本书衍生于《微生物学百科全书（原著第三版）》中有关微生物生态学相关内容，形成了单一的专题卷，便于环境科学和微生物生态学领域研究人员，技术人员和学生查阅参考。 本书共分为五部分，几乎涵盖了微生物生态学和环境微生物学涉及的所有方面。第一部分主要介绍微生物生态学的一些基本概念和理论知识，包括微生物生态学原理、微生物食物链、微生物被膜、基因水平转移、赤潮、环境病毒池、植物内生物菌等；第二部分则着重阐释了不同微生物菌群的生理代谢特点及行为特征；第三部分介绍了微生物的栖息环境，包括一些极端环境和特殊的地理环境，第四部分重点探讨了生物地球化学循环及影响，并从生物技术和环境等方面探讨了重金属污染的相关问题；全书的最后一部分则就生物技术相关话题展开了讨论，与实际应用联系紧密。 本书适合于微生物生态学、环境微生物学、高级微生物学等学科的教学参考书，以及作为相关科研的辅助参考书；适合的人群是微生物学、真菌学、免疫学、环境科学以及生物技术学科的研究人员、技术人员及研究生和高年级本科生。
样章试读
目录
- 撰稿人名单
前言
第一部分 微生物生态学
1.微生物生态学的原则
什么是微生物生态学
微生物生态学的发展史
微生物生态学的范畴
微生物生态学的原则
总则
群体生态学的原则
生理生态学的原则
微生物生态学研究方法
对自然生态环境中微生物活性及分布的描述性研究
原位生长率或生物地球化学活性分析
模拟环境下自然生态样品的操作(微生态系统)
现代实验系统
微生物生态学的未来
微尺度的微生物学:单细胞微生物学
微生物生态学学说
培养的革新
最新进展
分子生态学技术进展
人体微生物群系
推荐阅读
2.微生物食物网(webs)
引言
对微生物食物网的认识
组成与途径
海洋食物网中的微生物
海洋浮游生物
底栖生物
微生物食物网在生物地球化学循环中的作用
后生动物的食物源
模拟微生物食物网
微生物间的化学相互作用
微生物食物网的空间结构
微生物食物网形式与功能的生物地理学研究进展
推荐阅读
3.生物被膜
生物被膜的结构与功能
自然生态环境中的生物被膜
工业环境中的生物被膜
医疗系统中的生物被膜
结语
总结
推荐阅读
4.微生物席
引言
栖息地分布
高盐水中的微生物席
天然热泉中的微生物席
南北极湖泊中的微生物席
陆生微生物席和壳
短期微生物席
热带珊瑚上的微生物席
研究的复杂性
微生物席生态系统案例研究
墨西哥Guererro Negro的微生物席
美国黄石公园章鱼泉和蘑菇泉中的微生物席
微生物席对各种胁迫的响应
微生物对强光和UV胁迫的应激反应
干燥与渗透压胁迫
温度胁迫
低pH、金属、类金属及有毒硫化物的胁迫
寡营养胁迫
结语
推荐阅读
5.基因水平转移:细菌对胞外DNA的吸收
细菌对胞外DNA的自然吸收过程
在各种不同环境中细菌对胞外DNA的吸收
土壤微生物对DNA的吸收
植物相关微生物对DNA的吸收
水体及沉积层中的微生物对DNA的吸收
消化道微生物对DNA的吸收
食品微生物对DNA的吸收
现用的DNA吸收系统的局限性
影响单个细菌细胞对DNA稳定吸收的因子
在细菌群体中水平获得的DNA长期存在的影响
预测细菌对DNA吸收及使用遗传修饰微生物(GMM)的潜在危险
推荐阅读
6.超微真核生物
引言
什么是海洋超微真核生物
方法驱动下的海洋超微真核生物研究史
可培养海洋超微真核生物的生物学
已培养的菌株
细胞结构
生理参数
超微生物的启示
海洋环境中超微真核生物
主体丰度与分布
光合(PP)超微真核生物的生态功能
异养微生物(HP)的生态功能
研究超微真核生物生态的分子生物学手段
非分子生物学手段获得的原位多样性
环境样品基因的直接克隆及序列分析
克隆文库之外的手段:荧光原位杂交(FISH)和手迹技术
原位系统进化的多样性
18S rDNA文库的概况
相对知名的分类群
海洋多孔类及不等鞭毛类原生动物
属于系统分类高层等级的新分类群
生物地球学
基因组水平的ERA
可培养的超微真核生物的基因组项目
环境基因组及元基因组
总结
最新进展
推荐阅读
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7.藻华
引言
藻华的生理环境
藻华的化学环境
藻华的主要参与者
蓝藻类
硅藻类
触丝藻类
腰鞭毛虫类
其他类群
藻华中的病原菌及藻的捕食者
周期性的和非寻常的藻华
春季藻华
秋季藻华
低纬度上涌洋流区域的藻华
其他类型藻华
有危害性的藻华
富铁营养引起的藻华
最新进展
海洋基因组学
放弃斯维尔德鲁普(Sverdrup)关键深度假说
捕食在非硅藻类藻华的抑制作用及浮游生态系统中铁的再循环中的作用
未来研究之路
致谢
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8.环境病毒库
引言
自然环境中的病毒
海洋中的病毒
沉积物中的病毒
土壤中的病毒
极端环境中的病毒
在生态系统中的重要性
病毒影响营养物质的再循环
病毒与寄主间的相互作用及其对微生物多样性的影响
病毒影响寄主的基因转移与进化
研究环境病毒的方法
病毒浓度的计数与测量
病毒的多样性
结论
推荐阅读
9.大气微生物学
引言
微生物的来源及时空分布
细菌
真菌
病毒
分析手段
统计学手段
