生物水处理总结 11页

'第一章1"水处理生物学"的研究对象是什么？"水处理生物学"研究的对象主要集中在与水中的污染物迁移、分解及转化过程密切相关的微生物、微型水生动物和水生/湿生植物，特别是应用于水处理工程实践的生物种类。2生物可划分为：界门纲目科属种 3微生物有哪些基本特征？为什么？微生物除了具有个体微小、结构简单、进化地位低等特点外，还具有以下特点：（1） 种类多。（2） 分布广。（3） 繁殖快（4） 易变异。4微生物命名常用的双名法的主要规定是什么？一种微生物的名称由两个拉丁文单词组成，第一个是属名，用拉丁文名词表示，词首字母大写，它描述微生物的主要特征；第二个是种名，用拉丁文形容词表示，词首字母不大写，它描述微生物的次要特征。有时候在前面所述的两个单词之后还会有一个单词，这个单词往往是说明微生物的命名人。 第二章原核微生物1细菌的大小一般是用什么单位测量的？细菌的大小一般只有几个μm，故一般用μm测量。 2以形状来分，细菌可分为哪几类？细菌的形态大致上可分为球状、杆状和螺旋状（弧菌及螺菌）3种，仅少数为其他形状，如丝状、三角形、方形和圆盘形等。球状、杆状和螺旋状是细菌的基本形态。自然界中，以杆菌最为常见，球菌次之，螺旋菌最少。 3细菌的细胞结构包括一般结构和特殊结构，简单说明这些结构及及其生理功能。细菌的基本结构包括细胞壁和原生质两部分。原生质位于细胞壁内，包括细胞膜（细胞质膜）、细胞质、核质和内含物。细胞壁是包围在细菌细胞最外面的一层富有弹性的、厚实、坚韧的结构，具有固定细胞外形和保护细胞不受损伤等多种功能。细胞壁的主要功能有：①保持细胞形状和提高细胞机械强度，使其免受渗透压等外力的损伤；②为细胞的生长、分裂所必需；③作为鞭毛的支点，实现鞭毛的运动；④阻拦大分子有害物质（如某些抗生素和水解酶）进入细胞；⑤赋予细胞特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的敏感性。细胞膜又称细胞质膜、质膜或内膜，是一层紧贴着细胞壁而包围着细胞质的薄膜（厚约7～8nm），其化学组成主要是蛋白质、脂类和少量糖类。这种膜具有选择性吸收的半渗透性，膜上具有与物质渗透、吸收、转运和代谢等有关的许多蛋白质和酶类。细胞膜的主要功能为：①选择性地控制细胞内外物质（营养物质和代谢产物）的运送和交换。②维持细胞内正常渗透压。③合成细胞壁组分和荚膜的场所。④进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地。⑤许多代谢酶和运输酶以及电子呼吸链组成的所在地。⑥鞭毛的着生和生长点。细胞质是细胞膜包围地除核区以外的一切透明、胶状、颗粒状物质的总称。其主要成分是水、蛋白质、核酸和脂类等。与真核生物不同，原核生物的细胞质是不流动的。核区又称核质体、原核、拟核或核基因组，指存在于细胞质内的、无核膜包裹、无固定形态的原始细胞核。内含物是细菌新陈代谢的产物，或是贮备的营养物质。常见的内含物颗粒主要有以下几种：⑴异染颗粒。其化学组分是多聚偏磷酸盐，是磷源和能源的贮藏物，可降低细胞渗透压。⑵聚β─羟基丁酸盐。它是细菌所特有的一种碳源和能源贮藏物。⑶肝糖和淀粉粒，两者都是碳源和能源的贮藏物。⑷硫粒，它是元素硫的贮藏物。⑸气泡，存在于许多光能营养型、无鞭毛的运动水生细菌中的包囊状的内含物。细菌的特殊结构一般指荚膜、芽孢和鞭毛3种。荚膜或称大荚膜，其主要功能有：①保护作用。②作为通透性屏障和离子交换系统。③贮藏养料。④表面附着作用。⑤细菌间的信息识别作用。芽孢是某些细菌在生活史的一定阶段在细胞内形成的一个圆形或椭圆形的休眠结构。具有壁厚，水分少，不易透水，抗热、抗化学药物、抗辐射能力强等特点。11 鞭毛是某些细菌表面伸出的细长、波曲的附属物。完整的一根鞭毛从形态上可分三部分：鞭毛丝、鞭毛钩和基体。鞭毛是细菌的运动器官，鞭毛运动引起菌体运动。 4什么是革兰氏染色？其原理和关键是什么？它有何意义？1884年丹麦病理学家HansChristianGram提出了一个经验染色法，用于细菌的形态观察和分类。其操作过程是：结晶紫初染，碘液媒染，然后酒精脱色，最后用蕃红或沙黄复染。这就是最常采用的革兰氏染色法。革兰氏染色的机理一般解释为：通过初染和媒染后，在细菌细胞的细胞壁及膜上结合了不溶于水的结晶紫与碘的大分子复合物。革兰氏阳性菌细胞壁较厚、肽聚糖含量较高和分子交联度较紧密，故在酒精脱色时，肽聚糖网孔会因脱水而发生明显收缩。再加上它不含脂类，酒精处理也不能在胞壁上溶出大的空洞或缝隙，因此，结晶紫与碘的复合物仍阻留在细胞壁内，使其呈现出蓝紫色。