基本概念-环境工程微生物学

1微生物的特点：（1）个体极小；（2）分布广，种类繁多；（3）繁殖快；（4）易变异；（5）适应能力强，易培养。病毒的测定：（1）病毒颗粒计数法（2）间接计数法（3）病毒感染效价测定法病毒的培养基：敏感细胞要具备如下条件：（1）必须是活的敏感动物或是活的敏感动物组织细胞；（2）能提供病毒附着的受体；（3）敏感细胞内没有破坏异性病毒的限制性核酸内切酶，病毒可进入细胞生长繁殖。病毒在固体培养基上的培养特征：将噬菌体的敏感细菌接种在琼脂固体培养基上生长形成许多个菌落，当接种稀释适度的噬菌体悬液后引起点性感染，在感染点上进行反复的感染过程，宿主细菌菌落就一个个地被裂解成一个个空斑，这些空斑叫噬菌斑。如何判断病毒有无被膜？凡对醚类等脂溶剂敏感的病毒为有被膜的病毒，不敏感的为不具被膜病毒。病毒在环境中的存活：水体中病毒存活主要受温度影响；在土壤中主要受土壤温度和湿度影响；在空气中受干燥、相对湿度、太阳光中的紫外辐射、温度和风速影响。细菌细胞壁的生理功能：（1）保护原生质体免受渗透压引起的破裂；（2）维持细菌的细胞形态；（3）细胞壁是多孔结构的分子筛，阻挡某些分子进入和保留蛋白质在间质（革兰氏阴性菌细胞壁和细胞质之间的区域）；（4）细胞壁为鞭毛提供支点，使鞭毛运动。细胞质膜的生理功能：（1）维持渗透压的梯度和溶质的转移；（2）膜上有合成细胞壁和形成横膈膜组分的酶；（3）膜内陷形成的中间体（相当于高等植物的线粒体）含有细胞色素，参与呼吸作用；（4）在膜上进行物质代谢和能量代谢；（5）细胞质膜上有鞭毛基粒，为鞭毛提供附着点。荚膜的功能：（1）具有荚膜的S型肺炎链球菌毒力强，有助于肺炎链球菌侵染人体；（2）荚膜保护致病菌免受宿主吞噬细胞的吞噬，保护细菌免受干燥的影响；（3）当缺乏营养时，荚膜可以作为碳源和能源，有的荚膜还可作为氮源；（4）废水生物处理中的细菌荚膜有生物吸附作用。芽孢的特点：（1）芽孢的含水率低，38%～40%；（2）芽孢壁厚而致密，分3层；（3）芽孢中的2,6～吡啶二羧酸含量高，为芽孢干重的5%～15%；（耐热性）（4）芽孢含有耐热性酶。判断细菌呼吸类型（依据在半固体培养基中的生长状况）：在培养基的表面及穿刺线的上部生长者为好氧菌；沿着穿刺线自上而下生长者为兼性厌氧菌或兼性好氧菌；只在穿刺线下部生长者为厌氧菌。判断细菌是否运动（依据细菌在半固体培养基中的生长状况）：只沿着穿刺线生长者为没有鞭毛、不能运动的细菌；不但沿着穿刺线生长而且穿透培养基扩散生长者为有鞭毛、能运动的细菌。革兰氏染色法步骤将一大类细菌染上色，而另一类染不上色，以便将两大类细菌分开，作为分类鉴定重要的一步。染色步骤如下：（1）在无菌操作条件下，用接种环挑取少量细菌于干净的载玻片上涂布均匀，固定。（2）用草酸铵结晶紫染色1min，水洗去掉浮色。（3）用碘-碘化钾溶液媒染1min，倾去多余溶液。（4）用中性脱色剂如乙醇或丙酮脱色，革兰氏阳性菌不被褪色而呈紫色，革兰氏阴性菌被褪色而呈无色。（5）用番红染液复染1min，革兰氏阳性菌仍呈紫色，革兰氏阴性菌则呈现红色。革兰氏染色法的机制（1）革兰氏染色与细菌等电点有关：革兰氏阳性菌等电点较低，与草酸铵结晶紫结合力大，对乙醇脱色抵抗性更强。（2）革兰氏染色与细胞壁有关：革兰氏阴性菌的脂质含量高，肽聚糖含量低，用乙醇脱色脂质被溶解，增加细2菌细胞壁的孔径及其通透性。细胞质膜的结构及化学组成：细胞质膜的结构：由上、下两层紧密的着色层，中间夹一个不着色层组成。不着色层是由具有正、负电荷，有极性的磷脂双分子层组成，是两性分子，亲水基朝膜的内、外表面的水相。蛋白质主要结合在膜的表面。细胞质膜可内陷成层状、管状或囊状的膜内这系统，位于细胞质的表面或深部，常见的有中间体。细胞质膜的化学组成：含60%～70%的蛋白质，含30%～40%的脂质和约2%的多糖。脂质是磷脂，由磷酸、甘油、脂肪酸和含胆碱组成。