第十二章微生物与环境保护 我们只有一个地球。现在,保护地球的环境已经成了人类的共识,也是我国可持续发展 战略的重要组成部分。随着人口增加及人类生产和生活活动的增加,人类物质和精神文明的 水平得到了很大的提高。但是人们在对环境质量的要求越来越高的同时,对环境的威胁和破 坏也越来越严重。在工业化发展的初期,人们一方面对环境问题还缺乏认识,另一方面出于 对发展经济的良好愿望,往往会忽略工业化对环境的破坏作用;当工业化发展到一定程度时, 人们已经开始认识到了保护环境的重要性,又会发现环境保护的复杂性和困难性。环境保护 是需要全社会共同努力并持之以恒的一项伟大事业。微生物在环境中扮演着十分重要的角 色,一直默默地为保护环境作出了重要的贡献,随着人们对微生物和环境关系硏究的不断深 入,微生物在环境保护中必将发挥更大的作用。 在自然生态环境(土壤、水和空气)中,存在着大量的、形形色色的微生物,它们具有 将有机物经氧化、还原、转化、分解等途径最终转化为无机物的巨大能力,在自然界的碳」 氮、氧、硫、磷等元素的物质循环中起着不可替代的重要作用。人们在实践中发现可以采用 各种方法强化微生物的这些功能,在人工创造的环境中,使微生物在最有利的条件下分解人 类生活和生产活动中排放的污染环境的废弃物。用微生物处理废弃物已经成了保护环境最有 效的方法之一。 12.1环境中微生物的相互作用 在自然环境中,许多不同的微生物共同生活,相互之间存在着复杂的关系。微生物用于 处理环境中的污染物时,往往也是通过多种微生物、甚至原生动物的共同作用完成的。因此 研究不同微生物之间的相互作用具有非常重要的意义。在自然或人工生态系统中,由于环境 因素的影响,如营养物种类、pH及温度等,微生物群中往往又是由几种微生物占据着统治 或优势地位,这样会对微生物群的生物多样性造成一定的限制。因此为了减少分析讨论的复 杂性,而又能反映出微生物相互作用的特点,我们将把讨论的重点放在只有二、三种微生物 组成的简单系统 微生物之间的相互作用可以根据一种微生物是否因为另一种微生物的存在而受益、受害 或不受影响进行分类,表12.11列出了各种相互作用的类型。 表121.1徽生物间相互作用的分类 相互作用分类 特点 相会作用对微生物的影响 微生物A微生物B 种间共处( neutralism) 微生物间没有相互作用 0 0 [共栖现象( (commensalism)一种受益而其它种不受影响 0 互惠共生( mutualism) 每一种都因其它种的存在而受益|+ 竞争作用( competition 微生物间为营养或空间而竞争 偏害共生( amensalism) 种微生物改变了环境并不利于|0或+ 另外物种生长 寄生现象( parasitism 种微生物寄生在另一种上 捕食现象( predation) 种微生物捕食其它微生物 0——不受影响:+——有利于生长;不利于生长 如果不同的微生物之间存在种间共处,就说明这些微生物所利用的营养物质不同,它们
1 第十二章 微生物与环境保护 我们只有一个地球。现在，保护地球的环境已经成了人类的共识，也是我国可持续发展 战略的重要组成部分。随着人口增加及人类生产和生活活动的增加，人类物质和精神文明的 水平得到了很大的提高。但是人们在对环境质量的要求越来越高的同时，对环境的威胁和破 坏也越来越严重。在工业化发展的初期，人们一方面对环境问题还缺乏认识，另一方面出于 对发展经济的良好愿望，往往会忽略工业化对环境的破坏作用；当工业化发展到一定程度时， 人们已经开始认识到了保护环境的重要性，又会发现环境保护的复杂性和困难性。环境保护 是需要全社会共同努力并持之以恒的一项伟大事业。微生物在环境中扮演着十分重要的角 色，一直默默地为保护环境作出了重要的贡献，随着人们对微生物和环境关系研究的不断深 入，微生物在环境保护中必将发挥更大的作用。 