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  • 生態及環境微生物學(導讀版)
    該商品所屬分類:工業技術 -> 環境科學
    【市場價】
    832-1206
    【優惠價】
    520-754
    【作者】 美施密特Tom 
    【所屬類別】 圖書  工業技術  環境科學  環境科學基礎理論 
    【出版社】科學出版社 
    【ISBN】9787030342928
    【折扣說明】一次購物滿999元台幣免運費+贈品
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    內容介紹



    開本:16開
    紙張:膠版紙
    包裝:精裝

    是否套裝:否
    國際標準書號ISBN:9787030342928
    叢書名:微生物學百科全書精編

    作者:(美)施密特Tom
    出版社:科學出版社
    出版時間:2012年06月 


        
        
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    內容簡介
    生態及環境微生物學(導讀版)衍生於《微生物學百科全書(原著第三版)》中有關微生物生態學相關內容,形成了單一的專題卷,便於環境科學和微生物生態學領域研究人員,技術人員和學生查閱參考。
    生態及環境微生物學(導讀版)共分為五部分,幾乎涵蓋了微生物生態學和環境微生物學涉及的所有方面。第一部分主要介紹微生物生態學的一些基本概念和理論知識,包括微生物生態學原理、微生物食物鏈、微生物被膜、基因水平轉移、赤潮、環境病毒池、植物內生物菌等;第二部分則著重闡釋了不同微生物菌群的生理代謝特點及行為特征;第三部分介紹了微生物的棲息環境,包括一些*環境和特殊的地理環境,第四部分重點探討了生物地球化學循環及影響,並從生物技術和環境等方面探討了重金屬污染的相關問題;全書的最後一部分則就生物技術相關話題展開了討論,與實際應用聯繫緊密。
    生態及環境微生物學(導讀版)適合於微生物生態學、環境微生物學、高級微生物學等學科的教學參考書,以及作為相關科研的輔助參考書;適合的人群是微生物學、真菌學、免疫學、環境科學以及生物技術學科的研究人員、技術人員及研究生和高年級本科生。
    目錄
    撰稿人名單
    前言
    第一部分 微生物生態學
    1.微生物生態學的原則
    什麼是微生物生態學
    微生物生態學的發展史
    微生物生態學的範疇
    微生物生態學的原則
    總則
    群體生態學的原則
    生理生態學的原則
    微生物生態學研究方法
    對自然生態環境中微生物活性及分布的描述性研究
    原位生長率或生物地球化學活性分析撰稿人名單
    前言
    第一部分 微生物生態學
    1.微生物生態學的原則
    什麼是微生物生態學
    微生物生態學的發展史
    微生物生態學的範疇
    微生物生態學的原則
    總則
    群體生態學的原則
    生理生態學的原則
    微生物生態學研究方法
    對自然生態環境中微生物活性及分布的描述性研究
    原位生長率或生物地球化學活性分析
    模擬環境下自然生態樣品的操作(微生態繫統)
    現代實驗繫統
    微生物生態學的未來
    微尺度的微生物學:單細胞微生物學
    微生物生態學學說
    培養的革新
    最新進展
    分子生態學技術進展
    人體微生物群繫
    推薦閱讀
    2.微生物食物網(webs)
    引言
    對微生物食物網的認識
    組成與途徑
    海洋食物網中的微生物
    海洋浮遊生物
    底棲生物
    微生物食物網在生物地球化學循環中的作用
    後生動物的食物源
    模擬微生物食物網
    微生物間的化學相互作用
    微生物食物網的空間結構
    微生物食物網形式與功能的生物地理學研究進展
    推薦閱讀
    3.生物被膜
    生物被膜的結構與功能
    自然生態環境中的生物被膜
    工業環境中的生物被膜
    醫療繫統中的生物被膜
    結語
    總結
    推薦閱讀
    4.微生物席
    引言
    棲息地分布
    高鹽水中的微生物席
    天然熱泉中的微生物席
    南北極湖泊中的微生物席
    陸生微生物席和殼
    短期微生物席
    熱帶珊瑚上的微生物席
    研究的復雜性
    微生物席生態繫統案例研究
    墨西哥Guererro Negro的微生物席
    美國黃石公園章魚泉和蘑菇泉中的微生物席
    微生物席對各種脅迫的響應
    微生物對強光和UV脅迫的應激反應
    干燥與滲透壓脅迫
    溫度脅迫
    低pH、金屬、類金屬及有毒硫化物的脅迫
    寡營養脅迫
    結語
    推薦閱讀
    5.基因水平轉移:細菌對胞外DNA的吸收
    細菌對胞外DNA的自然吸收過程
    在各種不同環境中細菌對胞外DNA的吸收
    土壤微生物對DNA的吸收
    植物相關微生物對DNA的吸收
    水體及沉積層中的微生物對DNA的吸收
    消化道微生物對DNA的吸收
    食品微生物對DNA的吸收
    現用的DNA吸收繫統的局限性
    影響單個細菌細胞對DNA穩定吸收的因子
    在細菌群體中水平獲得的DNA長期存在的影響
    預測細菌對DNA吸收及使用遺傳修飾微生物(GMM)的潛在危險
    推薦閱讀
    6.超微真核生物
    引言
    什麼是海洋超微真核生物
    方法驅動下的海洋超微真核生物研究史
    可培養海洋超微真核生物的生物學
    已培養的菌株
    細胞結構
    生理參數
    超微生物的啟示
    海洋環境中超微真核生物
    主體豐度與分布
    光合(PP)超微真核生物的生態功能
    異養微生物(HP)的生態功能
    研究超微真核生物生態的分子生物學手段
    非分子生物學手段獲得的原位多樣性
    環境樣品基因的直接克隆及序列分析
