[理化生]微生物复习.doc

微生物复习绪论1. 生物六界分类系统：病毒界、原核生物界、真核原生生物界、真菌界、动物界和植物界。2. 微生物的命名：二名法。 属名（拉丁文名词）+种名（拉丁文形容词） 斜体表达，第一个字母大写。第一章 病毒1. 病毒的一般特征：（1） 病毒形体极其微小； （2） 没有细胞构造，无酶系统和蛋白质合成系统； （3） 在宿主细胞协助下，合成病毒的化学组成和繁殖新个体； （4） 在宿主细胞内专性寄生，离体条件下以无生命的化学大分子状态存在； （5） 对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感。2. 病毒的化学组成：蛋白质和核酸，个体大的病毒还有类脂质和多糖。3. 病毒的结构：包膜（类脂质和多糖）+核衣壳（衣壳和核酸）4. 病毒的分类：根据专性宿主分类，可分为：动物病毒、植物病毒、细菌病毒（噬菌体）、放线菌病毒、藻类病毒、真菌病毒；根据核酸种类分类，可分为：DNA病毒和RNA病毒5. 病毒的形态：（根据衣壳粒排列的不同）（1）螺旋对称型 烟草花叶病毒（为RNA病毒）（2）20面体对称型 腺病毒（为DNA病毒）（3）复合对称型 大肠杆菌T4噬菌体6. 病毒的大小：以nm计算，直径通常在 10-300nm之间，有的可达400nm。7. 病毒的繁殖过程：（1）吸附：噬菌体以它的尾部末端吸附到敏感细胞表面某一特定的化学部分。（2）侵入：尾髓将头部的DNA注入宿主细胞内，蛋白质外壳留在宿主细胞外。（3）复制与聚集：借用宿主细胞的合成机构如核糖体、mRNA、tRNA、ATP及酶等复制核酸，进而合成噬菌体的蛋白质。（4）释放：噬菌体粒子成熟后，其水解酶水解宿主细胞壁而使宿主细胞裂解，噬菌体被释放出来。8. 噬菌体的溶原性：（1）毒性噬菌体：侵入宿主细胞后，随即引起宿主细胞裂解的噬菌体。（2）温和噬菌体：当它侵入宿主细胞后，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。（3）溶原细胞：含有温和噬菌体核酸的宿主细胞。原噬菌体：在溶原细胞内的温和噬菌体核酸。（4）溶原性是遗传特性，溶原性细菌的子代也是溶原性的。9. 病毒对物理因素的抵抗力：（1）温度：5565范围内不到1h被灭活；高温使病毒的核酸和蛋白质衣壳受损伤；低温保存（-75）病毒。（2）光及其它辐射:紫外辐射、可见光、离子辐射.（3）干燥：干燥是控制环境中病毒的重要因素；干燥使病毒核酸释放出来而随后裂解；有包膜病毒适合在相对湿度较低的环境存活。10. 病毒对化学因素的抵抗力：（1）体内灭活：抗体、干扰素（2）体外灭活：破坏蛋白质：酚、低离子强度的环境；破坏核酸：甲醛、亚硝酸、氨；破坏病毒脂类包膜：脂溶剂。11污水处理过程中对病毒的去除效果：一级：物理过程，最多去除30%。二级：生物处理，是生物吸附、生物降解、絮凝沉降作用过程，以去除有机物、脱氮和除磷为目的，同时对污水中病毒的去除率较高，达90%-99%。三级：深度处理，进一步减少病毒并降低病毒的活性。第二章 原核微生物1. 细菌的个体形态和大小：4种形态：球状、杆状、螺旋状和丝状，分别称为球菌、杆菌、螺旋菌和丝状菌。细菌的大小以um计。2. 细菌的细胞结构：细菌为单细胞结构，所有的细菌均有以下结构：细胞壁、细胞质膜、细胞质及其内含物、拟核（细胞核物质）；部分细菌有特殊结构：芽孢、鞭毛、荚膜、黏液层。菌胶团、衣鞘及光合作用层片等。3. 细胞壁：细菌分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。革兰氏阳性菌（G+）：细胞壁厚且结构简单，含大量肽聚糖，独含磷壁酸，不含脂多糖；革兰氏阴性菌（G-）：细胞壁薄且结构复杂，含极少肽聚糖，独含脂多糖，不含磷壁酸。细胞壁的生理功能：（1）保护细胞免受外力的损伤（渗透压）；（2）维持细菌的细胞形态；（3）阻拦有害物质进入细胞；（4）协助鞭毛运动。4. 原生质体：原生质体包括细胞质膜、细胞质及其内含物、细胞核物质。（1） 细胞质膜有磷脂双分子层，亲水基朝着膜的内、外表面的水相，疏水基在不着色区域。是紧贴在细胞壁内侧而包围细胞质的一层柔软而富有弹性的薄膜，是半渗透膜，含蛋白质、脂质和多糖。生理功能：维持渗透压梯度和溶质的转移；合成细胞壁；膜内陷形成中间体；在细胞质膜上进行物质代谢和能量代谢；鞭毛的着生点和提供其运动所需的能量。（2） 细胞质及其内含物：细胞质:被细胞膜包围着的除核质体外的一切物质。成分为蛋白质,核酸,多糖,脂类,无机盐和水。细胞质内含物：核糖体：由核糖核酸（rRNA）和蛋白质组成；内含颗粒：多聚磷酸盐颗粒、聚-羟基丁酸、硫粒、糖原、气泡、藻青素颗粒、羧酶体、磁小体。5.拟核：（1）拟核：原核生物所特有的无核膜和核仁的原始细胞核，亦称细菌染色体。由一条环状双链的DNA分子高度折叠缠绕形成。