《环境工程微生物学》0-8章知识点完整版

《环境工程微生物学》考试大纲绪论0-1环境工程微生物学的研究对象和任务研究对象定义：环境工程微生物学(环境微生物学)是研究与环境领域（包括环境工程、环境科学、给水排水工程）有关的微生物及其生命活动规律的科学。其内容包括：微生物个体形态、群体形态；细胞结构功能、生理特性、生长繁殖、遗传变异等；微生物与环境的关系（尤其是微生物与污染环境之间的关系）；微生物对物质的转化分解作用（特别是应用微生物来处理各种污染物质，如废水、废气和固体废弃物）。研究任务：（１）防止或消除有害微生物（２）充分利用有益的微生物资源0-2微生物的概述微生物的定义：微生物是指所有形体微小，用肉眼无法看到，须借助于显微镜才能看见的，单细胞或个体结构简单的多细胞，或无细胞结构的低等生物的统称。微生物的特点：1.体积小，比表面积大2.分布广，种类多3.繁殖快4.适应强，易变异5.胃口大6.食谱广原核微生物与真核微生物：具有原核细胞的生物称为原核微生物。（原核细胞：其细胞核发育不完善，仅有核质，没有定形的细胞核，无明显的核膜，没有特异的细胞器，不进行有丝分裂。）典型的原核生物有细菌、放线菌、蓝细菌等。具有真核细胞的生物称为真核生物。（真核细胞：细胞核发育完善，有定形的细胞核（核仁、染色体等），有明显的核膜，有特异的细胞器，进行有丝分裂。）大多数生物，包括高等生物都是真核的，如酵母菌。微生物的命名与分类：（一）微生物的分类在生物学上，对生物的分类采用按其生物属性和它们的亲缘关系有次序地分门别类排列成一个系统。每一种生物，包括微生物，都可在这个系统中找到相应的位置。其中种(species)是分类的基本单位。必要时，还可以在这些等级之间再增设一些亚等级。七个等级：界(Kingdom)、门(Phylum)、纲(Class)、目(Order)、科(Family)、属(Genus)、种(Species)。生物界分类：二界学说：动物界、植物界这种分法已有很长的历史，随着人们认识的进步，新的生物类群划分方法不断被提出。五界学说（Whittaker，1969）：原核生物界，原生生物界，真菌界，动物界、植物界。微生物分类系统，其中最常用的也是具有权威性的是《伯杰细菌鉴定手册》，是对原核微生物（细菌等）进行分类；另外，放线菌、真菌（包括丝状真菌和酵母菌）等也有各自的分类系统。微生物的命名瑞典植物学家林奈在分类学上最大的贡献是创立双名法，解决生物名称的纠纷。双名法：学名＝属名＋种名＋（命名人姓氏）学名都用拉丁文书写，属名用名词，第一个字母大写，种名用形容词，第一个字母小写。（如用电脑打印或印刷，应该用斜体表示。）例：大肠杆菌学名为Escherichiacoli（大肠埃希氏杆菌），简称E.coli。Bacillussp.的表达方式，表明该菌株只鉴定到属(芽孢杆菌)，未能确定其种名。重点掌握：微生物的特点、微生物的命名与分类第一章非细胞结构的超微生物——病毒1-1．病毒的一般特征及其分类（一）病毒的特点1.没有细胞结构，大多数由蛋白质和核酸组成，有的含有类脂质、多糖等，只有一种核酸（DNA或RNA）。2.专性寄生：病毒没有合成蛋白质的机构——核糖体，也没有合成细胞物质和繁殖所必备的酶系统，不具独立的代谢能力，必须专性寄生在活的敏感宿主细胞内，依靠宿主细胞合成病毒的化学组成和繁殖新个体；而且这种寄生是专性的。3.体积极小，形态多样（二）病毒的分类病毒有自己单独的分类系统，其分类依据主要有：病毒的宿主、所致疾病、核酸种类、病毒粒子的大小、病毒的结构、有无被膜等。根据病毒不同的专性宿主，可把病毒分为：动物病毒、植物病毒、细菌病毒（噬菌体）、放线菌病毒（噬放线菌体）、藻类病毒（噬藻类体）、真菌病毒（噬真菌体）也可以按照所致的疾病进行分类:感冒病毒、肝炎病毒、艾滋病毒等按核酸分类，可把病毒分为：DNA病毒和RNA病毒。1-2．病毒的形态和结构（一）病毒的形态病毒的形状多样，依种类不同而不同:球状，卵圆形，砖形（动物病毒）杆状，丝状（植物病毒）蝌蚪状，丝状（噬菌体）螺旋形:衣壳是由壳粒绕着同一个中心轴排列堆积起来，以形成一个中空的棒状结构。螺旋形卷曲的核酸位于中空。这种棒状的病毒体可以是短而刚性的，也可以是长而柔性的。具有这种形态的病毒一般为单链RNA病毒，被研究得最多的就是烟草花叶病毒。正二十面体：大多数的动物病毒为正二十面体或具有正二十面体对称的近球形结构病毒之所以采用这种结构可能的一个很重要的原因是，规则的二十面体是相同壳粒形成封闭空间的一个最优途径，可以使所需的能量最小化。包膜型：一些病毒可以利用改造后的宿主的细胞膜（来自细胞表面的质膜或细胞内部的膜，如核膜及内质网膜）环绕在病毒体周围，形成一层脂质的包膜。包膜上既镶嵌有来自宿主的膜蛋白也有来自病毒基因组编码的膜蛋白；而脂质膜本身和其中的糖类则都来自宿主细胞。包膜型病毒位于包膜内的病毒体可以是螺旋形或正二十面体形的复合型：结构复杂，它们的衣壳既非完全的螺旋形又非完全的正二十面体形，可以有附加的结构。有尾噬菌体在噬菌体中数量最多，其壳体由头部和尾部组成。病毒的化学组成和结构1、化学组成：大多数由核酸和蛋白质组成，有的还有脂类、多糖，有的噬菌体含有脂肪。（1）核酸：病毒只含一类核酸（DNA或RNA）植物病毒：大多数为RNA，少数DNA噬菌体：大多数为DNA，少数RNA动物病毒：部分是RNA，部分是DNA功能：核酸是病毒的遗传信息载体。（2）蛋白质：主要的组成成分功能：①保护核酸并维持病毒粒子结构的完整性。核衣壳——起保护作用。②决定病毒感染的特异性，使病毒与敏感细胞表面特定部位具有特异亲和力。③决定病毒的致病性、毒力、抗原性④构成酶。结构复杂的大病毒多数含有酶病毒的结构：蛋白质衣壳+核酸内芯衣壳粒（capsomere）：构成病毒粒子的最小形态单位，每个衣壳粒是由1-6个同种多肽分子折叠缠绕而成的蛋白质亚单位，它以对称的形式有规律地排列成杆状、球状、二十面体或其他形状。蛋白质衣壳（capsid）：由一定数量的衣壳粒按一定的排列组合构成的病毒外壳。核衣壳（nucleocapsid）：病毒蛋白质衣壳和核酸的合称。被膜（envelope）：也称囊膜、外膜，在核衣壳外包裹的包膜，由脂类和多糖组成。刺突（spike）：有些病毒粒子表面，尤其是在有囊膜的病毒粒子表面有突起物，也称囊膜突起如粘病毒等。（三）病毒的宿主病毒的宿主各种各样，包括动物、植物和微生物。