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1、第二章环境因子本讲稿第一页，共八十三页环境微生物 环境与微生物之间的关系极为密切，它们是相互作用、相互影环境与微生物之间的关系极为密切，它们是相互作用、相互影响、相互制约、不可分割的统一体。响、相互制约、不可分割的统一体。环境因子环境因子土壤因子土壤因子 水分因子水分因子 温度因子温度因子 光照因子光照因子 大气因子大气因子 环境中的各种因子影响着微生物的生长和繁殖等生命活动，同环境中的各种因子影响着微生物的生长和繁殖等生命活动，同时微生物也通过代谢等生理活动对环境产生影响。时微生物也通过代谢等生理活动对环境产生影响。本讲稿第二页，共八十三页 通过环境因子的生态作通过环境因子的生态作用研究，不
2、但可以了解微用研究，不但可以了解微生物在自然界以及人工环生物在自然界以及人工环境中的分布规律，还能掌境中的分布规律，还能掌握环境与微生物的生态作握环境与微生物的生态作用规律及机制，为污染控用规律及机制，为污染控制工程中污染物的高效生制工程中污染物的高效生物降解提供理论依据。物降解提供理论依据。本讲稿第三页，共八十三页温度温度 pH值值氧化还原电位氧化还原电位辐射辐射有害化学物质有害化学物质渗透压渗透压其他环境因子其他环境因子非生物因子对微生物的影响非生物因子对微生物的影响温度温度 pH值值氧化还原电位氧化还原电位辐射辐射有害化学物质有害化学物质渗透压渗透压其他环境因子其他环境因子本讲稿第四页，
3、共八十三页温度 温度是一个重要的生态因子。首先，温温度是一个重要的生态因子。首先，温度对生物个体的生长、繁殖等生理生化活动度对生物个体的生长、繁殖等生理生化活动产生深刻的影响；其次，温度对生物的分布产生深刻的影响；其次，温度对生物的分布及数量等也有一定的决定作用。及数量等也有一定的决定作用。本讲稿第五页，共八十三页温度温度及其变化规律温度在空间上的分布 纬度是影响温度的主要因素，随着纬度增加，温度逐渐递减纬度是影响温度的主要因素，随着纬度增加，温度逐渐递减 季节变化季节变化 气温随着季节的变化也呈现出周期性的变化。水温也会随着气温的变化而变气温随着季节的变化也呈现出周期性的变化。水温也会随着气
4、温的变化而变化，但是水温的变化幅度相对较小，特别是污水的温度变化幅度更小。化，但是水温的变化幅度相对较小，特别是污水的温度变化幅度更小。昼夜变化昼夜变化 气温的日变化有一个最高值和一个最低值。一日之中最高值为午后气温的日变化有一个最高值和一个最低值。一日之中最高值为午后2 2时，最低值出现在日出之前，日变化中的最高气温与最低气温之差称时，最低值出现在日出之前，日变化中的最高气温与最低气温之差称为日变幅。为日变幅。本讲稿第六页，共八十三页温度温度温度对微生物生长的影响温度对微生物生长的影响温度对微生物生长的影响温度对微生物生长的影响生生长长速速率率 由于微生物在生长的过程中伴由于微生物在生长的过
5、程中伴随着各种复杂的生物化学反应，随着各种复杂的生物化学反应，这些反应过程都需要在微生物体这些反应过程都需要在微生物体内产生的内产生的酶系统的催化作用酶系统的催化作用下进行，下进行，而每一种酶的催化活性都受到温而每一种酶的催化活性都受到温度的影响，超过一定的温度范围，度的影响，超过一定的温度范围，酶的活性酶的活性就会受到抑制甚至引起酶就会受到抑制甚至引起酶的失活。酶也有其的失活。酶也有其最高温度最高温度、最适最适温度温度和和最低温度最低温度，因此温度的变化，因此温度的变化对微生物的生长产生显著地影响对微生物的生长产生显著地影响 本讲稿第七页，共八十三页温度温度 每种微生物都有三个基本温度：最高
6、生最高生长温度长温度、最适生长温度最适生长温度和最低生长温度最低生长温度。微生物生长最旺盛时的温度，称为最适生长温度。微生物生长的温度耐性下限，称为最低生长温度，低于最低生长温度，会引起微生物细胞膜系统渗透性改变等不可逆的化学变化，微生物则不能生长。最高生长温度：微生物生长的温度耐性上限，称为最 高生长温度，高于最高生长温度能引起微生物体内的蛋白质变性、酶系统失活，而导致微生物死亡。本讲稿第八页，共八十三页温度温度温度对微生物生命活动的影响温度对微生物生命活动的影响温度对温度对微生物的寿命微生物的寿命有一定的影响，对于包有一定的影响，对于包括某些原生动物在内的大多数生物来说，括某些原生动物在内
