硫酸盐还原菌生态特性及其在土壤污染修复中的应用

1.本书深入探讨了硫酸盐还原菌的生态特性，为其今后在生物修复、废水处理等环保方面发挥作用提供详细的基础理论参考。 2.本书介绍了硫酸盐还原菌降解阿特拉津的实验，包括操作方法、机理并对降解效果进行了讨论，对土壤重金属、除草剂类污染处理有较大的参考价值。 3.本书讨论了污染土壤环境管理与修复对策，对现存问题进行了分析并提出了针对性的建议，有助于土壤修复技术尤其是生物修复技术在实际应用中发挥更大的作用。

近年来，随着可持续发展观念的深入，环境科学与工程专业与其他学科之间关系愈加密切，各类研究也层出不穷。环境科学与工程专业是太原科技大学重点建设学科，结合山西省作为全国能源重化工基地背景下的煤电和煤焦带来的矿区生态破坏、水资源短缺、空气污染严峻形势，开展区域污染修复与防治的理论和实践工作，培养面向全国，服务山西的学科团队与专业复合型人才显得尤为重要。
微生物修复一直是国内外科学研究的热点，而硫酸盐还原菌作为微生物修复中重要的一员，在地球上分布很广泛，通过多种相互作用发挥诸多潜力，尤其可在微生物代谢等活动造成的缺氧水陆环境（如土壤、海水、河水、地下管道以及油气井、淹水稻田土壤、河流和湖泊沉积物、沼泥等富含有机质和硫酸盐的厌氧生境和某些极端环境）之中发挥作用。著者鉴于此点，以完善硫酸盐还原菌修复污染物的原理为目的，在本书中对硫酸盐还原菌进行研究，深入探讨了硫酸盐还原菌在环境污染修复中的作用，以硫酸盐还原菌降解阿特拉津为主，阐明了微生物修复的经济价值和研究意义，部分填补了我国对硫酸盐还原菌修复污染环境研究的空缺。
全书分为10 章，绪论部分主要介绍了硫酸盐还原菌及其分类和基本特性，可使读者对硫酸盐还原菌有初步了解。首先分章介绍了硫酸盐还原菌的形态学研究方法、纯培养技术、生理鉴定、分子鉴定以及分离与鉴定，进一步阐明了硫酸盐还原菌的生理生化特性，深入解释了硫酸盐还原菌的作用和特征。然后以硫酸盐还原菌对阿特拉津降解条件的响应曲面优化和硫酸盐还原菌去除阿特拉津的特性及机理研究为例，进一步阐明了硫酸盐还原菌处理污染物的重要作用和降解方法。本书的最后部分介绍了生物质炭固定化菌剂的制备及其对阿特拉津的去除，以及硫酸盐还原菌对放射性污染物的处理去除，最后一章介绍了如今污染土壤环境管理与修复对策。本书理论与实践相结合，具有较强的针对性和参考价值，可供从事土壤污染控制与管控、畜禽粪污处理处置，以及微生物工程等的工程技术人员、科研人员和管理人员参考，也可供高等学校环境科学与工程、生态工程、生物工程及相关专业师生参考学习。
由于时间紧迫，著者水平有限，对于本书中的不妥之处敬请广大读者不吝赐教，以共同推动环境科学事业的发展。

著者
2022年3月于太原科技大学

吉莉，副教授，毕业于山西大学生命科学学院，植物学博士，现于太原科技大学环境科学与工程学院任副院长，主要研究方向包括环境生物修复技术、水生植物资源利用及评价等，主持或参与国家自然科学基金面上项目2项、山西省留学人员科技活动择优资助项目1项、重点实验室开放基金项目2项、山西省高等学校科技创新项目1项、山西省科技重大专项项目1项。

本书以硫酸盐还原菌生态特性及其在土壤污染修复中的应用为主线，以硫酸盐还原菌的基本特性为依据，系统地介绍了硫酸盐还原菌的生长特性，并在此基础上深入介绍了硫酸盐还原菌降解阿特拉津与放射性污染物的相关机理，以及污染场地的修复管理条件等内容。
本书具有较强的针对性和应用性，可供从事土壤污染控制与管理、畜禽粪污处理处置，以及微生物工程等的工程技术人员、科研人员和管理人员参考，也可供高等学校环境科学与工程、生态工程、生物工程及相关专业师生参阅。

