环境工程微生物学重点.docx

作业部分：作业1叙述革兰氏染色的机制和步骤。答：1884年丹麦细菌学家Christain Gram创立了革兰氏染色法。将一大类细菌染上色，而另一类染不上色，一边将两大类细菌分开，作为分类鉴定重要的第一步。革兰氏染色的机制有如下两点：（1）革兰氏染色与细菌等电点有关系：革兰氏阳性菌带的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，两者的等电点均得到降低，但革兰氏阳性菌的等电点降低得多，故与草酸铵结晶紫结合得更牢固，对乙醇脱色的抵抗力更强。草酸铵结晶紫、碘碘化钾复合物不被乙醇提取，菌体呈紫色。而革兰氏阴性菌与草酸铵结晶紫的结合力弱，草酸铵结晶紫、碘碘化钾复合物很容易被乙醇提取而使菌体呈无色。（2）革兰氏染色与细胞壁有关系：革兰氏阳性菌的脂质含量很低，肽聚糖的含量高。阴性菌相反，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，乙醇很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，仍呈现紫色。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用中型脱色剂如乙醇或丙酮酸脱色，革兰氏阳性菌不被褪色而呈紫色。革兰氏阴性菌被褪色而成无色5用蕃红染液复染1min，格兰仕阳性菌仍呈紫色，革兰氏阴性菌则呈现红色。革兰氏阳性菌和格兰仕阴性菌即被区分开。何谓细菌菌落？细菌有哪些培养特征？掌握这些知识有何实践意义？答：细菌菌落就是由一个细菌繁殖起来的，有无数细菌组成具有一定形态特征的细菌集团。培养特征：a在固体培养基上的培养特征就是菌落特征。b在明胶培养基上的培养特征就是将不停形态的溶菌区，依据这些不同形态的溶菌区或溶菌与否可将细菌进行分类。c在半固体培养集中的培养特征：呈现出各种生长状态，根据细菌的生长状态判断细菌的呼吸类型和鞭毛有无，能否运动。d在液体培养基中的培养特征：根据细菌的属和种的特征的不同长成不同的生长状态。 掌握这些知识可以用来鉴定细菌的呼吸类型和运动性。作业21简述土壤石油烃污染微生物修复的各种类型答：目前，石油烃类污染的土壤，其生物修复技术主要有两类：一类是微生物修复技术，按修复的地点又可分为原位微生物修复和异位生物修复；另一类是植物修复法。微生物修复法：（1）原位生物修复：是将受污染土壤在原地处理。土壤基本不被搅动，对土壤的水饱和区加入营养盐、氧源；注入微生物以提高生物降解的能力。在污染区原地钻一组抽水井，用抽水泵抽取地下水，使地下水呈流动状态，促使微生物和营养物均匀分布。地下水经过46月处理后，恢复到原来水平，加入土壤改良剂，地下水就可循环使用。(2).异位微生物修复:a.现场处理法，以土壤耕作方式处理污染土壤，将含污染物的土壤施在未污染的土地上，通过施肥、灌溉和加石灰等措施，进行耕作翻土以改善土壤的通气状况，保持最合适氧量，水分和PH依赖“土著”微生物的作用，降解施在涂层中的污染物。为提高处理效果，可投加驯化的微生物增强降解作用。b.预制床（挖掘推置法）：事先挖掘一定形状的规模的预制床（类似固体废物的填埋），铺设滤液收集管道，水循环管道系统和排水系统，在预制床的底部铺上渗透性低的物质，再将污染土壤转移到预制床上，通过施肥，灌溉，调剂PH,适当添加表面活性剂，再加入微生物降解其中的污染物。c堆置处理法：污染土壤的堆置处理有类似有机固体废物的堆肥。选适当地点建造堆置处理场，为了防止污染物向地下水或更大的地域扩散需铺设防渗漏底层，并铺设通风管道，然后将受污染的土壤从污染地区挖掘起来，运送到处理场堆放，可堆成条堆形，两边铺成上升的斜坡，以自然通风方式进行生物处理。d.生物反应器法：将污染土壤置于一专门的反应器中处理，有间歇式和连续式两种，生物反应器可建在现场或特定的处理区，它的处理过程：先将污染土壤挖出，以土水比1：2的比例与水混合为泥浆，然后转送如反应器内。加入驯化的微生物、营养盐及表面活性剂以提高降解速率，温度控制在20-25度，并通空气，其内有搅拌装置，可使土壤、微生物等充分混合，因而处理速度较快，效果好。e.厌氧生物修复法例如土壤泥浆反应器中，在投加厌氧颗粒污泥的条件下修复芳香烃污染的土壤。又如利用土壤泥浆中“土著”厌氧微生物对五氯酚（PCP）厌氧还原脱氯作用，将含五氯酚浓度为30MG/KG的模拟污染土壤进行处理，经28D运行，PCP的平均降解速率为0.258mg/kg土壤泥浆反应器在厌氧操作条件下对pcp的降解速率大于好氧条件，而且pcp降解速率随颗粒污染投加量的增加而增大。（注意看清题目）（2）植物修复技术：植物对污染物的去除起着直接和间接的作用。土壤有机污染物的植物修复技术的机理是：利用植物体对某些污染物的超强吸附、积累，对某些污染物的植物代谢、转化和矿化，植物根吸收、根分泌物与根际、根系微生物对污染物代谢、转化与矿化，两者的共代谢增强降解污染物的活性，加速土壤污染物降解的过程。