生态工程及选I 2

专题四生态工程一、概念：生态工程是指人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法，通过系统设计、调控和技术组装，对已被破坏的生态环境进行修复、重建，对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力，从而促进人类社会和自然环境和谐发展。

二、为什么要进行生态工程建设这可持续发展，要走生态经济之路：生态经济主要是通过实行“循环经济”的原则，使一个系统产出的污染物，能够成为本系统或者另一个系统的生产原料，从而实现废弃物的资源化，而实现循环经济最重要的手段之一就是生态工程。

小结：传统经济与生态经济(1)传统经济是大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式，不注重生态环境的保护，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。

(2)生态经济实现了原料→产品→原料→产品的生产体系，实现了废弃物资源化的循环经济。

具有少消耗、多效益、可持续的特点。

三、生态工程所遵循的基本原理：项目理论基础意义实例物质循环再生原理物质循环可避免环境污染及基对系统稳定和发展的影响无废弃物农业物种多样性原理生态系统的稳定性生物多样性程度高，可提高系统的抵抗力稳定性“三北”防护林建设中的单纯林问题，珊瑚礁生态系统的生物多样性问题协调与平衡原理生物与环境的协调与平衡生物数量不超过环境承载力，可避免系统的失衡和破坏太湖富营养化问题整体性原理社会、经济、自然复合系统统一协调各种关系，保障系统的平衡与稳定林业建设中自然系统与社会、经济系统的关系问题系统学和工程学原理系统的结构决定功能原理；分布式优于集中式和环式改变和优化系统的结构以改善功能桑基鱼塘系统整体性原理：整体大于部分保持很高的系统生产力珊瑚礁藻类和珊瑚虫的关系①不同的生态工程建设遵循的基本原理可能不同。

②建立不同的生态工程时要依据不同的原理，因地制宜，不能相互照搬。

四、生态工程实例分析：类型问题主要原理对策案例农村综合发展型生态工程资源有限，人多地少，产出不足物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理建产农村综合发展型生态工程，实现物质的多级利用，在资源有限的条件下有较多的产出窦店村以沼气为中心的生态工程小流域综合治小流域的水整体性原理、协调与运用多种原理，应甘肃陇南县“九子理生态工程土流失平衡原理、工程学原理等用多种措施综合治理登科”模式大区域生态系统恢复工程土地荒漠化物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理退耕还林还草、植树造林等“三北”防护林退耕还林还草工程湿地生态恢复工程湿地的缩小和破坏协调与平衡原理、整体性原理控制污染、退耕还湖江西鄱阳湖湿地生态恢复工程矿区废弃地的生态恢复工程矿区生态环境的破坏系统学和工程学原理修复土地、恢复植被赤峰市元宝山矿区生态恢复工程城市环境生态工程环境污染协调与平衡原理整体性原理等城市绿化、污水净化、废弃物处理、合理布局污水及垃圾处理、城市绿化专题五选修一实验一、微生物的培养与应用（一）微生物的培养1、培养基：（1）概念：人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出的供其生长繁殖的营养基质。

培养基种类：划分标准培养基种类特点用途物理性质液体培养基不加凝固剂工业生产半固体培养基加凝固剂，如琼脂观察微生物的运动、分类、鉴定固体培养基微生物分离、鉴定、活菌计数、保藏菌种化学性质天然培养基含化学成分不明确的天然物质工业生产合成培养基培养基成分明确（用化学成化已知的化学物质配成）分类、鉴定用途选择培养基培养基中加入某种化学物质，以抑制不需要的微生物的生长，促进所需要的微生物的生长培养、分离出特定微生物（如培养酵母菌和霉菌，可在培养基中加入青霉素；培养金黄色葡萄球菌，可在培养基中加入高浓度食盐）鉴别培养基根据微生物的代谢特点，在培养基中加入某种指示剂或化学药品鉴别不同种类的微生物，如可用伊红—美蓝培养基鉴别饮用水或乳制品中是否有大肠杆菌（若有，菌落呈深紫色并有带有金属光泽）（2）营养构成：一般含有水、碳源、氮源、无机盐；还需要满足不同微生物对pH、特殊营养物质以及氧气的要求。