与此相反，革兰氏阴性菌的细胞壁较薄、肽聚糖位于内层且含量低和交联松散，与酒精反应后其肽聚糖不易收缩，加上它的脂类含量高且位于外层，所以酒精作用时细胞壁上就会出现较大的空洞或缝隙，这样，结晶紫和碘的复合物就很易被溶出细胞壁，脱去了原来初染的颜色。当蕃红或沙黄复染时，细胞就会带上复染染料的红色。酒精脱色是革兰氏染色的关键环节。脱色不足,阴性菌被误染成阳性菌；脱色过度,阳性菌可误染为阴性菌。革兰氏染色法的意义在于鉴别细菌，把众多的细菌分为两大类，革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。 5简述细胞膜的结构与功能。细胞膜又称细胞质膜、质膜或内膜，是一层紧贴着细胞壁而包围着细胞质的薄膜，其化学组成主要是蛋白质、脂类和少量糖类。整体细胞膜的结构，目前大家比较公认的是"镶嵌模型"，其要点是：①磷脂双分子层组成膜的基本骨架。②磷脂分子在细胞膜中以多种方式不断运动，因而膜具有流动性。③膜蛋白以不同方式分布于膜的两侧或磷脂层中。细胞膜的主要功能为：①选择性地控制细胞内外物质（营养物质和代谢产物）的运送和交换。②维持细胞内正常渗透压。③合成细胞壁组分和荚膜的场所。④进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地。⑤许多代谢酶和运输酶以及电子呼吸链组成的所在地。⑥鞭毛的着生和生长点。 7什么是菌落？将单个或少量同种细菌（或其他微生物）细胞接种于固体培养基表面（或内层）时，在适当的培养条件下（如温度、光照等），该细胞会迅速生长繁殖，形成许多细胞聚集在一起且肉眼可见的细胞集合体，称之为菌落。准确地讲，菌落就是在固体培养基上（内）以母细胞为中心的、肉眼可见的、有一定形态、构造特征的子细胞团。 8什么叫菌胶团？菌胶团在污水生物处理中有何特殊意义？当荚膜物质融合成一团块，内含许多细菌时，称为菌胶团。菌胶团是活性污泥中细菌的主要存在形式，有较强的吸附和氧化有机物的能力，在污水生物处理中具有重要的作用。一般说，处理生活污水的活性污泥，其性能的好坏，主要根据所含菌胶团多少、大小及结构的紧密程度来定。11什么是单细胞蛋白？单细胞蛋白也称微生物蛋白，是由蛋白质、脂肪、碳水化合物、核酸以及非蛋白含氮化合物、维生素和无机化合物等组成的细胞质团。 14简述支原体、衣原体、立克次氏体的特点与异同。支原体是一类无细胞壁的、介于独立生活和细胞内寄生的最小的细胞生命形式，属原核微生物，介于细菌和病毒之间。其特点如下：1)支原体是最小的营独立生活的繁殖单位，大小0.12～0.25μm之间，因而能通过细菌过滤器。2) 因缺乏坚韧的细胞壁，胞浆外面被三层"单位膜"所包围，具有高度多样性。3)对青霉素不敏感，能被四环素或红霉素所抑制。4)能在无细胞的人工培养基上生长，在琼脂培养平板上形成"油煎蛋"状的菌落。5)其生长受到特异抗体的抑制。6)支原体非起源于细菌也不能回复成细菌。11 7)支原体与细胞膜有特殊的亲和力。衣原体是仅在脊椎动物细胞内专营能量寄生的小型G-原核微生物。曾一度把衣原体归入病毒。个体微小，革兰氏染色阴性，多呈球形或椭圆形。衣原体与病毒相比有以下不同特征：1) 衣原体相似于细菌，兼有RNA和DNA两种核酸。2)以二分裂方式繁殖3)具有细菌型细胞壁（但不含肽聚糖）4)有核糖体5)具有一些代谢酶类6)抗菌药物可抑制其生长。立克次氏体是一类专性寄生于真核细胞内的G-原核微生物。它与支原体的区别是有细胞壁但不能独立生活；与衣原体的区别在于细胞较大、无滤过性和存在产能代谢系统。 第三章古菌1简述古菌的生物学特征，试比较这些特征与真细菌、真核生物的异同。古菌是一个在进化途径上很早就与真细菌和真核生物相互独立的生物类群，主要包括一些生长在独特的生态环境的生物类群。在细胞结构和代谢上，古菌在很多方面接近原核生物。然而在基因转录和翻译这两个分子生物学的中心过程上，它们并不明显表现出细菌的特征，而是接近于真核生物。古菌中除无壁嗜热古菌没有细胞壁外，其余都有与真细菌功能相似的细胞壁，但与大多数细菌不同，其细胞壁中没有肽聚糖，而含假肽聚糖、糖蛋白或蛋白质。而且，绝大多数细菌和真核生物的细胞膜中的脂类主要由甘油脂组成，而古菌细胞膜中的脂类由甘油醚构成。古菌鞭毛的成分和形成过程也与细菌不同。 3简述产甲烷古菌的特征与应用。产甲烷古菌是一大群在严格厌氧条件下产生甲烷的菌，形态多样，有球形、杆形、螺旋形、长丝形和八叠球形等。大多数种可利用H2/CO2，很多种可利用甲酸。一般的产甲烷细菌都是中温性的，最适宜的温度在25～40℃之间，高温性产甲烷细菌的适宜温度则在50～60℃之间。产甲烷细菌生长最适宜的pH范围约在6.8～7.2之间。如pH值低于6或高于8，细菌的生长繁殖将受到极大影响。产甲烷古菌可用于有机污染物的厌氧生物处理。 第四章真核（微）生物1试比较原核生物与真核生物的异同。  