环境微生物学 基础篇 原著第2版 英文PDF电子书下载

基础篇 3

第一部分 微生物的基本概念 3

第1章 环境微生物学绪论 3

1.1 引言 3

1.2 历史回顾 3

1.3 现代环境微生物学 6

1.4 本书的用途和结构 7

第2章 微生物类群 10

2.1 生物分类 10

2.2 真细菌 10

2.2.1 细胞膜 11

2.2.2 细胞质 14

2.2.3 多糖包被 16

2.2.4 细胞的附加物 16

2.2.5 内生孢子 16

2.2.6 信息传递 17

2.2.7 新陈代谢 18

2.3 古细菌 20

2.3.1 古细菌的生境 21

2.3.2 古细菌的功能 21

2.4 真菌 22

2.4.1 真菌结构 22

2.4.2 真菌的多样性 23

2.4.3 生态学重要性 24

2.5 黏液菌类 25

2.6 原生动物 25

2.6.1 原生动物的结构和功能 25

2.6.2 生理学和生态学上的重要性 26

2.7 藻类 26

2.7.1 藻类细胞的结构 27

2.7.2 生理学和生态学上的重要性 27

2.8 病毒 28

2.8.1 病毒的传染特性 29

2.8.2 原核病毒 30

2.8.3 真核病毒 32

2.9 其他生物实体 33

2.9.1 类病毒 33

2.9.2 朊病毒 33

参考文献 34

第3章 细菌的生长 38

3.1 细菌在烧瓶纯培养条件下的生长 38

3.1.1 延迟期 38

3.1.2 指数期 39

3.1.3 稳定期 40

3.1.4 衰亡期 41

3.1.5 底物浓度对生长的影响 42

3.2 连续培养 44

3.3 在环境中的生长 46

3.3.1 延迟期 47

3.3.2 指数期 47

3.3.3 稳定期和衰亡期 47

3.4 生长质量平衡 49

3.4.1 好氧条件 50

3.4.2 厌氧条件 52

思考题 53

参考文献与扩展阅读 54

第二部分 微生物的生长环境 57

第4章 陆地环境 57

4.1 陆地表层生存环境 57

4.2 陆地环境的物理化学特征 58

4.2.1 陆地环境 58

4.2.2 固相 59

4.2.3 液相 67

4.2.4 土壤环境 69

4.3 微生物生存的土壤环境 70

4.3.1 生物胁迫 70

4.3.2 非生物胁迫 70

4.4 表层土壤中的微生物 71

4.4.1 细菌 71

4.4.2 放线菌 71

4.4.3 真菌 73

4.4.4 藻类 74

4.4.5 原生动物 74

4.5 微生物在土壤中的分布 75

4.6 地下环境中的微生物 76

4.6.1 浅层地下环境的微生物 77

4.6.2 深层地下环境的微生物 77

思考题 81

参考文献与扩展阅读 81

第5章 大气微生物学 83

5.1 引言 83

5.2 重要的气传病原体 83

5.3 重要的气传毒素 84

5.4 气溶胶 85

5.5 生物气溶胶的性质 87

5.6 大气微生物学途径 87

5.6.1 发射 88

5.6.2 输送 88

5.6.3 沉降 89

5.7 微生物在空气中的生存条件 91

5.7.1 相对湿度 91

5.7.2 温度 92

5.7.3 辐射 92

5.7.4 氧气、开放空气因子和离子浓度 92

5.8 室外大气微生物 92

5.8.1 农业 92

5.8.2 废物处理 94

5.9 室内大气微生物 95

5.9.1 建筑物 95

5.9.2 公众健康 96

5.9.3 医院和实验室 96

5.10 生物气溶胶的控制 97

5.10.1 通风 97

5.10.2 过滤 97

5.10.3 生物杀虫剂的控制 97

5.10.4 隔离 98

5.11 实验室的生物研究安全性 98

5.11.1 生物安全性操作柜 98

5.11.2 生化安全实验室 100

思考题 101

参考文献与扩展阅读 101

第6章 水环境 103

6.1 引言 103

6.2 水生环境中的微生物生境 103

6.2.1 浮游生物环境 103

6.2.2 深海底微生物生境 105

6.2.3 微生物垫 107

6.2.4 生物膜 107

6.3 水生环境 110

6.3.1 淡水环境 110

6.3.2 淡水海水混合物环境 115

6.3.3 海水环境 115

6.3.4 地下水环境 117

6.4 新闻报道中的水生微生物 117

6.4.1 鸟枪法测序揭示Sargasso海的秘密 117

6.4.2 水生微生物：未来的食物 119

思考题 120

参考文献与扩展阅读 120

第7章 极端环境 124

7.1 低温环境 124

7.1.1 南极洲的麦克默多干谷 124

7.2 高温环境 126

7.2.1 地热温泉 126

