Umweltmikrobiologie:
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| Main Authors: | , |
|---|---|
| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
München
Spektrum
2007
|
| Edition: | 1. Auflage |
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | VIII, 407 Seiten Illustrationen, Diagramme |
| ISBN: | 9783827413468 |
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|---|---|
| adam_text | Inhalt
Prolog...................................................................... 1
1 Mikroorganismen und Umwelt ....................................... 3
1.1 Das Klimasystem........................................................ 3
1.1.1 Seine Komponenten...................................................... 3
1.1.2 Wechselwirkungen zwischen den Komponenten ................................ 8
1.1.3 Energiebilanz der Erde.................................................... 8
1.1.4 Klimaänderungen und Auswirkungen......................................... 10
1.1.5 Welche Stoffe haben welchen Effekt auf das Klima?............................. 11
1.2 Globale Kreisläufe von Kohlenstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor mit Reservoirs
und Stoffflüssen......................................................... 12
1.2.1 Globaler Kohlenstoffkreislauf............................................... 13
1.2.2 Globaler Stickstoffkreislauf................................................ 18
1.2.3 Globaler Schwefelkreislauf.................................................23
1.2.4 Globaler Phosphorkreislauf ................................................24
1.2.5 Zusammenfassung globale Kreisläufe ........................................25
2 Besonderheiten und unterschiedliche Gruppen von Mikroorganismen .. 29
3 Zusammenhang von mikrobieller Energiegewinnung und
Stoffkreisläufen......................................................33
3.1 Prinzipien der Energiegewinnung............................................33
3.1.1 Atmungsketten und ATP-Synthase...........................................37
3.2 Haupttypen des mikrobiellen Stoffwechsels ...................................40
4 Kohlenstoffkreislauf .................................................45
4.1 Entstehung der Erdatmosphäre und der fossilen Rohstoffe .......................45
4.2 Stoffflüsse im Kohlenstoffkreislauf ..........................................46
4.3 Autotrophe CCVFixierung .................................................48
4.3.1 Der Calvin-Cyclus........................................................49
4.3.2 Der umgekehrte Citrat-Cyclus (reduktiver TCC-Cyclus)...........................51
4.3.3 Reduktiver Acetyl-CoA-Weg (Acetogenese) ....................................51
4.3.4 Der Hydroxypropionat-Cyclus ..............................................53
4.3.5 Vergleich der Prozesse der CCVFixierung.....................................53
4.4 Abbau von Naturstoffen...................................................53
4.4.1 Abbau von Kohlenhydraten ................................................56
4.4.2 Abbau von Proteinen .....................................................62
4.4.3 Abbau von Fetten....................................................... 64
4.4.4 Abbau von pflanzlichen Substanzen/Lignin und anderen Naturstoffen/
Humusentstehung ...................................................... 65
VI
4.5 Methankreislauf........................................................ 76
4.5.1 Methanbildung......................................................... 76
4.5.2 Methanabbau.......................................................... 83
5 Abbau organischer Schadstoffe ..................................... 91
5.1 Umweltchemikalien ..................................................... 91
5.1.1 Chemikalien in der Umwelt: Ausbreitung und Konzentration ..................... 91
5.1.2 Beurteilung von Chemikalien: Allgemeine Prinzipien und Konzepte ................ 99
5.2 Abbau von Kohlenwasserstoffen ........................................... 114
5.2.1 Erdöl: Zusammensetzung und Eigenschaften ................................. 115
5.2.2 Der Ablauf einer VerÖlung im Meer.........................................116
5.2.1 Abbau von Alkanen, Alkenen und cyclischen Alkanen........................... 119
5.2.2 Abbau von monoaromatischen Kohlenwasserstoffen ........................... 124
5.2.3 Abbau von Mehrkern-Kohlenwasserstoffen und Humifizierung von PAK............. 140
5.2.4 Abbau von Heterocyclen ................................................. 146
5.2.5 Bildung von Biotensiden/Aufnahme von Mineralöl-Kohlenwasserstoffen ............152
5.3 Abbau chlorierter Schadstoffe............................................. 156
5.3.1 Abbau von Chloraromaten................................................ 156
5.3.2 Abbau von Hexachlorcyclohexan........................................... 176
5.3.3 Abbau von Triazinen..................................................... 178
5.3.4 Abbau von chloraliphatischen Verbindungen.................................. 180
5.4 Abbau und Humifizierung von Nitroaromaten ................................. 189