在自然生态环境（土壤、水和空气）中，存在着大量的、形形色色的微生物，它们具有 将有机物经氧化、还原、转化、分解等途径最终转化为无机物的巨大能力，在自然界的碳、 氮、氧、硫、磷等元素的物质循环中起着不可替代的重要作用。人们在实践中发现可以采用 各种方法强化微生物的这些功能，在人工创造的环境中，使微生物在最有利的条件下分解人 类生活和生产活动中排放的污染环境的废弃物。用微生物处理废弃物已经成了保护环境最有 效的方法之一。 12. 1 环境中微生物的相互作用 在自然环境中，许多不同的微生物共同生活，相互之间存在着复杂的关系。微生物用于 处理环境中的污染物时，往往也是通过多种微生物、甚至原生动物的共同作用完成的。因此 研究不同微生物之间的相互作用具有非常重要的意义。在自然或人工生态系统中，由于环境 因素的影响，如营养物种类、pH 及温度等，微生物群中往往又是由几种微生物占据着统治 或优势地位，这样会对微生物群的生物多样性造成一定的限制。因此为了减少分析讨论的复 杂性，而又能反映出微生物相互作用的特点，我们将把讨论的重点放在只有二、三种微生物 组成的简单系统。 微生物之间的相互作用可以根据一种微生物是否因为另一种微生物的存在而受益、受害 或不受影响进行分类，表 12.1.1 列出了各种相互作用的类型。 表 12.1.1 微生物间相互作用的分类 相互作用分类 特点 相会作用对微生物的影响 微生物 A 微生物 B 种间共处(neutralism) 微生物间没有相互作用 0 0 共栖现象(commensalism) 一种受益而其它种不受影响 0 + 互惠共生(mutualism) 每一种都因其它种的存在而受益 + + 竞争作用(competition) 微生物间为营养或空间而竞争 - - 偏害共生(amensalism) 一种微生物改变了环境并不利于 另外物种生长 0 或+ - 寄生现象(parasatism) 一种微生物寄生在另一种上 + - 捕食现象(predation) 一种微生物捕食其它微生物 + - 0——不受影响；+——有利于生长；-——不利于生长 如果不同的微生物之间存在种间共处，就说明这些微生物所利用的营养物质不同，它们
释放到环境中的代谢产物不会影响其他微生物的生长。这种情况在自然界几乎不存在,只在 实验室中观察到了几个特殊例子。例如,专性无机化能营养菌 Thiobacillus neapolitanus和 专性异养菌 Spirillum g7能够在交替供应还原态硫化物和醋酸的培养基中共存,它们的生长 不会因对方存在而受到影响 共梄现象可以分为两种情况:属于第一种情况时,一种微生物的代谢产物是另一种微生 物生长所必需的营养物质,而后者对其本身的生长则没有明显的影响:另一类是一种微生物 除去了环境中的有害物质,使得其它微生物能够生长。共栖生长的共同特点是一种微生物受 益而其它微生物不受影响。表12.1.2列出了这两种共栖现象的例子 表121.2共栖现象的典型例子 微生物为另一微生物提供生长所需的物质 化合物 产生该化合物的微生物 受益微生物 酵母 Saccharomyces cerevisiae 变形杆菌 Proteus vulgaris 硫化氢脱硫弧菌Desw/ vibrio 硫细菌 Sulphur bacteria 甲烷厌氧甲烷菌 Anaerobic methane bacteria甲烷氧化菌 Methane oxidizing bacteria 硝酸盐硝化杆菌 Nitrobacter 反硝化杆菌 Denitrifying bacteria 醋杆菌 acetobacter suboxide 酵母 Saccharomyces carlsbergensis B)、一种微生物除去了有害于另一种微生物生长的化合物 化合物 微生物间的相互关系 好氧微生物消耗氧气以利于厌氧微生物生长 硫化氢 有毒的硫化氢被光自养型硫细菌消耗以利于其它微生物生长 食品防腐剂一种微生物将苯甲酸等防腐剂降解,使其它微生物能够生长 含汞杀菌剂「脱硫菌将硫酸盐或硫化物还原为硫化氢并与含汞杀虫剂结合,这样其它微 生物才能生长 互惠共生的微生物之间存在着密切的相互依赖关系,如果不加入特殊的生长因子,每种 微生物在单独培养时都无法生存,但当它们混合培养时,由于能互相提供对方生长所需的生 长因子,就能够生长。