008环境生物技术真题及答案

1、环境生物技术历年真题1、试说明革兰氏阴性和阳性（G-和G+）细菌细胞壁结构方面的特点，并比较二者之间的异同。另外，请说明这两类细菌的细胞膜是否存在什么不同并描述细胞膜的结构特点。分 别讨论细胞壁和细胞膜在生命活动中的可能作用及在实际水处理工程中的应用。（2006、2007, 15 分）根据细菌细胞壁组成成分的不同，来鉴定细菌的方法，称为革兰氏染色法。该法将革 兰氏阳性菌染成紫色，将革兰氏阴性菌染成红色。革兰氏阳性菌细胞壁的特点是厚度大 和化学成分简单，一般含 60%95%肽聚糖（20-80nm）,和10%-30%磷壁酸。革兰氏阴 性菌细胞壁的结构特点是厚底较革兰氏阳性菌细菌较薄，层次较多，成分

2、较复杂，肽聚 层很薄（2-7nm）。细胞壁是位于细胞膜外的一层厚实、坚韧的外被。细胞壁约占菌体质量的 10%-25%,其主要生理功能有：固定细胞外形和提高机械强度，使其免受渗透压等外力的损伤； 为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；阻拦大分子有害物质进入细胞；赋予细 菌特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的敏感性；与部分致病菌的致病性有关。细胞膜具以下生理功能：协助细胞壁维持细胞的完整性；选择性地控制细胞内 外的营养物质和代谢产物的运输；维持细胞内正常渗透压的结构屏障；是合成细胞 壁和糖被有关成分的重要场所；膜上含有与氧化磷酸化和光合磷酸化等能量代谢有关的酶系，可使膜内外两侧间形成一电位差，此即电子

3、动势，故是细胞的产能基地；是 鞭毛基体的着生部位，并可提供鞭毛旋转运动所需的能量。质膜存在着若干特定的受体 分子，它们可探测环境中的化学物质，以便作出相应的反应。细菌在污水生化处理中的作用：污水的生物学处理系统是通过人工控制的微小的生态系统，在这个生态系统中，微生物对有机物处理的效率之高是任何天然水体生态系统 不可比拟的，在多数情况下，主要微生物类群是细菌，特别是异养型细菌占优势，同时 可应用于给水处理，用作生物絮凝剂、生物破乳剂等。2、大肠菌群作为饮用水卫生标准的含义和依据，试详细介绍大肠菌群的检验方法和操作过程，并说明结果判断。对饮用水的安全卫生来说，是否还存在其它病原微生物？相应的 消毒

4、和控制方法如何？ （2006、2007, 15分）大肠菌群是人肠道中正常的寄生菌，是一群需氧和兼性厌氧的，能在 37C、24h内使乳 糖发酵产酸产气的革兰氏阴性无芽抱杆菌。它们和肠道病原微生物一起随粪便进入水体，随水流传播，可引起肠道病暴发流行。在水质检测中常用“大肠菌群指数”和“大肠菌群值”表示。大肠菌群指数是指每100mL水体中所含的大肠菌群细菌的个数。大肠菌群值则是指检出一个大肠菌群细菌的最少水样量（毫升数）。两者间的关系可表示为：大肠菌群值=100/大肠菌群指数（1）大肠菌群检测的目的和原理肠道中病原菌数量少，培养条件苛刻，分离和鉴别较为困难，即使样品病原菌检测 为阴性，也不能保证无病

5、原微生物存在。大肠杆菌在人肠道和粪便中数量最多，成人每人每日由粪便排出的大肠菌群细菌多达（5-100）乘1010,而且，大肠菌群细菌在水中存活的时间、对消毒剂和水体中不良因素的抵抗力等都与病原菌相似；再者，检测大肠杆菌方法比较简单易行，所以通常把大肠菌群作为水源被人畜排泄物污染的指示微生物， 一定程度上指示水体中病原菌存在的可能性。（2）大肠菌群的检测方法常用的大肠菌群的检测方法有多管发酵法和滤膜法多管发酵法该法是以无菌术向一系列乳糖蛋白月东培养液发酵管中接种一定量的水样，根据乳糖发酵产酸产气的阳性管数，测定水样中所含大肠菌群数、a总大肠菌群 根据水源受污染的情况对接种的水样量要进行系列稀释或

