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环境生物学重点

绪论
1. 环境的概念
以人类为主体的外部世界，即人类赖以生存和发展的基本条件的综合体，包括自然环境和社会环境。
2. 环境问题包括哪两大类、酸雨的定义、生物多样性的层次
两类环境问题：环境污染和生态破坏
定义：pH＜5.7
①遗传多样性
②物种多样性
③生态系统多样性
④景观多样性
3. 环境生物学的概念
环境生物学是研究生物与受人类干扰的环境之间相互作用规律及其机理的科学，是环境科学与生物学的相互融合、相互渗透所形成的交叉学科（教材）。
其他定义
环境生物学是研究生物与人为受损环境之间的相互关系的学科（段昌群） 。
环境生物学是研究生物系统与人为逆境相互关系的科学（熊冶廷）。
4. 环境生物技术
是利用生物体、生物体的代谢反应过程和生物合成产物对污染或被破坏的环境进行治理和修复以及监测和评价的一种单一的或复合的工艺技术系统。
包括污染物生物控制、消除技术和环境生物监测、评价技术
5. 环境生物学和分支学科的相关性

第一章 环境污染物在生态系统中的行为

1、 环境污染及类型
大气污染、水体污染和土壤污染
大气污染物种类
气体污染 如CO2、NOx、碳氢化合物、HF、H2S、SO2、CO等。
颗粒物污染 烟灰、烟尘、光化学烟雾
微生物悬浮气溶胶污染
水污染水污染的类型
需氧有机物质污染 氮磷化合物污染 有毒重金属和难降解化合物的污染 石油类污染 病原微生 物污染 热污染 盐污染
土壤污染
环境污染的类型
n 按污染物的性质：生物污染、化学污染和物理污染。
n 按污染物的形态：废气污染、废水污染、固体废弃物污染、噪声污染和辐射污染。
n 按污染物的产生原因：生活污染和生产污染（如工业农业和交通）。
n 按污染的涉及范围：全球性污染、区域性污染和局部污染

2、 污染物、优先污染物、污染源
污染物：指进入环境以后使环境的正常组成结构、状态和性质发生变化、直接或间接有害于人类生存和发展的物质。
优先污染物：由于有毒物质品种繁多，不可能对每一种污染物都制定控制标准，因而提出在众多污染物中筛选出潜在危险大的作为优先研究和控制的对象，称之为优先污染物或优先控制污染物。
污染源：造成环境污染的污染物发生源称为污染源。
按人类社会活动功能：工业污染源（最多）、农业污染源、交通运输污染源、生活污染源。
按污染源空间分布方式：点污染源与面污染源
点污染源：污染物发生于某一局部较小范围，一般有固定的排污口。如工厂的排污口，形成 以管口为中心的圆形扩散污染。
面污染源：其特点是没有固定的排放点，分布广而散，污染物浓度较低，但总量很大。
3、 污染物在环境中的迁移与转化
污染物的迁移：污染物在环境中发生的空间位置的移动及其引起的富集、分散和消失过程。
迁移的方式：
n 机械迁移（水、气、重力等）；
n 物理－化学迁移（最重要的迁移方式）；
n 生物迁移。
污染物的转化：污染物在环境中通过物理、化学、生物作用改变形态或转变为另一种物质的过程。
迁移与转化往往相伴发生。
4、 生物转运（物质跨膜运输的方式）
a. 被动转运
简单扩散（自由扩散）：沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散，没有膜蛋白的协助，不需要提供能量。
脂溶性有机化合物的主要运转方式
滤过：通过生物膜上的亲水性孔道的运转过程
分子直径小的水溶性化合物的主要运转方式
2. 特殊转运
主动转运： 环境污染物特异结合于一转运蛋白后被转运过膜，逆浓度梯度，能量驱动。
水溶性大分子化合物的主要转运形式
易化扩散：环境污染物特异结合于一个转运蛋白被转运过膜，转运沿着浓度梯度下降方向进行，
3.胞饮作用
少数物质与膜上的某种蛋白质有特殊亲和力，当其与膜接触后，可改变这部分膜的表面张力，引起膜的外包或内陷而被包围进入膜内，固体物质的这一转运称为吞噬，液体物质的这一转运称为胞饮。
5、 生物转化的具体过程（相I、相II反应）
相Ⅰ反应：外源性化合物在有关酶系统的催化下经由氧化、还原或水解反应改变其化学结构，形成某些活性基团（-OH、-SH、-COOH、-NH2）或进一步使这些活性基团暴露。
相Ⅱ反应：指在酶的催化下，外源性化合物的相Ⅰ反应产物或带有某些基团的外源性化合物与细胞内物质结合反应。
6、 生物浓缩、生物积累和生物放大
生物浓缩：指生物机体或处于同一营养级上的许多生物种群，从周围环境中蓄积某种元素或难分解化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象，又称生物学浓缩、生物学富集。
生物积累：指生物在其整个代谢活跃期通过吸收、吸附、吞食等各种过程，从周围环境中蓄积某些元素或难分解的化合物，以致随着生长发育，浓缩系数不断增大的现象，又称生物学积累。
生物放大：指在生态系统中，由于高营养级生物以低营养级生物为食物，某种元素或难分解的化合物在生物机体中的浓度随着营养级的提高而逐步增大的现象，又称生物学放大。
7、 金属的生物转化
u 金属的毒性 影响因素：金属的浓度、金属的存在状态
u 金属的微生物转化 微生物对金属的毒性转化，主要是氧化还原和甲基化作用

