湖大环境工程微生物考研真题论述题整理(2002-2018)

1、什么叫细菌的生长曲线？细菌的生长曲线可分为几个阶段？在用常规活性污泥法处理废水时，一般应选择哪个阶段最为合适？为什么？（9分）答：是将少量的纯种单细胞微生物接种到一定容积的液体培养基后，在适宜的条件下培养，定时取样测定细胞数量。以细胞增长数目的对数做纵坐标，以培养时间做横坐标，绘制一条如图所示的曲线，即为细菌的生长曲线。细菌的生长曲线可分为停滞期（适应期或迟滞期）、加速期、对数期、减速期、静止期、衰亡期。其中由于加速期和减速期历时很短，所以把加速期并入停滞期，把减速期并入衰亡期。在用常规活性污泥法处理废水时，一般应选择生长速率下降阶段的微生物，即减速期、静止期的微生物。因为处于对数期的微生物生长繁殖快，代谢活力强，对有机物去除能力很高，因而对进水有机物浓度要求要高，导致出水中有机物浓度高，不易达到排放标准，而且处于对数期的微生物不易自行凝聚成菌胶团，沉降性能差，致使出水水质差。而处于静止期的微生物任然具有较强的代谢能力，去除有机物的效果好，而且处于静止期的微生物积累大量贮存物，强化了微生物的生物吸附能力，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。2、细菌的呼吸作用的本质是什么？它可分为几种类型？各类型有何特点？答：细菌呼吸作用的本质是氧化和还原的统一过程。细菌的呼吸作用可分为发酵、好氧呼吸和厌氧呼吸三类。发酵的特点：有机物仅发生部分氧化，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，其余能量保留在最终产物中。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也经过呼吸链传递给O2、O2得到电子被还原，与脱下的H结合成H2O，并释放能量（ATP）。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，最终由氧化态的无机物（个别为有机物）受氢。3、检验饮用水时，为什么一般不直接测定致病菌，而检测指示菌？用发酵法监测饮用水中的大肠杆菌群数时，常分几步进行检测？每步的原理是什么？1.答：由于致病菌数量少，检测不方便，故选用和它相近的非致病菌作间接指示。指示菌应符合的条件：指示菌应与所检测的致病菌的相关形状相近，而且检测技术较简便。用发酵法检测饮用水中的大肠菌群数时，常用三步进行：①初步发酵实验：样品稀释后，选择三个稀释度，每个稀释度接种三管乳糖胆盐发酵管。36±1℃培养48±2h，观察是否产气。大肠菌群中的埃希氏菌属、柠檬酸杆菌属、肠杆菌数和克雷伯氏菌属在37℃能不同程度地分解乳糖产酸产气。②确定性实验：将产气发酵管培养物转种于伊红美蓝琼脂平板上，36±1℃培养18-24h，观察菌落形态。因为大肠菌群中的四类菌体在伊红美蓝培养基中的菌落特征各不相同，而加以区别。③复发酵实验：挑取平板上的可疑菌落，进行革兰氏染色观察。同时接种乳糖发酵管36±1℃培养24±2h，观察产气情况，有产酸产气者为有大肠菌群存在。4、什么叫活性污泥？活性污泥的结构与功能中心是什么？活性污泥净化废水的机理是什么？（8分）答：活性污泥(activesludge)是微生物群体及它们所依附的有机物质和无机物质的总称。微生物群体主要包括细菌，原生动物和藻类等。其中，细菌和原生动物是主要的二大类。活性污泥的结构与功能中心是菌胶团。活性污泥的净化作用有类似于水处理工程中混凝剂的作用，同时又能吸收和分解水中溶解性污染物。5、试阐明用生物法处理废水对废水水质的要求？（8分）答：①好氧生物处理必须有充分的氧气供应。②酸碱度：对于好氧生物处理，pH应控制在6-9；对于厌氧生物处理，pH应控制在6.5-7.5。③温度：大多数细菌适宜的温度20-40℃。④有毒物质：废水中不能含有过多的有毒物质，多数重金属如锌、铜、铅、铬离子有毒性，某些非金属物质如:酚、甲醛、氰化物、硫化物也有毒性。