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前言1

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

目录1

第二节　微生物生态学的发展历程3

第三节　研究微生物生态学的意义6

思考题8

参考文献8

一、直接测定9

二、培养方法9

第二章　微生物生态学研究的基本方法9

第一节　微生物生态学研究的传统方法9

三、代谢活力的测定10

四、数学方法11

第二节　研究微生物生态学的分子生物学方法11

一、rRNA和rRNA基因序列的测定12

二、利用核酸探针和杂交技术研究微生物的多样性15

三、全细胞杂交法的改进20

四、其他方法22

五、rRNA方法的应用27

思考题30

参考文献31

第三章 自然环境中微生物群落的组成及其变化规律32

第一节　基本概念32

一、生境32

二、土著微生物32

三、外来微生物32

四、群体32

一、土壤中微生物分布33

第二节　土壤中微生物群落的组成及其变化规律33

六、生态系统33

五、群落33

二、土壤中的微生物群落34

三、影响土壤微生物分布的因素36

第三节　水体中微生物群落的结构及其变化规律37

一、淡水中的微生物群落组成和代谢活力37

二、环境条件对水体中微生物群落结构的影响39

第四节　空气中微生物群落及其变化规律40

一、空气是微生物生长和生存的不良环境40

二、空气是传播微生物的介质41

三、室外空气中的微生物41

四、室内空气中的微生物42

五、空气中的微生物对生态的效应43

思考题43

参考文献43

第四章　海洋环境中的微生物44

第一节　海洋环境中的主要微生物类群44

一、古菌44

二、真细菌45

三、真核微生物48

四、细菌在海水中的分布50

一、养殖鱼类病原菌53

第二节　海水养殖环境中的致病菌53

二、养殖对虾病原菌57

三、养殖贝类病原菌58

第三节　海水养殖环境中的有益微生物59

一、有益微生物的概念59

二、有益微生物的种类和来源59

三、有益微生物的作用机理61

第四节　深海地热环境中的微生物63

一、共生生物63

二、非共生的嗜高温微生物64

第五节　海洋微生物的活性物质65

四、深海嗜热微生物的应用潜力65

三、嗜热微生物和超嗜热微生物65

思考题73

参考文献73

第五章　极端自然环境中的微生物75

第一节　低温环境中的微生物75

一、低温环境中的微生物76

二、高温对嗜冷菌的影响78

三、微生物适应低温的分子机理80

四、嗜冷菌的应用82

一、高温环境中的微生物84

第二节　高温环境中的微生物84

二、超嗜热微生物的多样性87

三、高温环境中微生物生命的分子机理94

四、嗜热菌的耐高温遗传基础99

五、嗜热菌产物的多样性及其应用103

第三节　强酸环境中的微生物118

一、强酸环境中的微生物119

二、在极端酸性环境中微生物之间的相互作用122

三、微生物抗酸的分子机理124

四、嗜酸菌的应用125

第四节　在碱性环境中的微生物127

一、嗜碱菌的分布和分离128

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135

五、嗜碱菌产生的酶136

六、嗜碱菌产生的代谢产物142

第五节　在高盐环境中的微生物143

一、嗜盐微生物的类型144

二、嗜盐菌的生态分布144

三、嗜盐微生物抗高盐的分子机理146

四、嗜盐菌耐盐机理的遗传基础153

五、嗜盐微生物的产物多样性及其应用156

第六节　寡营养环境中的微生物159

一、寡营养环境中的微生物159

二、寡营养环境中的微生物生命机理160

三、寡营养型微生物的应用160

第七节　高压环境中的微生物161

一、深海微生物的多样性161

二、深海沟的微生物多样性161

三、高压和低温环境中的细菌162

五、高压下的酶活性和热稳定性163

四、嗜压微生物的分子生物学163

六、嗜压菌的潜在应用164

第八节　高辐射环境中的微生物166

一、抗辐射微生物167

二、微生物抗辐射的分子机理168

三、抗辐射微生物的应用173

思考题174

参考文献174

第一节　微生物群体之间的相互作用176

一、一种微生物群体中不同个体之间的相互作用176

第六章　生物群体的相互作用176

二、不同微生物群体之间的相互作用179