第二章 污染物对生物的影响

1、 酶的诱导作用、抑制作用
（一） 酶活性的诱导
能诱导酶的化合物大都属于有机亲脂性化合物，并且有较长的生物半衰期。其诱导作用是：增加酶的合成速度（转录）降低酶蛋白的分解
混合功能氧化酶MFO是污染物在体内进行生物转化相Ⅰ反应过程中的关键酶系。
抗氧化防御系统酶（1）超氧化物歧化酶（SOD）
（2）谷胱甘肽过氧化酶（GPx）
（3）过氧化氢酶（Ct）
（二）酶的抑制作用
n 不可逆性抑制
由于污染物与酶蛋白的活性中心功能基因不可逆性结合而引起的。如有机磷农药对胆碱酯酶的抑制作用。
n 竞争性抑制
n 非竞争性抑制
n 反竞争性抑制
1. ATPase
2. 乙酰胆碱酯酶（AchE）
3. δ-氨基乙酰丙酸脱氢酶（ALAD）
4. 蛋白磷酸酶
2、 抗氧化防御系统
抗氧化防御系统酶
活性氧（Reactive Oxygen Species）：带有2~3个电子的分子氧还原产物，主要有：·OH、O2-、H2O2
抗氧化防御系统组成：
水溶性组分，如谷胱甘肽（GSH）、维生素C
脂溶性组分，如维生素E、β-胡萝卜素
酶，如谷胱甘肽过氧化酶（GPx）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）
3、靶器官 效应器官 蓄积器官
l 靶器官：污染物质被吸收后可随血流分布到全身各个组织器官，但其直接发挥毒作用的部位往往只限于一个或几个组织器官，这样的组织器官称为靶器官。
l 效应器官：毒作用表现出来的器官。
l 蓄积器官：毒物在体内的蓄积部位。
三个器官间的关系
n 靶器官不一定是效应器官；
n 靶器官也不一定是蓄积器官；
n 例：放射性碘、镉、甲基汞、有机磷农药、DDT、大气中的铅。

4、环境激素
环境中存在一些天然物质和人工合成的环境污染物具有动物和人体激素的活性，这些物质能干扰和破坏野生动物和人内分泌功能，导致野生动物繁殖障碍，甚至能诱发人类重大疾病，这些物质被称为环境激素。
环境激素类型
n 天然雌激素和合成雌激素
n 植物雌激素
n 具有雌激素活性的环境化学物质
环境激素危害：当环境激素进入人体时，会让人体内的内分泌系统误认为是天然荷尔蒙，而加以吸收，占据了在人体细胞中正常荷尔蒙的位置，从而引发内分泌紊乱，造成人体正常激素调节失常
减少环境激素的有效途径
n 尽量减少使用一次性用品
n 在日常生活中尽量使用布袋
n 不用聚氯乙烯塑料容器在微波炉中加热
n 不用泡沫塑料容器泡方便面
n 多用肥皂，少用洗涤剂
n 少用室内杀虫剂
5、化学污染物的联合作用
两种或两种以上的化学污染物共同作用所产生的综合生物学效应，称为联合作用(bined Effect) 。
协同、相加、独立、拮抗
n 协同作用：污染物的总作用强度大于其各个成分单独作用强度的总和（解毒作用抑制）。1+1>2
n 相加作用：污染物的总作用强度等于其各个成分单独作用强度的总和。1+1=2
n 独立作用：多种化学污染物各自对机体产生毒性作用的机理不同，互不影响。Max (A, B)<n<A+B
n 拮抗作用：污染物的总作用强度低于任何一种单独作用的强度（毒作用相互干扰）。1+1<2

