微生物研究十篇

微生物研究篇1

关键词：微生物肥料；粮食的可持续发展；农业发展

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.11.236

微生物肥料的施放能促M土壤中的有益微生物的生长增殖，从而有益微生物将土壤中氮、磷、钾等更多的分解，促进植物的生长发育。微生物肥料的发现其实有100多年的历史，1890年科学家维诺格拉得斯基分离硝化细菌的纯培养，以及1896年商品根瘤菌菌剂开始获得销售专利 [1]。我国微生物肥料最早研究开始于20世纪40年代，当时主要研究应用的是根瘤菌试剂。50年代早期我国研究了根瘤菌在内的固氮菌、硅酸盐细菌等细菌肥料。60年代推出了“5406”放线菌抗生菌肥料。70-80年代中期则研究土壤真菌制成的泡囊―丛枝菌根（AM菌根） [2]。从以上看得出来微生物肥料的研制有着间隔的研究，这是由于微生物肥料的安全性、统一性、质量性以及销售性都得不到保障。

到了90年代特别是21世纪以来，由于化肥的使用过于频繁，使得土壤结构造成破坏，影响了农作物的可持续发展，以及化肥的流失造成的水质污染以及大气污染，从而引起了世界的关注。科学家们急需找到其他肥料来替代化肥，从而把目光转向了微生物肥料。这样，引起了研究微生物肥料的热潮。中国科学家们也开始着手研究微生物肥料，科学家们根据先辈科学家们的研究，先后研究出了固氮菌肥、硅酸盐菌剂、光合细菌菌剂以及PGPR制剂等试剂[3]，这些试剂减少了化肥的使用，减少了环境的污染以及有效的解决了食品安全的问题，所以在农业的发展当中，微生物肥料越发的重要，值得我们去研究发现新的产品。

1 微生物肥料的作用

1.1 对病原菌的抑制以及环境的影响

微生物肥料不但能有着增殖微生物的作用，还能有效的抑制病原微生物增殖，原因在于微生物的增长会形成一个优势种群，对于病原微生物的增长有着限制作用，这称之为微生物之间的拮抗作用。微生物肥料种类繁多，有着解磷、解钾、以及固氮的作用。它能将土壤中的肥料利用率提高10%～30%，城市淤泥、粉煤灰、家禽粪便等有机肥料均可有效利用，这样一方面减少环境的污染，还可缓解一定的能源危机，据统计[4]，微生物肥料每年能消耗禽畜5万吨、处理厂污泥1.6万吨、以及粉煤灰1万吨。

1.2 对土壤有着改良作用

土壤团粒结构是土壤肥力的重要指标，土壤团粒的破坏会使土壤的保水以及通透力下降。过量的氮、磷、钾等正是使土壤板结的主因，而微生物肥料正是解决土壤板结的有效办法。微生物肥料能使土壤中的微生物增加，而微生物分泌物能将难溶的磷酸盐、磷以及钾等微量元素释放出来，有效的解决了土壤板结的问题[5]。

2 微生物肥料的种类

目前我国的微生物肥料主要分为三类，分别是生物有机肥、微生物菌剂、复合微生物肥料。生物有机肥通常是指特定功能的微生物与有机固体废物（包括畜禽粪便、秸秆、有机垃圾等）经无害化处理、除臭、腐熟后复合而成的兼具微生物肥料以及有机物效应的化肥。微生物本身不含有营养物质，它是增加微生物的数量以及活性作用于土壤，分解出农作物所需要的营养物质，通常的农业微生物菌剂包括根瘤菌剂、固氮菌剂、解磷菌剂、解钾菌剂等肥料。复合微生物肥料是指特定的微生物与营养物质复合而成，具有有益微生物和农作物所需的营养物质，具有速效性、缓效性。PGPR类制剂就是当今主要的生产的微生物肥料常用的这是未来市场主要发展的潜力微生物肥料[6]。

2.1 根瘤菌肥料

根瘤菌肥料是推广最早的，效果显著的一种高效的菌肥。它提高土壤中的氮素含量，确保豆科植物生长良好，增加豆科植物的产量。目前生产的主要根瘤菌剂主要有花生根菌剂，大豆根菌剂等。有于它里面含有大量的根瘤菌，人们称它为活肥料[7]。目前由于工业化生产根瘤菌肥料较为复杂，投资高，工业生产的根瘤菌肥料并没有普及，所以制作这种肥料通常采用简单易行的干馏法和鲜瘤法。

2.2 解磷菌肥料

解磷菌肥料是增加土壤中的解磷微生物，将土壤中的不能被作物利用的有机磷和无机磷分解成能被作物利用的磷素，促进粮食增产的菌肥。按照其对磷种类的转化分为两类[8]，一类为微生物产生的酸将不溶性的磷矿物溶解成为可溶性的磷酸盐，称之为无机磷细菌，如氧化硫硫杆菌。还有一类是将土壤中的难溶性的磷素以及有机磷酸盐矿化，形成植物能够吸收的磷元素，如巨大芽孢杆菌。施用磷细菌肥料能增加作物的产量，提高土壤中的有效磷含量像解钾菌肥料也是和解磷菌肥料一样的原理。

2.3 PGPR类制剂

PGPR类制剂是一种复合微生物肥料。所谓的PGPR（plant growth-promoting rhizobacteria）：是一群定居于植物根际的细菌，当接种于植物种子、根系、块根、根茎或土壤时，能够促进植物的生长繁殖。PGPR类制剂对植物有着直接促生机理的效果，它能够为植物提供营养物质，比如生物固氮作物、提高根系养分的利用性、增强其他有益的共生作用以及复合促进作用，很多种的PGPR能够促进植物根的生长、增长根的长度以及根毛数、根质量以及表面积等[9]。光合细菌肥料是能将光能转化成为微生物代谢活动能量的原核微生物，为植物根系分泌出氨基酸和核酸，提高植物的抗病作用，还有抗生菌肥料，就是平常我们所说的“5406”抗生菌，菌种通常是放线菌，对农作物无毒无害，也有着抗病的作用。

3 微生物肥料所存在的问题

3.1 基础研究落后于生产实践

微生物应用生产已经有了十几年的时间了，但是还有着一些技术问题没有得到解决，有许多不明白的地方。还有对微生物肥料的研究也是过于单一。比如像许多研究仅仅停留在菌株分离、大田试验以及增长原因分析方面，对于像影响肥料肥效的制约因子、微生物的自身突变性以及微生物本身的生物学特性、作用机制等都缺乏相应的深入研究[10]。而且现在的微生物肥料的研究存在严重偏向性。例如对根瘤菌的固氮作用研究较多，某些方面都已经达到了分子水平，但是对于解磷、解钾等细菌缺乏深入的研究，造成的是微生物肥料的种类单一，无法解决多种问题。

3.2 产品性能差

微生物肥料有着巨大的市场潜能，很多企业看到其利润和以及商业价值就赶紧投入这种行业。殊不知微生物肥料的生产技术要求的是非常专业的技术和设备。一些企业设备落后，工艺不完善，导致产品中杂菌较多或者菌株完全检测不到[11]，甚至产生出有害的菌株，为农业粮食带来巨大的损失。自己企业亏损还不算，还让农民们对这一产品失去信心，这对未来发展微生物肥料带来巨大的阻碍。

3.3 微生物肥料的宣传力度不够

很多农民对于微生物的了解不够，有的密封不严导致杂菌进入；有的没有放在阴凉处保存，在阳光下暴晒，有的甚至和杀菌农药一起使用，使得肥料中的微生物减少甚至杀光。这些都是各个部门对于它的宣传力度不够或者没有达到详细且正确引导，再加上以上所说的企业的问题，导致自身的粮食有损失，使得农民不再轻易相信微生物肥料，影响其声誉。以上问题都影响着微生物肥料的开发与推广。

4 微生物肥料的发展对策

虽然微生物有着这样那样的问题来制约它的发展，但是作为未来的巨大潜力股，我们要做的不是逃避它，而是迎难而上，解决问题，为今后的农业发展带来新的繁荣。对于微生物的发展前景我带来三点建议。首先加强理论以及应用基础研究的应用，应该创新性的解决微生物肥料所面临的问题，对于它的研究我们应该展开多方面进行研究[12]，而不是仅仅研究个别菌株；其次企业要完善生产菌株的设备，做到严谨且一丝不苟，政府部门应加大这方面的监督，完善生产工艺。对于企业生产出无效或是有害于农田的微生物肥料进行严惩；最后，做好微生物肥料的普及以及技术推广工作，对于农户要有一定的培训，让其施肥掌握要领，做好保存好微生物肥料的工作。

5 微生物肥料未来的发展前景

中国是一个农业大国，在微生物肥料如此具有潜力的发展前景下，我们没有理由不好好创新发展好微生物肥料。随着世界人口的增加，微生物的发展研究愈发的重要。何况环境的问题也在日益的严重，化肥的过量使用不但使得水质污染、环境污染等，它还会有严重的土地污染，使得土壤板结，使得我们耕种的土地越来越少，这就影响粮食的可持续发展[13]。所以发展微生物肥料，促进现代化农业的进程，其市场在未来将无比的广阔，让我们今后多研究出新的微生物肥料产品，为中国的农业发展做出贡献。

参考文献：

[1]赵秉强，张福锁，廖宗文等.我国新型肥料发展战略研究[J]. 植物营养与肥料学报，2004，10（05）：536-545.

[2]王粉莲，苏利民，王萍等.生物肥料在国内外的研究进展[J].内蒙古农业科技，2010（06）：74-75.

[3]占新华，蒋延惠，徐阳春等.微生物制剂促进植物生长机理的研究进展.植物营养与肥料学报，1999，05（02）：97-105.

[4]夏铁骑.微生物肥料的研究与评价.濮阳职业技术学院学报， 2007，20（3）：20-23.

[5]朱英，朱国胜，刘作易等.微生物肥料的研究进展.贵州农业科学， 2005，33（增刊）：89-91.

[6]冯欣，刁治民，曹玲珍等.PGPR作为微生物肥料的研究进展[J]. 安徽农学通报，2005，11（06）：85-87.

[7]Marra LM，Sousa C R F，Oliveira S M， et al.Biological nitrogenfixation and phosphate solu-bilization by bacteria isolated fromtropical soils[J].Plant Soil，2012（357）：289-307.

[8]R春浩.解磷微生物及其应用研究综述[J].安徽农学通报， 2007，13（04）：34-36.

[9]黄鑫.微生物肥料应用现状分析[J].华章，2011（12）：310.

[10]蒋宝贵，赵斌.解磷解钾自生固氮菌的分离筛选及鉴定[J].华中农业大学学报，2005，24（01）：43-48.

[11]唐欣的，张明，于连海等.微生物肥料及其应用推广分析[J]. 现代农业科技，2010（17）：288-291.