（2）功能：携带细菌全部遗传信息，决定遗传性状和传递遗传信息6.荚膜、黏液层、菌胶团和衣鞘：一些细菌在某些细胞表面分泌的一种黏性物质，把细胞壁完全包围封住，这层黏性物质叫荚膜。荚膜的含水率在90%-98%，有的细菌的荚膜含多糖，有的含脂质或脂质蛋白复合体。荚膜的功能：（1）增强某些致病菌的侵染力；（2）保护致病菌免受宿主吞噬细胞的吞噬，保护细菌免受干燥的影响；（3）当缺乏营养时，荚膜可被用作碳源、能源、氮源；（4）具有生物吸附作用。黏液层：有些细菌不产荚膜，其细胞表面仍可分泌黏性的多糖，疏松的附着在细胞壁表面上，与外界没有明显的边缘。菌胶团：被一个公共荚膜包围形成一定形状的细菌集团。衣鞘：黏液层或荚膜硬质化，形成一个透明坚韧的空壳。7.芽孢：某些细菌在它的生活史中的某个阶段或某些细菌在它遇到外界不良环境时，在其细胞内形成一个内生孢子叫芽孢。芽孢是抵抗外界不良环境的休眠体，无繁殖功能。芽孢的特点：（1）含水率低38-40%；（2）芽孢壁厚而致密，分外、中、内三层；（3）芽孢所特有的2,6-吡啶二羧酸使芽孢具有耐热性；（4）含有耐热性酶8.鞭毛：由细胞质膜上的鞭毛基粒长出穿过细胞壁伸向体外，具有运动的功能。9.细菌的培养特征：（1）在固体培养基：菌落特征。用稀释平板法和平板划线法将呈单个细胞的细菌接种在固体培养基上，在一定的温度条件培养，细菌就可在固体培养基上迅速生长繁殖形成一个由无数细菌组成的群体，即菌落。（2）在明胶培养基：用穿刺接种法将某种细菌接种在明胶培养基中培养，能产生明胶水解酶水解明胶，不同的细菌将明胶水解成不同形态的溶菌区。（3）在半固体培养基：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。在穿刺线上部生长为好氧菌，沿穿刺线自上而下生长为兼性厌氧菌或兼性好氧菌，在穿刺线下部生长为厌氧菌。只沿穿刺线生长为没有鞭毛、不能运动的细菌，不但沿穿刺线生长而且穿透培养基扩散生长为有鞭毛、能运动的细菌。（4）在液体培养基：细菌整个个体与培养基接触，可以自由扩散生长。10. 细菌的表面电荷和等电点：细菌等电点：pH为2-5（G+:2-3 G-:4-5）。细菌培养液的pH若比细菌的等电点高，细菌的游离氨基电离受抑制，游离羧基电离，细菌则带负电。如果培养基的pH比细菌的等电点低，细菌的游离羧基电离受抑制，游离氨基电离，细菌则带正电。一般培养过程中，细菌多处于偏碱性、中性和偏酸性，都高于细菌的等电点，细菌表面总是带负电荷。在废水生物处理过程中，废水的pH多数为偏酸性、中性和偏碱性，均在细菌的等电点之上，其中细菌都表现带负电性。11. 细菌的染色原理和染色方法：（1）染色原理：细菌菌体无色透明，用染色液染菌体，以增加菌体与背景的反差，在显微镜下则可清楚看见菌体的形态。碱性染料:结晶紫、龙胆紫、碱性品红、蕃红、美蓝、甲基紫等酸性染料:酸性品红、刚果红、曙红等（2）染色方法：简单染色法和复合染色法。（3）革兰氏染色法：A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。B用草酸铵结晶紫染色1min，水洗去掉浮色。C用碘-碘化钾溶液媒染1min，倾去多余溶液。D用中性脱色剂如乙醇或丙酮脱色，革兰氏阳性菌不被褪色而呈紫色，革兰氏阴性菌被褪色而呈无色。E用番红染液复染1min，革兰氏阳性菌仍呈紫色，革兰氏阴性菌则呈现红色。革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌及被区别开。（4）革兰氏染色的机制：A与细菌的等电点有关：革兰氏阳性菌的等电点为pH2-3，革兰氏阴性菌的等电点为pH4-5，可见革兰氏阳性菌带的负电荷比革兰氏阴性菌多，它与草酸铵结晶紫结合得更牢固，对乙醇脱色的体抗力更强。B与细胞壁有关：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，使菌体呈现无色。革兰氏阳性菌由于脂质含量很低，而肽聚糖含量高，乙醇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，阻止乙醇进入细胞，草酸铵结晶紫和碘-碘化钾复合物截留在细胞内而不被脱色，仍呈紫色。12.细菌悬液的稳定性：细菌在液体培养基中的存在状态有稳定的和不稳定的两种，稳定的叫S型，即光滑性；不稳定的叫R型，即粗糙型。污水处理厂多用R型，因为R型细菌悬液很不稳定容易发生凝聚而沉淀。13细菌的比表面积单位体积的细菌群的总比表面积巨大，这样有利于细菌吸附和吸收营养物，有利于排泄代谢产物，使细菌生长繁殖快。14.细菌的相对密度在1.07-1.19之间，单个细菌的质量约为1x10-91x10-10mg。15.放线菌：在固体培养基上呈辐射状生长而得名。大多数是腐生菌、单细胞、G+菌、陆生性强。菌丝分为三类：营养菌丝、气生菌丝、孢子丝。