环境工程微生物学重点2016.doc

第一章1.科学家：法国巴斯德消毒法，德国科赫，英国弗莱明发现抗生素。2.微生物五界分类系统：原核生物界（细菌，放线菌，蓝绿细菌），原生生物界（蓝藻以外的藻类及原生生物）、真菌界（酵母菌，霉菌）、动物界和植物界。3.微生物命名：林奈双命名法，这个种的名称是由一个署名和一个种名组成，属名和种名都用斜体表示，属名在前，用拉丁文名词表示，第一个字母大写。种名在后，用拉丁文的形容词表示，第一个字母小写。如果只将细菌鉴定到属，没鉴定到种，则该细菌的名称只有属名，没有种名。4.原核微生物的核很原始，发育不全，没有核膜，核质裸露，与细胞质没有明显界线，叫拟核，没有细胞器，只有细胞质膜内陷形成的不规则的泡沫结构体系，也不进行有丝分裂。包括古细菌、细菌、蓝细菌、放线菌、立克次氏体、支原体、衣原体、螺旋体。5微生物的特点：个体极小；分布广，种类繁多；繁殖快；易变异。6.病毒的化学组成：有蛋白质和核酸，有的还有脂质和多糖。7.病毒的结构：分两部分，蛋白质衣壳和核酸内芯，两者构成核衣壳。8.病毒的繁殖过程：吸附侵入与脱壳复制与聚集释放与装配。9.温和噬菌体：当他侵入宿主细菌后，其核酸附着并整合在宿主染色体上，和宿主的核酸同步复制，宿主细胞不裂解而继续生长，这种不引起宿主细胞裂解的噬菌体成为温和噬菌体。第二章 1、细菌的形态：球状、杆状、螺旋状、丝状2、细胞膜的结构：膜的镶嵌模型：磷脂双分子层为基本骨架 磷脂分子在细胞膜中以多种方式不断流动，所以膜具有流动性 膜蛋白以不同方式分布于膜两侧或磷脂层中。3、细胞质内含物的内含颗粒有：多聚磷酸盐颗粒（又称迂回体、异染粒：因用甲苯胺或甲烯蓝染成紫红色或深浅不同的蓝色），被用作碳源、能源和磷源 聚-羟基丁酸（PHB），被用作碳源和能源。此二者在生物除磷中发挥重要作用。 4.荚膜：是一些细菌在其细胞表面分泌的一种黏性物质。荚膜特性：粘性物质，高C/N、通气性好利于荚膜生成；一般较厚，很薄者（200mm以下）称微荚膜；是细菌的分类特征之一；难染色，用负染色法观察 荚膜的化学组成：含水率大于90%98% ；通常由多糖。也有的由多肽等其他物质组成 荚膜的功能：保护细菌（宿主细胞吞噬、干燥）；增强细菌的侵染力；当做营养物质（C、N源、能源）；生物吸附作用；形成菌胶团5、菌胶团：细菌间按一定的方式互相粘集，被一个公共荚膜包围，形成一定形状的细菌集团，即菌胶团。 菌胶团特点：形状各异，具遗传性。保护细菌。污水生物处理中，污染物降解的“功能单元、处理效果的指标”。6.芽孢：部分细菌在生活史某阶段或遇到外界不良环境时，在细胞内形成一个内生孢子，即“芽孢”芽孢特点：含水率低，3840% 芽孢壁厚而致密芽孢中的2，6-吡啶二羧酸含量高，为芽孢干重的5%-15%；芽孢含有耐热性酶PS:芽孢在细胞内的位置、形态与大小相对稳定，有遗传性。 所有的芽孢都可抵抗外界不良环境。芽孢不易着色，可用孔雀绿染色。7.细菌表面电荷和等电点： 菌体：50%蛋白质（氨基酸两性电解质） 等电点（pI）：在一定的溶液中，氨基酸所带的正电荷与负电荷相等时的pH，称为该氨基酸的等电点（pI）。 细菌的等电点：25 细菌的表面电荷通常带负电荷革兰氏染色法步骤：用草酸铵结晶紫初染，1min 用碘碘化钾溶液媒染，1min 用中性脱色剂（乙醇、丙酮酸）脱色用蕃红染液复染。