7、的大多数生物来说，微生物在适宜的温度范围内，寿命随着温微生物在适宜的温度范围内，寿命随着温度的升高而递减。度的升高而递减。温度还会影响温度还会影响微生物代谢速率微生物代谢速率和和代谢目的代谢目的产物产物的种类。的种类。本讲稿第九页，共八十三页温度生物处理工艺（1）温度主要通过对微生物细胞内某些酶的活性的影响而影响）温度主要通过对微生物细胞内某些酶的活性的影响而影响微生物的生长速率和微生物对基质的代谢速度，这样会影响到微生物的生长速率和微生物对基质的代谢速度，这样会影响到生物处理工艺中生物处理工艺中污泥的产量污泥的产量、有机物的去除率有机物的去除率、反应器所能达反应器所能达到的处理负荷到的处理负
8、荷；（2）温度还会影响有机物在）温度还会影响有机物在生化反应中的流向生化反应中的流向和某些和某些中间产物中间产物的形成的形成以及各种物质在水中的溶解度；沼气的成分和产量等以及各种物质在水中的溶解度；沼气的成分和产量等(3)温度还可能影响温度还可能影响剩余污泥的成分与性状剩余污泥的成分与性状（4）在废水处理装置和设备的运行中，要维持）在废水处理装置和设备的运行中，要维持一定的反应温度又与一定的反应温度又与耗能耗能和和运行成本运行成本有关有关本讲稿第十页，共八十三页温度环境中的温度过高会带来一定的环境生态问题。在人环境中的温度过高会带来一定的环境生态问题。在人口稠密和能源消费量大的城市、工厂、原子
9、能发电口稠密和能源消费量大的城市、工厂、原子能发电站等地区，随着工业生产的发展和人们生活的需要，站等地区，随着工业生产的发展和人们生活的需要，能源的消耗急剧增加。在能源大量消耗的同时，产能源的消耗急剧增加。在能源大量消耗的同时，产生了大量的二氧化碳、水蒸汽，热废水等物质，它生了大量的二氧化碳、水蒸汽，热废水等物质，它们会引起环境中的温度升高，并影响生态系统结构们会引起环境中的温度升高，并影响生态系统结构和功能效应，这种现象被称为和功能效应，这种现象被称为热污染热污染(thermal pollution)。水体热污染就属于热污染中的一种。它主要来源于热水体热污染就属于热污染中的一种。它主要来源于
10、热电站、医院和冶金等工厂。将高温废水或废热排入电站、医院和冶金等工厂。将高温废水或废热排入水体，会使自然水系的温度升高。水体热污染会由水体，会使自然水系的温度升高。水体热污染会由于水体温度的升高而导致水中含氧量的下降，还会于水体温度的升高而导致水中含氧量的下降，还会加速其他污染物的化学反应，导致水质恶化或丧失加速其他污染物的化学反应，导致水质恶化或丧失水体自净能力。这些问题会影响水生生物的生长、水体自净能力。这些问题会影响水生生物的生长、发育和繁殖，从而危害水生生态系统，也威胁着陆发育和繁殖，从而危害水生生态系统，也威胁着陆生生态系统，进而影响人类健康，给人类的生活造生生态系统，进而影响人类健
11、康，给人类的生活造成严重后果。成严重后果。本讲稿第十一页，共八十三页PH pH值对微生物的生命活动有很大的影响，值对微生物的生命活动有很大的影响，主要表现在引起主要表现在引起细胞膜电荷细胞膜电荷变化，从而影变化，从而影响微生物对响微生物对营养物质的吸收营养物质的吸收；影响；影响酶酶等等生生物活性物质的活性物活性物质的活性；改变生长环境中营养；改变生长环境中营养物质的物质的可给性可给性和有害物质的和有害物质的毒性毒性。本讲稿第十二页，共八十三页PH 对微生物生长和对微生物生长和 代谢产物积累的影响代谢产物积累的影响每一种微生物都存在其每一种微生物都存在其最低最低生长生长pH值、值、最适最适生长生
12、长pH值和值和最高最高生长生长pH值。值。表表4-2 4-2 几种微生物对环境几种微生物对环境pHpH值的适应范围值的适应范围微生物的种类微生物的种类最低最低pHpH值值最适最适pHpH值值最高最高pHpH值值氧化硫杆菌氧化硫杆菌(Thiobacillus thiooxidonsThiobacillus thiooxidons)1.01.02.02.02.82.84.04.06.06.0嗜酸乳杆菌嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilusLactobacillus acidophilus)4.04.04.64.65.85.86.66.66.86.8大豆根瘤菌大豆根瘤菌(Rh