因此自然界中就存在着形形色色的各类病毒。具有专一性：绝对专一、相对专一1-3．病毒的繁殖（一）各类病毒的繁殖过程基本相似，以E.coliT系列噬菌体为例。1、吸附（adsorption）：在通常情况下，敏感细胞表面具有特异性表面化学组分作为接受部位，病毒也含有与其“互补”的特异性化学组分作为吸附部位，这种吸附作用是不可逆的。T2噬菌体是以尾部末端和寄主的受点吸附的。一种细菌可以被多种噬菌体感染，噬菌体在同一寄主细菌的不同受点上吸附。2、侵入（penetration）：噬菌体吸附在细菌细胞壁的受点上以后，尾部的酶水解细胞壁产生一个小孔，然后尾鞘收缩将核酸注入细菌细胞中，蛋白质壳体留在外面。从吸附到侵入，时间间隔很短，只有几秒到几分钟。（动物病毒侵入的方式取决于宿主细胞的性质尤其是其表面结构，至少有三种方式：（1）借吞噬作用或吞饮病毒将整个病毒粒子包入敏感细胞。多数病毒按此方式侵入，如痘类病毒；（2）病毒包膜与宿主细胞质融合，将核衣壳释放到细胞质中。如流感病毒.（3）有的病毒能以完整的病毒粒子直接通过宿主细胞膜穿入细胞质中，如腺病毒。）3、生物合成(biosynthesis)：噬菌体核酸进入寄主细胞后，操纵寄主细胞的代谢机能，大量复制噬菌体核酸，但不形成带壳体的粒子，称为潜育期。4、组装（assembly）：病毒核酸的复制与蛋白质的合成是分开进行的。寄主细胞合成噬菌体壳体（T2噬菌体包括头部尾部）和核酸组合形成完整的噬菌体粒子。5、释放（release）：噬菌体粒子成熟，引起寄主细胞的裂解释放出病毒粒子。（二）病毒的溶源性噬菌体有毒（烈）性噬菌体和温和噬菌体两种类型毒（烈）性噬菌体：侵入宿主细胞后立即引起宿主细胞破裂。温和噬菌体：侵入宿主细胞后，其核酸附着并整合在宿主染色体上，和其一起同步复制，宿主细胞不裂解而继续生长。含有温和噬菌体的宿主细胞称为溶原细胞。在溶原细胞内的温和噬菌体核酸，称为原噬菌体或前噬菌体。溶原性是遗传的，一旦发生变异（自发或诱发），它会转化成毒性噬菌体。溶原性噬菌体的命名是在敏感菌株的后面加上“λ”。如EscherichiacoliK12(λ)1-4．病毒的培养1.病毒在液体培养基中的培养特征：浑浊菌悬液——接种噬菌体——透明裂解液2.病毒在固体培养基上的培养特征：噬菌斑：将噬菌体接种在敏感细菌形成的菌落上，噬菌体在接种部位进行反复感染，将宿主细菌的菌落裂解成空斑，即噬菌斑动物病毒的培养：动物接种、鸡胚接种和组织培养技术。植物病毒的培养：采用植物的组织：根、茎、芽等部位噬菌体的培养：双层琼脂法病毒对化学因素的抵抗力病毒的灭活有体内灭活和体外灭活。体内灭活：抗体和干扰素。体外灭活：（一）破坏病毒蛋白质的化学物质蛋白质变性剂：酚、吐温（Tween-80）、SDS，破坏病毒的衣壳低渗溶液：能使病毒衣壳发生变化，阻碍病毒对宿主细胞的吸附。（二）破坏核酸的化学物质甲醛：只破坏核酸，不改变病毒的抗原特性。亚硝酸：引起嘌呤和嘧啶碱基的脱氨基作用。氨：引起病毒RNA的裂解（三）影响病毒脂类被膜的化学物质脂溶剂：醚类、十二烷基磺酸钠、氯仿、去氧胆酸钠等。可破坏含脂类被膜的病毒，乙醚对被膜的破坏作用最大。无被膜病毒对此不敏感。

强酸强碱除本身可灭活病毒外，还能通过pH变化影响病毒。大多数病毒在pH6-8时能保持稳定，小于5或大于9时迅速灭活。碱性环境可破坏蛋白质衣壳和核酸，当pH达到11以上可严重破坏病毒。病毒在环境中的存活和在污水处理过程中的去除效果（一）病毒在环境中的存活：环境中存在的各种因子会影响到病毒的生存，所以病毒在各种不同环境中存活时间是不一样的。1、水体中病毒的存活：在海水、淡水中，温度是影响病毒存活的主要因素。2、土壤中病毒的存活：病毒在土壤中的存活时间受土壤温度和湿度的影响最大。3、空气中病毒的存活：空气中病毒的存活受干燥、相对湿度、紫外辐射、温度和风速的影响。(二)污水处理过程中对病毒的去除效果一级处理：物理过程，去除病毒的效果很差，最多去除30%二级处理：生物处理，去除率在90-99%三级处理：深度处理，包括生物化学和物理过程，可使病毒的滴度对数值下降4-6。重点掌握：病毒的化学组成与结构、病毒的繁殖过程及溶原性、废水处理过程中病毒的去除。第二章原核微生物2-1．细菌细菌的形态：细菌属于原核生物，为单细胞。细菌的个体（也就是细胞）基本形态有三种：球状、杆状和螺旋状。或者四种：球状、杆状、螺旋状和丝状1.球菌(coccus)及其排列状态菌体呈球形或近似球形,直径0.5-2.0μm。以典型的二分裂殖方式繁殖,分裂后产生的新细胞常保持一定的空间排列方式.根据细胞分裂的方向及分裂后的各子细胞的空间排列状态不同,可将球菌分为以下几种:单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌等。2.杆菌(bacillus)及其排列状态杆菌是细菌中种类最多的类型,大小为0.5～1×1～5μm。因菌种不同,菌体细胞的长短、粗细等都有所差异。杆菌的形态：短杆状、长杆状、棒杆状、梭状杆状、月亮状、竹节状等；按杆菌细胞繁殖后的排列方式则有链状、栅状、“八”字状等。3.螺旋菌(spirilla)螺旋状的细菌称为螺旋菌。根据其弯曲情况分为：弧菌（vibrio)：螺旋不满一圈，菌体呈弧形或逗号形。例：霍乱弧菌、逗号弧菌。螺旋菌(spirillum)：螺旋满2—6环，螺旋状。例：干酪螺菌。螺旋体(spirochaeta)：旋转周数在6环以上，菌体柔软。例：梅毒密螺旋体4、丝状菌在环境工程中，我们经常会遇到一种被称为丝状菌的形态，在水体、潮湿土壤及活性污泥中普遍存在，如球衣菌、发硫菌等。所谓丝状菌，其实是由柱状或椭圆状的细菌细胞一个一个连接而成的，外面有透明的硬质化的粘性物质包裹（称为鞘）。所以它实际上是一种细菌的群体形态，故从严格意义上来说，是不应把它列为细菌的个体形态的，但从实际应用的角度，这种分法也是具有价值的。二、细菌的细胞结构细菌的细胞结构可分为一般结构和特殊结构：一般结构（或基本结构）：如细胞壁、细胞质膜、细胞质、内含物及细胞核物质等。它们是所有细菌所共有的。特殊结构：如芽孢、荚膜、鞭毛等。它们是某些细菌所特有的。所以特殊结构是细菌分类鉴定的依据。（一）细胞壁（cellwall）：位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧、略见弹性的薄膜，占细胞干重10-25%。