革兰氏阳性菌：呈紫色；革兰氏阴性菌：呈红色 8.革兰氏染色的机制：革兰氏染色与细菌等电点有关系：革兰氏阳性菌：等电点低，23，革兰氏阴性菌：等电点高， 45 ，革兰氏染色不稳定菌：等电点，34 ，G+等电点低，负电荷多，与染料结合紧密，碘碘化钾溶液媒染时等电点降低幅度G-，与结合更牢固,不能被乙醇脱色；而G-则相反。 革兰氏染色与细胞壁有关系：P549.蓝细菌的细胞属原核细胞，营养类型为光能自养10.放线菌属原核生物放线菌特点：1、形态特征：单细胞，大多由分支发达的菌丝组成；革兰氏阳性G+ （除枝动菌属外） 2、生长条件：土壤中数量多，在土壤中的数量仅次于细菌；适宜中性或偏碱性环境；好氧，多为腐生菌少数为寄生菌（分枝杆菌）最佳生长温度：28-30 放线菌菌丝体分3类：营养（基内）菌丝；气生菌丝；孢子丝（繁殖菌丝）第三章1.原生动物的一般特征：在自然水体中，鞭毛虫喜在多污带和中污带中生活，在污水生物处理系统中， 活性污泥培养初期在处理效果差时鞭毛虫大量出现，可在污水处理效果差时的指示生物。2.变形虫喜在中污带或中污带的自然水体生活，在活性污泥培养中期出现。3.游泳型纤毛虫多数是在中污带和中污带，少数在寡污带中，在活性污泥培养中期或在处理效果较差是出现。固着型的纤毛虫，尤其是钟虫，喜在寡污带生活。它们是水体自净程度高、污水生物处理效果好的指示生物。吸管虫多数在中污带，有的种也能耐中污带和多污带。在污水生物处理效果一般时出现。4.轮虫是寡污带和污水生物处理效果好的指示生物。第四章1.微生物的营养物（一）水:溶剂;参与生化反应;运输物质的载体;调节温度（二）碳源及能源:构成微生物细胞的碳骨架，为微生物生长、繁殖、发育、运动提供能源（三）氮源-能够供给微生物氮素营养的物质。根据氮源不同，微生物可分4类：1、固氮微生物。利用空气中的N合成自身氨基酸、蛋白质2、利用无机氮为氮源的微生物。利用氨、铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐硝化、亚硝化细菌、大肠杆菌、枯草杆菌、放线菌、霉菌、酵母菌、藻类等3、需要某种氨基酸为氮源的微生物4、分解蛋白质获取氮源的微生物（四）无机盐：构成细胞组分；构成酶的组分，维持酶的活性；调节渗透压、氢离子浓度、氧化还原电位等；供给自养微生物能源（五）生长因子:某些微生物不能从普通的碳源、氮源物质合成，而需要外源少量供给才能满足机体生长需要的有机物质。常见生长因子：维生素、氨基酸、碱基等。2.营养类型：光能无机营养/自养型；光能有机营养/异养型；化能有机营养/异养型；化能无机营养/自养型3.微生物的培养基：根据微生物的营养要求，由人工配制的，供给微生物生长繁殖或积累代谢产物所用的营养基质。（1）按照培养基的成分分为:合成培养基；天然培养基；半合成培养基（2）按照培养基的物理性状分为：固体培养基；液体培养基；半固体培养基（3）按照培养基的用途分为:基础培养基；选择培养基（根据某微生物的特殊营养要求或对各种化学物质敏感程度的差异程度而设计、配制的培养基）；鉴别培养基（几种细菌由于对培养基中某一成分的分解能力不同，其菌落通过指示剂显示出不同的颜色而被分开，这种起鉴别和区分不同细菌作用的培养基叫鉴别）；加富培养基4.大肠埃希氏菌分解能力最强，菌落呈深紫红色5.