真核生物与原核生物在结构与功能等方面都有明显的差别。下表比较了真核生物与原核生物构造上的主要差别。项目  真核生物    原核生物细胞大小    较大（通常直径>2μm）  较小（通常直径<2μm）若有壁，其主要成分   纤维素，几丁质等    多数为肽聚糖细胞膜中甾醇  有   无（仅支原体例外）细胞膜含呼吸或光合组分 无   有细胞器 有   无鞭毛结构    如有，则粗而复杂（9＋2型）   如有，则细而简单细胞质 线粒体 有   无    溶酶体 有   无    叶绿体 光能自养生物中有    无    真液泡 有些有 无    高尔基体    有   无    微管系统    有   无    流动性 有   无    核糖体 80S（指细胞质核糖体） 70S    间体  无   部分有    贮藏物 淀粉、糖原等  PHB等细胞核 核膜  有   无    DNA含量少（～5％）  多（～10％）    组蛋白 有   无    核仁  有   无    染色体数    一般多于1个  一般为1个    有丝分裂    有   无    减数分裂    有   无2简述真菌的营养类型与特点。真菌是最重要的真核微生物，它们大多数是由分支或不分支的菌丝、菌丝体构成。真菌的共同特征有：1)体内无叶绿素和其他光合作用的色素，不能利用二氧化碳制造有机物，只能靠腐食性吸收营养方式取得碳源、能源和其他营养物质2) 细胞贮藏的养料是肝糖元而不是淀粉；3) 11 真菌细胞一般都有细胞壁，细胞壁多数含几丁质4) 以产生大量无性和（或）有性孢子方式繁殖5)陆生性较强。4什么是线粒体，其结构特征与生物学意义为何？线粒体是含有DNA的细胞器。它的构造较为复杂，外形囊状，由内外两层膜包裹，囊内充满液态的基质。外膜平整，内膜则向基质内伸展，从而形成了大量由双层内膜构成的嵴。内膜是氧化磷酸化及电子传递产生ATP的场所，故线粒体是一切真核细胞的"动力车间"。 5什么是酵母菌？简述其繁殖方式与生活史。酵母菌一般泛指能发酵糖类的各种单细胞真菌。通常认为，酵母菌具有以下特点：1)个体一般以单细胞状态存在2) 多数营出芽繁殖3)能发酵糖类产能4)细胞壁常含有甘露聚糖5)常生活在含糖量较高、酸度较大的水生环境中。酵母菌的繁殖方式分为无性繁殖和有性繁殖两种。无性繁殖又可分为芽殖、裂殖、产生无性孢子三种。酵母菌以形成子囊和子囊孢子或担子和担孢子的方式进行有性繁殖。生活史又称生命周期，指上一代生物个体经一系列生长、发育阶段而产生下一代个体的全部过程。不同酵母菌的生活史可分为3类：①营养体既能以单倍体也能以二倍体形式存在②营养体只能以单倍体存在③营养体只能以二倍体存在。 6什么是霉菌？霉菌的营养菌丝和气生菌丝有什么特点，其功能分别是什么？霉菌是丝状真菌的一个俗称，意为"会引起物品霉变的真菌"，通常指菌丝较发达而又不产生大型子实体结构的真菌。霉菌的营养菌丝伸入营养物质内摄取营养，气生菌丝伸入空气中形成孢子和释放孢子。 12水处理中常见的原生动物有哪几类？它们在污水处理中的主要作用分别是什么？污水处理中常见的原生动物有三类：肉足类、鞭毛类和纤毛类。原生动物在水体净化与废水处理中的应用1)净化水质作用：动物性营养型的原生动物吞食细菌、有机物颗粒，因此促进了水质净化作用。2)促进生物絮凝作用：草履虫等纤毛虫具有生物絮凝作用，促进水体澄清作用。3)作为水质处理的指示生物：由于鞭毛虫、肉足虫、游泳型纤毛虫与固着型纤毛虫对生存的水质有一定要求。其数量的增多、减少，可反映水体的水质好坏。同时原生动物个体较大，易于观察与分辨。因此常作为水体无机化和废水处理运转管理的指示生物。4)废水处理及水质净化过程原生动物的变动：运行初期出现肉足类、植物性、动物性鞭毛虫；水质处理高峰期出现较多游泳型纤毛虫；水质净化较好时出现钟虫等。13水处理中常见的微型后生动物有哪几类？它们在污水处理中的主要作用分别是什么？在水处理工作中常见的微型后生动物主要是多细胞的无脊椎动物，包括轮虫、甲壳类动物和昆虫及其幼虫等。轮虫以细菌、小的原生动物和有机颗粒等为食物，所以在污水的生物处理中有一定的净化作用。在污水生物处理过程中，轮虫也可作为指示生物。当活性污泥中出现轮虫时，往往表明处理效果良好，但如数量太多，则有可能破坏污泥的结构，使污泥松散而上浮。轮虫在水源水中大量繁殖时，有可能阻塞水厂的砂滤池。在给水排水工程中常见的甲壳类动物有水蚤和剑水蚤。它们以细菌和藻类为食料。若大量繁殖，可能影响水厂滤池的正常运行。杨花堂出水中往往含有较多藻类，可以利用甲壳类动物去净化这种出水。昆虫及其幼虫可用作研究河川污染的指示生物。