鞭毛虫——在自然水体中，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，可作污水处理效果差时的指示生物。肉足虫——变形虫喜在α-中污带或β-中污带的自然水体中生活。在污水处理系统中，则在活性污泥培养中期出现。纤毛虫——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是在处理效果较差时楚翔。固着型纤毛虫喜在寡污带中生活。钟虫类是水体自净程度高、污水生物处理效果好的指示生物。吸管虫多数在β-中污带，在污水生物处理效果一般时出现。酶的催化特性：（1）酶具有一般催化剂的共性，积极参与生物化学反应，加速反应速率，缩短反应达到平衡所需的时间，但不改变平衡点。（2）酶的催化具有高度的专一性，一种酶只作用一种物质或一类物质，或催化一种或一类化学反应。（3）酶的催化反应条件温和。（4）酶对环境条件的变化极为敏感。（5）酶的催化效率极高。新陈代谢：新陈代谢包括同化作用（合成代谢）和异化作用（分解代谢），两者是相辅相成的，异化作用为同化作用提供物质基础和能量，同化作用为异化作用提供基质。微生物的化学组成微生物机体质量的70%～90%为水分，其余10%～30%为干物质。营养物质微生物要求的营养物质：水、碳源和能源、氮源、无机盐、生长因子。（1）水的作用：①运载物质的载体；②参与反应；③代谢过程中必不可少的溶剂；④维持各种生物大分子结构的稳定性；⑤调节细胞温度和保持环境温度恒定。（2）碳源作用：构成微生物细胞的含碳物质（碳架）和供给微生物生长、繁殖及运动所需要的能量。（3）氮源作用：合成蛋白质的主要原料，一般不提供能量。（4）无机盐的生理功能：构成细胞组分，构成酶的组分和维持酶的活性，调节渗透压、氢离子浓度、氧化还原电位等，供给自养微生物的能源。（5）生长因子：是一类调节微生物正常代谢所必需，但不能用简单的碳、氮源自行合成的有机物。微生物的营养类型（1）无机营养微生物：无机营养也称为无机自养。①光能自养型微生物：依靠体内的光合作用色素，利用阳光作能源，以H2O和H2S作供氢体，CO2为碳源合成有机物，构成自身细胞物质。②化能自养型微生物：不具光合色素，不能进行光合作用，合成有机物所需的能量是它们氧化S、H2S、H2、NH3、Fe等无机物时，通过氧化磷酸化作用产生的ATP。CO2是化能自养型微生物的唯一碳源。（2）有机营养微生物：也称为异养微生物，这类微生物只能利用有机化合物为碳素营养和能量来源。异养微生物有腐生性和寄生性两种，前者占大多数。①光能异养微生物：以光为能源，以有机物为供氢体，还原CO2，合成有机物的一类厌氧微生物，也称为有机光合细菌。②化能异养微生物：是一群依靠氧化有机物产生化学能而获得能量的微生物。（3）混合营养微生物：是既可以无机碳为碳素营养，又可以有机化合物为碳素营养的一类微生物，即兼性营养微生物。根据对氮源的需要不同，将微生物分为4类：（1）固氮微生物：利用空气中分子氮合成自身的氨基酸和蛋白质。3（2）利用无机氮为氮源的微生物：（3）需要某种氨基酸作氮源的微生物：也叫氨基酸异养微生物。（4）从分解蛋白质中取得铵盐或氨基酸合成蛋白质的微生物好氧呼吸两阶段（以葡萄糖为例）（1）葡萄糖的酵解（EMP途径）（2）三羧酸循环（TCA）：丙酮酸有氧氧化过程的一系列步骤的总称。微生物的生物氧化本质是氧化与还原的统一过程，是指细胞内一系列产能代谢的总称。此过程中有能量的产生和转移；有还原力[H]的产生以及小分子中间代谢物的产生，是微生物进行新陈代谢的物质基础。生物氧化的三种类型：发酵、有氧呼吸、无氧呼吸。（1）发酵的特点：有机物只发生部分氧化，以它的中间代谢产物（即分子内的低分子有机物）为最终电子受体，释放少量能量，其余的能量保留在最终产物中。（2）好氧呼吸的特点：底物按常规方式脱氢，经完整的呼吸链（电子传递体系）传递氢，同时底物氧化释放出的电子经过呼吸链传递给O2，O2得到电子被还原，与脱下的H结合成H2O，并释放能量（ATP）（3）无氧呼吸的特点：底物按常规脱氢后，经部分电子传递体系递氢，最终有氧化态的无机物（个别为有机物）受氢。