7.3 干燥和紫外光照射环境 128

7.3.1 智利的阿塔卡马沙漠 128

7.4 化学自养环境 130

7.4.1 深海热液喷口 130

7.5 酸化环境 132

7.5.1 酸性矿井水 132

思考题 133

参考文献 134

第三部分 检测、计数和鉴定 137

第8章 样品的采集与处理 137

8.1 土壤和沉积物 137

8.1.1 表层土壤的采样策略及方法 138

8.1.2 深层取样策略及方法 139

8.1.3 样品的处理和保藏 141

8.2 水 144

8.2.1 水中取样策略及方法 144

8.2.2 用于分析病毒的水样处理 145

8.2.3 用于检测细菌的水样处理 147

8.2.4 获得寄生性原生动物的水样处理 148

8.3 空气 149

8.3.1 收集空气样品的取样装置 149

8.4 带菌杂物中微生物的检测 153

思考题 154

参考文献与扩展阅读 154

第9章 显微技术 157

9.1 显微镜的历史 157

9.2 显微技术原理 157

9.3 基本显微镜技术 159

9.3.1 光学显微镜的类别 159

9.3.2 显微观察的样品制备 162

9.4 荧光显微镜检技术 163

9.4.1 直接计数 164

9.4.2 免疫荧光标记技术 165

9.4.3 荧光原位杂交技术 165

9.4.4 共焦激光扫描镜检技术 167

9.4.5 流式细胞技术 167

9.5 电子显微镜检技术 167

9.5.1 扫描电子显微镜检技术 167

9.5.2 透射电子显微镜检技术 169

9.5.3 元素分析 170

9.6 扫描探针显微镜检技术 171

9.6.1 原子力显微镜检技术 171

9.7 成像 171

思考题 171

参考文献 172

第10章 培养方法 173

10.1 用于计数和分离的细菌培养方法 173

10.1.1 计数与分离技术 173

10.1.2 平板培养方法 174

10.1.3 最大可能计数技术 175

10.2 细菌培养基 176

10.2.1 培养细菌的一般培养基 176

10.2.2 增强土壤细菌培养的新方法 183

10.3 真菌的培养方法 184

10.4 藻类和蓝藻细菌的培养方法 185

10.5 基于细胞培养的病毒检测 186

思考题 188

参考文献与扩展阅读 188

第11章 生理学方法 191

11.1 引言 191

11.2 纯培养条件下微生物活性测定 192

11.2.1 基质的消耗 192

11.2.2 最终电子受体 195

11.2.3 细胞量 196

11.2.4 CO2的释放量 197

11.3 选择适合于检测环境中微生物活性的方法 198

11.4 碳呼吸代谢 198

11.4.1 实验室研究及环境中呼吸作用气体——CO2与O2的测定 199

11.4.2 呼吸测定法在环境微生物学中的应用 202

11.4.3 确定异养潜能的示踪研究 207

11.4.4 作为微生物活动指示剂的厌氧呼吸 209

11.5 细胞大分子中放射性标记示踪物的掺入 209

11.5.1 胸腺嘧啶脱氧核苷掺入DNA 210

11.5.2 亮氨酸掺入蛋白质 210

11.6 腺苷酸能荷 211

11.7 酶试验 212

11.7.1 脱氢酶试验 212

11.8 稳定同位素探测技术 215

11.9 基于功能基因组学和蛋白质组学的技术 215

11.9.1 功能基因组学 215

11.9.2 蛋白质组学 217

思考题 219

参考文献与扩展阅读 221

第12章 免疫学方法 225

12.1 引言 225

12.2 什么是抗体？ 226

12.2.1 抗体的多样性 227

12.2.2 抗体的特异性 227

12.2.3 抗体的亲和性 227

12.2.4 多克隆抗体和单克隆抗体 228

12.2.5 抗球蛋白 228

12.3 免疫分析法 230

12.3.1 荧光免疫标记法 232

12.3.2 酶联免疫吸附分析法 233

12.3.3 竞争性酶联免疫吸附法 234

12.3.4 免疫磁性分离分析法 235

12.3.5 Western免疫印迹分析法 236

12.3.6 免疫亲和层析分析法 237

12.3.7 免疫细胞化学分析法 238

12.3.8 免疫沉淀分析法 239

思考题 240

参考文献与扩展阅读 241

第13章 建立在核酸基础上的分析方法 243

13.1 核酸的结构 243

13.2 从环境中获得微生物核酸 245

13.2.1 从环境样品中提取DNA 245

13.3 基因探针和探查 246

13.3.1 菌落杂交与提升 248

13.3.2 Southern杂交与Northern杂交 248