营养物质进入微生物细胞的方式：单纯扩散；促进扩散；主动运输；基团转位6.生物能量的转移中心-ATP7.产生ATP的三种方式：底物水平磷酸化；氧化磷酸化；光合磷酸化8.微生物的生物氧化分为3类：发酵、好氧呼吸和无氧呼吸。9.反硝化：是指在缺氧条件下，有些细菌能以有机物为供氢体，以硝酸盐NO3作为最终电子受体。反硝化是在硝酸盐（电子受体）与有机物（电子供体）同时存在、而氧气又不足（DO0.5mg/L）的情况下发生。第五章1.生长曲线：将少量细菌接种在培养液中，定时取样计数。以细菌个数或细菌数目的对数或细菌干重为纵坐标，以培养时间为横坐标得到的曲线。2.停滞期特点：分裂迟缓，代谢活跃。细胞体积增大较快对数期特点：1）代谢活性高，组成细胞物质最快；2）菌量以几何级数增加，代时稳定；3）细菌数目的增加与原生质总量的增加、菌液混浊度增加呈正相关性；4）个体形态、化学组成、生理特性一致，代谢旺盛，是研究代谢的好材料。静止期特点：细菌总数达到最大值，并恒定一段时间，新生细菌数大致等于死亡数，此时可获得大量菌体。衰亡期特点：细菌常出现多形态、畸形或衰退形；有的细菌产生芽孢3.常规活性污泥法常将活性污泥控制在静止期而不在对数期 原因：如果维持微生物在对数期生长，则：(1)活力很强，处理废水的能力必然较高(2)需有充足的营养物质，即废水中的有机物必须有较高的浓度(3)不易形成菌胶团，沉淀性能差。而静止期的微生物仍有相当的代谢活力，去除有机物的效果仍好，微生物积累大量贮存物，强化了吸附能力。4.微生物与微生物之间的关系：种内关系和种间关系。5.相同种内的关系有竞争和互助，不同种间的关系有(1)竞争:不同的微生物种群在同一环境中，对食物等营养、溶解氧、空间和其他共同要求的物质相互竞争，互相受到不利影响。【霉菌和细菌】(2)互生:两种可以单独生活的生物共存于同一环境，相互提供营养及其他生活条件，双方互相有利，相互受益。【脱酚菌和硫细菌】(3)共生:两种不能单独生活的微生物共同生活于同一环境，各自执行优势的生理功能，在营养上互为有利而组成的共生体。【地衣是藻类和真菌的共生体】(4)偏害关系:指两种微生物生活在一起时，一种微生物产生某种特殊的代谢产物使环境条件发生变化，从而抑制甚至杀死另一种微生物的现象。【乳酸菌】(5)捕食关系:一种微生物直接吞食另一种微生物(6)寄生:指一种生物生活在另一种生物体内，从中摄取营养物质进行生长繁殖，并且在一定条件下损害或杀死另一种生物的现象【噬菌体和细菌】第六章1、驯化：在工业废水生物处理中，用含有某些污染物的工业废水筛选、培养来自处理其他废水的菌种，是他们适应该种工业废水，并产生高效降解其中污染物能力的方法。2、DNA的结构：是两条多核苷酸链彼此互补并排列方向相反的，以右手旋转的方式围绕同一根主轴而互相盘绕形成的，具有一定空间距离的双螺旋结构。3、突变类型：自发突变：多因素低剂量的诱变效应互变异构效应 诱发突变：物理诱变化学诱变复合处理及其协同效应定向培育和驯化4、基因重组：杂交：通过双亲细胞融合使整套染色体的基因重组或者是通过双亲细胞的沟通使部分染色体基因重组。转化：受体细胞直接吸收来自供体细胞的DNA片段，并把它整合到自己的基因组里，从而获得了供体细胞部分遗传性状的现象。