藍細菌在污水處理中的應用

1. 求藍細菌在自然界中的重要作用

藍藻(Cyanobacteria)是原核生物，又叫藍綠藻、藍細菌；大多數藍藻的細胞壁外面有膠質衣，因此又叫粘藻。在所回有藻類生物中，藍藻是答最簡單、最原始的一種。藍藻是單細胞生物，沒有細胞核，但細胞中央含有核物質，通常呈顆粒狀或網狀，染色質和色素均勻的分布在細胞質中。有的含有藍藻葉黃素，有的含有胡蘿卜素，有的含有藍藻藻藍素，也有的含有藍藻藻紅素。紅海就是由於水中含有大量藻紅素的藍藻，使海水呈現出紅色。藍細菌與水體環境質量關系密切，在水體生長旺盛時 藍細菌無錫太湖區，能使水色變藍或其他顏色，並且有的藍細菌能發出草腥味或霉味。湖波中常見的藍細菌有銅綠微囊藻、曲魚腥藻等。某些種屬的藍細菌大量繁殖會引起「水華」（淡水水體）或「赤潮」（海水），導致水質惡化，引起一系列環境問題。在污水中或潮濕的土地上常見的有灰顫藻或巨顫藻。藍細菌中的許多類群具有固定空氣中氮的能力，目前已發現的固氮藍細菌多達120多種。藍細菌能在固體表面形成「墊狀體」。一些藍細菌還能與真菌。苔蘚、蕨類和種子植物共生，如地衣是藍細菌與真菌的共生體。