13、izobiumRhizobium sojoe Dangeardsojoe Dangeard)4.24.26.86.87.07.01111放线菌放线菌(Actinomycetes)(Actinomycetes)5.05.07.07.08.08.010.010.0本讲稿第十三页，共八十三页PH 对微生物生长和对微生物生长和 代谢产物积累的影响代谢产物积累的影响 虽然微生物可以在虽然微生物可以在虽然微生物可以在虽然微生物可以在pHpH值范围很广的区域中被发现，但值范围很广的区域中被发现，但值范围很广的区域中被发现，但值范围很广的区域中被发现，但是微生物细胞内的是微生物细胞内的是微生物细胞内的是微生物
14、细胞内的pHpH值都十分接近中性。在酸性环境值都十分接近中性。在酸性环境值都十分接近中性。在酸性环境值都十分接近中性。在酸性环境中，微生物有机体可以通过一定的机制来阻止中，微生物有机体可以通过一定的机制来阻止中，微生物有机体可以通过一定的机制来阻止中，微生物有机体可以通过一定的机制来阻止H H+离子离子的进入，或当的进入，或当H+离子进入时迅速将其排出体外，从离子进入时迅速将其排出体外，从而保证细胞内而保证细胞内pH值接近中性。这主要是由于值接近中性。这主要是由于细胞内细胞内细胞内细胞内含有很多对酸碱不稳定的物质含有很多对酸碱不稳定的物质含有很多对酸碱不稳定的物质含有很多对酸碱不稳定的物质，例
15、如，叶绿素、，例如，叶绿素、DNA和和ATP等对酸性敏感，等对酸性敏感，RNA和磷脂对碱性敏感，胞和磷脂对碱性敏感，胞内酶的内酶的pH值也往往接近中性。值也往往接近中性。本讲稿第十四页，共八十三页PH 对微生物生长和对微生物生长和 代谢产物积累的影响代谢产物积累的影响在废水的生物处理系统中，环境在废水的生物处理系统中，环境pH值的控值的控制会直接影响废水处理的效果。微生物对制会直接影响废水处理的效果。微生物对pH值的波动十分敏感，即使在其生长值的波动十分敏感，即使在其生长pH值范围内的值范围内的pH值变化也会引起细菌活力的值变化也会引起细菌活力的明显下降，而在由多种混合微生物种群组明显下降，而
16、在由多种混合微生物种群组成的活性污泥和生物膜系统中，成的活性污泥和生物膜系统中，pH值的变值的变化甚至会影响微生物的生态平衡，引起种化甚至会影响微生物的生态平衡，引起种群的演替等变化。群的演替等变化。本讲稿第十五页，共八十三页PH PH对微生物生长和对微生物生长和 代谢产物积累的影响代谢产物积累的影响在废水的厌氧生物处理系统中，产酸细菌和产甲烷细菌在废水的厌氧生物处理系统中，产酸细菌和产甲烷细菌在废水的厌氧生物处理系统中，产酸细菌和产甲烷细菌在废水的厌氧生物处理系统中，产酸细菌和产甲烷细菌往往同时存在。产甲烷细菌生存的往往同时存在。产甲烷细菌生存的往往同时存在。产甲烷细菌生存的往往同时存在。产
17、甲烷细菌生存的pHpH值范围为值范围为值范围为值范围为6.66.67.87.8，当，当，当，当pHpH值低于值低于值低于值低于5 5时，产甲烷细菌则不能生存。产酸时，产甲烷细菌则不能生存。产酸时，产甲烷细菌则不能生存。产酸时，产甲烷细菌则不能生存。产酸细菌则能在较低的细菌则能在较低的细菌则能在较低的细菌则能在较低的pHpH值范围内生存，它能通过分解有值范围内生存，它能通过分解有值范围内生存，它能通过分解有值范围内生存，它能通过分解有机物产生有机酸，如果产酸细菌产生的有机酸过剩，机物产生有机酸，如果产酸细菌产生的有机酸过剩，机物产生有机酸，如果产酸细菌产生的有机酸过剩，机物产生有机酸，如果产酸细
18、菌产生的有机酸过剩，会引起会引起会引起会引起pHpH值下降，也会影响产甲烷细菌的活性。因此值下降，也会影响产甲烷细菌的活性。因此值下降，也会影响产甲烷细菌的活性。因此值下降，也会影响产甲烷细菌的活性。因此废水的生物处理系统中，废水的生物处理系统中，废水的生物处理系统中，废水的生物处理系统中，pHpH值的适当控制对维持微生值的适当控制对维持微生值的适当控制对维持微生值的适当控制对维持微生物之间的生态平衡至关重要。物之间的生态平衡至关重要。物之间的生态平衡至关重要。物之间的生态平衡至关重要。本讲稿第十六页，共八十三页PH 微生物的生命活动微生物的生命活动 对环境对环境pH值的影响值的影响 微生物能
19、够通过自身的生理代谢活动微生物能够通过自身的生理代谢活动改变周围环境中的改变周围环境中的pH值。值。本讲稿第十七页，共八十三页大多数细菌都能分解葡萄糖等糖类物质，并产生乳酸等大多数细菌都能分解葡萄糖等糖类物质，并产生乳酸等酸性物质，引起环境中的酸性物质，引起环境中的pH值下降。在细菌分解氨基值下降。在细菌分解氨基酸、尿素等含氮有机化合物时，可通过脱氨基作用释酸、尿素等含氮有机化合物时，可通过脱氨基作用释放出氨，使环境中的放出氨，使环境中的pH值上升。环境中的值上升。环境中的pH值也可值也可以通过有选择地从环境中除去某些物质而发生改变。以通过有选择地从环境中除去某些物质而发生改变。例如，生长在铵