5.4.1 Umweltproblem durch Nitroaromaten....................................... 189
5.4.2 Möglichkeit des mikrobiellen Abbaus von Nitroaromaten........................ 190
5.4.3 TNT-Eliminierung durch Sequestierung an Boden .............................. 193
5.5 Abbau von aromatischen Sulfonsäuren und Azofarbstoffen ...................... 193
5.5.1 Aromatische Sulfonsäuren................................................ 193
5.5.2 Abbau von Azofarbstoffen ................................................ 197
5.6 Persistenz von Kunststoffen, abbaubare Biopolymere........................... 199
5.6.1 Biopol - ein biologisch vollständig abbaubarer thermoplastischer Kunststoff ........201
5.6.2 Biologisch abbaubare Kunststoffe - nicht nur aus nachwachsenden Rohstoffen......202
5.7 Komplexbildner: Aminopolycarbonsäuren ....................................203
5.8 Endokrin wirksame Verbindungen ..........................................205
5.8.1 Tributylzinnverbindungen.................................................205
5.8.2 Alkylphenole ..........................................................206
5.8.3 Bisphenol
5.9
6 Der mikrobielle Stickstoffkreislauf..................................215
6.1 Stickstofffixierung ......................................................215
6.2 Ammonifikation ........................................................216
6.3 Nitrifikation ...........................................................219
6.4 Anammox.............................................................222
6.5 Nitratreduktion.........................................................222
6.5.1 Denitrifikation .........................................................223
6.5.2 Dissimilatorische Nitratreduktion zu Ammonium...............................223
7 Kreisläufe von Schwefel, Eisen und Mangan.........................227
7.1 Schwefelkreislauf.......................................................227
7.1.1 Sulfatreduktion ........................................................228
7.1.2 Reduktion von Elementarschwefel..........................................229
Inhalt_________________________________________ V
230
7.1.3 Schwefeldisproportionierung..............................................
7.1.4
7.1.5 Organische Schwefelverbindungen .........................................230
7.2 Der Eisenkreislauf ......................................................
7.2.1
7.2.2 Reduktion von dreiwertigem Eisen .........................................
7.3 Der Mangankreislauf ....................................................
7.3.1
7.3.2 Reduktion von vierwertigem Mangan: anaerobe Atmung ........................243
8 Schwermetalle......................................................245
8.1 Quecksilberkreislauf.....................................................
8.2 Arsen ................................................................
8.2.1 Arsenitoxidation........................................................
8.2.2 Arsenatreduktion.......................................................
8.2.3 Arsenatmethylierung ....................................................
8.3 Selen ................................................................ZbU
9 Anpassungsstrategien von Mikroorganismen an unterschiedliche
Lebensbedingungen.................................................253
9.1 Mikrobielle Konkurrenz und Kooperation.....................................255
9.1.1 Wachstumsraten und Nährstoffkonzentrationen ...............................
9.1.2 Adaptation ............................................................^
9.1.3 Mischsubstrate ........................................................
9.1.4 Grenzkonzentrationen ...................................................
9.1.5 Mikrobielle Kooperation..................................................
9.2 Anheftung an Oberflächen und Biofilme .....................................263
9.2.1 Oberflächen...........................................................
9.2.2 Biofilme ..............................................................
9.3 Der Boden als mikrobielles
9.4 Aquatische Biotope .....................................................
9.4.1 Süßwasserumgebung....................................................
9.4.2 Marine Umgebungen ....................................................
10 Charakterisierung mikrobieller Lebensgemeinschaften 281
OQ 1
10.1 Summarische Methoden .................................................
10.1.1 Methoden zur Bestimmung von Keimzahlen und Biomassen......................2bl
10.1.2 Methoden zur Bestimmung von Aktivitäten...................................284
10.2 Klassische Verfahren mit dem Ziel des Nachweises bestimmter Mikroorganismen .... 286
10.3 Nachweis mikrobieller Aktivitäten über Isotopenfraktionierung ...................290
10.4 Methoden der molekularen Ökologie von Mikroorganismen......................290
10.4.1 Grundlegende molekulare Methoden zur Klassifizierung und Identifizierung von
Reinkulturen...................................................·.......
