生物热化学是从能量角度对生命现象进行实验研究和理论解释的学科。微量热法是生物热化学研究的重要方法，它可用于生态系统-生物个体-组织和器官-细胞-细胞器-生物大分子-生物小分子等各个不同层次及不同培养介质中生物体系的热动力学研究。芳香族化合物是一大类化合物，包括芳香族氨基酸、多环芳烃、含苯环化合物等。人类生活环境中，天然的和人工合成的芳香族化合物种类和数量非常多，分布也十分广泛，而且许多芳香族化合物是有毒物质。芳香族化合物在环境中的水溶性低、化学稳定性高且存在许多“三致”因子，因此由芳香族化合物引起的环境问题成为了一个棘手的世界性难题。本文以二酚类化合物（邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚）、苯和甲苯等单环芳香族化合物为研究对象，采用微量热法与传统微生物学方法结合研究二酚类化合物的单独或联合微生物毒性，并将微量热法应用于评价微生物对苯和甲苯等有机溶剂的耐受性，从热化学角度探讨单环芳香族化合物的微生物毒性作用机制及微生物对单环芳香族化合物的耐受机制。　　 主要研究结果如下：　　 1、不同形态的二酚类化合物对大肠杆菌代谢活性的影响在纯培养条件下，37℃，用微量热法研究了不同形态的二酚类化合物（邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚），在一系列浓度下对大肠杆菌代谢活性的影响。通过功率-时间曲线计算得到生长速率常数、传代时间、抑制率、半抑制浓度、总放热量等参数。比较各种参数可知，邻苯二酚和对苯二酚的毒性比间苯二酚强，而且在三种二酚类化合物作用下生长速率常数均随着它们各自浓度的增加而减小。另外，邻苯二酚对大肠杆菌的毒性作用最大，其半抑制浓度为323.5μgmL-1;对苯二酚毒性其次，半抑制浓度为1196μgmL-1;间苯二酚毒性最小，半抑制浓度为2113μgmL1。实验结果表明：微量量热技术为研究不同结构的二酚类化合物对细菌生长的影响提供了一种方便、有效而且非常可靠的方法。　　 2、二酚类化合物对土壤微生物活性的影响在土壤环境中，用微量热法、微生物计数、土壤酶活性检测的联合方法研究了不同浓度的三种二酚类化合物（邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚）在28℃时对土壤微生物活性的影响，建立了相应的热动力学方程。为了刺激土壤微生物的活性，在1.2g土壤样品中加入0.3mL含有2.5mg葡萄糖和2.5mg硫酸铵营养液，并保持土壤湿度为35％。由功率-时间曲线计算得到生长速率常数、抑制率、半抑制浓度、总放热量等参数。比较微生物数量、酶活性和以上热化学参数，结果表明，当高浓度的二酚类化合物加入土壤样品中时，微生物数量较低。生长速率常数与微生物数量有相同的变化趋势。另外，土壤中水溶性碳含量越高，则总放热量越大。在邻苯二酚和间苯二酚处理过的土样中脱氢酶和葡萄糖酶的活性较低，主要归因于它们处理过的土样中水溶性碳含量较低而且邻苯二酚和间苯二酚的毒性相对较大。三种二酚类化合物对土壤微生物的毒性由高到低顺序为：对苯二酚、间苯二酚、邻苯二酚。三种方法的联用能更全面的评价复杂系统中的污染物毒性。微量热法用来研究土壤微生物的生长代谢，微生物计数法用来定量监测微生物的实际生长情况，而土壤酶活性检测则主要用于评价微生物生物量的细胞内和细胞外活性。我们所提供的三种方法分别从代谢、微生物生长及生物化学角度说明了二酚类化合物对土壤微生物的毒性作用，三种方法互相相关并且结果一致。　　 3、二酚类化合物对枯草芽孢杆菌的单独毒性和联合毒性作用在纯培养条件下，用微量热法研究了三种酚类化合物在单独作用和联合作用的情况下对原核微生物（枯草芽孢杆菌）代谢活性的影响。结果表明，三种二酚类化合物对枯草芽孢杆菌的单独毒性由高到低顺序为：邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚，相应的半抑制浓度分别为437,728,934μgmL-1。另外，微量热法所监测的功率-时间曲线与微生物生长过程中的浊度变化曲线完全一致，说明微量热法能取代传统的微生物学方法。通过考察等毒性配比情况下的联合毒性，结果表明邻苯二酚和对苯二酚的联合毒性作用为协同作用，而其余各种混合物的联合毒性作用均为毒性相加作用。此外，通过利用浓度相加(CA)和单独作用(IA)模型预测计算了酚类化合物的联合毒性作用。微量热法的测定值与CA模型预测结果无显著性差异，而IA模型却总是低估二酚类化合物的联合毒性作用。　　 4、苯和甲苯降解菌的分离以及其对有机溶剂耐受性的热化学研究能够耐受有机溶剂表明微生物能在高浓度的有机溶剂中生长，而那些能够在极端环境生长的微生物在污染环境的生物修复过程中有很好的应用前景。本研究芭4株从污水处理厂活性污泥中分离筛选的苯和甲苯的降解菌(假单胞菌B1和J2，不动杆菌B2和J6)为研究对象，用微量热法评价了这4种菌的有机溶剂耐受性。菌B2和菌J2对有机溶剂有很高的耐受性，它们分别能在含有10％的苯和70％的甲苯的培养基中生长。此外，4种菌的生长速率常数越大，对应的有机溶剂耐受性越高，而且微量热法所得到的微生物生长曲线与浊度变化曲线一致。随着有机溶剂浓度增大，生长速率常数的降低以及总放热量的变化趋势均与文献结果一致。通过初步降解实验发现菌B1和菌B2在含有0.1％苯且以苯为唯一碳源的培养基中，在72小时内对苯的降解率分别为67％和94％:而同样条件下，菌J2和J6对甲苯的降解率分别为92％和85％。在以往的研究中已检测到了相关降解基因，更加肯定了这4株菌在苯和甲苯污染环境中潜在的修复作用。　　 本文的创新点体现在：(1)将微生物学、生物和环境地球化学与物理化学中热力学和动力学基本原理结合，通过测定微生物的生长代谢热来研究芳香族化合物对微生物的单独和联合毒性作用，将更好的解释微生物与有机污染物作用过程中的相互作用机理；(2)将微量热技术应用于评价微生物的有机溶剂耐受性，从能量代谢的角度阐述微生物对有机溶剂的耐受机理。