第三章 污染物的生物效应检测

1、 生物测试；
生物测试（Bioassay）：系统地利用生物受到污染物质的毒害所产生的生理机能等变化，测定一种或多种污染物或环境因素单独或联合存在时所导致的影响或危害。
生物测试的优点：生物测试不同于常规的物理、化学检测。前者能够测定污染物对生物机 体的影响，而后者只能测定污染物的浓度。
意 义
n 确定单一污染物的安全浓度；
n 污染物的联合作用于；
n 确定污染物排放标准化；
n 确定环境质量标准；
n 生态风险评价。
2、 生物毒性的基本概念；
毒物：指在一定条件下，以较小剂量进入生物体后，能与生物体之间发生化学作用并导致生物体功能或器质性损伤的化学物质。
毒物与非毒物之间不存在绝对的界限，通常一种物质只有达到中毒剂量时才是毒物。
中毒：机体受毒物作用而表现出的疾病状态。中毒是各种毒性作用的综合表现，包括急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒。
毒性： 指有毒物质接触或进入机体后，引起机体易感部位产生有害作用的能力。
毒性作用或毒效应：化学物引起机体损害的总称。
无损害作用：机体无形态、生长发育、寿命的改变；未见功能容量降低或代偿能力损害；可逆的。
损害作用：机体接触或不接触后，仍表现出易感性、代谢速率低、酶系的相对活力异常。
毒性试验：是指人为地设置某种致毒方式使受试生物中毒，根据试验生物的中毒反应来确定毒性的试验方法。
3、 剂量-效应关系曲线；
以剂量为横坐标，以表示效应强度的计算单位或表示反应的百分率或比值为纵坐标绘制散点图所得到的曲线。
不同的化学物或同一化学物在不同条件下，其剂量与效应或反应的相关关系不同，可呈现不同类型的曲线。
常见的剂量-反应（效应）曲线有直线、抛物线、S形曲线三种形式。
4、 表示毒性的常用参数（LD50、LC50），理解测定LC50的意义
测定LC50的意义：
n 对可能进入环境的化学物质毒性的筛选，为控制剧毒物质的生产和使用提供科学依据；
n 作为监测污染源和环境污染生物学评价的依据；
n 检查有毒物质处理效果，为制定排放标准提供依据；
计算安全浓度的依据，作为制定环境标准的重要参数
5、几个一般毒性试验的概念 急性、亚急性、慢性
急性毒性试验
是研究化学物质大剂量一次染毒或24h内多次染毒动物所引起的毒性试验，是毒性研究的第一步。
一般采用LC50（LD50）表示受试物的急性毒性大小。
亚急性（亚慢性）和慢性毒性试验
（一）亚急性（亚慢性）毒性试验
在相当于动物生命周期的1/30~1/20时间内使动物每日或反复多次接触受试物的毒性试验
（二）慢性毒性试验 又称长期的、亚致死试验。
是指以低剂量外来化合物，长期与试验动物接触，观察其对实验动物所产生的生物学效应的试验。

5、 动物急性毒性试验方法；
按试验要求选择受试生物
n 最常用的急性毒性试验生物是大鼠和小鼠。
n 水生毒物毒性试验：鱼类、水蚤及藻类。
n 也可选择某些高等植物如蚕豆、洋葱、大白菜等物种。
n 雌雄动物同时试验，对试验动物预先观察几天后标记编号并随机分组。
预备试验和确定剂量组
Ø 选用少量动物进行预备试验，找出引起动物90%（或全部）死亡的剂量（即最高剂量组剂量）和引起动物10%死亡（或不死亡）的剂量（即最低剂量组剂量）。
Ø 在最高剂量组剂量和最低剂量组剂量的范围内，按等比级数插入若干个中间剂量（一般4~6组），从而确定正式试验的剂量组。
染毒方式
以哺乳动物为受试生物的急性毒性试验一般有三种常用染毒方式：经口染毒（灌胃法）、经皮肤染毒（定量滴入或涂擦方法）、经呼吸道染毒（吸入法）。
受试物的配制
配制试验所需的最高剂量浓度溶液，然后依次稀释到所需浓度。
观察指标
Ø 中毒症状：一般观察24~48小时，最好观察到绝大多数动物出现典型中毒症状。
Ø 动物死亡数目和死亡时间
Ø 病理检查：对于试验时立即死亡的动物，可解剖，分析死亡原因，看是技术事故还是中毒引起的死亡。
试验结果
Ø 确定半数致死量（LD50）,LD50值越小,毒性越大。
Ø 急性毒性试验结果只能粗略地表示某化学物质的毒性，而不能全面反映其毒性。
Ø 由于动物种属、性别、染毒方式的不同，所表现的毒性也不一致，故表示LD50应注明动物种类和染毒方式。
7、蓄积毒性试验 物质蓄积、功能蓄积
蓄积毒性试验
低于中毒阈剂量的外来化合物，反复多次地与机体持续接触，经一定时间后使机体出现明显的中毒表现，即为蓄积毒性作用。
Ø 物质蓄积：污染物进入机体的量大于排出的量，量的积累。
Ø 功能蓄积：污染物反复作用于机体，最终致病，效的积累。
8、 DNA加合物及主要测定方法；
外界物质进入生物体后，经过生物体内酶的作用，转化形成亲电活性中间产物，该产物与DNA链上特异位点结合形成共价化合物，即称DNA加合物
Ø 免疫法
Ø 荧光法（不损伤DNA）
Ø 32P-后标记法—目前应用最广泛的方法
Ø 色谱/质谱法
9、致突变试验 试验原理
目的：是为了检查受试物对机体遗传过程有无影响的方法。
方法： 基因点突变试验 染色体畸变试验 DNA损伤试验
1.1 体外基因突变试验
Ames试验
原理：同一种微生物的（营养缺陷型）突变型菌株与受试物接触，若此化学物质具有致突变性，可使突变型微生物再发生一次突变，重新成为野生型微生物。这种突变叫做回复突变。
1.2体外基因突变试验
哺乳动物体细胞株（V79、CHO等）突变试验
1.3 体内基因突变试验
显性致死突变试验
检测外来化合物对动物生殖细胞染色体的致突变作用。
9、 癌变过程；
引发阶段 促长阶段 浸润和转移阶段
11、微宇宙法；
微宇宙（microcosm）法
研究污染物在生物种群、群落、生态系统和生物圈水平上的生态效应的一种方法，又称为模型生态系统法，是真正意义上的生态系统层次的生物监测方法。
分类
自然微宇宙、人工微宇宙（开放式、封闭式）
陆生微宇宙、水生微宇宙（烧杯、河流、池塘等）
土壤核心微宇宙：用于研究外源性化合物对农业生态系统及其生长的植物、土壤无脊椎动物和微生物影响的一种陆生微宇宙。