20、态氮上的有机体，当去除例如，生长在铵态氮上的有机体，当去除NH4+时，时，可使培养基的可使培养基的pH值降低，而在硝酸盐上生长的有机体，值降低，而在硝酸盐上生长的有机体，当去除当去除NO3-时，时，pH值会有所升高。值会有所升高。PH环境中环境中pH值的不断变化常常会影响微生物的生长，值的不断变化常常会影响微生物的生长，当当pH值的变化范围超出微生物能够耐受的限度时，值的变化范围超出微生物能够耐受的限度时，甚至会引起微生物的死亡。因此在微生物的培养甚至会引起微生物的死亡。因此在微生物的培养过程中，为了维持微生物生长过程中过程中，为了维持微生物生长过程中pH值的稳定，值的稳定，需要在培养基的配制
21、过程中调节需要在培养基的配制过程中调节pH值并添加适量的值并添加适量的缓冲剂。缓冲剂。本讲稿第十八页，共八十三页氧化还原电位氧化还原电位根据微生物与氧的关系，可将微生物分为根据微生物与氧的关系，可将微生物分为厌氧性微生厌氧性微生厌氧性微生厌氧性微生物物物物、好氧性微生物好氧性微生物好氧性微生物好氧性微生物和和和和兼性微生物兼性微生物兼性微生物兼性微生物几大类群。几大类群。几大类群。几大类群。厌氧微生物厌氧微生物生长在氧化还原电位低的厌氧环境中，包括一生长在氧化还原电位低的厌氧环境中，包括一些沼泽地、湖泊，河流和海洋沉泥中、罐头食品中、动物些沼泽地、湖泊，河流和海洋沉泥中、罐头食品中、动物肠道、
22、污水的厌氧处理系统等环境。肠道、污水的厌氧处理系统等环境。专性厌氧微生物专性厌氧微生物包括产甲烷菌和梭状芽孢杆菌属、镰状包括产甲烷菌和梭状芽孢杆菌属、镰状细菌属、瘤胃球菌和链球菌属的少数种等。细菌属、瘤胃球菌和链球菌属的少数种等。厌氧微生物厌氧微生物的生长不需要分子氧，有氧的存在会使它的生长不需要分子氧，有氧的存在会使它们的生长受到抑制甚至死亡。们的生长受到抑制甚至死亡。本讲稿第十九页，共八十三页氧化还原电位氧化还原电位 水环境中的溶解氧与微生物的关系水环境中的溶解氧与微生物的关系O2微生物微生物溶解氧溶解氧本讲稿第二十页，共八十三页氧化还原电位氧化还原电位氧对微生物的毒害作用的机理主要有以下
23、几个：氧对微生物的毒害作用的机理主要有以下几个：氧对微生物的毒害作用的机理主要有以下几个：氧对微生物的毒害作用的机理主要有以下几个：在厌氧微生物的体内不能产生在厌氧微生物的体内不能产生过氧化氢酶过氧化氢酶和和和和超氧超氧化物歧化酶化物歧化酶。微生物体内的氧化还原酶可与分子氧作。微生物体内的氧化还原酶可与分子氧作。微生物体内的氧化还原酶可与分子氧作。微生物体内的氧化还原酶可与分子氧作用产生超氧阴离子自由基（用产生超氧阴离子自由基（用产生超氧阴离子自由基（用产生超氧阴离子自由基（OO2-）、）、H2 2OO2等物质，它们等物质，它们等物质，它们等物质，它们能破坏细胞内生物大分子和膜的有害化合物。好
24、氧微生能破坏细胞内生物大分子和膜的有害化合物。好氧微生能破坏细胞内生物大分子和膜的有害化合物。好氧微生能破坏细胞内生物大分子和膜的有害化合物。好氧微生物可以通过体内存在的过氧化氢酶和超氧化物歧化酶，物可以通过体内存在的过氧化氢酶和超氧化物歧化酶，物可以通过体内存在的过氧化氢酶和超氧化物歧化酶，物可以通过体内存在的过氧化氢酶和超氧化物歧化酶，将有毒的化合物分解，而厌氧微生物不含有这两种酶，将有毒的化合物分解，而厌氧微生物不含有这两种酶，将有毒的化合物分解，而厌氧微生物不含有这两种酶，将有毒的化合物分解，而厌氧微生物不含有这两种酶，因而不能消除这些化合物对机体产生的毒害作用。因而不能消除这些化合物
25、对机体产生的毒害作用。因而不能消除这些化合物对机体产生的毒害作用。因而不能消除这些化合物对机体产生的毒害作用。氧改变了细胞内的氧化还原电位，使氧改变了细胞内的氧化还原电位，使代谢代谢不能不能正常进行。正常进行。氧引起某些氧引起某些氧引起某些氧引起某些关键酶关键酶的失活。的失活。的失活。的失活。本讲稿第二十一页，共八十三页氧化还原电位氧化还原电位兼性厌氧细菌兼性厌氧细菌在有氧、无氧的条件下都能生在有氧、无氧的条件下都能生长。它们在有氧时以长。它们在有氧时以氧氧为电子受体进行呼为电子受体进行呼吸作用，无氧时则以吸作用，无氧时则以代谢的中间产物代谢的中间产物作为作为受氢体进行发酵作用。受氢体进行发酵