    克隆文庫之外的手段:熒光原位雜交(FISH)和手跡技術
    原位繫統進化的多樣性
    18S rDNA文庫的概況
    相對知名的分類群
    海洋多孔類及不等鞭毛類原生動物
    屬於繫統分類高層等級的新分類群
    生物地球學
    基因組水平的ERA
    可培養的超微真核生物的基因組項目
    環境基基因組
    總結
    最新進展
    推薦閱讀
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    7.藻華
    引言
    藻華的生理環境
    藻華的化學環境
    藻華的主要參與者
    藍藻類
    硅藻類
    觸絲藻類
    腰鞭毛蟲類
    其他類群
    藻華中的病原菌及藻的捕食者
    周期性的和非尋常的藻華
    春季藻華
    秋季藻華
    低緯度上湧洋流區域的藻華
    其他類型藻華
    有危害性的藻華
    富鐵營養引起的藻華
    最新進展
    海洋基因組學
    放棄斯維爾德魯普(Sverdrup)關鍵深度假說
    捕食在非硅藻類藻華的抑制作用及浮遊生態繫統中鐵的再循環中的作用
    未來研究之路
    致謝
    推薦閱讀
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    8.環境病毒庫
    引言
    自然環境中的病毒
    海洋中的病毒
    沉積物中的病毒
    土壤中的病毒
    極端環境中的病毒
    在生態繫統中的重要性
    病毒影響營養物質的再循環
    病毒與寄主間的相互作用及其對微生物多樣性的影響
    病毒影響寄主的基因轉移與進化
    研究環境病毒的方法
    病毒濃度的計數與測量
    病毒的多樣性
    結論
    推薦閱讀
    9.大氣微生物學
    引言
    微生物的來源及時空分布
    細菌
    真菌
    病毒
    分析手段
    統計學手段
    空氣中微生物的存活模型
    氣像學
    大氣微生物樣品來源與采集方法
    采樣方法
    微生物樣品來源
    最新進展
    病毒
    細菌
    真菌
    致謝
    推薦閱讀
    10.植物內生微生物
    引言
    內生真菌
    一些常見的與草本植物相關的內生真菌
    高羊茅內生真菌——Neotyphodium coenophialum
    多年生黑麥草內生真菌——Neotyphodium lolii
    毒麥草內生真菌——Neoty phodium occultans
    豎針茅內生真菌——Neotyphodium chisosum
    “醉馬草內生真菌”——Neotyphodium gansuense
    “其他醉草”——Neotyphodium melicicola Association
    森林刺蝟草內生真菌——Neoty phodium
    南美“Huecu” 草內生真菌——Neoty phodium tembladerae
    內生菌的生態影響
    內生菌的無毒產物
    內生菌是有生物活性的代謝產物之源
    麥角菌生物堿
    吲哚-雙萜類代謝產物
    對胺
    黑麥草堿
    最新進展
    未來內生真菌的分類
    新內生真菌
    菌絲生長的新機制
    寄主的脅迫耐受機制和有防御的互利共生
    生物活性化合物
    內生真菌研究的新鋻定技術
    結論
    致謝
    推薦閱讀
    第二部分 各種不同微生物的代謝與習性
    11.產甲烷菌
    歷史概況
    多樣性與繫統發育
    生境
    種間H2轉運
    淡水沉積層
    厭氧反應器
    海洋生境
    反刍動物
    蝕木白蟻
    原生動物內共生體
    人體內的定植
    其他生境
    生理與生化
    分解代謝途徑
    生物能學
    生物合成途徑
    分子遺傳
    基因組結構
    DNA復制、修復、修飾及代謝
    基因結構與轉錄
    RNA結構和翻譯
    基因與基因組學
    近期進展
    結論
    推薦閱讀
    12.甲烷營養菌
    引言
    甲烷營養菌生態學與分類學
    甲烷營養菌的生理生化特性
    甲烷營養菌在生物技術領域的應用
    後基因組學
    推薦閱讀
    13.微生物的光合作用
    引言
    發展史
    光合生物的分類
    光合作用發生的過程
    光能的吸收與轉運
    吸光載色體
    聚光結構與能量轉運
    水分解復合體
    跨膜電子傳遞
    電荷分離狀態的穩定性
    影響電子傳遞速率的因子:馬庫斯(Macus)理論
    光合反應中心
    CBB(Calvin-Benson-Bassham)循環
    不產氧光合作用
    紫色細菌
    綠硫細菌
    螺杆菌
    其他光合細菌
    光合作用的進化
    未來研究方向
    致謝
    推薦閱讀
    14.碳同化作用的調控
    引言
    調控的必要性
    兩期生長
    全局調控與特定調控
    信號與感應
    碳同化途徑:中心碳代謝
    糖酵解、Entner-Doudoroff和磷酸戊糖途徑
    糖酵解與糖生成作用
    PEP-丙酮酸-草酰乙酸-節點途徑
    TCA循環和乙醛酸分支
    氧化還原勢能,NADPH/NADH的平衡
    培養基中碳源的吸收
    細菌的磷酸轉移酶繫統(PTS)
    革蘭氏陰性菌大腸杆菌中的新陳代謝副產物阻遏
    誘導物排斥
    腺苷酸環化酶的激活
    cAMP/CAP的轉錄起始調控
    其他碳源利用的全局調控子
    硬壁菌門菌枯草芽孢杆菌中的新陳代謝副產物阻遏
    P-Ser46-HPr和誘導物排斥現像
    CcpA和cre因子介導的新陳代謝副產物阻遏與調控
    PRD(PTS 調控域)及相關蛋白對PTS的調節