6、浓缩，同时 设平行管，37c培养24h,发现有发酵乳糖产酸产气现象，则初发酵为阳性反应；再 经伊红美蓝平板分离，观察菌落特征，取紫色带金属光泽的典型菌落培养物涂片，革 兰氏染色，镜检为革兰氏阴性无芽抱杆菌者再于37c培养24h复发酵，若仍为阳性，则证明有总大肠菌群存在。根据阳性管数，查大肠菌群检索表求出大肠菌群的最大可 能数。b.粪大肠菌群。其是总大肠菌群的一部分，主要来自粪便，在44.5 C下仍能发酵乳糖 产酸产气，粪大肠菌群能更准确地反映水体受粪便污染的情况。通过提高温度，造成 不利于自然环境中大肠菌群的生长条件，从而培养出主要来自粪便的大肠菌群，根据 阳性管数，查表求出粪大肠菌群的最大可

7、能数。粪大肠菌群代表水体最近被粪便污染 的情况，在卫生学上具有更重要的意义。滤膜法滤膜法使用的滤膜是孔径为 0.45-0.65um的微孔滤膜，将水样注入已灭菌的放有滤膜 的滤器，在负压下抽滤水样，水样中细菌被截留在膜上，将该膜转移至伊红美蓝平板 上滤膜与培养基完全贴紧，倒置于37c恒温箱中培养24ho记下典型菌落数，并分别取典型菌落培养物镜检，凡镜检为革兰氏阴性无抱芽杆菌的，取菌落培养物接种于乳 糖蛋白月东发酵管，37c培养24h,产酸产气者证明有大肠菌群的存在。根据滤膜上的 大肠菌群细菌菌落数和接种水样量，按下面公式计算每升水样中大肠菌群细菌的菌落数。(3)常见的水传染性病原菌常见的水传性人

8、类和动物疾病有霍乱、伤寒、痢疾、肝炎等。其致病菌主要有细菌， 包括霍乱弧菌、沙门氏菌、适肺军团菌、甲型肝炎病毒等。控制水体微生物的污染必须从源头做起，即控制排放废水，尤其是医院废水等微生物 的含量，避免大量有害微生物进入水体；其次，消除微生物滋生的环境，净化水体， 对地表水、游泳池水要进行定期检测，必要时加入消毒剂以杀死微生物。具体防治水体微生物污染的主要措施有：(1) 加强污水处理。主要是加强医院污水、畜牧场污水、屠宰场污水的处理，必 须达标排放。(2) 加强饮用水处理。保证生活饮用水符合水质标准，对农村分散式给水，应通 过煮沸或加漂白粉等方式杀灭水中可能存在的病原菌。3、试介绍水处理中常见

9、到的丝状微生物种类及它们的形态和结构特点。同时，阐述活 性污泥膨胀的含义及可能的起因？讨论丝状微生物与活性污泥膨胀的关系或联系。如果要控制丝状微生物引起的活性污泥膨胀，可考虑采取的措施有哪些？重点应注意哪些问题？( 2006、2007, 20 分)见总结4、基因突变有哪些可能途径及特点？遗传工程的含义及大致操作流程。在水处理(包 括给水处理和废水处理)中，基因突变和遗传工程有些什么应用？对于含难降解组 分的废水来说，可否通过上面这两种方式来强化处理效果？如果可能的话，请介绍 实现这一目的的工艺和运行控制的操作要点。(2006、2007, 15分)基因突变是指 DNA分子中发生碱基对的替换、增添

10、和缺失，而引起的基因结构的 改变，叫基因突变(gene mutation) o它包括单个碱基改变所引起的点突变( pointmutation ),或多个碱基的缺失、重覆和插入。特点：自发性一可自发地产生各种遗传性状的突变；不对应性一突变性状与引起该突变的基因间无直接对应关系；稀有性一自发突变的概率在10-6-10-9之间；独立性一某基因的突变率不受他种基因突变率的影响；可诱变性-自发突变的频率可因诱变剂的影响而提高；稳定性一发生基因突变后产生的新遗传性状是稳定、可遗传的；可逆性-野生型菌株的某一性状既可发生正向突变，也可发生相反的回复突变。遗传工程又称基因工程，指人们利用分子生物学的理论和技术

11、，自觉设计、操作、 改造和重建细胞的遗传核心一基因组，从而使生物体的遗传性状发生定向变异，以最大 限度地满足人类活动的需求。采用基因工程的方法获得的菌株称为基因工程菌。它们具 有许多环境条件下存在的物种所不具备的优点，比如：构建新的微生物，使现在只能共 代谢转化特定污染物的微生物变为能够以这种污染物作为唯一碳源生长和矿化的微生 物；创造新的分解代谢途径，进行现在不能进行的高效和迅速的转化；增加微生物中特 效酶的数量和活性，以加速污染物的生物降解，可以制备成固定化细胞和固定化酶；构 建的微生物不仅能够分解靶标污染物，而且可以抗污染点的抑制剂，许多工业污染点不 仅含有高浓度合成污染物，而且含有重金