10.4.2 Molekulargenetische Methoden zur Charakterisierung von Lebensgemeinschaften .... ¿W
11 Biologische Abwasserreinigung .....................................309
11.1 Entstehung und Zusammensetzung von Abwässern ............................309
11.2 Abwasserreinigung in mechanisch-biologischen Kläranlagen mit aerober Stufe.......312
11.3 Biologische Phosphateliminierung ...................3
11.4 Stickstoffeliminierung bei der Abwasserreinigung
321
Inhalt
11.5 Anaerobe Schlammbehandlung, direkte anaerobe Abwasserreinigung und Biogas¬
gewinnung ............................................................324
11.6 Reinigung von Industrieabwässern .........................................328
11.7 Naturnahe Abwasserbehandlungsverfahren ..................................329
12 Biologische Abluftreinigung.........................................331
13 Biologische Bodensanierung ........................................335
13.1 Altlasten-Problematik....................................................335
13.2 Verfahren der biologischen Bodensanierung..................................336
13.2.1 Ex s/ru-Verfahren.......................................................339
13.2.2 In s/rü-Bodensanierung ..................................................345
14 Abfallbehandlung ...................................................353
14.1 Die Abfall-Problematik...................................................353
14.2 Biologische Abfallverwertung..............................................354
14.2.1 Der Kompostierungsprozess ..............................................355
14.2.2 Kompostierungsverfahren ................................................356
14.2.3 Anaerobe Abfallbehandlung durch Vergärung.................................357
15 Biotechnologie und Umweltschutz ..................................359
15.1 Biologische Schädlingsbekämpfung.........................................359
15.1.1 Bioinsektizide..........................................................359
15.1.2 Biofungizide und Bioherbizide .............................................366
15.2 Design neuer Chemikalien................................................367
15.2.1 Struktur-Wirkungs-Beziehung/Vorhersage der Abbaubarkeit .....................367
15.2.2 Abbaubare Alternativen zu heutigen Chemikalien..............................371
15.3 Produktintegrierter Umweltschutz durch Biotechnologie.........................373
15.3.1 Verfahrensvergleich: Biotechnische und chemisch-technische Prozesse ............374
15.3.2 Umweltentlastungseffekte durch Produktsubstitution...........................378
15.3.3 Zusammenfassung
15.4 Biokraftstoffe..........................................................379
15.4.1 Bioethanol ............................................................381
15.4.2 Biodiesel .............................................................382
15.4.3 Biomass-to-Liquid-Kraftstoff ..............................................382
15.5 Strom aus Mikroorganismen ..............................................382
15.5.1 Produktion von H2 in Bioreaktoren für konventionelle Brennstoffzellen .............383
15.5.2 Integrierung der mikrobiellen Brennstoffherstellung in den Anodenraum der
Brennstoffzelle.........................................................383
15.5.3 Direkter Elektronentransport von der Zelle zur Elektrode: Die Electricigenen ........384
15.5.4 Mediatoren zum Elektronentransport .......................................384
16 Denkanstöße........................................................387
16.1 Umweltmikrobiologie ist ein Beitrag zur umweltverträglichen nachhaltigen Entwicklung
(Sustainable
16.2 Grundlagen und Praxis der Umweltmikrobiologie ..............................387