    甘油激酶對PTS的調控
    其他細菌的碳調控和新陳代謝副產物阻遏
    假單胞菌
    天藍色鏈霉菌
    谷氨酸棒杆菌
    雙歧杆菌
    結論
    最新進展
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    15.微生物對重金屬的抗性
    對砷的抗性
    對汞及有機汞制劑的抗性
    對銀的抗性
    對鎘的抗性
    對鉻酸鹽的抗性
    其他細菌抗有毒金屬的繫統
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    16.微生物的吸附
    引言
    微生物吸附的生物學意義
    在水中的吸附
    與植物的吸附
    人體寄主上的吸附
    微生物吸附機制
    影響吸附的普遍生理生化因子
    吸附子與特異受體機制
    幾種具有代表性的特異吸附策略
    菌毛介導對尿道中碳水化合物的吸附
    對ECM組分的吸附
    Curli菌毛介導的多目的吸附
    微生物吸附在人類疾病中的作用
    大腸杆菌與尿路感染(UTI)
    銅綠假單胞菌與囊性纖維化患者(CF)
    用吸附因子作靶標來抑制細菌的致病力
    最新進展
    致謝
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    17.細菌生物發光
    引言
    細菌發光的生物化學
    發光細菌的種及分類
    發光細菌生境與生態
    海洋
    淡水
    陸生
    生物發光共生體繫
    細菌發光的調控
    群感效應
    生理調節
    在細菌中發光的作用
    細菌發光繫統的進化
    細菌熒光素酶在進化上的起源
    基因復制
    基因丟失
    引進基因到lux操縱子
    lux操縱子的水平轉移
    自然形成的lux-rib操縱子局部二倍體
    發光細菌的純化、保存和鋻定
    結論
    最新進展
    發光細菌新種
    生物發光共生體繫
    lux操縱子的水平轉移
    推薦閱讀
    18.趨磁性
    引言
    趨磁細菌的普遍特性
    趨磁細菌的純培養
    未培養趨磁細菌
    磁小體
    趨磁生物物理學
    趨磁性
    趨磁-趨氧性
    趨磁真菌
    趨磁細菌與地球化學、地球物理學及太空生物學
    趨磁細菌、磁小體、磁小體晶體在生物技術中的應用
    展望
    推薦閱讀
    19.群感效應
    引言
    革蘭氏陽性細菌的群感效應信號分子
    肺炎雙球菌(S.pneumoniae)ComC小肽
    糞腸球菌( Enterococcus f aecalis)FsrB/D小肽
    金黃色葡萄球菌( Staphylococcus aureus)AgrD小肽
    枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis)ComX和Phr小肽
    乳酸乳球菌(L actococcus lactis)Nisin小肽
    革蘭氏陰性細菌高絲氨酸內酯類(AHL)群感效應信號分子
    費氏弧菌(V.f ischeri) LuxI/R
    銅綠假單胞菌Las/Rhl 自誘導信號分子(AI-1)繫統
    根癌農杆菌(Agrobacterium Tume f acients)Tra信號繫統
    Pantoea stew artiiEsaI/EsaR信號繫統
    A cidithiobacillus f errooxidansAfeI/R信號
    AHL依賴型信號通路的研究與群感效應信號分子AI-2的發現
    哈氏弧菌(V.harveyi)和LuxS表達的AI-2信號分子
    AI-2與霍亂弧菌(V.cholerae)
    大腸杆菌(E.coli),鼠傷寒沙門氏菌(S.ty phimurium)與AI-2
    luxS依賴的人口腔微生物間的相互作用
    其他群感效應信號分子
    AI-3/腎上腺素群感效應信號分子
    日本慢生大豆根瘤菌(Bradyrhizobium japonicum)Bradyoxetin信號
    銅綠假單胞菌喹喏酮類(PQS)信號分子
    Ralstonia solanacearum的3-OH PAME信號分子
    影響群感效應繫統的胞外因子
    通過群感效應信號分子與寄主相互作用
    擴散的感應、有效的感應和未來的群感效應繫統
    群感效應信號研究會有什麼樣的前景
    推薦閱讀
    20.趨化性
    應激策略
    非隨機行走
    暫時感應與激活
    記憶與適應
    細菌行為的遺傳學
    趨化突變株
    大腸杆菌趨化相關受體蛋白的遺傳分析
    Che基因
    甲基化蛋白在細菌適應機制中的作用
    趨化性對甲基化的需要
    可被甲基化的趨化蛋白(MCPs)
    MCPs受體蛋白感應與信號結構域的結構及功能組學研究
    受體蛋白甲基化酶學
    趨化作用的信號傳遞機制
    受體蛋白——CheW-CheA信號復合體
    驅動調節和反饋調控
    繫統發育的多樣性
    細菌的群體運動
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    第三部分 微生物的生存環境
    21.酸性環境
    極酸環境的來源及自然狀態
    地熱區
    礦物影響的環境
    極端嗜酸菌的生物多樣性
    酸性環境的初級產物
    異養嗜酸菌
    好氧及厭氧嗜酸菌
    嗜酸微生物生長溫度和pH值的特點
    原核嗜酸菌生理多樣性:特殊與普通微生物
    嗜酸真核微生物
    嗜酸微生物間的相互作用
    互惠作用
    協同作用
    互營作用
    捕食
    競爭性互作
    極酸環境的微生物生態
    地熱區
    酸性礦溪流及湖泊
    酸性流、席和泥
    前景與應用
    推薦閱讀
    22.高溫環境
    引言