细胞壁的化学组成及结构：主要由肽聚糖，加上少量蛋白质、脂肪组成。但它们在两类细胞种类中的含量各不相同。（二）原生质体（protoplasm）：细胞壁之内，统称为原生质体.1.细胞质膜（protoplasmicmembrane）：又称原生质膜或质膜，外侧贴于细胞壁内侧包围细胞质的一层柔软而有弹性的半透性有活性的薄膜。（1）组成：脂类（30-40%）、蛋白质（60-70%）、多糖（2%）、微量核酸脂类：细菌细胞中的脂类几乎全部分布在细胞膜中，主要为甘油磷脂;蛋白质：含量高于任何一种生物膜。种类包括转运蛋白、电子转运蛋白、多种酶类。根据分布可分为：外周蛋白质：可溶性蛋白，分布在细胞膜内外侧，占20-30%固有蛋白质：插入或贯穿于磷脂双分子层，占70-80%（2）结构：目前看法并不一致，比较公认的是流动镶嵌模型。a、磷脂双分子层构成膜的基本骨架b、磷脂分子以多种形式不断运动使膜结构具流动性c、膜蛋白质无规则的、以不同深度分布于膜的磷脂层中d、膜上的蛋白质和磷脂其数量与种类可随细菌生理状态而变化（3）功能：①维持渗透压的梯度和溶质的转移(吸收营养和排泄废物).②参与细胞壁的合成——合成酶③膜上有许多重要的酶，是氧化和细胞其他功能作用的场所。参与能量的产生——呼吸酶、ATP合成酶④与细菌运动有关（鞭毛的基粒位于膜上）⑤与细菌DNA复制后分离有关，5’端可依附于膜上细胞质及其内含物细胞质：在细胞质膜以内，除核物质以外的无色透明、粘稠的复杂胶体，也称原生质。由蛋白质、核酸、多糖、脂类、无机盐和水组成。细胞质内含物：（1）核糖体：是分散在细胞质中的颗粒体结构，合成蛋白质的部位。由RNA和蛋白质组成。（2）内含颗粒3、拟核细菌没有核膜和核仁，没有固定形态，结构也很简单，故称为原始核或拟核，也称细菌染色质，这是原核生物和真核生物的主要区别之一。拟核由一条环状双链DNA分子高度折叠缠绕而成，呈球状、棒状、哑铃状。大肠杆菌的可以达到1100μm，是自身长度的1000倍。质粒（plasmid）：存在于细菌染色体外或附加于染色体上的遗传物质，绝大多数由共价闭合双螺旋DNA分子构成。分子量小。(三)荚膜、粘液层、菌胶团和衣鞘1.荚膜capsule：有些细菌在一定营养条件下，可向细胞壁表面分泌一层松散透明、粘度极大、粘液状或胶质状的物质即为荚膜，根据厚度可分为大荚膜：厚约200nm，相对稳定的附于细胞壁外，与细胞结合力差，液体振荡培养可得微荚膜：厚度小于200nm，与细胞表面结合较紧，光学显微镜下难以看见，易被胰蛋白酶消化。（1）化学组成：含水率在90%-98%，固形物主要是多糖，有的也含有多肽、蛋白质、脂类以及右他们组成的复合物——脂多糖、脂蛋白等。（2）功能：①能增强某些病原菌的致病能力，使之抵御宿主吞噬细胞的吞噬。②保护细胞免受干燥的影响③细胞外碳源和能源性贮藏物质；④生物吸附作用，将废水中的有机物、无机物及胶体吸附到细菌体上。荚膜是分类特征之一。产生荚膜是微生物的一种遗传特性，但并非细胞绝对必要的结构，失去荚膜的菌株也能正常生长。荚膜的形成与环境条件密切相关。2．粘液层slimelayer：有些细菌不产生荚膜，其细胞表面仍分泌粘性多糖，疏松地附着在细胞壁表面，与外界没有明显边界，可向周围环境扩散，增加培养基粘度，这种类型的粘性物质层叫粘液层。3．菌胶团zoogloea：有的细菌荚膜物质互相融合，连为一体，若干细菌按一定的排列方式互相粘集在一起，被一个公共荚膜包围形成一定形状的细菌集团，叫做菌胶团。4．衣鞘sheath：水生丝状菌多数有衣鞘。由表面的粘液层或荚膜硬质化，形成一个透明坚韧的空壳。容易混淆的几个概念，注意区分：荚膜：细胞壁表面的粘性物质，与周围环境有明显的边缘粘液层：也是细胞壁表面的粘性物质，区别在于它与周围环境无明显的边缘；菌胶团：多个细菌个体排列在一起，由公共荚膜包藏形成一定形状的细菌集团。菌胶团的形成对于水处理有十分主要的意义，它是废水生物处理中常见的结构；鞘（衣鞘）：丝状菌形成时，在外面形成透明的硬质化的物质。（四）芽孢spore某些细菌在其生长的一定阶段，在细胞内形成一个圆形、椭圆形或圆柱形的结构，对不良环境条件有较强的抗性，这种休眠体即为芽孢。由于它位于细胞之内，为区别放线菌、霉菌等所形成分生孢子，也称内生孢子。芽孢的特点：1.芽孢含水率低，38-40%2.芽孢壁分三层：外层--芽孢外壳，蛋白质中层--皮层，肽聚糖，含2，6-吡啶二羧酸（DPA）内层--孢子壁，肽聚糖，萌发后成为营养细胞的细胞壁3.芽孢中DPA含量高，占干重的5-15%。芽孢形成过程中，随着DPA的形成而具抗热性，当芽孢萌发，DPA释放到培养基后，抗热性消失。DPA是芽孢耐热的主要原因。4.含有耐热性酶芽孢的功能：①菌种鉴别的依据（芽孢的位置、形状、大小等）；这一点在实际工作中非常有用。②抵抗不良环境的休眠体。由于芽孢的特点，它对不良环境，如高温、低温、干燥和有毒物质等具有较强的抗性，它处于不活动的休眠状态，一旦外界条件变好，它可萌发成为营养细胞。由于芽孢的抗性最强，故我们在检查灭菌效果时，采用芽孢为指示，即以它的灭菌效果为是否彻底的标志。（五）鞭毛flagella由细胞质膜上的鞭毛基粒长出穿过细胞壁伸向体外的一条纤细的波浪状的丝状物叫做鞭毛。长度往往超过菌体的若干倍，最长可达70um，直径很细，一般为10-20nm。鞭毛的主要成分是蛋白质，有的还含有少量多糖或者类脂、DNA、RNA等。（大多数球菌不生鞭毛，除尿素八叠球菌外；杆菌有的具鞭毛有的不具鞭毛；螺旋菌和弧菌一般具鞭毛。）三、细菌的物理化学性质（一）细菌表面电荷和等电点细菌细胞壁含有由氨基酸组成的蛋白质，因此也有等电点。G+等电点在pH2-3，G-在4-5之间，pH3-4之间为革兰氏染色不稳定性菌。在一般的培养、染色或血清实验等过程中，细菌多处于弱碱性、中性或弱酸性条件，因此细菌表面一般带负电荷，尤其G+带负电更多（磷壁酸中含有大量磷酸基）。四、革兰氏染色：由于细胞壁组成的不同，可以细菌分为两大类：G+菌和G-菌。这种分类法的起源是革兰氏染色试验。革兰氏染色试验是一种复染色法，即通过多次染色达到区分细胞结构的目的。革兰氏染色的机制：（1）与细胞壁有关：革兰氏脂类阳性菌细胞壁肽聚糖含量高，结构紧密，乙醇的脱水作用可使肽聚糖收缩降低细胞壁通透性，结晶紫被截留在细胞壁中不被脱色。革兰氏阴性菌细胞壁脂类含量高，肽聚糖含量低，用乙醇脱色时脂类易被乙醇溶解，使细胞壁通透性增加，结晶紫易被提取使菌体呈现无色。