微生物研究篇2

关键词 微生物脱支酶；普鲁兰酶；异普鲁兰酶；异淀粉酶；新普鲁兰酶

中图分类号 Q814 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2011）13-0041-04

1928年，日本某酒厂的研究人员Nishimura[1]报导利用酵母自溶产物中的酶来液化淀粉，这种酶可以促进经过淀粉酶处理的淀粉糖化，并建议将此酶命名为支链淀粉酶（Amylopecti- nase）[1]。在继续的研究中，他用从酵母中提取的酶处理糯米淀粉液，随着保温时间的延长，碘显色反应由红色变为紫色，而其沉淀物则为蓝-紫色，他认为这是一种“合成”淀粉的酶，因而命名为淀粉合成酶（Amylosynthease）[2]。Minagawa继续上述研究，从微生物到高等植物，试验内容比较广泛，但没有取得实质性的进展[3-4]。

经过大约15年，东京大学农化系的Maruo等[5-8]对上述酵母产生的所谓“淀粉合成酶”产生怀疑，又对其进行了系统的研究：包括采用粘度法或渗透压法分别测定糯米淀粉和酶反应后形成产物的平均分子量、碘的显色反应、被β-淀粉酶转化的限度以及丁醇沉淀等试验。最后得出结论：糯米的支链淀粉由于酶的作用生成了分子量较小的直链淀粉，所以在碘显色反应等方面发生了变化，这种酶作用于支链淀粉型多糖的α-1，6-糖苷键，是一种特殊类型的淀粉酶，则建议命名为“异淀粉酶”（Isoamylase），以取代原来易引起人们误解的“淀粉合成酶”。该文主要讨论微生物来源的脱支酶（Debranching enzymes），也部分涉及到植物来源的脱支酶。

1 微生物来源的脱支酶[9]

1.1 普鲁兰酶（Pullulanase，EC3.2.1.41）

系统名为普鲁兰6-葡聚糖水解酶（Pullulan 6-gluca-nohydrolase），亦称茁霉多糖酶、支链淀粉酶、淀粉-1，6-葡萄糖苷酶（Amylo-1，6-glucosidase），也有误称极限糊精酶（Limit dextrinase）。其专一地水解普鲁兰糖的α-1，6-糖苷键，生成麦芽三糖。不同菌种来源的酶其专一性略有差异，产气杆菌（Aerobacter aerogenes，现归类于克雷伯氏菌属Klebsiella）产生的酶能使支链淀粉和它的β-极限糊精去分支，对天然糖元没有活性；而蜡状芽孢杆菌蕈状变种（Bacillus cereus var.mycoides）产生的酶，对支链淀粉几乎没有活性，却能作用于它的β-极限糊精。

1.2 异普鲁兰酶（Isopullulanase，EC3.2.1.57）

系统名为普鲁兰4-葡聚糖水解酶（Pullulan 4-glucanohy-drolase），亦称异茁霉多糖酶，异支链淀粉酶。其催化普鲁兰水解，产生异潘糖（isopanose，6-α-maltosylglucose）；也能以潘糖（panose，4-α-isomaltosylglucose）为底物，酶解产物为异麦芽糖和D-葡萄糖；但对淀粉的作用较弱。

1.3 异淀粉酶（Isoamylase，EC3.2.1.68）

系统名为糖元6-葡聚糖水解酶（Glycogen 6-glucanohy-drolase）。其水解糖元、支链淀粉及其β-极限糊精的α-（1，6）-D-葡糖苷键，但不能作用于普鲁兰糖，仅能水解分支点的1，6键。该酶对糖元的作用是完全的，可完全脱支；但只能有限度地作用于α-极限糊精，即仅能使某些α-极限糊精脱支。

1.4 新普鲁兰酶（Neopullulanase，EC3.2.1.135）

新普鲁兰酶亦称新茁霉多糖酶。其水解普鲁兰糖主要产生潘糖，该酶通过3个步骤起作用：①酶仅作用于普鲁兰糖的α（16）键的非还原侧的α（14）葡糖苷键，产生潘糖和一些中等的潘糖寡聚物；②酶对6（2）-O-α-（6（3）-O-α-葡糖基麦芽三糖基）-麦芽糖水解α（14）或α（16）键，产生潘糖和麦芽糖；③水解6（3）-O-α-葡糖基麦芽三糖的α（14）键，产生葡萄糖和另一个潘糖。酶的单一活性中心参与对α（14）和α（16）键的双重活性，这个同一位点也催化转糖基反应：形成α（14）-葡糖苷键和形成α（16）-葡糖苷键。

此外，极限糊精酶（Limit dextrinase，EC3.2.1.142），也称R-酶或支链淀粉-1，6-糖苷酶（Amylopectin-1，6-gluco-sidase）。其催化支链淀粉和糖元的α-和β-极限糊精中的（16）-α-O-糖苷键水解，也作用于普鲁兰。因此，在早期的文献中常和普鲁兰酶混用，一般的区分是将来源于微生物的酶称普鲁兰酶，而来源于植物的酶称R-酶或极限糊精酶。

2 4种脱支酶的国内外研究现状

微生物研究篇3

论文摘要：目前，微生物挥发性物质的研究已成为一个研究的热点。对微生物挥发性物质的研究进展进行了阐述，以期为新型农药的使用和开发提供思路。

近年来，国内外学者对挥发性物质的研究大多集中在植物方面[1，2]。由于大多数这类物质具有抗菌和杀虫生物活性，其可直接应用于病虫害的生物防治，而这些物质被称为植物源农药[3]。由此推断，本身具有生防作用的微生物其所分泌的挥发性物质可能也具有植物挥发性物质的这些特性。

1植物挥发性物质的研究现状

昆虫取食、机械损伤、化学因子、病原菌侵染均能造成植物某些挥发性组分的大量释放[4，5]，它们可能是一种直接阻止病原扩展和昆虫取食的化学防御因子，也可能作为报警信号（warning signa1）参与植物通讯，或作为捕食者的引导信号（guiding cue），还可以作为植食性昆虫或病原菌的拒食素（deterrent）。植物挥发性物质（volatile organic compo-unds，vocs）包括：碳氢化合物（如烃、萜烯）及其含氧化合物（如醇、醛、酮、酸、酯、内酯、醚、酚等）。大致分为脂肪酸衍生物、芳香族化合物、单萜和倍半萜类，也包含一些含氮（吲哚）及含硫（大蒜素）的化合物。

2 微生物挥发性物质的研究现状

2.1国内研究进展

随着收集方法、检测手段、生物活性检测体系的完善和分析手段的提高，对微生物挥发性物质的深入研究成为可能。目前，有关这方面的研究国内外尚不多。国内也只是最近2~3年内有个别浅显的报道，只是简单研究了挥发性物质对某一种病原菌的抑制作用及其成分的简单分析，但都未对其生物活性和成分作进一步的深入研究。陈华等[6]（2008）对枯草芽孢杆菌ja研究中发现，该菌产生的挥发性物质对灰霉病菌孢子和菌丝生长有抑制作用，吴艳等[7]（2007）报道了1株组合bacillus sp. cl-8产生的挥发性物质对立枯丝核菌的抑制作用，揭示了菌代谢过程中所产生的挥发性抑菌物质与抑菌粗蛋白协同抗病的机制，同时说明了挥发性抑菌物质也是参与其在田间发挥抗病作用的重要成分。但他们都未对其有效成分和结构做进一步研究。郭华等[8]（2005）采用蒸馏-萃取装置提取环棱褐孔菌的挥发性物质，并采用气相色谱-质谱联用技术（gc/ms）对其成分进行了分离鉴定。刘高强等[9]（2007）利用顶空气相色谱-质谱联用法对灵芝发酵物中的挥发性物质的组分进行了研究。

2.2国外研究进展

国外对微生物挥发性物质的研究比较早，schller et al.[10]（2002）采用气相色谱-质谱联用技术，分析了26种放线菌产生的挥发性物质，53种化合物归为萜类化合物，其中18种被鉴定。其中包括烷烃、烯烃、乙醇、酯类、丙酮、丁醇、乙酸、六化物和土味素等。先前，在温室和大田条件下，植物促生菌可诱发植物抗细菌、真菌和病毒病原菌的系统抗性的报道，但对微生物挥发性物质调节植物生长发育和诱导植物对植物病害的系统抗性的报道相对很少[11]。ryu et al.[12]（2003）报道了细菌产生的挥发性物质2，3-丁二醇和乙酰甲基原醇能促进拟南芥的生长，表明挥发性物质可作为参与调节植物与微生物互作的信号分子。ryu et al.[13]（2005）首次报道了枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌产生的挥发性物质诱导拟南芥产生对番茄软腐病的抗性，试验中用2，3-丁二醇缺陷突变菌株证明了挥发性物质的诱导抗病性作用，并且明确了挥发性物质所诱发的抗性的传导途径是依赖于乙烯的，而非依赖于水杨酸和茉莉酸途径。farag et al.[14]（2006） 采用顶空固相微萃取并结合交气相色谱-质谱联用技术，研究了芽孢杆菌株gb03和in937a的挥发性物质2，3-丁二醇和乙酰甲基原醇对拟南芥的促生长作用，揭示了支链乙醇可以作为2，3-丁二醇的替代物，成为一种新型的有前景的诱导植物的系统抗性的诱导剂或激发子。

bhaskar et al.（2005）报道了1株枯草芽孢杆菌（bacillus subtilis）的挥发性物质，在平板对峙培养中对6种病原真菌的拮抗作用，能引起菌丝和孢子结构方面的畸形，而且挥发性物质的拮抗作用比扩散性物质的作用要大。fernando et al.[15]（2005）首次对细菌的挥发性物质的鉴定和生防作用进行了报道，从芥花和大豆中分离到1株细菌，体外和土壤试验发现，其产生的挥发性物质能抑制菌核和囊孢子的萌发及核盘菌菌丝的生长，其中对囊孢子的抑制率达到54%~90%。随后对挥发性物质进行了分离鉴定，结果表明挥发性物质包括醛类、醇类、酮类和硫化物。在分离的23种物质中有6种抑制菌丝生长和菌核的生成，这6类物质为苯丙噻唑、环己醇、癸醛、二甲基三硫化物、2-乙基-1-己醇和壬醛。kai et al.[16]（2007）采用气相色谱-质谱联用技术（gc/ms）对不同细菌的挥发性物质进行了研究，结果表明不同细菌能产生1~30种挥发性化合物，而且大多数化合物是特有的。

3结语

综合上述国内外学者对微生物挥发性物质的研究，研究的对象包括细菌、放线菌和真菌。其中对细菌的报道占大多数，包括芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、假单胞杆菌等，这些细菌分离自土壤、植物体表以及灌木丛，而分离自植物体内的内生菌，目前国内外还没有相关的报道。内生菌由于与其宿主植物长期共同生活，获得了某些相关基因的直接传递，因而具备了相同次级代谢产物的生物合成途径，能够产生宿主植物所产生的某些杀虫、抗菌以及促进植物生长活性成分，而这些有效成分可来自于内生菌所产生的挥发性物质。这样，植物源农药的有效成分就可望利用它们的某些内生菌来工业化生产，从而有效解决植物源农药生产原料问题、规模化生产问题及制剂现代化等问题，为我国植物源农药的广泛使用和农业生产的无公害化做出实质性贡献。

4参考文献

[1] 张薇，程政红，刘云国，等.植物挥发性物质成分分析及抑菌作用研究[j].生态环境，2007，l6（3）：1455-1459.

[2] geir kk，marie b，sverre k，et al.discrepancy in laboratory and field attraction of apple fruit moth argyresthia conjugella to host plant volatiles[j].physiological entomology，2008，33（1）：1-6.

[3] 何培青，柳春燕，郝林华，等.植物挥发性物质与植物抗病防御反应[j].植物生理学通讯，2005，41（1）：105-110.

[4] de moraes cm，lewis wjp，pare w，et a1.herbivore-infested plants selectively attact parasitoids[j].nature，1998（393）：570-573.

[5] obara n，hasegawa m，kodama o.induced volatiles in elicitor-treated and rice blast fungus-inoculated rice leaves[j].biosci biotechnol biochem，2002，66（12）：2549-2559.

[6] 陈华，郑之明，余增亮.枯草芽孢杆菌ja脂肽类及挥发性物质抑菌效应的研究[j].微生物学通报，2008，35（1）：11-14.

[7] 吴艳，闫豫君，赵思峰.组合芽孢杆菌抑菌物质特性及其抑菌效果研究[j].西北农学报，2007，16（5）：266-270.

[8] 郭华，侯冬岩，回瑞华，等.环棱褐孔菌挥发性化学成分的分析[j].鞍山师范学院学报，2005，7（6）：49-51.

[9] 刘高强，王晓玲.顶空气相色谱-质谱联用法分析灵芝发酵物中的挥发性物质[j].菌物学报，2007，26（3）：389-395.

[10] bhaskar c，anita p.lok ms. diffusible and volatile compounds produced by an antagonistic bacillus subtilis strain cause structural deformations in pathogenic fungi in vitro[j]. mycological research，2005（160）：75-78.

[11] zehnder gw，yao c，murphy jf，et al.induction of resistance in tomato against cucumber mosaic virus by plant growth-promoting rhizobacteria[j].biol control，2002（45）：127-137.

[12] ryu cm，farag ma，hu ch.et al.bacterial volatiles promote growth in arabidopsis[j].proc natl acad sci usa，2003，100（14）：4927-4932.