转导：通过温和噬菌体的媒介作用，把供体细胞内特定的基因携带至受体细胞中，使后者获得前者部分遗传性状的现象。结合5、PCR（DNA聚合酶链反应）：定义：PCR是DNA不需通过克隆而在体外扩增，短时间内合成大量DNA片段的技术步骤：加热变性退火延伸将扩展物进行琼脂糖凝胶电泳观察第七章1、 土壤中微生物种类和数量：任何土质中都以细菌量最多，放线菌 真菌，藻类原生动物和微型动物等由多到少依次排列2、 土壤自净：土壤对施入一定负荷的有机物或有机污染物具有吸附和生物降解的能力，通过物理、化学和生物作用自动分解污染物使土壤恢复到原有水平的净化过程取决于土壤中微生物的种类、数量和活性，也取决于土壤结构 通气状况等理化性质。3、 土壤修复：利用土壤中天然微生物资源或人为投加目的菌株、甚至构建的特异降解功能菌投加各污染土壤中，将滞留的污染物快速降解和转化，恢复土壤的天然功能。4、 水体自净：河流接纳了一定量的有机污染物后，在物理的、化学的和水生物等因素的综合作用后得到净化，水质恢复到污染前的水平和状态。5、 总大肠菌群：又称大肠菌群，是指一群在37培养24h能发酵乳糖、产酸产气、需氧和兼性厌氧的革兰氏阴性无芽孢杆菌。为什么被选作致病菌的间接指示菌：该细菌生理习性与肠道病原菌类似，而且它们在外界的生存时间基本一致该种细菌在粪便中的数量较多，对人较安全；检验技术较简单6、水体富营养化概念：是水体中含有丰富的溶解性营养盐类，使水中藻类等浮游生物大量生长繁殖，而后引起异养微生物旺盛代谢活动，耗尽了水体中的溶解氧，使水体变质，从而破坏了水体中的生态平衡现象。富营养化的危害：一旦水体受到污染而呈现富营养状态时，水体的某些种类的生物明显减少，而另外一些生物种类则显著增加。这种生物种类演替会导致水生生物的稳定性和多样性降低，破坏水体生态平衡。许多产生水华和赤潮的藻类能产生毒素，不仅危害水生动物，而且对人类健康及牲畜和禽类等也会产生严重的毒害作用。控制水体富营养化的措施与方法：化学药剂控制生物学控制搅动水层或水体深层曝气、抑制底泥厌氧释磷，或挖掘底泥沉积物、进行注水冲稀等 对二级生化处理的排出水进行脱氮和除磷采收藻类，综合利用第八章1,脂肪酸的-氧化脂肪酸经激活变为脂酰辅酶A，脂酰辅酶A再经一系列反应变成少两个的脂酰辅酶A+乙酰辅酶A，以及1分子FADH2和1分子NADH2。一分子18碳硬脂酸总共可以生成120ATP脂肪酸激活脱氢加水再脱氢硫解2，硝化作用 氨基酸脱下的氢在有氧的条件下经亚硝化细菌的作用转化为硝酸，这叫硝化作用。亚硝化细菌和硝化细菌都是好氧菌，适宜在中性和偏碱性的环境中成长，不需要有机营养。3，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，这叫反硝化作用。4，反硫化作用在混凝土排水管和铸铁排水管中，在缺氧条件下，如果有硫酸盐存在，经常被还原成硫化氢。硫化氢上升到污水表层或溢出空气层，与污水表面溶解取相遇，被硫化细菌或硫磺细菌氧化为硫酸。再与管顶部的凝结水结合使混凝土管和铸铁管受到腐蚀。硫化氢可直接与铁反应生成硫化铁沉淀，当反应物冲走后，管壁就留下一个个凹陷。为减少对管道的腐蚀，要求管道有适宜的坡度，使污水流动通畅；加强管道的维护工作。细菌锈蚀，又叫厌氧锈蚀作用。5，铁锰细菌的作用及其危害面给排水管道内常有氧化锰和铁的细菌，他们可以将溶解性的二价铁氧化成三价铁，将可溶性的二价锰氧化成不溶性的四价锰堵塞管道。