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微生物在污水處理中的應用
摘要：本文主要闡述了各種微生物在不同種類污水中的應用，以及它們不同的應用機理。
關鍵詞：微生物 生活污水 工業污水 農業污水 重金屬 農葯
1.世界水資源現狀
環境保護是我國的基本國策。世界經濟發展的實踐證明，為實現經濟的持續穩定的發展，必須解決好發展與環境保護的矛盾。
全球水資源狀況迅速惡化，「水危機」日趨嚴重。據水文地理學家的估算，地球上的水資源總量約為13．8億立方公里，其中97．5％是海水（13．45億立方公里）。淡水只佔2．5％，其中絕大部分為極地冰雪冰川和地下水，適宜人類享用的僅為0．01％．
20世紀50年代以後，全球人口急劇增長，工業發展迅速。一方面，人類對水資源的需求以驚人的速度擴大；另一方面，日益嚴重的水污染蠶食大量可供消費的水資源。本屆世界水論壇提供的聯合國水資源世界評估報告顯示，全世界每天約有200噸垃圾倒進河流、湖泊和小溪，每升廢水會污染8升淡水；所有流經亞洲城市的河流均被污染；美國40％的水資源流域被加工食品廢料、金屬、肥料和殺蟲劑污染；歐洲55條河流中僅有5條水質差強人意。
20世紀，世界人口增加了兩倍，而人類用水增加了5倍。世界上許多國家正面臨水資源危機：12億人用水短缺，30億人缺乏用水衛生設施，每年有300萬到400萬人死於和水有關的疾病。到2025年，水危機將蔓延到48個國家，35億人為水所困。水資源危機帶來的生態系統惡化和生物多樣性破壞，也將嚴重威脅人類生存。
水資源危機既阻礙世界可持續發展，也威脅著世界和平。過去50年中，由水引發的沖突共507起，其中37起有暴力性質，21起演變為軍事沖突。專家警告說，隨著水資源日益緊缺，水的爭奪戰將愈演愈烈。
2.污水處理方法分類
2.1物理法
利用物理作用分離廢水中呈懸浮狀態的污染物質。主要有沉澱法，過濾法，離心分離法，吸附法等。
2.2化學法
利用化學反應原理及方法來分離，回收廢水中的污染物，或改變污染物的性質，使它從有害變為無害的處理法。主要有化學凝聚法，中和法，氧化還原法，離子交換法。
2.3生物法
主要利用微生物的生命活動過程，對廢水中的污染物質進行轉移和轉化的作用，從而是污水得到凈化的方法。
2.4.微生物簡介
微生物是肉眼看不見或看不清的生物的總稱。包括原核生物（細菌，放線菌和藍細菌），真核生物（真菌和微型藻類），非細胞生物（病毒類）。微生物具有體積小、表面積大、繁殖力驚人等特點，能不斷與周圍環境快速進行物質交換。污水具備微生物生長繁殖的條件，因而微生物能從污水中獲取養分，同時降解和利用有害物質，從而使污水得到凈化。因此微生物可在污水凈化和治理中得到廣泛應用，造福人類。
微生物能降解和轉化污染物主要是因為微生物具有以下幾個特點：個體微小，比表面積大，代謝速率快；種類繁多，分布廣泛，代謝類型多樣；具有多種降解酶；繁殖快，易變異，適應性強；共代謝作用等。
3.原理
利用微生物處理污水實際就是通過微生物的新陳代謝活動,將污水中的有機物分解,從而達到凈化污水的目的.微生物能從污水中攝取糖，蛋白質，脂肪，澱粉及其它低分子化合物。微生物新陳代謝類型有需氧型和厭氧型兩種,因此,凈化方法分為好氧凈化和厭氧凈化.
3.1.好氧凈化
氧存在條件下，許多好氧微生物通過分解代謝、合成代謝和物質礦物化，在把有機物氧化分解成CO2和H2O等過程中，獲尋C源、N源、P源、S和能量。污水的微生物好氧凈化就是模擬上述原理，把微生物置於一定的構築物內通氣培養，高效率凈化污水的方法。
3.2厭氧凈化
微生物在嚴格厭氧條件下，有機物發酵或消化過程中，大部分有機物被解生成H2、CO2、H2S和CH4等氣體。污水的生物厭氧凈化就是根據污水經厭氧發酵後既到凈化，又獲得了生物能源CH4的原理。微物細胞能量轉移的電子受體，由好氧條件下分子氧改變為厭氧條件下的有機物。在厭氧件下，不溶於水而難分解的大分子有機污物，被微生物的胞外酶降解為可溶性物質，再由產甲烷厭氧細菌和產氫細菌降解成低分子有酸類和醇類、並放出H2和CO2；有機酸類和類經產甲烷菌降解成H2、CO2和CH4。甲烷菌還可利用H2還原CO2，形成CH4。
微生物凈化過程：
Ⅰ.有機污染物的濃度由高變低
Ⅱ.異養細菌迅速氧化分解有機污染物而大量繁殖，然後是以細菌為食料的原生動物出現數量高峰，再後是由於有機物礦化，利於藻類的生長，而出現藻類的生長高峰。
Ⅲ.溶解氧濃度隨著有機物被微生物氧化分解而大量消耗，很快降到最低點，隨後，由於有機物的無機化和藻類的光合作用及其他好氧微生物數量的下降，溶解氧又恢復到原來水平。
這樣，在離開污染源相當的距離之後，水中的微生物數量，有機物，無機物的含量，也都下降到最低點。於是，水體恢復到原來的狀態。
微生物處理優點：微生物具有來源廣，易培養，繁殖快，對環境適應性強，易變異的特徵在生產上較容易的採集菌種進行培養繁殖，並在特定條件下進行馴化，使之適應不同的水質條件，從而通過微生物的新陳代謝使有機物無機化。加之微生物的生存條件溫和，新陳代謝時不需要高溫高壓，它是不需要投加催化劑的.生物法具有廢水處理量大、處理范圍廣、運行費用相對較低,所要投入的人力，物力比其他方法要少的多。在污水生物處理的人工生態系統中，物質的遷移轉化效率之高是任何天然的或農業生態系統所不能比擬的。
4.污水處理中重要的微生物種群
4．1 絲狀細菌
絲狀細菌(Filamentous bacteria)能顯著影響絮狀活性污泥的沉降性(污泥膨脹)或引起生物量變化和泡沫形成(污泥發泡)，從而嚴重影響活性污泥的處理效率．傳統上，絲狀細菌是通過光學顯微鏡學進行分析鑒定的，如革蘭氏和Neisser染色反應、典型的形態學特徵等．但應用full—cycle rRNA技術發現，傳統形態學鑒定方法不能發現污水廠活性污泥中的許多絲狀細菌 。
系統發生樹部分提供了絲狀菌的系統發生親緣關系，但有些絲狀類型如Eikelboom 1863或Nostocoidalimicola等則是放置在完全無關的類群中．現在利用rRNA目標寡聚核苷酸探針能迅速地鑒定大多數絲狀菌，證明在活性污泥中有些絲狀菌呈現多態性現象．Kanagawa等(2000)從活性污泥中分離出15種絲狀菌，根據形態被分類為Eikelboom 21 N，利用16S rDNA序列分析表明都同變形桿菌亞綱的Thiothrix絲狀菌形成單系群(monophyletic group).Thiothrix絲狀菌在污水中通常表現出生理多能性，在異養、兼性營養和化能自養情況下，它們都能同標記的乙酸鹽或碳酸氫鹽結合。在厭氧狀況下(無論有無硝酸鹽)，Thiothrix絲狀菌都很活躍，它通過吸收硫代硫酸鹽和乙酸鹽來形成胞內硫粒。