第五章病毒病毒繁殖的过程：1）吸附2)侵入与脱壳3）复制与合成4）装配和释放第六章微生物的生理特性1营养是指生物体从外部环境中摄取对其生命活动必需的能量和物质，以满足正常生长和繁殖需要的一种基本生理功能。2碳源的作用是提供细胞骨架和代谢物质中碳素的来源以及生命活动所需要的能量。3无机盐11 在细胞中的作用：构成细胞的组成成分、酶的组成成分、酶的激活剂、维持适当的渗透压、自养型细菌的能源。水在细胞中作用：溶剂作用、参与生化反应、运输物质的载体、维持调节机体温度。4什么叫单纯扩散、促进扩散、主动运输、基因转位？比较微生物对营养物质吸收四种方式的异同。单纯扩散又称被动运输，是唯一一种不需要载体蛋白的，是最简单的方式，也是微生物吸收水分及一些小分子有机物的运输方式。它的特点是物质的转运顺着浓度差进行，运输过程不需消耗能量，物质的分子结构不发生变化。促进扩散的特点基本与单纯扩散相似，但是它须借助细胞膜上的一种蛋白质载体进行，因此对转运的物质有选择性，即立体专一性。除了细胞内外的浓度差外，影响物质转运的物质的另一重要因素是与载体亲合力的大小。主动运输是微生物吸收营养物质的最主要方式。它的最大特点是吸收运输过程中需要消耗能量（ATP，原子动势或"离子泵"等），因此可以逆浓度差进行。基因转位与主动运输非常相似，但有一个不同，即基因转位过程中被吸收的营养物质与载体蛋白之间发生化学反应，因此物质结构有所改变。5培养基指由人工配制的、适合微生物生长繁殖产生代谢的混合营养物质。6配制培养基的原则：目的明确、营养协调、理化条件适宜、经济节约。7培养基分类：（物理状态）液体、固体、半固体。（化学组分）天然、合成、半合成。（用途）选择性、鉴别、加富。8酶的特点：高效性、专一性、调节性、易失活。酶活性单位是指在25摄氏度，最适pH及基质浓度等条件下，在1nim内转化1mol基质的酶量。酶活性中心：结合部位和催化部位。10何谓新陈代谢？新陈代谢简称代谢，是推动一切生命活动的动力源，通常指在活细胞中的各种合成代谢和分解代谢的总和。合成代谢又称同化作用或合成作用，是微生物不断从外界吸收营养物质，合成细胞物质的过程，在此过程中需要吸收能量；分解代谢又称异化作用或分解作用，是微生物将自身或外来的各种复杂有机物分解为简单化合物的过程，在此过程中有能量释放。（图示）11简述生物氧化过程中，基质脱氢的主要途径。基质脱氢主要有四种途径。1)EMP途径 又称糖酵解途径，是绝大多数生物所共有的一条代谢途径。它以1分子葡萄糖为基质，约经过10步反应而产生2分子丙酮酸、2分子NADH+H+和2分子ATP的过程。2)HMP途径 又称戊糖磷酸途径，己糖--磷酸途径等。其特点是葡萄糖不经过EMP途径和TCA循环而得到彻底氧化，并能产生大量NADPH+H+形式的还原力及多种中间代谢产物。3)ED途径 这是存在于某些缺乏完整EMP途径的微生物中的一种替代途径。特点是葡萄糖只经过4步反应即可快速获得经由EMP途径需10步反应才能形成的丙酮酸。4)TCA循环 指由丙酮酸经过一系列循环式反应而彻底氧化、脱羧，形成CO2、H2O和NADH2的过程。TCA循环的特点：1氧虽不直接参加其中的反应，但必须在有氧条件下运转（因NAD+和FAD再生时需氧）2每分子丙酮酸可产生4个NADH+和氢离子、一个FADH2和一个GTP，相当于15个ATP，产能效率极高，3TCA位于一切分解代谢途径和合成代谢途径中的枢纽地位，可为微生物的生物合成提供各种碳架原料。12细菌呼吸作用有哪几种类型？各有什么特点？微生物的呼吸作用可分为好氧呼吸、厌氧呼吸和发酵三种。好氧呼吸是一种最普遍又最重要的生物氧化或产能方式，基质的氧化以分子氧作为最终电子受体。其特点是基质脱氢后，脱下的氢（常以还原力[H]形式存在）经完整的呼吸链（或称电子传递链）传递，最终被外源氧分子接受，产生水并释放ATP11 形式的能量。这是一种递氢和受氢都必须在有氧条件下完成的氧化作用，是一种高效产能方式。厌氧呼吸又称无氧呼吸，指以某些无机氧化物（如SO42-、NO3－、CO2等）作为受氢体（电子受体）的生物氧化。这是一类在无氧条件下进行的、产能效率低的呼吸。其特点是基质按常规途径脱氢后，经部分呼吸链递氢，最终由氧化态无机物或有机物受氢，并完成氧化磷酸化产能反应。发酵有两个含义。广义发酵泛指任何利用好氧或厌氧微生物来生产有用代谢产物或食品、饮料等产品的生产方式。狭义发酵指在无氧条件下，基质脱氢后所产生的还原力[H]未经呼吸链传递而直接交给某内源中间代谢产物，以实现基质水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。基质水平磷酸化的特点是基质在氧化过程中脱下的电子不经电子传递链的传递，而是通过酶促反应直接交给基质本身氧化的产物，同时将反应过程中释放的能量交给ADP，合成ATP。