环境微生物学╲t 复习资料.doc

环境微生物学第一章 绪论一、微生物及其特点微生物是众多肉眼不可见、个体微小的低等生物的总称。细胞型微生物包括原核微生物和真核微生物。特点：1、种类繁多，分布极广 2、繁殖迅速、数量巨大 3、个体微小、容易变异二、微生物对人类生产环境有何影响？（微生物对可持续发展有何影响？） 1、微生物菌种是人类宝贵的自然资源，是地球生物多样性中的重要成员 2、微生物是环境中有机物的主要分解者 3、微生物是环境中无机物的重要转化者 4、微生物是参与环境污染物综合利用、变废为宝的积极分子 5、某些致病微生物及微生物代谢产生的有毒有害化学物质，可通过水体、空气、土壤、食品等环境媒介广为传播，污染环境、危害人体健康 6、在特定环境中，微生物可产生大量的温室气体，有可能助长大气温室效应三、什么是环境微生物学？它的研究任务与内容主要有哪几方面？ 环境微生物学是指研究保护环境的微生物 内容：主要研究微生物在人类生存环境中的活动情况与作用规律；研究微生物对于人类环境所产生的有利影响与有害影响；研究防治环境污染、改善与提高环境质量的微生物学原理、途径、技术与方法，其最终目的是保护环境并造福人类的微生物学 研究任务：1、微生物在自然环境中存在的基本状况与活动规律 2、微生物对化学污染物的防治及其他有利影响 3、微生物对环境的有害影响及其防治 4、环境监测中的微生物学技术与方法第二章 环境中的微生物一、菌落：细菌在固定培养基上生长发育，几天内由1个或几个细菌分裂繁殖、聚集在一起形成肉眼可见的群体二、菌株：是指同种微生物不同来源的纯培养物三、细菌细胞的主要形态和结构 形态：球形、杆形、螺旋形 结构：1、基本构造。包括：细胞壁、细胞膜、细胞质、原核2、特殊构造。包括：荚膜、鞭毛、伞毛、芽孢、孢囊四、细胞壁的主要生理功能 1、使细胞具有固定外形和保护细胞2、细胞壁化学组成的细微差异可使不同细菌具有不同的抗原性、致病性和对噬菌体等感染的敏感性 3、细菌细胞壁具有一定孔径的微孔，可以允许水、空气和其他小分子化学物质进入，但对大分子物质起阻拦作用 4、细胞壁是具有鞭毛细菌鞭毛运动的力学支点，没有细胞壁的鞭毛无法运动五、光合细菌进行光合作用的特点 1、它们不能光解水、以水中的质子还原CO2 ，而是从有机物或水以外的无机物中取得氢 2、它们的光合作用不产生氧 3、光合作用一般在厌氧条件下进行六、古细菌与细菌相比有哪些特点？ 1、16S rRNA序列分析：古细菌与细菌不相似 2、形态：古细菌有扁平直角几何形状的细菌，而细菌从未发现 3、结构：古细菌细胞壁中不含胞壁酸；古细菌细胞质膜含醚键脂及分支烃；许多古细菌有内含子 4、中间代谢：古细菌可有独特的辅酶参入 5、严格厌氧是古细菌的主要呼吸类型6、生境：大多数古细菌生活在高温、极热、高盐、极酸或高度缺氧的极端环境中7、繁殖速率：古细菌繁殖速率较真细菌缓慢七、真菌的分类及常见属 1、菌丝无隔膜，有性孢子为卵孢子或结合孢子的，属藻状菌纲 2、菌丝有隔膜，有性孢子内生，为子囊孢子者，属子囊菌纲 3、菌丝有隔膜，有性孢子外生，为担孢子者，属担子菌纲 4、菌丝有隔膜，尚未发现其有性繁殖过程者，为半知菌类八、病毒的主要特征 1、病毒不具有细胞结构，大多数病毒只有核酸和蛋白质组成成分，核酸也要么是DNA要么是RNA，两者仅其一 2、体积小，需用电子显微镜才能观察到 3、营专性寄生，只有在寄主体细胞内才能表现出生命特征九、微生物菌种保藏的要求、基本原理和方法 要求：1、广泛收集各种研究、教学和生产性菌种 2、高质量保藏，即要求保藏的菌种不死亡、活性不衰老、特性不变异、分类不紊乱 3、随时可提供保持有原始特性的菌种用于交换和使用 基本原理：将微生物菌种保存于不良环境中，使微生物代谢速率极为缓慢或处于休眠状态。