武理工《水处理生物学》课后习题及答案07微生物的生长和遗传变异

第七章微生物的生长和遗传变异1.微生物是怎样繁殖的？答：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.怎样利用微生物的生长曲线来控制污水生物处理的构筑物的运行？答：针对微生物的间歇培养，在污水生物处理过程中，为避免缓慢期的出现，可考虑采用处于对数生长期或代谢旺盛的污泥进行接种，另外增加接种量及采用同类型反应器的污泥接种可达到缩短缓慢期的效果。如果维持微生物在生长率上升阶段（对数期）生长，则此时微生物繁殖很快，活力很强，处理污水的能力必然较高；但处理效果并不一定最好，因为微生物活力强大就不易凝聚和沉淀，并且要使微生物生长在对数期，则需有充分的食料，即污水中的有机物必须有较高的浓度，在这种情形下，相对地说，处理过的污水所含有机物浓度就要较高，所以利用此阶段进行污水的生物处理实际上难以得到较好的出水。稳定期的微生物生长速率下降，细胞内开始积累贮藏物和异染颗粒、肝糖等，芽孢微生物也在此阶段形成芽孢，处于稳定期的污泥代谢活性和絮凝沉降性能均较好，传统活性污泥法普遍运行在这一范围。衰老期阶段只出现在某些特殊的水处理场合，如延时曝气及污泥消化。

3.生物膜的主要成分是什么？答：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。生物膜中水份含量可高达97％。除了水和微生物外，生物膜还可含有微生物分泌的大分子多聚物（主要是多聚糖）、吸附的营养物质和代谢产物及微生物裂解产物等。

4.请说明生物膜的形成过程和相应的特征。答：生物膜的形成是一种动态的演变过程，首先是微生物黏附于表面，然后在表面形成微生物菌落，不同类型的菌落由细胞外多聚物包裹，生物膜成熟。在黏附阶段，一些特殊基因的转录是活跃的，如铜绿假单胞菌algC、algD、algU、LacZ等基因，因为这些基因是细胞外多聚糖合成所必需的。在形成微生物菌落阶段，胞外多糖（EPS）合成增加，微生物对抗生素的抗性有所提高。在生物膜成熟阶段，随着微生物的生长繁殖，生物膜逐渐变厚，形成成熟的生物膜。生物膜的组织结构呈不均质性。

5.试区别遗传与变异性。答：所谓微生物的遗传性是指在一定的环境条件下，微生物的形态、结构、代谢、繁殖和对异物的敏感等形状相对稳定，并能代代相传，子代与亲代之间表现出相似性的现象。任何一种生物的亲代和子代以及个体之间，在形态结构和生理机能方面都有所差异，这一现象叫做变异。遗传和变异是生物最基本的属性，遗传保证了种的存在和延续；而变异则推动了种的进化和发展。两者相辅相成，相互依存，遗传中有变异，变异中有遗传，遗传是相对的，变异是绝对的，有些变异了的形态或性状，又会以相对稳定的形式遗传下去，但是并非一切变异都具有遗传性。

6.怎样利用微生物的变异，进行工业废水的生物处理？答：定向培育即通过有计划、有目的地控制微生物地生长条件，使微生物遗传性向人类需要的方向发展。在污水生物处理中，这种定向培育过程称为驯化。在工业废水生物处理中，常利用微生物对营养要求、温度、pH值以及耐毒能力的变异，改善处理方法。另外利用生活污水活性污泥接种，加速培养工业废水活性污泥的方法，也利用了微生物的变异特性。

7.试以大肠杆菌降解乳糖来说明操纵子学说。答：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）

8.简述蛋白质合成过程三种RNA的功能。答：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？答：基因重组有转化、接合、转导三种形式。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"。答：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？答：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。

12.什么叫遗传工程？在污水生物处理中如何利用？答：遗传工程是按照人们预先设计地生物