第二节　环境中细菌之间遗传物质的相互交换187

一、转化188

二、转导189

三、接合190

第三节　微生物与植物之间的相互关系199

一、微生物与植物根之间的相互作用199

二、植物内生微生物203

三、微生物与植物其他部分之间的相互作用204

四、病原微生物与植物之间的关系205

一、微生物作为某些水生动物的食物207

二、微生物对于动物消化食物和获取营养所起的作用207

第四节　微生物与动物之间的相互关系207

三、动物与光合微生物之间的共生关系211

四、动物与发光细菌之间的关系211

五、微生物与节肢动物之间的共生关系211

六、病原微生物与动物之间的相互关系212

第五节　微生物与人体的相互作用213

一、皮肤表面的微生物与人体的关系213

二、口腔中微生物与人体的关系214

三、胃肠道中的微生物与人体的关系215

思考题215

参考文献216

第七章　微生物在生物地球化学循环中的作用217

第一节　基本概念217

一、生物圈217

二、能量流217

三、营养水平218

四、生物地球化学循环219

第二节　碳循环220

一、通过食物网进行碳的转移220

二、微生物在碳循环中所起的特殊作用222

三、环境因素和人类活动对碳循环的影响223

第三节　氢循环224

第五节　氮循环225

第四节　氧循环225

一、N2的固定226

二、氨化作用229

三、硝化作用229

四、硝酸还原和反硝化作用231

五、环境因素和人类活动对氮循环的影响232

第六节　硫循环232

一、硫和硫化物的氧化233

二、还原性硫的转化234

第七节　磷的循环237

三、硫循环的实际意义237

第八节　其他元素的循环238

一、铁循环239

二、锰循环240

三、钙循环240

四、硅循环240

五、各种元素循环之间的相互关系241

六、某些重金属元素的循环242

思考题242

参考文献242

第八章　微生物与化学污染物之间的相互关系243

一、自然界中化学性污染物的来源和种类244

第一节 自然界中化学污染物的种类、来源及其危害244

二、几种主要污染物的危害246

第二节　化学性污染物对微生物的毒性247

一、重金属污染物对微生物的毒性效应247

二、有机污染物对微生物的毒性249

第三节　微生物对重金属的抗性252

一、微生物抗重金属的机制253

二、重金属抗性的遗传基础259

第四节　微生物适应生物难降解污染物的分子机制261

三、抗重金属菌株的应用261

一、遗传适应机制263

二、研究自然环境中遗传适应的分子生物学方法269

第五节　微生物对汞化合物的解毒机理271

一、自然界中的抗汞微生物271

二、微生物对无机汞化合物和有机汞化合物的抗性范围272

三、微生物对汞和有机汞化合物毒的机理273

第六节　微生物对其他重金属的解毒作用279

一、铬（Cr6+）的微生物解毒作用279

二、钒（V5+）的还原281

三、钯（Pd2+）的还原281

五、砷（As5+）的还原282

四、金（Au3+）和银（Ag+）的还原282

六、硒（Se6+和Se4+）的还原284

第七节　放射性元素的微生物还原285

一、放射性物质生物转化的机制285

二、铀（U6+）的还原290

三、Pu5+和Pu4+的还原290

四、Tc7+的还原291

第八节　苯环类污染物的降解292

一、苯环类污染物降解的共同途径292

二、与降解苯环类污染物有关的微生物294

一、萘的微生物降解295

第九节　多环芳烃的微生物降解295

二、菲和蒽的微生物降解296

三、苯（α）并芘的微生物降解297

第十节　与苯环污染物代谢有关的酶和基因297

一、间位裂解途径的基因297

二、外二醇二加氧酶298

三、邻位裂解途径的基因299

四、修饰过的邻位裂解途径基因300

五、内二醇二加氧酶301

六、周质空间酶的基因301

七、单加氧酶302

九、调节基因303

八、脱卤化酶303

第十一节　三硝基甲苯（TNT）的微生物降解304

一、由细菌引起的TNT有氧降解304

二、细菌对TNT的无氧降解307

三、真菌的TNT代谢310

第十二节　石油中碳氢化合物的微生物降解311

一、各类碳氢化合物的降解312

二、石油混合物中碳氢化合物的降解314

三、能利用碳氢化合物的微生物314

四、石油碳氢化合物分解菌的分布315

五、环境因素对石油碳氢化合物降解的影响316