而一旦恢复所保存菌种生长的正常环境和营养条件，即可获得具有高生理活性和保持原种优良性状的菌种培养物 方法：1、培养物传代保藏法。将微生物菌种不断地在新鲜培养基上（中）转接传代或专性寄生微生物不断地在新的寄主组织中转接传代 2、干燥保藏法。待细菌培养物形成大量芽孢、放线菌和霉菌形成孢子后，接入经酸洗、灭菌、干燥的砂土混合物中，真空干燥后石蜡密封。或直接转接入灭菌试管或安瓿小瓶中再干燥后封口。制作后置冷凉干燥处或低温处 3、低温保藏法。将已培养生长良好的固体斜面培养物或液体培养物置于低温环境中保存第三章 微生物的生长与代谢一、培养基：根据微生物生长、繁殖对营养物质的需要而人工配制的营养基质二、加富培养基：培养基中加入额外营养物质，满足某种或某类微生物的需要，使其生长繁殖较其他微生物迅速以逐步淘汰其他微生物三、选择培养基：在培养基中添加或不添加特定化学物质以选择性地促进某类微生物生长而抑制不需要微生物的生长四、分解代谢（异化作用、分解作用）：微生物将自身的或外来的各种复杂的有机物质分解为简单化合物的过程五、呼吸作用：微生物在基质氧化分解过程中，释放出电子，生成水或其他还原性产物并释放出能量的过程六、繁殖：当单个细胞个体生长到一定程度时，由一个亲代细胞分裂为两个大小、形状与亲代细胞相似的子代细胞，使个体数目增加的过程七、分批培养：将少量微生物一次接种于一定容积的培养基中生长培养，最后一次收获的培养方法八、连续培养：在细菌进入对数生长期时以一定的速度不断补充新鲜营养物质，同时以同样的速度排出培养物，以延长对数生长期的培养方法九、细菌生长曲线：在细菌生长繁殖过程中定期取样进行菌数测定，以培养时间为横坐标，以细菌数目为纵坐标，绘制成的曲线图。 细菌曲线大致分为：迟缓期、对数期、稳定期、衰亡期4个阶段十、恒化培养：将某种必须的营养物质控制在较低的浓度，作为限制性因子，以一定的速度补充新鲜培养液、排放老营养液，使微生物的生产速度保持恒定十一、恒浊培养：采用浊度计自动测量培养液中细胞的浊度，通过调节新鲜培养液的补充速度保持浊度的恒定十二、微生物的营养物质主要类型及其作用1、碳源。自养微生物以一碳化合物作为唯一或主要碳源合成细胞物质；异养微生物则以有机碳化合物作为碳源，许多微生物利用这些碳源的同时获取了能量2、氮源。从分子态氮、无机态氮到复杂的含氮有机物，都可被不同的有机物所利用3、无机盐。构成细胞的组成成分;作为酶的组成部分，维持酶的活性;调节细胞渗透压、氢离子浓度、氧化还原电位4、生长因子：构成酶的辅酶或辅基，参与新陈代谢5、水：水是微生物体内、体外的溶媒，营养物质的吸收与代谢产物的分泌都需要水的介导；由于水的比热容较大，可以有效地吸热和散热，起到调节温度的作用十三、培养基的配置原则1、根据微生物的营养需求供给合适的碳源、氮源、无机盐或生长因子等 2、注意各营养物质的浓度及配比3、控制理化条件4、利用价格低廉且容易得到的原料作为培养基的营养成分，在工业化生产过程中，可以降低成本5、配制培养基时应避免产生沉淀，配置完毕后应及时灭菌十四、微生物如何摄取营养物质？原生动物靠吞噬作用或胞饮作用摄取食物。吞噬作用是由细胞表面直接包围固体食物，形成食物泡进入细胞内而后被消化。胞饮作用是由细胞包围液体或胶体物，形成食物泡进入细胞内而后被消化细菌、藻类和真菌通过细胞质膜吸收，因此所摄取的营养物质是可溶性的才能透过细胞膜影响营养物质透过细胞膜的因素：1、细胞壁与细胞膜的结构 2、营养物质本身的性质 3、微生物生活的环境十五、酶的性质与作用特征 1、酶是蛋白质。酶由蛋白质构成，具有蛋白质的特性2、酶的专一性。酶的催化作用具有高度的专一性，一种酶只能催化一种或一类反应3、酶促作用的可逆性。酶促作用在本质上是可逆的，在生物体内有些反应是可逆的，有些是不可逆的4、酶的作用条件。