环境工程微生物绪论

绪论1.微生物的分类。（P5）答：按生物属性及亲缘关系：域、界、门、纲、目、科、属、种。2.微生物的命名。（P7）答：学名=属名+种名+（首次定名人）+现名定名人+现名定名年份注：（1）属名的第一个字母大写；（2）属名略写时，常用第一个字母或第一个母音的主音节；（3）种名未确定时，可以用sp.(正体字)代替，sp.为单数，spp.为双数。（4）当某菌株为一个亚种[subspecies,简写subsp.(正体)]或变种[variety,简写var.(正体)]时，学名=属名+种名+（subsp.或var.）+亚种或变种名。3.微生物的特点。（P9）答：①个体极小，②比表面积大，③分布广，种类繁多，④繁殖快，⑤易变异。第一章非细胞结构的超微生物——病毒1.病毒的化学组成。（P15）答：蛋白质和核酸（DNA/RNA），还有类脂质和多糖。2.病毒的结构。（P15）答：蛋白质衣壳、核酸内芯和被膜（囊膜）。3.病毒的繁殖过程。（P）答：繁殖过程可分为四步：（1）吸附：病毒以尾部末端吸附到敏感细胞表面；（2）侵入：病毒侵入细胞，病毒核酸的侵染；必要，斜体字一般省略，可用正体排字微生物非细胞结构的微生物——病毒原核微生物古菌细菌蓝细菌放线菌衣原体、支原体、螺旋体、立克次氏体真核微生物原生动物微型后生动物藻类（除蓝藻）真菌酵母菌霉菌伞菌（3）复制与聚集：病毒核酸的复制、转录与蛋白质的合成，装配成完整的病毒；（4）宿主细胞裂解和成熟病毒粒子的释放。4.噬菌体的溶原性。（P19）答：含有温和噬菌体（不引起宿主细胞裂解的噬菌体）核酸的宿主细胞称为溶原性细胞。溶原性是遗传特性，可以发生变异。第二章原核微生物1.细菌的个体形态。（P39）答：球状→球菌，杆状→杆菌，螺旋状→螺旋菌，丝状→丝状菌。2.细菌的细胞结构。（P41）答：一般结构：细胞壁和原生质体（细胞膜、间体、细胞质、核质体、内含物）；特殊结构：荚膜（黏液层）、芽孢、鞭毛、菌毛。3.革兰氏染色法。（P53）答：（1）做法：①初染，结晶紫30s，②媒染剂，碘液30s，③脱色，95%乙醇10-20s，④复染，蕃红30-60s。（2）结果判断：紫色→革兰氏阳性菌G+，红色→革兰氏阴性菌G-。（3）原理：与细菌等电点有关：革兰氏阳性菌等电点低于革兰氏阴性菌，则革兰氏阳性菌与结晶紫的结合力大。媒染后，革兰氏阳性菌等电点降低的多，故与结晶紫结合更牢固，对乙醇脱色抵抗力更强。结晶紫－碘复合物不被乙醇提取，故菌体呈现紫色。而阴性菌与结晶紫结合力弱，结晶紫－碘复合物易被乙醇提取而是菌体无色。与细胞壁有关：革兰氏阴性菌脂质含量高，肽聚糖含量低，乙醇脱色时，脂质被乙醇溶解，增加细胞壁通透性，乙醇易进入细胞，将结晶紫－碘复合物提取出来，使菌体无色。革兰氏阳性菌脂质含量低，肽聚糖含量高，乙醇处理时，细胞壁会脱水而收缩，降低通透性，阻止乙醇进入细胞，结晶紫－碘复合物留在细胞内而不脱色，菌体为紫色。（4）判断细菌种属信息：4.革兰氏阳性菌和阴性菌细胞壁结构。（P42）答：革兰氏阳性菌：细胞壁厚，为20-80nm，结构较简单，含肽聚糖、磷壁酸（质）、少量蛋白质和脂肪。革兰氏阴性菌：细胞壁较薄，为10nm。结构较复杂，分外壁层和内壁层。外壁层又分3层：最外层是脂多糖，中间是磷脂层，内层为脂蛋白。内壁层含肽聚糖，不含磷壁酸。第三章真核微生物1.原生动物营养类型。（P70）答：全动性营养、植物性营养、腐生性营养。2.原生动物分类。（P71）答：鞭毛纲、肉足纲、纤毛纲、孢子纲。3.如何指示水质好坏。（P73、74、78、80、81、82）答：①自然水体中，鞭毛虫喜在多污带和α-中污带中生活。在污水生物处理系统中，活性污泥培养初期或在处理效果差时鞭毛虫大量出现，可作为污水处理效果差时的指示生物。②变形虫喜在α-中污带或β-中污带的自然水体中生活。在污水生物处理系统中，则在活性污泥培养中期出现。③游泳型纤毛虫多数是在α-中污带和β-中污带，少数在寡污带中生活。在污水生物处理中，在活性污泥培养中期或在处理效果较差时出现。