环境微生物学期末考试.doc

1.活性污泥：是一种绒絮状小泥粒，由好氧菌为主体的微型生物群以及胶体、悬浮物等组成的微生物集团。颗粒大小约为0.02-0.2mm，表面积为20-100cm2/ml，相对密度约为1.002-1.006。外观呈黄褐色，有时亦呈深灰、灰褐、灰白等色。静置时，能凝聚成较大的绒粒而沉降。它具有很强的吸附及分解有机物的能力。
2.化能自养：生长需要无机物，在氧化无机物的过程中获取能源，同时，无机物有作为电子供体，使CO2还原为自身有机碳化物。
3.生物降解：复杂有机化合物在微生物作用下转变成结构较简单化合物或被完全分解的过程称为生物降解。
4.BOD：生物化学需氧量，用BOD表示，是指在有足够溶解氧存在的条件下，由于微生物的作用，水中能分解的有机物质完全氧化分解时所消耗的量。常用BOD5表示，即5日生化需氧量。它表示在20℃下，培养5天作为测定标准，这时候测得的生化需氧量称为5日生化需氧量。
5.矿化作用：指复杂的有机污染物在一种或多种微生物的作用下彻底分解为H2O、CO2和简单的无机化合物（矿物质）如含氮化合物、含磷化合物、含硫化合物和含氯化合物等的过程。
6.外毒素：指某些病原菌生长繁殖过程中不断分泌到菌体外的一种毒性蛋白质，为次级代谢产物。其主要成分为可溶性蛋白质。有的属于酶、有的属于酶原、有的属于毒蛋白。产生外毒素的细菌主要是一些革兰氏阳性细菌，例如金黄色葡萄球菌、白喉杆菌破伤风杆菌等。少数革兰氏阴性菌如霍乱弧菌和产毒性大肠杆菌等也能产生外毒素。
7.粪大肠菌群：粪大肠菌群是总大肠菌群中的一部分，主要来自粪便。在44.5℃温度下能生长并发酵乳糖产酸产气的大肠菌群称为粪大肠菌群。亦称耐热性大肠菌群。
8.脱氮作用：即为反硝化作用 ，反硝化细菌在缺氧条件下，还原硝酸盐，释放出分子态氮（N2）或一氧化二氮（N2O）的过程，称之为反硝化作用。反硝化作用由于还原的程度不同，可生成不同的还原态产物，如亚硝酸、次亚硝酸、一氧化氮以及分子态氮等。硝酸还原产生分子氮的作用，又称脱氮作用。
9.氧化磷酸化：又称电子传递水平磷酸化，底物在氧化过程中生成的NADH和FADH2可以通过位于线粒体内膜上的电子传递链将电子传递给氧或其他氧化型物质，在这一过程中偶联ATP的合成，这种能量转换方式主要存在于有氧呼吸和无氧呼吸作用中。
10.生物转化：通过微生物代谢导致有机或无机化合物的分子结构发生某种改变、生成新化合物的过程称为生物转化。
11.COD：化学需氧量COD，是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，使污染物氧化所消耗的氧化剂量。所有能被氧化剂养护的有机物和无机物均包括在内。它是表示水中还原性物质多少的一个指标。
12.共代谢作用：一些难降解的有机化合物不能直接直接作为碳源或能源物质被微生物利用，当环境中存在一些其他可利用的碳源或能源时，难降解有机化合物才能被利用，这样的代谢过程称为共代谢作用。
13.生物修复：是指利用生物特别是微生物，将存在于土壤、地下水和海洋等环境中的有毒、有害的污染物降解为CO2和H2O，或转化为无害物质，从而使污染生态环境修复为正常生态环境的工程技术体系。
14.内毒素：是革兰氏阴性细菌细胞壁的组成成分之一，其化学成分是脂多糖。因它在细菌细胞中不分泌到体外，仅在细胞死亡后自溶或用人工裂解时才释放出来，因而称为内毒素。
15.酸性矿水：微生物氧化硫铁矿产生的含有H2SO4的酸性水。
酸性矿水的形成：化学氧化和生物（耐酸细菌）氧化。
FeS——﹥FeSO4+H2SO4 FeSO4 硫杆菌 ﹥Fe2(SO4)3
FeS+ Fe2(SO4)3——﹥FeSO4+S S 硫杆菌 ﹥H2SO4
16.菌根菌：简称菌根, 菌根是指土壤中某些真菌与植物根的共生体。菌根真菌与植物之间建立相互有利、互为条件的生理整体，并各有形态特征，这是真核生物之间实现共生关系的典型代表