生长因子的交换对双方都有利。互惠共生的一个典型例子是乳杆菌 ( Lactobacillus)和链球菌 Streptococcus)之间的关系,乳杆菌的生长需要苯丙氨酸,但能够产 生叶酸,而链球菌则正好相反,需要叶酸而产生苯丙氨酸。两者混合培养时正好满足了对方 的生长需求。另外一个生态系统中的例子是藻类和细菌之间的关系,通过光合作用,藻类利 用二氧化碳合成碳水化合物,并产生氧气;而细菌则利用藻类产生的碳水化合物和氧气,释 放出二氧化碳。这是自然界中碳循环的重要组成部分 如果互惠共生是微生物生长的必要条件,则称为共生现象( Symbiosis)。白蚁能够消化 纤维素,但白蚁自身不会产生纤维素酶,而是通过寄生在原生动物上的细菌所分泌的纤维素 酶将纤维素水解,然后才能被利用。在牛胃中也存在着类似的关系,瘤胃微生物能够帮助消 化植物性饲料。 竞争作用是指许多微生物为了生存而对环境中那些有限的、共同需要的营养要素,如营 养物质、光、水及生存空间等,进行竞争的现象。在微生物系统中,微生物之间的竞争一般 不是因为一种微生物产生了对其它微生物有害或有利的化合物,而是由于微生物的密度和传 代速度的快慢引起的。这种竞争往往非常激烈,只有当环境中有限的营养资源消耗完时竞争 才会结束。竞争也是微生物产生突变的重要原因,通过突变使微生物具有更强的利用营养物 质的能力或获得抗生素抗性,这些突变株就会比原菌株具有更强的竞争力。即使在工业微生 物纯种培养中,也会产生自然突变,产生能够更好地适应培养环境的突变株,它们在与原菌 株的竞争中逐渐占据优势
2 释放到环境中的代谢产物不会影响其他微生物的生长。这种情况在自然界几乎不存在，只在 实验室中观察到了几个特殊例子。例如，专性无机化能营养菌 Thiobacillus neapolitanus 和 专性异养菌 Spirillum G7 能够在交替供应还原态硫化物和醋酸的培养基中共存，它们的生长 不会因对方存在而受到影响。 共栖现象可以分为两种情况：属于第一种情况时，一种微生物的代谢产物是另一种微生 物生长所必需的营养物质，而后者对其本身的生长则没有明显的影响；另一类是一种微生物 除去了环境中的有害物质，使得其它微生物能够生长。共栖生长的共同特点是一种微生物受 益而其它微生物不受影响。表 12.1.2 列出了这两种共栖现象的例子。 表 12.1.2 共栖现象的典型例子 A）、一种微生物为另一微生物提供生长所需的物质 化合物 产生该化合物的微生物 受益微生物 烟酸 酵母 Saccharomyces cerevisiae 变形杆菌 Proteus vulgaris 硫化氢 脱硫弧菌 Desulfovibrio 硫细菌 Sulphur bacteria 甲烷 厌氧甲烷菌 Anaerobic methane bacteria 甲烷氧化菌 Methane oxidizing bacteria 硝酸盐 硝化杆菌 Nitrobacter 反硝化杆菌 Denitrifying bacteria 果糖 醋杆菌 Acetobacter suboxydans 酵母 Saccharomyces carlsbergensis B)、一种微生物除去了有害于另一种微生物生长的化合物 化合物 微生物间的相互关系 氧 好氧微生物消耗氧气以利于厌氧微生物生长 硫化氢 有毒的硫化氢被光自养型硫细菌消耗以利于其它微生物生长 食品防腐剂 一种微生物将苯甲酸等防腐剂降解，使其它微生物能够生长 含汞杀菌剂 脱硫菌将硫酸盐或硫化物还原为硫化氢并与含汞杀虫剂结合，这样其它微 生物才能生长 互惠共生的微生物之间存在着密切的相互依赖关系，如果不加入特殊的生长因子，每种 微生物在单独培养时都无法生存，但当它们混合培养时，由于能互相提供对方生长所需的生 长因子，就能够生长。