空气中微生物的存活模型
气象学
大气微生物样品来源与采集方法
采样方法
微生物样品来源
最新进展
病毒
细菌
真菌
致谢
推荐阅读
10.植物内生微生物
引言
内生真菌
一些常见的与草本植物相关的内生真菌
高羊茅内生真菌——Neotyphodium coenophialum
多年生黑麦草内生真菌——Neotyphodium lolii
毒麦草内生真菌——Neoty phodium occultans
竖针茅内生真菌——Neotyphodium chisosum
“醉马草内生真菌”——Neotyphodium gansuense
“其他醉草”——Neotyphodium melicicola Association
森林刺猬草内生真菌——Neoty phodium
南美“Huecu” 草内生真菌——Neoty phodium tembladerae
内生菌的生态影响
内生菌的无毒产物
内生菌是有生物活性的代谢产物之源
麦角菌生物碱
吲哚-双萜类代谢产物
对胺
黑麦草碱
最新进展
未来内生真菌的分类
新内生真菌
菌丝生长的新机制
寄主的胁迫耐受机制和有防御的互利共生
生物活性化合物
内生真菌研究的新鉴定技术
结论
致谢
推荐阅读
第二部分 各种不同微生物的代谢与习性
11.产甲烷菌
历史概况
多样性与系统发育
生境
种间H_2转运
淡水沉积层
厌氧反应器
海洋生境
反刍动物
蚀木白蚁
原生动物内共生体
人体内的定植
其他生境
生理与生化
分解代谢途径
生物能学
生物合成途径
分子遗传
基因组结构
DNA复制、修复、修饰及代谢
基因结构与转录
RNA结构和翻译
基因与基因组学
近期进展
结论
推荐阅读
12.甲烷营养菌
引言
甲烷营养菌生态学与分类学
甲烷营养菌的生理生化特性
甲烷营养菌在生物技术领域的应用
后基因组学
推荐阅读
13.微生物的光合作用
引言
发展史
光合生物的分类
光合作用发生的过程
光能的吸收与转运
吸光载色体
聚光结构与能量转运
水分解复合体
跨膜电子传递
电荷分离状态的稳定性
影响电子传递速率的因子:马库斯(Macus)理论
光合反应中心
CBB(Calvin-Benson-Bassham)循环
不产氧光合作用
紫色细菌
绿硫细菌
螺杆菌
其他光合细菌
光合作用的进化
未来研究方向
致谢
推荐阅读
14.碳同化作用的调控
引言
调控的必要性
两期生长
全局调控与特定调控
信号与感应
碳同化途径:中心碳代谢
糖酵解、Entner-Doudoroff和磷酸戊糖途径
糖酵解与糖生成作用
PEP-丙酮酸-草酰乙酸-节点途径
TCA循环和乙醛酸分支
氧化还原势能,NADPH/NADH的平衡
培养基中碳源的吸收
细菌的磷酸转移酶系统(PTS)
革兰氏阴性菌大肠杆菌中的新陈代谢副产物阻遏
诱导物排斥
腺苷酸环化酶的激活
cAMP/CAP的转录起始调控
其他碳源利用的全局调控子
硬壁菌门菌枯草芽孢杆菌中的新陈代谢副产物阻遏
P-Ser46-HPr和诱导物排斥现象
CcpA和cre因子介导的新陈代谢副产物阻遏与调控
PRD(PTS 调控域)及相关蛋白对PTS的调节
甘油激酶对PTS的调控
其他细菌的碳调控和新陈代谢副产物阻遏
假单胞菌
天蓝色链霉菌
谷氨酸棒杆菌
双歧杆菌
结论
最新进展
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15.微生物对重金属的抗性
对砷的抗性
对汞及有机汞制剂的抗性
对银的抗性
对镉的抗性
对铬酸盐的抗性
其他细菌抗有毒金属的系统
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16.微生物的吸附
引言
微生物吸附的生物学意义
在水中的吸附
与植物的吸附
人体寄主上的吸附
微生物吸附机制
影响吸附的普遍生理生化因子
吸附子与特异受体机制
几种具有代表性的特异吸附策略
菌毛介导对尿道中碳水化合物的吸附
对ECM组分的吸附
Curli菌毛介导的多目的吸附
微生物吸附在人类疾病中的作用
大肠杆菌与尿路感染(UTI)
铜绿假单胞菌与囊性纤维化患者(CF)
用吸附因子作靶标来抑制细菌的致病力
最新进展
致谢
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17.细菌生物发光
引言
细菌发光的生物化学
发光细菌的种及分类
发光细菌生境与生态
海洋
淡水
陆生
生物发光共生体系
细菌发光的调控
群感效应
生理调节
在细菌中发光的作用
细菌发光系统的进化
细菌荧光素酶在进化上的起源
基因复制
基因丢失
引进基因到lux操纵子
lux操纵子的水平转移
自然形成的lux-rib操纵子局部二倍体
发光细菌的纯化、保存和鉴定
结论
最新进展
发光细菌新种
生物发光共生体系
lux操纵子的水平转移
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18.趋磁性
引言
趋磁细菌的普遍特性
趋磁细菌的纯培养
未培养趋磁细菌
磁小体
趋磁生物物理学
趋磁性
趋磁-趋氧性
趋磁真菌
趋磁细菌与地球化学、地球物理学及太空生物学
趋磁细菌、磁小体、磁小体晶体在生物技术中的应用
展望