此种作用的最终产物是中间体的还原物，不再进行分解，因此，发酵不是彻底的氧化作用，产能效率低。13呼吸作用（分解作用）的本质：物质转化；能量转化；生成中间物质；吸收和同化各种营养呼吸类型电子受体参加酶类主要产物产能量比较好氧呼吸O2细胞色素氧化酶H2OCO2NO32-最多厌氧呼吸无机氧化物脱氢酶脱羧酶特殊氧化酶，还原酶CO2CH4NH2S等中等发酵基质氧化后的中间产物脱氢酶脱羧酶还原酶CO2胺化物最少14对微生物生长关系密切的环境因素：温度；氢离子浓度；氧化还原电位；干燥；渗透压；光及辐射；化学药剂（重金属及其化合物，有机化合物，卤族元素及其化合物，氧化剂，表面活性剂，染料第七章微生物的生长和遗传变异1微生物生长到一定阶段，便以二分裂的方式形成两个子细胞，子细胞又重复以上过程，这就是繁殖。2计数法：1显微镜直接计数法（不能区分死活）1）涂片染色法2）计数器测定法3）比例计数法2荧光染色计数法3活菌计数法（活菌）1）平板计数法2）液体计数法3）薄膜计数法7.试以大肠杆菌降解乳糖来说明操纵子学说。大肠杆菌中降解乳糖的酶由3个蛋白质Z、Y和A所组成，受结构基因z、y及a控制，当培养基中不存在乳糖时，调节基因I的阻遏蛋白与操纵基因结合，结构基因就不能表达出来，当培养基中除乳糖外无其他碳源时，乳糖是诱导物，与调节基因I的阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白丧失与操纵基因结合的能力，此时操纵基因"开动"，结构基因z、y及a合成蛋白质Z、Y和A，从而形成分解乳糖的酶，培养基中乳糖就被大肠杆菌分解利用，当乳糖全部被利用后，阻遏蛋白就与操纵基因结合，操纵基因"关闭"，酶的合成停止。（P143）遗传信息的传递和表达可分为：复制，转录，翻译3个过程。自发突变的特点：不对应性、自发性、稀有性、独立性、诱变性、稳定性、可逆性。突变类型：形态突变型、生化突变型8.简述蛋白质合成过程三种RNA的功能。信使RNA：是以DNA的一条单链为模板，在RNA聚合酶的催化下，按碱基互补原则合成的。由于传达了DNA遗传信息，故称信使RNA。转移RNA：存在于细胞质中，在蛋白质合成过程中起转移氨基酸的作用。核糖体RNA：主要成分是核糖体核酸（rRNA）和蛋白质。一个核糖体包含有大小两个亚基，它是蛋白质合成的主要场所。 9.基因重组有几种形式，各有什么特点？基因重组有转化、接合、转导三种形式。11 转化是供体细胞研碎物中的DNA片段直接吸收进入活的受体细胞的基因重组方式。受体细胞获得了供体细胞的部分遗传性状。细胞的接合是遗传物质通过细胞与细胞的直接接触而进行的转移和重组。遗传物质通过噬菌体的携带而转移的基因重组称为转导。基因重组的3种形式中，微生物的接合必需两个细胞直接接触，而转化和转导无需细胞直接接触，转化没有噬菌体作媒介，转导必须通过噬菌体转移遗传物质。10.试述质粒与"超级微生物"。选择一株既可降解16烷以上的烷烃，又可生活在污水环境中的铜绿假单胞菌PAO作为各种各种质粒的受体细胞（含质粒A），分别将能降解芳烃（质粒B）、萜烃（质粒C）和多环芳烃（质粒D）的质粒，用遗传工程方法人工转入受体细胞，此时该铜绿假单胞菌便成为带有多种质粒的"超级微生物"。11.什么叫基因突变，可分为几类？由于某些原因，引起生物体内的DNA链上的碱基的缺失、置换或插入，改变了基因内部原有的碱基排列顺序（基因型的改变），引起表现型突然发生了可遗传的变化。当后代突然表现出和亲代显然不同的可遗传的表现型时，这样的变异称为基因突变。根据突变发生过程是否受人为诱变剂影响可分为自发突变和诱发突变两种。凡是在没有特设的诱变条件下，由外界环境的自然作用如辐射或微生物体内的生理和生化变化而发生的基因突变称为自发突变。人为地利用物理化学因素，引起细胞DNA分子中碱基对发生变化叫诱变。根据突变类型可分为：形态突变型；生化突变型（营养缺陷型；抗药性突变型；抗原突变型）；致死突变型；条件致死突变型12微生物重量的生长曲线：生长率上升阶段（对数生长阶段）；生长率下降阶段；内源呼吸阶段微生物的对数绘制的生长曲线：缓慢期，对数期，稳定期13连续培养：恒浊连续培养：培养基提供足够量的营养元素，微生物保持最大速率生长，往往用于微生物的生理生化研究恒化连续培养：反应器中营养物质浓度基本不变14生物膜：是一种不可逆的黏附于固体表面的，被微生物胞外多聚物包裹的有组织的微生物群体。15遗传物质在微生物细胞中的存在形式1）染色体：是言传物质的主要载体，由于含有磷酸根，而带有很高的负电荷。2）质粒：是微生物染色体外或附加于染色体的携带有某种特异性遗传信息的DNA分子，目前仅发现于原核微生物和真核微生物的酵母。特性：可转移性，可整合性，可重组性，可消除性。