[13] ryu cm，farag ma，hu ch.et al.bacterial volatiles induce syste-mic resistance in arabidopsis[j].plant physiol，2005（134）：1017-1026.

[14] farag ma，ryu cm，sumner lw.et al.gc-ms spme profi-ling of rhizobacterial volatiles reveals prospective inducers of growth promotion and induced systemic resistance in plants[j].phytochemistry，2006，67（20）：2262-2268.

微生物研究篇4

一、产油微生物及微生物油脂生产特点

微生物油脂是产油微生物在一定条件下将碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂等碳源转化为菌体内大量储存的油脂，一般占菌体干重的20%以上[1]。

（一）产油微生物种类自然界中的酵母菌、霉菌、细菌、藻类等许多微生物都可以产生油脂。酵母菌中的粘红酵母的油脂含量最高可达72%。红冬孢酵母、斯式酵母的最大油脂含量可达60%~67%。霉菌中的深黄被孢霉油脂含量可达86%，绒毛棒质霉达75%，卷枝毛霉达65%。微藻中的丛粒藻、盐生杜藻、粉粒小球藻的油脂含量都在40%以上。细菌中的节杆菌油脂含量在40%以上。

（二）微生物油脂生产特点与动植物油生产相比，微生物油脂具有生产周期短、生长迅速、可规模化管理、不受季节、气候变化等优点。此外，能够供给产油微生物生长的原料来源也很广泛，工农业废弃物或工业生产过程中产生的废水、废气等都可以作为产油微生物的培养原料。产油微生物可以利用多种碳源，如葡萄糖、果糖、甘油等作为发酵底物，方真等[2]发现斯达油脂酵母在经过脱毒处理的木屑水解液中可以正常生长，油脂的积累率可达葡萄糖碳源的60%以上，为该种酵母利用废弃甘油和木质纤维素水解液作为发酵底物生产生物柴油提供有力支持。

二、工业废水的营养特点

适合微生物生长积累油脂的工业废水含有可作为碳源的丰富有机物、糖类，如淀粉废水、味精废水、啤酒废水等。这类废水属高浓度有机废水，COD、BOD浓度高，主要含有碳水化合物、蛋白质、油脂、纤维素等有机物，极易造成水体富营养化污染环境。

三、利用工业废水发酵生产微生物油脂的研究现状

工业废水尤其是食品工业废水中含有大量的还原性糖，可以被微生物利用作为碳源积累油脂。由于微生物的生长代谢分解利用了废水中的有机物，降低了废水的污染程度实现了资源合理化应用。

（一）利用淀粉废水发酵钟娜等[3]利用淀粉废水对高产油粘红酵母进行了驯化和筛选，使其对淀粉废水COD的耐受程度达到了75000mg/L，400L发酵罐实验表明，经33h的培养后，生物量达25.3g/L,菌体油脂含量为29.5%，COD降解率为92.5%。杜娟[4]等利用甘薯淀粉废水，采用添加营养因子的方法研究了产油菌株FR的生长、产油及COD去除，发现经淀粉酶液化处理后的产油率可达45.3%，淀粉酶和糖化酶先后处理后的COD去除率可达66.3%。

（二）利用味精废水发酵邢旭[5]等研究了粘红酵母RH8在味精废水中的生长、产油及COD去除率，发现调节废水pH至5.5后，添加废葡萄糖母液、酵母粉、KH2PO4、MgSO4、MnSO4均能够促进茵体的生长、产油和COD去除。生物量最高可达15.6g／L，干茵体中油脂质量分数达到29.61％，COD去除率达到45.1％。

（三）利用啤酒废水发酵郭淑贤等[6]用斯达油脂酵母发酵啤酒生产废水，发酵条件经优化后菌体生物量、油脂产量、油脂含量、COD降解率和油脂不饱和脂肪酸指数分别达到13.83g/L、5.25g/L、37.92%、79.08%和65.46%，较优化前分别提高了12.62%,19.32%,5.92%,57.15%和2.36%，优化效果显著。

四、存在问题及展望

目前微生物发酵废水生产油脂还处于实验阶段，要实现工业化发展还有亟待解决的几个问题：工业废水成分复杂，如味精废水和啤酒废水，由于废水中含有生产菌株产生的代谢废物和各工序产生的其他废水，有可能含有影响产油微生物正常生长的微量元素，但其组成较复杂难于分析；在微生物发酵前需对废水进行稀释调pH值等前处理，增加了生产成本和工序；以废水为培养基培养的微生物，其生物量、油脂积累量仍然较低，目前尚不能满足工业化需求。

微生物研究篇5

关键词 普洱茶；发酵；微生物

中图分类号 S571.1 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）21-0253-03

普洱茶是以云南大叶种晒青毛茶为原料经后l酵加工而成紧压茶或散茶，普洱茶又按照其加工工艺将其分为普洱生茶和普洱熟茶。普洱熟茶是晒青毛茶经潮水、渥堆，经渥堆过程中物质变化是由微生物、酶、湿热、氧化等综合作用的结果，因其经过人工后发酵以区别于普洱生茶。

近年来，随着对普洱茶的深入研究，证实了普洱茶具有抗氧化、抗肿瘤、降血脂和降血糖等功效[1-4]。晒青毛茶不经过微生物的发酵难以形成普洱熟茶所特有的香气和汤色，一般认为微生物或微生物酶的湿热作用对普洱茶品质的形成起着决定性作用[5-7]。

1 普洱茶加工方式与微生物

普洱茶鲜叶采摘经萎凋后，进行杀青，再揉捻，后晒干制得晒青毛茶。再由晒青毛茶加工得到普洱茶，其具体制作工艺流程如图1所示。

将晒青毛茶经人工增湿渥堆快速发酵而制成普洱熟茶[8]。普洱熟茶的加工方式借鉴于安化黑茶，但又不同于安化黑茶。其主要的不同在于普洱茶经过晒青毛茶这一步，而安化黑茶从揉捻到后发酵不经过干燥过程，再焙火干燥[9]。

普洱茶与红茶的发酵方式相比，普洱茶的发酵与红茶有些相似，都有茶多酚经氧化生成茶红素和茶褐素的过程，不同之处在于红茶发酵仅需要3～4 h，而普洱茶发酵所需时间较长，渥堆时间至少需要3～4周。因为红茶发酵时间短，所以微生物作用较少，主要是生物酶的作用，而普洱茶的发酵与微生物的作用是分不开的。

普洱原料晒青毛茶就有大量的内生菌，晒青毛茶又长期暴露在空气中，在研究中发现很多发酵过程中的微生物都在普洱茶鲜叶中[10]和茶园空气中[11-12]都有发现。普洱茶渥堆时，刚开始温度由室温缓慢升高，其潮水量常达到40%左右，堆温一般保持在28～55 ℃，非常适合微生物的生长。在发酵过程中，肉眼可见真菌菌丝。一般认为，普洱茶的加工过程离不开微生物的作用，普洱茶的品质与微生物的消亡有密切关系。

2 参与普洱茶发酵过程的微生物研究方法

2.1 微生物的传统分离鉴定

研究微生物学的传统方法是将茶叶与无菌水按一定比例进行均质，然再做梯度培养，以此来初步了解渥堆发酵中普洱茶中微生物数量，然后对分离得到的微生物进行纯培养，以更好地进行菌种鉴定或保藏。鉴定方法主要为形态学鉴定或根据生理生化性状，一般将结果与标准分类系统中微生物形态或生理生化性状进行对比[13]。该方法是研究微生物的主要方法，已成功证实普洱茶中确实存在细菌、酵母、霉菌和放线菌[14-28]。

2.2 微生物自动鉴定系统

鉴于微生物传统鉴定方法的缺陷如工作量大，不利于操作，还受限于鉴定者的专业知识和认知能力。传统鉴定方法还常常受培养条件的限制，很多微生物不能在培养基上被分离培养出来，造成了鉴定种群不够完整，使得人们无法全面了解普洱茶发酵过程中的微生物种群情况，多数只是鉴定到了优势菌种或是在一定的培养条件下表现为优势的菌群。

近年来微生物快速鉴定仪更多地应用到微生物鉴定工作来，该系统是将微生物与底物反应的生化类型与已知建立的数据库中的类型比较，使微生物鉴定更加快速、准确。Mo等[20]利用API ID 32C和API ID 50 CHL微生物快速鉴定系统对普洱茶发酵过程中的微生物进行鉴定，发现了多种酵母和细菌。但由于该系统是根据现有数据库中所提供的背景资料进行微生物鉴定，数据库资料会影响微生物鉴定的种类及准确性。

2.3 分子生物学方法

PACE N R的研究表明，传统分离方法鉴定的微生物只占环境微生物总数的0.1%～10.0%[29]，传统鉴定方法还常常受培养条件的限制，很多微生物不能在培养基上被分离培养出来，造成了鉴定种群不够完整，使得人们无法全面了解普洱茶发酵过程中的种群情况，多数只是鉴定到了优势菌种或是在特定的培养中为优势的菌群。日本学者M.Abe等[30]应用PCR变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术研究普洱茶发酵过程中微生物群落结构，对不同发酵阶段的普洱茶中微生物种群进行了研究，发现普洱茶2种优势种群，同时在用孟加拉红培养基，PDA 培养基在 30 ℃ 培养时也证实了这一结论，进一步说明了将分子生物学方法用于普洱茶发酵过程中微生物学研究是可行的[30]。

剂量组也对普洱茶鲜叶中的内生菌[10]进行了研究，普洱茶渥堆发酵微生物的研究以及普洱茶区空气微生物[11-12]的研究中都分别采用了PCR，Polymerase Chain Reaction（聚合酶链式反应）分子生物学的方法，扩增细菌的16SrDNA和真菌的ITS序列测定分析或 PCR-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）对参与或有可能参与普洱渥堆发酵的微生物进行了鉴定。

吕昌勇[31]利用宏基因组学高通量测序研究方法认为，细菌是普洱茶渥堆发酵过程中的主要菌群，占总微生物的76.26%；真核生物次之，占16.35%。目前应用高通量测序在普洱茶渥堆发酵微生物的研究中很少涉及，赵 明等[32]在利用高通量测序方法研究普洱茶发酵过程中的微生物，对参与普洱茶渥堆发酵微生物种群作了初步的鉴定。Wei Zhang等[33]通过实时定量PCR研究认为，烟曲霉、微小根毛霉、热带假丝酵母菌、镰刀菌、Thermomyces lanuginosus、Aspergillus niger、blastobotrys adeninivorans、Rasamsonia emersonii、Asper-gillus tubingensis、Rasamsonia cylindrospora、Rasamsonia byss-ochlamydoides等嗜热菌在普洱茶渥堆发酵过程中起着重要的作用。

3 普洱茶发酵微生物研究进展

3.1 普洱茶微生物种群

陈宗道等[14]从20世纪80年代开始研究普洱茶中的微生物以来，已经证实细菌、酵母、霉菌和放线菌都参与了普洱茶的发酵。

周红杰和赵龙飞等[6，18]先后从普洱茶和普洱茶翻堆样品都分离得到了黑曲霉、酵母菌、米曲霉、根霉、灰绿曲霉和极少的细菌。方 祥等[23]，M.Abe等[30]以及杨瑞娟等[34-35]从不同年代的普洱茶和渥堆发酵的普洱茶中分离得到了霉菌（黑曲霉、微小根毛霉、牛根毛霉）、酵母、细菌（芽孢U菌，Bacillus coagulans，球菌，无芽孢短杆菌，乳酸菌，植物乳杆菌，类乳酸片球菌和大量嗜热细菌）、放线菌。吕昌勇[31]认为，普洱茶发酵初期的优势细菌是变形菌门（Proteobac-teria），随后厚壁菌门（Firmicutes）上升成为优势菌，放线菌门（Acti-nobacteria）与Firmicutes在发酵后期繁成为共同优势菌。原料的优势真菌归类为no-rank-Fungi（65.39%），发酵过程中，曲霉属（Aspe-rgillus.sp）真菌一直处于优势；发酵中期环境中的根毛霉属（Rhizomucor.sp）先升高后降低。

