1、微生物的應用一、微生物在生物醫(yī)藥中的應用很早以前，人們就發(fā)現(xiàn)某些微生物對另外一些微生物的生長繁殖有抑制作用，把這種現(xiàn)象稱為抗生。隨著科學的發(fā)展，人們終于揭示出抗生現(xiàn)象的本質，從某些微生物體內找到了具有抗生作用的物質，并把這種物質稱為抗生素，如青霉菌產生的青霉素，灰色鏈絲菌產生的鏈霉素都有明顯的抗菌作用。微生物種類多、數(shù)量大、個體小、面積大、新陳代謝能力強、吸收多、轉化快、生長旺、繁殖速度快，廣泛應用于制藥工業(yè)中。如抗生素、維生素、氨基酸、酶及酶抑制劑以及微生態(tài)制劑都有是利用微生物發(fā)酵制成的。利用工程菌”作為制藥工業(yè)的發(fā)酵產生菌可生產出更多低成本、高質量的藥物，使得微生物在制藥工業(yè)中的應用前景更

2、加廣闊。對于微生物對生物醫(yī)藥的主要應用為抗生素的制備，主要途徑為：從自然界分離并篩選新抗生素產生菌；改造現(xiàn)有的抗生素的產生菌，再經篩選獲得新抗生素產生菌；對已知的抗生素進行結構改造，經篩選后獲得新的半合成抗生素；新的篩選方法，應用定向生物合成和突變生物合成的原理等；現(xiàn)代分子生物學技術設計產生新抗生素。目前應用微生物工業(yè)把發(fā)酵由微生物擴大到植物、動物，因此工業(yè)微生物學家將所有通過微生物或其他生物細胞（動、植物細胞）或經過生物工程改造了的工程菌”的培養(yǎng)來制備工業(yè)產品或轉化某些物質的過程，統(tǒng)稱為發(fā)酵。微生物發(fā)酵的一般工藝也就是利用深層培養(yǎng)，進行微生物發(fā)酵生產所需要產品的過程。微生物發(fā)酵一般分發(fā)酵與提

3、取2個階段。其生產的一般工藝流程如下：種廣培養(yǎng)體出培笄液7”炮廿i.'.'dit"倒fliit發(fā)的產，宿的分噸純化I2L的R儲茶兩種搖瓶種孑罐rjpp>但i內廣施外產物了產rvm片：出通一烝變一反腐匕0IiiIr'i,n-r:riirnjiiuiiiic>1-1!11漢廿frf乩機撞，j也培養(yǎng)基滅的成型UT塔產時二生產罐細胞分離無細胞上清液，網(wǎng)心-過據(jù)nil用爛:產品抽提歲受；利用恒山九"叱“"再件1"如一"川、.'mr也派M幡福I*微生物用于食品制造是人類利用微生物的最早、最重要的一個方面，在我國已

4、有數(shù)千年的歷史。在食品工業(yè)中，可利用細菌制造出許多食品，如乳酸飲料、味精及種類繁多的調味品等。(1)食醋食醋按加工方法可分為合成醋、釀造醋、再制醋三大類。其中產量最大且與我們關系最為密切的是釀造醋，它是利用糧食等淀粉質為原料，經微生物制曲、糖化、酒精發(fā)酵、醋酸發(fā)酵等階段釀制而成。(2)發(fā)酵乳制品發(fā)酵乳制品是指良好的原料乳經過殺菌作用接種特定的微生物進行發(fā)酵作用，產生具有特殊風味的食品，稱為發(fā)酵乳制品。常用發(fā)酵乳制品有酸奶、奶酪、酸奶油、馬奶酒等。發(fā)酵乳制品主要包括酸奶和奶酪兩大類，生產菌種主要是乳酸菌，分為球菌和桿菌兩種。(3)氨基酸發(fā)酵氨基酸是組成蛋白質的基本成分，其中有八種氨基酸是人體不能

5、合成但又必需的氨基酸，稱為必需氨基酸，人體只有通過食物來獲得。在食品工業(yè)中，氨基酸可作為調味料；在食品中添加某些氨基酸可提高其營養(yǎng)價值等等。(4)黃原膠黃原膠別名汗生膠，又稱黃單胞多糖，是國際上20世紀70年代發(fā)展起來的新型發(fā)酵產品。它是由甘藍黑腐病黃單胞細菌以碳水化合物為主要原料，經通風發(fā)酵、分離提純后得到的一種微生物高分子酸性胞外雜多糖。其作為新型優(yōu)良的天然食品添加劑用途越來越廣泛，可代替多種膠體。(5)酵母在食品工業(yè)中的應用酵母細胞中含有蛋白質、脂肪、糖類、維生素和無機鹽等，其中蛋白質的含量非常豐富，因此它具有較高的營養(yǎng)價值，是良好的蛋白質資源，可作為食用和飼用。微生物生長繁殖迅速，其生