第1章 绪论　1
1.1 硫酸盐还原菌的简介　2
1.2 硫酸盐还原菌的分类　2
1.2.1 传统分类　2
1.2.2 化学分类 3
1.2.3 分子分类　4
1.3 硫酸盐还原菌的生理生化特征　4
1.3.1 硫酸盐还原菌的生长因子　5
1.3.2 硫酸盐还原菌的培养　7
1.4 硫酸盐还原菌的概述及展望　9
1.4.1 常用分子系统树的构建方法　10
1.4.2 微生物常用的分子标记　12
1.4.3 分子系统学存在的问题　14
1.4.4 DNA条形码研究　14
1.4.5 我国污染场地现状　17
1.4.6 土壤环境污染原因、危害与种类　20

第2章 硫酸盐还原菌的形态学研究方法　25
2.1 硫酸盐还原菌的形态观察　26
2.1.1 硫酸盐还原菌的个体形态　27
2.1.2 硫酸盐还原菌的群体形态　27
2.1.3 细菌细胞的结构形态　27
2.2 细菌的简单染色和革兰氏染色　28
2.2.1 实验目的　29
2.2.2 实验材料　29
2.2.3 实验原理　30
2.2.4 实验方法　31
2.2.5 注意事项　33
2.3 细菌细胞大小的测定　33
2.3.1 实验目的　33
2.3.2 实验材料　33
2.3.3 实验原理　34
2.3.4 实验内容　34
2.3.5 数据处理　35
2.4 细菌细胞的数量测定　36
2.4.1 实验目的　36
2.4.2 实验原理　36
2.4.3 实验材料　37
2.4.4 实验内容　37
2.4.5 数据处理　38

第3章 硫酸盐还原菌的纯培养技术　39
3.1 SRB富集培养　40
3.1.1 富集培养基的配制　40
3.1.2 实验方法　41
3.2 高压蒸汽灭菌　44
3.2.1 高压蒸汽灭菌原理　44
3.2.2 高压蒸汽灭菌设备　45
3.3 厌氧细菌的分离培养　50
3.3.1 实验目的　50
3.3.2 实验原理　50
3.3.3 实验材料　51
3.3.4 实验方法　51 
3.3.5 实验作业　52
3.4 菌种的保藏　52
3.4.1 微生物培养保存方法　53
3.4.2 微生物菌种的休眠保存法　54

第4章 硫酸盐还原菌的生理鉴定　61
4.1 唯一碳源实验　62
4.1.1 实验原理　62
4.1.2 实验材料　62
4.1.3 实验内容　62
4.1.4 数据处理　63
4.2 葡萄糖氧化发酵实验　63
4.2.1 实验原理　63
4.2.2 实验材料　63
4.2.3 实验内容　64
4.2.4 实验结果　64
4.3 甲基红实验　64
4.3.1 实验原理　64
4.3.2 实验材料　65
4.3.3 实验方法　65
4.3.4 数据处理　65
4.4 伏-波实验　65
4.4.1 实验原理　65
4.4.2 实验材料　66
4.4.3 实验方法　66
4.4.4 实验记录　66
4.5 淀粉水解实验　66
4.5.1 实验原理　66
4.5.2 实验材料　67 
4.5.3 实验方法　67
4.5.4 实验作业　67
4.6 明胶液化实验　68
4.6.1 实验原理　68
4.6.2 实验材料　68
4.6.3 实验方法　68
4.6.4 实验作业　68
4.7 接触酶实验　69
4.7.1 实验原理　69
4.7.2 实验材料　69
4.7.3 实验方法　69
4.7.4 实验作业　69
4.8 产硫化氢实验　69
4.8.1 实验原理　69
4.8.2 实验材料　70
4.8.3 实验方法　70
4.8.4 实验作业　71

第5章 硫酸盐还原菌的分子鉴定　72
5.1 总DNA提取　73
5.1.1 实验目的　73
5.1.2 实验原理　73
5.1.3 实验材料　74
5.1.4 实验方法　75
5.1.5 注意事项　76
5.2 PCR扩增16S rRNA序列　76
5.2.1 实验目的　77
5.2.2 实验原理　77
5.2.3 实验材料　77
5.2.4 实验方法　78
5.2.5 数据处理　80
5.2.6 注意事项　81
5.3 系统发育树的构建　82