污染物土壤 的植物修复技术包括植物提取、植物降解和植物稳定化3种。植物提取是利用植物吸收积累污染物，待收获后再进行处理。其处理方法有：热处理、微生物处理和化学处理。植物降解是利用植物根系吸收、根际和根系微生物将污染物转化为无毒物质。植物稳定化是在植物的根系和土壤的共同作用下，将污染物固定，以减少其对生物与环境的危害。2简述土壤重金属污染植物修复技术的优缺点答: 植物修复技术的优缺点,植物修复技术作为一种新兴的修复技术， 相对于传统的方法有不可替代的优势。 主要表现为投资少、成本低、经济盈利、对土壤环境扰动小、治理效果永久、不破坏场地结构、不 引起二次污染、美化景观、重金属可再循环和部分回收、应用面积大、后期处理简易等方面，它还具有提高土壤通气效率及减少表面土壤侵蚀等间接效果。 但是植物修复技术也有其局限性。由于自然界中超累积植物种属稀少，人们从野外筛选的超富集植物生物量普遍较低、个体矮小、生长缓慢，且受气候、土壤等地域环境条件的限制，导致修复治理效率低、周期长，制约了大规模的应用，难于满足商业要求。超富集植物修复重金属污染土地耗时太长、修复范围仅能局限在植物根系所能延伸的范围、对重金属具有一定的选择性， 用一种超富集植物难以全面清除土壤中的所有污染物， 因而经济上并不一定很合理。目前金属污染土壤的植物修复技术还处于田间试验与示范阶段，对所产生的信息 也尚未进行系统评价，还需更多的田间结果来支撑这种技术的研究和发展。作业31叙述好养活性污泥净化污（废）水的机理答：好氧活性污泥的净化作用类似于水处理工程中混凝剂的作用，它能絮凝有机和无机固体污染物。它能同时吸收和分解水中溶解性污染物，因为它是由有生命的微生物组成，能自我繁殖，有生物”活性“，可以连续反复使用。活性污泥绒粒中微生物之间的关系是食物链的关系，好氧活性污泥绒粒吸附和生物降解进程像“拉力赛”，其中过程分三步，第一步在有氧的条件下，活性污泥绒粒中的絮凝性微生物吸附污水中的有机物，同时，微生物合成自身细胞。污水中的溶解性有机物直接被细菌吸收，在细菌体内氧化分解，其中代谢产物被另一群细菌吸收，进而无机化，第三步是原生动物和微型生后生动物叫收或吞食未分解彻底有机物及游离细菌。2如何控制活性污泥丝状膨胀答：解决活生污泥丝状膨胀的问题，其根本是要控制引起丝状细菌过度生长的具体环境因子。实际运行过程中，进水的温度和进水中可溶性有机物一般是不可控制的，而溶解氧和有机负荷可控制，改革工艺，改进曝气的性能是控制污泥丝状膨胀的有效办法。1. 控溶解氧曝气池内的溶解氧浓度由供氧和耗氧之间的平衡所快定，相关系数为氧的总转移系数K 如前所述，溶解浓度必须控制在2mg/L以上。根据水温的变化改变MLSS浓度和曝气池的K值，可以求出在保持溶解氧浓度为2mg/L的条件下，曝气池不同温度的供氧量，求出不同温度下活性污泥的耗氧速率。由以上两者可求出溶解氧2mg/l条件下曝气池不同浓度的MLSS。将求得的MLSS作为生产装置的管理目标，但在实践中，这是很难做到的。2. 控制有机负荷活性污泥保持正常状态，BOD5污泥负荷在0.2-0.3kg为宜。有资料报道BOD5污泥负荷高 作业41 简述污水脱氮除磷的原理答：脱氮是先利用好氧段经消化作用，由亚硝化细菌和硝化细菌的协同作用，将NH3转化为NO2-N和NO3-N。再利用缺氧段经反硝化细菌将NO-2_N（经反亚硝化）和NO-3_N（经反硝化）还原为氮气，溢出水面释放到大气，参与自然界氮的循环，水中含氮物质大量减少，降低出水的潜在危险性。除磷是某些微生物在好氧时不仅能大量吸收磷酸盐（PO3-4）合成自身核酸和ATP，而且能逆浓度梯度过量吸磷合成储能的多聚磷酸盐颗粒于体内，供其内源呼吸用，这些细菌称为聚磷菌。聚磷菌在厌氧时又能释放磷酸盐于体外。故可创造厌氧，缺氧和好氧环境，让聚磷菌先在含磷污水中厌氧放磷，然后在好氧条件下充分的过量吸磷，然后通过排泥从污水中除去部分磷，可以达到减少污水中磷过量的目的。2 简述人工湿地处理污水的原理答：投放到人工混地的污水被着生在基质中的水生植物根系吸收，由于根际和根面发生着丰富，多种多样的生物化学作用，将污水中的有机污染物降解，无机化释放出来的二氧化碳被植物吸收进行光合作用，有水作供氢体，还原二氧化碳合成有机物，构成自身细胞，放出的氧气供其自身根系的呼吸和根际中的好氧微生物分解有机物所需，有机物被好氧微生物分解，矿化成的无机物由植物根系吸收，再经过土壤，沙石的过滤作用，最终使水质得到净化。人工混地实际是利用基质-微生物-植物的复合生态系统的物理，化学和生物的三重协调作用，通过过滤，吸附，沉淀，离子交换，植物吸收和微生物分解等机制共同使污水高效净化。（微生物特点P9）【（一）个体极小，（二）分布广，种类繁多，（三）繁殖快，（四）易变异。】 数字式 前后篇都有后篇居多富营养化判断标准P264 （书上内容）目前表示水体富营养化的指标是：水体中无机氮含量超过0.20.3mg/L，生化需氧量大于10mg/L，总磷含量大于0.010.02mg/L，pH为79的淡水中细菌总数每毫升超过10104（100000）个，表征藻类数量的叶绿素a含量大于10ug/L。