生长因子的交换对双方都有利。互惠共生的一个典型例子是乳杆菌 (Lactobacillus)和链球菌 Streptococcus)之间的关系，乳杆菌的生长需要苯丙氨酸，但能够产 生叶酸，而链球菌则正好相反，需要叶酸而产生苯丙氨酸。两者混合培养时正好满足了对方 的生长需求。另外一个生态系统中的例子是藻类和细菌之间的关系，通过光合作用，藻类利 用二氧化碳合成碳水化合物，并产生氧气；而细菌则利用藻类产生的碳水化合物和氧气，释 放出二氧化碳。这是自然界中碳循环的重要组成部分。 如果互惠共生是微生物生长的必要条件，则称为共生现象（Symbiosis）。白蚁能够消化 纤维素，但白蚁自身不会产生纤维素酶，而是通过寄生在原生动物上的细菌所分泌的纤维素 酶将纤维素水解，然后才能被利用。在牛胃中也存在着类似的关系，瘤胃微生物能够帮助消 化植物性饲料。 竞争作用是指许多微生物为了生存而对环境中那些有限的、共同需要的营养要素，如营 养物质、光、水及生存空间等，进行竞争的现象。在微生物系统中，微生物之间的竞争一般 不是因为一种微生物产生了对其它微生物有害或有利的化合物，而是由于微生物的密度和传 代速度的快慢引起的。这种竞争往往非常激烈，只有当环境中有限的营养资源消耗完时竞争 才会结束。竞争也是微生物产生突变的重要原因，通过突变使微生物具有更强的利用营养物 质的能力或获得抗生素抗性，这些突变株就会比原菌株具有更强的竞争力。即使在工业微生 物纯种培养中，也会产生自然突变，产生能够更好地适应培养环境的突变株，它们在与原菌 株的竞争中逐渐占据优势
偏害共生关系中,一种微生物在代谢过程产生的有机或无机产物会抑制其它微生物的生 长。微生物所合成的某些次级代谢产物,如抗生素,就起着这样的作用 在寄生关系中,一种较小的有机体寄生在一个较大的宿主细胞上,通过消耗宿主细胞来 满足寄生菌的营养需求。寄生者不一定杀死宿主细胞,这一点是与捕食关系相区别的关键。 噬菌体系统就是典型的寄生关系,噬菌体本身不会利用环境中的营养物质,完全通过获取宿 主细胞中的遗传物质进行复制和合成,因此噬菌体是发酵工业的大敌 在捕食关系中存在着捕食者( Predator)和牺牲品(Prey)之间的关系。捕食者通过掠夺牺牲 品使自己大量繁殖,但是当繁殖到一定程度时,就会出现牺牲品数量大量减少、满足不了捕 食者需要的情况,捕食者本身开始死亡。捕食者的数目减少又会使牺牲品恢复增长,捕食者 由于有了充分的食物也会随之增长,开始新一轮的循环。捕食关系已经在微生物和动物界中 得到证明,并在活性污泥法处理废水时起着重要作用。下面将从数学角度举例说明这种关系 例121.1在微生物群中捕食者-牺牲品关系的 Lotka- Volterra公式 设在系统中捕食者和牺牲品的数量分别为n和n,牺牲品的生长速率可以用一级反应 动力学描述,而捕食者的生长速率则与n和n的乘积成正比,求捕食者和牺牲品的关系式 解:系统中捕食者和牺牲品的物料平衡公式可以分别表示为 (12-1) dt =-bn2+a1n2 (12-2) dt 式中,a是n的生长速率常数;γ是牺牲品被捕食者捕食的有效消失速率常数;ε是捕食者的 生长速率常数:b是捕食者的死亡速率常数。上述两个常微分方程的解是 n, b 为了了解式(12-1)和(12-2)所描述的动态行为,需要研究nt)与n2(t)之间的关系。将式 (12-1)和式(12-2)相除,得到 dn,/dt -bn,+Em,,(b+8m )n, dn, /dt an,-m,n, (a-m, )n 上式两边乘以(a-m2)d1/d)/m2后重排, (12-5) dt 这样将式(125)积分,可以得到: ahn,-m2+bhn,-Em=C (12-6)