26、作用。废水处理的生物脱氮废水处理的生物脱氮A/O系统中存在的反硝化系统中存在的反硝化细菌就属于兼性厌氧细菌。它们在好氧条件下细菌就属于兼性厌氧细菌。它们在好氧条件下利用分子氧进行有氧呼吸，同时分解有机物。利用分子氧进行有氧呼吸，同时分解有机物。在缺氧的条件下，就利用有机物和在缺氧的条件下，就利用有机物和NO3-进行无进行无氧呼吸，使有机物氧化，并将氧呼吸，使有机物氧化，并将NO3-还原为分还原为分子氮。子氮。本讲稿第二十二页，共八十三页氧化还原电位氧化还原电位 氧化还原电位氧化还原电位Eh的单位一般用的单位一般用V表示，表示，环境中环境中Eh的高低主要与氧分压有关，它对的高低主要与氧分压有关，
27、它对微生物的生长繁殖及存活有很大的影响。微生物的生长繁殖及存活有很大的影响。氧化还原电位也受到氧化还原电位也受到pH值的影响，值的影响，pH值值较低时，较低时，Eh高；高；pH值较高时，值较高时，Eh低。因低。因此，通常以此，通常以pH为为7时测得的氧化还原电位时测得的氧化还原电位为标准氧化还原电位，记为为标准氧化还原电位，记为Eh。氧化还原电位对微生物的影响氧化还原电位对微生物的影响在自然界中，氧化还原电位的上限在自然界中，氧化还原电位的上限Eh为为+0.82V，它是在含有高浓度氧气而没有，它是在含有高浓度氧气而没有利用氧气的呼吸链系统中测得的。自然利用氧气的呼吸链系统中测得的。自然界中氧化
28、还原电位的低限界中氧化还原电位的低限Eh为为-0.42V，这是在富含氢的环境中测得的。，这是在富含氢的环境中测得的。本讲稿第二十三页，共八十三页氧化还原电位氧化还原电位各种微生物生长所要求的各种微生物生长所要求的Eh值各不相同。值各不相同。一般好氧性微生物一般好氧性微生物Eh值在值在-0.1V以上均可生长，以上均可生长，最适宜的最适宜的Eh值为值为+0.3+0.4V之间。之间。厌氧性微生物只能在厌氧性微生物只能在Eh值低于值低于+0.1V以下生以下生长，长，Eh值在值在-0.1V以下生长较好。以下生长较好。兼性厌氧微生物在兼性厌氧微生物在+0.1V以上时进行好氧呼吸，以上时进行好氧呼吸，在在+
29、0.1V以下时进行发酵。以下时进行发酵。本讲稿第二十四页，共八十三页氧化还原电位氧化还原电位微生物生长过程中可能改变周围环境中的氧化还原电位。例如，微微生物生长过程中可能改变周围环境中的氧化还原电位。例如，微微生物生长过程中可能改变周围环境中的氧化还原电位。例如，微微生物生长过程中可能改变周围环境中的氧化还原电位。例如，微生物通过代谢作用产生还原性抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽、生物通过代谢作用产生还原性抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽、生物通过代谢作用产生还原性抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽、生物通过代谢作用产生还原性抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽、铁等还原剂均可降低环境中的氧化还原电位，微生物的代谢
30、活铁等还原剂均可降低环境中的氧化还原电位，微生物的代谢活铁等还原剂均可降低环境中的氧化还原电位，微生物的代谢活铁等还原剂均可降低环境中的氧化还原电位，微生物的代谢活动常常消耗氧气，也会降低环境中的氧化还原电位。动常常消耗氧气，也会降低环境中的氧化还原电位。动常常消耗氧气，也会降低环境中的氧化还原电位。动常常消耗氧气，也会降低环境中的氧化还原电位。在废水厌氧生物处理反应器中，由于生物反应器本身与大气隔绝，在废水厌氧生物处理反应器中，由于生物反应器本身与大气隔绝，在废水厌氧生物处理反应器中，由于生物反应器本身与大气隔绝，在废水厌氧生物处理反应器中，由于生物反应器本身与大气隔绝，而且在废水的厌氧发酵
31、过程中，发酵细菌在代谢过程中往往产而且在废水的厌氧发酵过程中，发酵细菌在代谢过程中往往产而且在废水的厌氧发酵过程中，发酵细菌在代谢过程中往往产而且在废水的厌氧发酵过程中，发酵细菌在代谢过程中往往产生大量的生大量的生大量的生大量的H H2 2和抗坏血酸等还原性物质，因而，反应器中的氧化还和抗坏血酸等还原性物质，因而，反应器中的氧化还和抗坏血酸等还原性物质，因而，反应器中的氧化还和抗坏血酸等还原性物质，因而，反应器中的氧化还原电位往往可保持在较低值，一般原电位往往可保持在较低值，一般原电位往往可保持在较低值，一般原电位往往可保持在较低值，一般EhEh值为值为值为值为-0.2-0.2-0.4V-0.