6、長條件完全受人工控制，而且由于微生物對營養(yǎng)物質適應性強，可以利用農副產廢棄物、糖蜜、谷氨酸發(fā)酵廢液，稻草、稻殼、玉米秸、釀造、食品廠的廢渣、廢液、木屑、紙漿廢液等進行生產都可以作為培養(yǎng)酵母的材料，以達到綜合利用的目的。當然作為食用還需要解決一些適口性問題。(6)霉菌在食品工業(yè)中的應用絕大多數(shù)霉菌能把加工所用原料中的淀粉、糖類等碳水化合物、蛋白質等含氮化合物及其他種類的化合物進行轉化，制造出多種多樣的食品、調味品及食品添加劑。不過，在許多食品制造中，除了利用霉菌以外，還要由細菌、酵母的共同作用下來完成。在食品釀造業(yè)中，常常以淀粉質為主要原料，只有將淀粉轉化為糖才能被酵母菌及細菌利用。(7)食品制

7、造中的主要微生物酶制劑及其應用酶制劑可以由細菌、酵母菌、霉菌、放線菌等微生物生產。酶的發(fā)酵生產是以獲得大量所需的酶為目的。為此，除了選擇性能優(yōu)良的產酶細胞以外，還必須滿足細胞生長、繁殖和發(fā)酵產酶的各種工藝條件，并根據(jù)發(fā)酵過程的變化進行優(yōu)化控制。酶制劑在食品保鮮、淀粉類食品生產、蛋白質食品生產、果蔬食品生產、果酒生產及食品添加劑生產中的應用廣泛。三、微生物在農業(yè)上的應用微生物肥料我國微生物肥料的研究應用和國際上一樣，是從豆科植物應用根瘤菌接種劑開始的。起初只稱為大豆或花生根瘤菌劑。聯(lián)合國糧農組織(FAO)和一些生物固氮組織近二十年來發(fā)展并推廣這項技術，取得了十分好的效果。從土壤肥力而言，根瘤菌肥

8、料還有增加土壤氮素提高土壤肥力的作用，這是其它非豆科植物所沒有的，因此豆科植物與根瘤菌共生固氮在農業(yè)和牧草生產上有重要意義。(1)根瘤菌菌劑用于豆科作物結瘤、固氮的接種劑。是用人工選育出來的高效根瘤菌株經大量繁殖用載體吸附制成的，是迄今為此世界上研究最早、應用時間最長、生產量最多、應用最廣泛和效果最穩(wěn)定的微生物肥料之一。(2)固氮菌菌劑自生固氮微生物的固氮能力比共生固氮的根瘤菌要少得多，而且在使用過程中更易受到環(huán)境條件中氮素含量的影響。但在實踐中發(fā)現(xiàn)，它們對作物的作用除了固氮外，更重要的是它們能夠產生多種植物激素類物質。(3)解磷微生物菌劑能分解土壤中難溶態(tài)磷的細菌制成的解磷細菌肥料，使解磷細

9、菌在作物根際形成一個磷素供應較為充分的微區(qū)，因磷細菌在生長代謝過程中能夠產生一些有機酸和如植酸酶的酶類，使土壤中的難溶性磷形成作物能夠吸收利用的可溶性磷，供作物吸收利用。目前生產上應用較多的菌種為巨大芽抱桿菌。(4)硅酸鹽微生物菌劑分解土壤中難溶的磷、鉀等營養(yǎng)元素，并在生長、代謝過程中分泌可以刺激作物生長的激素類物質，在植物根際形成優(yōu)勢種群，可抑制其它病原菌的生長，因而達到增產效果。(5)光合細菌菌劑光合細菌是地球上最早的光合生物，廣泛分布于海洋、江河、湖泊、沼澤、池塘、活性污泥及水稻、水的產、小麥等根際土壤中。它能促進土壤中放線菌、固氮菌等微生物的生長，增強農產品的耐貯性和提高品質，降解土壤

10、中殘留的農藥及其它有毒物質。與生產應用關系密切的光合細菌主要是紅螺菌科中的一些種、屬。(6)菌根菌劑使用的菌種包括由多數(shù)內囊霉科屬或種形成叢枝狀菌根，簡稱AM真菌。目前的土法生產已能夠解決小批量生產問題，用于名貴花卉、苗木、藥材，有較好的應用前景。(7)促生菌劑指通過接種在植物根際增殖且具有促進生長作用的土壤細菌稱為植物促生根際細菌(PGPR)。(8)抗生菌肥料指用分泌抗生物質和刺激素的微生物制成的肥料產品，使用菌種通常是放線菌，如細黃鏈霉菌(StreptomycesjingyangesiS。我國應用多年的“54061|3局止匕類，應用后不僅有肥效作用而且能抑制一些作物病害，刺激和調節(jié)作物生長