3 偏害共生关系中，一种微生物在代谢过程产生的有机或无机产物会抑制其它微生物的生 长。微生物所合成的某些次级代谢产物，如抗生素，就起着这样的作用。 在寄生关系中，一种较小的有机体寄生在一个较大的宿主细胞上，通过消耗宿主细胞来 满足寄生菌的营养需求。寄生者不一定杀死宿主细胞，这一点是与捕食关系相区别的关键。 噬菌体系统就是典型的寄生关系，噬菌体本身不会利用环境中的营养物质，完全通过获取宿 主细胞中的遗传物质进行复制和合成，因此噬菌体是发酵工业的大敌。 在捕食关系中存在着捕食者(Predator)和牺牲品(Prey)之间的关系。捕食者通过掠夺牺牲 品使自己大量繁殖，但是当繁殖到一定程度时，就会出现牺牲品数量大量减少、满足不了捕 食者需要的情况，捕食者本身开始死亡。捕食者的数目减少又会使牺牲品恢复增长，捕食者 由于有了充分的食物也会随之增长，开始新一轮的循环。捕食关系已经在微生物和动物界中 得到证明，并在活性污泥法处理废水时起着重要作用。下面将从数学角度举例说明这种关系。 例 12.1.1 在微生物群中捕食者-牺牲品关系的 Lotka-Volterra 公式 设在系统中捕食者和牺牲品的数量分别为 n2 和 n1，牺牲品的生长速率可以用一级反应 动力学描述，而捕食者的生长速率则与 n2 和 n1 的乘积成正比，求捕食者和牺牲品的关系式。 解：系统中捕食者和牺牲品的物料平衡公式可以分别表示为： 1 1 2 1 an n n dt dn = − (12-1) 2 1 2 2 bn n n dt dn = − + (12-2) 式中，a 是 n1 的生长速率常数；是牺牲品被捕食者捕食的有效消失速率常数；是捕食者的 生长速率常数；b 是捕食者的死亡速率常数。上述两个常微分方程的解是： b n1 = a n2 = (12-3) 为了了解式（12-1）和（12-2）所描述的动态行为，需要研究 n1(t)与 n2(t)之间的关系。将式 （12-1）和式（12-2）相除，得到： 2 1 1 2 1 1 2 2 1 2 1 2 ( ) ( ) / / a n n b n n an n n bn n n dn dt dn dt − − + = − − + = (12-4) 上式两边乘以 2 1 2 (a −n )(dn / dt)/ n 后重排， dt dn dt dn n b dt dn dt dn n a 1 1 1 2 2 2 − = − + (12-5) 这样将式（12-5）积分，可以得到： aln n2 −n2 + bln n1 −n1 = C (12-6) ( ) ( ) C n b n a e e n e n = 2 1 2 1 (12-7)
积分常数C可以根据n(t)与n(的初始条件确定。式(12-6)或式(12-7)属于超越方程, 只能应用数值方法求解,根据n(t)与n(t)的范围,该方程有零个、一个或两个解,图121.1 显示了方程的解。这是一条封闭曲线,曲线内面积的大小取决于n(t)与n(t)的初值。如果 将封闭曲线n(t)与n(t)用瞬时值描述,就会发现两个组分的振荡现象 n 图1211n(t)与n(t)的相平面图。稳定的稳态解 位于封闭曲线中的焦点。 