（2）与等电点有关：革兰氏阳性菌等电点比阴性菌低，与草酸铵结晶紫的结合也更紧密。用碘-碘化钾媒染后，革兰氏阳性菌等电点下降更多，与结晶紫的结合更牢固，所以菌体呈紫色。革兰氏阴性菌与结晶紫结合力弱，易被乙醇提取而脱色。革兰氏染色的步骤：1.单染—结晶紫染液第一次染色1min2.媒染—碘-碘化钾溶液浸湿30S3.脱色—95%乙醇溶液进行颜色，洗脱10-30s4.复染—红色的藩红染液第二次染色细菌呈现第一次染色的效果紫色---革兰氏阳性菌（G＋）细菌呈现第二次染色的效果红色---革兰氏阴性菌（G-）2-2．古细菌古细菌在系统发育上既不属真核生物，也不属原核生物。因为典型代表产甲烷菌的生存环境与想象中原始地球的厌氧环境类似，故称为古细菌Archaeobacteria，细菌叫做真细菌eubacteria。Woese把地球上的生物分为真细菌（原核生物）、古细菌（古核生物）和真核生物三超界（domain,或称为原界、域），取代目前普遍接受的生物五界系统。一、古细菌的特点1、形态：呈现多种形态。有球形、杆状、螺旋状等。有的细胞很薄，扁平；有的有精确的方角和垂直的边构成直角几何形态。2、古菌的分子生物学结构：古菌的染色体与细菌类似，为一条环状DNA分子，也有质粒的存在，但它在DNA复制、转录以及基因结构有很多类似于真核生物的特点。a.大多数古菌细胞壁不含二氨基庚二酸和胞壁酸。结构和化学组成多样。b.细胞膜所含脂类是非皂化性甘油二醚的磷脂。即甘油和烃链之间只有醚键，而细菌和真核生物为酯键。c.代谢：代谢有多样性。有许多特殊的辅酶，如绝对厌氧的产甲烷菌有辅酶M、F420、F430等d.呼吸类型：多为严格厌氧、兼性厌氧，少数专性好氧e.繁殖：有二分裂、芽殖两类。较慢，进化也比细菌慢f.生活习性：生活在极端环境，如高盐分、极热、极酸、绝对厌氧等。有特殊的代谢途径，有的古菌还有热稳定性酶和其他特殊酶。具有开发应用价值。2-3．放线菌是介于细菌与丝状真菌之间而又接近细菌的一类丝状原核生物，因菌落呈放射状而得名。多数是腐生，少数是寄生。腐生菌在土壤中的分布和数量仅次于细菌，在物质循环中起到重要作用，可改良土壤。寄生菌可引起人、动植物的疾病。另外放线菌具有特殊的土霉味，易使水和食品变味。放线菌最突出的特点是可产生大量的抗生素。一、放线菌的形态和大小单细胞，由分支发达的菌丝组成，最简单的为杆状或具原始菌丝。细胞壁中含有原核生物特有的二氨基庚二酸和胞壁酸，基本上为G+，枝动菌属除外。菌丝细胞的结构与细菌基本相同，根据其形态和功能分为三类：基内菌丝（营养菌丝）、气生菌丝、孢子丝（分生孢子）二、菌落形态放线菌的菌落是由一个分生孢子或一段营养菌丝生长繁殖而来的，许多菌丝相互缠绕，导致其菌落质地紧密，坚硬，表面一般呈圆形，光平或有皱褶，显微镜下可见周围具有放射状菌丝，可分两类：一类由产生大量分枝和气生菌丝的菌种（如链霉菌）形成，表面紧密、质地细密、不易挑起；一类不产生大量菌丝体，如诺卡氏菌，黏着力差，结构呈粉质状，用针挑起粉碎。2-4．蓝绿细菌也叫蓝藻或蓝绿藻。蓝细菌和其它细菌不同，含有叶绿素α、类胡萝卜素、藻胆素及藻胆蛋白体等色素，可以进行光合作用。细胞核没有核膜和核仁。细胞壁与细菌相似，由肽聚糖构成，并含有二氨基庚二酸，革兰氏染色阴性，所以将它划分为原核生物中。一、蓝细菌的形态大小单细胞（球状或杆状）或丝状体（分支或不分支），聚集在一起可形成肉眼可见的、很大的群体。1.个体形态

单细胞球状、圆柱状、丝状或分枝状串生。由营养细胞可以分化成厚的多层外衣，常含有色素、形体较大的静止细胞。2.群体形态

块状或球状，丝状体，细胞壁外面常包有一层或多层粘质层（与细胞荚膜相似），粘液把许多单个细胞聚集在一起成为胶团（块状、球状）这些粘液主要成分是果胶，叫胶质鞘膜。二、细胞结构及其功能1.细胞壁结构与G-类似，有的可分泌粘性物质形成菌胶团2.光合器：原始的片层结构，由多层膜片相叠而成的。所包含的光合作用色素有叶绿素a、类胡萝卜素、藻胆素及藻胆蛋白体（含异藻兰（青）素、藻兰素、藻红素）等色素。藻胆素在光合作用中起辅助色素作用，是蓝细菌所特有的。大多数蓝细菌中藻兰素占优势，使细胞呈现特殊的蓝色（故称蓝细菌）。3、异形胞：有厚外衣，色素较弱，是蓝细菌进行固氮作用的场所，可自生固氮，也可共生固氮，凡有异形细胞的蓝细菌能固氮，反之不能。4、具有气泡：使菌体漂浮，保持在光线充足的地方。5、化学组成最独特之处在于含有两个或多个双键组成的不饱和脂肪酸，而细菌几乎都含有饱和脂肪酸和单一不饱和脂肪酸。重点掌握：细菌的形态、细胞结构及各部分结构的功能；细菌的物理化学性质（细菌的带电性及等电点、革兰氏染色的原理与步骤）；放线菌的菌丝体及菌落形态；兰细菌的细胞结构特点以及与水体富营养化有关的蓝细菌种属。真核微生物原生生物：一、原生动物的概念动物中最原始、最低等、结构最简单的单细胞动物。形体微小，在10-300微米之间，光学显微镜下可观察到。原生动物是单细胞真核微生物，无细胞壁，有细胞质、细胞膜，有分化的细胞器，细胞核具核膜。有独立生活的生命特征和生理功能，如摄食、营养、呼吸、排泄、生长、繁殖、运动及对刺激的反应等，均由相应的细胞器执行。胞口、胞咽、食物胞、吸管—摄食、消化、营养收集管、伸缩泡、胞肛—排泄鞭毛、纤毛、刚毛、伪足—运动和捕食眼点—感觉有的细胞器执行多种功能，如伪足、鞭毛、纤毛、刚毛既能执行运动功能，又能执行摄食功能，甚至还有感觉功能。分类：存在于水体中的主要有三个纲：鞭毛纲、肉足纲和纤毛纲，再加上一个吸管纲(现并入纤毛纲)。胞囊：当环境恶化时，原生动物先是身体变圆，鞭毛、纤毛等细胞器缩入体内，细胞水分从体内排出，并分泌一种胶状物质于体表，这些物质凝固成胞壳。胞壳分为两层，外层厚而突起，内层薄而透明。胞囊很容易随灰尘漂浮或被其他动物带到其他地方，胞囊遇到适宜环境胞壳破裂，恢复虫体形状。胞囊都是球状。一旦形成胞囊，就可判断污水处理不正常。后生动物：在水处理工作中常见的后生动物主要是形体微小的后生动物，主要有轮虫、线虫、寡毛虫、浮游甲壳动物、苔藓动物真菌种类：按照有性繁殖的方式：真菌分为5个亚门：鞭毛菌亚门、接合菌亚门、子囊菌亚门、担子菌亚门和半知菌亚门。鞭毛菌亚门的有性阶段产生卵孢子；接合菌亚门产生接合孢子；子囊菌亚门产生子囊孢子；担子菌亚门产生担孢子；半知菌亚门是一类无有性阶段或有性阶段未知的真菌。在生产实际中，经常把真菌按照其细胞形态分为：酵母菌霉菌伞菌原生生物在废水处理中的指示作用：二、以原生动物为指示生物据：不同种类的原生动物对环境条件的要求不同，对环境变化的敏感程度也不同，所以可以利用原生动物种群的生长情况，判断生物处理构筑物的运转情况及废水净化的效果。②优越性：用原生动物作为指示生物有两个优点：Ⅰ.观察容易原生动物的形体比细菌大得多，以低倍显微镜即可观察，因此以原生动物为指示生物是较为方便的。II.快速方便与水体富营养化有关藻类：水体富营养化与裸藻和甲藻有关污化系统

