的应用 238

第四节　微生物适应难降解污染物的分子机制 238

一、遗传适应机制 239

二、研究自然环境中遗传适应的分子生物学方法 243

第五节　微生物对汞化合物的解毒机理 245

一、自然界中的抗汞微生物 245

二、微生物对无机汞化合物和有机汞化合物的抗性范围 246

三、微生物对Hg和有机汞化合物解毒作用的机理 246

第六节　微生物对其他重金属的解毒作用 251

一、Cr6＋的微生物解毒作用 251

二、V5＋的还原 253

三、Pd2＋的还原 253

四、Au3＋和Ag＋的还原 253

五、As5＋的还原 254

六、Se6＋和Se4＋的还原 255

第七节　放射性元素的微生物还原 256

一、放射性物质生物转化的机制 256

二、U6＋的还原 260

三、P5＋和Pu4＋的还原 260

四、Tc7＋的还原 260

第八节　苯环类污染物的降解 261

一、苯环类污染物降解的共同途径 261

二、与降解苯环类污染物有关的微生物 263

第九节　多环芳烃的微生物降解 264

一、萘的微生物降解 264

二、菲和蒽的微生物降解 264

三、苯并［a］芘的微生物降解 265

第十节　三硝基甲苯的微生物降解 266

一、由细菌引起的TNT有氧降解 266

二、细菌对TNT的无氧降解 268

三、真菌的TNT代谢 271

第十一节　石油中碳氢化合物的微生物降解 272

一、各类碳氢化合物的降解 272

二、石油混合物中碳氢化合物的降解 274

三、能利用碳氢化合物的微生物 274

四、石油碳氢化合物分解菌的分布 275

五、环境因素对石油碳氢化合物降解的影响 276

第十二节　有机氯农药的微生物降解 277

一、降解有机氯农药的主要反应 277

二、几种代表性有机氯农药的微生物降解 278

第十三节　有机磷农药的微生物降解 282

一、降解有机磷农药的主要反应 282

二、几种代表性有机磷农药的微生物降解 283

第十四节　合成洗涤剂的微生物降解 284

一、烷基苯磺酸盐的微生物降解 285

二、烷基磺酸盐的微生物降解 286

第十五节　偶氮染料的微生物降解 287

一、环境中能使偶氮染料脱色的微生物 287

二、偶氮染料的降解途径 287

第十六节　尼龙寡聚体的微生物降解 288

一、降解尼龙寡聚物的酶 288

二、编码尼龙寡聚体降解酶的质粒 289

三、尼龙寡聚体降解酶工程 290

四、在假单胞菌中尼龙寡聚体的生物降解 290

五、尼龙寡聚体降解代谢工程 290

第十七节　石油和煤中的生物脱硫作用 291

一、特异性生物脱硫途径 291

二、硫底物特异性 293

三、石油原油的脱硫作用 294

四、生物脱硫的分子遗传学 294

五、通过基因工程方法改良脱硫酶 294

第十八节　氰（腈）化合物的微生物降解 295

一、游离的氰（腈）化合物生物降解 295

二、金属腈复合物的生物降解 297

三、腈化合物生物降解的技术 297

第十九节　PCB的微生物降解 298

第二十节　二噁英的微生物降解 298

一、来源 299

二、二噁英的微生物降解 299

第二十一节　苯环污染物的厌氧降解 306

一、厌氧微生物 306

二、中心活性苯环中间产物的形成 307

三、苯环的还原和水化作用 308

四、厌氧和好氧代谢途径的比较 308

第二十二节　参与环境污染物降解的可转移遗传元件 308

一、质粒与质粒的基本特性 311

二、降解质粒的种类及其功能 311

三、参与污染物分解的转座子和其他MGE 316

四、污染环境中细菌质粒分布的规律 317

思考题 317

参考文献 318

第九章　污染物的微生物处理 319

第一节　基本概念 319

一、BOD 319

二、甲烯蓝稳定性试验 320

三、COD 321

四、TOD 321

五、NOD 321

六、SS 321

第二节　废气的微生物处理 321

一、生物涤气器 322

二、滴滤池 323

三、生物滤池 323

四、与废气处理有关的微生物 324

五、含H2S气体的微生物处理 325

第三节　废水的微生物处理 326

一、活性污泥法 327

二、生物膜法 332

第四节　重金属污染物的微生物处理 346

一、生物吸附 346

二、利用固定化细胞吸附重金属 349

三、重金属沉淀法 350

四、利用微生物的转化作用去除重金属 351

五、原位生物修复方法 352

六、用于处理重金属污染物的常用工艺 353

第五节　固体废物的微生物处理 353

第六节　煤脱硫的微生物方法 354

一、煤中的含硫化合物 354

二、煤脱硫过程中所用的微生物 355

三、微生物法煤脱硫的机理 356

四、影响煤脱硫的环境条件 357

五、煤脱硫的方法 357

六、将来的方向 358

思考题 358

参考文献 359

第十章　微生物及其代谢产物对环境的污染 360

第一节　病原微生物对环境的污染 360

一、病原微生物对空气的污染 360

二、病原微生物对水体的污染 360

三、病原微生物对土壤的污染 361

第二节　富营养化作用及其控制方法 361

一、引起富营养化的原因 362

二、引起富营养化的藻类 362

三、富营养化作用的危害 362

四、富营养化作用的人工控制 363

第三节　重金属的甲基化作用对环境的污染 364

一、汞的甲基化作用 364

二、其他重金属的甲基化作用 366

第四节　含氮化合物的微生物代谢对环境的污染 367

一、NH3 367

二、NO3 368

三、NO2 368

四、羟胺 368

五、亚硝酸胺 368

第五节　含硫化合物的微生物代谢对环境的污染 369

一、H2S 369

二、SO2和氧硫化碳 369

三、有机硫化合物 370

四、酸矿水 370

第六节　微生物产生的毒素对环境的污染 371

一、细菌毒素 371

二、藻类毒素 373

三、真菌毒素 374

四、微生物产生毒素对生态的效应 375

五、微生物毒素的用途 376

思考题 376

参考文献 376

第十一章　微生物产生的生态友好物质 377

第一节　生物塑料 377

一、生物塑料的基本特性 377

二、可产生PHA的微生物 379

三、PHA的实际应用 380

第二节　生物表面活性剂 381

一、能产生生物表面活性剂的微生物、化学性质和表面性质 381

二、生物表面活性剂的应用 384

第三节　生物农药 385

一、苏云金芽孢杆菌在防治害虫方面的应用 386

二、生产毒素蛋白的新技术 387

三、生物防治 389

第四节　生物燃料 390

一、氢气 390

二、甲烷／沼气 393

三、乙醇 394

四、生物柴油 397

五、正丁醇／丙酮 401

六、其他 402

思考题 402

参考文献 402

第十二章　微生物的生态模型 404

第一节　实验模型 404

一、分批培养系统 404

二、流过培养系统 405

三、微世界 407

第二节　数学模型 408

一、群体生长方程式 408

二、竞争方程式 410

三、共生方程式 411

四、捕食方程式 411

五、生物群落的数学模型 412

六、组建数学模型常用的方法 414

思考题 414

参考文献 414