第四章 环境质量的生物监测与生物评价
1、环境质量、环境质量基准、环境质量标准
环境质量：指环境素质的优劣程度
环境质量基准：环境因素在一定条件下作用于特定对象（人或生物）而不产生不良或有害效应 的最大阈值。是由污染物同特定对象之间的剂量—反应关系确定的，不考虑社会、经济、技术等人为因素，具有客观性。
环境质量标准：强制性法规；具有一定的主观性。
3、 生物监测的优缺点
优点：
• 能直接反映环境质量对生态系统的影响；
• 能综合反映环境质量状况—综合性；
• 具有连续监测的功能—连续性；
• 监测灵敏度高—高灵敏性；
• 不需购置昂贵的仪器及进行仪器保养和维修；
• 可大面积或长距离内密集布点。
局限性：
• 反应不够快速；
• 无法精确监测某些污染物的含量，精度不高（通常只反映各监测点的相对污染水平）。
• 易受环境因素的影响如季节和地理环境等—影响因素多。
4、 大气污染的植物监测方法: 指示生物法（代表物种）
指示生物指对环境中某些物质（包括污染物）能产生非一般性反应或特殊信息而被用来监测和评价环境质量的现状和变化的生物。
常见大气污染指示植物
n SO2：地衣、苔藓、芝麻、向日葵、落叶松等
n HF：唐菖莆、郁金香、杏、葡萄、梅、雪松（幼嫩叶）等
n NO2：悬铃木、番茄、秋海棠、烟草等
n O3：烟草（Bel-W3）、菜豆、矮天牛等。
n PAN：早熟禾、矮牵牛、繁缕等。
n C2H4：芝麻、番茄、香石竹等。
n Cl2: 芝麻、荞麦、向日葵等。
5、 水污染的细菌学监测
检验细菌总数，特别是检验作为粪便污染的指示细菌，如总大肠菌群、粪大肠菌群、粪链球菌、肠道病毒等来间接判断水的卫生学质量。
（1） 细菌总数 细菌总数指1ml水样在琼脂培养基中，于37℃、24h培养后所生长的细菌菌落总数。它可反映细菌总数的测定方法
检验步骤：
无菌操作条件下，1ml水样注入培养皿，接着再注入15ml已融化并冷却 45℃左右的培养基，混匀。凝固后培养24h进行计数。
细菌数=每皿细菌数×稀释倍数
（2）大肠菌群数
大肠菌群是一群需氧及兼性厌氧的革兰氏阴性无芽孢杆状细菌，能在37℃培养24h内使乳糖发酵产酸产气。
大肠杆菌群的检测作为监测水体是否受粪便污染的指标。
ü 大肠菌群数指每升水样中含有的大肠菌群的数量（标准值）。
ü 大肠菌群数的测定：发酵法和滤膜法。
6、 水环境质量的生物学评价 指示生物法、污水生物系统
水环境质量的生物学评价
基本原理：生物与环境的关系。
方法：
ü 一般描述对比法
ü 指示生物法
ü 污水生物系统法
ü 生物指数法
ü 种的多样性指数
ü 生产力法
ü 残留量指数及富集系数
指示生物法
n 敏感种、耐污种
n 底栖无脊椎动物是常用的水体污染指示生物
污水生物系统
污水生物系统法的原理 受污染的河流由于自身的自净过程从而导致自上游往下游形成一系列在污染程度上逐渐减轻的连续带。随污染物浓度的降低，生物种类也发生变化，每一带都生存有大体上能够表示这一带特性的动物和植物
污水生物系统中各带特点
多污带：有机污染严重，溶解氧含量低，细菌极多，无好氧生物，无鱼类生存；
α-中污带：有机污染较为严重，溶解氧略有回升，多为耐污性生物种类，藻类少；
β-中污带：中等程度的有机污染区域，溶解氧较高，有多种藻类和原生动物，有鱼类出现；
寡污带：溶解氧恢复正常或达饱和，水质透明，细菌数量少，藻类种类和数量多。
污水生物系统的应用
主要应用对象是被生活污水污染的水域，对重金属和其他工业废水引起的污染水域的应用问题尚需进一步研究；
7、 生物标志物
化学污染物所导致的生物有机体的生物化学和生理学改变 ，可用以 监测和评价化学污染物的暴露及其效应。
特点：灵敏性高：响应快，检测较为方便, 特异性高
暴露生物标志物：可指示机体对化学污染物的暴露，但不显示发生这种变化所造成的不利效应的程度。如污染化学物在体内的代谢产物及浓度。
效应生物标志物：可证明化学污染物对机体的不利效应。如乙酰胆碱酯酶抑制。
7、有害物理因素的生物学效应的评价
环境噪声的生物学效应
来源
n 交通噪声
n 工业噪声（气动源、机械动源）
n 施工噪声
n 社会生活噪声
声污染的特点
n 能量污染
n 感觉公害
n 局限性和分散性
放射性污染的生物学效应
n 放射性污染的来源
天然放射性
人工放射性：核武器、核燃料、核电站、同位素
n 对人体健康的影响
（1）急性辐射损伤
（2）辐射的远期效应
射频电磁辐射污染的生物学效应
n 污染源 无线电广播、电视通讯、雷达控制、高频加热