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19.群感效应
引言
革兰氏阳性细菌的群感效应信号分子
肺炎双球菌(S.pneumoniae)ComC小肽
粪肠球菌( Enterococcus f aecalis)FsrB/D小肽
金黄色葡萄球菌( 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
革兰氏阴性细菌高丝氨酸内酯类(AHL)群感效应信号分子
费氏弧菌(V.f ischeri) LuxI/R
铜绿假单胞菌Las/Rhl 自诱导信号分子(AI-1)系统
根癌农杆菌(Agrobacterium Tume f acients)Tra信号系统
Pantoea stew artiiEsaI/EsaR信号系统
A cidithiobacillus f errooxidansAfeI/R信号
AHL依赖型信号通路的研究与群感效应信号分子AI-2的发现
哈氏弧菌(V.harveyi)和LuxS表达的AI-2信号分子
AI-2与霍乱弧菌(V.cholerae)
大肠杆菌(E.coli),鼠伤寒沙门氏菌(S.ty phimurium)与AI-2
luxS依赖的人口腔微生物间的相互作用
其他群感效应信号分子
AI-3/肾上腺素群感效应信号分子
日本慢生大豆根瘤菌(Bradyrhizobium japonicum)Bradyoxetin信号
铜绿假单胞菌喹喏酮类(PQS)信号分子
Ralstonia solanacearum的3-OH PAME信号分子
影响群感效应系统的胞外因子
通过群感效应信号分子与寄主相互作用
扩散的感应、有效的感应和未来的群感效应系统
群感效应信号研究会有什么样的前景
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20.趋化性
应激策略
非随机行走
暂时感应与激活
记忆与适应
细菌行为的遗传学
趋化突变株
大肠杆菌趋化相关受体蛋白的遗传分析
Che基因
甲基化蛋白在细菌适应机制中的作用
趋化性对甲基化的需要
可被甲基化的趋化蛋白(MCPs)
MCPs受体蛋白感应与信号结构域的结构及功能组学研究
受体蛋白甲基化酶学
趋化作用的信号传递机制
受体蛋白——CheW-CheA信号复合体
驱动调节和反馈调控
系统发育的多样性
细菌的群体运动
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第三部分 微生物的生存环境
21.酸性环境
极酸环境的来源及自然状态
地热区
矿物影响的环境
极端嗜酸菌的生物多样性
酸性环境的初级产物
异养嗜酸菌
好氧及厌氧嗜酸菌
嗜酸微生物生长温度和pH值的特点
原核嗜酸菌生理多样性:特殊与普通微生物
嗜酸真核微生物
嗜酸微生物间的相互作用
互惠作用
协同作用
互营作用
捕食
竞争性互作
极酸环境的微生物生态
地热区
酸性矿溪流及湖泊
酸性流、席和泥
前景与应用
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22.高温环境
引言
高温条件下的生命
分类学
嗜热嗜酸菌
超嗜热菌
热稳定的机理
DNA
蛋白
细胞壁
高温对生命的限制
超嗜热菌培养研究
天然微生物集合体的实验室研究
实地观察
代谢和生长
二氧化碳和乙酸的同化
异养生物
呼吸作用
微生物与生存环境之间的关系
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23.低温环境
冷适应微生物的发现
早期的发现和相关术语
低温深海环境的研究
其他低温环境的研究
太空对生物的影响
冷适应的进化机制
地球上的冰川时期
冷适应的系统发育
冷适应的遗传机制
冷适应的分子基础
细胞膜的流动性
冷激活的酶类
冷休克蛋白
冷保护剂和胞外多聚物
结论:一个冷适应环境的模型
最新进展
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24.干燥环境(包括隐藏于岩石内的生物)
引言
干燥区域中的微生物群体
沙漠土壤中的微生物区系
生物结皮
栖息在岩石中的微生物
对干燥环境的适应
水活度和水势的概念
低水活度对单细胞微生物的影响
干燥环境的适应机制
最新进展
生物结皮的形成模式
干燥环境与太空生物学的关系
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25.海洋环境
引言
海洋微生物生命的本质
海洋微栖息地的结构和分类
海洋微生物及其生长必需因子
海洋微生物的分布、丰度和生物地球学特征
阳光、营养、水流和生物泵
随时间和气候变化的海洋栖息地
总结和展望
致谢
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26.高压环境
引言
历史和现状
压力的定义
地球和其他星球上的高压环境
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高压环境中微生物的调查和取样所需的设备
实验室研究所需的高压装置