根据表面特性质粒可分为：抗药性质粒；抗生素产生质粒；抗生素产生质粒；性质粒；大肠杆菌素质粒；限制性核酸内切酶质粒；酵母菌中的2μm质粒和其他质粒3）细胞器DNA真核微生物具有的细胞器包括叶绿体、线粒体、中心粒、毛基体等。共同特征：1）结构复杂而多样2）功能不一，而且对于生命活动常不可缺少；3）数目多少不一；4)自体复制；5）一旦消失以后，后代细胞中不再出现。4）转座因子5）RNA作为遗传物质6）阮病毒的遗传物质16基因的分类：结构基因；调节基因；操纵基因17遗传工程的特点：很高的预见性、精确性和严格性18菌种的保藏方法：斜面保藏法；载体保藏法；冷冻干燥保藏法；19菌种的复壮措施：纯种分离；通过寄住体进行复壮；淘汰已衰退的个体第八章微生物的生态3.微生物在生态系统中的作用有哪些？微生物在生态系统中的主要作用在于：（1） 有机物的主要分解者（2） 物质循环中的重要成员（3） 生态系统中的初级生产者（4） 物质和能量的蓄存者11 （5） 地球生物演化中的先锋物种7.试区别微生物的拮抗关系和互生关系及其在污水生物处理中的应用。拮抗关系：一种微生物可以产生不利于另一种微生物生存的代谢产物，这些代谢产物能改变微生物的生长环境条件，如改变pH值等，造成某些微生物不适合生长的环境。此外，一种微生物还可以另一种微生物为食料。微生物之间的这种关系称为拮抗或对抗关系。在污水生物处理系统中，动物性营养的原生动物主要以细菌和真菌为食料，它们能吃掉一部分细菌等微生物和一些有机颗粒，并促使生物的凝聚作用，从而使出水更加澄清。这是由于拮抗作用而产生的有利的一面。但对污水净化起主要作用的是细菌，如果细菌被吃掉过多或活性污泥的结构被破坏过大，就会产生不利影响。两种不同的生物，当其生活在一起时，可以由一方为另一方提供或创造有利的生活条件，这种关系称为互生关系。在污水生物处理过程中，普遍存在着互生关系。例如，石油炼油厂的废水中含有硫、硫化氢、氨、酚等。硫化氢对一般微生物是有毒的。但当采用生物法去处理酚时，分解酚的细菌却不会中毒。这一方面是因为分解酚的细菌经过驯化，能耐受一定限度的硫化氢，另一方面因为处理系统中的硫磺细菌能将硫化氢氧化分解成对一般细菌非但无毒，而且是营养元素的硫。1、种群：一个生物在一定空间范围内的所有个体的总和在生态系统中成为种群2、所有不同种的生物的总和为群落3、生态系统是生物群落和它们所生活的非生物环境结合起来的一个整体。第十章微生物对污染物的分解与转化2.试比较有机物的好氧分解和厌氧分解各有什么特点？两者有何不同？有机物的好氧生物分解是在有氧的条件下，借好氧微生物的作用来进行的。有机物的厌氧生物分解是在无氧条件下，借厌氧微生物，主要是厌氧菌（包括兼性菌）的作用来进行的。与厌氧生物分解相比，有机物的好氧分解往往具有分解速率快、分解程度彻底、能量利用率高、转化为细胞的比例大（即细胞转化率高）等特点。 7.概述微生物在氮循环中的作用。有机物中的氮在微生物作用下先被转化成氨，氨被氧化成为亚硝酸盐及硝酸盐。氨和硝酸盐可被植物吸收变成植物性蛋白质。动物吃了植物产生动物性蛋白质，而动物的排泄物又能被分解氧化成氨、亚硝酸盐和硝酸盐。动植物死亡后的残体又都是有机性物质。由于反硝化作用硝酸盐又可转化成亚硝酸盐和自由氮，而自由氮在氮固定作用下又可产生植物性蛋白质。1、生物浓缩：当吸收速率大于体内分解速率与排泄速率之和时，化学物质就会在体内积累，这种现象称“生物浓缩”2、生物积累：是指同一生物个体在不同的生长发育阶段，生物浓缩系数不断增加的现象。3、生物放大：是指生态系统中，某种化学物质的生物浓缩系数在同一食物链上，由低位营养级生物到高位营养级生物主机增大的现象。第11章污水生物处理系统中的主要微生物1.污水生物处理系统中的微生物有什么基本特点？为什么说它们包含了一个完整的生态系统？各类处理系统中得微生物皆为混合培养微生物系统。从生态学得角度看，生物处理构筑物中包含个完整的生态系统。各类生物构成一个食物网。可以画成一个食物金字塔。在这种食物网金字塔中具有不同层次的营养水平。 2.原生动物在污水活性污泥法处理系统中的作用是什么？  原生动物可以明显改善出水水质。利用污泥状态和出水水质与微生物种类的连带关系，还可用原生动物来指示活性污泥处理厂出水水质。3.活性污泥系统和生物膜系统中的微生物群落有何不同？11 活性污泥提供了纯水生生物的生长环境，而生物滤池中的生物生境既有水生的也有陆生生物的生长环境；既有水生的微生物，又有陆生的驯养动物。生物滤池的食物链比活性污泥的多几种营养水平。4.活性污泥法处理系统运行中经常遇到的由微生物引起的主要问题有哪些？这些问题各有什么样的特征？活性污泥在运行中最常见的故障是在二次沉淀池中泥水的分离问题。