    高溫條件下的生命
    分類學
    嗜熱嗜酸菌
    超嗜熱菌
    熱穩定的機理
    DNA
    蛋白
    細胞壁
    高溫對生命的限制
    超嗜熱菌培養研究
    天然微生物集合體的實驗室研究
    實地觀察
    代謝和生長
    二氧化碳和乙酸的同化
    異養生物
    呼吸作用
    微生物與生存環境之間的關繫
    推薦閱讀
    23.低溫環境
    冷適應微生物的發現
    早期的發現和相關術語
    低溫深海環境的研究
    其他低溫環境的研究
    太空對生物的影響
    冷適應的進化機制
    地球上的冰川時期
    冷適應的繫統發育
    冷適應的遺傳機制
    冷適應的分子基礎
    細胞膜的流動性
    冷激活的酶類
    冷休克蛋白
    冷保護劑和胞外多聚物
    結論:一個冷適應環境的模型
    最新進展
    推薦閱讀
    24.干燥環境(包括隱藏於岩石內的生物)
    引言
    干燥區域中的微生物群體
    沙漠土壤中的微生物區繫
    生物結皮
    棲息在岩石中的微生物
    對干燥環境的適應
    水活度和水勢的概念
    低水活度對單細胞微生物的影響
    干燥環境的適應機制
    最新進展
    生物結皮的形成模式
    干燥環境與太空生物學的關繫
    推薦閱讀
    25.海洋環境
    引言
    海洋微生物生命的本質
    海洋微棲息地的結構和分類
    海洋微生物及其生長必需因子
    海洋微生物的分布、豐度和生物地球學特征
    陽光、營養、水流和生物泵
    隨時間和氣候變化的海洋棲息地
    總結和展望
    致謝
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    26.高壓環境
    引言
    歷史和現狀
    壓力的定義
    地球和其他星球上的高壓環境
    有關高壓環境的其他參數
    高壓環境中微生物的調查和取樣所需的設備
    實驗室研究所需的高壓裝置
    細菌和古菌在高壓環境中的分布
    高壓環境中微生物的性質
    生長速率
    PTk-圖
    溫度和壓力角度上的細菌和古菌的生理分類
    高壓適應的分子生物學和生物化學機制
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    27.海底表層
    引言
    原核細胞的濃度和在海底深部沉積物中的分布
    原核生物及其生長速率和潛在污染隨深度變化的大體趨勢
    水的縱深和有機物的供給可以控制原核生物種群,但深部的理化層和岩層會刺激原核生物種群
    地下岩層和深海蓄水層中的生物圈
    白垩紀的岩層和油田以及與陸地的聯繫
    深海地下原核生物的代謝狀態
    原核生物的代謝和能量來源
    新陳代謝
    能源和碳源
    深海生物圈的生物多樣性
    可培養生物的多樣性
    內生孢子對深海生物圈的貢獻
    細菌和古菌分子生物學角度上的多樣性
    硫還原、產甲烷以及厭氧甲烷氧化的原核生物
    有關古菌與細菌間的分歧
    生理上的適應性
    深海生物圈的熱點
    深海流體流量的介紹
    深海沉積物中的氣體與水
    白垩紀的岩層、腐泥和有機質富含層
    深海高溫沉積物
    油田
    深海生物圈的重要意義
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    28.深海火山口熱液和海底熱液口
    海洋中部海脊中的熱液口
    深海熱液口生命的化學合成基礎
    化能無機自養細菌
    獨立生存的化能無機自養細菌
    共生的化能無機自養細菌
    異養的熱液口細菌
    高嗜熱古菌
    化能無機自養古菌
    異養古菌
    深海熱液口未培養的古菌和細菌
    與陸地熱液口的對比
    奇特的熱液口:Loihi 、Guaymas 、Lost City
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    專業術語
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    29.淡水環境
    概述
    淡水濕地
    濕地的類型和性質
    微生物過程
    微生物群落
    人類活動引起的生物分布
    湖泊
    湖泊的類型和性質
    微生物過程
    微生物群落
    人類活動引起的生物分布
    溪水與河流
    激流生態繫統的性質
    微生物過程
    微生物群落
    人類活動引起的生物分布
    不同淡水環境的對比
    最新進展
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    30.寡營養環境
    寡營養的水體環境
    寡營養水環境的相關參數
    營養的運輸
    微生物種群相關術語的定義
    極端環境
    環境的限制
    氧氣
    寡營養培養
    寡營養培養的重要性
    寡營養培養的原則
    是否為專性寡營養細菌
    不生長的細菌是死亡、休眠還是處於其他的狀態
    寡營養細菌在低營養水體中的小生態環境
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    31.水底沉積物環境
    引言
    什麼是沉積物
    在哪裡可以找到沉積物
    沉積物由什麼組成
    沉積物的多樣性
    覆水層的重要性
    海洋沉積物
    湖泊沉積物
    沉積物采樣和描述
    孔隙水
    孔隙度和彎曲率
    沉積物性質
    沉積物的氧化還原預算
    沉積物中的微生物輸入
    沉積物中的微生物
    微生物生態學有關的沉積物屬性
    沉積物中的微生物數量
    由微生物活動產生的化學梯度
    沉積物的化學剖面(分層的微生物群落)
    什麼是LMC?