④固着型纤毛虫，喜在寡污带中生活，是水体自净程度高、污水生物处理效果好的指示生物。⑤所有原生动物在污水处理过程中都起指示生物作用。一旦形成胞囊，就可判断污水处理不干净。⑥轮虫是寡污带和污水生物处理效果好的指示生物。⑦线虫是水净化程度差的指示生物。⑧污染水体中水蚤颜色比在清水中红，可判断水体的清洁程度。4.活性污泥法废水处理中，原生动物和微型后生动物处理作用。（P302）答：（1）指示作用：根据出现的原生动物和微型后生动物的种类可以判断活性污泥的状态和处理水质的好坏。（2）净化作用：大部分原生动物是动物性营养，能吞食游离细菌和微小污泥，有利于改善水质。腐生性营养的鞭毛虫等可吸收污水中的有机物。（3）促进絮凝作用和沉淀作用：有的原生动物能分泌黏液，促进生物絮凝，从而改善活性污泥的泥水分离特性。第四章微生物的生理1.酶的组成。（P100）答：（1）单成分酶：蛋白质。（2）全酶：酶蛋白+非蛋白质小分子有机物酶蛋白+非蛋白质小分子有机物+金属离子酶蛋白+金属离子2.酶蛋白的结构。（P105）答：一般酶蛋白只有三级结构，只有少数酶蛋白才具有四级结构。一级结构：多肽链本身的结构。二级结构：由多肽链形成的初级空间结构，由氢键维持其稳定性。三级结构：多肽链进一步弯曲盘绕形成更复杂的构型，由氢键、盐键及疏水键等维持三级结构的稳定性。四级结构：由多个亚基组成，以氢键、盐键、疏水键及范德华引力等相连。3.酶的活性中心。（P105）答：酶的活性中心是指酶的活性部位，是酶蛋白分子中直接参与和底物结合，并与酶的催化作用直接相关的部位。包括结合部位和催化部位。4.酶促反应方程、特点、影响因素。（P113）答：方程：)()()()()(E312最终产物酶中间产物底物酶PEESSkkk特点：米氏常数132kkkKmmK表示反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度。mK值越小，表示酶与底物的反应越完全；mK值越大，表示酶与底物的反应越不完全。mK是酶的特征常数之一，只与酶的性质有关，与酶的浓度无关，不同酶所对应的mK值不同。影响因素：（1）酶的浓度：酶促反应速率与酶浓度成正比。底物浓度足够时，酶分子越多，底物转化的速率越快。（2）底物浓度：在生化反应中，酶浓度为定值，底物初始浓度[S]极低时，酶促反应速率随[S]的增加而直线上升，表现为一级反应；随着[S]继续增加，反应速率上升缓慢；当[S]增加到某种程度时，中间产物浓度[ES]不增加，酶促反应速率也不再增加，表现为零级反应。在[S]相同时，酶促反应速率与酶的初始浓度[E0]成正比。（3）温度：一定温度范围内，反应速率随温度升高而加快。但酶是蛋白质，温度过高使酶失活。（4）pH：①改变底物分子和酶分子的解离状态，从而影响酶和底物的结合；②过高、过低的pH都会影响酶的稳定性。（5）激活剂：凡能激活酶的物质称为酶的激活剂，分为无机离子激活剂和有机化合物。（6）抑制剂：引起抑制作用的物质称为酶的抑制剂，包括不可逆的抑制作用和可逆的抑制作用。可逆的抑制作用包括竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制。5.微生物的营养物。（P120）答：水、碳素营养物、氮素营养物、能源、无机盐及生长因子。6.根据碳源和能源划分微生物的主要类型。（P121）答：营养类型能源氢供体基本碳源实例光能自养型光无机物CO2紫硫细菌、绿硫细菌、蓝细菌、藻类光能异养型光有机物CO2及简单有机物红螺菌科的细菌（即紫色无硫细菌）化能自养型无机物：NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+等无机物CO2硝化细菌、硫化细菌、铁细菌、氢细菌、硫磺细菌等化能异养型有机物有机物有机物绝大多数细菌和全部真核微生物7.微生物的营养成分。（P119）答：70%-90%为水分；10%-30%为干物质，由有机物和无机物组成。有机物占干物质质量的90%-97%，包括蛋白质、糖类、核酸和脂质。无机物（灰分）占3%-10%。