放线菌的革兰氏染色反应：除枝动菌属为革兰氏阴性菌以外，其余全部放线菌均为革兰氏阳性菌。菌落特征：（1）干燥、不透明、表面呈紧密的丝绒状上面有一层色彩鲜艳的干粉；（2）菌落与培养基的连接紧密，难以挑取；（3）正反面颜色常常不一致，菌落边缘 培养基的平面有变形现象。放线菌是通过分生孢子或孢囊孢子繁殖，也可以一般营养菌丝繁殖。第三章 真核微生物1. 原生动物的一般特征：（1）概念、细胞结构及功能： 单细胞动物。没有细胞壁、有细胞质膜、细胞质，有分化的细胞器，其细胞核具有核膜；有独立生活的生命特征和生理功能。（2）营养类型：A全动性营养：以其它生物为食。B植物性营养：有色素的原生生物，在光照条件下，吸收CO2和无机盐进行光合作用，合成有机物供自身供养。C腐生性营养（3）繁殖A. 无性生殖：二分裂法、多分裂法；B有性生殖2.原生动物的胞囊：胞囊是抵抗不良环境的一种休眠体。胞囊很轻易随灰尘漂浮或被其他动物带至他处，胞囊遇到适宜环境其胞壳破裂恢复原形。所有原生动物在污水生物处理工程中都起指示生物的作用，一旦形成胞囊，就可判断污水处理不正常，至于是什么原因引起的，要进一步查找。3.微型后生动物原生动物以外的多细胞动物叫后生动物。包括：轮虫、线虫、浮游甲壳动物、寡毛类动物、苔藓动物。4. 藻类的一般特征：蓝藻属于原核微生物；藻类分为10门；真核藻类具有叶绿体，光能自养型。少数营腐生，极少数与其它生物共生。生长需要阳光，最适pH6-8，多数藻类是中温性；繁殖有无性生殖和有性生殖；分布广泛;藻类是水体生态系统的初级生产者。5. 真菌：一类低等的真核微生物，有单细胞和多细胞，包括酵母菌、霉菌及伞菌。特征：1）不能进行光合作用2）以产生大量孢子进行繁殖3）具有发达的菌丝体4）有机营养型6.酵母菌：（1）单细胞真菌，有发酵型和氧化型两种。（2）形态和大小形态：卵圆形、圆形、圆柱形、香肠状、假丝状等多种。大小：直径1-5um，长约5-30um或更长。（3） 细胞结构：（4） 繁殖：无性生殖：出芽生殖、裂殖、产无性孢子有性生殖：产子囊孢子（5） 培养特征：A. 固体培养基：酵母菌落：表面湿润而光滑，有一定透明度，容易挑起，白色和红色有粘性。时间久后菌落干燥、呈皱褶状，菌落大小和细菌差不多，散发出酒香味。B 液体培养基：在培养基液面上形成薄膜；产生沉淀沉在瓶底；发酵型酵母菌产生CO2使培养基表面充满泡沫。7霉菌：（1）形态、大小： 由分支和不分支的菌丝交织形成的菌丝体。 菌丝体：营养菌丝、气生菌丝 大小：直径3-10um（2）细胞结构：多数是多细胞的、少数是单细胞的。有：细胞壁、细胞质膜、细胞核、细胞质及内含物。（3）繁殖方式：A有性孢子：合子、接合孢子、囊孢子、担子孢子。B. 无性孢子：孢囊孢子、分生孢子、分节孢子、厚垣孢子。C. 菌丝片段（4）菌落特征：A.形态较大，比放线菌疏松，干燥，蛛网状、绒毛状或棉絮状；B.与培养基结合不紧，易于挑取；C.不同霉菌的孢子使菌落呈现不同结构和色泽；D.正反面颜色、边缘与中心的颜色不一致。第四章 微生物的生理1. 酶：酶是活细胞的成分，在生物体内合成，能在细胞内（外）起催化作用的一种生物催化剂。（1） 酶的组成：A单成分酶：由蛋白质组成（胞外酶，催化水解作用）B结合酶（全酶）：由酶蛋白和非蛋白（辅因子、辅酶或辅基）两部分组成（2） 酶各组分的功能：辅因子：对热稳定的金属离子；不含氮的有机小分子。酶蛋白：加速生化反应辅酶和辅基：传递电子、原子、化学基团金属离子：传递电子，激活剂（3） 几种重要的辅酶：A.转移氢的辅酶：NAD（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸,辅酶）或NADP（辅酶）FAD或FMN：琥珀酸脱氢酶的辅基或氨基酸氧化酶的辅基B转移基团的辅酶：辅酶A（CoA或CoA-SH）：在糖代谢和脂肪代谢中起重要作用，通过其巯基（-SH）的受酰与脱酰参与转酰基反应磷酸腺苷：AMP（一磷酸腺苷）ADP（二磷酸腺苷）ATP（三磷酸腺苷）转磷酸基酶的辅酶，作为磷酸基载体，参与能量转移。（4） 酶的活性中心A锁匙定理：酶担当锁，催化底物担当匙。B诱导契合学说：酶的活性中心是酶蛋白分子中，由必需基团组成，能与底物结合，并起催化作用的活性区域。酶活性中心有两个功能部位：结合基团（一定的底物靠此部位结合到酶分子上）、催化基团（底物分子中的化学键在此处被打断或形成新的化学键，从而发生一系列的化学反应）（5） 酶的催化特性：A.加快反应速度; B,酶本身是蛋白质，对环境条件极为敏感; C.催化效率高; D.酶的催化作用条件温和;E.酶具有高度的专一性(specificity)：绝对专一性（酶只作用于一种底物）、相对专一性（可作用一类结构相近的底物）、立体异构专一性（当底物具有立体异构时，酶只能作用其中的一种）。（6）影响酶活力的因素：A. 酶浓度对反应速度的影响：B底物浓度对反应速度的影响：a. 