将式(12.1.1)在该系统一个周期内从t=0到t=T积分,得到 dt= 2 (12-8) TL=aT-lm2o dt (12-9) 注意到经过一个周期后,n(D)=n(0),式(129)可以重写为 fm,dt=a (12-10) 由于n2的稳态解等于a,因此 ndt= n (12-11) 上式指出,虽然n的值在一个循环中始终在变化,每个循环中的平均值始终等于其稳态浓 度a。积分式(12-2)可以得到关于n的类似结果 硏究微生物群之间的相互作用不但对生态系统的硏究非常重要,在环境保护领域也有重 要的应用,例如:利用微生物之间的互惠共生系统可以将环境中的有害化合物降解得更彻底 利用降解有害化合物菌群的生长优势,废水不经过灭菌就可以进行生化处理,并能获得更好 的处理效果;利用捕食者和牺牲品的关系可以减少活性污泥的量等 12.2环境保护中常见的微生物群 微生物本身需要不断地繁殖并维持其正常活动,因而需要从环境中获得能源、碳源和其 它无机元素。自养型微生物从二氧化碳中获得碳源,在自然界的碳循环中扮演着重要角色, 但显然与有机废弃物处理的宗旨不符,因此不能用于环境工程。异养型微生物能够从有机物 中获得能源和碳源,与此同时,有机物本身被最终降解为CO2,从而达到废弃物处理之目的
4 积分常数 C 可以根据 n1(t)与 n2(t)的初始条件确定。式（12-6）或式（12-7）属于超越方程， 只能应用数值方法求解，根据 n1(t)与 n2(t)的范围，该方程有零个、一个或两个解，图 12.1.1 显示了方程的解。这是一条封闭曲线，曲线内面积的大小取决于 n1(t)与 n2(t)的初值。如果 将封闭曲线 n1(t)与 n2(t)用瞬时值描述，就会发现两个组分的振荡现象。 图 12.1.1 n1(t)与 n2(t)的相平面图。稳定的稳态解 位于封闭曲线中的焦点。 将式（12.1.1）在该系统一个周期内从 t = 0 到 t = T 积分，得到： dt (a n )dt dt dn n T T = − 0 0 2 1 1 1 (12-8) ( ) ( ) = − T aT n dt n n T 0 2 1 1 0 ln (12-9) 注意到经过一个周期后，n1(T) = n1(0)，式（12-9）可以重写为： n dt a T T = 0 2 1 (12-10) 由于 n2 的稳态解等于 a/，因此 2 0 2 1 n dt n T T = (12-11) 上式指出，虽然 n2 的值在一个循环中始终在变化，每个循环中的平均值始终等于其稳态浓 度 a/。积分式（12-2）可以得到关于 n1 的类似结果。 研究微生物群之间的相互作用不但对生态系统的研究非常重要，在环境保护领域也有重 要的应用，例如：利用微生物之间的互惠共生系统可以将环境中的有害化合物降解得更彻底； 利用降解有害化合物菌群的生长优势，废水不经过灭菌就可以进行生化处理，并能获得更好 的处理效果；利用捕食者和牺牲品的关系可以减少活性污泥的量等。 12. 2 环境保护中常见的微生物群 微生物本身需要不断地繁殖并维持其正常活动，因而需要从环境中获得能源、碳源和其 它无机元素。自养型微生物从二氧化碳中获得碳源，在自然界的碳循环中扮演着重要角色， 但显然与有机废弃物处理的宗旨不符，因此不能用于环境工程。异养型微生物能够从有机物 中获得能源和碳源，与此同时，有机物本身被最终降解为 CO2，从而达到废弃物处理之目的