所有生物体的有机元素：C、H、O、N。微量元素：Cu、Mn、Zn、B、Mo、Co、Ni。主要元素：C、H、O、N、P、S、K、Mg、Ca、Fe、Cl，占微生物碳干重的97%。8.培养基种类。（P127）答：培养基组成物的性质：合成培养基、天然培养基、复合培养基；培养基的物理性状：液体培养基、半固体培养基、固体培养基；培养基对微生物的功能和用途：选择培养基、鉴别培养基、加富（富集）培养基、基础培养基或普通培养基。9.营养物进入微生物细胞的方式。（P130）答：比较项目运送方向能量消耗特异性载体蛋白单纯扩散由高到低、顺浓度梯度不需要无无促进扩散由高到低、顺浓度梯度不需要有有主动运输由低到高、逆浓需要有有度梯度基因转位由低到高、逆浓度梯度需要有有10.微生物的生物氧化方式。（P137）答：发酵：指在无外在电子受体时，底物脱氢后所产生的还原力[H]不经呼吸链传递而直接交给某一内源性中间产物接受，以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。比较项目呼吸链电子供体（氢供体）电子受体（氢受体）特点发酵无好氧呼吸无氧呼吸11.EMP途径。（P137）答：（1）1分子葡萄糖为底物，经10步反应而产生2分子丙酮酸和2分子ATP的过程。（2）代谢产物的去路：有氧条件下：2NADH进入呼吸链，产生6个ATP。丙酮酸进入TCA途径，最后→CO2＋H2O。无氧条件下：丙酮酸被NADH还原产生乳酸或乙醇。12.糖酵解作用。（P138）第五章微生物的生长繁殖与生存因子1.生长曲线。（P165）答：（1）停滞期：特点：生长速率常数近于零、细胞形态变大、rRNA含量增高、合成代谢较活跃。影响延滞期长短的因素：接种龄：（Ⅰ、ⅣⅢⅡ）、接种量、培养基成分。产生延滞期的原因：缺乏分解有关基质的酶，缺乏充足的代谢中间产物。（2）对数期：特点：生长速率最大，世代时间、倍加时间最短；酶系活跃、代谢旺盛；细胞进行平衡生长，体内各成分最为均匀。（3）静止期：特点：净增长速度为零，繁殖与死亡速度相等、正生长与负生长相等。出现稳定期的原因：营养物尤其是生长因子耗尽，营养物比例失调，代谢物的积累，pH、DO、氧化还原电位的变化。（4）衰亡期/内源呼吸期：特点：细胞形态多型化；细胞会发生自溶现象，蛋白质水解酶活力；往往产生芽孢。总细胞数活细胞数ⅠⅡIIIⅣ培养时间细胞个数出现死亡期的原因：营养物不足（代谢产物的积累），外界条件恶化。第六章微生物的遗传和变异1.质粒：游离于染色体外，具有独立复制能力的小型共价闭合环状DNA分子，即cccDNA。多指原核生物。2.变异：当微生物从它适应的环境迁移到不适应的环境后，微生物改变自己对营养和环境条件的要求，在新的生活条件下产生适应新环境的酶（适应酶），从而适应新环境并良好生长。（P202）3.基因突变：微生物的DNA被某种因素引起碱基的缺失、置换或插入，改变了基因内部原有的碱基排列顺序，从而引起其后代表现型的改变。（P219）4.DNA的变性：天然双链DNA受热或在其他因素的作用下，两条链之间的结合力被破坏而分开成单链DNA。（P209）5.基因重组：两个不同形状个体细胞的DNA融合，使基因重新组合，从而发生遗传变异，产生新品种。（P223）6.杂交：通过双亲细胞的融合，使整套染色体的基因重组；或者是通过双亲细胞的沟通，使部分染色体基因重组。（P223）7.转化：受体细胞直接吸收来自供体细胞的DNA片段，并把它整合到自己的基因组里，从而获得了供体细胞部分遗传性状的现象。（P223）8.转导：通过温和噬菌体的酶解作用，把供体细胞内特定的基因（DNA片段）携带至受体细胞中，使后者获得前者部分遗传性状的现象。（P223）9.原生质体融合：通过人为的方法使两个遗传性状不同的细胞的原生质体发生融合，得到同时具有双亲性状的、遗传稳定的融合子，该过程称原生质体融合。11.基因工程（1）目的基因的取得：供体细胞中提取分离合成。（2）载体的选择：具有自我复制能力；能在受体细胞内大量增殖；具有限制性内切酶的切口（使供体DNA接合在一定位置上）；有