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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MGE316

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、BOD319

二、甲烯蓝稳定性试验320

三、COD321

四、TOD321

五、NOD321

六、SS321

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、NH3367

二、NO3368

三、NO2368

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、H2S369

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