细菌和古菌在高压环境中的分布
高压环境中微生物的性质
生长速率
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温度和压力角度上的细菌和古菌的生理分类
高压适应的分子生物学和生物化学机制
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27.海底表层
引言
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水的纵深和有机物的供给可以控制原核生物种群,但深部的理化层和岩层会刺激原核生物种群
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深海沉积物中的气体与水
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28.深海火山口热液和海底热液口
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化能无机自养细菌
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共生的化能无机自养细菌
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高嗜热古菌
化能无机自养古菌
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深海热液口未培养的古菌和细菌
与陆地热液口的对比
奇特的热液口:Loihi 、Guaymas 、Lost City
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29.淡水环境
概述
淡水湿地
湿地的类型和性质
微生物过程
微生物群落
人类活动引起的生物分布
湖泊
湖泊的类型和性质
微生物过程
微生物群落
人类活动引起的生物分布
溪水与河流
激流生态系统的性质
微生物过程
微生物群落
人类活动引起的生物分布
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最新进展
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31.水底沉积物环境
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什么是沉积物
在哪里可以找到沉积物
沉积物由什么组成
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海洋沉积物
湖泊沉积物
沉积物采样和描述
孔隙水
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沉积物性质
沉积物的氧化还原预算
沉积物中的微生物输入
沉积物中的微生物
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沉积物的化学剖面(分层的微生物群落)
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根际土壤中的微生物多样性
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根际中的根系分泌物和根际沉积
根际的体积和空间度量
根系微生物定植的直接镜检
早期的显微研究
现代显微技术对根际的研究
根际微生物分子生态学研究
核糖核苷酸序列的应用
微阵列技术
案例研究:利用功能基因阵列和16S rDNA序列分析研究气候变化对根际微生物生态的影响
案例研究:利用稳定同位素探针技术分析根际中的生物修复过程
根际微生物群落对植物的影响
微生物对植物的负面影响(致病性)
微生物对植物的正面影响(有益)
本章小结
致谢
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第四部分 生物地球化学循环及影响
33.氮循环
引言
生物氮循环
铵同化
铵运输
GS-GOGAT途径
铵同化的替代途径
铵同化的调节
生物固氮
固氮酶
固氮调节
植物共生固氮与联合固氮
硝酸盐同化
硝酸盐吸收系统
同化硝酸盐还原酶(Nas)
Nir的同化
硝酸盐同化的调节
反硝化
反硝化硝酸盐还原酶(Nar和Nap)
反硝化Nir
Nor和Nos
硝酸盐呼吸和反硝化的调节
硝化
厌氧氨氧化
氮循环中的其他过程
氮的矿化
硝酸盐异化还原为铵(硝酸盐氨化作用)
含氮化合物的脱毒
氮循环的生态和环境特征
氮循环的演变
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34.磷循环
引言
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环境磷库的表征和测量
磷的来源、汇集和运输途径
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风化侵蚀
溶解
矿化