11、。2 .微生物農藥利用微生物或其產物來防治植物病蟲害和雜草危害的一類微生物制劑。當這些病原體和拮抗微生物或其代謝產物為昆蟲吞食、接觸或病菌感染后，通過微生物的活動、毒素的作用而使害蟲和病原菌的新陳代謝受影響，破壞其機體器官，影響其發(fā)育繁殖或變態(tài)，從而達到滅菌防病的目的。3 .食用菌食用菌資源十分豐富，全世界可供食用的真菌有2000多種。常見栽培品種有雙抱蘑菇、草菇、金針菇、平菇、香菇、猴頭菌、木耳、銀耳、靈芝、和扶苓等。4微生物飼料微生物飼料是利用微生物的新陳代謝和個體的繁殖來生產和調制的飼料。大體上分為兩大類：一類主要是利用微生物的發(fā)酵作用改變飼料原料的理化性狀，如增加適口性，提高消化率及營

12、養(yǎng)價值，或解毒、脫毒和積累有益的中間代謝產物。包括乳酸飼料、粗飼料發(fā)酵、擔子菌發(fā)酵飼料、禽畜糞便發(fā)酵飼料等；與微生物飼料生產與調制有關，能提供菌體蛋白和有益代謝物，或具備解毒、脫毒功能的有益微生物，稱為飼料微生物。菌種的研究是微生物制劑應用的基礎，優(yōu)良的菌種是企業(yè)的保證。國內外都在開展這方面的研究.主要包括新菌株的分離、篩選、鑒定、生物學特性、代謝產物、對宿主的適應性和作用機理以及菌株的組合配比和應用效果等。1989年美國FDA批準41種認為是安全有效的微生物，我國農業(yè)部1999年6月公布，干酪乳桿菌、植物乳秤菌、嗜酸乳桿菌、乳鏈球菌、糞鏈球菌、屎鏈球菌、乳酸片球菌、枯草桿菌、納豆芽抱桿菌、啤

13、酒酵母、產阮假絲酵母、沼澤紅假單胞菌等12種菌可作為飼用微生物添加劑。此外不斷有研究和應用新菌種的報道，知臘樣芽抱桿菌、地農芽抱桿菌、固氮菌等。飼用微生物在提高動物抗病能力、提高飼料轉化率、提高生產性能、改善生態(tài)環(huán)境等方面有明顯的作用，并且具有安全、無污染、無殘留等特點，有利于綠色食品的生產，有利于保障人類健康。因此發(fā)展前景十分廣闊。5.沼氣發(fā)酵沼氣（marshga葭swampga§:又稱生物氣（biogas）,是一種混合可燃氣體，其中主要成分為甲烷、還含有少量H2、N2、CO2等。沼氣發(fā)酵：其生化本質是一種由產甲烷細菌進行的甲烷形成（methanogenesis過程。四、微生物在固

14、體廢棄物上的應用隨著我國經濟持續(xù)高速增長，城市化進程不斷加快，生產、銷售、消費過程中產生的固體廢棄物隨著經濟的增長而增加，大量未經處理的廢棄物直接排放大自然，成為日趨嚴重的環(huán)境污染源，已經成為中國最嚴重的公害之一。農業(yè)植物纖維性廢棄物中的成分一般都能被微生物分解作用，加到動物飼料中可大大提高飼料效果。微生物處理技術就是指應用微生物工業(yè)技術，采用生物工程手段，將秸稈、木屑等農業(yè)植物纖維性廢棄物加工變?yōu)槲⑸锏鞍桩a品，具應用的微生物包括細菌、酵母菌及微型藻類，發(fā)酵主要有液體發(fā)酵和固體發(fā)酵兩種方式。好氧堆肥是在有氧的條彳下，借好氧微生物（主要是好氧細菌）的作用來使有機物質透過微生物的細胞壁和細胞膜而

15、被微生物吸收：固體的和膠體的有機物先附著在微生物體外，由生物所分泌的胞外酶分解為可溶性物質，再滲入細胞。微生物通過自身的生命活動氧化還原和生物合成過程，把一部分被吸收的有機物氧化成簡單的無機物，并放出生物生長活動所需要的能量，把另一部分有機物轉化合成新的細胞物質，使微生物生長繁殖，生產更多的生物體。由于好氧堆肥溫度高，一般在5060C,甚至可達8090C,故亦稱為高溫堆肥。厭氧堆肥是在無氧條件下，借厭氧微生物（主要是厭氧細菌）的作用來進行的。當有機物進行厭氧分解時，主要經歷了兩個階段：酸性發(fā)酵階段和堿性發(fā)酵階段。分解初期，微生物活動中的分解產物是有機酸、醇、二氧化碳、氨、硫化氫等：在這一階段中

