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科学，量热法是生物热化学研究的重要方法。它可用于生物体系各个层次及不同培养介质中生物体系的热动力学研究。本文主要从细胞及生物群落水平上研究不同形态铬对生物毒害的影响，采取纯培养——大肠杆菌和武汉典型土质——褐色土壤中的地微生物群落为研究对象，主要采用TAMⅢ微量量热技术测定地微生物的代谢热，辅以HPLC-GC-MS及微生物学方法进一步解释微量热所得的结果。主要结果如下：　　 ⑴用微量热法研究了不同培养条件和测定方法对大肠杆菌生长代谢热的影响，结果表明微量热法可反应细菌在不同条件下的生长代谢情况，实验条件对微生物产热曲线影响很大，实验时应选择适当的条件和方法才能得到正确的结果。　　 ⑵微量量热法研究了不同形态铬(Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ))对大肠杆菌生长代谢影响。此次研究详细阐述了不同形态铬(三价铬和六价铬，包括Cr2O2-7，CrO2-4和Cr3+)在37℃条件下对大肠杆菌生长的毒性影响。用毒性影响参数如生长速率、抑制率、半抑制浓度、对数期放热量、以及在指数生长期出现最大放热功率的时间定量表征了大肠杆菌在不同形态铬作用下的生长代谢情况。结果显示：在水环境中，三价铬和六价铬对大肠杆菌的生长存在抑制效应；然而，三价铬对大肠杆菌的半抑制浓度高于六价铬。在六价铬或高浓度的三价铬存在下，大肠杆菌的生长速率随着铬浓度的增加而下降。在被研究的三种形态的铬中，Cr2O2-7被发现是对大肠杆菌毒性最大的，其半抑制浓度为35.52μg/mL；CrO2-4对大肠杆菌的毒性居中，其半抑制浓度为50.24μg/mL;三价铬对大肠杆菌的毒性最小，其半抑制浓度为84.30μg/mL。实验结果表明：微量量热技术为研究不同形态的重金属对细菌和其它地微生物生长的影响提供了一种方便、有效而且非常可靠的方法。　　 ⑶为了评价不同重金属对微生物生长的联合毒性，TAMⅢ多通道恒温量热仪、微生物生物量和HPLC-ICP-MS等方法被用于研究在Cu2+和Zn2+的3种浓度比例下Cr6+对大肠杆菌的生长代谢的毒性效应。相关的热动力学参数如生长速率常数k、抑制率I、半抑制浓度IC50、总放热量Qtota1、第一个产热峰功率Pmax1及对应的时间tmax1等被测定。结果表明热动力学参数的变化与生物量和金属吸附量具有很好的对应关系。研究也表明，生长速率常数和抑制率，与生物量和微生物的金属富集量一样也能够做为水环境的毒性指标，Cr6+与三种组合的Cu2+和Zn2+主要表现出增效作用，但是相加和拮抗作用也能观察到。通过此研究，微量量热技术能够快速、简单、灵敏、在线原位研究不同形态重金属对微生物的毒理效应。　　 ⑷微量量热技术用于研究暴露于六价铬(K2Cr2O7)的武汉典型褐色土壤中地微生物群落活性。为了刺激土壤地微生物活性，5.0mg的葡萄糖和5.0mg的硫酸铵加入到1.2g土壤样品中，保持35％的湿度。结果表明Cr(Ⅵ)对土壤地微生物产生毒害作用，其半抑制率浓度为IC50为4.27μg/g，伴随着铬浓度的增加所导致的毒性，地微生物活性降低，强烈的影响了土壤地微生物生存环境。研究表明微量热技术可以有效地评价不同毒物对土壤地微生物群落的影响，并提供了一种用于评价毒理效应的方法。　　 ⑸以上研究采用的用于描述地微生物生长的热动力方程表明，代谢能量与细胞浓度成线性关系，单个细胞的代谢能量也依赖于细胞浓度。细胞浓度与热输出功率的关系遵守如下热动力学方程：Pt=P0exp(kt) or d Pt/dt=kmP1生长代谢的级数n=1。此方程能具体描述了细胞及土壤地微生物群落生长代谢过程的特征，并为环境微生物的生长代谢提供了函数关系，这为环境的微生物治理打下了理论基础。　　 本文应用热化学和热动力学理论和方法研究不同微生物及其土壤地微生物群落，从细胞和土壤微生态水平阐明了地微生物能量代谢的原理，通过交叉学科研究所取得上述一系列结果和新发现，丰富了生物热化学的理论，为生物热化学在地微生物学、环境科学、土壤科学等领域的应用，从细胞水平上提出了新理论和新观点。对微生物、化学及环境科学的交叉渗透有重要的促进作用，同时也深化了微生物与生物热化学自身的研究水平。