利用絲狀菌的FISH探針，Mircothrix parvicella被發現有特殊的脂消費，在厭氧情況下專門吸收長鏈脂肪酸(而不是短鏈脂肪酸和葡萄糖)，隨後當硝酸鹽或氧可用作電子受體時它們則使用貯存完成生長．不過，在厭氧情況下，M.parvicella不能吸收磷，不適合那些有除磷要求的生物反應器．利用FISH技術對絲狀菌進行系統分類發現，大多數未描述的絲狀菌屬於綠色非硫細菌(Chloroflexi)，也可能是污水生物處理系統中豐度最高的絲狀菌。Liao等(2004)發展一種定量FISH，對實驗室和污水廠反應器中的絲狀菌進行了研究，以增加Sphaerotilus natans的方式來刺激污泥膨脹，結果發現是Eikelboom 1851菌叢(而不是試驗的S．natans菌)同活性污泥容積指數(volume index)極度相關，其可延伸的菌絲長度約為6×10。la,m／mL。
4．2 生物除磷的重要細菌
生物除磷可以在EBPR的微生物途徑中由完成，該過程通過循環活性污泥進行交替的厭氧、需氧為特徵。基於微生物的純培養技術，變形桿菌綱г亞綱的不動桿菌屬(Acinetobacter)長期被認為是唯一的PAO(Polyphosphate—accumulating organism)．但實際上，雖然不動桿菌能積累多聚磷酸鹽，卻沒有PAO的典型代謝方式．Wanger等(1994)用rRNA目的探針測試後認為，主要的PAO應該為口亞綱中的Rhoclocyclus群，其次為 亞綱中的Planctomycete群及屈撓桿菌屬(Flexibacter)、CFB群(Cytophaga—Flavobacterium—Bacteroides)等．利用螢光抗體染色、呼吸醌檢測和屬特異探針的FISH等非培養方法，證明在EBPR系統中，由於培養偏差顯然高估了不動桿菌的相對豐度，表明其對EBPR系統實際上不是最重要的，而另外一些分離出的細菌才是PAO的候選者。不過，有7個Acinembacter新種從活性污泥中分離到，可望進一步闡釋該屬在脫磷中扮演的角色和意義。
積磷小月菌(Microlunatus phosphovorus)是一個高G+C含量的革蘭氏陽性菌，被認為是專性好氧菌，可以通過EMP途徑發酵葡萄糖為乙酸，而不能夠在厭氧情況下生長．有明顯吸收葡萄糖、分泌乙酸的轉化，導致胞內乙酸積累；產生的乙酸在隨後的好氧階段消耗掉．phosphovorus表現出卓越的吸收和釋放磷的能力，磷釋放率和吸收率可分別高達3．34 mmol g／cell•h和1．56 mmol g／cell•h，比Lampropedia spp．和Acinetobacterspp．要高1個數量級，特異探針證明其在EB—PR工廠里可占總細菌的2．7％。
俊片菌屬(Lampropedia)也擁有聚磷菌的基本代謝特徵，但比EBPR模型預言的吸收乙酸鹽釋放磷酸鹽的比率要低很多．那些被建議名為「Candidatus Ac—cumulibacter phosphates」已被證實顯著存在於EBPR系統中．Saunders等(2003) 在對6個運行污水廠進行了檢測後認為，很可能「無關緊要」的「CandidatusAccumulibacter phosphates」正是重要的PAO．另外還有顯微鏡原位觀察顯示，酵母菌很可能涉及在生物除磷中，許多「聚磷菌」很可能是酵母菌的孢子，但其作用機理顯然還需要進一步探討．
4．3 硝化細菌
氮循環是高度依賴微生物活性和轉化的一個過程．這類微生物在污水處理、農業等領域具有極其重要的作用，因此成為近年來世界研究的熱點，變形桿菌的β亞綱幾乎已經成為微生物生態學的模式系統 ．Kindaichi等(2004)對自養硝化生物膜進行了FISH分析表明，膜上有50％屬於硝化細菌，其餘50％為異養細菌，分布為變形桿菌α亞綱23％ ，г亞綱13％ ，綠色非硫細菌9％ ，CFB群2％，未定類群3％．該結果表明，硝化細菌通過可溶性產物的產生支持了異養菌，異養菌也從代謝多樣性等方面確保了生物膜的生態穩定性 ．從培養角度來說，硝化細菌生長極慢；由於硝化細菌的分布同pH、溫度等敏感，所以污水廠的硝化作用常有崩潰的情況發生．
4．3．1 氨氧化茵
基於16S rDNA序列分析，已經分離和描述過的氨氧化細菌都分屬於變形桿菌綱的2個單系群中．Ni-trosococcusoceanus和N．halophilus屬於Proteobacteria的β亞綱，包括亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas)、亞硝化螺菌屬(Nitrosospira)、亞硝化弧菌屬(Nitrosovibrio)和亞硝化葉菌屬(Nitrosolobus)，後3個屬關系密切；而Nitrosococcus mobilis(實際是Nitrosomonas的一個成員)則在β亞綱組成緊密相關的集合．
4．3．2 亞硝酸氧化茵
基於超微特性，已培養出的亞硝酸氧化菌(Nitrite．oxidizing bacteria，NOB)被分為4個已知屬，硝化桿菌屬(Nitrobacter)，硝化刺菌屬(Nitrospina)，硝化球菌屬(Nitrococcus)和硝化螺菌屬(Nhrospira)．16S rDNA序列比較分析表明，硝化桿菌屬及其3個種都屬於變形桿菌的α一亞綱；Nitrospina和Nitrococcus各有一個種，分屬於變形桿菌的δ和г一亞綱；Nitrospira屬包含有moscoviensis和Ⅳ．rrtarin．在傳統上，Nitrobacter一直被認為是最重要的亞硝酸鹽氧化菌．然而，在硝化污水廠內用目的探針的FISH法和定量斑點雜交(Quantitative dot blot)等發現，檢測不到Nitrobacter或者數目很低，因此凸現了非Nitrobacter的NOB在硝化過程中的重要性．Egli等(2003)用不同污泥接種反應器，利用定量FISH和RFLP(Restriction fragment length polymorphism)方法對穩定的硝化作用反應器進行檢測，發現有活性的都屬於Nitrospira屬 J．以Nitrospira序列發展的特定16S rRNA探針，對活性污泥進行FISH查後表明，未培養的類硝化螺菌(Nitrospira—like)以顯著性數目(總菌數的9％)存在，其對亞硝酸鹽氧化的重要性已由反應器富集研究所證實．Nhrospira能固定CO：，也能利用丙酮酸混合營養生長，而不利用乙酸鹽、丁酸鹽和丙酸鹽。
4．4 反硝化細菌
反硝化細菌(Denitrifying bacteria)的大多數鑒定和計數都是依賴培養法．很多屬的成員，如產鹼桿菌屬(Alcaligenes)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、甲基桿菌屬(Methylobacteriurn)，副球菌屬(Paracoccus)和生絲微菌屬(Hyphornicrobiurrt)等，都從污水廠中作為脫氮微生物群分離出來過，但這些細菌屬在污水廠中是否具有原位脫氮的活性卻很少被知道．在一個補充以甲醇作為還原碳化物的脫氮沙濾中，使用特異FISH探針監測到有大量數目的P．spp和H．spp；而在沒有附加甲醇的非脫氮沙濾中，兩屬存在的數目都低於總細胞0．1％ ，這間接證明了在脫氮過程中有兩屬的活性參與。