16、，有機酸大量積累，PH值隨著下降，所以叫做酸性發(fā)酵階段，參與的細菌統(tǒng)稱為產酸細菌。在分解后期，由于所產生的氨的中和作用，PH值逐漸上升，同時，另一群統(tǒng)稱為甲烷細菌的微生物開始分解有機酸和醇，產物主要是甲烷和二氧化碳。隨著甲烷細菌的繁殖，有機酸迅速分解，PH值迅速上升，這一階段的分解叫堿性發(fā)酵階段。厭氧堆肥運轉費用低，如果對所產生的甲烷氣處理得當，還有利用的可能。五、微生物在污水處理中的應用目前我國的污水處理方法有很多，有物化法（包括吹脫法、膜分離技術等），化學方法（包括化學氧化法、電化學法等），這些處理污水的方法.存在許多弊端。投資大、不徹底，易造成二次污染等，不滿足世界環(huán)境與發(fā)展委員會提出的

17、可持續(xù)發(fā)展的要求。這就要求我們在處理問題的時候，多考慮環(huán)境保護的因素，多從技術的先進性和是否代表了可持續(xù)發(fā)展的方向兩個方面來考慮。所以近年來利用微生物技術處理控制污水的方法逐漸受到重視，并在污水處理等領域得到了廣泛應用。與物理、化學等處理方法不同，微生物能利用自身的新陳代謝作用，分解污水中的有機物，也就是說能夠“吃掉污染”。微生物凈化污水的過程主要是指在污水處理裝置中采用不同性能的微生物，并且讓它們相互配合，從而實現(xiàn)物質循環(huán)的過程。當城市污水進入污水處理裝置中的時候，微生物會發(fā)揮其作用。微生物在一定條件下，能夠對水體進行分辨，判斷出水體的成分，從而有選擇性的進行處理，并且不斷地進行有規(guī)律的改變

18、。微生物區(qū)系對污水中的有機物或者是有毒物質進行分解和氧化等處理，從而對污水起到凈化的作用。污水經過處理后，可流人河道或者被二次使用。污水經過微生物處理后，會生成大量的廢渣和生物膜的殘余物，這些物質可以通過厭氧處理，從而生成可被利用的沼氣以及有機肥料。利用微生物技術處理污水能有效的減少甚至避免環(huán)境的二次污染，但是它對環(huán)境有一定的要求，比較容易受環(huán)境的影響，下面介紹幾種方法：活性污泥法，它利用含有好氧微生物的活性污泥，能有效的去除有機物的氨氮，是一種應用最廣，工藝比較成熟的廢水生物處理技術?；钚晕勰嘣谖鬯幚碇杏泻軓姷奈健⒎纸饽芰?，缺點是能產生大量的剩余污泥，而兩端活性污泥法解決了這一問題，它在

19、增強去污的同時，可以不排泥或少排泥從而降低污泥處理費用。根據(jù)曝氣方式的不同，活性污泥法分為普通曝氣法、完全混合曝氣法.逐步曝氣法、旋流式曝氣法和純氧曝氣法。生物硝化反硝化.是應用最廣泛的脫氮方式，是去除水中氨氮的一種較為經濟的方法，其優(yōu)點是降低能耗、實現(xiàn)反硝化脫氮、縮短反應歷程、降低污泥產量。但是這種去污方法控制因素多且復雜，各種因素之間又相互關聯(lián)，比較難把握。A/O工藝比較簡單，但脫氮除磷效果稍差，脫氮效率7080%,除磷只有2030%。盡管如此，目前仍是比較普遍采用的工藝。Bardenpho工藝是對AO工藝的一個改進，它增設了一個缺氧段和一個好氧段，從而有利于提高脫氮效率。膜一生物反應器，是采用物化方法和生物方法相聯(lián)合的方法.這種方法把污水處理分成兩個階段，第一階段采用物化方法將高濃度污水進行分離氨氮處理，第二階段采用生物技術進一步對氨氮進行處理。這種方法將物化方法和生物方法進行了互補，能把氨氮濃度降到足句M氐（如100mg/L以下）。光能自養(yǎng)生物膜系統(tǒng)，是由一個微生物種群構成的一個相對穩(wěn)定的微生物生態(tài)系統(tǒng)。它表層附著大量產氧光能自養(yǎng)型微生物。白天，可以制造大量氧氣，晚上則處于缺氧和厭氧狀態(tài)。這樣通過晝夜交替，形成有氧、缺氧和厭氧的環(huán)境，有助于不同階段的脫氧，使脫氧效果更佳。微生物絮凝技術在污水處理上也占有很大比重。微生物絮凝劑主要是一類微生物產生的代謝產物(具有絮凝功能且能