1.从生态系统的角度分析水体为什么可以实现自净？水体实现自净的关键是什么？
水体自净是因为"污染物质"可以作为其它生物生长所需的原料.污水的生物处理是利用生长繁殖来消耗水中的污染物质.主要以碳源,氮源的形式被消耗.关键就是生物链的平衡,其实所有的污染都是因为破坏了生物链。
污染物质排入量小于水体自净的能力范围
水体自净过程大致经历如下几个阶段：①有机污染物排入水体后被水体稀释，有机和无机固体物沉降至河底。②水体中好氧细菌利用溶解氧把有机物分解为简单有机物和无机物，并用以构建自身有机体，水中溶解氧被大量消耗而急速下降以至为零，此时鱼类绝迹，原生动物、轮虫、浮游甲壳动物死亡，厌氧细菌大量繁殖，对有机物进行厌氧分解。③有机污染物在微生物代谢作用最终被矿化，生成CO2、H2O、PO43-、NH4+和H2S等，而NH4+和H2S等有可在硝化细菌和硫化细菌作用下，进一步被氧化为稳定的NO3-和SO32-。④随着水体的自净，有机物成为水体微生物生长繁殖的限制性因素，再加上诸如阳光照射、温度pH值和毒物等其他生态因子的变化，以及生物的拮抗作用，使前一阶段大量繁殖的细菌死亡，溶解氧上升，水质变生物清，高等水生动物重新出现，水体恢复到污染前的状态和功能，自净过程完成。
2.简介可生物降解性的定义及测定方法
可生物降解性是指化合物被降解的可能性及其难易程度.
测定方法：
⑴基质的可生物氧化率：以在微生物作用下分解该基质所消耗的氧量除以基质（待测得有机污染物）完全彻底氧化所应消耗的理论需氧量所得的值为该基质的氧化率。
氧化率=微生物作用下的（实际）耗氧量/基质完全氧化所应消耗的（理论）氧量*100%
⑵基质的生化呼吸曲线：亦称基质的耗氧曲线或基质的呼吸线，表示投加基质后微生物的耗氧情况。投加基质后的耗氧量或耗氧速度随时间变化关系的基质呼吸线。通过比较基质的生化呼吸曲线与内源呼吸线，评价基质的可生物降解性。
⑶微生物降解试验：这是在实验室内研究污染物可生物降解性最直接的方法。
①土壤消毒试验:此法适用于新开发的农药可生物降解性的评定。选取有代表性土壤经混合均匀后分装于容器中，容器分做两组，一组经高温消毒或适应药剂处理以杀灭其中的微生物，另一组不消毒。分别施入同量的待测农药，置温室中培养。在一个时期内，定期检测两组土壤中该农药的消失情况，最后判定是否可生物降解及其降解速度。
②培养液中降解试验：通常是在三角烧瓶中装入培养液进行分批培养，检测污染物的降解情况。大致过程是，在三角烧瓶中配制以该污染物为主要来源的培养液，另补加适当的N、P、S元素及其他营养物质，调节PH.以不接种微生物作为对照。接种者可以是一种或多种微生物，也可接种驯育的活性污泥。在不同通气与温度等条件下进行培养。
⑶其他方法与指标
①利用脱氢酶活性作为微生物分解污染物指标，如果在含有污染物的培养液中微生物脱氢酶活性有所增加，则说明微生物利用该污染物以供生长繁殖，具有可生物降解性。
②生物体内的ATP(腺苷三磷酸)含量与生物数量及活性呈正相关，故可测定ATP作为微生物分解利用污染物的指标。凡在含有污染物培养液中生活的微生物体中ATP量增长，说明微生物对该污染物可以降解。
③有机物分解的结果是释放出CO2，可以用放射性14C标记待测的污染物。将此种标记污染物加入到前述消毒土壤试验或培养液微生物降解试验中，通过同位素测定法不断检测土壤或水体中释放的14CO2，计算其回收率，从而评定该污染物的可生物降解性。
3.堆肥为什么能杀灭病原体？垃圾堆肥存在的问题有哪些？如何改进？
在堆肥过程中，旺盛的好氧微生物呼吸作用将易降解有机原料不断分解并产生能量。能量主要用于微生物本身生长繁殖和转化为高能化合物贮存体内；剩余的能量便以热能形式释出体外，从而使堆体内逐渐升温。
