【正文】 環(huán)境因子對(duì)微生物的生態(tài)作用 第二章 環(huán)境 微生物 環(huán)境與微生物之間的關(guān)系極為密切，它們是相互作用、相互影響、相互制約、不可分割的統(tǒng)一體。 環(huán)境因子 土壤因子 水分因子 溫度因子 光照因子 大氣因子 環(huán)境中的各種因子影響著微生物的生長(zhǎng)和繁殖等生命活動(dòng)，同時(shí)微生物也通過代謝等生理活動(dòng)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響。 通過環(huán)境因子的生態(tài)作用研究，不但可以了解微生物在自然界以及人工環(huán)境中的分布規(guī)律，還能掌握環(huán)境與微生物的生態(tài)作用規(guī)律及機(jī)制，為污染控制工程中污染物的高效生物降解提供理論依據(jù)。 溫度 pH值 氧化還原電位 輻射 有害化學(xué)物質(zhì) 滲透壓 其他環(huán)境因子 非生物因子對(duì)微生物的影響 值溫度 溫度是一個(gè)重要的生態(tài)因子。首先，溫度對(duì)生物個(gè)體的生長(zhǎng)、繁殖等生理生化活動(dòng)產(chǎn)生深刻的影響；其次，溫度對(duì)生物的分布及數(shù)量等也有一定的決定作用。 溫度 —— 溫度及其變化規(guī)律 ? 溫度在空間上的分布 緯度是影響溫度的主要因素，隨著緯度增加，溫度逐漸遞減 ? 季節(jié)變化 氣溫隨著季節(jié)的變化也呈現(xiàn)出周期性的變化。水溫也會(huì)隨著氣溫的變化而變化，但是水溫的變化幅度相對(duì)較小，特別是污水的溫度變化幅度更小。 ? 晝夜變化 氣溫的日變化有一個(gè)最高值和一個(gè)最低值。一日之中最高值為午后 2時(shí)，最低值出現(xiàn)在日出之前，日變化中的最高氣溫與最低氣溫之差稱為日變幅。 溫度 —— 溫度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響 溫度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響 生長(zhǎng)速率 由于微生物在生長(zhǎng)的過程中伴隨著各種復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)過程都需要在微生物體內(nèi)產(chǎn)生的 酶系統(tǒng)的催化作用 下進(jìn)行，而每一種酶的催化活性都受到溫度的影響，超過一定的溫度范圍， 酶的活性就會(huì)受到抑制甚至引起酶的失活。酶也有其 最高溫度 、 最適溫度 和 最低溫度 ，因此溫度的變化對(duì)微生物的生長(zhǎng)產(chǎn)生顯著地影響 溫度 每種微生物都有三個(gè)基本溫度： 最高生長(zhǎng)溫度 、 最適生長(zhǎng)溫度 和 最低生長(zhǎng)溫度 。 微生物生長(zhǎng)最旺盛時(shí)的溫度，稱為最適生長(zhǎng)溫度。 微生物生長(zhǎng)的溫度耐性下限，稱為最低生長(zhǎng)溫度，低于最低生長(zhǎng)溫度，會(huì)引起微生物細(xì)胞膜系統(tǒng)滲透性改變等不可逆的化學(xué)變化，微生物則不能生長(zhǎng)。 最高生長(zhǎng)溫度：微生物生長(zhǎng)的溫度耐性上限，稱為最 高生長(zhǎng)溫度，高于最高生長(zhǎng)溫度能引起微生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)變性、酶系統(tǒng)失活，而導(dǎo)致微生物死亡。 溫度 —— 溫度對(duì)微生物生命活動(dòng)的影響 溫度對(duì) 微生物的壽命 有一定的影響，對(duì)于包括某些原生動(dòng)物在內(nèi)的大多數(shù)生物來說，微生物在適宜的溫度范圍內(nèi)，壽命隨著溫度的升高而遞減。 溫度還會(huì)影響 微生物代謝速率 和 代謝目的產(chǎn)物 的種類。 溫度 生物處理工藝 （ 1）溫度主要通過對(duì)微生物細(xì)胞內(nèi)某些酶的活性的影響而影響微生物的生長(zhǎng)速率和微生物對(duì)基質(zhì)的代謝速度，這樣會(huì)影響到生物處理工藝中 污泥的產(chǎn)量 、 有機(jī)物的去除率 、 反應(yīng)器所能達(dá)到的處理負(fù)荷 ； （ 2）溫度還會(huì)影響有機(jī)物在 生化反應(yīng)中的流向 和某些 中間產(chǎn)物的形成 以及各種物質(zhì)在水中的溶解度；沼氣的成分和產(chǎn)量等 (3)溫度還可能影響 剩余污泥的成分與性狀 （ 4）在廢水處理裝置和設(shè)備的運(yùn)行中，要維持一定的反應(yīng)溫度又與 耗能 和 運(yùn)行成本 有關(guān) 溫度 環(huán)境中的溫度過高會(huì)帶來一定的環(huán)境生態(tài)問題。在人口稠密和能源消費(fèi)量大的城市、工廠、原子能發(fā)電站等地區(qū)，隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人們生活的需要，能源的消耗急劇增加。在能源大量消耗的同時(shí)，產(chǎn)生了大量的二氧化碳、水蒸汽，熱廢水等物質(zhì)，它們會(huì)引起環(huán)境中的溫度升高，并影響生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能效應(yīng)，這種現(xiàn)象被稱為 熱污染 (thermal pollution)。 