米门方程式： v 酶促反应的初速度；Vm最大反应速度；S 底物浓度；Km米氏常数。b米氏常数（Km）的意义：Km是反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，当 时，Km=S。 Km是特征性物理常数，只与酶的性质和它所催化的底物种类有关，而与酶浓度无关；1/Km可近似表示酶对底物亲和力的大小，1/Km愈大，表明亲和力愈大，反应速度愈快。C温度对反应速度的影响：双重影响：酶反应速度在一定范围（0-40）内，随着温度升高而加快；酶是蛋白质，随着温度升高，酶变性速度加快。 D pH值对反应速度的影响：改变底物分子和酶分子的带电状态，影响酶和底物的结合；（胃蛋白酶）过高、过低的pH都影响酶的稳定性，使酶遭到不可逆的破坏。E 抑制剂对反应速度的影响：降低酶活性甚至使酶完全丧失活性的物质称为酶的抑制剂。抑制剂具有选择性。 竞争性抑制剂(可逆性抑制） 非竞争性抑制剂（不可逆性抑制：重金属盐类和氰化物）F 激活剂对反应速度的影响：无机阳离子:Na+,K+,Zn2+,Cu2+,Mn2+,Fe2+等无机阴离子：Cl-, Br-, I-, NO3-, SO42-等有机化合物：如维生素C、巯基乙酸等（NaCl是唾液淀粉酶的激活剂）2. 微生物的营养：（1）新陈代谢：微生物从外界环境中不断的摄取营养物质，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，这是微生物与环境之间的物质交换过程，一般称为物质代谢或新陈代谢。新陈代谢是生物最基本的特征之一。新陈代谢包括同化作用（物质合成反应，吸收能量）和异化作用（物质分解反应，放出能量），两者是相辅相成的，异化作用是同化作用的能量来源，同化作用是异化作用的物质基础。（2）微生物的化学组成：A.水分（7090） B干物质： 有机物(9097)：蛋白质,核酸,糖类,脂类 无机物(310)：K,Na,Mg,Ca和微量元素化学组成实验式 细菌 C5H7O2N, 原生动物 C7H14O3N, 菌 C10H17O6N （3）微生物的营养：水、碳素营养、氮素营养、无机盐、生长因子（4）微生物的营养类型：根据碳素来源，分为自养型微生物（无机碳(CO2)）和异养型微生物（有机碳(乙酸)）；根据能量来源，分为光能营养型（光合作用）和化能营养型（物质氧化的化学能）。A. 光能自养型：光作为能源，CO2作为碳源；B. 化能自养型：能源来自于无机物氧化产生的化学能，CO2作为碳源，无机物作为供氢体；C. 光能异养型：光作为能源，有机物作为供氢体；D. 化能异养型：以有机化合物作为碳源和能源。（腐生性和寄生性）E. 混合营养型：无机碳和有机碳都能利用（兼性自养）。（5）培养基的种类：A合成培养基：按微生物的营养要求，用已知的化合物配制而成的培养基。各成分是已知结构的纯化学物质，包括无机物和有机物。B天然培养基：天然有机物配制而成的培养基。各成分是植物、动物或微生物的提取物。C复合培养基（半合成培养基）：既有已知的化学组成物质，同时还加有某些天然成分的培养基。（6）营养物质进入微生物细胞的方式：A. 单纯扩散：一种物理扩散作用，以被输送物质在细胞内外的浓度梯度为动力。非特异性、速度慢、不耗能、溶于水的小分子物质。B促进扩散：以物质的浓度梯度为动力，不耗能，但必须有载体蛋白参加，速度快。单糖、氨基酸、维生素的运输C. 主动运输：物质的运输不受浓度梯度的制约，必须有载体蛋白参加，耗能。氨基酸、糖、无机离子、磷酸盐及有机酸等D基团转位：在运输中需要能量参与，并且被运输的物质发生了化学变化。3. 微生物的产能代谢：微生物合成细胞组分及维持生命活动所需能量由产能代谢提供,产能代谢通过呼吸作用实现，其本质是一系列氧化还原反应。2H2H+2e 根据最终电子受体不同，呼吸类型分三种：发酵、好氧呼吸、无氧呼吸。发酵（厌氧微生物）：以有机物氧化分解的中间代谢产物为最终电子受体，最终产物：有机酸、醇、CO2、H2及能量 好氧呼吸（好氧微生物）： 以O2为最终电子受体，最终产物：CO2、H2O及能量 无氧呼吸（厌氧微生物）： 以NO3-、SO42-、CO32-等为最终电子受体，最终产物：N2、H2S、CH4、CO2、H2O及能量 （1） 发酵A. 发酵是某些厌氧微生物在生长过程中获得能量的一种方式。B. 糖酵解（EMP）途径：微生物在厌氧条件下，通过氧化还原反应将葡萄糖分解为丙酮酸，并产生可供机体生长的能量的过程，即EMP途径。在无氧条件下，1mol葡萄糖逐步分解而产生2mol丙酮酸、2molNADH+H+和2molATP.a 不涉及氧化还原反应的预备性反应，加入能量使葡萄糖活化，六碳糖分解为三碳糖，生成一种主要的中间产物3-磷酸甘油醛，消耗2molATP；b 通过氧化还原反应产生4molATP、2molNADH2和2mol丙酮酸。