13.3.3 荧光原位杂交 251

13.3.4 微阵列 251

13.3.5 亲缘阵列 254

13.4 聚合酶链式反应 254

13.4.1 PCR操作步骤 254

13.4.2 引物的设计 258

13.4.3 特异基因和通用基因的PCR检测 258

13.4.4 反转录PCR（RT-PCR） 259

13.4.5 ICC-PCR 260

13.4.6 半套式、嵌套式和多重PCR 261

13.4.7 PCR指纹图谱 263

13.4.8 荧光定量PCR 263

13.4.9 PCR技术的优缺点 266

13.5 DNA的重组技术 266

13.5.1 克隆 266

13.5.2 环境基因组研究 268

13.5.3 测序分析 270

13.5.4 比较基因组学 270

13.6 限制性片段长度多态性分析（RFLP） 271

13.6.1 理论与概念 271

13.6.2 整个基因组的RFLP分析 271

13.6.3 PCR序列的RFLP分析 272

13.6.4 荧光片段长度多态性分析技术 272

13.6.5 脉冲电场凝胶电泳 274

13.6.6 RFLP和PFGE的优缺点 275

13.7 变性和温度梯度凝胶电泳（DGGE和TGGE） 275

13.7.1 理论与概念 275

13.7.2 DGGE和TGGE的优缺点 276

13.8 质粒分析 277

13.8.1 理论与概念 277

13.8.2 质粒分析的优缺点 277

13.9 报告基因 277

13.9.1 理论与概念 277

13.9.2 特殊报告基因系统 278

13.9.3 报告基因的优缺点 280

思考题 281

参考文献与扩展阅读 281

拓展篇 287

第四部分 微生物的信息传递，活动，以及与环境和营养循环的相互作用 287

第14章 生物地球化学循环 287

14.1 引言 287

14.1.1 生物地球化学循环 287

14.1.2 盖亚假说 287

14.2 碳循环 289

14.2.1 碳库 289

14.2.2 碳的固定与能量流动 290

14.2.3 碳的呼吸 290

14.3 氮素循环 299

14.3.1 氮库 300

14.3.2 固氮作用 300

14.3.3 铵同化（固定）和氨化（矿化） 302

14.3.4 硝化作用 305

14.3.5 硝酸盐还原 306

14.4 硫素循环 309

14.4.1 硫库 310

14.4.2 同化硫酸盐还原和硫素矿化 311

14.4.3 硫素氧化 311

14.4.4 硫素还原 313

14.5 离子循环 314

14.5.1 离子库 314

14.5.2 土壤和沉积物中的离子 314

14.5.3 海洋环境中的离子 315

14.5.4 离子的氧化 316

14.5.5 离子的还原 317

思考题 317

参考文献与扩展阅读 318

第15章 户外生物地球化学循环的结果 319

15.1 引言 319

15.2 微生物参与的腐蚀作用 320

15.2.1 金属腐蚀 320

15.2.2 微生物诱导的混凝土腐蚀 322

15.3 酸性矿物排水和金属的回收 323

15.3.1 酸性矿物排水 323

15.3.2 金属回收 325

15.3.3 煤炭脱硫 326

15.4 金属/非金属的生物甲基化 326

15.5 氮氧化合物与地球大气环境 327

15.6 地下水的硝酸盐污染 329

15.7 堆肥 330

思考题 332

参考文献与扩展阅读 332

第16章 微生物的信息传递：细菌—细菌，细菌—宿主 335

16.1 引言 335

16.2 革兰氏阴性菌通过群体感应传递信息 336

16.2.1 N-酰基高丝氨酸内酯（AHLs） 336

16.2.2 根癌土壤杆菌，一种普遍存在的植物病原体的群体感应 337

16.2.3 群体感应和交叉干扰 339

16.3 革兰氏阳性菌间的信号转导 340

16.3.1 γ-丁酸内酯 341

16.3.2 信号肽转导 341

16.4 其他类型的信号转导 342

16.4.1 自诱导因子-2/-3 342

16.4.2 群落信息窃听者 342

16.4.3 细菌信息交流的干涉 343

16.4.4 跨界群从的信息交流 344

16.4.5 宿主和细菌间的信息交流 345

16.5 总结及核心概念 345

思考题 345

参考文献与扩展阅读 345

第17章 自然生态系统中的细菌群落 347

17.1 细菌的群落 347

17.2 自然系统中细菌的多样性 348

17.2.1 什么是物种？ 348

17.2.2 土壤中细菌的多样性 348

17.2.3 海洋环境中细菌的多样性 349

17.3 细菌群落的功能多样性和恶劣环境的耐受能力 350

