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1、第五章微生物对环境的污染与危害 1 1第一节第一节 水体富营养化水体富营养化水体富营养化 指氮、磷等营养物质大量进入水体,使藻类和浮游生物旺盛增殖,从而破坏水体生态平衡的现象。以湖泊、水库对人类生产和生活影响最大。2 2水体富营养化特征:DO先而后;C、N、P含量;藻类由硅藻占优势变成由绿藻、蓝藻占优势;透明度。这种富营养化现象发生在湖泊等内陆水体可形成水华(又称水花);发生在海洋可形成赤潮(又称红潮)。3 3一、富营养化的形成和影响因素1. 富营养化的形成一些高山、极地湖泊的富营养化大多属于天然的富营养化。人为的水体富营养化是在人类活动的影响下发生的水体生态演变。因此产生富营养化的水体主要是
2、 人群集中、工业和农业发达地区的湖泊。2. 富营养化的影响因素(1)营养物质 氮、磷 限制因子。(2)季节与水温 (3)光照 4 4目前一般采用的富营养化指标是:水体含氮量大于0.20.3mg/L,含磷量大于 0.010.02mg/L,生化需氧量大于10mg/L,细菌总数(淡水,pH79)达 105个/mL,叶绿素a(藻类生长量的标志)大于10mg/m3。5 5二、引起富营养化的优势藻类主要是微型藻类。海洋中现已查明的有60多种 裸甲藻属、膝沟藻属、多甲藻属的种类。常见的有:腰鞭毛虫、裸 甲藻、短裸甲藻、梭角藻、原甲藻、中肋骨条硅藻、 角刺藻、卵形隐藻、无纹多沟藻、夜光藻等。湖泊中以蓝细菌为主
3、。常见的有:微囊藻属、鱼腥藻属、束丝藻属和颤藻属。由于占优势的浮游藻类所含色素不同,使水体呈现蓝、绿、红、棕、乳白等不同颜色。6 6三、水体富营养化的危害1. 消耗溶解氧,致使水生生物大量死亡。2. 藻类过度繁殖会阻塞鱼鳃和贝类的进出水孔,影响它们的呼吸作用。3. 某些藻类体内及其代谢产物含有生物毒素,引起鱼、贝类中 毒病变或死亡。如链状膝沟藻石房蛤毒素。4. 产生气味化合物,使水体散发不良气味。5. 破坏环境景观 外观呈色、变浊、产生不良气味、影响景观。6. 水体沼泽化 沉积作用。7. 危害供水 7 7四、富营养化的防治1、外环境控制措施(截外源) (1)工业:加强排污总量控制;污水进行深度
4、处理(硝化反硝化脱氮,化学混凝沉淀除磷,氧化塘除氮、磷)。 (2)农业:减少化肥使用量,加强农家肥使用的宣传力度,并做好 肥料的贮存和施用工作(在农作物生长期间施肥,肥料能被作物很快吸收);建立农村污水处理设施。 (3)生活:实行合成洗衣粉含磷量的限制。 (4)水体周围:建立良性生态平衡,包括建立水体周围的缓冲林带;保护水体周围及上游的森林植被,防止营养物质的过多流失。如湖边应保证有2km5km的湖滨保护带,带内严禁新建污染企业和从事有污染的活动。带内土地应当退地还湖。8 82、内环境控制(除内源)(1)生物法法:细菌、真菌、噬藻体等杀藻剂每月投入12次;养殖藻类和水生植物并定期收获;养殖食草
5、性鱼类、贝类。 (2)药物除藻法:CuSO40.10.5mg/L(杀藻而不能除气味)、漂白粉0.51mg/L(既杀藻又除气味)、明矾(主要除蓝 藻)。适用于小范围水体,用于藻类刚开始繁殖时,装袋拖挂于船后或直接喷洒。药剂用量最好经试验确定。 (3)充氧曝气法:利用机械搅拌或强力通气破坏湖中的分层现象使湖水混合,可收到较显著效果。常用于较深的水体。 (4)凝集沉淀法:加Fe盐、Al盐及粘土矿物与磷结合成不溶物沉淀。 (5)底泥挖掘法:将沉淀于底泥中的磷除去,消除二次污染机会。 (6)稀释冲刷法:加贫营养水稀释或用贫营养水进行换水冲刷,这是最快速的手段。 (7)深层排水法:一般深层的营养盐比表层的
6、多,排掉深层的水可带走很多营养盐类。9 9一、微生物毒素与食品污染1. 细菌毒素 2. 放线菌毒素 3. 真菌毒素 4. 藻类毒素 5.2 5.2 微生物代谢物与环境污染微生物代谢物与环境污染 10101. 细菌毒素可分为内毒素与外毒素。内毒素是微生物细胞的组分,通常为细胞壁的某一成分,只有当菌体裂解或融溶时才能释放。外毒素由微生物合成后,分泌到细胞外面。外毒素的毒力强于内毒素,但不耐高温。常见的外毒素有白喉毒素、破伤风毒素、霍乱肠毒素、肉毒毒素、葡萄球菌肠毒素等。 1111(1)肉毒毒素 是由肉毒梭菌产生的外毒素,是一种极强的神经毒,主要作用于神经和肌肉的连接处及植物神经末 梢,阻碍神经末梢
