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1、環保產業與應用微生物,一、脫臭處理,由雞，豬糞尿所散發出的惡臭，事實上已形成嚴重的環境公害。此外，諸如魚粉之類的水產加工過程當中，亦會有令人厭惡的臭氣產生。(1)惡臭源造成惡臭的發生源以畜產業農業為主，其他則為食品製造工廠，化學工廠，飼料（肥料）製造工廠等。以下所談係惡臭物質與發生源的關係。.氨（ammonia）：主要源於畜產農業，澱粉製造業，魚腸骨處理業，糞尿 處理場等.硫甲醇（methylmercaptan）：主要源於紙漿製造業，魚腸骨處理業，垃圾處理場，糞尿處理業等。,.硫化氫（hydrogen sulfide）：主要源於畜產農業，紙漿製造業，魚腸骨處理業，垃圾處理場，糞尿處理場等.二甲
2、硫（methyl sulfide）：主要源於紙漿製造業，魚腸骨處理業，垃圾處理場，糞尿處理場等。.三甲基胺（trimethylamine）：主要源於魚腸骨處理業，水產罐頭製造業，畜產農業等。,(2)惡臭發生之機制 這種因微生物分解蛋白質過程所產生的惡臭物質，為這類公害問題的形成主因。惡臭物質（2，3）反應：半胱胺酸丙酮酸+3+2 係由具有酵素半胱胺酸去硫氫酶之roteus morgenii，E.coli或Streptococcus等菌來進行反應：甲硫胺酸3+3+酮丁酸 係由具有酵素甲硫胺酸之E.coli或Clostridium,Streptococcus等菌來進行。,臭菌具有將這些令人不愉快之
3、惡臭物質予以吸收、分解、除去之能力。微生物經由蛋白質分解酶的作用，將蛋白質予以分解，此時，除了胺與二氧化碳之外，亦能產生吲哚（indloe）、3-甲基吲哚（skatole）、硫化氫（hydrogan sulfide）、揮發性胺類（volatile amine）、硫醇類（mercaptan）、脂肪酸等.這些乃係惡臭之根源。,（3）除臭菌之篩選除臭菌的篩選通常是以含“惡臭物質的萃取液”之洋菜培養基來進行。例如日本人曾利用含豬糞萃取液的洋菜培養基而篩選許多除臭菌（細菌及放線菌），其中屬於放線菌的係以，Streptomycces sp.(例如Streomyces antibioticus，Str gr
4、iseus)為主(亦有屬於高溫性放線菌的Thermoactinomyces sp.及Thermomonospor sp.)，至於細菌則以Flavobacterium sp Corynebacterium sp及Rhodococcus sp 這類好氣菌為主，除述外亦曾發現有些光合成細菌(例如Chromatium，Rhodopseudomonas capsulate)亦具除臭能力。,二、水質淨化,（一）自然界的淨化作用:流入河川的有機物(尿糞排水等)經過一段時間的流動後，經由自然的淨化作用而被處理(分解)乾淨。自然的淨化作用可分為：1.物理學的作用：沉砂，攪拌過濾，沉澱，稀釋等。2.化學的作用：凝
5、聚，吸附，中和，消毒等。3.生物學的作用：好氣性處理作用，厭氣性處理作用等。水中生物在污水的淨化作用上，擔任著非常重要的角色，在污水的淨化過中，隨時都有與此相對應的生物在污水的處理上努力著 污濁水細菌類原生動物植物群清水,（二）微生物與污水處理,利用微生物對污水進行處理的方式，原則上可分為好氧生物處理和厭氧生物處理。1.好氧生物處理（Aerobic treatment）好氧性生物處理是污水處理的主要方式，於有氧的條件下，污水中的有機物在好氧性微生物的作用下，吸附環境中的有機物，並將有機物徹底分解成無機物，例如氨，二氧化碳及無機磷等，使污水得到淨化：同一部分被同化為菌體物質。微生物在污水淨化過程
6、，以活性污泥和生物膜的主要形式存在。,(1)活性污泥法（Activated sludge process）活性污泥（activated sludge）是由污水中大量繁殖的微生物凝集而成的絨絮狀泥粒（絮狀膠體foam floc），含有很多細菌，酵母菌，真菌，藻類和原生動物等，其中細菌佔絕對優勢。在污水處理過程中，它具有很強的吸附，氧化和分解有機物的能力。在靜止狀態，又具有良好的沉澱性，所以活性污泥是一種特殊的，複雜的生態系統。常見的細菌有動膠菌屬（Zoogloea）、假菌胞屬（Pseudomonas）、不動桿菌屬（Acinetobacter）、無色桿菌屬（Achromobacter）、黴球菌屬（