这些有毒物质能抑制其他物质的生物氧化作用,废水中也不应含有过多的油类物质。⑤养料：微生物的繁殖必须要有各种养料，其中包括碳、氮、磷、硫，微量的钾、钙、镁、铁等和维生素。不同的微生物对每一种营养元素数量的要求是不同的。6、阐明革兰氏染色的步骤及其原理。（9分）答：革兰氏染色的步骤：①涂片，固定→②初染：滴加草酸铵结晶紫染色1-2min，水洗→③媒染：滴加革兰氏碘液（碘-碘化钾溶液）染色1-2min，水洗→④脱色：滴加体积分数为95%的乙醇，约45s后水洗→⑤复染：滴加番红染液染色2-3min，水洗并使之干燥→⑥镜检：革兰氏阳性菌呈紫色，革兰氏阴性菌呈红色。革兰氏染色的原理：①革兰氏染色与细菌等电点有关系：革兰氏阳性菌的等电点比革兰氏阴性菌低，因而革兰氏阳性菌带负电荷比革兰氏阴性菌多，它与草酸铵结晶紫的结合力大，用碘-碘化钾媒染后，两者等电位均降低，但革兰氏阳性菌等电位降低得多，故与草酸铵结晶紫结合得更牢固，对乙醇脱色的抵抗力强，草酸铵结晶紫、碘-碘化钾复合物不被乙醇提取，菌体呈紫色，而革兰氏阴性菌则相反，菌体呈红色。②革兰氏染色与细菌细胞壁有关：革兰氏阳性菌的脂质含量很低，肽聚糖含量高，革兰氏阴性菌则相反，因此用乙醇脱色时，革兰氏阴性菌的脂质被乙醇溶解，增加细菌细胞壁的孔径及其通透性，乙醇容易进入细胞内将草酸铵结晶紫、碘-碘化钾复合物提取出来，使菌体呈无色，革兰氏阳性菌由于脂质含量极低，而肽聚糖含量高，乙醇既是脱色剂又是脱水剂，使肽聚糖脱水缩小细胞壁的孔径，降低细胞壁的通透性，阻止乙醇分子进入细胞，草酸铵结晶紫、碘-碘化钾复合物被截留在细胞内而不被脱色，仍呈紫色。7、什么叫水体自净？可根据哪些指标、如何判断水体自净程度？（8分）答：河流（水体）接纳了一定量的有机污染物后，在物理的、化学的和水生物(微生物、动物和植物)等因素的综合作用后得到净化，水质恢复到污染前的水平和状态，叫作水体自净。衡量水体自净程度的指标：①P/H指数：P/H指数低，水体自净程度低；P/H指数高，水体自净程度高。当P/H指数恢复到原有水平时，则水体自净完成。②氧浓度昼夜变化幅度和氧垂曲线：氧浓度昼夜差异小，水体自净程度低；氧浓度昼夜差异大，水体自净程度高。当氧浓度昼夜差异增大到最大值后又回到被污染前的原状态，则水体自净完成。8、详述纤维素的好氧分解和厌氧分解过程。（8分）答：9、试阐述过高或过低的pH值对微生物的不利影响。（9分）答：①pH过低（pH=1.5），会引起微生物表面由带负电变为带正电，进而影响微生物对营养物的吸收；②过高或过低的pH还可影响培养基中有机化合物的离子化作用，从而间接影响微生物；③酶只有在最适宜的pH时才能发挥其最大活性，极端的pH使酶的活性降低，进而影响微生物细胞内的生物化学过程，甚至直接破坏微生物细胞；④过高或过低的pH均降低微生物对温度的抵抗能力。纤维素酶纤维二糖酶纤维素纤维二糖葡萄糖糖酵解ATP好氧分解H2OCO2葡萄糖丙酮丁醇发酵丙酮+丁醇+CO2+H2厌氧发酵丁酸发酵丁酸+乙酸+CO2+H2三羧酸循环厌氧发酵10、有机物的沼气发酵三阶段理论内容是什么？甲烷可通过哪些途径形成？答：有机物的沼气发酵三阶段理论内容：液化阶段、产氢产酸阶段、产甲烷阶段。甲烷形成的途径主要有：有机物的甲烷发酵等。11、细菌生长曲线分哪几个时期？各时期有何特征及在废水处理中如何应用？答：细菌的生长曲线可分为停滞期（适应期或迟滞期）、加速期、对数期、减速期、静止期、衰亡期。其中由于加速期和减速期历时很短，所以把加速期并入停滞期，把减速期并入衰亡期。停滞期中，有的细菌产生适应酶，其细胞物质开始增加，细菌总数尚未增加；有的细菌不适应新环境而死亡，故细菌数量有所减少；停滞期的时间长短不一，要受接种量，接种群体菌龄和营养的影响。对数期细菌的生长速度增至最大，细菌数量以几何级数增加；菌体的代谢活力最强，合成新细胞物质的速度最快，细胞每分裂一次的时间间隔缩短。静止期新生的细菌数和死亡的细菌数相当，细菌的生长速率几乎为零，但细菌总数达到最大值。