5．水污染物的類型及處理
5.1生活污水
生活污水是一大污染源。生活污水中含有大量的無機物，有機物。無機物如氯化物，硫酸鹽，磷酸鹽和鈉，鉀，鈣，鐵等碳酸鹽，有機物有纖維素，澱粉，脂肪，蛋白質和尿素等。排放入環境中促使浮游植物生長和大量繁殖，形成赤潮和水華。
生活污水的處理主要是其中有機物的分解，其主要方法有活性污泥法、生物膜法、AB法。
5.1.1活性污泥法
活性污泥法是以活性污泥為主體的廢水生物處理的主要方法。活性污泥法是向廢水中連續通入空氣，經一定時間後因好氧性微生物繁殖而形成的污泥狀絮凝物。其上棲息著以菌膠團為主的微生物群，具有很強的吸附與氧化有機物的能力。
5.1.2生物膜法
生物膜法是利用附著生長於某些固體物表面的微生物（即生物膜）進行有機污水處理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動物以及藻類等組成的生態系統，其附著的固體介質稱為濾料或載體。生物膜自濾料向外可分為慶氣層、好氣層、附著水層、運動水層。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附著水層有機物，由好氣層的好氣菌將其分解，再進入厭氣層進行厭氣分解，流動水層則將老化的生物膜沖掉以生長新的生物膜，如此往復以達到凈化污水的目的。生物膜法具有以下特點：（1）對水量、水質、水溫變動適應性強；（2）處理效果好並具良好硝化功能；（3）污泥量小（約為活性污泥法的3／4）且易於固液分離；（4）動力費用省。
5.1.3AB法
AB法工藝由德國B0HUKE教授首先開發。該工藝將曝氣池分為高低負荷兩段，各有獨立的沉澱和污泥迴流系統。高負荷段A段停留時間約20－40分鍾，以生物絮凝吸附作用為主，同時發生不完會氧化反應，生物主要為短世代的細菌群落，去除BOD達50％以上。B段與常規活性污泥相似，負荷較低，泥齡較長。
5.2工業廢水
工業廢水是水體污染的主要污染源。包括鋼鐵工業廢水，食品工業廢水，印刷廢水，化工廢水等。隨著工業化的發展，含有重金屬離子的廢水產生量越來越多。重金屬離子已成為最重要、最常見的污染物之一。由於重金屬在生物體內的富集、吸收與轉化，從而通過食物鏈危害人體健康。如致癌、致畸等，故而處理重金屬污染刻不容緩。
微生物處理技術在生活污水處理中的應用已經非常成熟並且全面普及，但是在工業污水的處理中還存在著一定的技術問題。相對於生活污水來說，工業污水的成份要復雜的多，大多數工業污水的COD值都相當高，可生化性差，這就給微生物處理帶來了相當大的難度，有些工業污水甚至還有很高的氨氮指標，增加了微生物處理的難度。但是微生物技術的許多優勢註定了它將是工業污水治理的一個方面，而且目前已經有很多行業的工業污水開始採用微生物處理技術並且得到了穩定的運行數據。
這里主要講述關於污水中重金屬的處理。目前可用的微生物法有生物吸附法、硫酸鹽還原菌凈化法和利用微生物的轉化作用去除重金屬。
5.2.1生物吸附法
生物吸附是利用生物量（如發酵工業的剩餘菌體）通過物理化學機制，將金屬吸附或通過細胞吸收並濃縮環境中的重金屬離子，由於重金屬具有毒性，如果濃度太高，活的微生物細胞就會被殺死。所以，必須控制控制被處理水的重金屬濃度。
例如陳小霞等人用小球藻富集鉻離子，研究表明小球藻富集鉻離子的機制主要表現是表面吸附和主動運輸。在生長期和穩定期小球藻富集的鉻以有機鉻存在，而在衰亡期，小球藻富集的鉻以無機鉻存在。
利用工業發酵後剩餘的芽孢桿菌菌體或酵母菌吸附重金屬，具體做法是首先用鹼處理菌體，以便增加其吸附重金屬的能力。然後通過化學交聯法固定這些細胞，固定化的芽孢桿菌對重金屬的吸附沒有選擇性（微生物在結合無機污染物上表現出選擇性，多於大多數合成的化學吸附劑，微生物對金屬的吸附和累積主要取決於不同配位體結合部位對對金屬的選擇性）。可以去除廢水中的Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 去除率可達99%。吸附在細胞上的重金屬可以用硫酸洗脫，然後用化學方法回收重金屬，經過鹼處理後的固定化細胞還可以重新用於吸附重金屬。
5.2.2硫酸鹽還原菌凈化法
脫硫弧菌屬硫酸鹽還原菌是厭氧化能細菌，它最大的特徵就是在無自由氧的條件下，在有機質存在時通過還原硫酸根變成硫化氫，從中獲得生長能量而大量繁殖;它繁殖的結果是使溶解度很大的硫酸鹽變成了極難溶解的硫化物或硫化氫。這類細菌分布廣泛，海洋、湖泊、河流及陸地上都能存在。在沒有自由氧而有硫酸鹽及有機物存在的地方它就能生長繁殖，其生長溫度為25~35攝氏度，PH值為6.2~7.5.該細菌的作用可將廢水中的硫酸根變成硫化氫，使廢水中濃度較高的重金屬Cu、Pb、Zn等轉變為硫化物而沉澱，從而使廢水中的重金屬離子得以去除。
5.2.3利用微生物的轉化作用去除重金屬
微生物可以通過氧化作用、還原作用、甲基化作用和去烷基化作用對重金屬和重金屬類化合物進行轉化。
細菌胞外的莢膜或粘膜層可產生多種胞外多聚體，胞外多聚體能夠吸附自然條件下或廢水處理設施中的重金屬。其主要成分是多糖、蛋白質和核酸。
真菌的細胞壁內含幾丁質，這和N----乙醯葡糖胺多聚體是一種有效的金屬於放射性核素結合的生物吸附劑。經過氫氧化物處理的各類真菌暴露出來的幾丁質、脫乙醯殼多糖和其他金屬結合的配位體，形成菌絲層，可以有效的去除廢水中的重金屬。
六價鉻具有強烈的毒性，其毒性是三價鉻的100倍，而且能在人體內沉澱。由於六價鉻很容易通過胞膜進入細胞，然後在細胞質、線粒體和細胞核中被還原為三價鉻，三價格在細胞內與蛋白質結合為穩定的物質並且和核酸相作用，而細胞外的三價鉻是不能參透細胞的，細菌利用細胞中的NADH作為還原劑，在厭氧或好氧的狀態下，將六價鉻還原為三價鉻。如陰溝腸桿菌能抗10000µmol/l鉻酸鹽，在厭氧的條件下能使六價鉻還原為三價鉻，三價鉻可以通過沉澱反應與水分離而被去除。
5.3農業廢水
它面廣而量大且分散。農田使用農葯，化學農葯主要是人工合成的生物外源性物質，很多農葯本身對人類及其他生物是有毒的，而且很多類型是不易生物降解的頑固性化合物。農葯殘留很難降解，人們在使用農葯防止病蟲草害的同時，也使糧食、蔬菜、瓜果等農葯殘留超標，污染嚴重，同時給非靶生物帶來傷害，每年造成的農葯中毒事件及職業性中毒病例不斷增加。同時，農葯廠排出的污水和施入農田的農葯等也對環境造成嚴重的污染，破壞了生態平衡，影響了農業的可持續發展，威脅著人類的身心健康。農葯不合理的大量使用給人類及生態環境造成了越來越嚴重的不良後果，農葯的污染問題已成為全球關注的熱點。因此，加強農葯的生物降解研究、解決農葯對環境及食物的污染問題，是人類當前迫切需要解決的課題之一。
5.3.1 農業生產上主要使用的農葯類型
當前農業上使用的主要有機化合物農葯如表1所示。其中，有些已經禁止使用，如六六六、滴滴涕等有機氯農葯，還有一些正在逐步停止使用，如有機磷類中的甲胺磷等。
表1 農業生產中常用農葯種類簡表