一般认为：水体中无机氮为300mg/m3、总磷为20mg/m3以上时，水体会发生富营养化。 1mol葡萄糖完全氧化产生38 mol ATP P142（另外看一下乙醇发酵 2 mol ATP P138-139和好氧呼吸 8 mol ATP P142）活性污泥发生膨胀 SVI 200 ml/g P309【（书上内容）曝气池中的混合液悬浮固体（MLSS）的SV30为70%80%，SVI一般在50150mL/g,以100ml/g左右最好。若SVI在200ml/g以上就标志着活性污泥发生膨胀。】另外个人觉得填空会出的有：第一篇：病毒繁殖过程P17以大肠杆菌T系偶数噬菌体为例有：吸附、侵入、复制与聚集、释放。 细菌物化特征P52【（一）细菌表面电荷和等电点，（二）细菌染色原理及染色方法，(三)细菌悬液的稳定性，(四)细菌悬液的浑浊度，(五)细菌的多相胶体性质，(六)细菌的比表面积，(七)细菌的密度和重量】 酶的催化特性P110【书上内容：1.酶具有一般催化剂的共性；2.酶的催化作用具有高度的专一性；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。】影响酶促反应速率的因素P115【书上内容：（1）酶的浓度对酶促反应速率的影响；（2）底物浓度对酶促反应速率的影响；（3）温度对酶促反应速率的影响；（4）pH对酶促反应速率的影响；（5）激活剂对酶促反应速率的影响；（6）抑制剂对酶促反应速率的影响】微生物要求的营养物P120【微生物要求的营养物质有水、碳素营养源、氮素营养源、无机盐、生长因子等】碳氮磷比P126【根瘤菌要求碳氮比为11.5：1，固氮菌要求碳氮比为27.6:1，霉菌要求碳氮比为9:1，土壤中微生物混合群体要求碳氮比为25：1，污(废)水生物处理中好氧微生物群体(活性污泥)要求为BOD5：N：P100：5：1，厌氧消化污泥中的厌氧微生物群体要求BOD5：N：P100：6：1。有机固体废弃物堆肥发酵要求碳氮比为30:1，碳磷比为（75100）：1。为了保证污(废)水(有机固体废物）生物处理要按碳氮磷比配给营养。】营养物进入微生物细胞的方式P130【（1）单纯扩散（二）促进扩散（三）主动运输（四）基团转位】生物氧化类型P137【一、发酵；二、好氧呼吸；3、无氧呼吸】细菌的生长繁殖时期P165【停滞期、对数期、静止期、衰亡期】生存因子P174【微生物需要环境中合适的生存因子，例如：一、温度；二、pH；三、氧化还原电位；四、溶解氧；五、太阳辐射；六、活度与渗透压；七、表面张力。】其它不利环境因子P186【一、紫外辐射和电离辐射对微生物的影响（一）紫外辐射的影响，（二) 电离辐射的影响；二、超声波对微生物的影响；三、重金属对微生物的影响；四、极端温度对微生物的影响；五、极端pH对微生物的影响；六、干燥对微生物的影响；七、一些有机物对微生物的影响；八、抗生素对微生物的影响】微生物与微生物之间的关系P195【一竞争关系；二原始合作关系；三共生关系四偏害关系；五捕食关系；六寄生关系】第二篇：生态系统基本组成P239【生态系统有4个基本组成：环境、生产者、消费者及分解或转化者。生态系统是在一定时间和空间范围内由生物（包括动物、植物和微生物的个体、种群、群落）与它们的生境（包括光、水、土壤、空气及其他生物因子）通过能量流动和物质循环所组成的一个自然体，简称生态系，可用公式表示：生态系统=生物群落+环境条件】生态系统主要功能P240【生物生产、能量流动、物质循环和信息传递】水中微生物的来源P255 【水体中固有的微生物、来自土壤的微生物、来自生产和生活的微生物、来自空气的微生物】城市污水和工业废水处理的MLSS P299 【在一般的城市污水处理中，MLVSS与MLSS的比值以0.70.8为宜。MLSS保持在20003000mg/L。工业废水生物处理中，MLSS保持在3000mg/L。高浓度工业废水生物处理的MLSS保持在30005000mg/L。】SV30达50%和SVI 100mL/g P305 【曝气池混合液在1L量筒中30min的体积沉降比(SV30)达50%以上，污泥体积指数(SVI)在100mL/g】活性污泥丝状膨胀原因P312活性污泥丝状膨胀的成因有环境因素和微生物因素。主导因素是丝状微生物过度生长，环境因素促进丝状微生物过度生长。包括：温度、溶解氧、可溶性有机物及其种类、有机物浓度（或有机负荷）等。甲烷发酵阶段P316【（来自网上）甲烷发酵理论与机制 :第一阶段：有机酸的产生(水解和发酵性细菌群将复杂有机物转化成有机酸)；第二阶段：乙酸和氢气的产生（细菌群进一步把第一阶段的产物分解为乙酸和氢气，只有少数微生物被分离出来）；第三阶段：甲烷的产生（一组将H2和CO2合成CH4或CO和H2合成CH4；另一组将乙酸脱羧生成CH4和CO2；或利用甲酸、甲醇、及甲基胺裂解为CH4。）