酶的反应速率受酶浓度、底物浓度、温度、PH、抑制剂和激活剂等因素的影响十六、微生物合成作用（合成代谢、同化作用）必须具备三要素1、小分子前体物质。主要来源于无机养料及分解代谢过程产生的小分子前体碳架物质 2、能量。主要来源于呼吸作用和光合作用生成的ATP 3、还原力。主要指TCA循环、光合作用等产生的NADPH和NADH十七、微生物将呼吸作用或光合作用产生的能量转化为ATP的途径有哪些？ 1、有氧呼吸:以分子氧为最终电子受体，将底物彻底氧化为H2O和CO2，通过氧化磷酸化或底物水平磷酸化产生ATP 2、无氧呼吸：以某些无机氧化物或延胡索酸等有机物作为氢及电子受体，主要通过氧化磷酸化产生ATP 3、发酵作用：亦是在无氧条件下进行的呼吸作用，但它是以有机质分解过程中的中间产物作为氢及电子受体，主要通过底物水平磷酸化产生ATP第五章 微生物在环境中的分布及其相互关系一、根圈：是指植物根系表层至其外围几毫米的土壤区域，是植物根系直接影响的土壤范围二、互生关系：是指一种微生物的生活创造或改善了另一种微生物的生活条件，这种有利作用可以是单方面的偏利共生或双方面的互惠共生三、寄生关系：是指一种微生物生活在另一种微生物体内，以另一种微生物为生活基质，在其中进行生长繁殖，并对后者带来或强或弱的危害作用四、土壤为什么是微生物良好的生活环境 1、养分。土壤中含有各种无机盐类和有机物。土壤中的有机质是异养微生物的碳源和能源2、水分及渗透压。土壤中含有足够水分以供微生物生活 3、空气。土壤具有孔隙性。土壤团粒间充满空气，好氧微生物生活其中4、PH。土壤中溶液PH一般在中性左右，缓冲性较强，适合大多数微生物生长 5、温度。大部分地区土壤温度的变化在030之间，而在一年大部分时间内其温度变化在1025，这个温度范围适宜多种微生物的生长第六章 微生物在物质循环中的作用一、氨化作用：有机氮化物在微生物的分解作用中释放出氨的过程二、硝化作用：氨经过微生物作用氧化成亚硝酸，再进一步氧化成硝酸的过程三、反硝化作用：硝酸盐在通气不良情况下经微生物作用而还原的过程四、生物固氮作用：微生物在常温常压下直接利用分子态氮，将之还原为氨的过程五、硫化作用：硫化氢、元素硫或硫化亚铁等在硫细菌作用下进行氧化，最后生成硫酸的过程六、碳素循环的基本过程及微生物分解有机物的一般途径碳素循环主要包括空气中的CO2经光合作用形成有机物，以及有机物被分解成CO2回归到大气中 途径：1、复杂有机物分解为简单有机物。对于复杂有机物，微生物首先通过其分泌于细胞外的胞外酶类使基质分解成简单的可溶性有机物而后吸入体内加以利用 2、简单有机物的有氧分解。1）、完全氧化。简单的有机物被各类好氧和兼性厌氧微生物吸收进入细胞后，在有氧呼吸过程中被彻底氧化成CO2和H2O 2）、不完全氧化。微生物不完全氧化有机物生成有机酸类 3、简单有机物的无氧分解。糖类和其他简单有机物，在缺氧环境中，由厌氧菌或兼性厌氧微生物通过发酵作用或无氧呼吸分解七、微生物进行反硝化作用的适宜条件 1、有丰富的有机物作为碳源和能源2、NO-3作为氮源与受氢体 3最适PH中性至微碱性 4温度为中温型25左右八、甲烷的生物学特征 1、它是仅有的靠微生物活动所大量产生的气体2、这种气体的分解是由一类对较大分子碳氢化合物没有活性的微生物推动的九、影响固氮作用的主要因素 1、C/N比与含氮化合物浓度。对异养型固氮微生物而言，环境中丰富的有机物提供大量能源和碳源，既利于生长，又利于固氮；但当环境中存在含氮化合物时，固氮酶会受到产物NH+4的反馈抑制，其活性会急剧下降。 2、氧气。对好氧性固氮微生物而言，氧气是必要的生活条件。然而，固氮酶对氧气相当敏感，只有在低氧分压时才进行固氮。