類 型 農 葯 品 種

有機磷：敵百蟲、甲胺磷、敵敵畏、乙醯甲胺磷、對硫磷、雙硫磷、樂果等

殺蟲劑 有機氮：西維因、速滅威、巴沙、殺蟲脒等
有機氯：六六六、滴滴涕、毒殺芬等

殺蟎劑 蟎凈、殺蟎特、三氯殺蟎碸、蟎卵酯、氯殺、敵蟎丹等

除草劑 2，4－D、敵稗、滅草靈、阿特拉津、草甘膦、毒草胺等

殺菌劑 甲基硫化砷、福美雙、滅菌丹、敵克松、克瘟散、稻瘟凈、多菌靈、葉枯凈等
生長調節劑 矮壯素、健壯素、增產靈、赤黴素、縮節胺等
人們發現，在自然生態系統中存在著大量的、代謝類型各異的、具有很強適應能力的和能利用各種人工合成有機農葯為碳源、氮源和能源生長的微生物，它們可以通過各種謝途徑把有機農葯完全礦化或降解成無毒的其他成分，為人類去除農葯污染和凈化生態環境提供必要的條件。
5.3.2 降解農葯的微生物類群
土壤中的微生物，包括細菌、真菌、放線菌和藻類等，它們中有一些具有農葯降解功能的種類。細菌由於其生化上的多種適應能力和容易誘發突變菌株，從而在農葯降解中佔有主要地位。一在土壤、污水及高溫堆肥體系中，對農葯分解起主要作用的是細菌類，這與農葯類型、微生物降解農葯的能力和環境條件等有關，如在高溫堆肥體系當中，由於高溫階段體系內部溫度較高（大於50 ℃），存活的主要是耐高溫細菌，而此階段也是農葯降解最快的時期。通過微生物的作用，把環境中的有機污染物轉化為CO2和H2O等無毒無害或毒性較小的其他物質。通過許多科研工作者的努力，已經分離得到了大量的可降解農葯的微生物（見表2）。不同的微生物類群降解農葯的機理、途徑和過程可能不同，下面簡要介紹一下農葯的微生物降解機理。
5.3.3 微生物降解農葯的機理
目前，對於微生物降解農葯的研究主要集中於細菌上，因此對於細菌代謝農葯的機理研究得比較清楚。
表2 常見農葯的降解微生物
農 葯 降 解 微 生 物
甲胺磷 芽孢桿菌、麴黴、青黴、假單胞桿菌、瓶型酵母
阿特拉津（AT） 煙麴黴、焦麴黴、葡枝根霉、串珠鐮刀菌、粉紅色鐮刀菌、尖孢鐮刀菌、斜卧鐮刀菌、微紫青黴、皺褶青黴、平滑青黴、白腐真菌、菌根真菌、假單胞菌、紅球菌、諾卡氏菌
幼脲3號 真菌
敵殺死 產鹼桿菌
2，4－D 假單胞菌、無色桿菌、節桿菌、棒狀桿菌、黃桿菌、生孢食纖維菌屬、鏈黴菌屬、麴黴菌、諾卡氏菌、
DDT 無色桿菌、氣桿菌、芽孢桿菌、梭狀芽孢桿菌、埃希氏菌、假單胞菌、變形桿菌、鏈球菌、無色桿菌、黃單胞菌、歐文氏菌、巴斯德梭菌、根癌土壤桿菌、產氣氣桿菌、鐮孢黴菌、諾卡氏菌、綠色木霉等
丙體六六六 白腐真菌、梭狀芽孢桿菌、埃希氏菌、大腸桿菌、生孢梭菌等
對硫磷 大腸桿菌、芽孢桿菌
七 氯 芽孢桿菌、鐮孢黴菌、小單孢菌、諾卡氏菌、麴黴菌、根黴菌、鏈球菌
敵百蟲 麴黴菌、鐮孢黴菌
敵敵畏 假單胞菌
狄氏劑 芽孢桿菌、假單胞菌
艾氏劑 鐮孢黴菌、青黴菌
樂 果 假單胞菌
2,4,5-T 無色桿菌、枝動桿菌
細菌降解農葯的本質是酶促反應，即化合物通過一定的方式進入細菌體內，然後在各種酶的作用下，經過一系列的生理生化反應，最終將農葯完全降解或分解成分子量較小的無毒或毒性較小的化合物的過程。如莠去津作為假單胞菌ADP菌株的唯一碳源，有3種酶參與了降解莠去津的前幾步反應。第一種酶是A tzA，催化莠去津水解脫氯的反應，得到無毒的羥基莠去津，此酶是莠去津生物降解的關鍵酶；第二種酶是A tzB，催化羥基莠去津脫氯氨基反應，產生N－異丙基氰尿醯胺；第三種酶是A tzC，催化N－異丙基氰尿醯胺生成氰尿酸和異丙胺。最終莠去津被降解為CO2和NH3。微生物所產生的酶系，有的是組成酶系，如門多薩假單胞菌DR－8對甲單脒農葯的降解代謝，產生的酶主要分布於細胞壁和細胞膜組分；有的是誘導酶系，如王永傑等得到的有機磷農葯廣譜活性降解菌所產生的降解酶等。由於降解酶往往比產生該類酶的微生物菌體更能忍受異常環境條件，酶的降解效率遠高於微生物本身，特別是對低濃度的農葯，人們想利用降解酶作為凈化農葯污染的有效手段。但是，降解酶在土壤中容易受非生物變性、土壤吸附等作用而失活，難以長時間保持降解活性，而且酶在土壤中的移動性差，這都限制了降解酶在實際中的應用。現在許多試驗已經證明，編碼合成這些酶系的基因多數在質粒上，如2，4－D的生物降解，即由質粒攜帶的基因所控制。通過質粒上的基因與染色體上的基因的共同作用，在微生物體內把農葯降解。因此，利用分子生物學技術，可以人工構建「工程菌」來更好地實現人類利用微生物降解農葯的願望。