营养要素定义作用主要来源碳源凡能提供所需碳元素的物质构成生物体细胞的物质和一些代谢产物，有些是异养生物的能源物质无机化合物：CO2、NaHCO3；有机化合物：糖类、脂肪酸、花生饼粉、石油等氮源凡能提供所需氮元素的物质合成蛋白质、核酸以及含氮的代谢产物无机化合物：N2、NH3、铵盐、硝酸盐；有机化合物：尿素、牛肉膏、蛋白胨等特殊营养物质生长必不可少的微量有机物酶和核酸的组成部分维生素、氨基酸、碱基等水在生物体内含量很高，在低等生物体内含量更高不仅是优良的溶剂而且可维持生物大分子结构的稳定无机盐为微生物提供除碳、氮以外的各种重要元素，包括大量元素细胞内的组成成分，生理调节物质；某些化能自养菌的能源、酶的激活剂①微生物最常用的碳源是糖类，尤其是葡萄糖；最常利用的氮源是铵盐、硝酸盐。

②对异养微生物来说，含C、H、O、N的有机化合物既是碳源，又是氮源、能源。

③有些培养基不需要添加特殊营养物质，生物自己能合成，如大肠杆菌能合成某些维生素，作为特殊营养物质。

④制备：计算→称量→溶化→灭菌→倒平板。

2、无菌技术：条件结果常用的方法消毒较为温和的物理或化学方法仅杀死物体表面或内部一部分对人体有害的微生物（不包括芽孢和孢子）煮沸消毒法、巴氏消毒法、紫外线或化学药物消毒法灭菌强烈的理化因素杀死物体内外所有的微生物，包括芽孢和孢子灼烧灭菌、干热灭菌、高压蒸汽灭菌无菌技术主要操作要求：a．实验前应对操作空间、操作人员消毒，对所用器具和培养基灭菌。

b．实验进行时需在酒精灯火焰周围无菌区操作，另外要避免已灭菌处理材料再次污染。

3．纯化大肠杆菌以及菌种的保藏(1)制备牛肉膏蛋白胨固体培养基：计算、称量、溶化、灭菌、倒平板。

(2)纯化大肠杆菌①原理：在培养基上将细菌稀释或分散成单个细胞，使其长成单个的菌落，这个菌落就是一个纯化的细菌菌落。

②方法：平板划线法、稀释涂布平板法。

(3)菌种的保藏①短期保存：固体斜面培养基上4℃保存，菌种易被污染或产生变异。

②长期保存：－20℃甘油管在冷冻箱中保藏。

（二）微生物的应用实验一：土壤中分解尿素的细菌的分离与计数1．原理：(1)土壤中的细菌之所以能够分解尿素，是因为它们体内能合成脲酶。

这种物质在把尿素分解成无机物的过程中起催化作用。

(2)实验室中微生物筛选的原理：人为提供有利于目的菌株生长的条件(包括营养、温度、pH 等)，同时抑制或阻止其他微生物生长。

2．分离分解尿素的细菌所使用的特定培养基3．统计菌落数目的方法(1)显微镜直接计数法①原理：利用特定细菌计数板或血细胞计数板，在显微镜下计算一定容积的样品中微生物的数量。

②方法：用计数板计数。

③缺点：不能区分死菌与活菌。

(2)间接计数法(活菌计数法)①原理：当样品的稀释度足够高时，培养基表面生长的一个菌落，来源于样品稀释液中的一个活菌，通过统计平板上的菌落数，就能推测出样品中大约含有多少活菌。

②操作a．设置重复组，增强实验的说服力与准确性。

b．为了保证结果准确，一般选择菌落数在30～300的平板进行计数。

4．细菌分离与计数的实验流程土壤取样→样品稀释→取样涂布→微生物培养→观察并记录结果→细菌计数5．鉴定：在培养基中加入酚红指示剂——变红实验二：分解纤维素的微生物的分离1．原理：可根据是否产生透明圈来筛选项纤维素分解菌。