32、4V。本讲稿第二十五页，共八十三页辐射辐射 辐射辐射是能量通过空气传播的一种是能量通过空气传播的一种物理现象。能量通过波动传播物理现象。能量通过波动传播的现象称为电磁辐射，与微生的现象称为电磁辐射，与微生物有关的电磁辐射主要包括物有关的电磁辐射主要包括可可见光见光和和紫外光紫外光等。另外，波长等。另外，波长很短的很短的X射线射线、射线射线等能引起等能引起H2O和其他物质的电离，称为和其他物质的电离，称为电离辐射。电离辐射。本讲稿第二十六页，共八十三页辐射辐射太阳辐射波长的范围很宽，可从接近零至无穷大，太阳辐射波长的范围很宽，可从接近零至无穷大，但主要集中在但主要集中在1504000nm的范围内
33、。的范围内。太阳辐射通过大气层后，太阳辐射通过大气层后，太阳辐射通过大气层后，太阳辐射通过大气层后，一部分一部分被反射到宇宙空间，被反射到宇宙空间，被反射到宇宙空间，被反射到宇宙空间，一部分一部分被大气层吸收，其余部分投射地球表面，投被大气层吸收，其余部分投射地球表面，投射到地球表面上的太阳辐射称为总辐射射到地球表面上的太阳辐射称为总辐射.总辐射由两部分组成：总辐射由两部分组成：一部分一部分一部分一部分是太阳直接投射到地面是太阳直接投射到地面是太阳直接投射到地面是太阳直接投射到地面上的直接辐射上的直接辐射上的直接辐射上的直接辐射(约占约占约占约占5151),),另一部分另一部分是由大气散射而投
34、是由大气散射而投是由大气散射而投是由大气散射而投射到地面上的散射辐射。射到地面上的散射辐射。射到地面上的散射辐射。射到地面上的散射辐射。总辐射波长中主要含有总辐射波长中主要含有380760nm的可见光的可见光(约约占占50)、少量紫外光、少量紫外光(295nm)和红外光和红外光(2400nm)。本讲稿第二十七页，共八十三页辐射辐射水环境中的光辐射强度较空气中弱，太阳水环境中的光辐射强度较空气中弱，太阳辐射到达水面后，并非全部射入水中，透辐射到达水面后，并非全部射入水中，透入水中的光将被两种作用所限制，即水的入水中的光将被两种作用所限制，即水的吸收作用吸收作用和和散射作用散射作用。在不含有任何物
35、质的纯净水中，被吸收最在不含有任何物质的纯净水中，被吸收最强烈的是光谱中大于强烈的是光谱中大于560nm的长波和紫外的长波和紫外线。线。被散射最强烈的是蓝光，由于纯净水中蓝被散射最强烈的是蓝光，由于纯净水中蓝光被吸收得少而散射得多，因而肉眼见到光被吸收得少而散射得多，因而肉眼见到的纯净水呈现蓝色。的纯净水呈现蓝色。本讲稿第二十八页，共八十三页辐射辐射光照的生态作用主要是由三方面决定的，光照的生态作用主要是由三方面决定的，即：即：光照强度光照强度(光强光强)、光的性质光的性质(光质光质)和和持持续时间续时间。这些因素不但影响生物的生理生。这些因素不但影响生物的生理生化作用，而且还影响生物的昼夜和
36、季节性化作用，而且还影响生物的昼夜和季节性活动方式。活动方式。生物生存所必需的全部能量，都直接或间生物生存所必需的全部能量，都直接或间接地来源于接地来源于太阳光太阳光。本讲稿第二十九页，共八十三页辐射辐射1、光照对微生物的致死作用、光照对微生物的致死作用2、光照对水生动物的影响、光照对水生动物的影响 3、光照对水生植物的作用、光照对水生植物的作用 本讲稿第三十页，共八十三页辐射辐射（1）紫外辐射）紫外辐射 紫外线紫外线是非电离辐射，它们能使被照射是非电离辐射，它们能使被照射物质的分子或原子的内层电子提高能级。物质的分子或原子的内层电子提高能级。波长在波长在265266nm的紫外线杀菌能力最强。
37、的紫外线杀菌能力最强。紫外辐射对微生物有明显的致死作用，因紫外辐射对微生物有明显的致死作用，因此医疗卫生和无菌操作中广泛采用的此医疗卫生和无菌操作中广泛采用的紫外紫外线灭菌线灭菌，但由于它的穿透能力很弱，所以，但由于它的穿透能力很弱，所以只适用于空气灭菌及物体表面的消毒。只适用于空气灭菌及物体表面的消毒。光照对微生物的致死作用光照对微生物的致死作用 本讲稿第三十一页，共八十三页辐射辐射细菌原生质中的细菌原生质中的核酸强烈地吸收紫外辐射核酸强烈地吸收紫外辐射，吸收峰为吸收峰为260nm；蛋白质的吸收峰为蛋白质的吸收峰为280nm。当紫外辐射作用于核酸和蛋白质。当紫外辐射作用于核酸和蛋白质时，重则