    沉積物/溶質遷移速率
    從化學分層可否預測微生物種群
    大型土壤動物的活動對分層的擾亂
    化學梯度的交叉
    貧營養沉積環境
    地下沉積微生物學
    沉積物的古生物化石性質:岩石記錄
    淺水中的沉積物及光線影響
    結論
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    32.植物根際環境
    根際的歷史描述
    根際的一般特征
    根際和散土的主要區別
    根際對植物生長的重要性
    根際效應的測量
    根際土壤中的微生物多樣性
    典型根際微生物的營養和培養策略
    根際中的根繫分泌物和根際沉積
    根際的體積和空間度量
    根繫微生物定植的直接鏡檢
    早期的顯微研究
    現代顯微技術對根際的研究
    根際微生物分子生態學研究
    核糖核苷酸序列的應用
    微陣列技術
    案例研究:利用功能基因陣列和16S rDNA序列分析研究氣候變化對根際微生物生態的影響
    案例研究:利用穩定同位素探針技術分析根際中的生物修復過程
    根際微生物群落對植物的影響
    微生物對植物的負面影響(致病性)
    微生物對植物的正面影響(有益)
    本章小結
    致謝
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    第四部分 生物地球化學循環及影響
    33.氮循環
    引言
    生物氮循環
    銨同化
    銨運輸
    GS-GOGAT途徑
    銨同化的替代途徑
    銨同化的調節
    生物固氮
    固氮酶
    固氮調節
    植物共生固氮與聯合固氮
    硝酸鹽同化
    硝酸鹽吸收繫統
    同化硝酸鹽還原酶(Nas)
    Nir的同化
    硝酸鹽同化的調節
    反硝化
    反硝化硝酸鹽還原酶(Nar和Nap)
    反硝化Nir
    Nor和Nos
    硝酸鹽呼吸和反硝化的調節
    硝化
    厭氧氨氧化
    氮循環中的其他過程
    氮的礦化
    硝酸鹽異化還原為銨(硝酸鹽氨化作用)
    含氮化合物的脫毒
    氮循環的生態和環境特征
    氮循環的演變
    最新進展
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    34.磷循環
    引言
    磷循環的全球意義
    環境磷庫的表征和測量
    磷的來源、彙集和運輸途徑
    微生物介導的過程
    風化侵蝕
    溶解
    礦化
    固定
    微生物介導的遺傳調控過程
    人為改變的磷循環:水生生態繫統富營養化
    結論
    最新進展
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    35.硫循環
    行星硫通量
    微生物硫循環
    微生物硫酸鹽還原
    微生物硫氧化
    有機硫化合物的轉換
    生態繫統內的硫循環
    環境影響和技術的應用
    環境後果
    技術應用
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    36.一些氧化還原活性金屬的循環
    引言
    33As75
    砷生物地理循環
    砷吸收繫統
    砷呼吸
    砷脫毒
    29CU63
    簡介
    MCOs對一價銅的氧化
    一價銅的還原和探測
    25MN55
    簡介
    二價錳氧化為三價錳或四價錳
    四價錳的還原
    34SE80
    簡介
    硒的還原
    亞硒酸鹽(和硒代半胱氨酸)甲基化為二甲基硒化物或二甲基聯二硒化物
    致謝
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    37.重金屬污染物:環境污染和生物技術的應用
    引言
    重金屬污染物對環境的影響
    環境中的重金屬
    重金屬對微生物種群的影響
    重金屬毒性對環境的改造
    微生物的重金屬解毒機制
    生物技術在重金屬污染中的應用
    微生物過程對金屬的移除和恢復
    金屬溶解
    金屬固定
    金屬、非金屬和有機金屬之間的轉換
    小結
    最新進展
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    第五部分 生物技術論壇
    38.生物侵蝕—包括文物的生物侵蝕生物侵蝕
    生物侵蝕
    非生物因素
    生物侵蝕的機制
    引起生物侵蝕的細菌
    細菌(真細菌和古菌)
    文物維護相關材料
    無機材料
    有機材料
    混合材料
    控制和預防生物侵蝕的方法
    生化方法
    生物方法
    物理方法
    機械方法
    化學方法
    最新進展
    致謝
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    39.生物傳感器
    引言
    生物傳感器的概述
    定義
    理想生物傳感器的特征
    分析方法
    生物傳感器件
    抗體

    有特異結合性質的蛋白/多肽
    核酸
    細胞表面受體/糖蛋白、糖脂/糖原
    全細胞
    仿生材料
    生物傳感器的傳導機制
    電化學
    質量
    熱學
    光學
    生物傳感器的應用
    用於環境監測的細菌生物傳感器
    用於食品的生物傳感器
    生物傳感器在生物防御方面的應用
    結束語
    最新進展
    基於病毒的生物傳感器
    基因工程熒光蛋白構建的生物傳感器
    納米材料及其在生物傳感器中的應用
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    40.無菌或無外來污染的動物
    引言
    靈活的薄膜隔離器
    隔離器的一般設計方法
    隔離器的初始安裝
    隔離器物質的輸入
    無菌隔離器的運行
    隔離器中動物的飼養
    無菌動物的微生物檢測
    與無菌動物相關的實驗
    無菌動物的復育
    無菌畜牧
    總結
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    41.微生物對金屬的侵蝕
    歷史和意義
    微生物生物被膜和微生物侵蝕
    有氧侵蝕過程
    無養侵蝕過程
    有氧與無氧交替條件下的微生物侵蝕
    微生物胞外酶造成的侵蝕
    微生物引起的氫脆
    其他微生物代謝產物造成的侵蝕
    侵蝕過程中的電子傳遞
    生物侵蝕的預防和控制
    總結
    致謝
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    42.石油微生物學
    引言
    石油的生物降解和生物修復
    海洋油污的微生物修復
    石油污染泥土的生物修復
    微生物與植物聯合修復
    硫化氫和其他硫化物的生物降解
    揮發性有機化合物蒸汽的生物降解
    小結
    微生物在石油開采中的應用
    利用微生物提高石油提取率
    微生物去乳化
    表面活性劑的其他應用
    微生物石油降解產甲烷
    油藏酸化的控制
    微生物石油煉制及其生物過程
    微生物脫硫與脫氮
    微生物去金屬
    新化合物的生物合成
    微生物加入與流出的生理機制
    碳水化合物作為底物
    微生物的趨向性
    加入
    細胞內的運輸
    流出
    代謝
    有氧烷烴的代謝
    有氧芳香烴的代謝
    無氧碳水化合物的代謝
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    43.金屬的煉制和生物冶金
    金屬的微生物轉化
    能溶解金屬的微生物
    礦石中金屬的微生物提取和生物冶金
    嗜酸微生物與金屬的相互作用
    嗜酸微生物溶解金屬的機制
    後基因組時代的生物冶金
    生物冶金微生物群落多樣性分析
    微生物溶解金屬和生物修復的環境效應
    總結
    最新進展
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    44.工業用水處理
    工業廢水的生物處理
    工業廢水的特點
    廢水的好氧處理
    活性污泥
    曝氣穩定池(ASB)
    序批式反應器
    生物轉盤
    懸浮和附著生長雜合繫統
    膜生物反應器
    廢水的厭氧處理
    上流式厭氧污泥床
    厭氧序批式反應器
    厭氧膜生物反應器
    厭氧和好氧耦合處理工藝
    自然淨化繫統:濕地