16.3 Nachdenken über Umweltmikrobiologie .....................................388
Index......................................................................393
|
| adam_txt |
Inhalt
Prolog. 1
1 Mikroorganismen und Umwelt . 3
1.1 Das Klimasystem. 3
1.1.1 Seine Komponenten. 3
1.1.2 Wechselwirkungen zwischen den Komponenten . 8
1.1.3 Energiebilanz der Erde. 8
1.1.4 Klimaänderungen und Auswirkungen. 10
1.1.5 Welche Stoffe haben welchen Effekt auf das Klima?. 11
1.2 Globale Kreisläufe von Kohlenstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor mit Reservoirs
und Stoffflüssen. 12
1.2.1 Globaler Kohlenstoffkreislauf. 13
1.2.2 Globaler Stickstoffkreislauf. 18
1.2.3 Globaler Schwefelkreislauf.23
1.2.4 Globaler Phosphorkreislauf .24
1.2.5 Zusammenfassung globale Kreisläufe .25
2 Besonderheiten und unterschiedliche Gruppen von Mikroorganismen . 29
3 Zusammenhang von mikrobieller Energiegewinnung und
Stoffkreisläufen.33
3.1 Prinzipien der Energiegewinnung.33
3.1.1 Atmungsketten und ATP-Synthase.37
3.2 Haupttypen des mikrobiellen Stoffwechsels .40
4 Kohlenstoffkreislauf .45
4.1 Entstehung der Erdatmosphäre und der fossilen Rohstoffe .45
4.2 Stoffflüsse im Kohlenstoffkreislauf .46
4.3 Autotrophe CCVFixierung .48
4.3.1 Der Calvin-Cyclus.49
4.3.2 Der umgekehrte Citrat-Cyclus (reduktiver TCC-Cyclus).51
4.3.3 Reduktiver Acetyl-CoA-Weg (Acetogenese) .51
4.3.4 Der Hydroxypropionat-Cyclus .53
4.3.5 Vergleich der Prozesse der CCVFixierung.53
4.4 Abbau von Naturstoffen.53
4.4.1 Abbau von Kohlenhydraten .56
4.4.2 Abbau von Proteinen .62
4.4.3 Abbau von Fetten. 64
4.4.4 Abbau von pflanzlichen Substanzen/Lignin und anderen Naturstoffen/
Humusentstehung . 65
VI
4.5 Methankreislauf. 76
4.5.1 Methanbildung. 76
4.5.2 Methanabbau. 83
5 Abbau organischer Schadstoffe . 91
5.1 Umweltchemikalien . 91
5.1.1 Chemikalien in der Umwelt: Ausbreitung und Konzentration . 91
5.1.2 Beurteilung von Chemikalien: Allgemeine Prinzipien und Konzepte . 99
5.2 Abbau von Kohlenwasserstoffen . 114
5.2.1 Erdöl: Zusammensetzung und Eigenschaften . 115
5.2.2 Der Ablauf einer VerÖlung im Meer.116
5.2.1 Abbau von Alkanen, Alkenen und cyclischen Alkanen. 119
5.2.2 Abbau von monoaromatischen Kohlenwasserstoffen . 124
5.2.3 Abbau von Mehrkern-Kohlenwasserstoffen und Humifizierung von PAK. 140
5.2.4 Abbau von Heterocyclen . 146
5.2.5 Bildung von Biotensiden/Aufnahme von Mineralöl-Kohlenwasserstoffen .152
5.3 Abbau chlorierter Schadstoffe. 156
5.3.1 Abbau von Chloraromaten. 156
5.3.2 Abbau von Hexachlorcyclohexan. 176
5.3.3 Abbau von Triazinen. 178
5.3.4 Abbau von chloraliphatischen Verbindungen. 180
5.4 Abbau und Humifizierung von Nitroaromaten . 189
5.4.1 Umweltproblem durch Nitroaromaten. 189
5.4.2 Möglichkeit des mikrobiellen Abbaus von Nitroaromaten. 190
5.4.3 TNT-Eliminierung durch Sequestierung an Boden . 193
5.5 Abbau von aromatischen Sulfonsäuren und Azofarbstoffen . 193
5.5.1 Aromatische Sulfonsäuren. 193
5.5.2 Abbau von Azofarbstoffen . 197
5.6 Persistenz von Kunststoffen, abbaubare Biopolymere. 199
5.6.1 Biopol - ein biologisch vollständig abbaubarer thermoplastischer Kunststoff .201
5.6.2 Biologisch abbaubare Kunststoffe - nicht nur aus nachwachsenden Rohstoffen.202
5.7 Komplexbildner: Aminopolycarbonsäuren .203
5.8 Endokrin wirksame Verbindungen .205
5.8.1 Tributylzinnverbindungen.205
5.8.2 Alkylphenole .206
5.8.3 Bisphenol
5.9
6 Der mikrobielle Stickstoffkreislauf.215
6.1 Stickstofffixierung .215
6.2 Ammonifikation .216
6.3 Nitrifikation .219
6.4 Anammox.222
6.5 Nitratreduktion.222
6.5.1 Denitrifikation .223
6.5.2 Dissimilatorische Nitratreduktion zu Ammonium.223
7 Kreisläufe von Schwefel, Eisen und Mangan.227
7.1 Schwefelkreislauf.227
7.1.1 Sulfatreduktion .228
7.1.2 Reduktion von Elementarschwefel.229
Inhalt_ V"