因此是废弃物处理过程中分布最为广泛的微生物群;无机化能异养型微生物从无机化合物获 得能源,在有些应用领域非常重要,如生物脱硫、脱氮等。 微生物在环境保护中的应用已经从自然生态系统发展到活性污泥方法处理废水,并进一 步扩大到固体废弃物和废气的处理及生物修复领域。参与废弃物生物降解的微生物种类和数 量十分庞大,但是根据处理的方法,还是可以将它们分为好氧和厌氧微生物两大类。在好氧 活性污泥方法中,一些原生动物也起着很重要的作用。 12.21好氧微生物群 在废弃物的好氧生物降解系统中,起主要作用的是细菌、真菌、藻类和原生动物,还可 能存在一些后生动物。影响微生物群组成的主要因素是废弃物的种类和处理条件,例如,处 理城市污水和化工厂污水的微生物群会有显著的差别;废弃物处理的环境条件,如:温度 pH等也会对微生物的种类和分布产生影响。另外,反应器形式对微生物群的构成也有影响 如用普通的曝气池和形成生物膜的反应器处理同样的废水,由于氧传递的差别会形成不同的 微生物群。 12.21.1好氧的有机化能异养型微生物 属于这一类的细菌主要包括:无色杄菌属、产碱杆菌属、芽孢杆菌属、假单孢菌属、黄 杆菌属及微球菌属等。下面将分别进行简要的讨论 1)无色杆菌属( Achromobacter)有时也将其分类为不动杆菌属。该属细菌的菌落在24小时 后为2-3毫米,通常菌落光滑,有时极粘而附着于培养基上。表面扩散试验表明它们具有抽 搐运动的能力。除极少见的情况外,一般不还原硝酸盐。可能产酸或不产酸,在产酸菌株中 存在非特异性的醛糖脱氢酶。有些菌株能够液化明胶,有些会产生脲酶。它们不能使苯丙氨 酸脱氨,也不能使鸟氨酸、赖氨酸及精氨酸脱羧。能够在以铵盐为氮源和以乙酸盐、丁酸盐 或丙酮酸盐为碳源的简单培养基中生长。无色杆菌广泛存在于土壤和水体中,常可以从健康 或生病的动物和人体分离得到,但是其致病力尚未确定。典型菌株为从原油污染的海滨分离 得到的 Achromobacter sp ATCC.2l9/0,具有将原油分散并降解的能力。 2)产碱杆菌属( alcaligenes)产碱杆菌都属于Gram阴性菌,好氧生长,最适生长温度范围 是15-30C,最适pH为8-10。产碱杆菌在自然界分布很广,在土壤、人畜的肠道、牛奶及 污水中都能够找到它们的踪迹。它们不能分解糖类,能随粪便而使食物受到污染,乳品和肉 类食品受到产碱杆菌污染时会产生粘性而变质。该属细菌的典型菌株是粪产碱杆菌 ( Alcaligenes faecalis),细胞成杆状,细胞尺寸为0.5×1.0-1.0×2.oμm,单细胞,成对或成链状 生长,通常没有荚膜,能够借助于周身鞭毛而运动 3)芽孢杆菌属( Bacillus)芽孢杆菌大部分属Gram阳性,只有少数为阴性菌,好氧或兼性厌 氧,最适生长温度范围很广,为-5-75°C。它们的外形多数呈杆状,少数呈丝状,尺寸范围 为0.3×22-1.2×70μm,大部分具有夹膜、无运动功能,只有少数生长鞭毛、能够运动。 芽孢杆菌会形成耐热的内生孢子,孢子囊的尺寸与营养细胞类似。芽孢杆菌属于化能营养型, 能产生多种胞外水解酶,如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等,具有很强的分解有机物能力。它们 在自然界的分布很广,主要生活在土壤中,但是在水体及空气中也可以分离得到。芽孢杆菌 基本上是非病原菌,对人畜无害。酶制剂工业中具有重要地位的枯草芽孢杆菌( Bacillus subtilis)是这一属的典型代表。 4)假单孢菌属( Pseudomonas)假单孢菌是Gram阴性菌,极大部分属专性好氧、化能营养型 个别种能利用氢气或一氧化碳为能源自养生长。它们的生长温度范围为5-45°C,最适生长 温度在30C左右,最适pH为70-8.5。假单孢菌一般是直的或弯曲的杆状细菌,细胞尺寸 为0.5×1.0-0.4×15μm,部分具有单生或丛生鞭毛的假单孢菌能够运动,无鞭毛的则不能