；第四阶段：同型产乙酸阶段（同型产乙酸细菌将H2和CO2转化为乙酸的过程，称为同型产乙酸阶段）；甲烷是由甲基直接形成的，甲烷也可由CO2还原形成（C14示踪发证明）】人工湿地各组成及功能P340一、基质，二、湿地水深植物，三、人工湿地根际和根面微生物水的消毒方法P343 【水的消毒方法有煮沸法、加氯消毒、臭氧消毒、过氧化氢消毒、紫外辐射消毒、微电解消毒等。】生长因子定义与生存因子生存因子：微生物需要环境中合适的生存因子，例如：一、温度；二、pH；三、氧化还原电位；四、溶解氧；五、太阳辐射；六、活度与渗透压；七、表面张力。生长因子：通常指那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物。分为维生素、氨基酸与嘌呤与嘧啶三大类，包括维生物，氨基酸及碱基等。绪论五、微生物在生物界中的分类地位*（国力部分）绪论微生物定义：一切肉眼看不到或看不清楚的微小生物的总称。它们是一些个体微小，构造简单的低等生物。直径1mm（0.1mm)的生物都是微生物生物分类单元：分类单元-域、界、门、纲、目、科、属、种。生物分类的基本单元是种。种以下可再分为亚种、变种、型和菌株等微生物命名-双名法： 1.学名=属名+种名+（首次定名人）+现定名人+定名年份例如 Pseudomonas aeruginosa (Schroeter) Migula 1920铜绿假单胞菌 1920年由Migula定名 2.学名=属名+种名+菌株（用字母、符号等字形表示）例如 Bacillus subtilis AS 1.398 枯草杆菌中能生产蛋白酶的一株菌株 3.学名=属名+sp.(或spp.) 只鉴定到属名，对具体的种，不能肯定。sp.（单数）或spp.（复数）表示未定种的含义。v微生物种类：1.非细胞形态的微生物病毒（植物病毒、动物病毒、细菌病毒等）、类病毒、朊病毒、拟病毒等2.细胞形态的微生物2.1原核微生物细菌、古菌、放线菌、蓝细菌、支原体、衣原体、立克次氏体、螺旋体2.2真核微生物藻类、真菌（酵母菌、霉菌、伞菌）、原生动物、微型后生动物病毒v 病毒定义：病毒是一类超显微的非细胞生物，每一种病毒只含有一种核酸；它们只能在活细胞内营专性寄生，靠其宿主代谢系统的协助来复制核酸、合成蛋白质等组分，然后再进行装配而得以增殖；在离体条件下，它们能以无生命的化学大分子状态长期存在并保持其侵染活性v病毒特点：v1.形体极其微小，必须在电子显微镜下才能观察，一般都可通过细菌滤器；v2.没有细胞构造，故也称分子生物；v3.其主要成分仅有核酸和蛋白质两种；4.每一种病毒只有一种核酸，不是DNA就是RNA；5.既无产能酶系也无蛋白质合成系统；6.在宿主细胞的协助下，通过核酸的复制和核酸蛋白装配的形式进行增殖，不存在个体的生长和二分裂法等细胞繁殖方式；7.在宿主的活细胞内营专性寄生；8.在离体条件下，能以无生命的化学大分子状态存在，并可形成结晶；六、微生物的特点*书上时这样的：（一）个体极小，（二）分布广，种类繁多，（三）繁殖快，（四）易变异。（以下为ppt内容部分）(一)个体极小，比表面积大例如杆菌的长度约2m，故1500个杆菌头尾衔接起来仅有一颗芝麻长(3mm)。光学显微镜的分辨率为0.2m，可以看见大部分微生物的轮廓。(二)代谢速率快、繁殖快生物界中，微生物具有最高的繁殖速度。尤其是以二分裂方式繁殖的细菌，其速度更是惊人。微生物这个特性为它们生长繁殖和产生大量代谢产物提供了物质基础，人类对微生物的利用主要体现在它们的生物化学转化能力。根据这一特点可应用于发酵工业，解决人口与粮食的矛盾。（三）数量多因为繁殖速度快，所以数量多。凡有微生物生存的地方，它们通常都拥有巨大的数量。 (四)易变异为什么微生物较其他生物容易变异呢？各种生物变异频率一样-十分低(如10-510-10）数量大、保护能力差。多数微生物为单细胞，结构简单，整个细胞直接与环境接触，易受环境因素影响，引起遗传物质DNA的改变而发生变异，由于数量庞大，也可以在短时间内出现大量变异后代，当环境变化时，微生物会大量死亡，活下来的微生物往往会发生结构和生理特性的变异以适应变化了的环境。 (五) 种类多、分布广、代谢类型多样种类多目前已经知道的动物约有150万种，植物50万种，微生物约20万种。其中细菌、放线菌约1500种。七、微生物命名-双名法*1.学名=属名+种名+（首次定名人）+现定名人+定名年份例如 Pseudomonas aeruginosa (Schroeter) Migula 1920铜绿假单胞菌 1920年由Migula定名 2.学名=属名+种名+菌株（用字母、符号等字形表示）例如 Bacillus subtilis AS 1.398 枯草杆菌中能生产蛋白酶的一株菌株3.学名=属名+sp.(或spp.) 只鉴定到属名，对具体的种，不能肯定。sp.（单数）或spp.（复数）表示未定种的含义。 举例Bacillus subtilis 枯草芽孢杆菌Escherichia coli 大肠杆菌Staphylococcus aureus 金黄色葡萄球菌B. anthracis 炭疽芽孢杆菌Pseudomonas sp. 一种假单胞菌属细菌Pseudomonas spp. 