第五章 环境污染生物净化的原理

1、 污染物的生物净化方法
污水处理方法
n 物理法：沉淀法、过滤法、离心分离法、浮选法、吸附法、萃取法、吹脱法、蒸发结晶法、反渗透法
n 化学法：化学凝聚法、中和法、氧化-还原法、离子交换法
n 生物法：好氧法、厌氧法等
大气污染净化方法
气溶胶状态污染物的控制
n 重力沉降
n 旋风除尘
n 静电除尘
n 过滤式除尘
气体状态污染物的吸附与净化
n 气体吸收法：液体吸收剂（干湿法脱硫）
n 气体吸附法：多孔性固体（活性炭、生物吸附剂）
大气污染物的生物净化方法
n 生物吸收法：微生物吸收液（可溶性气体）
n 生物洗涤剂法：活性污泥配置混合液（除臭）
n 生物过滤法：含有微生物的固体颗粒（土壤或堆肥）
固体废弃物处理方法
工业废弃物
n 物化法：覆盖法、化学反应剂法
n 生物法：栽种永久性植物（尾矿复垦）
城市垃圾
n 填埋法（卫生填埋、安全填埋）
n 堆肥法（好氧、厌氧）
n 制取沼气（厌氧）
焚烧法（高温处理）
2、 污染与净化指标 BOD、COD
水体指标：
n BOD5、COD、TOD、TOC、固体物质、含氮化合物、pH值
n 生物污染指标：细菌总数、大肠菌群数
n 地表水环境质量标准（GB3838-2002）共24项指标。
生化需氧量 BOD
在20℃条件下，微生物好氧分解水样（废水或受污染的天然水）中有机物所消耗的溶解氧量。
BOD5：微生物5天好氧分解有机物所消耗的溶解氧量。
有机物生化耗氧过程的两个阶段：
碳化阶段 将有机物分解成CO2、H2O、NH3，碳化作用消耗的氧量称为碳化需氧量BODC
硝化阶段 NH3被转化为亚硝酸盐和硝酸盐，硝化作用消耗的氧量称为硝化需氧量BODN。
BOD曲线
指废水生物处理过程中，在有氧的情况下，由于微生物（主要是细菌）的活动，可降解有机物稳定化所需的氧量（BOD）随时间增长变化的曲线。
BOD5、BOD20或BODu
n 好氧分解全部有机物大约需要20d，称为BOD20 （与BODu相当）。
n BOD5主要是碳氧化需氧量，氮氧化阶段通常在5d以后开始的。
n BOD5约为BODu的2/3。
化学需氧量 COD
在一定条件下，用强氧化剂处理水样时所消耗氧化剂的量，折算成每升水样消耗氧的毫克数，用mg/L来表示。
它反映了水中受还原性物质污染的程度。水中还原性物质包括：有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等。水被有机物污染是很普遍的，故COD也作为有机物相对含量的指标之一
BOD和COD的比较
废水处理中多以BOD和COD两个指标来度量水样的有机污染物浓度和被净化程度
BOD反映的是微生物能够降解的那部分有机物的数量，基本上反映出水体中生物氧化分解有机物所消耗的氧量，比较符合实际，但检出时间过长，不能迅速及时指导生产实践，而且毒性大的废水可抑制微生物的作用而影响结果， 甚至无法测定。
COD一般表示废水中有机污染物重量的98%，几乎可以表示出有机物全部氧化所需氧量，测定不受水质限制，并可在数小时内完成；但是它不能反映微生物能够降解的那部分有机物的数量。
3、 微生物对污染物的降解转化特点 共代谢