病原体的热致死主要是由于酶的热灭活所致。堆肥的微生物作用过程达到高温阶段时，此时温度上升到40-50℃，起始阶段的微生物死亡，取代的微生物是一系列嗜热菌，分解纤维素和半纤维素进一步使堆肥温度上升到70℃。在温度60-70℃的堆肥中，除一些孢子外，所有的病原微生物都会在几小时内死亡。
垃圾堆肥处理技术在我国的应用目前还存在一些问题，如堆肥设施不过关；堆肥过程升温不快，或达到不到无害化对高温与持续时间要求；堆肥腐熟周期偏长、肥效不高或含有重金属；堆肥过程产生恶臭等。
改进方法：微生物接种剂对解决上述问题具有积极作用，重金属污染的主要解决方法是，切实进行垃圾在源头分类储存与收集，在运到垃圾处理厂后再经分捡处理，严格防止含有重金属的废品如电池、灯管等进入垃圾堆肥发酵仓。
4.何谓生物修复？说明原理与影响因素。
生物修复：是指利用生物特别是微生物，将存在于土壤、地下水和海洋等环境中的有毒、有害的污染物降解为CO2和H2O，或转化为无害物质，从而使污染生态环境修复为正常生态环境的工程技术体系。
原理：有机或无机污染物质在微生物的作用下，会降解为CO2和H2O或者其他无害物质，
影响因素：影响微生物降解与转化的生态学因素有物质的化学结构、共代谢作用、环境物理化学因素。
5.何谓环保型微生物制剂？当今已开发有哪些品种？各品种在环保中的作用和意义如何？
环保型微生物制剂，是指将具有特定功能的有益微生物大量生产繁殖后制成含活菌体或菌体内特定物质的产品，应用于环境，起到治理环境、改善环境质量及保护环境的作用。目前已被开发应用的环保型微生物制剂主要有：微生物降解剂、微生物农药、微生物肥料、生物表面活性剂、生物塑料等。
(一)微生物降解剂。微生物对化学污染物有降解与转化作用，将这些具有讲解和转化作用的菌株扩大生产、制成成品，应用于环境污染物无害化处理，即是微生物降解剂。如日本产品EM；EM技术是目前世界上应用范围最大的一项生物工程技术。和一般生物制剂相比，它具有结构复杂、性能稳定、功能齐全的优势，表现出前所未有的高科技水平。
(二)微生物农药, 是指利用微生物及其基因产生或表达的各种生物活性成分，制备出用于防治植物病虫害、昆虫、杂草、鼠害以及调节植物生长的各种制剂的总成。如细菌杀虫剂等；
（1）对人畜安全无毒，专一性强，活性高，不杀伤害虫的天敌和有益生物；
（2）具有选择性，防治谱较窄；
（3）无残留，对环境的压力较小；
（4）对植物不产生药害，也不影响蔬菜、水果、烟、茶等的色香味品质。
（5）作用机理不同于常规农药，抗性产生慢；
（6）开发利用途径多，基因工程、发酵工程，生产工艺和设备相对简单。
（三）微生物肥料，利用有益微生物为植物提供有效养料和促进生长的微生物制剂。如根瘤菌肥料；通过生长刺激素对植物的刺激作用，促进植物对营养元素的吸收，或是抗病，减轻作物病虫害而高产。如植物根际促生菌。
（四）生物表面活性剂，如鼠李糖脂；具有良好的稳定性，受温度和酸碱度的影响小。
6.影响微生物降解与转化的生态学因素有哪些？结合石油与合成洗涤剂的降解予以说明。
影响微生物降解与转化的生态学因素有物质的化学结构、共代谢作用、环境物理化学因素。
影响石油降解的生态因素：
① 石油的物理状态。石油在水体中比在土壤中容易被降解。液态烃比固态烃易降解。
② 温度。环境烃类降解与温度成正相关，在0～40℃范围内每升高10℃，其生化反应增加2～3倍。有时，低温对降解有利，某些低分子烃类（磷常促进油解，其适宜比例为C：N：P＝100：10：1。
④ 氧气。石油中各个组分完全矿化为CO2与H2O，需要一定量的氧。据计算，每分解1g石油需氧3～4g,在严重石油污染的环境里，氧有时成为石油分解的限制因子。
⑤共代谢作用及抑减效应。有的烃类单独存在时不能降解，但在石油混合物中则由于微生物利用其他烃类生长而使该难降解烃在酶作用下降解。相反，也有抑减效应存在，如醋酸盐存在可抑制对十六烷的降解；十六烷存在时可抑减朴日斯烷的降解作用，其机理未明，此种效应并不改变降解的生化过程，但影响该过程是否产生及其活性强度。
影响合成洗涤剂降解的生态因素：