几种假单胞菌属细菌病毒第2节 病毒的形态和结构 * 一、病毒的形态和大小病毒粒子（virus particle）：指成熟的、具有一定形态结构和感染性的完整病毒颗粒。又称病毒粒、病毒颗粒、病毒体（virion）。 病毒是一类既具有化学大分子属性,又具有生物体基本特征;既具有细胞外的感染性颗粒形式,又具有细胞内的繁殖性基因形式的独特生物类群。1、形态：毒粒的形状大致可分球形颗粒(或称拟球形颗粒)、杆状颗粒和复杂形状颗粒(如蝌蚪状，卵形)等少数几类。2、大小病毒大小的测量单位是纳米（nm），1nm=10-9 m。最大的病毒是痘病毒，体积为300450170260nm；最小的为菜豆畸矮病毒，直径只有911nm。葡萄球菌(1000nm）牛痘病毒300250nm 立克次体450nm 衣原体390nm A、大肠杆菌噬菌体( 65 95nm ) B、腺病毒(70nm ) C、脊髓灰质炎病毒(30nm ) D、乙脑病毒( 40nm ) E、蛋白分子(10nm )F、流感病毒( 100nm )G、烟草花叶病毒由于病毒是非细胞生物，故单个病毒个体不能称作“单细胞”，这样，就产生了病毒粒子（virion）的名词。病毒粒子有时也称病毒颗粒（virus particle），是指成熟的、结构完整的单个病毒。二、病毒的化学组成、结构与对称性（一）病毒的化学组成：病毒的化学组成有蛋白质和核酸，个体大的病毒如痘病毒，除含蛋白质和核酸外，还含类脂质和多糖。（二）病毒的结构：病毒没有细胞结构，整个病毒体分两部分：蛋白质衣壳和核酸内芯，两者构成核衣壳。完整的具有感染力的病毒体叫病毒粒子，病毒粒子有两种：一种是不具被膜的裸露病毒粒子，另一种是在核衣壳外面由被膜包围所构成的病毒粒子。第3节 病毒的繁殖*(书上内容)以大肠杆菌T系偶数噬菌体为例有：吸附、侵入、复制与聚集、释放。1、吸附：吸附是噬菌体与细菌表面受体发生特异性结合的过程，其特异性取决于噬菌体蛋白与宿主菌表面受体分子结构的互补性。分别吸附于大肠杆菌性毛和菌体上的噬菌体2、侵入：侵入又称病毒内化,它是一个病毒吸附后几乎立即发生，依赖于能量的感染步骤。不同的病毒-宿主系统的病毒侵入机制不同。有尾噬菌体:注射方式将噬菌体核酸注入细胞*通过尾部刺突固着于细胞；*尾部的酶水解细胞壁的肽聚糖,使细胞壁产生小孔；*尾鞘收缩,核酸通过中空的尾管压入胞内,蛋白质外壳留在胞外；3、脱壳：脱壳是病毒侵入后，病毒的包膜和/或壳体除去而释放出病毒核酸的过程。脱壳是病毒基因组进行功能表达所必需的感染事件。 T-偶数噬菌体脱壳与侵入是一起发生的4、病毒大分子的合成病毒基因组的表达与复制存在着强烈的时序性病毒基因组进入胞内宿主细胞的代谢发生改变病毒利用宿主的生物合成机构和场所,使病毒核酸表达和复制,产生大量的病毒蛋白质和核酸。5、病毒的装配与释放 新合成的毒粒结构组分组装成完整的病毒颗粒,称做病毒的装配,亦称成熟(maturation)或形态发生(morphogenesis). 成熟的子代病毒颗粒然后依一定途径释放到细胞外。病毒的释放标志病毒繁殖周期结束大多数噬菌体都以裂解细胞方式释放第5节 病毒对物理、化学因素、抗生素的抵抗力*一、病毒对物理因素的抵抗力1.温度在宿主细胞外的病毒大多数在55-65范围内不到1h灭活。高温使病毒的核酸和蛋白质衣壳受损伤，蛋白质的变性作用阻碍了病毒吸附到宿主细胞上，削弱了病毒的感染力。低温不会灭活病毒，通常在-75 保存病毒。2.光和其它辐射紫外辐射：有灭活病毒的作用。灭活的部位是病毒的核酸，形成胸腺嘧啶二聚体。可见光：大多数肠道病毒对可见光很敏感而被杀死，称为“光灭活作用”。离子辐射：X射线、r射线也有灭活作用。3.干燥干燥也是控制环境中病毒的重要因素。在土壤中，水分含量低于10时，病毒会迅速灭活。二、病毒对化学因素的抵抗力体内灭活的化学物质有抗体和干扰素。抗体是病毒侵入有机体后，有机体产生的一种特异蛋白质，用以抵抗侵入的外来病毒。入侵的病毒式抗原，而产生的特异蛋白是抗体。干扰素是宿主为抵抗入侵的病毒产生的一种糖蛋白，它进而诱导宿主产生一种抗病毒蛋白将病毒灭活，干扰素起间接作用。体外灭活的化学物质：强酸、强碱、酚、甲醛及各种氧化剂，使病毒的蛋白质或核酸变性而导致灭活。醚、氯仿等有机溶剂破坏被膜病毒的被膜使其失去侵染力。破坏病毒蛋白质的化学物质：酚、低离子强度环境破坏病毒核酸的化学物质：甲醛、亚硝酸、氨影响病毒脂类的化学物质：醚、SDS、氯仿、去氧胆酸三、病毒对抗抗生素的抵抗力因病毒无细胞结构，故对一般抗生素不敏感。四、病毒在环境中的存活和在污水处理过程中的去除效果1、存活情况水体中：温度影响最大，与病毒类型有关。土壤中：最适存活，温度、湿度影响最大。空气中：温度、湿度、紫外线等均不适宜生存。2、污水处理过程中对病毒的去除效果污水处理采用方法病毒去除效果一级处理物理过滤、沉淀效果差，最多去除30%。二级处理生物吸附降解絮凝沉降去除病毒率在90%99%。三级处理 物理、化学使病毒的滴度常用对数值下降46。