同时具柄和具鞘的铁细菌大量繁殖，铁锰的氧化产物大量增生与粘性菌体粘合在一起，可造成管道堵塞。铁锰对饮用水的影响：含有铁和锰的饮用水外观呈褐色，而且当铁的含量超过0.3mg/L，锰含量超过0.5mg/L时，就对人体有害，不能饮用。第九章1，好氧活性污泥的组成和性质组成：好氧微生物和兼性厌氧微生物，兼有少量的厌氧微生物与污水中固体物质形成的絮状提或称绒粒。性质：含水率在99%左右，相对密度为1.0021.006，具有沉降作用，有吸附，氧化有机物的能力，胞外酶将废水中的大分子物质水解成小分子，绒粒大小为0.0020.2mm2,菌胶团的作用净化作用，有生物絮凝，吸附能力和氧化分解有机物的能力为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境为原生动物，微型后生动物提供栖息场所具有指示作用3，原生动物及微型后生动物的作用一，指示作用。可根据原生动物和微型后生动物的演替，根据他们的活动规律判断水质和污废水处理程度，还可判断活性污泥培养的成熟程度根据原生动物种类判断活性污泥和处理水质的好与坏根据原生动物遇到恶劣环境改变个体形态及其变化过程判断进水水质变化和运行中出现的问题。二，净化作用。腐生性营养的鞭毛虫通过渗透作用吸收污废水中的溶解性有机物，大多数原生动物是动物性营养，它们吞食有机颗粒和游离细菌及其微小的生物。三，促进絮凝作用和沉淀作用。靠细菌起作用原生动物分泌一定的粘液物质协同和促使细菌发生絮凝作用固着型纤毛虫本身具有沉降作用。4，好氧生物膜是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物粘附在生物滤池滤料上或粘附在生物转盘上的一层粘性，薄膜状的微生物混合群体。它们是生物膜法净化污废水的工作主体。5，活性污泥丝状膨胀的成因溶解氧浓度过低，污泥负荷率高，曝气池金水中含有较多的化粪池污水，营养素不足，低PH值（PH6.56，活性污泥结构-丝状菌适量7，控制活性污泥丝状膨胀的对策控制溶解氧 曝气池出口溶解氧浓度必须控制在2mg/L控制有机负荷 BOD5污泥负荷在0.20.3kg/(kgMLSSd)控制营养比例 BOD:N:P=100:5:1加氯，臭氧或过氧化氢投加混凝剂，如石灰，FeCl3高分子絮凝剂，改善污泥的絮凝，同时也会增加絮体的强度改革工艺 将曝气池改为生物接触氧化法，设置生物选择器。8，甲烷发酵 如图第10 11 12章废水除磷氮的意义：水体中氮磷含量过量危害极大。最大的危害是引起水体富营养化。在富营养化水体中蓝细菌绿藻等大量繁殖，有的蓝细菌产生毒素，毒死鱼虾等水生生物和危害人类健康。由于它们的死亡 腐败引起水体缺氧 使水质恶化。不但影响人类生活还严重影响工农业生产。鉴于以上原因脱氮除磷很重要堆肥化的概念：堆肥化是依靠自然界广泛分布的细菌放线菌和真菌等微生物，有控制地促进可生物降解的有机物向稳定的腐质转化的生物化学过程。固定化酶从筛选培育获得的优良菌种中提取活性极高的酶，再用包埋法（或交联法 载体结合法 逆胶束酶反应系统）等方法将酶固定在载体上，制成不溶于水的固态酶，即固定化酶固定化微生物以与固定化酶相同的固定方法将酶活力强的微生物体固定在载体上，即成固定微生物