    生物與物理或化學耦合處理工藝
    總結
    最新進展
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    45.無傳染性危害廢水的處理
    公共供水繫統產生的廢水
    處理後直接使用
    處理後間接使用
    未處理廢水中的化學成分
    天然水中的化學成分
    飲用水中的化學成分
    民用、商用以及工業廢水的化學成分
    雨水收集繫統和滲透廢水的化學成分
    水收集繫統中生物和非生物反應產生的化學組分
    為控制廢水的氣味和腐蝕而加入到廢水中的化學成分
    廢水處理後殘留的化學成分的影響
    廢水處理等級
    廢水消毒的副產物
    替代參數的使用
    廢水處理中新出現的化學成分
    廢水處理繫統中納米顆粒和納米材料的潛在毒性
    最新進展
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    46.飲用水
    引言
    用於飲用水中微生物監測的指示菌
    美國環保局飲用水法規
    總則
    美國總大腸杆菌標準(TCR)
    地表水處理要求
    地下水規則
    其他國家的規則和指導方針
    水源、水的處理和輸送
    水供給的來源
    水的處理
    水處理過程中的微生物
    水輸送繫統
    其他的水源
    瓶裝水
    應急飲用水
    水處理中使用端和輸出端(POU/POE)
    發展中國家的民用水處理
    其他與水處理相關的議題
    飲用水中微生物的多樣性
    水源的保護
    國土的保護
    總結
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    47.航天器上的微生物
    行星保護(PP)政策與實踐
    微生物多樣性研究的方法
    航天器配置潔淨室的特點
    太空取樣以及樣品處理技術
    基於培養的方法
    不可培養微生物的評估
    航天器及其表面生物負荷和生物多樣性
    航天器配置設施中微生物的群落分析
    幾個模擬太空航天器環境下分離的細菌的抗性特證
    幾次太空發射環境下的微生物群落結構
    “頑強”細菌全基因組序列分析的意義
    結語
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    48.生物戰爭
    引言
    歷史回顧1925年~1990年
    1990年和當代的發展
    國際公約
    1925年的日內瓦議定書
    1972年的聯合國公約
    歷史會議回顧
    美國有關細菌戰法律法令節選
    當今有關細菌戰的研究項目
    當今的議題
    基因工程
    流行病學的數學模型
    小規模衝突
    恐怖主義
    細菌戰進攻與防守的研究
    細菌戰相關研究的保密性
    查證細菌戰踫到的問題
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    索引
    在線試讀
    Principles of Microbial Ecology
    A. Konopka
    Pacific Northwest National Laboratory, Richland, WA, USA
    Chapter Outline
    Abbreviations 3
    Defining Statement 3
    What is Microbial Ecology? 3
    Historical Development of Microbial
    Ecology 4
    The Scope of Microbial Ecology 5
    Principles of Microbial Ecology 8
    Overarching Principles 8
    Principles in Population Ecology 12
    Principles in Physiological Ecology 13
    Strategic Approaches to the Study of Microbial Ecology 15
    Descriptive Studies of the Distribution and
    Activity of Microbes in a Natural Habitat 15
    ABBREVIATIONSPrinciples of Microbial Ecology
    A. Konopka
    Pacific Northwest National Laboratory, Richland, WA, USA
    Chapter Outline
    Abbreviations 3
    Defining Statement 3
    What is Microbial Ecology? 3
    Historical Development of Microbial
    Ecology 4
    The Scope of Microbial Ecology 5
    Principles of Microbial Ecology 8
    Overarching Principles 8
    Principles in Population Ecology 12
    Principles in Physiological Ecology 13
    Strategic Approaches to the Study of Microbial Ecology 15
    Descriptive Studies of the Distribution and
    Activity of Microbes in a Natural Habitat 15
    ABBREVIATIONS
    DOC Dissolved organic carbon HGT Horizontal gene transfer HPK Histidine protein kinase PCR Polymerase chain reaction RTFs Resistance transfer factors SIMS Secondary ion mass spectrometry
    DEFINING STATEMENT
    This article provides an overview of the field of microbial ecology by delineating its principles, historical develop-ment, areas of study, and experimental approaches.
    WHAT IS MICROBIAL ECOLOGY?
    The term ecology was devised by Ernst Haeckel from the Greek oekologie meaning “the study of the household of nature” in 1866. Hence, microbial ecology concerns the interactions of microbes with both their abiotic and biotic environments. Microorganisms are ubiquitous – they grow not only in soil, freshwater and marine habitats, and on or within plants or animals, but also in so-called extreme environments with chemical and physical conditions that exclude most if not all other forms of life. Thus, the field is extraordinarily broad; a number of other articles in this encyclopedia discuss specific topics within this broad field. This article represents a synthesis of developments that may have arisen from the study of different environments or dif-ferent organisms, and puts them into a historical context of how microbial ecology has developed and (more impor-tantly) where it may be heading in the future.