(2)实验流程土壤取样：富含纤维素的环境,选择培养：用选择培养基培养，以增加纤维素分解菌的数量,梯度稀释：涂布平板：将样品涂布于鉴别含CR的纤维素分解菌的培养基(固体),挑选产生透明圈的菌落：产生纤维素酶的菌落周围出现透明圈。

②涉及到的微生物技术主要有：培养基的配制、无菌操作技术、稀释涂布平板法、选择培养基的作用、样品稀释等。

实验三：果酒、果醋的制作1．果酒和醋酸发酵装置的设计思路(1)因酵母菌的繁殖需要空气，醋酸菌是好氧菌，所以在果酒制作的前期和果醋制作的整个过程中都需氧；因酵母菌产生酒精时是厌氧的，应控制充入氧的量，故应在充气口设置开关。

(2)由于在发酵过程中都产生CO2，因此又需设排气口；为防止空气中微生物的污染，排气口应连接一个长而弯曲的胶管。

(3)因要对发酵的情况进行及时监测，应设置出料口便于取料。

果酒制作果醋制作制作原理利用酵母菌在无氧条件下进行酒精发酵利用醋酸菌在氧气、糖源充足时，将糖分解成醋酸；当缺少糖源时，将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸最适发酵温度18—25o C 30—35o C对氧的需求需微量氧需充足氧pH 酸性环境（3.3—3.5）酸性环境（5.4—6.3）发酵时间10—12天7—8天①酵母菌的繁殖需大量能量，而发酵过程进行无氧呼吸，故果酒制作的前期应通入氧气，而后期应保证严格的厌氧环境。

②果醋制作过程中要求始终通氧，缺氧时醋酸菌的生长、增殖都会受到影响，另外醋酸的生成也会受到影响。

实验四：腐乳的制作1．原理(1)腐乳的发酵在多种微生物的协同作用下进行，其中起主要作用的是毛霉，它是一种丝状真菌，新陈代谢类型是异养需氧型。

(2)毛霉等微生物产生的蛋白酶可以将豆腐中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸；脂肪酶可以将脂肪水解成甘油和脂肪酸。

2．流程让豆腐上长出毛霉——加盐腌制——加卤汤装瓶——密封腌制注意：(1)腐乳制作所需豆腐的含水量及意义豆腐含水量以70%为宜。

毛霉为异养需氧型真菌，若含水量过高，影响毛霉的有氧呼吸；若含水量过少，则不利于毛霉的生长，毛霉的代谢也离不开水。

(2)配制卤汤时酒量控制加酒的目的之一是杀死微生物。

如果过少，达不到杀死微生物的目的导致豆腐腐败；若过多，不但杀死了微生物，而且会因酒精度过高抑制了酶的活性，从而影响腐乳的成熟，同时还会因酒精含量过高而影响腐乳的风味。

一般应控制在12%左右。

实验五：泡菜的制作及检测亚硝酸盐的含量1．原理：(1)泡菜的制作原理泡菜的制作离不开乳酸菌。

在无氧条件下，乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸。

(2)测定亚硝酸盐含量的原理在盐酸酸化条件下，亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮化反应后，与N­1­萘基乙二胺盐酸盐结合形成玫瑰红色染料。

将显色反应后的样品与已知浓度的标准液进行目测对比，可以大致估算出亚硝酸盐的含量。

2．流程：3．结果：二、酶的研究与应用（一）果胶酶在果汁生产中的作用1．影响果汁产量的物质及处理方法(1)影响果汁产量的物质纤维素和果胶是组成水果的重要物质，这两种物质的存在使制作果汁时存在两个问题：一是果肉的出汁率低，耗时长；二是榨取的果汁浑浊、黏度高、容易发生沉淀。

(2)处理方法——酶解法常用的酶及其作用特点如下：果胶酶——催化果胶水解为可溶性半乳糖醛酸纤维素酶——纤维素分解成纤维二糖再分解为葡萄糖2．探究酶活性最适条件和用量的实验设计酶的活性是指酶在催化一定化学反应的能力。