：多污带：以厌氧细菌、兼性细菌为主，还有变形虫、水蚯蚓。无鱼类、显花植物。α－中污带：细菌、蓝藻、绿藻、裸藻、游泳型纤毛虫、轮虫、水蚯蚓。

β－中污带：硅藻、绿藻、鼓藻、固着型纤毛虫，出现水生植物、轮虫、水蚤、昆虫。

寡污带：

金鱼藻、硅藻、黄藻、钟虫、旋轮虫、浮游甲壳动物、水生植物、鱼重点掌握：原生动物的细胞结构、分类及胞囊；微型后生动物的分类；真菌的种类；与水体富营养化有关的藻类；原生动物在废水处理中的指示作用；水体污化系统分为四个带（多污带、α-中污带、β-中污带、寡污带）、各带中相对应的特征微生物微生物的生理微生物酶结构与组成：组成：单成分酶:酶蛋白水解酶全酶：1）酶蛋白+有机物例：脱氢酶2）酶蛋白+有机物+金属离子例：丙酮酸脱氢酶3）酶蛋白+金属离子例：细胞色素氧化酶（辅助因子）结构：与所有的蛋白质一样，酶蛋白也是由氨基酸组成的。在生物体中的蛋白质，由20种氨基酸组成（极少例外）：Ala（丙氨酸）Arg（精氨酸）Asn（天门冬酰胺）Asp（天门冬氨酸）Cys（半胱氨酸）Gln（谷氨酰胺)Glu（谷氨酸）Gly（甘氨酸）His（组氨酸）Ile（异亮氨酸）Leu（亮氨酸）Lys（赖氨酸）Met（蛋氨酸）Phe（苯丙氨酸）Pro（脯氨酸）Ser（丝氨酸）Thr（苏氨酸）Trp（色氨酸）Tyr（酪氨酸）Val（缬氨酸）氨基酸之间通过肽键（-NH-CO-）连接成多肽链。多肽链之间或一条多肽链卷曲后相邻的基团之间通过氢键、盐键、酯键、疏水键、范德华引力及金属键等相连接，形成蛋白质的空间结构。一)一级结构：多肽链本身结构。指多肽链的氨基酸残基的排列顺序，也是蛋白质最基本的结构。它是由基因上遗传密码的排列顺序所决定的，各种氨基酸按遗传密码的顺序通过肽键连接起来。二）二级结构（secondarystructure）：二级结构是指多肽链借助于氢键沿一维方向排列成具有周期性的结构的构象，是多肽链局部的空间结构（构象），主要有α-螺旋、β-折叠、β-转角等几种形式，它们是构成蛋白质高级结构的基本要素。（三）三级结构（tertiarystructure）：三级结构主要针对球状蛋白质而言的，是指整条多肽链由二级结构元件构建成的总三维结构。蛋白质特定的空间构象是由氢键、离子键、偶极与偶极间的相互作用、疏水作用等作用力维持的，疏水作用是主要的作用力。有些蛋白质还涉及到二硫键。四）四级结构：由多个亚基形成。亚基：由一个或多个多肽链在三级结构的基础上形成的小单位。四级结构是指在亚基和亚基之间通过疏水作用等次级键结合成为有序排列的特定的空间结构。少数酶具有四级结构。酶的催化特性：1.酶具有催化剂共性A.酶是催化剂酶积极参与生物化学反应，加速反应速度，但不能改变反应平衡点，在反应前后无变化。（催化剂的一般特征）除极个别RNA为催化自身反应的酶外，其余所有的酶都是蛋白质。B.高效性反应速度是无酶催化或普通人造催化剂催化反应速度的106-1016倍；且绝无副反应；催化底物专一性结构专一性：绝对专一：只作用于唯一底物脲酶只能催化尿素水解为氨和二氧化碳。相对专一：可以作用于一类相似的底物。脂肪酶能催化含有酯键的脂质进行的水解反应。立体异构专一性：当底物具有立体异构体时，酶只能作用于其中的一种。旋光异构专一几何异构专一3.酶的催化作用条件温和：在常温、常压和近中性的水溶液中进行（生物体内环境）。4.酶对环境条件极为敏感：高温、强酸、强碱、重金属离子等会使酶丧失活性，由于酶是蛋白质，容易失活。3、米-门公式：v——反应速率；vmax——酶完全被底物饱和时的最大反应速率；[S]——底物浓度；Km——米氏常数，其含义是表示反应速率为最大速度一半时的底物浓度。Km值越小，表示酶与底物的反应越趋于完全；Km值越大，表明酶与底物的反应不完全。当底物浓度[S]=Km时，酶促反应速度正好等于最大反应速度的一半:微生物营养物和营养类型：从微生物的化学组成中，我们可以看到：1）微生物首先需要大量的水分；2）需要较多地供给构成有机物碳架和含氮物质的碳元素和氮元素；3）另外，还需要一些含P、Mg、K、Ca、Na、S等的盐类，及微量的Fe、Cu、Zn、Mn等元素。通常微生物的营养物质为5大类：水、碳源、氮源、无机盐、生长因子1.水水是微生物机体的组成部分，同时又是微生物代谢过程中必不可少的。它的作用体现在两方面：一是微生物机体的重要组成部分（机体组成成分）；二是保证各种生化反应的进行（作溶剂）。2.碳源和能源凡能供给微生物碳素营养的物质，称为碳源。碳源的主要作用:构成微生物细胞的含碳物质(碳架)供给微生物生长、繁殖及运动所需要的能量。从简单的无机碳化合物到复杂的有机含碳化合物，都可作为碳源。如各类有机物，少数微生物能以CO2或CO32-中的碳素为唯一的或主要的碳源。不同微生物对碳源的需求不尽相同，微生物最好的碳源是糖类，尤其是葡萄糖、蔗糖，它们最易被微生物吸收和利用。许多碳源可同时作能源。微生物细胞中的碳素含量相当高，占干物质质量的50%左右。可见，微生物对碳素的需求量最大。3.氮源凡是能被微生物用来构成菌体物质中或代谢产物中氮素来源的营养物质通常称为氮源物质。包括分子氮和含氮物质如NH3、尿素、（NH4)2SO4、NH4NO3、KNO3、NaNO3、氨基酸、蛋白质等。氮源的作用是提供微生物合成蛋白质的原料，一般不提供能量，少数例外，如硝化细菌可利用铵盐作为氮源和能源。常用的蛋白质类氮源包括蛋白胨、鱼粉、蚕蛹、黄豆饼粉、玉米浆、牛肉浸膏、酵母浸膏等4.无机盐是微生物生长必不可少的一类营养物质，它们为机体生长提供必需的金属元素，其生理作用有：构成细胞组分并维持细胞结构的稳定性构成酶的组分，维持酶的活性调节与维持细胞的渗透压平衡和控制细胞的氧化还原电位作为某些微生物生长的能源物质，如Fe、S微生物需要的无机盐有磷酸盐、硫酸盐、氯化物、碳酸盐、碳酸氢盐。这些无机盐中含有钾、钠、钙、镁、铁等元素，其中，微生物对磷和硫的需求量最大。此外，微生物还需要锌、锰、钴、铂、铜、硼、矾、镍等微量元素。5.生长因子（因素）指一些微生物维持正常生活所必需而需要量又不大的特殊营养物。包括：维生素，氨基酸，嘌呤、嘧啶等类物质。各种微生物对生长因素的要求不同。很多异养微生物及自养微生物具有合成生长因子的能力，所以，它们可以不必从外界环境中获取现成的生长因子。若微生物自己不能合成时，则必需供给生长因子。在20中氨基酸中，有8种是人体不能合成的，必须从外界获得，称为必需氨基酸：Tle（异亮氨酸）Leu（亮氨酸）Lys（赖氨酸）Met（蛋氨酸）Phe（苯丙氨酸）Thr（苏氨酸）Trp（色氨酸）Val（缬氨酸）另外His（组氨酸）婴儿不能合成，为必须氨基酸；人体合成精氨酸、组氨酸的能力不足以满足自身的需要，需要从食物中摄取一部分，称之为半必需氨基酸。营养类型：（1）