（1）微生物个体微小，比表面积大，代谢速率大；
（2）种类繁多，分布广泛，代谢类型多样；
（3）微生物具有多种降解酶；
（4）微生物繁殖快，易变异，适应性强；
（5）微生物具有巨大的降解能力
共代谢
只有在初级能源物质存在时才能进行的有机化合物的生物降解过程。
微生物在利用生长基质A时（从中获得能量、碳源或其他任何营养），同时非生长基质B（不能从中获得能量或营养）也伴随着发生氧化或其他反应。
n 应用：处理难降解污染物。
n 彻底降解需要多种微生物的联合作用。
n 如何筛选降解菌：同类物富集（结构类似的生长基质）
4、微生物对污染物降解转化的影响因素（驯化）
（1）微生物的代谢活性
（2）微生物的适应性
微生物具有较强的适应和被驯化的能力。
（驯化）是一种定向选育微生物的方法与过程，通过人工措施使微生物逐步适应某特定条件，最后获得具有较高耐受力和代谢活性的菌株。
（3）化合物的结构
（4）环境因素
n 温度：通过影响酶的活性而实现；
n 酸碱度：微生物生长和繁殖的最适pH值范围不同；
n 营养：除碳外，还需要氮、磷、硫、镁等无机元素；
n 氧：好氧、厌氧；
n 底物浓度
4、 评价生物可降解性的方法（呼吸线及BOD/COD）
测定生物氧化率
测呼吸线
测定相对耗氧速度曲线
测BOD5与CODCr之比
测COD30
培养法
呼吸线
将污水与污泥混合培养，以时间为横坐标，耗氧量为纵坐标绘制的曲线称为生化呼吸线。
将污泥于清水中曝气培养，微生物处于内源呼吸状态，其呼吸速率是恒定的，耗氧量与培养时间呈直线关系，这条曲线称为内源呼吸线。
测BOD5与CODCr之比（适用类别？）
BOD5/CODCr值越大，说明污水中可生物降解的部分占总COD的比例越大，即污水的可生化性越好。反之，污水的可生化性也越低。
6、水体自净作用 氧垂曲线
什么是水体自净作用？
n 天然水体受到污染后，在无人为处理条件下，借助水体自身的能力使之得到净化的过程。
自净机制
n 该过程中包括稀释、沉降等物理作用，氧化、还原、分解、凝聚等化学作用，还有更重要的生物作用，即生物对无机物和有机物的同化和异化作用。
n 生物中最活跃的是细菌，捕食细菌的原生动物和微型生物也起很大作用。
水体自净过程的三个阶段和三个变化
n 三个阶段
一、有机物进入河流，有机物浓度上 ，异养菌数量 ，DO ；
二、有机物浓度 ，异养菌数量 ，原生动物数量 ，DO ；
三、有机物浓度 ，异养菌数量 ，原生动物数量 ，藻类数量 ，DO ；
三个变化
一、有机污染物浓度由高降至低；
二、生物相发生一系列变化：异养菌 原生动物数量 藻类；
三、DO的变化：DO DO 恢复原有水平
氧垂曲线（Oxygen-sag Curve）
自净过程中DO的变化
n 有机物浓度上升，耗氧速率＞复氧速率，DO下降；
n 有机物浓度下降，耗氧速率 =复氧速率，DO DOmin；
n 有机物浓度下降 0，耗氧速率＜复氧速率，DO饱和。
河流受到污染后，河水中DO含量的变化情况用一条曲线来表示，曲线呈下垂状，叫做氧垂曲线。
反映了河流的自净过程。
7、活性污染和生物膜处理特点
n 具有很强的吸附能力；
n 具有很强的分解、氧化有机物的能力；
n 具有较长的食物链；
具有良好的沉降性能