3.2 优势菌种与普洱茶品质的关系

近年来，关于普洱茶与微生物关系研究更多地集中在优势菌种对普洱茶品质影响的研究，多数是将分离纯化后的微生物再接种到普洱茶中，用来研究普洱茶品质改变情况。陈秀燕等[36]将灰绿曲霉和青霉接种到普洱生饼茶和散茶中，能明显加速普洱茶陈化的作用，且能提高茶汤的香气。研究表明，灰绿曲霉和青霉接能加速茶叶中纤维和果胶的降解，使普洱茶更加甘滑、醇厚。董文明等[27]认为，普洱茶发酵过程中，黑曲霉产淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶、果胶酶，酵母菌产淀粉酶、蛋白酶、果胶酶，细菌只产淀粉酶、蛋白酶。经过这些酶的作用后普洱生茶形成了普洱熟茶甘厚浓醇的品质特征。周才碧等[28]利用优势菌株黑曲霉纯种对普洱茶进行发酵试验，得到的茶样香气浓纯、汤色呈黑褐色、滋味较平和，且茶色素发生明显变化，表明黑曲霉可以作为发酵用菌种，适于普洱茶的渥堆发酵。康燕山等[37]对普洱茶在普洱茶发酵过程中添加外源酶和接种酵母，其结果表明，使用外源酶可增加普洱茶所含水溶性总糖及游离氨基酸的含量，接种酵母可明显加速普洱茶茶多酚的转化。

4 普洱茶发酵过程中微生物学研究存在的不足及展望

4.1 存在的不足

目前对参与普洱茶发酵微生物的研究都集中在优势菌和能培养的微生物上，对于非培养微生物研究仍然很少涉及，对于这些微生物在普洱茶渥堆发酵中的作用研究就更无从谈起。对于普洱茶发酵微生物对普洱茶品质的转化作用及其机制研究首先就要解决非培养的微生物鉴定工作。目前关于普洱茶中微生物发酵的研究已经日趋成熟，宏基因组学[38]也更多地应用于普洱茶发酵微生物研究中来，多数都是停留在第一代测序研究上。关于微生物对普洱茶品质的影响，更多的是在于研究接种某一种或多种优势微生物或酶对发酵品质的影响，而忽略了普洱茶发酵微生物群落对普洱茶发酵的影响。

4.2 展望

微生物第二代测序技术在环境微生物的研究方面已经非常成熟，已经广泛应用于环境微生物的研究[39-40]，而对普洱茶发酵中的微生物的研究结果却少之又少。吕昌勇[31]和赵 明等[32]利用高通量测序方法对普洱茶渥堆发酵中的微生物进行了研究，这一技术的应用为普洱茶中非培养微生物的研究提供了新的可能。高通量测序技术在环境微生物的研究中常比PCR-DGGE法检测灵敏度高 3.8～39.4倍[41]。

利用高通量测序技术将普洱茶从鲜叶到普洱熟茶成品的微生物组成作出系统研究，并总结出这些微生物生长和消亡规律，对普洱茶鲜叶、干茶、渥堆的每个时期和成品的微生物生态系统作出系统的研究，探明这些微生物在每个时期的组成情况如何，以使人们能更好地探明普洱茶在发酵中是否有有害微生物的参与，为明确这些微生物在发酵过程的作用提供更为全面而系统的研究对象，从而有利于更好地了解普洱茶发酵中微生物的消亡规律和其对普洱茶品质的影响。

5 参考文献

[1] 谭自立.茶和普洱茶的保健作用[J].云南茶叶，1994（3）：4-6.

[2] 周红杰，秘鸣，韩俊，等.普洱茶的功效及品质形成机理研究进展[J].茶叶，2003，29（2）：75-77.

[3] 赵龙飞，周红杰，安文杰.云南普洱茶保健功效的研究[J].食品研究与开发，2005，26（2）：114-118.

[4] 张冬英，施兆鹏，刘亚林.普洱茶药理作用研究进展[J].福建茶叶，2005（1）：43-44.

[5] 罗龙新，吴小崇，邓余良，等.云南普洱茶渥堆过程中生化成分的变化及其与品质形成的关系[J].茶叶科学，1998，18（1）：53-60.

[6] 周红杰，李家华，赵龙飞，等.渥堆过程中主要微生物对云南普洱茶品质形成的研究[J].茶叶科学，2004，24（3）：212-218.

[7] 龚加顺，周红杰，张新富，等.云南晒青绿毛茶的微生物固态发酵及成分变化研究[J].茶叶科学，2005，25（4）：300-306.

[8] 梁名志.普洱茶渥堆工序的研究现状[C]//海峡两岸茶叶科技学术研讨会论文集，2000：3.

[9] 金朱葆.认识和了解安化黑茶[J].中国茶叶加工，2009（3）：42-44.

[10] 季爱兵.普洱茶叶片中内生菌的鉴定[D].长春：吉林大学，2013.

[11] 路伟尧.普洱茶发酵微生物的溯源分析[D].北京：北京化工大学，2013.

[12] 路伟尧，吕杰，严亮，等.普洱茶区空气微生物的群落结构及生态分布[J].北京化工大学学报（自然科学版），2013，40（4）：103-108.

[13] CLETUSPK，JACKWF.The yeasts a taxonomic study[M].4th edition.New York：Elsevier，1998：15-18.

[14] 陈宗道，刘勤晋，周才琼.微生物与普洱茶发酵[J].茶叶科技，1985（4）：4-7.

[15] 赵龙飞，周红杰.酵母菌在普洱茶品质形成中的作用初探[J].茶苑，2003（2）：4-6.

[16] 许波，洪涛，唐湘华，等.普洱茶发酵过程中微生物及其应用研究进展[J].安徽农业科学，2010（1）：334-336.

[17] XU X Q，YAN M，ZHU Y.Influence of fungal fermentation on the devel-opment of volatile compounds in the Puer tea manufacturing process[J].Engineering in Life Sciences，2005，5（4）：382-386.

[18] 赵龙飞，周红杰.云南普洱茶渥堆过程中的主要微生物初探[J].商丘师范学院学报，2005，21（2）：129-133.

[19] JENG K C，CHEN C S，FANG Y P，et al.Effect of microbial fermentation on content of statin，GABA，and polyphenols in Pu-Erh tea[J].Agric Food hem，2007，55（21）：8787-8792.

[20] MO H Z，XU X Q，YAN M C，et al.Microbiological analysis and antiba-cterial activity of the in digenous fermented Puer tea[J].Agro Food Ind-ustry Hi Tech，2005，16（6）：16-18.

[21] 陈可可，朱宏涛，王东，等.普洱熟茶后发酵加工过程中曲霉菌的分离和鉴定[J].云南植物研究，2006，28（2）：123-126.

[22] 赵龙飞，徐亚军，周红杰.黑曲霉在普洱茶发酵过程中生长特性的研究[J].食品研究与开发，2007，28（10）：1-3.

[23] 方祥，陈栋，李晶晶，等.普洱茶不同贮藏时期微生物种群的鉴定[J].现代食品科技，2008，24（2）：105-108.

[24] 朱宏涛，杨崇仁，李元，等.普洱茶后发酵过程中微生物的研究进展[J].云南植物研究，2008（6）：718-724.

[25] 雷晓燕.普洱茶中主要微生物的研究[J].沈阳化工学院学报，2009，23（2）：134-137.

[26] 廷菊，罗娅婷，樊竹青，等.普洱茶渥堆发酵中真菌的分离与鉴定[J].现代农业科技，2014（10）：279-281.

[27] 董文明，谭超，付晓萍，等.5种成品普洱茶中微生物的分离及其产酶特性研究[J].食品科技，2013，28（8）：22-25.

[28] 周才碧，陈文品，吴钟玲，等.普洱茶优势菌株黑曲霉的分离及其功能和安全性研究[J].食品安全质量检测学报2015，6（3）：1006-1009.

[29] PACE N R.A molecular view of microbial diversity and the biosphere[J].Science，1997，276：734-740.

[30] ABE M，TAKAOKA N，IDEMOTO Y，et al.Characteristic fungi observed in the fermentation process for Puer tea[J].International Journal of Food Microbiology，2008，124：199-203.

[31] 吕昌勇.普洱茶渥堆发酵过程中微生物宏基因组学的测定与分析[D].昆明：昆明理工大学，2013.

[32] 赵明，张冬莲，袁文侠，等.普洱茶发酵过程微生物多样性的 454 pyrosequencing 研究[C]//昆明：第十六届中国科协年会：分12茶学青年科学家论坛论文集，2014：1-8.

[33] ZHANG W，YANG R J，FANG W J，et al.Characterization of therm-ophilic fungal community associated with pile fermentation of Pu-erh tea[J].International Journal of Food Microbiology，2016，227：29-33.

[34] 杨瑞娟，吕杰，严亮，等.普洱茶渥堆发酵中嗜热真菌的分离和鉴定[J].茶叶科学，2011，31（4）：371-378.

[35] 李晨晨，吕杰，杨瑞娟，等.普洱茶渥堆发酵过程中嗜热细菌的分离和鉴定[J].北京化工大学学报，2012，39（2）：74-78.

[36] 陈秀燕，陈松，郑华，等.普洱生茶优势菌种分离纯化及其对普洱茶品质影响初探[J].现代食品科技，2009，25（6）：604-607.

[37] 康燕山，黄薇，袁唯，等.普洱茶发酵过程中添加外源酶及外源酵母对主要成分的影响[J].云南农业大学学报，2015，30（5）：784-789.

[38] 王辉，李亚莉，苏丹，等.宏基因组学在普洱茶微生物研究中的应用[J].食品安全质量检测学报，2015，6（6）：2195-2200.

[39] 蔡元锋，贾仲君.基于新一代高通量测序的环境微生物转录组学研究进展[J].生物多样性，2013，21 （4）：401-410.

微生物研究篇6

论文 关键词：微生物作用 地球化学 水力性质 生物修复

论文摘要：综述了地下含水层系统中微生物作用。引用研究实例论述了微生物作用不但可以改变地下水化学组分，而且还可以改变含水层的水力性质。微生物作用对地下水系统的影响程度主要受微生物代谢速度､水文地质条件､含水层岩性等多种因素控制。地下水系统中 电子 供体与电子受体间的丰度关系是影响微生物代谢速度的主要因素。在未污染的含水层中，电子供体的可用性限制了微生物的新陈代谢，而在人类活动污染的含水层中，微生物的新陈代谢受电子受体的可用性的限制。利用微生物作用可以降解地下水系统中氯代化溶剂､烃类､硝酸盐､有毒金属等多种化学污染物。并对今后的 发展 方向进行了探讨。

1 引 言

地下水系统具备了微生物生长发育所需的营养､水分､酸碱度､渗透压和温度等条件，为微生物提供了良好的生存场所。微生物(主要指各种细菌菌群，如异养菌､自养菌､好氧菌､厌氧菌等)成为地下水生态系统中主要生命组分，是地下水演化过程的重要影响因子，在地下水系统的能量转换､物质循环､营养输送､信息贮存以及元素形态的转化､聚集和迁移中微生物都起着极其重要的媒介作用。地下水化学性质的演变中微生物的控制和改造是其主要因素之一。

地下水系统是一个复杂综合体，包括了地下水流经的介质，地下水中各种物理化学成分和地表的天然通道等。加之人类对地下水的开发利用活动已经并将继续改变地下水环境，如地下水的污染､过量的开采以及其它流体矿产的开发等都对地下水系统的天然环境产生影响。环境因素的变化相应地也影响了地下水中生物的生存条件，导致微生物的形态､生理､遗传特性的改变，促使各类微生物不断演替。地下水系统中各种环境因素又是制约微生物生长､繁殖的重要因素。

地下水微生物学是地下水 科学 与微生物学紧密结合而形成的一门新兴学科，它将地下水视为一个有生命的系统加以研究，主要研究与认知微生物生命过程与地下水化学密切相关的科学问题，是研究微生物活动与地下水环境相互关系的科学，也就是探索微生物直接参与地下水化学形成演化过程的微生物地球化学作用，是地下水科学研究的前沿领域。