    Analysis of In Situ Rates of Growth or
    Biogeochemical Activity 15
    Experimental Manipulation of Natural Samples
    under Simulated Conditions (Microcosms) 16
    Model Laboratory Systems 16
    Future of Microbial Ecology 16
    Microbiology at the Microscale: Single-Cell Microbiology 16
    Theory in Microbial Ecology 17
    Innovations in Cultivation 17
    Recent Developments 18
    Technology Advances in Molecular Ecology 18
    The Human Microbiome 18
    Further Reading 19
    The definition of microbial ecology is very important, because it leads to some important points regarding the dis-cipline. Microorganisms (by definition) are too small to be seen with the naked eye; bacterial, fungal, and protistan cells typically have diameters between 1 and 100 μ m, with bacterial sizes heavily skewed to the smaller end of this dis-tribution and protists at the larger end. Consequently, the “environment” that these organisms are sensing must also be at a micron scale (the microenvironment). This scale is far too small for humans to sense directly. We can analyze larger, macroscopic samples and infer what occurs at the microscale, although there is a great risk that the properties we measure in the large sample merely represent the aver-age of a rich heterogeneity at the microscale. Because of this, technological innovations are important to microbial ecology when they allow authentic analysis of the in situ environment. The definition of microbial ecology also
    Topics in Ecological and Environmental Microbiology.
    Published by Elsevier Inc.
    indicates that the intellectual interests and approaches of the microbial ecologist are quite distinct from those of the laboratory-oriented microbiologist who focuses on analysis of pure cultures of microbes. Microbes in nature interact not only with their abiotic environment but also within biologi-cal communities of other microbes and perhaps plants and animals. These complex systems may exhibit behaviors that are not predictable from study of the individual organisms in isolation.
    That being said, most microbial ecologists have been trained as laboratory-oriented microbiologists rather than as ecologists; as a result, their understanding of ecologi-cal theory is often rudimentary. This can lead to conceptual problems, either because problems in microbial ecology do not become well integrated into ecological theory or because there is no clear recognition where the ecology of microbes has elements that are unique from those of plants or animals.
    Historical Development of Microbial Ecology
    The realization that there was a microbial world depended upon technological innovation – van Leeuwenhoek improved techniques in lens grinding that led to his visualization of “animalacules” in the late 1600 s. However, the discipline of microbiology did not really develop until the late nineteenth and early twentieth centuries when Pasteur and Koch took on practical problems that arose from the interaction of microbes with their environments (such as the germ theory of disease). Their studies were not ecological, but they did develop tech-nologies for the fundamental manipulation of microbes that are still used today. Also, in the early twentieth century, Beijirnck and Windogradsky became interested in the activi-ties of microbes in natural habitats. They took into consider-ation the chemical conditions in the natural environment and devised selective conditions (enrichment cultures) by which they could isolate organisms that carried out specific biogeo-chemical activities. However, their focus was not on the habi-tat per se but on the physiology of the microorganism, and their studies did not focus on ecological interactions.
    Modern microbial ecology had its origins in the 1950s, in the study of the rumen ecosystem by Robert Hungate and his colleagues. Hungate is well known for his development of techniques for the cultivation of strict anaerobes. In addition, he had an interest in quantitative analysis of microbial eco-systems. This followed from his studies with C. B. van Niel on cellulose hydrolysis in gut microflora first in beetles and termites and subsequently in the bovine rumen. He pioneered studies in which the analysis did not end at the isolation and characterization of pure cultures, but necessarily included the enumeration of organisms in the habitat and quantification of their activities. This quantitative analysis distinguished major from minor microbial species and catabolic pathways in the rumen ecosystem.
    PART
    I Microbial Ecology
    As in other areas of science, progress in microbial ecol-ogy has been intimately tied to the development of new technologies. The availability of radioisotopes beginning in the 1950s was a major impetus for the measurement of bio-geochemical process rates in nature. A major problem is that samples must usually be removed from the habitat and incubated under artificial conditions. As incubation time lengthens, the risk of bottle effects that produce results dif-ferent from in situ rates increases. Thus, there is a premium on sensitive detection methods in which incubation time is minimized. The use of 14CO2 allowed analysis of rates of primary production by phototrophs and chemoautotrophs, and both 14C- and 3H-isotopic forms of a broad variety of organic compounds have been applied to analyze funda-mental processes such as nutrient uptake and assimilation, mineralization to CO2, and microbial community growth rates. 32PO4 and 35S isotopes have been applied to measure biogeochemical process rates in the phosphorus and sulfur cycles. Unfortunately, no practically useful N radioisotope is available, although advances in the sensitivity of stable isotope analyses may make 15N analyses at short incuba-tion times feasible. Another significant breakthrough in analysis of microbial process rates came in the 1980s, when microelectrodes sensitive to certain chemical species were developed. These electrodes have a spatial resolution of 50–100 μm, and have produced great insights into the spa-tial and temporal dynamics of microbial processes in habi-tats such as microbial mats.