7、Micrococcus）、節桿菌屬（Arthrobacter）等較常見。活性污泥中的細菌多數能分泌黏液物質，並且多數存在於菌膠團中，因而菌膠團可以說是活性化污泥和生物膜的主要部份。,活性污泥法之原理 利用攪拌等方法，供給適當的氧氣，使得微生物能很有活力的代謝污水中的有機物微生物漸漸的生長及迅速的繁殖微生物的數目增加太快，導致因食物不足而形成飢餓狀態微生物的活性衰退，細胞凝集成容易沉澱之膠羽將含容易沉澱之膠羽的污水（處理中的污水）移至沉澱槽，使分離成上澄水及沉澱物，上澄水經滅菌處理後放流之,（）生物膜法 生物膜主要是以菌膠團為主體所形成的黏膜狀物，他附著在載體裡面，由於膜中的微生物可以不斷地生長
8、繁殖，而使膜的厚度也隨之增加。,2.厭氧生物處理（Anaerobic treatment）污水的厭氧生物處理是在嚴格的無氧條件下，利用厭氧的非產甲烷細菌，和產甲烷細菌的作用，把有機物質分解成甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氫和氨的過程。以分解污水中有機污染物的方法，又稱為厭氧消化（anaerobic digestion）或厭氧發酵法。上述這些產物中甲烷佔6070二氧化碳約佔3035所以也稱為甲烷發酵。此法不但可以消除污染又可產生生物能量，非常受到重視。,三、廢棄物處理,環保意識的提高，而使得人們開始重視如何將日常生活之廢棄物做更有效率處理之解決方式。因此，若能將甘蔗渣，米糠，蘿蔔葉，紅菜莖，檸檬皮，
9、魚頭等之類的農水產物廢棄物透過應用微生物學之技術，而將之開發成機能性食品，天然防腐劑，以及生產具有商業價值之酵素或酒精等化學品，不但可以將現代技術結合於農水產業而提高農水產品的附加價值，更還具有解決農水產廢棄物處理問題之一石二鳥功效。,(一)利用纖維素物質生產酒精 纖維素物質（cellulose materials）的主要構成成分（亦就是植物系生質biomass）為“纖維素”“半纖維素”以及“木質素”三種。.纖維素物質之糖化 這些物質先經由微生物分泌之分解酶，分解使纖維物糖化成單醣類，才能利用纖維素物質作為酒精發酵原料。.糖化液的酒精發酵 利用能醱酵糖質或澱粉質原料的那些Saccharomyc
10、es屬酵母，能夠容易的將纖維素物質之糖化液轉化成酒精。此外，利用細菌Zynomonas mobills進行酒精醱酵的研究亦有被探討。,（二）單細胞蛋白質生產 所謂SCP乃係single cell protein(單細胞蛋白質)的略語，係指微生物菌體或是這些微生物所分離出的蛋白質。日常生活裡人們食用微生物的例子很多，例如麵包所含的麵包酵母菌，味噌所含的黃麴菌，酵母菌，乳酸菌，或是乳酸菌飲料或優酪乳裡所含的乳酸菌等。SCP原料需具有下列條件，亦即，無毒性或是毒性容易去除；便宜；容易被微生物所利用；菌體回收率高；容易菌體分離；供給方法簡單等。例如木材糖化液，廢糖蜜，亞硫酸紙漿廢液，農產廢液，乳酪製造
11、所排出的乳清，石油以及植物油等，都曾被利用來作為生產的原料。,(三)有毒人工化合物之微生物分解 諸如引起米糠油事件的的多氯聯苯（）、殺蟲劑或巴拉松、枯木劑（.T）等類的人工化合物。目前已經陸續篩選到能夠分解這些物質之特殊細菌例如Pseudomonas putida能分解細菌也已被篩選出來，例如Pseudomonas diminuta,Flavobacterium sp。已有研究人員篩選到能分解此種枯木劑的細菌Pseudomonas cepacia。諸如油輪沉船而導致海遭受原油污染事件確時而可聞。目前已篩選到能夠分解石油裡的種成分之細菌，這株細菌皆屬於Pseudomonas putida。,（四