① 微生物的作用条件。
② 洗涤剂中表面活性剂的化学结构。阴离子表面活性剂中，高级脂肪酸盐类最易受微生物分解。直链碳氢化合物比支链碳氢化合物易于为微生物降解。所以最根本的改进方法是采用无毒洗涤剂。
7.氧化塘的污水净化机理是什么？
氧化塘亦称稳定塘。基本原理是利用藻菌共生系统来分解水中污泥物质，使之净化。进入氧化塘得有机污染物被好氧微生物氧化分解，形成各种无机物如NH4+,PO43+,CO2等；藻类可以利用这些无机物做养料，以太阳光为能源，合成自身的细胞，同时释放大量氧气供好氧微生物作用。在一定光强下，1g藻类可放出1.62mgO2。藻类在夜晚呼吸时虽也要消耗O2，但消耗量比白天进行同化作用要少。此外，在氧化塘的底部可能会存在厌氧微生物的活动，通过无氧呼吸生成CO2,H2S,CH4,N2及简单的有机酸，醇等物。只要这个过程的各个环节保持良好的平衡，此生态系统就能相对稳定，污水得以不断净化。效果良好的氧化塘，能使污水中的BOD去除率达到80％～95％。由于氧化塘系由藻类供养，比曝气池，生物转盘供氧量低的多，因此处理同样地污水，氧化塘的耗时及塘的面积都会大得多。一个典型的氧化塘的水层自上而下分：光照层，有氧层，无氧层。
8.叙述生物脱氮机制
硝酸态氮（NO3-）在厌氧条件下，可被反硝化微生物利用，逐步还原成分子态氮而逸出进入大气。生物脱氮就是利用这种原理去除污水中的硝酸态氮的一种技术。NO3-的还原过程：NO3-→NO2-→NO→N2O→N2。如果污水中含有大量的NH3,可先经硝化作用使之生成NO3-，NO3-在厌氧条件下经反硝化作用而脱氮。
9.微生物转化废弃物供综合利用的途径有哪些？请举例说明。
废弃物与污染物在经微生物转化后可供综合利用，开发为人类资源的途径甚多，如：
（1）直接利用微生物菌体，作为人类及动物的食物和营养品，以补充蛋白质等营养。
（2）利用微生物体内的酶或制成酶制剂，用以加工某些产品。
（3）应用微生物的代谢产物，如有机酸、醇类、维生素、氨基酸、抗生素等各种有机物，制备生化试剂、医药化工产品；亦有应用微生物代谢产生的无机物，例如大量无机酸以进行细菌冶金。
（4）应用微生物开发生物能源，例如微生物产生沼气、醇类、氢气等。
例如：（1）单细胞蛋白。
单细胞蛋白也叫微生物蛋白、菌体蛋白，它是用许多工农业废料及石油废料人工培养的微生物菌体。单细胞蛋白可用于生产的废料来源广，如纸浆废液、食品工业废弃物、石油、天然气、甲醇等；生产要求低，生长迅速，蛋白质含量高，投资小且效益高。
（2）细菌冶金。
应用细菌法溶浸贫矿、废矿、尾矿和火冶炉渣等，以回收各种贵重有色金属和稀有金属，达到防止矿产资源流失，最大限度地利用矿藏和综合利用的目的。
（3）微生物与能源。
微生物在厌氧的条件下将有机废物转化生成大量甲烷气体；
微生物厌氧代谢有机物时，可产生一些可燃性醇类，例如乙醇及甲醇等。它们是燃烧完全的高效燃料；
许多微生物还可以产生氢气。
10. 设计一个从海洋环境中选择性分离细菌的实验方案。
海水中粪大肠菌群的分离与鉴定
1．初（步）发酵试验
　　发酵管内装有乳糖蛋白胨液体培养基，并倒置一德汉氏小套管。乳糖能起选择作用，因为很多细菌不能发酵乳糖，而大肠菌群能发酵乳糖而产酸产气。为便于观察细菌的产酸情况，培养基内加有溴甲酚紫作为pH指示剂，细菌产酸后，培养基即由原来的紫色变为黄色。溴甲酚紫还有抑制其他细菌如芽胞菌生长的作用。
　　将水样分别接种到盛有乳糖蛋白胨培养液的发酵管中。在37℃±0.5℃下培养24h±2h。产酸和产
气的发酵管表明试验阳性。
2.复发酵试验
轻微振荡初发酵试验阳性结果的发酵管，用无菌枪头吸取100μl将培养物转接到EC 培养液中。
在44.5℃±0.5℃温度下培养24h±2h（水浴箱的水面应高于试管中培养基液面）。接种后所有发酵管必须在30min 内放进水浴中。培养后立即观察，发酵管产气则证实为粪大肠菌群阳性

4