17.3.1 土壤细菌群落 350

17.3.2 土壤-植物-微生物间的相互作用 351

17.4 微生物多样性和自然产物 353

思考题 355

参考文献与扩展阅读 355

第18章 全球环境变化与微生物导致的传染病 357

18.1 环境中的人类病原微生物 357

18.1.1 土壤来源的土著病原菌 359

18.1.2 水基和空气传播的人类病原微生物 360

18.2 暴露途径 360

18.2.1 我们呼吸的是什么？ 360

18.2.2 我们吃的是什么？ 360

18.2.3 我们喝的是什么？ 361

18.3 环境变化和致病微生物 362

18.3.1 全球气候的变化和病原微生物 362

18.3.2 城市化和森林的滥伐 363

思考题 363

参考文献与扩展阅读 363

第19章 微生物的传播 365

19.1 微生物传播的影响因素 365

19.1.1 微生物的过滤 366

19.1.2 生理状态 366

19.1.3 微生物的黏附-细胞表面性质的影响 367

19.1.4 pH对微生物传播的影响 371

19.1.5 离子强度对微生物传播的影响 371

19.1.6 细胞附属物 372

19.1.7 水文地质因素 373

19.1.8 被引入微生物的持久性和活性 375

19.2 DNA传播的影响因素 375

19.3 新方法促进微生物的传播 376

19.3.1 超微细菌 376

19.3.2 表面活性剂 376

19.3.3 基因传递 377

19.4 微生物传播研究 377

19.4.1 柱反应器研究 377

19.4.2 现场研究 378

19.4.3 示踪剂 379

19.5 微生物传播的模型 380

19.5.1 对流扩散模型 380

19.5.2 过滤模型 381

思考题 381

参考文献与扩展阅读 382

第五部分 有机污染物与金属污染物的治理 387

第20章 微生物与有机污染物 387

20.1 引言 387

20.2 环境法律 388

20.3 生物降解的全过程 390

20.4 污染物结构、毒性和生物可降解性之间的关系 393

20.4.1 遗传潜能 393

20.4.2 毒性 394

20.4.3 生物可利用性 394

20.4.4 污染物结构 396

20.5 影响生物降解的环境因素 397

20.5.1 氧化还原条件 397

20.5.2 有机物质含量 398

20.5.3 氮 398

20.5.4 其他环境因素 398

20.6 有机污染物的生物降解 399

20.6.1 污染物的来源及类型 399

20.6.2 烷烃 402

20.7 生物修复 414

20.7.1 氧气及其他气体的加入 416

20.7.2 营养物质的添加 417

20.7.3 依次厌氧—好氧降解 418

20.7.4 表面活性剂的添加 418

20.7.5 微生物或DNA的加入 418

思考题 419

参考文献与扩展阅读 419

第21章 微生物与金属污染物 421

21.1 环境中的金属物质 421

21.2 引起关注的原因 422

21.3 金属元素的定义 422

21.3.1 必需的金属元素 423

21.3.2 有毒的金属元素 423

21.3.3 无毒的金属元素和非必需的金属元素 423

21.4 金属的来源 424

21.4.1 人体来源 424

21.4.2 自然界来源 424

21.5 金属溶解性，生物可利用性以及分类 425

21.5.1 金属化学 426

21.5.2 阳离子交换能力 427

21.5.3 氧化还原势 427

21.5.4 pH值 427

21.6 金属对微生物细胞的毒害作用 427

21.7 微生物抗金属性和解毒作用的机理 429

21.7.1 抗金属性的一般机理 430

21.7.2 依赖金属的抵抗机制 430

21.8 金属-微生物相互作用的研究方法 432

21.8.1 培养基 432

21.8.2 金属总量/可溶性/生物可降解性的测定 433

21.9 重金属的微生物生物转化 434

21.9.1 氧化还原 434

21.9.2 甲基化作用 435

21.10 重金属污染的物理化学修复 435

21.11 土壤和沉积物中重金属污染的微生物修复方法 437

21.12 水生系统中重金属污染的微生物修复方法 438

思考题 439

参考文献与扩展阅读 440

第六部分 水源性和食源性病原菌 445

第22章 环境传播的病原菌 445

22.1 环境传播的病原菌 445

22.2 细菌 447

22.2.1 沙门氏菌 447

22.2.2 大肠杆菌和志贺氏菌属 448

22.2.3 结肠弯曲菌 449

22.2.4 耶尔森氏菌属 450