无机营养微生物也称无机自养。以CO2、CO和碳酸盐中的无机碳作为唯一碳源，利用光能和化学能合成复杂的有机物而不需要外界供给有机碳化物，因此也称自养型微生物。根据能量来源的不同，可分为光能自养型和化能自养型。①光能自养型微生物（photoautotroph）具有叶绿素或细菌叶绿素，通过光合磷酸化产生ATP，并还原二氧化碳合成细胞物质。蓝细菌：H2O+CO2→（CH2O）+O2↑绿硫菌、紫硫菌：2H2S+CO2→（CH2O）+H2O+2S②化能自养型微生物（chemoautotroph）不具光合色素不能进行光合作用，利用无机化合物氧化后释放的能量作为能源，利用H2、H2S、Fe2+或亚硝酸盐等使CO2还原成有机物。这类细菌有亚硝化细菌、硝化细菌、硫细菌、铁细菌、氢细菌等。（2）有机营养微生物即异养微生物，自身的酶系统不如自养型的完备，只能利用有机碳化物作为碳源和能源。根据它们利用的有机物的特性，又分为腐生型营养和寄生型营养两大类。腐生型利用无生命活性的有机物作为碳源，寄生型寄生在活细胞中。能异养微生物（photoheterotroph）不能以二氧化碳作为主要的或唯一碳源，以光为能源，以有机物为供氢体，还原CO2合成自身所需物质。例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将CO2还原成细胞物质，同时积累丙酮。②化能异养微生物（chemoheterotroph）目前已知的微生物大多为此类型，生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能，所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。有机物通常既是碳源也是能源.③混合营养微生物即兼性自养微生物，既可利用无机碳也可利用有机碳作为碳源，即兼性自养微生物。如氢单胞菌、贝日阿托氏菌、新型硫杆菌、反硝化硫杆菌等，上述细菌既可以S、H2S为能源，也可以低浓度的乙酸钠、葡萄糖等为能源和碳源。微生物往往首先利用现成的容易被吸收利用的有机物质.微生物的碳氮磷比：在实际中，主要是指碳氮比（或碳氮磷比）。如根瘤菌要求碳氮比为11.5:1，霉菌为9:1。在废水处理中，活性污泥中好氧微生物要求碳氮磷比为BOD5:N:P=100:5:1。厌氧微生物BOD5:N:P=200:5:1.微生物的培养基与类型培养基是人工配制的适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质，是按照各种微生物营养要求，将各种营养元素按一定比例配制而成的。在培养基中，应该含有微生物生长繁殖必需的营养条件，并且浓度比例合适。不同微生物的要求不同。不同的培养目的，所要求的营养物质也不同。分类：合成培养基：各成分是已知结构的纯化学物质，成分精确，重复性强，但价格相对昂贵，微生物生长较慢。一般适合在实验室使用。天然培养基：用天然有机物配制而成，如肉汁、酵母浸汁、玉米粉、牛奶、血清等。比较经济，适宜在生产上大规模培养和生产。复合培养基：天然有机物和无机化合物配制按培养基的物理性状可分为：液体培养基：不加凝固剂。用于实验室及微生物大规模的工业生产。半固体培养基：含少量（0.3－0.5％）凝固剂。固体培养基：含较多（1.5－2.0％）凝固剂。用于菌种分离纯化、鉴定、选种等。常用的凝固剂有琼脂、硅胶。硅胶适宜用于分离与培养自养型微生物。实验室中，固体培养基常常被做成平板和斜面的形式，适合于不同的培养方式。3、按培养基对微生物的功能和用途分类基础培养基牛肉膏+蛋白胨+NaCl，pH偏碱性，大多数微生物都可生长选择培养基是根据某种或某一类群微生物的特殊营养需要或对某种化合物的敏感性不同而设计出来的一类培养基。加入某种化合物，可以从微生物群体中分离出抗此化合物的微生物鉴别培养基指在普通培养基里加入某种试剂或化学药品的培养基，某种微生物生长后可以产生某种代谢产物，与培养基中的特定试剂或化学药品起反应，产生某种明显的特征性变化，由此可将此种微生物与其他微生物分别开。伊红-亚甲蓝（EMB）培养基（加有乳糖）E.Coli.菌落：呈紫黑色，有金属光泽；克雷伯氏菌：绿色或深红色，湿润光亮柠檬酸盐杆菌：中心呈深蓝色，外圈透明；产气肠杆菌：紫绿色→是否有肠道致病菌加富（富集）培养基对于样品中细菌数量少，或者对营养要求比较苛刻不易培养出来，故加入特别的物质或成分促使微生物快速生长，这类培养基称为加富培养基。所用的物质是比较特殊的碳源和氮源。如在普通培养基中加入血、血清、动物（或植物）组织液或其他营养物质（或生长因子），用来培养数量少或营养要求苛刻的某种或某类菌。7、EMP途径：（1）不涉及氧化还原的预备性反应：葡萄糖（C6H12O6）→→→3-磷酸甘油醛（2）有氧化还原反应：→→丙酮酸（CH3COCOOH）→乙醛（CH3CHO）+CO2通过底物磷酸化，得到ATP。TCA循环（PPT没有，见书）8、电子传递过程中的能量产生：：微生物呼吸类型：发酵、好氧呼吸、无氧呼吸ATP生成方式：有氧化还原反应：→→丙酮酸（CH3COCOOH）→乙醛（CH3CHO）+CO2通过底物磷酸化，得到ATP。在好氧呼吸中，由EMP和TCA产生的H(NADH+H+和FADH2)，通过电子传递体系(呼吸链)，最终到达分子氧，形成水。在这一传递过程中，产生ATP。