    Quantitative analyses of biogeochemical process rates blossomed in the period after radioisotopes became widely available, but these studies were incomplete because the specific microbial catalysts were not identified. The tech-niques of pure culture microbiology were broadly recog-nized to be ineffective in cultivating numerically abundant organisms from nature. However, over the past 20 years, a set of cultivation-independent techniques have evolved to determine the relative abundance of microbes in a habitat. Carl Woese demonstrated that the sequence of the small subunit ribosomal RNA molecule could be used as a molec-ular chronometer to analyze the phylogenetic relationships among all forms of life. Norm Pace took this seminal idea and applied it to the analysis of “who's there” in natural environments. That is, by isolation of nucleic acids directly from a natural environment, amplification of small sub-unit rRNA gene sequences by polymerase chain reaction (PCR), DNA sequencing of the amplicons, and comparison of the retrieved sequences to the ever-growing database of sequences from pure cultures and environmental DNA, it was unnecessary to cultivate the organism to determine their presence. This has become a major activity in the field of microbial ecology over the past 10 years, and has provided tremendous insights into the phylogenetic diversity pres-ent within microbial habitats. However, the determination of what microbes are present in a habitat does not directly
    Chapter
    1 Principles of Microbial Ecology
    resolve the problem of specifically linking specific microbes to their quantitative biogeochemical role in habitats. This remains a difficult technical problem in the discipline.
    The Scope of Microbial Ecology
    Microbes are present in almost all aquatic and terrestrial envi-ronments, and associated with all plant and animal species. Although each of these habitats may have unique aspects that select for particular strategies among microbes, in this general discussion of microbial ecology, the focus will be on elements that are common to different physical habitats.
    Microbes' impact at different spatial scales
    The biosphere can be construed as a series of interlinked systems that operate at different spatial scales. Microbes physically operate at a micrometer scale, but both impact and are impacted by processes that operate at larger scales. At the largest scales (global and landscape) are aquatic and terrestrial biomes. Biomes are large geographical areas defined by macroecologists on the basis of their distinc-tive flora and fauna, which presumably reflect selection and adaptation to climate and geography. For example, ter-restrial biomes include temperate deciduous forests, grass-lands, rainforests, deserts, taiga, and tundra. Marine aquatic biomes would include polar, temperate, and tropical oceans, and freshwater biomes comprise flowing water (rivers and streams), lakes, and ponds, or wetlands. Whereas bioge-ography (the study of the distribution of organisms over space and time) is well established for plants and animals, the concept has been less intensively studied for microbes until very recently. There are studies in which there is a cor-relation between geographic distance and genetic distance for specific bacterial groups. In addition, an increase in the number of taxa detected with increases in sampling area has been found for microbes, as has been found many times for plants and animals. However, the underlying mechanisms responsible for the species-area relationship may be quite different in microbes, due to unique mechanisms for phylo-genetically broad genetic transfer and (in some cases) high rates of recombination.
    At the global and landscape scale, biotic and abiotic planetary processes can impact each other across biomes. For example, oceanic photosynthesis may be limited by the amount of iron; iron is a cofactor for electron trans-port proteins essential for conversion of solar energy to a biologically useful form of energy. Arid conditions in des-erts produce iron-rich dust particles that can be transported thousands of kilometers through the atmosphere and depos-ited in the ocean. As another example, the global disper-sal of animal viruses such as West Nile virus and influenza virus H5N1 can be mediated by migratory birds.
    At the ecosystem scale, there are rich, complementary interactions between physical, chemical, and biological components. For example, photosynthetic sulfur bacteria may occur in freshwater lakes; they require light energy, sulfide as an electron donor that will be used in large part to reduce CO2 to the oxidation level of cell organic matter, and anaerobic conditions. This combination of factors only occurs in lakes where morphometry, nutrient inputs, and biology are constrained within certain limits ( Figure 1 ).
    Lake hypsometry and wind protection
    Inorganic nutrients + Phytoplankton productivity – Water transparency

    + Organic flux to sediments Light intensity in sulfide-containing waters +
    Sulfate concentration +

    Mixing Epilimnion processes
    +
    Depth of thermocline – Metalimnion
    Productivity of Upper boundary for photosynthetic presence of sulfide sulfur bacteria

    + Rate of sulfide production
    Hypolimnion
    FIGURE 1 System interactions affect the occurrence and intensity of photosynthetic bacteria in lakes. These microbes will only be active at strata where light, anaerobic conditions, and reduced S cooccur. The diagram depicts important physical, chemical, and biological factors, and whether an increase in intensity of one factor produces an increase (+) or decrease (.) in a related factor. For example, increases in inorganic nutrient concentrations stimulate phy-toplankton growth. This has a negative affect on water transparency at depth (necessary for photosynthetic bacteria) but also results in a larger flux of organic matter to sediments. This stimulates sulfide production, which is also required for photosynthetic bacterial production. The morphometry of the lake basin and its degree of wind protection drive the intensity of lake mixing, which affects the depth from the sediment to which anaerobiosis can extend. Reproduced from Parkin, T.B., & Brock, T.D. (1980). Photosynthetic bacterial production in lakes – The effects of light intensity. Limnology and Oceanography, 25 , 711–718.
    PART
    I Microbial Ecology
    Other against bacterial infection of the gastrointestinal tract. In the organisms Physical factors: human pathogen Vibrio cholerae, however, transcription of
    Chemical factors: Temperature
    pH Surfaces genes required for colonization and pathogenesis is induced Redox potential by exposure to acid and higher temperatures as would occur
    Toxicants
    Signals after a host ingested the organism from the environment. A phylogenetically widespread regulatory system that can
    Nutrients: Energy source
    Carbon source
    detect environmental signals and produce changes in bacte
    rial gene expression are two-component regulatory systems,
    Terminal e – acceptor
    N, P, S
    Catabolism
    Transport Anabolism Changes in
    Storage gene expression
    DNA
    Cell surface molecules
    FIGURE 2 The microenvironment. The volume within a few microme-ters from the microbial cell surface has the greatest impact upon it. External resources are transported across the cell membrane via membrane-bound permeases. M
     
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