3. 環境微生物學 簡述藍細菌和光合細菌產能代謝的區別

藍細菌 (Cyanobacteria)亦名藍藻或藍綠藻(blue-green algae)。它與高等綠色植物和高等藻類一樣，含有光合色素內容-葉綠素a，也進進產氧型光合作用60年代前作為藻類植物中的一群。應用現代技術研究表明，它的細胞核也沒有核膜，沒有有絲分裂器，細胞壁也與細菌相似，由多粘復合物(肽聚糖)構成，含二氨基庚二酸，革蘭氏染色陰性，所以現在趨向於將它們歸屬於原核微生物中。
藍細菌分布極廣，從熱帶到兩極，從海洋到高山，到處都有它們的蹤跡。土壤、岩石、以至在樹皮或其他物體上均能成片生長；許多藍細菌生長在池塘和湖泊中，並形成菌膠團浮於水面；有的在80℃以上的熱溫泉、含鹽多的湖泊或其他極端環境中，也是占優勢的或者是唯一行光合作用的生物。

4. 藍藻與藍細菌的區別

藍細菌和藍藻是同一概念，他們之間沒有區別。藍細菌亦名藍藻或藍綠藻。它與高等綠色植物和高等藻類一樣，含有光合色素-葉綠素a，也進進產氧型光合作用60年代前作為藻類植物中的一群。

應用現代技術研究表明，它的細胞核也沒有核膜，沒有有絲分裂器，細胞壁也與細菌相似，由多粘復合物(肽聚糖)構成，含二氨基庚二酸，革蘭氏染色陰性，所以現在趨向於將它們歸屬於原核微生物中。

藍細菌分布極廣，從熱帶到兩極，從海洋到高山，到處都有它們的蹤跡。土壤、岩石、以至在樹皮或其他物體上均能成片生長；許多藍細菌生長在池塘和湖泊中，並形成菌膠團浮於水面。

有的在80℃以上的熱溫泉、含鹽多的湖泊或其他極端環境中，也是占優勢的或者是唯一行光合作用的生物。

(4)藍細菌在污水處理中的應用擴展閱讀：

形態特徵

藍細菌的細胞一般比細菌大，通常直徑為3～10μm，最大的可達60μm，如巨顫藍細菌。根據細胞形態差異，藍細菌可分為單細胞和絲狀體兩大類。單細胞類群多呈球狀、橢圓狀和桿狀，單生或團聚體。

如粘桿藍細菌和皮果藍細菌等屬；絲狀體藍細菌是有許多細胞排列而成的群體，包括：有異形胞的（如魚腥藍細菌屬），無異形胞的（如顫藍細菌屬），有分支的（如費氏藍細菌屬）。

藍細菌的細胞構造與革蘭氏陰性細菌相似。細胞壁有內外兩層，外層為脂多糖層，內層為肽聚層。許多種能不斷地向細胞壁外分泌膠粘物質，將一群細胞或絲狀體結合在一起，形成粘質糖被或鞘。細胞膜單層，很少有間體。

大多數藍細菌無鞭毛，但可以「滑行」。藍細菌光合作用的部位稱為光合片層，數量很多，以平行或捲曲方式貼近地分布在細胞膜附近，其中含有葉綠素和藻膽素（一類輔助光合色素）。