造成污泥沉降问题的原因是污泥膨胀、不絮凝、微小絮体、起泡沫和反硝化。（1）丝状菌引起的污泥膨胀丝状菌在絮体中大量生长以致影响沉降。（2）非丝状菌引起的污泥膨胀与散凝作用有关，当游离细菌产生菌胶团基质时，就会导致污泥膨胀，通常称这种膨胀为菌胶团膨胀或黏性膨胀。（3）不凝聚：时一种微结构絮体造成的现象。这是因为絮体变得不稳定而碎裂，或者过度曝气形成的紊流将絮体剪成碎块而造成的运行问题。也可能是细菌不能凝聚成絮体，微生物成为游离个体或非常小的丛生块。（4）微小絮体：含微小絮体的污泥不会在出水中形成高浓度，因为其颗粒比不凝聚污泥要大得多。（5）起泡沫：自从使用了不降解的"硬"洗涤剂以来，常常在曝气池中出现很厚的白色泡沫。微生物造成的泡沫是另外一种很密实的、棕色的泡沫，有时在曝气池中出现。5.试简单讨论活性污泥膨胀的主要控制方法。（1）控制污泥负荷 为防止膨胀，应经常将污泥负荷率控制在正常负荷范围内。（2）控制营养比例 一般曝气池正常的碳（以BOD5表示），氮和磷的比例为BOD:N:P=100:5:1。（3）控制DO浓度 为防止丝状微生物的猛增，一般应将池中DO控制在2.0mg/L以上。（4）加氯、臭氧或过氧化氢 这些化学剂是用于有选择地控制丝状微生物地过量生长。（5）投加混凝剂 可投加石灰、三氯化铁或高分子絮凝剂以改善污泥的絮凝，同时也会增加絮体的强度。6.参与厌氧生物处理的微生物有哪几种？它们各有什么样的特点？厌氧生物处理中有各种微生物参与，一般分为两大类：不产甲烷微生物和产甲烷微生物。（1）不产甲烷微生物；包括厌氧菌和兼性厌氧菌，其种类及数量随发酵原料和发酵工艺而定。常见的不产甲烷细菌可分为发酵细菌、产氢产乙酸细菌和同型产乙酸细菌群三类。（2）产甲烷细菌；是一大群在严格厌氧条件下产生甲烷的菌，对温度和pH很敏感，一般的产甲烷细菌都是中温性的、最适宜的温度在25～40℃之间，高温性产甲烷细菌的适宜温度则在50～60℃之间。产甲烷细菌生长最适宜的pH范围约在6.8～7.2之间。如pH值低于6或高于8，细菌的生长繁殖将受到极大影响。7.生物脱氮的基本原理是什么？简述影响硝化和反硝化的主要因素。生物脱氮的基本原理是有机氮经微生物降解为无机的NH3，在好氧条件下NH3会被亚硝酸菌和硝酸菌氧化称亚硝酸盐和硝酸盐，之后反硝化细菌将NO2-和NO3-转化为N2。影响污水处理系统中硝化过程的主要因素有以下几点：（1）污泥龄 硝化菌数量及硝化速率是生物脱氮处理的关键制约因素，因此应注意增加污泥龄。（2）溶解氧 DO对硝化菌的生长及活性都有显著的影响。（3）温度 温度对硝化活性有重要的影响。（4）pH 氨氧化菌的最适pH范围为7.0～7.8，而亚硝酸氧化菌的最适pH范围为7.7～8.1。pH值过高或过低都会抑制硝化活性。（5）营养物质 污水水质，特别是C/N比影响活性污泥中硝化细菌所占的比例。（6）毒物 硝化菌对毒物的敏感度大于一般细菌，大多数重金属和有机物对硝化菌具有抑制作用。影响反硝化作用的因素主要有以下几点（1）营养物质 反硝化作用需要有足够的有机碳源。（2）溶解氧 反硝化菌一般为兼性厌氧菌，应保持低溶解氧水平。（3）温度 反硝化反应的最佳温度为40℃，温度低于0℃，反硝化菌的活动终止，温度超过50℃时，由于酶的变性，反硝化活性急剧降低。11 （4）pH 反硝化反应的最适合pH值范围为7.0～7.5，pH值高于8或低于6都会明显降低反硝化活性。8.生物除磷的基本原理是什么？参与生物除磷的关键微生物有何特点？生物除磷的基本原理是在好氧环境下聚磷菌可利用聚-β-羟基丁酸盐氧化分解所释放的能量来摄取污水中的磷，并把所摄取的磷合成聚磷酸盐而贮存于细胞中。细菌增值过程中，在好氧环境中所摄取的磷比在厌氧环境中所释放的磷多。参与生物除磷的关键微生物（聚磷菌）区别于其他细菌的主要标志之一是其细胞内含有异染颗粒。并且生长较慢，因能积累和分解聚磷酸和PHB，故能适应厌氧和好氧交替环境而成为优势菌种。9.利用微生物处理重金属污水，有哪些可能的技术？简要概述各种方法的优缺点。方法有：1）生物沉淀处理法利用硫酸盐还原菌在厌氧条件下把SO42-还原成硫化氢，金属离子与硫化氢生成金属硫化物沉淀而被除去。该方法的金属去除率很高，单由于金属对微生物有毒害作用，不适用于处理高浓度金属废水。另外，若废水中不含有一定浓度的有机物和硫酸盐，需外加。2）生物还原处理法Cr6+生物还原处理法的原理是利用Cr6+还原菌，在厌氧条件下把Cr6+还原成无毒性的Cr3+，Cr3+在碱性条件下生成Cr（OH）3沉淀而被除去。该方法的金属去除率高，金属的回收率也高。3）生物氧化处理法：利用铁细菌首先将不易沉淀的Fe2+氧化为易沉淀的Fe3+，加入碳酸钙调节pH，使Fe2+形成Fe（OH）3沉淀而被去除，同时硫酸根与钙形成硫酸钙沉淀被去除。