第二章原核微生物细菌：形态结构、培养特征、物理化学性质；*细菌：是一类细胞细而短、结构简单、细胞壁坚韧、以二等分裂方式繁殖和水生性较强的原核微生物。 在分类学上，细菌隶属于原核生物界（Procaryotae）细菌门（Bacteriophyta）真细菌纲（Eubacteriae）真细菌亚纲（Eubacteria）定义：细菌是一类细胞细而短（细胞直径约0.5um，长度约0.55um）、结构简单、细胞壁坚韧、以二等分裂方式繁殖和水生性较强的原核微生物。生存环境：温暖潮湿、富含有机物的地方，都有大量细菌活动。有特殊的臭味或酸败味，发粘、发滑。细菌分布:大气、水体、土壤、动植物体内细菌种类和数量: 种类繁杂, 数量巨大。 应用：1、工业上生产各种氨基酸、核苷酸、酶制剂、乙醇、丙酮、丁醇、有机酸、抗生素等；2、农业上用作杀虫菌剂、细菌肥料的生产和在沼气发酵、饲料青贮等方面的应用；3、医药上如各种菌苗、类毒素、代血浆和许多医用酶类的生产等；4、细菌在环保和国防上的应用等，都是利用有益细菌活动的例子。危害：人、动物、植物的传染病、食物和工农业产品腐烂变质。一、细菌的个体形态和大小细菌属于原核生物，为单细胞。细菌细胞的外表特征可从形态、大小和细胞间排列方3方面加以描述。（一）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。1.球菌细胞个体形状为球形，其直径约为0.52.0m。各类球菌又可以根据其排列方式的不同，进一步分为：单球菌，例：脲微球菌；双球菌成对排列，例：肺炎双球菌(肺炎链球菌)；链球菌成链条状，例：乳链球菌；四联球菌四个叠在一起成田字形，例：四联微球菌；八叠球菌八个叠成立方体，例：甲烷八叠球菌；葡萄球菌不规则排成一串，例：金黄色葡萄球菌。2.杆菌:细胞个体形状为杆状，其大小为0.51（15）m。杆菌有长、短之分，如枯草杆菌、大肠杆菌等，也可按细胞排列(双杆菌、链杆菌)。3. 螺旋菌:细胞个体形状呈螺旋卷曲状，螺旋的数目和螺距随菌的不同而不同。其大小约为：（0.251.7）（260）m。螺纹不满一圈的称为弧菌，如逗号弧菌；螺纹在一圈以上的称为螺菌，如紫硫螺旋菌和红螺菌。影响细菌大小的因素：菌龄、环境渗透压、代谢产物的积累、pH等（三）细菌细胞的排列方式：球菌的排列方式:单球菌、双球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌、链球菌。杆菌的排列方式：单生杆菌、双杆菌、链杆菌。螺旋菌的排列方式：弧菌(弯曲1)、螺菌（2弯曲6）、螺旋体二、细菌的细胞结构细菌的细胞结构可分为：(一)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。（二）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。革兰氏染色：作为分类鉴定重要的第一步。由于细胞壁组成的不同，可把细菌分成两大类：G+菌和G-菌。革兰氏阳性菌：含大量的肽聚糖，独含磷壁酸，不含类脂质、蛋白质。革兰氏阴性菌：含极少肽聚糖，独含类脂质、蛋白质，不含磷酸壁。革兰氏染色的意义：通过这一染色，可把几乎所有的细菌分成革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌两个大类。因此是分类鉴定的重要指标。这两类细菌在细胞结构、成分、形态、生理、生化、遗传、免疫、生态和药物敏感性等方面都呈现出明显的差异，因此任何细菌只要先通过很简单的革兰氏染色，即可提供不少其他重要的生物学特性方面的信息。机理：与细胞壁厚薄、肽聚糖和类脂含量有关。G+细胞壁较厚，肽聚糖含量高而构成的网状结构层次多交联致密；加上不含类脂，乙醇脱色时无法把结晶紫-碘复合物洗出，故保持原来初染的颜色。G-则相反。细菌在液体培养基中的培养特征：在液体培养基中，细菌整个个体与培养基接触，可以自由扩散生长。它的生长状态随细菌属、种的特征而异。培养基很少混浊或不混浊。有的细菌使培养基浑浊，菌体均匀分布于培养基中。有的细菌互相凝集成大颗粒沉在管底部，培养基很清。细菌在液体培养基中的培养特征是分类依据之一。菌落在微生物学工作中有很多应用：主要用于微生物的分离、纯化、鉴定、计数等研究和选种、育种等实际工作中。四、细菌的物理化学性质（一）细菌表面电荷和等电点：细菌表面带负电荷；由细菌表面的蛋白质（两性电解质）的等电点和外界的pH值所决定。（二）细菌染色原理及染色方法 1. 染色原理：通过染色，可增加菌体与背景的反差，在显微镜下可清楚地看见菌体的形态。常用的染料是碱性染料（由于细菌表面经常带负电)。特殊的染色方法：如鞭毛染色、负染色法等。 2. 染色方法：染色方法分两大类：简单染色和复合染色。3.革兰氏染色法 革兰氏染色的机制有以下两点：(1) 革兰氏染色与等电点的关系，G+菌的等电点低于G-菌，所带负电荷更多，因此，它与结晶紫的结合力较大，不易被乙醇脱色。(2) 革兰氏染色与细胞壁的关系，G+的细胞壁脂类少，肽聚糖多，G-则相反，故乙醇容易进入G-细胞，进行脱色。