230
7.1.3 Schwefeldisproportionierung.
7.1.4
7.1.5 Organische Schwefelverbindungen .230
7.2 Der Eisenkreislauf .
7.2.1
7.2.2 Reduktion von dreiwertigem Eisen .
7.3 Der Mangankreislauf .
7.3.1
7.3.2 Reduktion von vierwertigem Mangan: anaerobe Atmung .243
8 Schwermetalle.245
8.1 Quecksilberkreislauf.
8.2 Arsen .
8.2.1 Arsenitoxidation.
8.2.2 Arsenatreduktion.
8.2.3 Arsenatmethylierung .
8.3 Selen .ZbU
9 Anpassungsstrategien von Mikroorganismen an unterschiedliche
Lebensbedingungen.253
9.1 Mikrobielle Konkurrenz und Kooperation.255
9.1.1 Wachstumsraten und Nährstoffkonzentrationen .
9.1.2 Adaptation .^
9.1.3 Mischsubstrate .
9.1.4 Grenzkonzentrationen .
9.1.5 Mikrobielle Kooperation.
9.2 Anheftung an Oberflächen und Biofilme .263
9.2.1 Oberflächen.
9.2.2 Biofilme .
9.3 Der Boden als mikrobielles
9.4 Aquatische Biotope .
9.4.1 Süßwasserumgebung.
9.4.2 Marine Umgebungen .
10 Charakterisierung mikrobieller Lebensgemeinschaften 281
OQ 1
10.1 Summarische Methoden .
10.1.1 Methoden zur Bestimmung von Keimzahlen und Biomassen.2bl
10.1.2 Methoden zur Bestimmung von Aktivitäten.284
10.2 Klassische Verfahren mit dem Ziel des Nachweises bestimmter Mikroorganismen . 286
10.3 Nachweis mikrobieller Aktivitäten über Isotopenfraktionierung .290
10.4 Methoden der molekularen Ökologie von Mikroorganismen.290
10.4.1 Grundlegende molekulare Methoden zur Klassifizierung und Identifizierung von
Reinkulturen.·.
10.4.2 Molekulargenetische Methoden zur Charakterisierung von Lebensgemeinschaften . ¿W
11 Biologische Abwasserreinigung .309
11.1 Entstehung und Zusammensetzung von Abwässern .309
11.2 Abwasserreinigung in mechanisch-biologischen Kläranlagen mit aerober Stufe.312
11.3 Biologische Phosphateliminierung .3
11.4 Stickstoffeliminierung bei der Abwasserreinigung
321
Inhalt
11.5 Anaerobe Schlammbehandlung, direkte anaerobe Abwasserreinigung und Biogas¬
gewinnung .324
11.6 Reinigung von Industrieabwässern .328
11.7 Naturnahe Abwasserbehandlungsverfahren .329
12 Biologische Abluftreinigung.331
13 Biologische Bodensanierung .335
13.1 Altlasten-Problematik.335
13.2 Verfahren der biologischen Bodensanierung.336
13.2.1 Ex s/ru-Verfahren.339
13.2.2 In s/rü-Bodensanierung .345
14 Abfallbehandlung .353
14.1 Die Abfall-Problematik.353
14.2 Biologische Abfallverwertung.354
14.2.1 Der Kompostierungsprozess .355
14.2.2 Kompostierungsverfahren .356
14.2.3 Anaerobe Abfallbehandlung durch Vergärung.357
15 Biotechnologie und Umweltschutz .359
15.1 Biologische Schädlingsbekämpfung.359
15.1.1 Bioinsektizide.359
15.1.2 Biofungizide und Bioherbizide .366
15.2 Design neuer Chemikalien.367
15.2.1 Struktur-Wirkungs-Beziehung/Vorhersage der Abbaubarkeit .367
15.2.2 Abbaubare Alternativen zu heutigen Chemikalien.371
15.3 Produktintegrierter Umweltschutz durch Biotechnologie.373
15.3.1 Verfahrensvergleich: Biotechnische und chemisch-technische Prozesse .374
15.3.2 Umweltentlastungseffekte durch Produktsubstitution.378
15.3.3 Zusammenfassung
15.4 Biokraftstoffe.379
15.4.1 Bioethanol .381
15.4.2 Biodiesel .382
15.4.3 Biomass-to-Liquid-Kraftstoff .382
15.5 Strom aus Mikroorganismen .382
15.5.1 Produktion von H2 in Bioreaktoren für konventionelle Brennstoffzellen .383
15.5.2 Integrierung der mikrobiellen Brennstoffherstellung in den Anodenraum der
Brennstoffzelle.383
15.5.3 Direkter Elektronentransport von der Zelle zur Elektrode: Die Electricigenen .384
15.5.4 Mediatoren zum Elektronentransport .384
16 Denkanstöße.387
16.1 Umweltmikrobiologie ist ein Beitrag zur umweltverträglichen nachhaltigen Entwicklung
(Sustainable
16.2 Grundlagen und Praxis der Umweltmikrobiologie .387
16.3 Nachdenken über Umweltmikrobiologie .388
Index.393 |
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