38、破坏它们分子结构，妨碍时，重则破坏它们分子结构，妨碍DNA的的复制、转录和酶的活性，轻则引起细胞代复制、转录和酶的活性，轻则引起细胞代谢机能的改变或发生变异。谢机能的改变或发生变异。紫外线除了改变紫外线除了改变DNA的结构形成胸腺嘧啶二聚的结构形成胸腺嘧啶二聚体之外，还会使空气中的分子氧变为臭氧体之外，还会使空气中的分子氧变为臭氧O3，臭氧不稳定，释放的原子氧也有杀菌的作用。，臭氧不稳定，释放的原子氧也有杀菌的作用。太阳辐射到达地表的光波主要是太阳辐射到达地表的光波主要是290104nm，但仍有少量小于，但仍有少量小于290nm的紫外光辐射到的紫外光辐射到地表面。因而当光辐射中含有较多短波光线
39、地表面。因而当光辐射中含有较多短波光线时，空气中对光照敏感的微生物就会被杀死时，空气中对光照敏感的微生物就会被杀死，而大量存在的微生物将是一些可形成芽孢，而大量存在的微生物将是一些可形成芽孢和孢子的菌属，如芽孢杆菌属、曲霉属等。和孢子的菌属，如芽孢杆菌属、曲霉属等。本讲稿第三十二页，共八十三页辐射辐射(2)电离辐射电离辐射 X射线射线、射线射线、射线射线和和射线射线等均能引起物质的等均能引起物质的电离，故被称为电离辐射。这些辐射的波长很电离，故被称为电离辐射。这些辐射的波长很短短(400nm)，它有足够的能量从化合物分子中，它有足够的能量从化合物分子中逐出电子而使之电离。逐出电子而使之电离。电
40、离辐射的杀菌作用并不是依靠辐射直接对细胞电离辐射的杀菌作用并不是依靠辐射直接对细胞的作用，而是间接地通过射线引起环境中水分的作用，而是间接地通过射线引起环境中水分子和细胞中水分子吸收能量后导致电离所产生子和细胞中水分子吸收能量后导致电离所产生的自由基作用。的自由基作用。这些自由基与细胞中的酶蛋白等敏感大分子反应，可这些自由基与细胞中的酶蛋白等敏感大分子反应，可使之失活，从而引起细胞的损伤甚至死亡。使之失活，从而引起细胞的损伤甚至死亡。常见游离基团主要是由水产生的常见游离基团主要是由水产生的H2O+、H2O-和由氧和由氧产生的产生的O2-、HO2、H2O2等。电离辐射是非专一等。电离辐射是非专一
41、性的，可作用于一切细胞成分。性的，可作用于一切细胞成分。本讲稿第三十三页，共八十三页辐射辐射(3)可见光辐射可见光辐射自然界中主要的光辐射是可见光部分，它为光合自然界中主要的光辐射是可见光部分，它为光合细菌提供了能源。一般来说，可见光对大多数细菌提供了能源。一般来说，可见光对大多数微生物没有致死作用，但是足够光强和持续时微生物没有致死作用，但是足够光强和持续时间过长的可见光也可引起细菌死亡，这是由于间过长的可见光也可引起细菌死亡，这是由于一种称为一种称为光氧化作用光氧化作用(Photooxidation)的过的过程所致。程所致。在某些含有在某些含有色素色素的细菌中，光线能够被细胞内的细菌中，光
42、线能够被细胞内的色素所吸收。在有氧的条件下，由于产生的色素所吸收。在有氧的条件下，由于产生强氧化物质强氧化物质H2O2，将引起生物细胞内的，将引起生物细胞内的些些酶或其它敏感成分失活；在无氧的条件下，酶或其它敏感成分失活；在无氧的条件下，不发生光氧化作用。有些微生物具有特殊的不发生光氧化作用。有些微生物具有特殊的保护色素，通常是类胡萝卜素一类的色素，保护色素，通常是类胡萝卜素一类的色素，它们分布在细菌膜中，能够吸收光从而阻止它们分布在细菌膜中，能够吸收光从而阻止其达到细胞的敏感区域。其达到细胞的敏感区域。本讲稿第三十四页，共八十三页辐射辐射各种水生动物对光强有不同的适应范围，因各种水生动物对光
43、强有不同的适应范围，因此当生境中的光照条件发生改变时，水生此当生境中的光照条件发生改变时，水生动物的运动方向也会相应地发生改变。如动物的运动方向也会相应地发生改变。如生物的生物的趋光性和避光性趋光性和避光性。生物具有根据光照而改变运动方向的特性主生物具有根据光照而改变运动方向的特性主要是由于某些动物对光照强度也存在一定要是由于某些动物对光照强度也存在一定的耐受上限和下限，从生态学上来看，这的耐受上限和下限，从生态学上来看，这属于一种属于一种光照性迁栖光照性迁栖。光照对水生动物的影响光照对水生动物的影响 本讲稿第三十五页，共八十三页辐射辐射水生动物的光照性迁栖现象与水生动物的光照性迁栖现象与温度
44、温度、溶解氧溶解氧、食物食物等多种生态因子及其本身的发育阶段等多种生态因子及其本身的发育阶段有关。通常，温度的降低可以促使水生动有关。通常，温度的降低可以促使水生动物趋光，同一种生物，随着生长发育阶段物趋光，同一种生物，随着生长发育阶段增加，也能逐渐表现为背光，大多数枝角增加，也能逐渐表现为背光，大多数枝角类和桡足类均有这种现象，某些浮游动物类和桡足类均有这种现象，某些浮游动物在生殖期也表现为趋光性。在生殖期也表现为趋光性。光照对水生动物的影响光照对水生动物的影响 水生动物对水生动物对光照强度光照强度大小表现出不同的迁移方大小表现出不同的迁移方向，因而水生动物在昼夜会发生垂直移动现象。向，因而