（称为氧化磷酸化）重点掌握：微生物酶的结构与组成、酶的催化特性、米-门公式的形式与意义；微生物的营养物与营养类型、微生物所需的碳氮磷比；微生物的培养基及其类型；微生物产能代谢过程中EMP代谢途径、TCA循环、电子传递过程中的能量的产生；微生物的呼吸类型、ATP的生成方式。微生物的生长繁殖与生存因子1连续培养与分批培养的特点连续培养的特点：基质过量，微生物始终以最有速率进行生长，并可在允许范围内控制不同的菌体密度，维持营养成分的亚适量，控制微生物生长速率，菌体生长速率恒定，菌体均一，密度恒定，产量低于最高菌体产量，微生物细胞的产物均处于恒定状态，可达到稳定高速培养微生物细胞或产生大量的代谢产物的目的分配培养的特点：营养物质一起加入，根据产品营养消耗和低物的富集完成发酵，菌体各种代谢产物数目与营养物质的数目呈负相关性2微生物的纯培养方式3细菌的生长曲线各阶段的特点及其在废水生物处理中的应用细菌的生长曲线可细分为6个时期：停滞期(适应期)、加速期、对数期、减速期、静止期及衰亡期。由于加速期和减速期历时都很短，可把加速期并入停滞期，把减速期并入静止期。因此细菌的生长繁殖可粗分为4个时期迟缓期：又叫调整期。细菌接种至培养基后，对新环境有一个短暂适应过程（不适应者可因转种而死亡）。此期曲线平坦稳定，因为细菌繁殖极少。迟缓期长短因素种、接种菌量、菌龄以及营养物质等不同而异，一般为1～4小时。此期中细菌体积增大，代谢活跃，为细菌的分裂增殖合成、储备充足的酶、能量及中间代谢产物。生物制药中常通过加入酶激活剂如镁离子等缩短迟缓期。对数期：又称指数期。此期生长曲线上活菌数直线上升。细菌以稳定的几何级数极快增长，可持续几小时至几天不等（视培养条件及细菌代时而异）。此期细菌形态、染色、生物活性都很典型，对外界环境因素的作用敏感，因此研究细菌性状以此期细菌最好。抗生素作用，对该时期的细菌效果最佳。稳定期：该期的生长菌群总数处于平坦阶段，但细菌群体活力变化较大。由于培养基中营养物质消耗、毒性产物（有机酸、H2O2等）积累pH下降等不利因素的影响，细菌繁殖速度渐趋下降，相对细菌死亡数开始逐渐增加，此期细菌增殖数与死亡数渐趋平衡。细菌形态、染色、生物活性可出现改变，并产生相应的代谢产物如外毒素、内毒素、抗生素、以及芽胞等。衰亡期：随着稳定期发展，细菌繁殖越来越慢，死亡菌数明显增多。活菌数与培养时间呈反比关系，此期细菌变长肿胀或畸形衰变，甚至菌体自溶，难以辨认其形。生理代谢活动趋于停滞。故陈旧培养物上难以鉴别细菌。4微生物生长量的测定方法：个体计数法，重量法，生理指标法可根据菌体细胞量、菌体体积、重量直接测定，也可以根据某种细胞物质的含量或某个代谢活动速度间接测定。5微生物的生长因子，极端的温度、pH条件对微生物的影响,消毒与灭菌。微生物除需要营养外，还需要合适的环境生存因子。如果环境因子不正常，会造成微生物生命活动不正常，甚至变异或死亡。主要环境因子包括温度、pH值、氧化还原电位、溶解氧、渗透压及活度等。极端pH对于微生物的影响：过高或过低的pH对于微生物的影响影响蛋白质的解离，从而影响细胞表面的电荷，影响营养物质的吸收；影响营养物质的离子化，影响其进入细胞；影响酶的活性；降低抗热性。消毒是用物理、化学因素杀死致病菌，或是杀死所有微生物的营养细胞或一部分芽孢。方法有巴斯德消毒法和煮沸消毒法两种。灭菌是通过超高温或其他的物理、化学因素将所有的微生物的营养细胞和所有的芽孢或孢子全部杀死。灭菌的方法有干热灭菌法和湿热灭菌法。湿热灭菌法比干热灭菌法优越，因为湿热的穿透力和热传导都比干热的强，湿热时微生物吸收高温水分，菌体蛋白易凝固变性，所以灭菌效果好。重点掌握：连续培养与分批培养的特点；微生物的纯培养方式；细菌的生长曲线各阶段的特点及其在废水生物处理中的应用；微生物生长量的测定方法；微生物的生长因子；极端的温度、pH条件对微生物的影响,消毒与灭菌。微生物的遗传与变异DNA概念：脱氧核糖核酸又称去氧核糖核酸，是一种生物大分子，可组成遗传指令，引导生物发育与生命机能运作。主要功能是信息储存。其中包含的指令，是建构细胞内其他的化合物，如蛋白质与核糖核酸所需。带有蛋白质编码的DNA片段称为基因。DNA结构：DNA由两条多个核苷酸组成的链配对而成，两条链彼此互补，以右手螺旋的方式围绕一根主轴而互相盘绕形成。四种碱基A（腺嘌呤）、T（胸腺嘧啶）、G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶）相互配对。A～T,G～C互相间通过氢键连接。3、DNA的复制——半保留复制为确保微生物体内DNA碱基顺序精确不变，保证微生物的所有属性都得到遗传，则在细胞分裂之前，DNA必须十分精确地进行复制。DNA具有独特的半保留式自我复制能力，确保DNA复制精确，并保证一切生物遗传性的相对稳定。以亲代DNA分子的两条链为模板合成各自的互补链，形成两个子代的DNA分子的过程称为复制，这个过程是半保留复制。即合成新的DNA分子时，子代DNA的一条链来自亲代，另一条链为新合成的互补链。4、DNA变性DNA的双螺旋由氢键维持，当天然双螺旋DNA受热或其他因素作用下，两条链之间的结合力被破坏而分开成为单链DNA，即称为DNA变性。5、微生物的遗传亲代的性状在子代表现出来，使子代与亲代有相似的现象，叫遗传。从分子水平上讲，遗传就是遗传信息的复制和表达。遗传即是生物的保守性——像。6、变异亲代与子代及子代各个体之间，无论在形态结构和生理机能方面，总会有差异，这种同类型不同个体之间的差异称为变异。从分子水平讲，是遗传信息发生了变化。变化——不像。遗传和变异是生物体最本质的属性之一7、中心法则贮存在细胞生物和非细胞生物DNA上的遗传信息都通过DNA转录为RNA，将遗传信息传给后代，并通过RNA的中间作用指导蛋白质的合成(图6-5)。只含RNA的病毒的遗传信息贮存在RNA上，通过反转录酶的作用由RNA转录为DNA，这叫反向转录。从而将遗传信息传给后代。这些DNA的复制和遗传信息传递的基本规则，称为分子遗传学的中心法则。8、RNARNA（核糖核酸）和DNA很相似，不同的是以核糖代替脱氧核糖，以尿嘧啶(U)代替胸腺嘧啶(T)。RNA分子的主要生物功能是参与蛋白质的生物合成，可分为tRNA、rRNA、mRNA和反义RNA，都由DNA转录而来。9、蛋白质合成过程;微生物生长的主要活动是蛋白质的合成，同化的碳和消耗的能量80-90%直接或间接用于蛋白质的合成。