(三)细菌悬液的稳定性 S型细菌：悬液稳定，不发生凝聚（光滑型） R型细菌：不稳定，易凝聚而沉淀，培养基很清（粗糙型）应用：废水生物处理中的二沉池，应使其中的R型菌数量占优势，以取得较好的沉淀效果。(四)细菌悬液的浑浊度 测定方法：目力比浊法、光电比色计、比浊计等测定其浑浊度。 目的：略知细菌数(包括活菌和死菌)(五)细菌的多相胶体性质 细菌细胞质是多相胶体，在各相中进行各自的生化反应，因此，在一个细菌体内可同时进行多种生化反应。(六)细菌的比表面积 细菌体积小，但有巨大的比表面积，这有利于细菌吸附和吸收营养物，有利于排泄代谢产物，使细菌快速生长繁殖。(七)细菌的密度和重量 蛋白质的密度为1.5,糖的密度为1.4-1.6,核酸的密度为2 1.071.19(1.09) (H2O) m110-911010mg/个 第三章真核微生物第四章 微生物的生理二、微生物的营养*新陈代谢过程：微生物从外界不断地摄取营养物质，经过一系列的生物化学反应，转变成细胞的组分，同时产生废物并排泄到体外，这个过程称为新陈代谢（代谢）。新陈代谢包括同化作用（物质合成，吸收能量）和异化作用（物质分解，释放能量）。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。一、微生物的化学组成化学组成：蛋白质、核酸、多糖和脂质这四类生物大分子，占到细胞干重的96。其余就是组成它们的单体以及无机盐等。水也是微生物细胞的重要组成成分，通常微生物细胞的7090%是水。水分(7090)+干物质(3010%)此外还有机酸、维生素、激素等有机化合物。这些形形色色的化学物质均由碳、氢、氧、氮、磷、硫以及其他为数不多的化学元素构成。二、微生物的营养物及营养类型从微生物的化学组成中，我们可以看到：微生物首先需要大量的水分；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；另外，还需要一些含P、Mg、K、Ca、Na、S等的盐类，及微量的Cu、Zn、Mn等元素。因此，除了某些特殊要求的微生物外，培养一般微生物必须提供上述这些营养物质，微生物才能正常地生长繁殖。微生物需要的营养物质有水、碳素营养源、氮素营养源、无机盐及生长因子。（一）水：各类微生物都含有大量水分,占90%左右。一般说低等微生物含水量大于高等微生物,幼龄菌含水量大于老龄菌。水的作用：微生物机体重要组成; 直接参加各种代谢反应;是微生物代谢反应的中间介质; 调节微生物细胞温度;维持细胞膨压。（二）碳源和能源微生物营养型分类：根据碳源不同分为无机营养、有机营养（自养、异养）；根据能源不同分为光能自养型微生物和化能自养型微生物。（三）氮源：凡是能够供给微生物氮素营养的物质称为氮源。氮源的作用：提供微生物合成蛋白质的原料（一般不充当能源）。根据对氮源要求的不同，将微生物分为4类：（1）固氮微生物（2）利用无机氮作为氮源的微生物（3）需要某种氨基酸作为氮源的微生物（4）从分解蛋白质中取得铵盐或氨基酸的微生物 （四）无机盐阴离子盐：磷酸盐、硫酸盐、氯化物、碳酸盐、碳酸氢盐。阳离子盐：氨、钾、钠、钙、镁、铁的盐P和S、Fe、Mg的需求量较大同时还需要锌、锰、钴、铝、铜、硼、钒、镍等微量元素。无机盐的功能：细胞的组成成分;酶的组成成分，维持酶的活性; 调节细胞渗透压、pH、Eh;某些矿质元素作为化能自养菌的能源。 （五）生长因子种类：嘌呤、嘧啶类、维生素类作用：嘌呤和嘧啶参与合成核酸和辅酶; 维生素，重要辅酶多数微生物不存在生长因子问题。只有少数微生物需要外界提供现成的生长因子，才能生长，如乳酸菌需要多种维生素，因此只能生活在这些物质供应充足的环境，如牛奶中、肠道。三、碳氮磷比在环境工程实际应用中还应注意 1. 营养要求小范围可改变：指微生物对碳源等的种类、数量一定程度上可驯化适应（酶的诱导、易变异）2. “营养要平衡”，存在一定比例搭配的现象：主要是指碳氮磷的比例关系，通常称碳氮磷比。根瘤菌要求碳氮比为11.5：1土壤中微生物混合群体要求碳氮比为25：1污(废)水生物处理中好氧微生物群体(活性污泥)要求为BOD5：N：P100：5：1四培养基培养基是一种人工配制的、适合微生物生长繁殖或产生代谢产物用的营养基质。任何培养基都应具备微生物所需要的营养要素，且其间的比例是合适的。任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌，否则很快引起杂菌丛生，并破坏其固有成分和性质。培养基配制原则1.根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基。2.注意营养物质的浓度比和C/N比。一般微生物适应C/N是25:1。3.调节适宜的pH值，微生物在培养过程中会引起pH变化,为了保持培养基中有恒定的pH值,要加入一些缓冲剂或不溶性的碳酸盐。 4.根据培养微生物的目的决定成分的量。如培养目的的量为了得到大量的菌体,氮源要高,有利于菌体蛋白质合成。