12、属或其他抑制微生物生长发育的物质；创造对 多种污染物有降解作用的菌株。因此，基因工程菌在环境污染的防治方面起着极为重要 的作用。5、试说明厌氧消化的微生物学理论及发展过程。与一般细菌相比，重点讨论产甲烷细 菌的形态、结构和生长特点。同时，请阐述生物产氢过程的原理，适用范围及特点。在实际应用中，厌氧硝化和生物产氢是否有什么联系？ (2006,、2007, 20分)厌氧消化是自然界中富营养化的湖泊和被污染的河底中常见的一种现象，在厌氧环境中必定存在着各种各样的厌氧微生物。与好氧反应相比，厌氧反应微生物数量较少，但种类却比较丰富。在一个厌氧反应器内可以同时存在各类厌氧微生物，有细菌、真菌和微型动物。

13、厌氧生物处理的细菌，可分为产酸菌与产甲烷菌两大类，共同完成一个复杂的降解反应过程。产甲烷菌的种类虽然不多，但却具有多种形态。如巴氏甲烷八叠球菌，其球状细菌呈现规则的八叠状。热自氧甲烷杆菌，一个个卵圆形的短杆状细胞形成链状。产甲烷菌是一类比较特殊的专性厌氧菌，有以下几个方面独特的生理形状：(1)细胞壁不含胞壁酸或肽聚糖(2)特甲烷菌具有一种特殊的辅酶一一乙疏基乙烷磺酸，这个辅酶存在于纯培养的各种 产甲烷菌中，它具有转移甲基的功能。(3)产甲烷菌在紫外线下能发出荧光。(4)不存在其他细菌所具备的细胞色素b, c系统(5)具有生物排他性。对周围的病原菌及其他微生物的生活能力均有很大影响。(6)在没有

14、太阳能和叶绿素的情况下分解二氧化碳(7)世代周期较长，一般为 4-6d繁殖一代。有机废水厌氧处理生物制氢工艺是一种新型的生物技术。利用生物厌氧产氢一产酸发酵过程制取氢气。6、试介绍FISH法(荧光原位分子杂交法)和 DGGE (变性梯度凝胶电泳)技术的工作 原理和大致操作过程。在水处理过程中有什么应用？以你现有的理解，这两种方法 各有什么优缺点及适用对象？ (2006、2007, 15分)染色体原位荧光分子杂交技术为研究染色体上DNA的序列提供了一个最直接的方法。具有经济、安全、快速、稳定，灵敏度tWj等优点，多彩FISH可在同一"核内显不'两种或多种序列，还可对间期核染色体

15、进行研究（下图）；应用不同的探针可显示某一物种的全部基因，某一染色体染色片段及单拷贝序列；结合共焦激光显微镜可对间期核及染色体进行三维结构 研究，精确检测杂交信号变性梯度凝胶电泳（DGGE）是一种根据 DNA片段的熔解性质而使之分离的凝胶系统。 核酸的双螺旋结构在一定条件下可以解链，称之为变性。核酸50%发生变性时的温度称为熔解温度（Tm）。Tm值主要取决于 DNA分子中GC含量的多少。DGGE将凝胶设置在双重变性 条件下：温度5060 C,变性剂0100%。当一双链DNA片段通过一变性剂浓度呈梯度增 加的凝胶时，此片段迁移至某一点变性剂浓度恰好相当于此段DNA的低熔点区的Tm值，此区便开始熔

16、解，而高熔点区仍为双链。这种局部解链的DNA分子迁移率发生改变，达到分离的效果。Tm的改变依赖于DNA序列，即使一个碱基的替代就可引起Tm值的升高和降低。因此，DGGE可以4测DNA分子中的任何一种单碱基的替代、移码突变以及少于10个碱基的缺失突变。其具有可靠性强、重复性好、方便快捷等优点，被广泛应用于环境生态学中微生物群落多样性、硝化菌-反硝化菌和硫酸还原菌的动态性分析和功能细菌的跟踪等7、基于培养及非培养的环境微生物检测方法有哪些？请论述其基本原理、主要步骤 及特点。（2008,15分）1 .水质的细菌总数检测细菌总数是指1ml水样中所含菌落的总数。所用方法是稀释平板计数法，即将原样或 稀

17、释后的水样置于营养琼脂培养基上，37 c培养24h后，计算平皿内菌落数目乘以稀释倍数，即得1ml水样中所含的细菌菌落总数，它反映的是检测中活菌的数量。由于细菌常以 块状，链状，片状聚集在一起，因而一个菌落通常不是一个细菌细胞增生的，此法测定的 水中菌数较实际要低。 在实际工作中，细菌总数是采用一种培养基和一种培养条件测定的。 这样测得的细菌总数并不是水样中的实际细菌总数。人工培养基与培养条件不同于自然水体，即使水样中的所有细菌都能生长，测定值也有别与实际细菌总数。2 .水质粪便污染指示菌及其检测粪便指示污染菌：采用易检出的肠道细菌作为指示菌，取代对致病菌的直接检测。 大肠菌群：多管发酵法和滤膜