4）生物吸附处理法：利用微生物细胞作为吸附剂处理废水中的金属。10.污水生物处理对污水水质有哪些基本要求？主要有下列几点要求：1）酸碱度 对于好氧生物处理，pH值应在6～9之间，对于厌氧生物处理，pH值应保持在6.5～7.5的范围内。2）温度 温度是影响微生物生活的重要因素。对于大多数细菌讲，适宜的温度在20～40℃之间，而有些高温细菌可耐较高的温度，它们生长的适宜温度在50～60℃之间。3）有毒物质 污水中不能含有过多的有毒物质。多数重金属，如锌、铜、铅、铬等离子有毒性。某些非金属物质，如酚、甲醛、氰化物、硫化物等也有毒性，能抑制其他物质的生物氧化作用。污水中也不应含有过多的油类物质。4）营养物质 微生物的生长繁殖必须要有各种营养，其中包括碳、氮、磷、硫，微量的钾、钙、镁、铁等和维生素。但不同的微生物对每一种营养元素数量的要求是不同的，并且对于这些营养元素之间，要求一定的比例关系。最后，污水中必须含有足量的和适宜的微生物才能有效地进行处理。11活性污泥法所用菌种及其作用：细菌：曝气池中的异养型细菌形成了池中生物聚体的主体，他们是个体细菌的凝聚过着有丝状菌促使他们聚集在一起。絮体生物条件决定了基质的去除率，其物理结构又确定了它们在二次沉淀池中的沉降效果。原生动物：是活性污泥的重要组成部分。可以根据原生动物的类群与得分数去判断处理厂出水的水质。线虫12生物膜法（最常用的形式为生物滤池）微生物的种类：细菌；真菌；藻类；原生动物；其它种类的小型动物13厌氧处理法：主要用于高浓度有机污水的处理参与的微生物：不产甲烷微生物（发酵细菌；产氢产乙酸细菌；同型产乙酸细菌）；产甲烷细菌（属于古菌）第十三章水卫生生物学2.为什么大肠菌群可作为水受粪便污染的指标？用大肠菌群作为肠道病菌的指示微生物，有什么缺点？11 因为大肠菌群的生理习性与伤寒杆菌、副伤寒杆菌和痢疾杆菌等病原菌的生理特性较为相似，在外界生存时间也与上述病原菌基本一致，大肠菌群在人的粪便中数量很大，检验技术并不复杂，所以可作为水受粪便污染的指标。用大肠菌群作为肠道病菌的指示微生物，其缺点在于只间接反映出生活饮用水被肠道病原菌污染的情况，而不能反映出水中是否有传染性病毒以及除肠道病原菌外的其他病原菌。 3.为什么噬菌体可以作为水中的病毒指示微生物？噬菌体作为细菌病毒，在污水中普遍存在，其数量高于肠道病毒，对自然条件及水处理过程的抗性高于细菌，接近或超过动物病毒。噬菌体对人没有致病性，可以进行高浓度接种和进行现场实验。检测噬菌体的操作具有简便快速、安全、不需要复杂的操作和设备等优点。因此可用来作为水中的病毒指示微生物。4与水有关的微生物感染疾病：饮水传播性疾病；洗水传播性疾病；水依赖性疾病和水相关性疾病。5水中的病原细菌：1）致死性大肠杆菌2）伤寒杆菌（沙门氏菌）3）痢疾杆菌4）霍乱弧菌5）军团菌6）粪链球菌6水中的病毒：1）肠道病毒（脊髓灰质炎病毒）；2）肝炎病毒；3）轮状病毒7水中的病原微生物：1）隐孢子虫和贾第鞭毛虫2）溶组织内阿米巴8水中的寄生虫第十四章1、氯消毒中的有效杀菌成分有哪些？试比较它们的杀菌能力？氯消毒中的有效成分是HOCl和OCl-，前者是中性分子，能扩散到带负电的微生物表面，并进入微生物体内，借氯原子的氧化作用，破坏体内的酶，使微生物死亡，而Ol-却不能进入微生物体内，所以很难起作用。4、试比较臭氧消毒和紫外消毒个有什么样的特点？臭氧的优点：１、强氧化性，能直接破坏细菌的细胞壁，继而导致其死亡２、具有很好的脱色效果３、反应的副产物低于氯消毒　　　缺点：能自我分解，消毒持续时间段紫外消毒的优点：１、可使核酸突变阻碍其复制、转录、封锁蛋白质的合成２、产生自由基，可引起光电离，从而导致细胞死亡　　　　缺点：没有持续消毒的效果，有时不能完全杀死细胞，被灭活的细胞在一定条件下会死而复活1、污水消毒原水的水质特点：1）水质变化大；2）病原微生物种类多、数量大；3）悬浮物浓度高、波动大；4）有机污染物浓度高、波动大；5）氨氮等还原性无机污染物浓度高、变化大；6）溶解性总固体的浓度高、成分复杂2、污水消毒面临的技术挑战与存在的风险1）消毒剂耐性病原微生物的高效灭杀；2)高悬浮物浓度条件下的高效消毒；3）不同水质条件下消毒方式的优选和操作条件的优化；4）消毒化学风险的控制；5)适用于不同目的的消毒工艺的优选。第十五章２、与动物毒性试验相比，微生物毒性试验有哪些优缺点？（１）、微生物结构简单，生长速度快，反应灵敏，其毒性试验费用低廉，占用空间相对较小，该实验可满足对大量有毒化学品进行渐变快速筛选的要求（２）、化学污染多属远期生物效应，其毒理作用十分复杂，对人类的危害短期内不易发现，往往被忽视，而微生物试验能快速检测出化学物质潜在的综合遗传毒性。11'