培养基的类别根据培养基物理状态、用途、组分组成分类(一)根据物理状态：固体培养基、半固体培养基和液体培养基1）液体培养基，废水也可看作是一种广义的液体培养基2）固体培养基人工做法(与果冻方法一样)向液体培养基中加入2左右的琼脂，加热至100溶解，40下冷却并凝固。琼脂主要成份半乳聚糖，分子量大，呈网状粘着力强，溶解分散（温度为96以上）3）半固体培养基半流动性介于固体与液体之间如何制作？在液体培养基中加入0.5%或更低浓度的琼脂作用：半固体培养基中可以融入少量的溶解氧，因此这种培养基常被用于培养在较低氧浓度环境下才能最佳生长的细菌。六、营养物质进入微生物细胞的方式对绝大多数属于渗透营养型的微生物来说，营养物质通过细胞膜进入细胞的问题，是一个较复杂又很重要的生理学问题。细胞壁在营养物质运送上不起多大作用，仅简单地排阻分子量过大（600Da）的溶质的进入，细胞膜则是控制营养物进入和代谢产物排出的主要屏障。细胞膜以四种方式控制物质的运送，即单纯扩散（被动扩散）、促进扩散、主动运送和基团移位（基团转位），其中尤以主动运送为最重要。1、被动扩散（单纯扩散、被动运送）。细胞膜这层疏水性屏障可以通过物理扩散方式让许多小分子、非电离分子尤其是亲脂性的分子被动地通过，这就是单纯扩散。单纯扩散不是细胞获取营养物质的主要方式，因为细胞既不能通过它来选择必需的营养成分，也不能将稀溶液中的溶质分子进行逆浓度梯度运送，以满足细胞的需要。2、促进扩散与单纯扩散的一个主要差别，是在溶质的运送过程中，必须借助于膜上底物特异性载体蛋白的参与。促进扩散只能把环境中浓度较高的分子加速扩散到细胞内，直至膜两侧的溶质浓度相等时为止，而决不能引起溶质的逆浓度梯度运送。因此，它只对生长在高营养物浓度下的微生物发挥作用。3、主动运输是微生物吸收营养物质的主要机制。其特点是它的特异性载体蛋白在运送溶质的过程中，需要提供能量（ATP等）；同时，它可逆浓度梯度进行运送，从而使生活在低营养环境下的微生物能获得浓缩形式的营养物。4、基团移位也是一种既需特异性载体蛋白又须耗能的运送方式，但溶质在运送前后会发生分子结构的变化，因而不同于上述的主动运送。第五章 微生物的生长繁殖与生存因子第一节 微生物的生长繁殖*一、微生物生长繁殖的概念1、微生物的生长：微生物在适宜的环境条件下，不断吸收营养物质，按照自己的代谢方式进行新陈代谢活动。如果同化作用大于异化作用，微生物的细胞质量不断迅速增长（生命个体的重量和体积不断增大），称为微生物的生长。2、单细胞微生物的繁殖：当单细胞个体生长到一定程度时，由一个亲代细胞分裂为两个大小、形状与亲代细胞相似的子代细胞，使得个体数目增加，这是单细胞微生物的繁殖。3、微生物的发育微生物的生长与繁殖是交替进行的，从生长到繁殖，是微生物的构造和机能从简单到复杂、从量变到质变的发展变化过程，这一过程称为发育。4、世代时间(代时)指微生物（如细菌）的两次细胞分裂之间的时间。包括细胞核物质和细胞质加倍增长，然后平均分配到两个新细胞中。每一种微生物在一定的培养条件（如营养组成、pH、温度和通气等）下，其代时是一定的；当环境条件发生改变，其代时也会改变。不同种的微生物生长繁殖速率不同，其代时也不同：原核微生物的代时真核微生物的代时；好氧菌的代时专性厌氧菌的代时5. 多细胞微生物的生长繁殖 生长：细胞数目增加，个体数目不增加。 繁殖：细胞数目增加，个体数目也增加。二、研究微生物生长的方法微生物的生长可分为个体微生物的生长、群体微生物的生长。通常通过培养研究微生物的群体生长（以微生物群体作为研究对象，来研究它们的生长）。培养方法大体上可以分为两种情况：一种是分批式培养（间歇式培养），培养基一次性加入，不更换 ；另一种是连续式培养。一般通过测定细菌重量或数量随培养时间延续的曲线关系来考察细菌的生长特性。（一）分批培养和生长曲线 1、分批培养（间歇培养）概念：是将一定量的微生物接种在一个封闭的、盛有一定量液体培养基的容器内，在适宜的条件下培养（保持一定的温度、pH和DO），微生物在其中生长繁殖；结果出现微生物的数量由少变多，达到高峰后又由多变少，甚至死亡的变化规律（微生物的生长曲线）。2、生长曲线用坐标法作图，以培养时间为横坐标，以计数获得的微生物数量的对数为纵坐标，可以绘出一条定量描述液体培养基中微生物生长规律的实验曲线，该曲线则称为生长曲线。（ growth curve )。生长曲线的制作将少量单细胞的纯培养，接种到一恒定容积的新鲜液体培养基中，在适宜条件下培养，每隔一定时间取样，测细菌细胞数目。以培养时间为横坐标，以细菌增长数目的对数为纵坐标，绘制所得的曲线。 生长曲线缓慢期、对数期、稳定期、衰老期微生物的数量很大，都是10的n次方，取对数作图时方便。总细胞数活细胞数为什么微生物数目用对数值作图？ （1）停滞期（迟滞期、调整期、适应期）当细菌被接种到新鲜培养基中，开始一段时间内，通常不立即进行细胞分裂、增殖，生长速率近于零，细胞数目几乎保持不变，甚至稍有减少，这段时间被称为停滞期。特征：代谢活跃，体积增大，从介质中快速吸收各种营养物质，大量合成细胞分裂所需的酶