18、法3 . 土壤微生物的检测包括样品的采集，多采用五点取样法和样品的稀释。4 .空气微生物的检测 自然沉降法：利用空气微生物粒子的重力作用，在一定时间内将生物粒子收集 到带有培养介质的平皿内，对在适宜温度下（37 C, 24h）培养生长的菌落进行生物学观察和研究，计算出空气微生物的粒子浓度，后对空气微生物进行分离 纯化，进行检验和鉴定。惯性撞击式采样法利用抽气装置在单位时间内将一定容量的含有微生物粒子的空气，通过某些装 置形成直线或曲线运动的高速气流，使气流中微生物粒子也随之高速运动，当 气流改变方向时，运动着的粒子因惯性继续照直前进撞击并黏集于采集面上。过滤阻留式采样器利用抽气装置，使空气通过

19、滤材，微生物粒子被阻留在滤材上，供进一步分析。静电沉着类采样器 利用高压静电场，使空气中的微生物粒子带上一定量的电荷后被带相反电荷的 采集面所吸附，使空气微生物采集下来。8、什么是生物修复，生物强化？请列举几种生物修复的方法并简要说明其原理。（2008,15 分）生物修复是指利用生物的生命代谢活动减少存在于环境中有毒有害物质的浓度或使 其完全无害化，从而使环境污染能够部分或完全恢复到原来状态的过程。生物强化是指通过向传统的生物处理系统中引入具有特定功能的微生物，提高有效微生物的浓度，增强对难降解有机物的降解能力，提高其降解速率，并改善原有生物处 理体系对难降解有机物的去除效能。生物修复技术大致

20、可以分为原位生物修复、异位生物修复和联合生物修复。原位生物修复是指在基本不破坏土壤和地下水自然环境的条件下，对受污染的环境不作搬运或输送，而在原产直接进行生物修复，如空气注射法、生物冲淋法、土地耕作法、可渗透 反应强法等。异位生物修复是指移动污染物到邻近地点或反应器内进行。联合生物修复 是指将不同的修复方法进行组合，如曝气井和抽提井组合工艺、化学微生物反应墙原位 联合修复工艺等。9、请从碳源、电子共受体、最终产物的角度论述好氧异氧菌、好氧自养菌、硫酸盐还原菌、反硝化菌及产甲烷菌的不同所在。（2008,15分）硫酸盐还原菌 （Sulfate-Reducing Bacteria ,简称SRB）是一

21、种厌氧的微生物。 广泛存在 于土壤、海水、河水、地下管道以及油气井等缺氧环境中反硝化细菌是一种能引起反硝化作用的细菌。多为异养、兼性厌氧细菌，如反硝化杆菌、斯氏杆菌、萤气极毛杆菌等10、试论述酶工程研究的主要任务，酶分离纯化的主要方法，酶在环境工程应用中面 临的主要问题，并试举例说明目前环境污染治理过程中应用的几种热点酶的名称和 用途。（2008,15 分）酶制剂在处理污水中，具有高效专一，整个处理过程耗能低，无二次污染，操作简单，易控制等特点。随着低成本、高活力的酶制剂的大量出现和酶的生产、分离纯化、 酶及固定化酶反应器，酶与固定化酶的应用技术的不断提高，酶制剂在环境保护方面的 应用一定会具

22、有较大的发展潜力。酶分离纯化的方法：盐析法在纯化过程中，盐离子与蛋白质分子争夺水分子，减弱了蛋白质的水合程度，使蛋 白质溶解度降低，从而达到分离的目的。有机溶剂沉淀法由于不同的蛋白质在有机溶剂中有不同的溶解度，故可在低温下，使用有机溶剂将目的蛋白质沉淀出来，控制温度在0c以下进行PEG沉淀法聚乙二醇是水溶性非离子型聚合物，在溶液中形成网状结构，与溶液中的蛋白质分子发生空间排挤作用，使蛋白质分子凝聚而沉淀下来。等电点沉淀法蛋白质在其等电点（PI）处，其净电荷为零，分子间的排斥力最小，溶解度最低， 易于沉淀，使目的酶与杂质蛋白分开。热变性沉淀法多数蛋白质都有遇热变性的特点，故此方法适用于热稳定酶。通过控制一定的处理 温度，可使大量的杂质蛋白变性、沉淀而除去，提纯效果很好。层析分离法、利用混合物中各组分的物理化学性质（分子大小、形状、电荷、吸附力、分