2 微生物作用改变地下水化学组成

早在1900年人们就发现未受污染时含有高浓度硫酸盐的地下水，受石油污染后却常常缺少溶解性硫酸盐。1917年rogers首次提出这是硫酸盐还原菌新陈代谢的作用所致。这个假设在从受石油污染的水中分离出硫酸盐还原菌时得到证实。在以后的几十年里，很多学者对地下水化学组成的微生物影响作用进行研究后认为，微生物对地下水化学组成具有重要影响作用(chapelle 2000)。如，钟佐??2001)研究认为，在石油烃污染的地下含水层中，如果发生了生物降解反应，则其水文地球化学标志是：水中溶解氧很微，no-3和so2- 4明显降低，fe2+ 和hco-3升高，出现hs-或h2s 和ch4。

地下水系统中电子供体与电子受体间的丰度关系是影响微生物代谢速度的主要因素。在未污染的含水层中，电子供体的可用性限制了微生物的新陈代谢，溶解性无机碳沿着含水层流动路径慢慢聚积，可用的电子受体依照溶解氧>硝酸盐>三价铁>硫酸盐>二氧化碳(甲烷生成)的次序不断被消耗。在人类活动污染的含水层中，常存在过剩的可用有机碳，电子受体的可用性限制微生物的新陈代谢。

美国南卡罗莱纳州black creek含水层是区域地下水化学类型变化受电子供体限制的很好例子。mcmahon等(mcmahon 1991a1991b，chapelle 1990)对该系统进行详细研究后，描述了微生物作用对含水层地下水化学组成的影响。该水文地质单元，水流从补给区向下游150 km到排泄区，溶解性无机碳浓度从不到1 mm/l 增加到超过12 mm/l。由微生物代谢作用产生的溶解性无机碳促进了含水层中碳酸盐的溶解，根据公式：caco3 (碳酸盐)+co2 (微生物)ca2+ +2hco-3 计算 得出，大约一半的溶解性无机碳来自微生物代谢作用(约6 mm)，有研究表明该地区地下水补给大约需要用15万a，由此推出，微生物代谢作用产生溶解性无机碳的速率约为10-4 mm/l•a。因此，尽管沿地下水流溶解性无机碳浓度增加很大，但微生物代谢速度很低(chapelle 1990)。其主要原因是，含水层中可代谢的有机碳含量低。mcmahon(1992)研究认为，black creek含水层中有机碳含量只占沉积物干重的0.1±1.0%。由于低速率的微生物代谢作用，系统中可用电子受体的量(o2､fe3+､硫酸盐和co2)相对有机碳来说是丰富的。

当地下水系统中可用有机碳的含量很高时，可用电子受体缺乏会限制微生物代谢作用。电子受体受限的含水层包括泥炭含水层(普遍在北半球)，石油储存地，和由人类活动引起化学污染的含水层。1979年美国明尼苏达州管道爆裂泄漏大约10万加仑的原油到一个冰水沉积含水层。泄漏时，由于与大气快速交换，以及含水层天然有机碳含量低，地下水呈饱和溶解氧状态(约10 mg/l)。随着可代谢碳的突然流入，油积聚在水面，氧被迅速消耗，并形成三价铁还原条件。泄漏后5年，在油透镜体附近含水层中氢氧化铁被耗尽，甲烷生成成为一个重要作用。这个受原油泄漏污染的浅层含水层是电子受体受限含水层最好例证之一(baedecker 1993)。

由于原油泄漏电子供体过剩，在最接近污染源的bemidji含水层，其水化学特征主要为甲烷生成环境，其次为硫酸盐还原，铁还原，和低溶解氧环境。该含水层与black creek 含水层的情况完全相反，black creek 含水层甲烷生成的地方远离补给区。而bemidji含水层的硫酸盐相对较少，硫酸盐还原不是主要的作用。这种氧化还原作用的次序是电子受体受限的地下水系统的特征，常见于受石油烃污染的地下水系统。

3 微生物作用改变含水层水力性质

微生物作用除影响地下水化学组分以外，也影响地下水系统的物理性质。地质学家很早就知道在非孔隙岩中，次生孔隙能提高含水层的水力性质 ，还可以积聚石油。人们通过大量的同位素和质量平衡研究得出，有机物的去碳酸基和其它无机作用不能解释许多系统中的次生孔隙现象(lundergard 1986)。由于大多数含水层系统中存在大量具有活性的不同微生物种群，微生物代谢作用引起人们的关注，大量研究表明微生物作用能引起硅酸盐和碳酸盐岩中次生孔隙产生(bennett 1987，chapelle 1988)。地下水中硫酸盐在有脱硫细菌参与和有机质存在的条件下发生还原反应而产生h2s(na2so4+2h2o+2c2nahco3+h2s)，这个反应有溶解硫酸盐的作用，反应产生的h2s 溶于水中也具有溶解碳酸盐等矿物的能力(李义军 2002)。

微生物作用除显著改变了black creek 含水层水化学组分外，也改变了这个含水层的水力性质。沿水流路径的岩心资料显示了一个显著的岩性变化。在补给区，不存在次生晶粒间的方解石胶结物。在补给区和排泄区的中间区域，南卡罗莱纳州莱克市常见方解石胶结物。在排泄区附近，南卡罗莱纳州莱克市myrtle 海滩，50%的厚层含水层被晶粒间的方解石胶结。mcmahon等研究了微生物作用引起black creek含水层孔隙的填充现象。该研究表明，black creek含水层的砂中含有机碳少，而相邻的狭窄的层中含有丰富的有机碳。隔水层有机碳的发酵使有机酸在隔水层孔隙水中积聚。有机酸扩散到black creek含水层，进而氧化为二氧化碳，引起大量的碳从隔水层迁移到含水层。二氧化碳同含水层物质反应产生碳酸盐和重碳酸盐。这个作用导致部分含水层次生孔隙产生。然而，当碳酸盐和重碳酸盐在溶液中积聚､运移，地下水的方解石变得过饱和时，就会在含水层的其它部位沉淀下来。由于丰富的晶粒间的方解石胶结物填充了含水层系统的主要孔隙，black creek含水层孔隙性减少，透水性降低，以至不能满足当地用水需求。

有实验表明，二氧化碳和有机酸的产物能增加矿物的溶解，引起次生孔隙性和渗透性的发展。而碳酸盐､铁和硫酸盐微生物产物能引起方解石或黄铁矿的沉淀，降低地下水系统的原生孔隙性和渗透性。也就是说，微生物既能破坏(lundergard 1986)也能提高(hiebert 199 mcmahon 1995)含水层沉积物孔隙性。

4 污染修复中的微生物作用

现代 社会产生了大量的化学产品，许多有毒有害的物质被人类有意或无意地投放到地下水系统中，地下水受到严重污染，地下水质量日益恶化。近年来，生物降解技术以其可在污染现场进行修复､可在难以处理的地方进行修复､在生物修复时不影响场地内正常生产､对污染地的干扰或破坏小､处理后的产物无二次污染､降解过程快､费用低等诸多优点受到世界各国环境科学界的广泛关注，激发了人们对污染修复中微生物作用的研究兴趣。

对污染地下水进行原位生物修复时，好氧微生物通过将有机化合物氧化成二氧化碳而获取能量，其中氧为电子受体，当地下存在氧时，好氧微生物可将有机污染物氧化成二氧化碳，从而使污染地下水净化。厌氧微生物也能将有机化合物氧化成二氧化碳，但其作用过程中的电子受体不是氧，而是以硝酸盐､硫酸盐或fe3+等氧化物作为电子受体。由于许多受污染的地下水环境中缺乏氧，好氧微生物在代谢过程中很快将氧耗尽，此时，好氧微生物将无法对污染物进一步降解。厌氧微生物不同的代谢能力，在污染地下水修复方面显示了巨大的潜力。最新研究表明，厌氧微生物可有效降解地下水中烃类､氯化溶剂､硝酸盐以及铀､铬､锝､钴､硒有毒金属和准金属等污染物。

在1973年，人们首次发现了浅层地下水中的土著微生物对石油的降解能力，不久，生物降解被用于提高汽油污染的含水层的净化。自那以后，人们开始使用生物降解地下水系统中各种常见化学污染物，包括氯代化溶剂。

地下水中石油烃的污染主要来自汽油及其它石油产品的地下储罐的渗漏。其主要污染组分为苯､甲苯､乙苯和二甲苯。生物降解石油烃的实质是在微生物参于下的氧化还原反应。该反应中 电子 供体烃给出电子，好氧菌仅利用氧作为电子受体，而厌氧菌则可利用no-3､fe3+､so2-4和co2 作为电子受体。美国密执按州使用原位生物修复技术，成功修复了由于地下储油罐漏油受到严重污染的包气带及含水层。其方法是：在污染区，首先注入未污染地下水42 d，第43 d开始注入含no-3的地下水，到第112 d基本清除了污染物。结果表明： 地下水中，苯从0.76 mg/l降至小于0.001 mg/l ，甲苯从4.5 mg/l 降至小于0.001 mg/l；包气带土壤中，苯从0.84 mg/kg降至0.017 mg/kg ，甲苯从33 mg/kg 降至0.103 6 mg/kg(钟佐? 2001)。

多环芳烃具有毒性，对人类健康造成的危害大，尤其是高分子多环芳烃的致突变与致癌特性。多环芳烃生物降解研究日益受到了人们的重视。近年来人们对微生物降解多环芳烃的作用､机理进行了广泛的研究，研究结果表明，对可降解多环芳烃的微生物有红球菌属( rhodococ2cus) ､假单胞菌属( pseudomonas ) ､分枝杆菌( my2cobacterium) ､芽孢杆菌属( bacill us ) ､黄杆菌属( flavobacterium) ､气单胞菌属( aeromonas ) ､拜叶林克氏菌属( beijernckia ) ､棒状杆菌属( corynebacterium) ､蓝细菌( cyanobacteria) ､微球菌属( micrococcus ) ､诺卡氏菌属( nocardia) 和弧菌属( v ibrio)等(温洪宇 2005)。利用微生物去除地下水中的多环芳烃不会造成二次污染，费用低，易操作，是去除多环芳烃的最佳方法。

饮用水中过量的硝酸盐能够引起婴幼狼高铁血红蛋白血症，我国许多地区浅层地下水已普遍受到硝酸盐不同程度的污染。张胜(2005)对地下水硝酸盐污染的微生物修复技术进行了研究。通过两年多的室内和野外原位的大量试验研究，优选出反硝化菌液和增强地下水中微生物反硝化作用的营养碳源乙醇､乙酸钠，利用乙酸钠作为营养碳源在野外试验井进行原位微生物脱氮试验，对地下水中no-3的去除率可达98%。研究结果得出，利用优选反硝化菌液和乙酸钠营养碳源对地下水硝酸盐污染修复效果好，在大面积土体和地下水污染原位修复技术实施是可行的､有效的，它不仅可以在原位有效地修复土壤､包气带的硝态氮污染，而且还可以增加土壤的肥力及氮肥的利用率，无负面作用，对修复污染､保护地下水资源和农作物增产都具有重要意义。

5 影响微生物作用的地下水环境因素

微生物作用对地下水系统的影响程度主要受微生物代谢速度，水文地质条件，含水层的岩性等多种因素的控制。

张宗祜，任福弘等(2006)为研究氮素的生物化学循环问题，通过对河北正定野外试验场贯穿包气带的18.5 m的钻孔剖面土样的水理性质､地球化学成分､有机质含量的测试和微生物的培养鉴定，发现包气带土体的各类细菌在整个包气带均有分布，但随着岩性､物理化学条件的变化，而显现出不同的细菌含量，特别是在几个层次上出现细菌含量高的活化层。它的出现充分说明了细菌在包气带中分布，不是受深度变化所控制，而是受其环境条件所制约，如含水量､营养元素､土体岩性等。这一研究成果为今后深入研究地下水系统中微生物的作用奠定了良好的基础。

mcmahon(2001)研究了含水层和弱透水层交界面上的几个重要生物地球化学反应，包括氧还原､反硝化作用和fe3+､so 2-4和 co2还原(甲烷生成)。研究表明，一些地方，生物地球化学反应发生在交界面的弱透水层面，电子受体从含水层运移到电子供体丰富的弱透水层里。另一些地方，生物地球化学反应发生在交界面的含水层一方，电子供体(有时是电子受体)从弱透水层运移到电子受体或微生物丰富的含水层里。影响含水层/弱透水交界面发生生物地球化学反应范围的因素有，交界面两边电子受体和电子供体的丰度和可溶性，电子受体和电子供体反应和越过界面的速度。