细菌的生长繁殖期可细分为六个时期：停滞期（或称适应期、迟滞期）、加速期、对数期、减速期、静止期及衰亡期。（可把加速期并入停滞期，减速期并入静止期）（1）停滞期（即适应期或是迟滞期）：影响因素有：①接种量：接种量大，停滞期短；②接种群体菌龄：如将对数期菌种接种到另一种培养基，停滞期大大缩短。将处于静止期或衰亡期的菌种接种到另一种培养基，则停滞期相应延长。③营养：营养贫乏，停滞期长。停滞期细胞特征：处于停滞期初期，一部分细菌适应环境，而另一部分死亡，细菌总数下降。到停滞期末期，存活细菌的细胞物质增加，故菌体体积增大，菌体长轴的增长速率特别快。（2）对数期（又称指数期）：继停滞期的末期，细菌生长速率增至最大，细菌数以几何级数增加。当细菌总数与时间关系在坐标系上近似成线性关系时，细菌即进入对数期。对数期细胞特征：对于对数期的细菌得到丰富的营养，细胞代谢活力最强，合成新细胞物质的速率最快，细菌生长旺盛。这是的细菌数不但以几何级数增加，而且每分裂一次的时间间隔最短。（3）静止期（稳定期）：由于处于对数期的细菌生长繁殖迅速，消耗了大量营养物质，致使一定体积的培养基浓度降低。同时，代谢产物大量积累对菌体本身产生毒害，pH、氧化还原电位等均有所改变，溶解氧供应不足。细菌生长速率逐渐下降甚至到零，死亡速率渐增，进入静止期。（4）衰亡期：由于营养物质被耗尽，细菌因缺乏营养而利用贮存物质进行内院呼吸，即自身溶解。细菌在代谢过程中产生有毒的代谢产物，会抑制细菌生长繁殖。死亡率增加，活菌数减少，甚至死菌数大于新生菌数。衰亡期的细菌特点：细菌少繁殖或不繁殖，或出现自溶。活菌数在一个阶段以几何级数下降，此时成为对数衰亡期。衰亡期的细菌常出现多形态，呈畸形或衰退型。有的细菌产生芽孢。为什么常规活性污泥法不利用对数生长期的微生物而利用静止期的？答：因为对数生长期的微生物生长繁殖快，代谢活力强，能大量去除污（废）水中的有机物。尽管对有机物去除能力很高，但相应要求进水有机物浓度很高，则出水的绝对值也相应提高，不易达到排放标准。又因对数期的微生物生长繁殖旺盛，细胞表面的黏液层和荚膜尚未形成，运动很活跃，不易自行凝聚成菌胶团，沉淀性能差，致使出水水质差。而处于静止期的微生物代谢活力虽比对数生长期差，但仍有相当的代谢活力，去除有机物效果仍较好。其自我絮凝、聚合能力强，在二沉池中泥水分离效果好，出水水质好。微生物生长量测定方法：（1）测定微生物总数：①计数器直接计数：用血球计数板或计数框在显微镜下直接计数。简单方便，测定速度快。要求检验人员能分辨活菌死菌。②电子计数器计数③染色涂片计数④比浊法测定细胞悬液细胞数（2）测定活细菌数：①稀释培养计数②过滤计数③菌落计数（3）计算生长量（测定细胞质量）：①测细胞干重②测细胞含氮量确定细胞浓度③测定DNA算出细菌浓度④生理指标法微生物的生存因子：①温度（4种菌：嗜冷菌、嗜中温菌、嗜热菌及嗜超热菌）②pH（污水处理的pH宜维持在6.5～8.5左右，在6.5以下不利于细菌和原生动物生长，尤其对菌胶团细菌不利。相相4反，对霉菌及酵母菌有利。）③氧化还原电位④溶解氧⑥太阳辐射（380～760nm的可见光是蓝细菌和藻类进行光和作用的主要来源，其他辐射均是有害的。）⑥活度与渗透压（等渗溶液中微生物生长很好，低渗溶液中微生物细胞膨胀，高渗溶液中微生物失水）⑦表面张力（若表面张力过低，微生物的形态、生长及繁殖均受影响）嗜冷微生物能在低温生长的原因：①嗜冷微生物具备能更有效地进行催化反应的酶；②其主动输送物质的功能运转良好，使之能有效地几种必须的营养物质；③嗜冷微生物的细胞质膜含有大量的不饱和脂肪酸，在低温下能保持半流动性。氧气对好氧微生物有两个作用：①作为微生物好氧呼吸的最终电子受体；②参与甾醇类和不饱和脂肪酸的生物合成。不利环境因子对微生物的影响①紫外辐射和电离辐射