22.2.5 弧菌 451

22.2.6 幽门螺杆菌 452

22.2.7 军团菌 453

22.2.8 条件性病原微生物 454

22.2.9 蓝绿藻 455

22.3 寄生虫学 457

22.3.1 原生生物 458

22.3.2 线虫 465

22.3.3 绦虫（牛带绦虫） 467

22.3.4 吸虫（曼森氏血吸虫） 467

22.4 病毒 469

22.4.1 肠道病毒 469

22.4.2 呼吸道病毒 475

22.5 在环境中病原体的传播和命运 479

思考题 480

参考文献与扩展阅读 481

第23章 指示微生物 485

23.1 指示剂微生物的概念 485

23.2 大肠菌属总数 486

23.2.1 最大或然数（MPN）试验 487

23.2.2 薄膜过滤（MF）试验 487

23.2.3 存在与否（P-A）试验 487

23.3 粪大肠菌和大肠杆菌 490

23.4 粪链球菌属 490

23.5 产气荚膜梭状菌 491

23.6 异养型菌的平板计数 491

23.7 噬菌体 492

23.8 其他潜在的指示微生物 493

23.9 指示微生物的判断标准 494

23.10 微生物源示踪 496

思考题 498

参考文献与扩展阅读 498

第七部分 废水处理与消毒 503

第24章 废水处理和生物固体的再利用 503

24.1 废水（污水）的性质 503

24.2 现代的废水处理 506

24.2.1 初级处理 506

24.2.2 二级处理 506

24.2.3 三级处理 511

24.2.4 污水处理工艺对病原菌的去除 511

24.2.5 污水处理工艺对有机/无机污染物的去除 513

24.3 氧化池 513

24.4 化粪池 515

24.5 废水的土地利用 516

24.6 湿地和水产养殖系统 518

24.7 污泥处理 521

24.7.1 稳定技术 521

24.7.2 污泥处理生产A级生物固体 522

24.8 生物固体和动物粪便的土地利用：历史观点与当前展望 523

24.8.1 A/B级生物固体 523

24.9 生物固体土地利用的方法 524

24.10 B级生物固体中病原菌的含量 524

24.10.1 其他生物学方面的关注 525

24.10.2 生物固体中病原菌的风险 527

24.11 动物粪便中的病原菌 528

思考题 528

参考文献与扩展阅读 529

第25章 饮用水的处理 531

25.1 水处理工序 531

25.2 水处理的要求 533

25.3 水的分配系统 534

22.4 在分配系统中有机碳和微生物的生长 536

思考题 538

参考文献与扩展阅读 538

第26章 消毒 540

26.1 热破坏 540

26.2 消毒动力学 541

26.3 影响消毒的因素 542

26.4 卤素消毒剂 545

26.4.1 氯消毒剂 545

26.4.2 氯胺消毒剂 545

26.4.3 二氧化氯 546

26.4.4 溴和碘 546

26.5 臭氧 547

26.6 重金属离子 547

26.7 紫外线消毒 548

26.8 光灭活作用 550

26.9 y-射线和高能射线 550

思考题 551

参考文献与扩展阅读 551

第八部分 城市微生物 555

第27章 室内微生物 555

27.1 病原菌的来源 555

27.1.1 空气 555

27.1.2 食物 556

27.1.3 水 556

27.2 污染物：在疾病传播中的作用 558

27.2.1 污染物中病原菌的发生 559

27.2.2 污染物中病原菌的持久性 559

27.2.3 病原菌的传播 559

思考题 562

参考文献与扩展阅读 562

第28章 微生物与生物恐怖主义 566

28.1 生物制剂被用作生物恐怖主义武器的忧虑 566

28.2 生物恐怖主义与饮用水 568

28.2.1 水分配系统中的实时监测 568

28.2.2 实时监控 569

28.2.3 污染物传送机制与水质模型 569

28.3 生物恐怖主义与农业 571

28.3.1 气生微生物制剂造成的污染物 571

28.3.2 口蹄疫 574

28.4 污染物的传播机制 574

参考文献与扩展阅读 574

第29章 风险评估&Charles P.Gerba 575

29.1 风险评估的概念 575

29.2 风险评估的组成元素 575

29.3 风险评价的过程 577

24.3.1 危险性鉴定 577

24.3.2 暴露评价 578

24.3.3 剂量响应评价 579

24.3.4 风险特征 580

29.4 微生物风险评价 581

思考题 586

参考文献与扩展阅读 587

索引 589