6 展 望

地下水沉积物无菌取样方法的 发展 完善和微生物综合评价方法的建立，使微生物代谢作用对地下水地球化学的影响被广泛认识。随着当今社会 科学 技术的不断进步，地下水微生物地球化学的研究技术也日益得到提高和改进。首先，人们可以利用电子显微镜､能普､电子探针､离子探针､质子探针来观察和分析细胞内部的结构､成分。第二，微生物生态学研究的新技术被用于地下水微生物研究中。如，人们在研究污染或未污染含水层生物群落组成研究中开始使用磷脂脂肪酸分析方法(plfa)，该方法是基于生物化学手段的一种微生物生态学研究新技术，它具有对细胞生理活性没有特殊的要求，对样品保存时间要求不高､不需要进行微生物培养等优点。它能提供微生物群落生物量及其时､空变化､群落结构和功能等多种微生物信息，是一种快捷､可靠的分析方法。.再如，人们通过基因工程，在dna的分子水平上动手术，使某种细胞结构的基因转到另一种细胞中去，而使之具有新的遗传性状。

随着我国环境科学界对地下水微生物作用研究的日益关注，我国地下水微生物地球化学､微生物工程学､微生物环境工程学将会作为重点发展学科被大力扶持，地下水微生物的基础研究应得到优先发展，尤其是在地下水环境中微生物的种类､形态､分布特征､营养和生长的一般 规律 ，微生物的代谢､演替和调控，微生物的基因及其所携带的遗传信息表达等研究方面，从基础研究中寻找提高地质微生物地球化学作用的研究途径和方法。地下水微生物研究将进一步与地质学､微生物学､环境生态学､环境微生态学､环境地质学､水文地质学､生物化学等基础科学的研究交叉与合作，对基础科学的发展提供动力和应用的验证方法。

参考 文献 ：

[1] 李义军.浅述次生孔隙的成因[j].西北地质，200 35 (1)：65-69.

[2] 温洪宇，廖银章，李旭东.微生物降解多环芳烃的研究进展[j].微生物学杂志，2005，25 (6)：73-75.

[3] 张 胜，张翠云，等，地质微生物地球化学作用的意义与展望[j].地质通报，2005，24(10～11)：1027-1031.

[4] 张宗祜，张光辉，任福弘，等.区域地下水演化过程及其与相邻层圈的相互作用[m].北京，地质出版社，2006.

[5] 钟佐??地下水有机污染控制及就地恢复技术研究进展二[j].水文地质工程地质，200 (4)：26-31.

[6] bennett p c，siegel d i.increased solubility of quartz in water due to complexation by dissolved organic compounds[j].nature，1987，326：684-687.

[7] baedecker m j，cozzarelli i m，siegel d i，crude oil in a shallow sand and gravel aquifer： 3.biogeochemical reactions and mass balance modeling in anoxic groundwater[j].appl geochem，199 8：569-586.

[8] chapelle f h，morris j t，mcmahon p b.bacterial metabolism and the del-13 _c composition of ground water，floridan aquifer，south carolina[j].geology，1988，16：117-121.

[9] chapelle f h，lovley d r.rates of bacterial metabolism in deep coastal-plain aquifers[j].appl environ microbiol，1990，56：1865-1874.

[10] chapelle f h.the significance of microbial processes in hydrogeology and geochemistry[j].hydrogeology journal，2000，8：41-46.

[11] lundergard p d，land l s.carbon dioxide and organic acids： their role in porosity enhancement and cementation，paleogene of the texas gulf coast.in： gautier dl (ed) roles of organic matter in sediment diagenesis.society of economic paleontologists and mineralogists，spec publ 38，tulsa，1986，129-146.

[12] hiebert f k，ennett p b.microbial control of silicate weathering in organic-rich ground water[j].science，199 258：278-281.

[13] mcmahon p b，chapelle f h.microbial production of organic acids in aquitard sediments and its role in aquifer geochemistry[j].nature ，1991a，349：233-235.

[14] mcmahon，p b，chapelle f h.geochemistry of dissolved inorganic carbon in a coastal-plain aquifer.2.modeling carbon sources，sinks，and d13c evolution[j].j hydrol，1991b，127：109-135.

[15] mcmahon p b，chapelle f h，falls w f.the role of microbial processes in linking sandstone diagenesis with organic-rich clays[j].j sediment petrol，199 62(1)：1-10.

微生物研究篇7

一方面，石油资源的日趋枯竭是当前世界面临能源危机的首要因素，而全球各国对于石油的需求却逐年递增。以我国为例，20世纪90年代，石油消费的年均增长率为7％，而同期原油开采的增长率则不到0.5％。目前全球探明储量的石油中，超过60％的部分采用现有技术无法开采，主要为黏度高、流动性差的重油。因此，提高石油、尤其重油的采收率以及废旧油田的再开发成为近年来世界各国关心的重大问题。

另一方面，石油的开发、生产、使用、排放以及溢油事故等，造成严重的环境污染，破坏生态平衡。据统计，近十年来，每年约有1000万吨的石油进入海洋，已经造成多种海洋物种的灭绝。石油对油田周边地区土壤的污染影响了土壤成分和地表生态，致使污染区在几十年甚至上百年的时间内都可能会寸草不生。

环境中石油的轻质组分可经短期被生物降解，而长链烃等重质组分在常温下通常处于固态，生物可利用性差，因此会对环境产生持久的危害。如何解决重油污染是当前面临的巨大挑战。

石油微生物研究亟待突破

目前，微生物采油和修复技术已被广泛应用，并获得较好效果。

微生物采油技术(MEOR)是目前国内外发展迅速的一项提高原油采收率的技术。与其他采油技术(热力驱、化学驱和混合驱等)相比，微生物采油技术具有适用范围广、工艺简单、经济效益好、无污染的特点，因而成为最具发展潜力和应用价值的采油技术。近十几年来，随着生物工程技术和信息技术等高科技在世界范围内的迅速发展，加上人们对MEOR技术认识的不断深化，现在MEOR技术已经在更多国家的石油开采中得到应用，取得了很好的经济效益，同时许多大学和石油公司的实验室也加大了微生物采油技术的研究和开发力度。

微生物修复技术治理石油污染，是利用微生物的分解作用来减少石油污染物的浓度，消除或降低危害程度。相对其他物理、化学的方法，该技术费用低、效率高、安全性好，而且所能处理的污染物阈值低、残留少，被认为是最可行最有效的方法。

虽然。微生物采油和修复技术得到了广泛应用并获得了较好效果，但在石油微生物的基础研究和应用等方面都还面临许多严峻的问题。

首先，针对石油微生物降油机制的分子研究还不够，对于更重要的长链烷烃降解机制的了解尚不清晰。当前国内外研究的结果显示，已经鉴定功能的烷烃降解基因都是存在于常温或者低温菌中，并且最高降解的烷烃长度在20％左右。这些研究结果应用价值的局限性直接体现在对于最棘手的高温深层重油的开采仍然无法解决。所以，进一步发掘耐高温、油的石油微生物的重要功能基因是今后该领域研究的方向和热点。

其次，尽管多种石油降解微生物被分离得到，但受生存环境和土著菌株间的竞争关系等因素的影响，不同油藏或地理位置分离的石油菌株只能适应分离地的环境，很难在其他不同环境条件下生存和应用。

另外，由于石油微生物的特殊性和复杂性，致使针对很多菌株的基因操作难于实现，不利于对菌株的进一步改造和利用。

因此，寻找和利用高效的石油(尤其重油)降解基因、开发适用于不同油藏环境的石油工程菌株，是提升传统石油微生物技术、适应市场需求的必然发展方向。

研究成果和重大发现

美国能源部的数据显示，微生物采油能提高采油率10％～15％。与国外相比我国还存在较大差距。国际上对石油微生物的分子水平研究仍然匮乏，特别是缺乏以长链烷烃为主的重油微生物降解分子机制的研究，成为微生物采油技术遇到的一大难题。

针对此问题，长江学者、国家杰出青年基金获得者、南开大学泰达生物技术学院院长王磊教授于2002年开始组建科研小组，集中力量进行攻关。课题组在天津市科技创新专项资金(市长基金)的支持下。建立了以基因组学、蛋白质组学、生物芯片和生物信息学四个具有国际先进水平的研究平台为组成部分的天津市功能基因组与生物芯片研究中心。同时，在“十五”国家“863”计划的资助下，利用研究中心的先进技术，以一株分离自我国大港油田的采油细菌――嗜热脱氮土壤芽孢杆菌NG80-2为突破点，综合运用国际前沿的基因组学和功能基因组学的方法开展深入系统的研究。

目前，研究成果已于2007年3月27日在具有国际重大影响力的学术期刊――PNAS(美国科学院院刊)上发表，论文的作者均为南开大学教师或学生。该研究成果是石油微生物研究领域的重大发现，具有重要的科学意义和广泛的应用前景。课题组已对研究成果中的关键发现申请了国际专利保护。

发现一：NG80－2，能降解重油的微生物

南开大学介入石油微生物的分类和应用基础等研究领域已有20多年的历史，分离筛选了红球菌、假单孢菌、芽孢杆菌等大量石油微生物，部分菌株应用于油田的现场开采试验并取得了较好的效果。

上世纪90年代，南开大学科研人员在天津大港油田发现了一种嗜热脱氮土壤芽孢杆菌，师生为它取名“NG80-2”。它在45至73摄氏度的条件下存活，能以原油为唯一的“食物”，具有独特的降解重油和产生表面活性剂的能力。可以提高轻质烷烃与重质烷烃的比例、有效改善原油流动性。但10多年来。它的基因“密码”仍然未知。

发现二：LadA，清除重油污染的“理想候选者”

对NG80-2基因组遗传信息的解密和代谢途径的发现，是王磊教授领导的科研小组经过近4年的努力完成的。

在破译NG80-2基因组序列的基础上。结合蛋白组的分析。课题组最终在国际上首次鉴定了长链烷烃(俗称“重烃”)的微生物降解途径。他们从中发现了一种关键的生化酶，它能帮助细菌将重油的主要成分――长链烷烃降解为小分子。

研究发现，NG80-2能够大量产生这种生化酶，课题组将其命名为“长链烷烃羟化酶”(LadA)，它是降解长链烷烃的关键。课题组还得到了分离和富集这种蛋白的简单方法，并详尽研究了它的功能。这种蛋白被形象地称为――对付石油污染的“理想候选者”。王磊教授介绍，已有的利用微生物处理石油污染的方式，缺陷在于效率比较低，而且往往只能适用于轻油。更重要的是。人们对于微生物如何处理石油污染的分子机理尚未形成确定的认识。而对LadA进行鉴定以后。就能改良细菌的品种，扩大其应用范围，提高处理效率。

同时，根据基因组破译所得到的信息还发现。NG80-2具有降解复杂芳香烃等多种特殊的代谢途径，表明它能够适应很多不同的环境，具有较强的生存能力，因此潜在的应用领域很广。由于这是一种嗜热菌，在地下的高温采油工作中也具有得天独厚的优势。

这是国际上首次发现重油降解基因和途径，对于石油污染的生物治理和微生物采油技术的革新具有重要意义。是石油微生物研究领域的重大突破。

后续工作和应用前景

南开大学的这项研究工作，也为兴起于上世纪70年代的微生物采油带来了新的希望。早在上世纪80年代，大港油田的现场试验就表明NG80-2可有效提高采油率达6.6％。

目前，王磊教授课题组在上述重要研究成果的基础上。正在对NG80-2的代谢网络、环境适应性的分子机理和功能基因的改造进行深入研究，并开展针对其他特色石油微生物的基因组研究。致力于在国际上首次采用基因工程的手段开发一批具有自主知识产权的、具备独特高效降解重油能力的新型石油工程菌、酶制剂和耐高温生物反应器等系列产品，实现野生菌种降解能力的大幅提高(50％以上)。