总反应式：C6H12O6 +2 NAD+ +2 Pi + 2 ADP= 2CH3COCOOH +2 NADH +2 H+ +2 ATP 糖酵解具有以下重要意义：a 微生物发酵产能：通过EMP途径产生的能量是发酵过程主要甚至唯一的能量来源。产能方式：底物（基质）水平磷酸化（底物被氧化过程中，产生一种含高自由能的中间体，这一中间体将键能交给ADP使之磷酸化，生成ATP的过程。）。b 丙酮酸是重要的中间代谢产物：是发酵微生物产生各种发酵产物的转折点。C 主要发酵类型：根据主要末端产物命名：丁酸型发酵、丙酸型发酵、混合酸发酵、乙醇发酵。D 发酵底物必须具备的条件：不能被过分氧化，也不能被过分还原；必须能转变成为一种可参与底物水平磷酸化的中间产物。（2） 好氧呼吸：A 概念：是指有外在最终电子受体O2存在时，对底物的氧化途径。B 阶段：a 葡萄糖经EMP途径酵解，形成中间产物丙酮酸；b 丙酮酸的有氧分解。丙酮酸氧化过程的一系列步骤总称为三羧酸循环（即TCA循环）。C TCA循环或柠檬酸循环：丙酮酸先经氧化脱羧作用，并乙酰化形成乙酰CoA和1mol的NADH2。乙酰CoA进入三羧酸循环，最后被彻底氧化为CO2和H2O。D 电子传递体系功能：a接受供电子体释放的电子，将电子传递给最终电子受体O2； b合成ATP，将电子传递过程中释放的能量贮存起来。F. 产能分析：a EMP途径：3-磷酸甘油醛脱氢2mol（NADH+H+），好氧呼吸可借电子传递体系氧化生成6molATP，加上底物水平磷酸化生成的2molATP，共计8molATP。b TCA循环：1mol丙酮酸经三羧酸循环完全氧化成CO2和H2O，生成4mol（NADH+H+）。1mol（NADH+H+）通过电子传递体系重新氧化成NAD+，可生成3molATP，则4mol（NADH+H+）被氧化，可生成12molATP。在琥珀酰辅酶A氧化成延胡索酸时，包含着底物水平磷酸化。由此生成1molGTP，随后1molGTP转变成1molATP。这过程还包含不经NAD+而直接将电子传给FAD生成FADH2的反应，FADH2经过电子传递体系被氧化课生成2molATP。那么，1mol丙酮酸经一次三羧酸循环可生成15molATP。因为1mol葡萄糖经EMP途径可生成2mol丙酮酸，则总共生成30molATP。1mol葡萄糖完全氧化总共产生38molATP。由NADH+H+和FADH2经电子传递体系形成ATP的这一过程称为氧化磷酸化。外源性呼吸：利用外界供给的能源进行呼吸。内源性呼吸：利用内部贮存的能源进行呼吸。（3） 无氧呼吸A. 以NO3-作为最终电子受体 通过硝酸盐呼吸将NO3-还原为N2（及N2O和NO）的过程称为反硝化作用。CH3COOH+2H2O+4NAD+2CO2+4NADH+H+ 5CH3COOH+8NO3-10CO2+6H2O+4N2+8OH-+能量 B. 以CO2和CO为最终电子受体产甲烷菌专性厌氧，仅能以甲酸、乙醇、甲醇、乙酸、H2等作为供氢体，将CO2还原为CH4。CH3CH2OH+CO2=CH4+2CH3COOH 3H2+CO=CH4+H2O4.微生物的合成代谢:（1）产甲烷菌的合成代谢：产甲烷菌利用C1和C2有机物产生CO2和CH4，利用其中间代谢产物和能量ATP合成蛋白质、多糖、脂肪和核酸等物质，用以构成自身细胞。（2）化能自养微生物的合成代谢：A亚硝化细菌的合成代谢 NH4+1.5O2=NO2-+2H+H2O+271kJ CO2+4H=CH2O+H2O B硝化细菌的合成代谢 HNO2+0.5O2=NO3-+H+77kJ CO2+4H=CH2O+H2O（3）异养微生物的合成代谢：利用现成有机物作为碳源和能源。经酶的催化作用分解大分子有机物为小分子中间产物，利用部分中间代谢产物及分解代谢中产生的ATP合成自身细胞的各种组分。 第五章 微生物的生长繁殖与生存1. 微生物的生长繁殖：（1）分批培养：将一定量的微生物接种在一个封闭的、有一定体积液体的培养基的容器内，保持一定的温度、pH和溶解氧量，微生物在其中生长繁殖，结果出现微生物的数量由少变多，达到高峰后又有多变少，甚至死亡的变化规律。A 停滞期a初期 存活细菌的细胞物质增加，细菌总数尚未增加，甚至下降（）。b末期 生长繁殖速度逐渐加快；细胞代谢活力强，呼吸速度、核酸及蛋白质的合成速度接近对数期细胞，开始细胞分裂（）。停滞期长短的影响因素：接种量；菌龄；营养条件B 对数期停滞期末期，细菌生长速度增至最大，数量以几何级数增加，细菌总数的对数与时间的关系在坐标系中成直线关系()。 世代时间（G）生长速率（k）细胞特征：代谢活力最强，合成新细胞物质的速度最快，生长旺盛；对不良环境因素抵抗力强；群体中细胞化学组分、形态、生理特性基本一致。 C 静止期细菌总数达到最大值，新生数与死亡数相当；细菌开始积累贮存物质（,）D. 衰亡期细菌进行内源呼吸；死亡率大于繁殖率，活菌数迅速减少（）。分批培养在污水生物处理中的典型应用：SBR法（间歇式活性污泥法）（2）连续培养A. 