衰亡期细菌因缺乏营养而利用自身贮存的物质进行内源呼吸，即自身溶解，死亡率增加，活细菌数减少，细菌少繁殖或不繁殖，活菌数在一个阶段内以几何级数下降，细菌常出现多形态，畸形或衰退型，有的细菌产生芽孢。在废水生物处理设计时，按废水的水质情况（主要是有机物的浓度），可利用不同生长阶段的微生物处理废水。如：①常规活性污泥法利用生长下降阶段的微生物，包括减速期、静止期的微生物；②生物吸附法利用生长下降阶段（静止期）的微生物；③高负荷活性污泥法利用生长上升阶段（对数期）和生长下降阶段（减速期）的微生物；④对于有机物含量低，BOD5和COD的比值小于0.3，可生化性差的废水，可用延时曝气法处理，即利用内源呼吸阶段（衰亡期）的微生物处理。12、说明活性污泥处理废水中产生活性污泥丝状膨胀的原因和控制方法。答：原因：Ⅰ进水水质：①原水中营养物质含量不足；②原水中碳水化合物和可溶性物质含量高；③硫化物含量高；④进水波动。Ⅱ反应器环境：①温度，丝状菌膨胀对温度具有敏感性，在其它条件等同的情况下，10℃时产生严重的污泥膨胀现象；将反应器温度提高到22℃，不再产生污泥膨胀；②溶解氧，菌胶团细菌和浮游球衣菌等丝状菌对溶解氧需要量差别比较大，菌胶团细菌是好氧菌，而绝大多数丝状菌是适应性强的微好氧菌。因此，若溶解氧含量不足，菌胶团菌的生长受到抑制，而丝状菌仍能正常利用有机物，在竞争中占优；③pH值，pH值较低，会导致丝状真菌的繁殖而引起污泥膨胀。活性污泥微生物最适宜的pH值范围是6.5-8.5；pH值低于6.5时利于真菌生长繁殖；pH值低至4.5时，真菌将完全占优，活性污泥絮体遭到破坏，所处理的水质恶化；④BOD－污泥负荷。控制方法：①设调节池(及事故池)控制高负荷（BOD、毒物）冲击；②控制溶解氧，溶解氧浓度必须控制在3-4mg/L；③调节废水的营养配比，尽量逼近BOD5与N和P的比例BOD5：N：P＝100：5：1。补N-尿素，补P-磷酸钠；④改革工艺，将活性污泥法改为生物膜法或在曝气池中加填料改为生物接触氧化法。控制活性污泥丝状膨胀的最佳方法是根据活性污泥丝状膨胀致因微生物的生理特性，利用合理的优化工艺创造条件遏制活性污泥丝状膨胀致因微生物的极度生长，达到有效控制活性污泥丝状膨胀的目的。13、为了获得纤维素酶产生菌，请问：①、应取什么环境条件下的样品分离，最有可能获得产该酶的菌株？若样品中所需的菌很少，应采取什么措施？请写明分离流程。②、如果所获得的菌株产酶能力不强，你将采取什么措施来提高该菌的产酶能力？请写明所采用的方法及技术路线。（15分）答：①应在好氧环境条件下进行样品分离。若样品中所需的菌很少，应采取纯化的措施。好氧的纤维素分解菌中，粘细菌极多，将含纤维素酶产生菌的滤液进行稀释，然后接种培养，直到获得纯种的所需菌为止。②如果所获得的菌株产酶能力不强，可以利用基因工程，构建产酶能力强的新菌株。具体方法如下：先从产酶能力强的供体细胞中选择获取带有目的基因的DNA片段→将目的DNA的片段和质粒在体外重组→将重组体转入受体细胞→重组体克隆的筛选和鉴定→外源基因表达产物的分离和提纯。14、在微生物培养过程中，引起pH改变的原因有哪些？在实践中如何保证微生物处于较稳定和合适的pH环境中？答：在微生物培养过程中，会产生有机酸、CO2和NH3，前两者为酸性物质，后者为碱性物质，它们会降低或提高培养基的pH值。在实践中，为保证微生物处于较稳定和合适的pH环境中，需要在培养基中加入缓冲剂，如K2HPO4、KH2PO4、Na2CO3、NaHCO3、NaOH等，它们即起调节pH的作用，又可在培养过程中调整pH的变化。15、什么叫水体富营养化？评价水体富营养化的方法有哪几种？答：水体富营养化(eutrophication)是指在人类活动的影响下，氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。这种现象在河流湖泊中出现称为水华，在海洋中出现称为赤潮。水体富营养化评价常用的方法有：观察蓝藻等指示生物；测定生物量；测定原初生产力；测定透明度；测定N、