微生物研究篇8

关键字：微生物腐蚀 金属材料 微生物膜 腐蚀防护

1.引言

随着经济全球化的发展及全球经济的迅猛发展，人们对于陆地资源的开发力度越来越大。人类社会的发展面临着资源危机的困扰。海洋面积约占全球面积的70%，其中蕴藏着丰富的矿产资源。按照海洋矿产资源形成的海洋环境和分布特征，从滨海浅海至深海大洋分布有：滨海砂矿、石油与天然气、磷钙土、多金属软泥、多金属结核、富钴结壳、热液硫化物以及未来的替代新能源--天然气水合物[1]。海洋中除了丰富的矿产资源外还拥有丰富的生物资源。据统计约有20多万种生物生存在海洋中。可以说海洋资源开发利用的程度和人类对于海洋资源的认识与开发的能力对于人类社会的未来的发展是至关重要的。

人们对于海洋开发与利用的，离不开开发海洋所需要利用的材料。我们将从海洋中提取出来的及专门用于海洋开发的各类特殊材料称之为海洋材料[2]。在海洋资源开发与利用过程中，材料应用的最主要破坏形式就是腐蚀，其中因海洋微生物影起的腐蚀约占海洋材料的70%到80%，每年因此种腐蚀而影起的损失高达上千亿美元[3]。

所谓海洋微生物的腐蚀是指由各种各种微生物的生命活动而造成海洋环境中使用的各种材料的腐蚀过程统称为微生物腐蚀（ Microbiologically influenced corrosion， MIC） 。附着于材料表面的微生物膜是诱发材料表面生物性腐蚀的重要因素， 微生物的附着是高度自发过程， 它几乎可以导致所有材料的腐蚀[4]。从微生物腐蚀的机理上去彻底研究材料表面与微生物的相互作用对于提高材料的抗微生物腐蚀的是极其重要的。

2 微生物腐蚀

2.1 微生物腐蚀研究的发展历史

1891年，盖瑞特首次报告了微生物腐蚀的例子[5]。近20年后， 盖恩斯首先发现了微生物腐蚀，他在地下埋设的钢管腐蚀产物中提取出了铁嘉氏杆菌， 并发现有大量的硫的存在， 这表明有腐蚀过程是有硫酸盐还原菌的参与。荷兰学者屈尔等在1934年，提出硫酸盐还原菌参与金属腐蚀中阴极氢去极化的理论，指出了硫酸盐还原菌在金属腐蚀中起到非常重要的作用。1949 年，Butlin 和Vernon给出了这个领域的一些经典的基本概念。后来，剑桥的Postgate系统地研究了硫酸盐还原菌的生理、生态和生化特征及营养需求，奠定了微生物腐蚀的理论基础。20世纪60年代以来，欧洲各国及美国的许多学者都对微生物的腐蚀机理进行了大量的研究。但人们对于微生物腐蚀的认识还仅仅还处于对个别的微生物腐蚀失效事故的描述的阶段。到80年代中期， 随着环境扫描电镜、原子力显微和激光共焦显微等表面分析技术的发展，人们可以测量到生物膜的厚度和组成成份， 使得精确确定微生物和腐蚀之间的空间关系成为可能， little等[4]综述了各种环境、各行业存在的微生物腐蚀现象。Mansfeld等[6]介绍了各种电化学技术在微生物腐蚀研究中的应用。此外还引进了微生物技术进行微生物腐蚀的研究。微生物腐蚀的研究也从失效事故的表面现象日益发展成为一门多领域的交叉学科。

2.2微生物膜

2.2.1微生物膜的形成过程及其影响因素

研究表明，材料表面浸入海水后，微生物就会迅速附着在上面，几个小时之后就会生成一层生物膜。海水中的微生物以各种形式被运送到固体材料的表面，如在深海环境中，由于海水是相对静止的，这时微生物是以沉积作用接触到固体表面的。此外海洋微生物还会由于洋流的作用，自身的趋化性及布朗运动等方式吸附到材料的表面。付玉斌[7～8]研究了玻片、钢片、防锈漆片、防污漆会由于微生物的群落的生长繁殖在材料表面形成一层由活的和片表面细菌粘膜中异养细菌的组成、数量和菌体形态。结果表明，附着细菌均是运动性很强的带有鞭毛的细菌， 其中鞭毛在细菌附着过程中起着重要作用，此外还会由于微生物种类的不同以及材料表面的性质不同都会对微生物吸附成膜过程产生影响。微生物吸附到材料表面之后，利用金属表面吸附的一层有机分子，催化营养物的生物降解，以获微生物自身繁殖所需的各种养分。无论微生物是以何种方式吸附到材料的表面，最终都会形成由活的死的细胞以及细胞外分泌物（Extracellular polymer substances 简称EPS）所构成的生物膜。不同类型的附着菌种，不同类型的附着菌种互相接近，互相协作，形成混合菌群，最终导致生物膜的逐渐成熟。

2.2.2生物膜的的性质

生物膜是一种凝胶相的物质，其具有较好的亲水性、粘弹性、通透性以及一定的吸附能力。由于细菌高聚物的存在，如丙酮酸或糖醛酸中的荷电基团等的存在，使得生物膜具有离子交换器的性质.在任何情况下，EPS都具有亲水性， 因此生物膜赋于疏水表面以亲水性质，基体的表面性质也就因此发生了变化。生物膜通常具有以下作用和特点：凝胶相的EPS使得微生物在其中生长繁殖的过程中，空间上是靠近于生长表面，各种菌具有固定的微同生现象存在，并且细菌的整个生长过程的空间位置的变换也是比较固定的。这样就使得了覆盖于材料表面的生物膜在垂直和水平方向的基质浓度、pH值、氧浓度、代谢产物的浓度、溶解盐浓度、有机物的浓度及无机物的浓度在空间上的不均分布。各处金属/生物膜的界面电化学参数由此发生了变化，最终导致金属腐蚀速率的加快或减慢和形态的各种变化。

2.3微生物腐蚀机理

不同种类的微生物在生物膜内的代谢类型多种多样， 微生物腐蚀的机理也多种多样， 但归结起来， 微生物腐蚀有以下几种类型： （1）形成氧浓差电池；（2）微生物代谢过程中产生的各种酸（有机酸和无机酸）引起的腐蚀；（3） 局部厌氧环境的形成使得硫酸盐还原菌活性增强，腐蚀增强；（4）微生物活动引起的生物矿化作用[9]。相应地腐蚀机理如下：

2.3.1氧浓差电池的形成

生物膜内的细菌群落由于自身的呼吸和发酵作用，导致生物膜内形成氧气浓度的梯度，除此之外由于微生物膜自身结构的不规则不均匀性，腐蚀产物的局部堆积、EPS基质阻碍了氧向材料表面的扩散等因素都会形成局部的浓度差电池，即氧浓度差电池。菌落区相对于周围无菌群环境， 构成原电池的阳极区，金属发生溶解； 周围无菌富氧区构成原电池的阴极区，发生还原反应， 从而导致腐蚀的发生。

另外一种情况是海藻和光合作用细菌利用光产生氧气，积聚于生物膜内。氧气浓度加大，加速了阴极过程， 也就加快了腐蚀速度。海藻象其它细菌一样， 无论光线强弱， 即使在黑暗中也呼吸， 将O2转化成CO2。局部的呼吸作用/ 光合作用可形成氧浓差电池， 导致局部阴、阳极区的产生[10]

L. Hostis 等采用旋转电极技术分析了金电极上天然海水生物膜内氧扩散动力学[11]，氧浓差存在满足了局部腐蚀。氧浓差存在满足了局部腐蚀的初始条件腐蚀产物及代谢物沉积使局部腐蚀得以发展。

2.3.2 酸的产生

微生物腐蚀酸的产生多指有氧区好氧菌代谢产物无机酸（硫酸和硝酸）和各种有机酸的产生，其中硫氧化菌和硝化细菌是常见的好氧型产酸菌， 在新陈代谢过程中消耗介质中的氧形成硫酸和硝酸。同时，由于这些反应都是好氧反应，因此材料表面也会形成类似铁细菌的氧浓差电池腐蚀， 加速材料腐蚀进程。细菌代谢养份时，有机物会除去代谢过程产生的电子，在好氧菌中， 电子的最终接收者通常是氧， 有机物发酵时大多数异养细菌代谢分泌有机酸.酸的种类和数量依赖于微生物的类型和有效基层分子数。有机酸能可以使腐蚀发生趋势转变。如果酸性代谢物被困在微生物腐蚀的反应界面时，对腐蚀影响将更加明显。

2.3.3硫化物的产生

硫酸盐还原菌（ Sulfate-Reducing Bacteria，SRB） 是一种 广泛存在于土壤、海水、河水、地下管道以及油气井等缺氧环境中的厌氧菌。它能利用金属表面的有机物作为碳源， 并利用细菌生物膜内的氢， 将硫酸盐还原成硫化氢， 从还原反应中获得生存的能量。[12]局部无氧区厌氧菌代谢会生成破坏性极强的硫、硫化物、硫代硫酸盐等物质。关于SRB菌腐蚀研究报道很多，其腐蚀机制早在20世纪30年代Von Wolzogen Kuhr和Vander Vlugt就提出了氢化酶阴极去极化理论。SRB菌所引起的腐蚀是一系列电化学过程， 当形成的硫化物覆盖在钢铁表面时，容易产生小孔腐蚀，并加速金属的局部腐蚀。郑强、李进[13]曾报道过硫酸盐还原菌生物膜下铜合金的腐蚀行为， 发现SRB的存在使电极自腐蚀电位发生剧烈负移， 腐蚀电流密度显著增大， 铜合金发生了严重点蚀。

2.3.4 生物矿化作用

微生物在金属表面沉积无机物，或者选择性的去除金属基体中的合金元素的过程我们称之为生物矿化作用。微生物作用沉积的矿物质在热力学、动力学上都与溶解的物质保持平衡。金属与沉积物间有相互的电子转移过程，这种平衡影响了金属的电位。金属电位的改变可以导致惰性金属腐蚀电位的升高，甚至接近点蚀电位，从而增强了金属对点蚀的敏感性。无机沉积物不仅影响电化学腐蚀的热力过程，同时还改变腐蚀过程和微生物氧化还原反应间的电子转移。生物矿化作用对于微生物的腐蚀影响已经成为最近几年人们研究的热点。

结语

21世纪是海洋的世纪，世界各国都在积极努力推进自身海洋事业的发展，我国政府更是制定出了我国海洋战略发展的规划。我国在2010年8月26日成功对"蛟龙号"载人潜水器实现了3000米以下实验。中国成为第五个掌握3500米以上大深度载人深潜技术的国家。这无疑是中国科技成果的骄傲，也是我国广大科技工作者的骄傲。但是，面向海洋的进一步发展，我们所面临的挑战也是巨大的，这就要求我们广大的科技工作者为此付出更为艰辛的工作。海洋耐微生物腐蚀材料的研发对于进军海洋事业的发展是十分重要的，只有好的经久耐用的材料才能经得起我们在开发海洋过程中所以面临的各种复杂的海洋环境的挑战，才能让我们在开发海洋的过程中更好的保护我们的美丽的海洋环境，才能真正造福于我们人类自身事业的发展。

参考文献：

[1] 高亚峰 海洋矿产资源及其分布 海洋环境保护 2005

[2] 尹衍升. 海洋材料的微生物附着腐蚀[M]. 北京：科学出版社，2012.

[3] 刘涛. 金属基体超疏水表面的制备及其海洋防污染功能的研究[博士学位论文]. 青岛：中国海洋大学，2009.

[4]Little B，Wagner P， Mansfeld F.An overview of Microbiologically influenced corrosion[J].Electrochemical Acta，1992

[5] Garret J H. The Action of Water on Lead. London： H. K.Lewis.，Ltd 1891.

[6]Mansfeld F，Little B. Electrochemical techniques applied to microbiologically induced corrosion. Corrosion Science，1991.