第六章 环境污染物的生物净化方法

1、 活性污泥法和生物膜法 原理、比较
活性污泥法
（一）原理：活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机废水的一类好氧生物处理方法。
活性污泥法的基本工艺流程
曝气的作用
一使污水与活性污泥充分接触，并使活性污泥处理悬浮状态，避免沉积池底；
二是向池中活性污泥供氧，使微生物正常生长繁殖，来氧化分解废水中的有机污染物。
（二）活性污泥法的主要运行方式
1. 推流式（CAS）
2. 完全混合式
3. 渐减曝气法
4. 阶段曝气法（SAAS）
5. 吸附再生法（AB）适用于含大量悬浮和胶体颗粒的污水
6. 克劳斯（Kraus）法
7. 改良曝气法 缺点是污泥产量大，有机污染物不能得到完全降解，出水水质欠佳。
8. 高速率曝气法
9. 延时曝气法（属完全混合法）
10. 氧化沟法（oxidation ditch）
11. 深井曝气法
12. 纯氧曝气法
13. 序批式活性污泥法
（三）活性污泥净化反应的影响因素
n 溶解氧（DO）
n 水温
n 营养物质
生物膜法
概念：利用微生物在固体表面的附着生长对废水进行生物处理的技术方法。
生物膜法反应器类型
按生物膜与废水的接触方式 填充式和浸渍式
生物接触氧化法：介于活性污泥法与生物滤池之间的生物处理工艺。
比较：生物膜法、活性污泥法
生物膜法 依靠固着于载体表面的微生物膜来净化有机物
活性污泥法 依靠曝气池中悬浮流动着的活性污泥来分解有机物
操作稳定性、剩余污泥量、供氧等方面
2、 废水的厌氧生物处理 处理过程
（三个阶段）
水解阶段 水解和发酵性细菌 复杂有机物
酸化阶段 产氢、产乙酸细菌 简单有机物（可溶态）
甲烷化阶段 产甲烷菌 简单有机酸类、醇类
CH4、CO2
3、 废水的微生物脱氮除磷原理
微生物脱氮 基本原理
生物脱氮主要通过硝化作用和反硝化作用来完成。
首先利用好氧段，由亚硝化细菌、硝化细菌的硝化作用，将NH3转化为NO3--N，再利用缺氧段，由反硝化细菌将NO3--N反硝化还原为N2，溢出水面释放到大气。
硝化作用指NH3被氧化成NO2-，再被氧化成NO3-的过程。
微生物 亚硝化细菌和硝化细菌，两者为化能自养菌
反硝化作用指兼性厌氧的硝酸盐还原菌将硝酸盐还原为N2的过程。
微生物除磷 原理
厌氧放磷：厌氧条件下，积磷菌将体内的聚磷分解产生能量
一部分能量用于吸收外界可溶性脂肪酸，形成PHB
另一部分能量用于生理活动需要
好氧吸磷：好氧条件下，PHB分解产生能量
一部分能量用于主动过量吸收环境中的磷，并合成聚磷
另一部分能量用于细胞正常生长繁殖
4、 固体废弃物的微生物处理 好氧堆肥原理、微生物过程
固体废弃物的微生物处理方法 堆肥 填埋 厌氧发酵 焚烧 制糖 制醇
好氧堆肥法
在有氧的条件下，通过好氧微生物的作用使有机废弃物达到稳定化，转变为有利于作物吸收生长的有机物的方法。
微生物过程 发热阶段 高温阶段 降温和腐熟保肥阶段
5、 大气污染物的微生物处理
指利用微生物的生物化学作用，使大气污染物分解，转化为无害或少害物质。
目前主要用来净化有机污染物，特别是脱除臭味
（1）煤炭微生物脱硫 细菌浸出法 表面改性法
（2）微生物对无机废气的处理 微生物对无机废气的处理主要利用一些化能自养菌如硝化细菌、硫化细菌和氢细菌等。适合于微生物处理的无机废气污染组分主要有：氨和硫化氢。
（3）微生物对有机废气的处理 微生物吸收法 微生物洗涤法 微生物过滤法