水體熱污染就屬于熱污染中的一種。它主要來源于熱電站、醫(yī)院和冶金等工廠。將高溫廢水或廢熱排入水體，會(huì)使自然水系的溫度升高。水體熱污染會(huì)由于水體溫度的升高而導(dǎo)致水中含氧量的下降，還會(huì)加速其他污染物的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致水質(zhì)惡化或喪失水體自凈能力。這些問題會(huì)影響水生生物的生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖，從而危害水生生態(tài)系統(tǒng)，也威脅著陸生生態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)而影響人類健康，給人類的生活造成嚴(yán)重后果。 PH pH值對(duì)微生物的生命活動(dòng)有很大的影響，主要表現(xiàn)在引起 細(xì)胞膜電荷 變化，從而影響微生物對(duì) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收 ；影響 酶 等 生物活性物質(zhì)的活性 ；改變生長(zhǎng)環(huán)境中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的 可給性 和有害物質(zhì)的 毒性 。 PH —— 對(duì)微生物生長(zhǎng)和 代謝產(chǎn)物積累的影響 ? 每一種微生物都存在其 最低 生長(zhǎng) pH值、 最適生長(zhǎng) pH值和 最高 生長(zhǎng) pH值。 表 42 幾種微生物對(duì)環(huán)境 pH值的適應(yīng)范圍 微生物的種類 最低 pH值 最適 pH值 最高 pH值 氧化硫桿菌 (Thiobacillus thiooxidons) ～ ～ 嗜酸乳桿菌 (Lactobacillus acidophilus) ～ ～ 大豆根瘤菌 (Rhizobium sojoe Dangeard) ～ 11 放線菌 (Actinomycetes) ～ PH —— 對(duì)微生物生長(zhǎng)和 代謝產(chǎn)物積累的影響 ? 雖然微生物可以在 pH值范圍很廣的區(qū)域中被發(fā)現(xiàn)，但是微生物細(xì)胞內(nèi)的 pH值都十分接近中性。在酸性環(huán)境中，微生物有機(jī)體可以通過一定的機(jī)制來阻止 H+離子的進(jìn)入，或當(dāng) H+離子進(jìn)入時(shí)迅速將其排出體外，從而保證細(xì)胞內(nèi) pH值接近中性。這主要是由于 細(xì)胞內(nèi)含有很多對(duì)酸堿不穩(wěn)定的物質(zhì) ，例如，葉綠素、 DNA和 ATP等對(duì)酸性敏感， RNA和磷脂對(duì)堿性敏感，胞內(nèi)酶的pH值也往往接近中性。 PH —— 對(duì)微生物生長(zhǎng)和 代謝產(chǎn)物積累的影響 ? 在廢水的生物處理系統(tǒng)中，環(huán)境 pH值的控制會(huì)直接影響廢水處理的效果。微生物對(duì)pH值的波動(dòng)十分敏感，即使在其生長(zhǎng) pH值范圍內(nèi)的 pH值變化也會(huì)引起細(xì)菌活力的明顯下降，而在由多種混合微生物種群組成的活性污泥和生物膜系統(tǒng)中， pH值的變化甚至?xí)绊懳⑸锏纳鷳B(tài)平衡，引起種群的演替等變化。 PH —— PH對(duì)微生物生長(zhǎng)和 代謝產(chǎn)物積累的影響 在廢水的厭氧生物處理系統(tǒng)中，產(chǎn)酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌往往同時(shí)存在。產(chǎn)甲烷細(xì)菌生存的 pH值范圍為 ～ ，當(dāng) pH值低于 5時(shí)，產(chǎn)甲烷細(xì)菌則不能生存。產(chǎn)酸細(xì)菌則能在較低的 pH值范圍內(nèi)生存，它能通過分解有機(jī)物產(chǎn)生有機(jī)酸，如果產(chǎn)酸細(xì)菌產(chǎn)生的有機(jī)酸過剩，會(huì)引起 pH值下降，也會(huì)影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的活性。因此廢水的生物處理系統(tǒng)中， pH值的適當(dāng)控制對(duì)維持微生物之間的生態(tài)平衡至關(guān)重要。 PH —— 微生物的生命活動(dòng) 對(duì)環(huán)境 pH值的影響 微生物能夠通過自身的生理代謝活動(dòng)改變周圍環(huán)境中的 pH值。 大多數(shù)細(xì)菌都能分解葡萄糖等糖類物質(zhì)，并產(chǎn)生乳酸等酸性物質(zhì)，引起環(huán)境中的 pH值下降。在細(xì)菌分解氨基酸、尿素等含氮有機(jī)化合物時(shí)，可通過脫氨基作用釋放出氨，使環(huán)境中的 pH值上升。環(huán)境中的 pH值也可以通過有選擇地從環(huán)境中除去某些物質(zhì)而發(fā)生改變。例如，生長(zhǎng)在銨態(tài)氮上的有機(jī)體，當(dāng)