DNA的复制合成和RNA的复制合成最终目的在于蛋白质的合成。蛋白质合成的过程：DNA复制：相应的DNA链进行自我复制转录mRNA：由DNA转录成mRNA，同时也转录成其它几种RNA；翻译：由tRNA完成蛋白质的合成：合成多肽，最终生成具有特定功能的蛋白质。10、基因工程技术在环境保护中的作用基因工程是指在基因水平上的遗传工程，又叫基因剪接或DNA体外重组。通过人工方法将某一供体生物的DNA提取出来，在离体条件下，通过限制性内切酶将DNA切割成带有目的基因的DNA片段，再用DNA酶把它和质粒（载体）的DNA分子在体外连接重组，然后将重组体导入目标受体细胞中，通过在受体中的复制、扩增和表达，进一步筛选、分离和提纯，得到新品种。11、PCR技术在环境保护中的应用PCR(DNA缩合酶链反应)的原理和操作：加热变性：将待扩增的DNA置于94-95度高温水浴中加热退火：将加热变性的单链DNA溶液的温度缓慢下降至55度，引物DNA碱基与单链模板DNA配对延伸：冷至延伸温度时，加入TaqDNA聚合酶反应1min变性→复性→延伸，反复25-30次。将扩增产物进行琼脂糖凝胶电泳并观察。重点掌握：DNA的概念、结构、复制与变性；DNA的半保留复制；微生物的遗传与变异的概念；RNA；蛋白质合成过程；分子遗传学的中心法则。基因工程和PCR技术在环境工程中的应用。微生物在环境物质循环中的作用1碳循环（淀粉的转化、脂肪的转化）淀粉的转化:淀粉分直链和支链两类。是由葡萄糖分子脱水缩合，以α-D-1,4葡萄糖苷键（不分支）或α-1,6键结合（分支）而成。广泛存在于植物种子和果实中。淀粉也是人类获取的主要食物来源之一。污染来源：淀粉厂、酒厂、其他食品工业等。作用微生物：细菌（如枯草杆菌）和霉菌（如青霉、曲霉等）脂肪的转化:饱和脂肪酸+甘油→在常温下为固态，称为脂。不饱和脂肪酸+甘油→在常温下为液态，称为油。废水来源：毛纺厂、油脂厂、制革厂等作用微生物：脂肪是比较稳定的化合物，但仍有微生物可以降解它。如细菌中的荧光杆菌、绿脓杆菌、灵杆菌等，真菌中的青霉、白地霉、曲霉、镰刀霉及解脂假丝酵母等，某些放线菌和分岐杆菌。分解过程：脂肪+3H2O——→甘油+3高级脂肪酸甘油——→α-磷酸甘油——→磷酸二羟丙酮——→丙酮酸，进入TCA循环脂肪酸：通过β氧化途径得到氧化。从脂肪酸上断下一个个的乙酰辅酶A，进入TCA环，每次2个碳原子，直到全部转化。如果是奇数的脂肪酸，最后还有丙酸。在脂肪的降解过程中，能产生大量的能量。如以18个碳原子的硬脂酸为例，1mol硬脂酰辅酶A每经一次β氧化作用，产生1mol乙酰辅酶A，1molFADH2及1molNADH2。经8次β氧化可得到9mol的乙酰辅酶A8molFADH28molNADH2每mol乙酰辅酶A经TCA得到12ATP,1molFADH2可得到2ATP,1molNADH2可得到3ATP，除去开始时消耗的1ATP，9×12+8×2+8×3-1=147molATP。每mol甘油经EMP、TCA循环生成1molFADH2及6molNADH2及2molATP。1×2+6×3+2=22molATP。硬脂酸甘油脂分子量890.83.2脂肪酸的β降解途径3氮循环（氨化作用、硝化作用、反硝化作用、蛋白质的水解及氨基酸的转化）：一）蛋白质水解与氨基酸转化1．蛋白质的水解：蛋白质是生物细胞的主要成分，由许多氨基酸连接而成（几—几百万的分子量）。蛋白质的分解，首先也是水解，才能进入微生物细胞内。

蛋白酶蛋白酶蛋白酶肽酶蛋白质—→（月示）—→胨—→肽—→氨基酸能够分解蛋白质的微生物很多，细菌、真菌、放线菌等。氨基酸转化（1）脱氨：氨化作用：有机氮化合物在脱氮微生物的作用下脱氨基产生氨。例如：氨基酸—→不含氮的有机物（酸）+NH3经脱氨基后形成的有机酸和脂肪酸，在微生物的作用下继续分解。β-氧化→三羧酸循环脱羧：氨基酸脱去羧酸基（CO2），产生胺。多由腐败细菌和霉菌引起，二元胺对人有毒。胺是合成细胞成分的重要的起始物，尤其使诸如NAD等辅酶的合成。例如：CH3CHNH2COOH(丙氨酸)→CH3CH2NH2(乙胺)+CO2H2N(CH2)4CHNH2COOH赖氨酸→H2N(CH2)5NH2尸胺尿素的氨化尿酶CO(NH2)2+2H2O—→(NH4)2CO3—→2NH3+CO2+H2O在有氧的条件下，经亚硝酸细菌和硝酸细菌的作用，氨转化成硝酸。（消耗溶解氧）氨化作用：有机氮化合物在氨化微生物的脱氨基作用下产生氨。微生物：梭状芽孢杆菌。三）硝化作用：氨基酸脱下的氨，在有氧条件下，经亚硝酸细菌和亚硝酸细菌的作用转化为硝酸。微生物：亚硝酸单胞菌属、亚硝酸球菌属、亚硝酸螺菌属、亚硝酸叶菌属、亚硝酸弧菌属、硝化杆菌属、硝化杆球属。硝化分二步进行：2NH3+3O2—→2HNO2+2H2O+619KJ2HNO2+O2—→2HNO3+201KJ（硝酸细菌）（亚硝酸细菌）亚硝酸细菌和硝酸细菌是好氧的，世代时间很长（从十几小时到几天）。反硝化作用：兼性厌氧的硝酸盐还原细菌将硝酸盐还原成氮气。微生物：施式假单胞菌，脱氮假单胞菌，荧光假单胞菌，紫色杆菌，脱氮色杆菌。固氮作用：在固氮微生物的固氮没催化作用下，把分子氮转化为氨，进而合成有机氮化合物。微生物：根瘤菌、园褐固氮菌、黄色固氮菌、拜叶林克氏菌属、万氏固氮菌。发生反硝化的条件是：硝酸盐存在（提供电子受体）、有机物存在（提供能量）缺氧。反应过程，有三种结果：HNO3——→NH3HNO3——→N2HNO3——→HNO2环境工程最关心的反硝化作用：在缺氧条件下，硝酸盐被还原为氮气的过程。在环境工程中，涉及反硝化作用的主要是：NO3-→N2反硝化作用的意义：土壤中发生反硝化作用，会降低土壤的肥力；污水生物处理的二沉池中发生反硝化作用，产生的氮气会把池底的沉淀污泥带上浮起，影响出水水质；利用反硝化作用，可以去除水中的氮（生物脱氮）4硫化作用硫化作用，也称无机硫的氧化作用，它是在有氧条件下，通过硫细菌的作用将硫化氢转化为元素硫，再进而氧化成硫酸的过程。参与硫化作用的微生物有硫化细菌和硫磺细菌。硫化细菌一般在细胞外积累硫。硫磺细菌一般将硫粒积累在细胞内（也有在细胞外的）的细菌。5反硫化作用及其危害：反硫化作用：当环境条件处于缺氧状态时，硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐和次亚硫酸盐在微生物的作用下，还原成硫化氢，这个过程称为反硫化作用（或