第十三节　有机氯农药的微生物降解318

一、降解有机氯农药的主要反应318

二、几种代表性有机氯农药的微生物降解320

第十四节　有机磷农药的微生物降解323

一、降解有机磷农药的主要反应324

二、几种代表性有机磷农药的微生物降解325

第十五节　合成洗涤剂的微生物降解327

一、烷基苯磺酸盐的微生物降解327

二、烷基磺酸盐的微生物降解328

一、环境中能使偶氮染料脱色的微生物330

二、偶氮染料的降解途径330

第十六节　偶氮染料的微生物降解330

第十七节　尼龙寡聚体的微生物降解331

一、降解尼龙寡聚物的酶332

二、编码尼龙寡聚体降解酶的质粒333

三、尼龙寡聚体降解酶工程333

四、在假单胞菌中尼龙寡聚体的生物降解333

五、尼龙寡聚体降解的代谢工程334

第十八节　石油和煤中的生物脱硫作用335

一、特异性生物脱硫途径335

二、硫底物特异性338

三、石油原油的脱硫作用338

五、通过基因工程方法改良脱硫酶339

四、生物脱硫的分子遗传学339

第十九节　氰（腈）化合物的微生物降解340

一、游离氰（腈）化合物的生物降解340

二、金属氰复合物的生物降解342

三、氰化合物的生物处理技术342

第二十节　PCBs微生物降解343

第二十一节　苯环污染物的厌氧降解344

一、厌氧微生物345

二、中心活性苯环中间产物的形成345

三、苯环的还原和水化作用346

第二十二节　参与环境污染物降解的可转移遗传元件347

四、厌氧和好氧代谢途径的比较347

一、质粒与质粒的基本特性348

二、降解质粒349

三、参与污染物分解的转座子和其他MGEs353

四、污染环境中细菌质粒分布的规律354

思考题355

参考文献356

第九章　污染物处理过程中的微生物生态学357

第一节　基本概念358

一、BOD358

三、COD359

二、甲烯蓝稳定性试验359

四、TOD360

五、NOD360

六、SS360

七、生物修复作用360

第二节　废气的微生物处理360

一、生物涤气器361

二、滴滤池362

三、生物滤池363

四、与废气处理有关的微生物364

五、含硫化氢气体的微生物处理365

一、废水微生物处理的基本过程366

第三节　废水的微生物处理366

二、活性污泥法367

三、生物滤池法374

四、生物转盘法378

五、生物接触氧化法379

六、厌氧发酵法380

七、氧化塘法383

八、光合细菌处理法385

九、现代生物工程处理法386

第四节　重金属污染物的微生物处理391

一、生物吸附391

二、利用固定化细胞吸附重金属395

三、重金属沉淀法396

四、利用微生物的转化作用去除重金属398

五、原位生物修复方法399

六、用于处理重金属污染物的常用工艺401

第五节　固体废物的微生物处理401

第六节　煤脱硫的微生物方法402

一、煤中的含硫化合物402

二、煤脱硫过程中所用的微生物403

三、微生物法煤脱硫之机理404

五、煤脱硫的方法405

四、影响煤脱硫的环境条件405

六、将来的方向407

思考题407

参考文献407

第十章　微生物代谢产物对环境的污染409

第一节　富营养化作用及其控制方法409

一、引起富营养化的原因409

二、引起富营养化的藻类409

三、富营养化作用的危害410

四、富营养化作用的人工控制410

一、汞的甲基化作用413

第二节　重金属的甲基化作用对环境的污染413

二、其他重金属的甲基化415

第三节　含氮化合物的微生物代谢对环境的污染417

一、NH3417

二、NO？417

三、NO？417

四、羟胺418

五、亚硝酸胺418

第四节　含硫化合物的微生物代谢对环境的污染419

一、二氧化硫419

二、酸矿水419

一、细菌毒素421

第五节　微生物产生的毒素对环境的污染421

二、藻类毒素423

三、真菌毒素425

四、微生物产生毒素对生态的效应426

五、微生物毒素的用途427

思考题428

参考文献428

第十一章　微生物生态模型429

第一节　实验模型429

二、流过培养系统430

一、分批培养系统430

三、微世界433

第二节　数学模型434

一、群体生长方程式434

二、竞争方程式436

三、共生方程式437

四、捕食方程式438

五、生物群落的数学模型439

六、组建数学模型常用的方法441

思考题441

参考文献441