12、）高分子人工合成化合物之微生物分解 蛋白質，多醣類，核酸之類的天然高分子較易被微生物所分解。然而，經由人工合成的這些合成高分子則很難被微生物所分解。如何合成出能被微生物所分解的高分子，以及篩選出能夠分解高分子人工合成化合物的微生物為迫切之課題。1.利用生物塑膠取代人工合成塑膠 利用微生物所生產的生物塑膠，來取代現已使用的人工塑膠，視為相當引人注目的研究課題 2.利用微生物分解高分子人工合成化合物(1)聚酯 已有陸續的篩選能夠分解種種脂肪族聚酯(polyester，簡稱PE)之微生物，例如有研究人員曾利用Penicillium屬的黴菌及Rhizopus delemar等。,(2)耐隆 chrom
13、obacter,Alcalignes,Corynebacterium aurantiacum及Flavobacterium等(3)聚醚 代表性的聚醚(polyether)，有聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)，聚丙二醇(polypropylene glycol)等。能分解的微生物包括Acinetobacer,Aeromonas等屬之類的好氣性細菌Pelobacter venetianus之類的厭氣性細菌以及Flavobacterium屬細菌與Pseudomonas屬細菌之類的共生細菌等。,四、生物農藥,微生物性的防治之應用於病虫害之方面為兩大類.為利用天敵微生物來作為病
14、害蟲之防治.為利用拮抗微生物，冰核細菌，弱毒病毒來 作為,植物之病害防治：(一)害蟲之防治 所謂的天敵微生物乃指對於昆蟲具有病原性的微生物，其中包括病毒，細菌，黴菌，微孢子蟲，線蟲等，微生物殺蟲劑乃以這些天敵微生物為材料製成的。細菌製劑之材料的有蘇力菌（Bacillus thuringiensis）、乳化菌（Bacillus popilliae），病毒製劑的有巴氏病毒（Baculovirus），黴菌製劑的有白殭菌（Beuveria bassiana）、蠟蚧輪枝菌（Vertecillium lecanii）等，而且已開發成市售品。用這些天敵微生物來作為害蟲的防治，是有異於化學殺蟲劑來作為害蟲之防
15、治的。被散佈在野外之天敵微生物（生物殺蟲劑）可經有增殖於昆蟲體內，病感染周圍的昆蟲而擴大昆蟲病害乃其特徵。,(二)病害之防治 拮抗微生物可分為拮抗細菌以及拮抗黴菌。屬於拮抗細菌的有Agrobacterium radiobacter Pseudomonas fluoresces Bacillus subtilis等其中以Agrobacterium radiobacter這株細菌作為跟頭癌腫並支防製劑市售者。拮抗黴菌的則已Trichoderma或Gliocladium屬的菌株較為人熟知。交互保護作為防治方法的.此法被用來作為病毒病之防治法。亦即，植物若是先能接種弱毒病毒株，則即使於後來有病原性強的
16、病毒株接近，該植物亦不會被病毒感染。植物的霜害被認為是由生存於植物葉面之冰核細菌所引起的，被用來試驗是否能夠防止此種霜害的，係以培養相同於Pseudomonas syringae，然而卻不生產形成冰核之蛋白質的菌株，並經由散佈此菌株而達到拮抗性的防止霜害之目的。,（三）微生物殺蟲劑之特徵及缺點 1.以生物殺蟲劑來控制有害生物時，必要充分理解生物殺蟲劑之特徵的。其特徵如下：(1)係為不危害人畜之安全性高的農藥（對於非標的生物之毒性低）。(2)選擇性高（專一性高），不會嚴重的攪亂生態系。(3)藥劑抵抗之情形少（標的病害蟲不易因而產生抗藥性）。(4)不會殺害天敵昆蟲，有可能與化學農藥混用。(5)是未
17、來綜合防治之重要角色。,2.微生物殺蟲劑之缺點(1)欠缺速效性。其效果常因對象生物之生長階段及密度之不同而易生變動。(2)於製劑之均一性及安定性方面有問題。(3)產品必須多樣化。(4)成本較高(5)不穩定且其保存期限短。,一、細菌性之生物殺蟲劑,知與昆蟲疾病有關的微生物種類計細菌約種、病毒約種、黴菌約種、原生動物約種、此外尚有線蟲比較最早被用來作為害蟲防治之用的為細菌製劑，已被製劑化且已實際被使用之細菌有Bacillus thuringiensis及Bacillus popilliae。前者用來防治鱗翅目昆蟲、蚊及蚋；後則係以防治金龜子為對象昆蟲具有病原性之此類細菌有兩種形式。其一為由細菌所生