第七章 现代生物技术与环境污染治理
1、生物技术 概念
以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其它基础学科的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。
简而言之，指利用生物有机体或组成部分发展新产品或新工艺的一种技术体系。
2、基因工程 概念、基本条件、关键步骤、基本过程（内容、工具酶、载体种类、目的基因的获得方法）
基因工程的概念
基因工程又称DNA重组技术，将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达。
基因工程实施的四个基本条件
基因 工具酶 载体 受体细胞
基因工程的关键步骤
ü 选择工具酶
ü 选择合适的载体
ü 目的基因的分离
ü 目的基因导入受体
ü 目的基因的筛选和检测
基因工程的基本过程
（1）基因工程的工具酶
（2）基因工程载体——“基因的运输工具”
（3）目的基因的分离
（4）目的基因与载体的重组工艺
（5）将目的基因导入受体细胞
（6）对目的基因的筛选和检测
工具酶
把DNA分子切割、DNA片段修饰和DNA片段连接等所需的酶称为工具酶。
主要有限制性内切酶、连接酶、修饰酶。
载体的种类
目前已构建应用的基因工程载体有：质粒载体、噬菌体载体、病毒载体以及由它们互相组合或与其它基因组DNA组合成的载体（人工载体）
质粒是基因工程最常用的载体，在基因工程中应用广泛
目的基因的获得方法
（1）从基因组直接分离目的基因 常用方法——鸟枪法
（2）酶促合成法（基因文库法，或cDNA文库法）
此外还可利用PCR技术，可使少量的目的基因片段在合适的条件下进行扩增，以获得目的基因片段。
3、细胞工程 概念、主要方法（细胞培养、细胞融合、细胞重组、遗传物质转移）、原生质体
细胞工程的概念
在细胞水平上（细胞增殖、分化、死亡）研究、开发和利用各类细胞的工程。
细胞工程的主要方法
细胞培养、细胞融合、细胞重组、遗传物质转移
原生质体
细胞质壁分离后去掉细胞壁所余下的那部分结构称为原生质体
5、 酶学工程 固定化酶、酶固定化的原因
固定化酶又称水不溶酶，是通过物理吸附法或化学键合法将水溶性酶和固态的不溶性载体相结合，使酶变成不溶于水但仍保持催化活性的衍生物。
为什么要对酶进行固定化？
ü 酶的稳定性较差，在适当温度、pH值和无机离子等外界因素的影响下，容易变性失活。
ü 酶一般都是在水溶液中与底物反应，这样酶在反应系统中与底物和产物混在一起，反应结束后，即使酶仍有较高的活力，也难于回收利用。这种一次性使用酶的方式，不仅使成本较高，而且难于连续化生产。
6、 发酵工程 微生物类型、过程四个阶段
发酵的微生物类型主要有酵母、霉菌和细菌。
发酵工程过程的四个阶段
第一阶段：发酵原料的预处理
第二阶段：发酵过程的准备
第三阶段：发酵过程
第四阶段：产品的分离和纯化
6、生物氧化塘 概念、净化原理、分类
生物氧化塘，又称稳定塘，是利用藻类和细菌两类生物间功能上的协同作用处理污水的一种生态系统。
净化原理
利用细菌与藻类的互生关系，分解废水中的有机污染物。氧化塘内好气状态的维持，主要靠藻类充分生长，不必另消耗动力进行曝气。
分类
按塘水中氧的存在状态不同，可分为兼性氧化塘、厌氧塘、好氧高效塘、精制塘（深度处理塘）和曝气氧化塘
7、污水土地处理系统 概念、净化原理、主要类型、与污灌的区别
概念
利用土地及其中的微生物和植物根系对污染物的净化能力来处理已经经过预处理的污水或废水，同时利用其中的水分和肥分促进农作物、牧草或树木生长的工程设施
投资少、能耗低、易管理、净化效果好
净化原理
包括土壤的过滤截留、物理和化学的吸附、化学分解、生物氧化以及植物和微生物的摄取等作用
主要类型
慢速渗滤系统
快速渗滤系统
地表漫流系统
自然湿地系统
地下渗滤处理系统
与污灌的区别
ü 土地处理系统要求对污水进行必要的预处理，去除污水中有害物质。
ü 土地处理系统是按照全年连续运行的污水处理设施；污灌则是按照农作物的需要进行灌溉。
ü 土地处理系统有完整的工程系统并可以调控，其底层防渗系统，有效的控制了污水对地下水可能造成的污染。
ü 土地处理系统地面上种植的植物，以有利于污水处理的牧草、林木、青饲料等经济作物为主，不种直接食用的农作物；污灌的土地常以粮食、蔬菜等农作物为主。

第八章 污染环境的生物修复

1、生物修复 概念、特点、分类
生物修复的基本原理和特点
利用生物将土壤、地表及地下水或海洋中的危险性污染物现场去除或降解的工程技术系统
生物修复技术的特点
优点 投资费用省，对环境影响小，能有效降低污染物浓度，适用于在其他技术难以应用的场地，而且能同时处理受污染的土壤和地下水
局限性 需要对具体地点的状况和污染物进行