5 因此是废弃物处理过程中分布最为广泛的微生物群；无机化能异养型微生物从无机化合物获 得能源，在有些应用领域非常重要，如生物脱硫、脱氮等。 微生物在环境保护中的应用已经从自然生态系统发展到活性污泥方法处理废水，并进一 步扩大到固体废弃物和废气的处理及生物修复领域。参与废弃物生物降解的微生物种类和数 量十分庞大，但是根据处理的方法，还是可以将它们分为好氧和厌氧微生物两大类。在好氧 活性污泥方法中，一些原生动物也起着很重要的作用。 12.2.1 好氧微生物群 在废弃物的好氧生物降解系统中，起主要作用的是细菌、真菌、藻类和原生动物，还可 能存在一些后生动物。影响微生物群组成的主要因素是废弃物的种类和处理条件，例如，处 理城市污水和化工厂污水的微生物群会有显著的差别；废弃物处理的环境条件，如：温度、 pH 等也会对微生物的种类和分布产生影响。另外，反应器形式对微生物群的构成也有影响， 如用普通的曝气池和形成生物膜的反应器处理同样的废水，由于氧传递的差别会形成不同的 微生物群。 12.2.1.1好氧的有机化能异养型微生物 属于这一类的细菌主要包括：无色杆菌属、产碱杆菌属、芽孢杆菌属、假单孢菌属、黄 杆菌属及微球菌属等。下面将分别进行简要的讨论。 1）无色杆菌属(Achromobacter) 有时也将其分类为不动杆菌属。该属细菌的菌落在 24 小时 后为 2-3 毫米，通常菌落光滑，有时极粘而附着于培养基上。表面扩散试验表明它们具有抽 搐运动的能力。除极少见的情况外，一般不还原硝酸盐。可能产酸或不产酸，在产酸菌株中 存在非特异性的醛糖脱氢酶。有些菌株能够液化明胶，有些会产生脲酶。它们不能使苯丙氨 酸脱氨，也不能使鸟氨酸、赖氨酸及精氨酸脱羧。能够在以铵盐为氮源和以乙酸盐、丁酸盐 或丙酮酸盐为碳源的简单培养基中生长。无色杆菌广泛存在于土壤和水体中，常可以从健康 或生病的动物和人体分离得到，但是其致病力尚未确定。典型菌株为从原油污染的海滨分离 得到的 Achromobacter sp.ATCC21910，具有将原油分散并降解的能力。 2）产碱杆菌属(Alcaligenes) 产碱杆菌都属于 Gram 阴性菌，好氧生长，最适生长温度范围 是 15-30oC，最适 pH 为 8-10。产碱杆菌在自然界分布很广，在土壤、人畜的肠道、牛奶及 污水中都能够找到它们的踪迹。它们不能分解糖类，能随粪便而使食物受到污染，乳品和肉 类食品受到产碱杆菌污染时会产生粘性而变质。该属细菌的典型菌株是粪产碱杆菌 (Alcaligenes faecalis)，细胞成杆状，细胞尺寸为 0.51.0−1.02.0m，单细胞，成对或成链状 生长，通常没有荚膜，能够借助于周身鞭毛而运动。 3）芽孢杆菌属(Bacillus) 芽孢杆菌大部分属 Gram 阳性，只有少数为阴性菌，好氧或兼性厌 氧，最适生长温度范围很广，为-5-75oC。它们的外形多数呈杆状，少数呈丝状，尺寸范围 为 0.3×2.2-1.2×7.0m，大部分具有夹膜、无运动功能，只有少数生长鞭毛、能够运动。 芽孢杆菌会形成耐热的内生孢子，孢子囊的尺寸与营养细胞类似。芽孢杆菌属于化能营养型， 能产生多种胞外水解酶，如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等，具有很强的分解有机物能力。它们 在自然界的分布很广，主要生活在土壤中，但是在水体及空气中也可以分离得到。芽孢杆菌 基本上是非病原菌，对人畜无害。酶制剂工业中具有重要地位的枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）是这一属的典型代表。 4）假单孢菌属(Pseudomonas) 假单孢菌是 Gram 阴性菌，极大部分属专性好氧、化能营养型， 个别种能利用氢气或一氧化碳为能源自养生长。它们的生长温度范围为 5-45oC，最适生长 温度在 30 oC 左右，最适 pH 为 7.0—8.5。假单孢菌一般是直的或弯曲的杆状细菌，细胞尺寸 为 0.5×1.0-0.4×1.5m，部分具有单生或丛生鞭毛的假单孢菌能够运动，无鞭毛的则不能