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人为改变的磷循环:水生生态系统富营养化
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35.硫循环
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36.一些氧化还原活性金属的循环
引言
^33As_75
砷生物地理循环
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砷呼吸
砷脱毒
^29CU_63
简介
MCOs对一价铜的氧化
一价铜的还原和探测
^25MN55
简介
二价锰氧化为三价锰或四价锰
四价锰的还原
^34SE_80
简介
硒的还原
亚硒酸盐(和硒代半胱氨酸)甲基化为二甲基硒化物或二甲基联二硒化物
致谢
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37.重金属污染物:环境污染和生物技术的应用
引言
重金属污染物对环境的影响
环境中的重金属
重金属对微生物种群的影响
重金属毒性对环境的改造
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生物技术在重金属污染中的应用
微生物过程对金属的移除和恢复
金属溶解
金属固定
金属、非金属和有机金属之间的转换
小结
最新进展
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38.生物侵蚀—包括文物的生物侵蚀生物侵蚀
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非生物因素
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引起生物侵蚀的细菌
细菌(真细菌和古菌)
文物维护相关材料
无机材料
有机材料
混合材料
控制和预防生物侵蚀的方法
生化方法
生物方法
物理方法
机械方法
化学方法
最新进展
致谢
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39.生物传感器
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定义
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分析方法
生物传感器的识别元件
抗体
酶
有特异结合性质的蛋白/多肽
核酸
细胞表面受体/糖蛋白、糖脂/糖原
全细胞
仿生材料
生物传感器的传导机制
电化学
质量
热学
光学
生物传感器的应用
用于环境监测的细菌生物传感器
用于食品的生物传感器
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结束语
最新进展
基于病毒的生物传感器
基因工程荧光蛋白构建的生物传感器
纳米材料及其在生物传感器中的应用
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40.无菌或无外来污染的动物
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总则
美国总大肠杆菌标准(TCR)
地表水处理要求
地下水规则
其他国家的规则和指导方针
水源、水的处理和输送
水供给的来源
水的处理
水处理过程中的微生物
水输送系统
其他的水源
瓶装水
应急饮用水
水处理中使用端和输出端(POU/POE)
发展中国家的民用水处理
其他与水处理相关的议题
饮用水中微生物的多样性
水源的保护
国土的保护
总结
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47.航天器上的微生物
行星保护(PP)政策与实践
微生物多样性研究的方法
航天器配置洁净室的特点
太空取样以及样品处理技术
基于培养的方法
不可培养微生物的评估
航天器及其表面生物负荷和生物多样性
航天器配置设施中微生物的群落分析
几个模拟太空航天器环境下分离的细菌的抗性特证
几次太空发射环境下的微生物群落结构
“顽强”细菌全基因组序列分析的意义
结语
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48.生物战争
引言
历史回顾
公元前300~1925年
1925年~1990年
1990年和当代的发展
国际公约
1925年的日内瓦议定书
1972年的联合国公约
历史会议回顾
美国有关细菌战法律法令节选
当今有关细菌战的研究项目
当今的议题
基因工程
流行病学的数学模型
小规模冲突
恐怖主义
细菌战进攻与防守的研究
细菌战相关研究的保密性
查证细菌战碰到的问题
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索引
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