[7]李会荣，付玉斌，李筠，在不同基质表面微生物粘膜中海洋细菌的数量变化 [J].青岛海洋大学学报， 1999

[8]李会荣，付玉斌， 李筠， 等. 海洋细菌在不同基质表面微生物粘膜中的组成[J].青岛海洋大学学报，2001

[9]涂小华，王修杰. 石油工业中管道的腐蚀与防腐[J]. 江西化工，2006

[10]Little B， Wagner P， Mansfeld F.Microbiologically influenced corrosion of metals and alloys[ J] . Intern. Mater. Revi. ， 1991

[11]L. Host is E， Com pere C， Desloais C. Characterization of bio films formed on gold in natural seawater by oxygen diffusion analysis[ J] . Corrosion， 1997.

微生物研究篇9

关键词：微生物絮凝剂；絮凝机理；絮凝活性

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.11.017

0 引言

社会经济的迅速发展导致产生出越来越多的各种生产生活废弃物，对环境造成了巨大的破坏作用。废水、废气、固体废弃物三大公害污染物中，以废水的污染尤为突出。由于人类对水资源的需求量与日俱增，各种污水治理方法随之不断地被开发应用，其中得到广泛应用的是对污水的絮凝处理。絮凝剂在各种污废水的处理、金属离子的去处及脱色等方面都有广泛的应用。天然生物絮凝剂与无机絮凝剂和有机高分子相比具有易被生物降解、无二次污染等优点成为研究的热点。其中微生物絮凝剂即属于天然生物絮凝剂中的一种[1]。

1 微生物絮凝剂的概述

微生物絮凝剂是一种利用生物技术，以微生物为生产者，经发酵、提取得到的一种具有生物分解性和安全性的高效、无毒的新型水处理絮凝剂。在各种污废水的处理、生物制药、染料脱色等方面有宽广的应用前景[2]。

2 影响絮凝活性的理化因素

微生物絮凝剂的絮凝性能主要受四个因素的影响，包括絮凝剂用量、温度、金属离子及pH值。

2.1 pH对絮凝活性的影响

pH值是影响生物絮凝剂絮凝活性的最重要的外部因素之一。pH值的改变能对胶体颗粒的Zeta电位、表面电荷产生影响，使其产生絮凝作用。由黄曲霉A.flavus产生的微生物絮凝剂是稳定的，pH值范围为3～7，高岭土悬浮液的絮凝活性在90%以上。

2.2 温度对絮凝活性的影响

絮凝剂所具有的主要絮凝成分不同，受温度的影响也随之不同，絮凝剂中蛋白质含量比较高时，温度过高会导致絮凝剂的絮凝效率降低，这是因为蛋白质易受温度的影响，高温会导致蛋白质失活变性，如果絮凝剂中糖类含量较高，絮凝活性一般不会随温度过高而有所改变，具有热稳定性。

2.3 金属离子对絮凝活性的影响

金属离子对絮凝剂的絮凝活性也有比较重要的影响，改变金属离子的浓度和种类，絮凝剂的絮凝性能也会有所改变，金属离子可以通过电中和作用和桥连作用对微生物絮凝剂产生影响。阳离子可以中和高岭土悬浮液中带负电荷的胶体颗粒，形成吸附架桥而沉淀下来。例如，Halomonas sp.和Micrococcus sp.产的微生物絮凝剂具有阳离子依赖性，Al3+，Ca2+，Mn2+对絮凝活性具有促进作用，而Ba2+，Mg2+，Fe3+，Na+，Li+，K+对絮凝活性具有抑制作用。

2.4 微生物絮凝剂投加量对絮凝活性的影响

微生物絮凝剂在最佳浓度和最适宜条件下可达到最高絮凝活性。当絮凝剂浓度不足时，桥联机理不能在胶体系统完成。与此相反，过量的微生物絮凝剂通常导致胶体颗粒会因超荷现象而达到新的稳定。

3 微生物絮凝剂的应用

3.1 家禽废水的处理

家禽废水有机含量较高，因此很难进行处理，Ghosh等人筛选了一株由克雷伯氏菌产生的新型生物絮凝剂，具有去除沙门氏菌（一种在家禽废水中流行的有效病原体）的潜力。研究表明，室温条件下，经纯化后的絮凝剂最佳投加量为2mg/L，30分钟内可去除80.3%沙门氏菌。家禽废水中含有3log CFU沙门氏菌细胞。这种微生物絮凝剂絮凝效率远优于合成得有机絮凝剂，对高岭土悬浊液的絮凝活性高达90%左右。

3.2 染料废水的处理

Zhang等人研究了由复合微生物絮凝剂联合体（葡萄球菌属BAFRT4和假单胞菌CYGS1）产生的一种新的生物絮凝剂MMF1（蛋白质和多糖生物絮凝剂），在处理靛蓝印刷和染料废水方面具有良好的絮凝性能，COD和色度的最大去除率分别为79.2%和86.5%。

3.3 金属离子的去除

微生物具有产生胞外聚合物质的能力，如多糖，黏多糖和蛋白质的混合物，并且可以结合有毒的金属。微生物絮凝剂具有选择性絮凝溶液中的金属离子的作用，例如金属硫化物和氧化物沉淀。Bender等人采用浮动蓝藻垫从水域除去金属，该金属结合过程是由于大的多糖。在该研究中提出了蓝藻菌Oscillatoria对水中重金属离子（即Mn2+，Pb2+，Cd2+，Zn2+，Co2+，Cr3+和Fe3+）的去除有特殊功效。微生物絮凝剂具有能选择性吸附或絮凝重金属的特性，为重金属废水的处理以及矿山废水贵重金属的回收提供了一条有效途径。

3.4 污水的脱色处理

通常用现在常用的絮凝剂难以去除有色废水中的有色物质，而又报道用微生物絮凝剂处理某造纸厂有色废水时，在80mL废水中加入2mL Alcaligenes latus培养物和1.5mL1%的聚氨基葡糖，即可在废水中形成肉眼可见的絮凝物浮在水面，脱色率为94.6%。

4 结语

微生物絮凝剂与一般的无机和有机合成絮凝剂相比具有无毒、无二次污染等特点。微生物絮凝剂在各种工业和生物加工方面对提高产品质量和生产力表现出巨大的潜力。微生物絮凝剂具有絮凝、吸附等多种功能性，通过研究微生物絮凝剂的絮凝机理及絮凝性能、微生物絮凝剂对各种不同类型的污废水的处理性能以及研究对微生物絮凝剂的化学改性，都是微生物絮凝剂发展方向之一。

参考文献：

[1]Zhong L， Chen U W， Lei H Y， et.al. Characterization and focculating properties of a novel biofocculant produced by Bacillus circulans. World J Microbiol Biotechnol， 2009（25）： 745-752

微生物研究篇10

我校于2014年开始招收高职医学检验技术专业学生，在此之前，主要教学对象为中职医学检验技术专业学生。中职医学检验技术专业侧重于培养学生相关检验技术，而高职医学检验技术专业在培养学生相关技能的基础之上，还要培养学生科研思维能力与创新能力[1]。针对招生层次的变化，明确目前我校临床微生物学检验实验教学存在的问题，才能有的放矢。我校临床微生物学检验实验教学存在以下问题：（1）我校相关教师的中职临床微生物学检验实验教学经验丰富，而高职课程教学目标和教学理念均有别于中职课程，需要相关教师进行深入学习和研究，探索更为科学的教学方案与教学手段[2]。（2）我校临床微生物学检验实验教学一般采用特定的形式开展，实验步骤和结果都是确定的，学生缺少独立思考机会，实践能力和创新能力难以提高。这就需要将实验教学与临床实际联系起来，并构建科学的临床微生物学检验实验教学体系[3]。（3）目前，我校临床微生物学检验实验教学与临床实践需求存在一定的差距，在今后的实验教学过程中，学校应多与附近的医院合作，充分利用其平台的优质资源，开设应用性、综合性实验，开阔学生视野，提高教学质量。

2临床微生物学检验实验课程教学体系改革

2.1改变基础实验教学手段，建立以研究为主导的教学体系。基础实验着重培养学生实验能力，强化专业基础和实验基础[4]。本教研室对临床微生物学检验基础实验教学方法进行改革，遵循以学生动手为主、教师示教为辅与多媒体教学弥补的原则，培养学生实验能力。对于一些实验室难以开展的最新实验项目，教师可以通过微视频演示给学生，让学生了解学科最新研究动态和技术。具体基础实验教学过程中，让学生参与实验教学的每个环节[5]，包括准备实验、实验过程、实验研讨、实验总结以及科研活动，实现教学相长。学生轮流参与实验准备过程，教师鼓励学生在实验过程中提出问题，组织学生以5~6人一组讨论实验过程中遇到的问题。实验结束后，每组学生根据实验结果以及遇到的具体问题进行总结，归纳成败原因，总结经验。2.2建立综合性、设计性实验教学体系。综合性实验是指在学生具有一定实验基础知识和基本操作技能的基础上，对学生实验能力与实验方法进行综合训练的一种复合性实验[6]。设计性实验是指给定实验目的、要求和实验条件，由学生自行设计实验方案。我校临床微生物学检验课程实验课和理论课学时比为1∶1，综合性、设计性实验教学体系的构建是培养临床微生物学检验人才的关键[7]。我院传统临床微生物学检验实验课程设计见表1，改革后的临床微生物学检验实验课程模块设计见表2。本教研室将综合性、设计性实验教学分为以下几个环节。2.2.1抽签选择临床模拟标本。实验教师准备临床模拟标本，例如感染病原菌的尿液、血液、痰液、脑脊液、粪便等，学生抽签进行实验，两名学生一组或者4名学生一组。2.2.2设计实验方案。每组学生应用所学知识，拟定实验方案，设计微生物学检验程序。2.2.3实施实验方案。学生根据确定的方案进行实验。在学生实验过程中，教师引导学生独立思考，协助学生解决在实验过程中遇到的问题。教师应做到总体调控，把握学生实验进度，保证其进行按时完成实验。2.2.4实验总结。实验结束后，各小组撰写实验报告，同时对实验进行总结，讨论实验结果的可信度，归纳实验成败原因，总结经验教训，完善实验方案及实验步骤。2.2.5成绩评定。教师根据学生的实验设计、实验操作、实验报告等对其进行综合评定，给出综合性、设计性实验成绩。2.3构建开放式的实验教学模式。开放式的实验教学模式是一种先进的现代化实验教学方式，是有利于培养学生实践能力、提高学生综合素质的一种模式。开放实验室不仅是时间和空间上的开放，更应该是实验内容（实验课程、实验项目、研究课程）和师资的开放[8]。教研室每学期接纳一些自愿参与研究的学生，学生利用课余时间走进实验室，开展实验研究，在此过程中，学生需要查阅大量资料以及进行简单的课题研究，掌握课题设计思想和实验技术，撰写实验研究论文，这能激发学生学习兴趣，实现教学与科研一体化。2.4逐步建立医院实践体系。本教研室与长期从事临床微生物学检验的医技人员和教学经验丰富的教师共同建立了医院实践体系。我院对2015级、2016级医学检验技术专业进行教学改革，共6个班级，改革班学生在校掌握基本技能后，进入医院接受实验教学，共设接种、培养、鉴定3个项目，每个项目都有明确的教学内容和教学要求，同时对改革班学生期末考试成绩和毕业实习期间的表现进行调查分析。

3临床微生物学检验实验课程考核体系改革

本教研室建立以能力考核为核心的实验课程多元化考核模式，重视对学生实验过程的评价[9]。实验成绩主要由基础实验成绩、综合性实验成绩、开放性实验成绩、临床试验成绩组成。基础实验成绩由教师给出，占总成绩的30%；综合性实验成绩包括小组成绩和个人成绩两部分，其中小组成绩由教师给出，占总成绩的15%，个人成绩由小组成员给出，占总成绩的15%；开放性实验成绩由教师给出，占总成绩的10%；临床试验成绩由医院带教教师给出，占总成绩的30%。

4讨论

在临床微生物学检验实验教学过程中，教师利用新型教学手段，使学生掌握基本实验操作技能，同时建立综合性、开放式实验教学体系，将实验教学与科研活动紧密联系起来，培养学生独立思考、解决难题能力。此外，逐步完善开放性教学模式，提高学生学习主动性。实验教学改革将课堂延伸到工作岗位，能帮助学生树立正确的择业观和就业观，增强学生职业认同感。实行多元化的临床微生物学检验实验课程考核方式，有助于提升学生独立操作能力。