藍細菌的細胞內含有糖原、聚磷酸鹽、以及藍細菌肽等貯藏物以及能固定的羧酶體，少數水生性種類中還有氣泡。

5. 藍細菌的繁殖方法

藍細菌通過無性方式繁殖。單細胞類群以裂殖方式繁殖，包括二分裂或多分裂。絲狀體類群可通過單平面或多平面的裂殖方式加長絲狀體，還常通過鏈絲段繁殖。少數類群以內孢子方式繁殖。在乾燥、低溫和長期黑暗等條件下，可形成休眠狀態的靜息孢子，當在適宜條件下可繼續生長。
藍細菌曾被稱為藍藻或藍綠藻，是一類分布很廣，含有葉綠素a，能夠在光合作用時釋放氧氣的原核微生物。藍細菌主要以二分裂或多分裂方式進行繁殖，少數藍細菌可形成孢子，孢子壁厚，能抵抗不良環境。由成串細胞連成絲狀的藍細菌，在細胞鏈斷裂時形成的片段，稱之為鏈絲段，具有繁殖功能。
藍細菌有廣泛的分布，從水生到陸生生態系統，從熱帶到南北極都有分布。它們已經被證實:可以通過氮氣的固定來提高稻田和其他土壤的肥力方面有重要作用。藍細菌是海洋生態系統的重要組成部分和海洋初級生產力的重要組成部分。
UV－B可以破壞藍細菌的運動性和趨光性，可以影響許多其他的生理和生化過程，這將導致生產力的降低，發芽和分化的破壞。光合色素會被UV－B漂白，光捕獲復合體的結構受到影響，這些都會損壞光合作用。
DNA和蛋白質的主要作用位點、氮代謝中的酶對於UV－B表現出不同的敏感性。UV對固氮酶和谷氨醯氨合成酶的活性產生抑制，但會提高硝酸還原酶的活性（當暴露在認為的UV－B下）。UV－B也會影響基本的光合作用的反應和二氧化碳的吸收。Synechococlus通過快速改變光合系統中酶的形式來抵抗UV。這種分子的可塑性在種群水平上來的抵抗UV－B是非常重要的，這使得光合系統對UV－B的敏感性每天都在改變。然而，光合作用可以被UV－A合藍光所激活。
藍細菌已經發展了對於UV－B的影響的對策。這包括：a、產生象MAAs類的光保護物質 b、通過遷移到避光的地帶來逃避UV c、產生猝滅物質如類胡蘿卜素和超氧化物d、修復機制象光活化和光獨立的DNA修復e、激活抗氧化酶。UV－B在許多藍細菌中誘導了MAAs的產生。在Anabaenasp中顯示只有在290nm的光可以誘導MAAs。除了光保護作用外，MAAs還具有調節滲透壓和抗凍作用。其他的UV－A激活物質也被發現。在藍細菌和藻類中的光保護物質已經建立了資料庫。
南極的藍細菌形成大的蒲狀菌落。UV－B對於Leptolyngbya的菌落具有很強的光化學抑製作用，但是不如對Phormidium的抑製作用大。後者包括了比前者多25倍的MAAs和2倍的類胡蘿卜素。Rai 和同事研究了UV－B和重金屬污染之間的關系對於氮固定的作用，並發現二者具有協同性。
圖為費氏藍細菌(Fischerella)
藍細菌在污水處理，水體自凈中起積極作用。在氮、磷豐富的水體中生長旺盛，可作為水體富營養化的指示生物。有某些屬種在富營養化的海灣和湖泊中引起海灣的赤潮和湖泊的水華。嚴重者引起水生動物大量死亡。

6. 藍細菌為什麼能生活在惡劣環境

這要從很多方來面說， 藍細自菌(Cyanobacteria)舊名藍藻或藍綠藻，是一類進化歷史悠久、革蘭氏染色陰性、無鞭毛、含葉綠素和藻藍素（但不形成葉綠體）、能進行產氧性光合作用的大型原核微生物。 藍細菌是古老的生物，在50億年前，地球本是無氧的環境，使地球由無氧環境轉化為有氧環境是由於藍細菌出現並產氧所致。人們從前寒武紀地殼中發現大量由藍細菌（如螺旋藻）生長形成的化石化的疊層岩（約30億年）中得到證實。 藍細菌在植物學和藻類學中被分類為藍藻門。由於它的細胞結構簡單，只具原始核，沒有核膜和核仁，只有擬核，具有葉綠素和藻藍素，沒有葉綠體。故將它隸屬於原核生物界的藍光合菌門，這一門的細菌叫藍細菌。它對於研究生物進化有重要意義。