7、乙酰胆碱的释放,导致肌肉收缩不全和 肌肉麻痹。肉毒毒素属剧毒物,1mg可以杀死100万只豚鼠 。此毒素对热极不稳定,经80、30min或100、 1020min可完全破坏。肠道中蛋白分解酶不能分解此毒素。肉毒梭菌是革蓝氏阳性菌,产芽孢,能运动,专性厌氧 ,可侵染水果、蔬菜、鱼、肉、罐头、香肠等食品。预防肉毒中毒可把食品保存在pH4.5,或盐分10% 或温度3 的条件下。罐头食品需经121高压灭菌,以杀死芽孢。 1212(2)葡萄球菌肠毒素 是由金黄色葡萄球菌的产毒菌株产生的外毒素,可引起食物中毒。当肠道吸收了该毒素后,在26h之内即可引起恶心呕吐等急性肠胃病症状。毒性较弱,较少致命。金黄色葡萄
8、球菌为革兰氏阳性、不产芽孢的球状菌。该毒素用一般的烹饪方法不能破坏,需经100 oC,2h处理方可破坏。因此预防中毒的方法是,防止一切污染该菌的机会。 13132. 放线菌毒素如链霉菌属放线菌产生的放线菌素,可使大鼠产生肿瘤。 14143. 真菌毒素是指以霉菌为主的真菌代谢活动所产生的毒素。真菌毒素致病有下几个特点:中毒常与食物有关;发病有季节性或地区性;不产生抗体,也不能免疫;患者无传染性;一次性大量摄入往往发生急性中毒;长期少量摄入则发生慢性中毒和致癌。1515至今发现的真菌毒素达300种。其中,毒性较强的有黄曲霉毒素、棕曲霉毒素、黄绿青霉素、红色青霉毒素B、青霉酸等。1616黄曲霉毒素主
9、要由黄曲霉和寄生曲霉产生的毒素,是剧毒物,也是致癌物,可诱发肝癌。已确定结构的 黄曲霉毒素共有20多种,以黄曲霉毒素B1毒性最大,致癌性最强,稳定性最高。黄曲霉毒素污染食物的范 围很广,包括粮食、油、蔬菜、豆类、烟草、肉类、 乳品、水果等,其中以花生、花生油、玉米、棉籽饼 粉、棕榈仁、可可豆、大米、小米等较常见,污染最 重的是花生、花生油和玉米。预防黄曲霉毒素污染的主要措施:降低含水量, 降低相对湿度,充CO2降低氧量,使用化学药剂等。 17174. 藻类毒素(1)甲藻 甲藻是藻类中对人类威胁最大的藻种,它产生的毒素对人类有剧毒。产生毒素的甲藻主要是膝沟藻属的种类,海洋赤潮中的甲藻多为此属。(
10、2)蓝细菌 淡水中蓝细菌产生的毒素主要使鱼类、家畜、水鸟等致死。(3)金藻 海水中金藻纲产生的毒素可使鱼类大量死亡。1818二、气味代谢物从放线菌产生的土腥味物质中分离到土腥素(或土臭味素)。土腥素是一种透明的中性油,相对分子质量182,嗅阈值极低0.2mg/L。具有土腥味的鱼肉中也可检出土腥素,鱼肉的味阈值为0.6g/100kg鱼肉。其他引起环境污染的微生物气味代谢物有氨、胺、硫化氢、硫醇、(甲基)吲哚、粪臭素、脂肪、酸、醛、醇、脂等。1919三、酸性矿水酸性矿水的形成:化学氧化和生物(耐酸细菌)氧化。FeS FeSO4+H2SO4 FeSO4 硫杆菌 Fe2(SO4)3FeS+ Fe2(S
11、O4)3 FeSO4+S S 硫杆菌 H2SO4酸性废水的危害:随水渗漏或顺河道扩散,污染农田、水渠、河流,破坏自然生态、生物群落、毒害鱼类、 影响人类生活。2020酸性废水的治理措施:投加大量纤维素,造成缺氧环境,促进反硫化作用的产生;投加抗微生物的药剂(-酮酸类、羧酸类),抑制硫杆菌的活性。加石灰提高pH,使硫酸成为硫酸钙沉淀;开采后层层覆盖,避免酸性矿水形成。2121四、汞的生物甲基化排入环境的汞大多为无机汞(元素汞和汞离子),经过微生物的甲基化作用后,形成的甲基汞毒性增强 ,使汞的危害大大加剧。是水俣病的主要原因。能形成甲基汞的厌氧细菌有产甲烷菌、匙形梭菌;好氧细菌有荧光假单胞菌、草分
12、枝杆菌、大肠埃希氏 菌、产气肠杆菌、巨大芽孢杆菌等;真菌中有粗糙脉 孢霉、黑曲霉、短柄帚霉以及酿酒酵母等。汞的生物甲基化往往与甲基钴胺素有关。甲基钴胺 素即VB12甲基传递体。2222(1)汞的非酶促甲基化 在中性水溶液中,以甲基钴胺素作为甲基供体,汞可被转化为甲基汞。这种转化是纯化学 反应,能快速而定量地进行。在有氧和厌氧条件下,汞的 甲基化均能顺利完成。(2)汞的酶促甲基化 在自然界,除个别情况外,甲基汞都是在微生物的作用下形成的。微生物的作用可分为直接作用 与间接作用。直接作用是指直接在微生物酶的催化下发生 甲基化过程。间接作用则是指在微生物体外发生的甲基化 过程。水体中酶促甲基化的速率受pH值、通气、微生物种类的影响。在汞污染水域,鱼体内的汞主要以甲基汞的形态存 在。 (四种机理)2323五、微生物引起的硝酸盐还原对人体的影响1. 引起高铁血红蛋白症 在有氧条件下,微生物 NO-3。当饮用水中NO-3过高时,会使婴儿得高铁血红蛋白症。2. 生成亚硝胺 在人肠道内处于酸性情况下,硝酸还原细菌可把NO-3转变为NO-2,蛋白质等物质代谢过程中常有胺类物质产生。故硝酸盐被认为是致癌物亚硝胺的前体。2424