恒浊连续培养 使培养液的浊度保持在某一恒定值。调节培养液流速，使浊度达到恒定。特征：可在允许范围内控制菌体密度；在生产实践中，可获得大量菌体或某些代谢产物。 B. 恒化连续培养 定容反应器中，进水营养成分恒定，以恒定流速进水，以相同流速出水。生长速度调节：限制性底物浓度或进水流速。 特征：可获得一定生长速率的均一菌体；用于与生长速率相关的理论研究。连续培养中，微生物生长状态和规律处于分批培养中生长曲线的某个生长阶段。 （3）细菌生长曲线在污（废）水微生物处理中的应用A常规活性污泥法利用静止期的微生物：不用对数期，是因为对数生长期的微生物生长繁殖快，代谢活力强，能大量去除污水中的有机物。尽管微生物对有机物的去除能力很高，但相应要求进水有机物浓度高，则出水的绝对值也相应提高，不易达到排放标准。又因对数期的微生物生长繁殖旺盛，细胞表面的黏液层和荚膜尚未形成，运动很活跃，不易自行凝聚成菌胶团，沉淀性能差，只是出水水质差。而处于静止期的微生物代谢活力虽比对数期的差，但仍有相当的代谢活力，去除有机物的效果仍较好，最大特点是微生物积累大量贮存物。这些贮存物强化了微生物的生物吸附能力，其自我絮凝、聚合能力强，在二沉池在泥水分离效果好，出水水质好。B延时曝气法处理低浓度有机废水利用衰亡期的微生物：由于低浓度有机物满足不了静止期微生物的营养要求，处理效果不会好。若采用延时曝气法，通常延时曝气时间在8h以上，甚至24h，延长水力停留时间，适当增大进水量，提高有机负荷，满足微生物的营养要求，从而取得较好的处理效果。2. 微生物的生存因子非生物因子：温度、pH值、溶解氧、渗透压、氧化还原电位、光辐射等。生物因子：微生物与微生物之间的关系（1）温度：高温灭菌、低温保存菌种 （2）pH值：A. 环境中的pH值对微生物生命活动的影响：引起细胞膜电荷的变化，从而影响微生物对营养物质的吸收；影响酶的活性；改变环境中营养物质的可给性以及有害物质的毒性。 B.微生物的pH值耐性限度：多数微生物的最适pH值：5-9活性污泥：6-8C微生物对环境pH值的影响：硝化菌：pH值反硝化菌：pH值 D. pH对微生物生长和发酵产物的影响：厌氧处理系统中的产酸菌和产甲烷菌（3）溶解氧（DO）;A. 好氧微生物:在有氧存在的条件下才能生长的微生物。有完整的呼吸链。专性好氧微生物：氧分压0.2101kPa。细胞含超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶。多数真菌和细菌微量好氧微生物：氧分压（0.003-0.2）101kPa。污水生物处理中：好氧微生物 2-4mg/L；微量好氧微生物 0.5mg/LB兼性厌氧微生物在有氧、无氧条件都能生存；含SOD和过氧化氢酶。许多酵母菌和某些细菌。酵母菌：有氧 氧化分解有机底物为CO2和H2O； 无氧 发酵葡萄糖产生乙醇、CO2 巴斯德效应：如果将氧通入正在发酵葡萄糖的酵母菌悬液中，发酵速率迅速下降，葡萄糖的消耗速率也显著下降。可见，氧对葡萄糖的利用有抑制作用，这种现象称为巴斯德效应。氧对葡萄糖利用的抑制作用机制是通过NADH和NAD+的相对含量及ADP和ATP的相对含量的变化实现的。反硝化菌C厌氧微生物3. 微生物与微生物之间的关系（1）种内：竞争、互助 （2）种间：A竞争：一种微生物在为共同需求的物质的争夺中对另一种微生物产生不利或有害的影响。B原始合作（互生）关系：两种可以单独生活的微生物共存于同一环境中，相互提供营养及其他生活条件，双方相互收益。 如亚硝酸菌 和 硝酸菌C共生关系：两种不能单独生活的微生物共存于同一环境中，各自执行优势生理功能，在营养上互为有利，组成共生体。D偏害关系：两种微生物生活在一起时，一种产生某种特殊的代谢产物或使环境条件发生变化，从而抑制甚至杀死另一种微生物。E捕食关系：一种微生物直接吞食另一种微生物。细菌、菌类原生动物微型后生动物 F寄生关系：一种微生物（寄生菌）需要在另一种生物（寄主）体内生活，从中摄取营养才能得以生长繁殖。专性寄生：不能离开寄主而生存 兼性寄生：离开寄主后营腐生生活第六章 微生物的遗传与变异遗传性：亲代生物具有将自己的一整套遗传因子传递给子代的特性。遗传具有稳定性和保守性。 变异性：在遗传物质水平上发生了改变从而引起某些相应性状发生改变的特性称为变异性。遗传与变异是一切生物最本质的属性。1. 微生物的遗传从分子遗传学角度看，是亲代通过核酸将决定各种遗传性状的遗传信息传给子代的。（1） DNA的结构与复制A DNA的化学组成DNA是一种高分子化合物，由四种核苷酸组成，每一种核苷酸含环状碱基、脱氧核糖和磷酸根三种组分。四种碱基： 腺嘌呤A 鸟嘌呤G 胸腺嘧啶T 胞嘧啶CB DNA的双螺旋结构碱基互补：A=T GCC DNA的复制半保留复制：复制后的DNA分子中，各由一条新链和一条旧链构成双螺旋结构。 （2） DNA的变性和复性A DNA变性：天然双链DNA受热或其他因素的作用下，两条链之间的结合力被破坏而分开成单链DNA。 B DNA复性：变性DNA溶液经适当处理后重新形成天然DNA的过程叫复性，或叫退火。复性后的DNA所携带的遗传信息会改变。 （3） 遗传信息的传递基因的表达：A 基因：是一切生物体内储存遗传信息的，有自我复制能力的遗传功能单位。具有某一特定碱基排列顺序和数目的DNA分子片段。B 操纵子学说：结构基因：控制蛋白质和酶的合成操纵区：操纵结构基因的表达调节基因：通过操纵区间接控制结构基因C 遗传信息的传递贮存DNA上的遗传信息都通过DNA转录为RNA，将遗传信息传给后代，并通过RNA的中间作用来指导蛋白质（酶）的合成。这种关于DNA的复制和遗传信息传递的基本规律被称为分子遗传学的“中心法则”。 （4） RNAA 组成：由四种核苷酸组成的高分子物质； B 核苷酸：磷酸+核糖+碱基C 碱基：腺嘌呤 A 鸟嘌呤 G 尿嘧啶 U 胞嘧啶 CD mRNA信使RNA:DNA转录而成带有指导氨基酸的信息密码(三联密码子，翻译氨基酸传递遗传性。E tRNA转移RNA:与mRNA互补的反密码子识别氨基酸及mRNA上的codon，在tRNA氨基酸合成酶作用下传递氨基酸F 反义RNA：与DNA碱基互补,在DNA复制,RNA转录翻译及传递氨基酸过程中有调节作用。G rRNA：和蛋白质结合成的核糖体是合成蛋白质的场所（5） 蛋白质合成步骤：A DNA复制：决定某种蛋白质分子结构的相应一段DNA链的自我复制。B 转录：mRNA的合成 以DNA的双链中的一条为模板，按互补方式合成mRNA，遗传信息由DNA到RNA的传递过程称为转录。由mRNA指导蛋白质合成。C 翻译：由mRNA的碱基排列顺序决定多肽链中氨基酸排列顺序，遗传信息由mRNA到蛋白质的传递过程称为翻译。翻译由tRNA完成D 蛋白质合成：通过两端识别作用，把特定氨基酸转运到核糖体上，使不同氨基酸按照mRNA上的碱基顺序连接起来，在多肽合成酶作用下合成多肽链。2. 微生物的变异（1） 变异的实质基因突变基因突变即微生物的DNA被某种因素引起碱基的缺失、置换或插入，改变了基因内部原有的碱基排列顺序，从而引起其后代表现型的改变。当后代突然表现和亲代显然不同的，能遗传的性状（称表现型）时，就称为突变。A 自发突变：多因素低剂量的诱变效应：高温，辐射 微生物自身有害代谢产物的诱变效应：过氧化氢 互变异构效应B诱发突变a物理诱变：紫外辐射、X射线、射线、快中子、射线、激光等 化学诱变：b化学诱变剂引起的碱基对置换：碱基置换属于一种染色体的微小损伤，也称点突变。直接引起置换的诱变剂：直接与核酸的碱基发生化学反应。 间接引起置换的诱变剂：一些与天然碱基结构接近的类似物掺入到DNA分子中。移码突变：在DNA分子上缺失或插入一、二个碱基，引起突变点以下全部遗传密码转录和翻译错误。c复合处理及协同效应：两种或多种诱变剂先后使用；同一种诱变剂的重复使用；两种或多种诱变剂同时使用 d定向培育和驯化：定向培育：人为用某一特定环境条件长期处理某一微生物群体，不断进行移种传代，以达到累积和选择合适的自发突变体的一种古老育种方法。活性污泥法的污泥驯化（2） 基因重组A杂 交：通过双亲细胞的融合，使整套染色体的基因重组，或通过双亲细胞的沟通，使部分染色体基因重组。B 转 化：受体细胞直接吸收了来自供体细胞的DNA片段。游离的DNA片段称为转化因子。细胞分裂后，携带供体菌转化基因的子细胞。 只有处于感受态的细菌细胞才能接受转化因子，这种能够接受转化因子的细胞称为感受态细胞。C 转 导：通过噬菌体的媒介，把供体细胞中的DNA片段携带到受体细胞中。普遍性转导：通过完全缺陷噬菌体对供体细菌的任何DNA片段的“误包” 。局限性转导：通过部分缺陷的温和噬菌体对供体细菌的少数特定基因的“误切”。第七章 微生物的生态1. 生态系统在一定时间和空间范围内由生物与它们的生境通过能量流动和物质循环所组成的一个自然体。生态系统=生物群落+环境条件 A生态系统的基本结构： 分解者、消费者（异养生物）、生产者（自养生物）、非生物环境B生态系统的功能：生物生产、能量流动、物质循环、信息传递C生态平衡：开放系统：能量和物质的输入输出，生态系统组成、结构和功能将长期处于稳定状态。即使有外来干扰，也能通过自我调节能力恢复到原来的稳定状态，即生态平衡。 2水体微生物生态：（1）海洋中微生物群落：A海洋微生物群落分布水平分布：近海多，远海少；垂直分布：0-10m:生产者,好氧异养菌10-50m:微生物量较多,好氧(兼性厌氧)菌50m以下:微生物量逐渐减少海底:兼性厌氧菌,厌氧异养菌,硫酸还原菌 （2）淡水微生物群落A河流湖泊水平分布：沿岸微生物种类和数量多，大多为腐生性细菌，含有病源细菌。 贫营养湖：微生物种类和数量少。 富营养湖：微生物种类和数量多。B地下水：细菌量远少于地面水，深层地下水甚至没有细菌。 （3）水体自净和污染水体的微生物生态 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（微生物、动物和植物）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生态，叫水体自净。自净容量是指在水体正常生物循环中能够净化有机污染物的最大数量。A水体自净过程：物理净化、化学净化、生物化学净化作用 B衡量水体净化指标 P/H指数：P代表光合自养型微生物，H代表异养型微生物，两者的比值即P/H指数。P/H指数反映水体污染和自净程度。水体刚被污染，水中有机物浓度高，异养型微生物大量繁殖，P/H指数低，自净的速率高。在自净过程中，有机物减少，异养型微生物数量减少，光能自养型微生物数量增多，故P/H指数升高，自净速率逐渐降低。在河流自净完成后，P/H指数恢复到原有水平。溶解氧昼夜变化幅度和氧垂曲线：水体中的溶解氧是由空气中的氧溶于水而得到补充，同时也靠光能自养型微生物光合作用放出氧得到补充。阳光的照射是关键因素，白天和夜晚水中的溶解氧浓度差异较大。在白天有阳光和阴天时的溶解氧浓度差异也较大。昼夜的差异取决于微生物的种群，数量或水体断面积及水的深度。如果光能自养型微生物数量多，P/H指数高，溶解氧昼夜差异大。河流刚被污染时，P/H指数下降，光合作用强度小，溶解氧浓度昼夜差异小。P/H指数上升，光合作用强度增大，溶解氧浓度昼夜差异增大，当增大到最大值后又回到被污染前的原有状态，即完成自净过程。溶解氧昼夜变化幅度能较好的反映水体中微生物群落的组成和生态平衡状况。C污染水体的微生物生态a多污带：厌氧状态，BOD高，以厌氧菌和兼性厌氧菌为主 b中污带：半厌氧状态，BOD减少，细菌数量较多 c中污带：DO浓度升高，有机物较少，细菌数量减少，藻类大量繁殖。 d寡污带：自净过程完成,细菌极少,BOD和悬浮物含量极低,DO恢复到正常水平。 水体有机污染指标：a。BIP指数 无叶绿素的微生物占所有微生物的百分比。水体污染越严重，BIP指数越高。 A：有叶绿素的微生物数；B：无叶绿素的微生物数。b细菌菌落总数指1ml水样在营养琼脂培养基中，于37摄氏度培养24h（或48h）后所生长的细菌菌落总数。c 总大肠菌群大肠菌群是人肠道中正常寄生菌，数量最大，对人较安全，在环境中的存活时间与致病菌相近，而且检验技术相对简便。3.水体富营养化含有丰富的溶解性营养盐类，使藻类等浮游生物大量生长繁殖，而后引起异养微生物代谢旺盛，耗尽水体中DO，使水体变质，从而破坏水体中的生态平衡现象。 （1）水体富营养化的危害使水体中的DO急剧下降；藻类大量繁殖阻塞鱼鳃和贝类的进出水孔；死亡藻类被微生物分解后产生尸腐味和臭气；有些藻类产生毒素，危害水生动物和人类健康；作为自来水厂水源水，引起滤池堵塞。（2）控制水体富营养化的措施与方法A根本措施：污水达到二级处理排放标准，并逐渐达到脱氮除磷深度处理标准。B治理方法：化学药剂控制：硫酸铜0.1-0.5mg/L；生物学控藻；利用藻类病原菌抑制藻类生长：粘细菌；利用病毒控制藻类生长；搅动水层（3）评价水体富营养化的指标A 测定藻类生产潜在能力（AGP）在水样中接种特定藻类(蓝细菌,绿藻,硅藻)，置于一定光照和温度条件下培养，使藻类生长达到稳定期。最后用测定藻类细胞数或干重的方法来决定藻类在某种水体中的增殖量。B 其他：对指示性蓝细菌的调查；水体DO浓度的测定；藻类现存量的调查；叶绿素a的调查；水体透明度的测定；水中CO2利用速度的测定。第八章 微生物在环境物质循环中的作用1. 氧循环2. 碳循环（1）纤维素的转化 纤维素是葡萄糖的高分子聚合物：(C6H10O5)1400-10000（2）淀粉的转化 （3）脂肪的转化脂：饱和脂肪酸+甘油油：不饱和脂肪酸+甘油脂肪被微生物分解的反应式如下： 脂肪 甘油高级脂肪酸A甘油的转化C 脂肪酸的-氧化-氧化：脂肪酸先被激活，然后，碳位之间的碳链断裂，生成1mol乙酰辅酶A和碳链较原来少两个碳原子的脂肪酸。硬脂酸：18个碳原子，经8次-氧化，降解为9mol乙酰辅酶A，反应式： 产能分析：1mol硬酯酰辅酶A每经过一次经-氧化作用，产生1mol乙酰辅酶A、1molFADH2及1molNADH。1mol乙酰辅酶A经三羧酸循环氧化产生12molATP，1molFADH2经呼吸链氧化产生2molATP，1molNADH经呼吸链氧化产生3molATP。C18硬脂酸在开始被激活时消耗了1molATP，所以第一次-氧化时获得16molATP，以后7次重复-氧化时不再消耗ATP，每次可净得17molATP。1mol硬脂酸全部可降解为9mol乙酰辅酶A。所以，1mol硬脂酸被彻底氧化可得到（16+17x7+12）mol=147molATP。3.氮循环（1） 蛋白质水解与氨基酸转化A 蛋白质水解B氨基酸的转化a脱氨作用：有机氮化合物在氨化微生物的脱氨基作用下产生氨，称为脱氨作用。 1