18、產之毒素所引起，其二為因細菌增殖於昆蟲內而使之引起敗血症者，細菌感染之發生，大部分是在昆蟲的幼蟲時期，細菌以經口的方式進入其體內。,Bacillus thuringiensis(BT)BT是為存在於土壤裡之細菌，於日本則經常由養蠶農家之土壤裡被分離出。大庭等人由養蠶農家之土壤裡分離出許多的BT菌，並將之報導為新菌株之存在。(1)毒素：所產生之毒素記載為外毒素（-exotoxin）外毒素(-exotoxin)外毒素（exotoxin）及內毒素（exotoxin）。以外毒素和內毒素隻沙蟲活性較高。而外毒素由於對蠅有很強的殺蟲活性之故，也被稱之為蠅毒素（flytoxin），是一種水溶性且耐熱性之低分
19、子物質。,(2)毒素之作用機制 內毒素 結晶性毒素（內毒素）是首先經由昆蟲的幼蟲消化液中之蛋白質分解酶所分解而活化成毒素。此活性毒素是作用於中腸上皮細胞。經此毒素作用之細胞在型態上起了變化。亦即，細胞因膨潤而被破壞 外毒素 此毒素對於多種昆蟲，乃至蚤，線蟲等都具殺蟲活性。以外毒素接種於昆蟲之幼蟲時，若接種量多則於幼蟲時便死亡，曾有研究指出，外毒素會將大腸菌或老鼠之依存聚合酶（DNA dependence and RNA polymerase）予以抑制。,二、病毒性之生物殺蟲劑,使昆蟲生病且導致死亡之病毒稱為昆蟲病毒（entomopathogenic viruses），又稱為天敵病毒。受病毒侵害
20、的昆蟲則稱之為宿主昆蟲，昆蟲被毒現被分類為科屬，比較常被研究作為防治害蟲之的為巴氏病毒屬（Baculovirus），與呼吸道腸道病毒屬（Cypovirus）的病毒。而巴氏病毒屬可分為：.核多角體病毒（Nuclear polyhedrosis virusNPV）由昆蟲食此種病毒後至死亡（亦即潛伏期）約需 天（依宿主昆蟲種類幼蟲年齡，氣溫的不同而有 所差異）。.顆粒病病毒（Granulosis virusGV）由昆蟲食此種病毒後至死亡為止約需天。.細胞質多角體病毒（Cytoplasmic polyhedrosis virusCPV）由昆蟲食此種病毒後至死亡為止需要天。,三、真菌性之生物殺蟲劑,早在
21、年黴菌已被用來作為防治害蟲的目的。主要的為白殭菌，黑殭菌，蠟蚧輪枝菌，綠殭菌，及金龜子蟲黴，這些黴菌中商業上有在大量生產且被使用的昆蟲寄生性黴菌，僅白殭菌及黑殭菌兩種菌種而已。(一)主要之昆蟲寄生性黴菌(1)白殭菌（Beauveria bassiana）於被此菌所感染的昆蟲之死體表面，會有多數的黃 色粉末狀分生孢子形狀。(2)黑殭菌（Metarhizium anisopliae）於被此菌感染的昆蟲之死體表面，會有粉末狀分生 子孢子形成。(3)金龜子蟲黴（Entomophthora）此菌感染而死的昆蟲大都會下吊（頭下腳上）於樹 枝上面（與受病毒感染類似）。此菌的培養尚有困 難。,（二）黴菌之感染
22、機制黴菌大都是經外表皮的途徑感染昆蟲，此點不同於病毒或細菌的經口器感染。黴菌感染昆蟲係由接觸開始，其感染過程的概略如下。(1)分子附著於宿主昆蟲的外表皮上面 一般而言，形成於別的病死昆蟲（亦即，宿主昆蟲以外的昆蟲）體表的分生孢子，都係經由風，植物，水等媒介所傳達的。(2)分生孢子發芽於昆蟲表面上 分生孢子需要在一定的溫度、溼度的範圍才會發芽，常為25度及.90。(3)貫穿外皮 分生孢子發芽成菌絲，然後再以物理性的壓力作用以及化學性的酵素作用貫穿宿主表皮，昆蟲病原黴菌能產生蛋白質酶、酯質酶以及幾丁質酶等,(4)黴菌增殖於宿主體腔內（體液）內。(5)黴菌產生毒性物質 黴菌於侵入宿主昆蟲體內組織或器官的同時，會產生多種加速昆蟲死亡的殺蟲性物質，包括草酸乃至蛋白質都有。例如受白殭菌所感染的生存蟲體內可分離出Beauvericin和Bassianolide的殺蟲性物質。,