45、水生动物在昼夜会发生垂直移动现象。另外光照中的光质变化也会引起水生动物的改另外光照中的光质变化也会引起水生动物的改变。如大型水蚤在红色光的照射下活动正常，变。如大型水蚤在红色光的照射下活动正常，但在蓝色光的照射下就会表现出不安的现象。但在蓝色光的照射下就会表现出不安的现象。本讲稿第三十六页，共八十三页辐射辐射水生植物的水生植物的光合作用光合作用与与光质和光强光质和光强有关。植有关。植物中能利用光能的物中能利用光能的色素色素主要是叶绿素和类胡主要是叶绿素和类胡萝卜素。光合作用的光谱范围中红、橙光主萝卜素。光合作用的光谱范围中红、橙光主要被叶绿素吸收，并对叶绿素的形成有促进要被叶绿素吸收，并对叶绿
46、素的形成有促进作用，蓝紫光可被叶绿素和类胡萝卜素所吸作用，蓝紫光可被叶绿素和类胡萝卜素所吸收，这部分辐射称为生理有效辐射。收，这部分辐射称为生理有效辐射。光照对水生植物的作用光照对水生植物的作用 不同的植物需要不同的光照强度。在最适的光强范不同的植物需要不同的光照强度。在最适的光强范围内，随着光照强度地增加，光合作用速度加快，围内，随着光照强度地增加，光合作用速度加快，若超出这个范围，光合作用就要受到抑制。若超出这个范围，光合作用就要受到抑制。不同的光质对植物的光合作用、色素形成、形态不同的光质对植物的光合作用、色素形成、形态建成有不同的影响。例如，红、橙光被叶绿素建成有不同的影响。例如，红、
47、橙光被叶绿素吸收最多，具有最大的光合活性。蓝光有利于吸收最多，具有最大的光合活性。蓝光有利于蛋白质合成，红光有利于糖类的形成。蛋白质合成，红光有利于糖类的形成。本讲稿第三十七页，共八十三页辐射辐射在光照的最适度范围内，光合作用所产生的在光照的最适度范围内，光合作用所产生的有机物质远远超过呼吸作用所消耗的，但有机物质远远超过呼吸作用所消耗的，但由于水中光照强度随深度的增加而递减，由于水中光照强度随深度的增加而递减，因此水面下的光合作用速率也随深度增加因此水面下的光合作用速率也随深度增加而减弱。而减弱。当达到某一深度时，光合作用产氧量与呼吸当达到某一深度时，光合作用产氧量与呼吸作用耗氧量相等，此时
48、的光照强度称为补作用耗氧量相等，此时的光照强度称为补偿点。补偿点所在的水深称为补偿深度。偿点。补偿点所在的水深称为补偿深度。光照对水生植物的作用光照对水生植物的作用 本讲稿第三十八页，共八十三页辐射辐射另外，浮游植物的垂直分布主要受光质和光强另外，浮游植物的垂直分布主要受光质和光强影响，光质决定了浮游植物在水中的垂直分影响，光质决定了浮游植物在水中的垂直分布区域，而光强主要决定了植物向深层分布布区域，而光强主要决定了植物向深层分布的下限。不同的浮游植物中所含各种色素的的下限。不同的浮游植物中所含各种色素的比例不同，因而对光照的强度和性质的要求比例不同，因而对光照的强度和性质的要求也有差异。也有
49、差异。各种浮游植物的垂直分布有一定的规律性。一各种浮游植物的垂直分布有一定的规律性。一般来说，蓝藻集中在水中的表层，绿藻大多般来说，蓝藻集中在水中的表层，绿藻大多数分布在水层的上层，而硅藻通常在绿藻下数分布在水层的上层，而硅藻通常在绿藻下面的水层中生活。面的水层中生活。本讲稿第三十九页，共八十三页辐射辐射可见光中的夜间汽车照明灯、核武器爆炸的强闪可见光中的夜间汽车照明灯、核武器爆炸的强闪光、紫外光、激光、红外光等都属于光污染，光、紫外光、激光、红外光等都属于光污染，但对环境污染最严重的还是但对环境污染最严重的还是光化学烟雾光化学烟雾。它主。它主要是由工业废气、汽车排放的尾气，如氮氧化要是由工业
50、废气、汽车排放的尾气，如氮氧化物、碳氢化合物等污染物在强阳光作用下，发物、碳氢化合物等污染物在强阳光作用下，发生光化学作用而形成的光化学烟雾。生光化学作用而形成的光化学烟雾。烟雾是烟雾是光化学氧化剂混合物光化学氧化剂混合物，主要由，主要由 O3、NOx、过氧乙酰硝酸酯过氧乙酰硝酸酯(PAN)类物质组成。光化学烟类物质组成。光化学烟雾对微生物、植物和人体都具有较大的毒害作雾对微生物、植物和人体都具有较大的毒害作用。用。本讲稿第四十页，共八十三页辐射辐射 除了光辐射之外，除了光辐射之外，超声波超声波、核辐射核辐射和和噪噪声声等物理因子，也能够对微生物、动植物等物理因子，也能够对微生物、动植物和人类