7. 藍細菌有哪些應用

（你說的藍細菌是只指藍藻還是指藍藻門的所有物種？）
螺旋藻可以作為食品添加劑，藍藻可以作為肥料，各種藍藻門的藻類都可以生物固氮。

8. 藍細菌按其進化地位劃分，在微生物界中屬於哪一類型的生物體其細胞可特化成哪幾種類型各執行什麼功能

藍細菌 藍細菌(Cyanobacteria)
藍細菌(Cyanobacteria)舊名藍藻或藍綠藻，是一類進化歷史悠久、革蘭氏染色陰性、無鞭毛、含葉綠素和藻藍素（但不形成葉綠體）、能進行產氧性光合作用的大型原核微生物。
藍細菌是古老的生物，在50億年前，地球本是無氧的環境，使地球由無氧環境轉化為有氧環境是由於藍細菌出現並產氧所致。人們從前寒武紀地殼中發現大量由藍細菌（如螺旋藻）生長形成的化石化的疊層岩（約30億年）中得到證實。
藍細菌在植物學和藻類學中被分類為藍藻門。由於它的細胞結構簡單，只具原始核，沒有核膜和核仁，只有擬核，具有葉綠素和藻藍素，沒有葉綠體。故將它隸屬於原核生物界的藍光合菌門，這一門的細菌叫藍細菌。它對於研究生物進化有重要意義。
藍細菌分布極廣，普遍生長在淡水、海水和土壤中，並且在極端環境（如溫泉、鹽湖、貧瘠的土壤、岩石表面或風化殼中以及植物樹乾等）中也能生長，故有「先鋒生物」的美稱。許多藍細菌類群具有固氮能力。一些藍細菌還能與真菌、苔蕨類、蘇鐵科植物、珊瑚甚至一些無脊椎動物共生。（一）藍細菌的形態與構造
藍細菌的細胞一般比細菌大，通常直徑為3～10μm，最大的可達60μm，如巨顫藍細菌。根據細胞形態差異，藍細菌可分為單細胞和絲狀體兩大類。單細胞類群多呈球狀、橢圓狀和桿狀，單生或團聚體，如粘桿藍細菌和皮果藍細菌等屬；絲狀體藍細菌是有許多細胞排列而成的群體，包括；有異形胞的，如魚腥藍細菌屬；無異形胞的，如顫藍細菌屬；有分支的，如費氏藍細菌屬。
藍細菌的細胞構造與革蘭氏陰性細菌相似。細胞壁有內外兩層，外層為脂多糖層，內層為肽聚層。許多種能不斷地向細胞壁外分泌膠粘物質，將一群細胞或絲狀體結合在一起，形成粘質糖被或鞘。細胞膜單層，很少有間體。大多數藍細菌無鞭毛，但可以「滑行」。藍細菌光合作用的部位稱為類囊體，數量很多，以平行或捲曲方式貼近地分布在細胞膜附近，其中含有葉綠素和藻膽素（一類輔助光合色素）。藍細菌的細胞內含有糖原、聚磷酸鹽、以及藍細菌肽等貯藏物以及能固定的羧酶體，少數水生性種類中還有氣泡。
在化學組成上，藍細菌最獨特之處是含有兩個或多個雙鍵組成的不飽和脂肪酸，而細菌通常只含有飽和脂肪酸和一個雙鍵的不飽和脂肪酸。
藍細菌的細胞有幾種特化形式，較重要的是異形胞、靜息孢子、鏈絲段和內孢子。異形胞是存在於絲狀體藍細菌中的較營養細胞稍大，色淺、壁厚、位於細胞鏈中間或末端，且數目少而不定的細胞。異形胞是固氮藍細菌的固氮部位。營養細胞的光合產物與異形胞的固氮產物，可通過胞間連絲進行物質交換。靜息孢子是一種著生於絲狀體細胞鏈中間或末端的形大、色深、壁厚的休眠細胞，胞內有貯藏性物質，具有抗乾旱或冷凍的能力。鏈絲段又稱連鎖體或藻殖段，是長細胞斷裂而成的短鏈段，具有繁殖功能。內孢子是少數藍細菌種類在細胞內形成許多球形或三角形的內孢子，成熟後可釋放，具有繁殖功能。
（二）藍細菌的繁殖
藍細菌通過無性方式繁殖。單細胞類群以裂殖方式繁殖，包括二分裂或多分裂。絲狀體類群可通過單平面或多平面的裂殖方式加長絲狀體，還常通過鏈絲段繁殖。少數類群以內孢子方式繁殖。在乾燥、低溫和長期黑暗等條件下，可形成休眠狀態的靜息孢子，當在適宜條件下可繼續生長。
藍細菌曾被稱為藍藻或藍綠藻，是一類分布很廣，含有葉綠素a，能夠在光合作用時釋放氧氣的原核微生物。藍細菌主要以二分裂或多分裂方式進行繁殖，少數藍細菌可形成孢子，孢子壁厚，能抵抗不良環境。由成串細胞連成絲狀的藍細菌，在細胞鏈斷裂時形成的片段，稱之為鏈絲段，具有繁殖功能。
藍細菌有廣泛的分布，從水生到陸生生態系統，從熱帶到南北極都有分布。它們已經被證實:可以通過氮氣的固定來提高稻田和其他土壤的肥力方面有重要作用。藍細菌是海洋生態系統的重要組成部分和海洋初級生產力的重要組成部分。
UV－B可以破壞藍細菌的運動性和趨光性，可以影響許多其他的生理和生化過程，這將導致生產力的降低，發芽和分化的破壞。光合色素會被UV－B漂白，光捕獲復合體的結構受到影響，這些都會損壞光合作用。
DNA和蛋白質的主要作用位點、氮代謝中的酶對於UV－B表現出不同的敏感性。UV對固氮酶和谷氨醯氨合成酶的活性產生抑制，但會提高硝酸還原酶的活性（當暴露在認為的UV－B下）。UV－B也會影響基本的光合作用的反應和二氧化碳的吸收。Synechococlus通過快速改變光合系統中酶的形式來抵抗UV。這種分子的可塑性在種群水平上來的抵抗UV－B是非常重要的，這使得光合系統對UV－B的敏感性每天都在改變。然而，光合作用可以被UV－A合藍光所激活。
藍細菌已經發展了對於UV－B的影響的對策。這包括：a、產生象MAAs類的光保護物質 b、通過遷移到避光的地帶來逃避UV c、產生猝滅物質如類胡蘿卜素和超氧化物 d、修復機制象光活化和光獨立的DNA修復 e、激活抗氧化酶 。UV－B在許多藍細菌中誘導了MAAs的產生。在Anabaenasp中顯示只有在290nm的光可以誘導MAAs。除了光保護作用外，MAAs還具有調節滲透壓和抗凍作用。其他的UV－A激活物質也被發現。在藍細菌和藻類中的光保護物質已經建立了資料庫。
南極的藍細菌形成大的蒲狀菌落。UV－B對於Leptolyngbya的菌落具有很強的光化學抑製作用，但是不如對Phormidium的抑製作用大。後者包括了比前者多25倍的MAAs和2倍的類胡蘿卜素。Rai 和同事研究了UV－B和重金屬污染之間的關系對於氮固定的作用，並發現二者具有協同性。
圖為費氏藍細菌(Fischerella)
藍細菌在污水處理，水體自凈中起積極作用。在氮、磷豐富的水體中生長旺盛，可作為水體富營養化的指示生物。有某些屬種在富營養化的海灣和湖泊中引起海灣的赤潮和湖泊的水華。嚴重者引起水生動物大量死亡。
[編輯本段]分類
按藍細菌的形態和結構特徵，老的分為二綱：色球藻綱和藻殖段綱。
[編輯本段]常見的藍細菌及其對水體的影響
藍細菌與水體環境質量關系密切，在水體生長旺盛時，能使水色變藍或其他顏色，並且有的藍細菌能發出草腥味或霉味。湖波中常見的藍細菌有銅綠微囊藻、曲魚腥藻等。某些種屬的藍細菌大量繁殖會引起「水華」（淡水水體）或「赤潮」（海水），導致水質惡化，引起一系列環境問題。在污水中或潮濕的土地上常見的有灰顫藻或巨顫藻。藍細菌中的許多類群具有固定空氣中氮的能力，目前已發現的固氮藍細菌多達120多種。藍細菌能在固體表面形成「墊狀體」。一些藍細菌還能與真菌。苔蘚、蕨類和種子植物共生，如地衣是藍細菌與真菌的共生體。

9. 簡述藍細菌在生物進化史中的作用

藍藻的出現,在植復物進化史上是一個制巨大的飛躍.因為藍藻含有葉綠素,能製造養分和獨立進行繁殖.藍藻能夠攝取地球還原性大氣層中的二氧化碳,通過葉綠素進行光合作用,放出遊離氧,使大氣中的氧氣逐漸增加,有利於細菌生長.現在,我們生活的地球上,百花盛開,萬木爭榮,一片生機盎然的景象,這些都是由藍藻等藻類,經過幾億、幾十億年的進化,發展而來的.