第6章 硫酸盐还原菌的分离与鉴定　84
6.1 菌株的分离　85
6.2 菌株的鉴定与特性　86
6.2.1 菌株的形态学特征　86
6.2.2 菌株的生理生化特征　87

第7章 硫酸盐还原菌降解、去除阿特拉津的特性及机理　89
7.1 阿特拉津概述　90
7.1.1 阿特拉津的理化性质　90
7.1.2 阿特拉津的作用机理　91
7.1.3 阿特拉津的污染现状　91
7.1.4 阿特拉津的危害　92
7.2 阿特拉津的生物降解　94
7.2.1 微生物法降解阿特拉津　94
7.2.2 植物法降解阿特拉津　98
7.3 希瓦氏菌的分离与鉴定　100
7.4 菌株生长曲线的测定　101
7.5 环境条件变化对Shewanella sp.JN01生长的影响　102
7.6 响应曲面优化及模型建立　103
7.6.1 响应曲面法实验设计　103
7.6.2 实验结果及最优条件　104
7.6.3 模型建立与显著性检验　105
7.7 硫酸盐还原菌去除阿特拉津的特性及机理　111
7.7.1 实验材料　111
7.7.2 实验方法　112
7.7.3 实验内容　113
7.7.4 实验结果与讨论　114

第8章 生物质炭固定化菌剂的制备及其对阿特拉津的去除　118
8.1 生物质炭固定化菌剂及其应用　119
8.1.1 生物质炭及其定义　119
8.1.2 生物质炭的理化性质　121
8.1.3 生物质炭的炭化技术　124
8.1.4 生物质炭对有机污染物的吸附　126
8.1.5 土壤/沉积物吸附有机污染物研究进展　131
8.1.6 吸附模型　133
8.1.7 生物质炭对有机污染物的降解　139
8.2 生物质炭固定化菌剂的制备　139
8.2.1 生物质炭的制备　140
8.2.2 生物质炭的表征　140
8.2.3 生物质炭固定化菌剂的制备方法　150
8.2.4 生物质炭固定化菌剂的表征　151
8.3 生物质炭固定化菌剂对阿特拉津的降解研究　151
8.3.1 生物质炭固定化菌剂对菌株生长的影响　151
8.3.2 生物质炭固定化菌剂对阿特拉津的去除效果　156

第9章 硫酸盐还原菌对放射性污染物铼的去除　159
9.1 放射性核素概论　160
9.2 放射性核素锝　162
9.3 硫酸盐还原菌对放射性核素的处理　163
9.4 实验方法　164
9.4.1 硫酸盐还原菌菌悬液的制备　164
9.4.2 铼标准曲线的制作　165
9.4.3 检测方法　165
9.4.4 分析方法　165
9.5 单因素实验　166
9.5.1 pH值对菌株降解性能的影响　166
9.5.2 温度对菌株降解性能的影响　166
9.5.3 ReO4- 初始浓度对菌株降解性能的影响　166
9.6 正交实验　167
9.7 结果与分析　167
9.7.1 铼标准曲线　167
9.7.2 pH值对菌株降解性能的影响　167
9.7.3 温度对菌株降解性能的影响　169
9.7.4 ReO4- 初始浓度对菌株降解性能的影响　170
9.7.5 正交实验条件对ReO4- 去除率的影响　171
9.7.6 结论　172

第10章 污染土壤环境管理与修复对策　174
10.1 土壤污染的生物修复　175
10.2 当前污染场地土壤环境管理与修复存在问题　176
10.2.1 污染场地信息不全面　176
10.2.2 缺乏完善的法律法规体系　176
10.2.3 管理目标不明确　177
10.2.4 未建立明确的责任主体　177
10.2.5 资金投入不足　177
10.3 污染场地土壤环境管理与修复对策探究　178
10.3.1 做好规划与信息统计工作　178
10.3.2 明确相关法律法规　178
10.3.3 制定科学完善的管理制度　179
10.3.4 明确责任主体　179
10.3.5 合理管理和分配资金　180
10.3.6 硫酸盐还原菌应用前景及趋势　180

参考文献　182