各种固氮微生物，在长期的进化过程中均形成一套防氧保护机制十、无机元素循环与转化的一般途径 1、无机物的有机质化。微生物在同化碳、氮、氢、氧进行生命活动的同时，吸收利用其他无机质，从而合成含该无机元素的有机化合物2、含无机元素有机物的分解。含无机元素的有机物经微生物代谢分解为其无机态，回归自然环境中 3、无机物的氧化与还原。在特定微生物作用下，无机物可由还原态转化为氧化态或由氧化态转化为还原态4、无机物的溶解与沉淀。产酸细菌生成的强酸可使环境中矿物质溶解；有的微生物可使无机物转化成硫化物沉淀第七章 微生物对污染物的降解与转化一、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二、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三、为什么说微生物具有降解与转化物质的巨大潜力 环境中存在的各种天然物质，特别是有机化合物，几乎都可以找到能使之降解或转化的微生物。当环境条件发生改变，微生物能逐步改变自身条件以适应变化的环境。它们可能通过自然突变形成新的突变种；也可能通过形成诱导酶以适应新的环境。产生了新酶系的微生物，具备了新的代谢功能，从而能降解或转化那些原来“陌生的”化合物四、可生物降解性的定义及其测定方法 可生物降解性是指化合物被生物降解的可能性及其难易程度。测定方法：1、基质的可生物氧化率 2、基质的生化呼吸曲线 3、微生物降解试验 4、其他方法与指标五、微生物降解污染物的一般途径 1、矿化作用：指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的过程 2、共代谢作用：当环境中存在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的代谢过程六、微生物降解有机物的具体规律 1、结构简单的有机物一般先降解，结构复杂的后降解；相对分子质量小的有机物比相对分子质量大的易降解 2、脂肪族化合物较芳香族化合物易生物降解，多环芳烃降解更难 3、不饱和脂肪族化合物一般是可以降解的，但有的不饱和脂肪族化合物有相对不溶性，会影响它的生物降解程度 4、有机化合物主要分子链上除碳元素外尚有其他元素时，会增加对生物降解的抵抗力 5、具有被取代基团的有机化合物，其异构体的多样性可能影响生物降解性 6、功能团亦影响有机化合物的降解七、影响石油降解的生态因素 1、油的物理状态2、温度：070环境中均可分离得到石油降解菌3、营养物质4、氧气5、共代谢作用及抑减效应第八章 污水的生物处理一、全需氧量：指水中全部有机物在被彻底氧化成无机物过程中所消耗的氧二、化学需氧量：指用强氧化剂使污染物氧化所消耗的氧量。三 生化需氧量：微生物在有足够溶解氧存在的条件下，分解有机物所消耗的氧量。BOD作为有机污染物含量的指标四、水体自净：天然水体受污染后，在没有人为干预的条件下，可借助水体自身的能力使之得到净化的现象五、活性污泥法：利用含有大量好氧性微生物的活性污泥，在强力通气的条件下使污水净化的生物学方法六、污泥解体：在曝气池运转过程中，有时会出现污泥絮凝体微细化，导致处理水质浑浊，处理效果变坏的现象七、厌氧生物处理法：在厌氧条件或缺氧条件下，利用厌氧性微生物分解污水中的有机物的方法八、污泥浓度：每升混合液所含污泥的干重九、污泥指数：是混合液经30min静沉后，每克干污泥形成的沉淀污泥所占的容积十、活性污泥絮状体的作用1、有机物的吸附或黏附及其分解 2、金属离子的吸附 3、防止原生动物对细菌的吞食4、增加污泥的沉降量，有利于泥水分离 原生动物的作用：促进絮凝、净化作用、指示作用十一、活性污泥法的基本要求1、 养料。水中的BOD5:N:P以100:5:1为宜，最低要求是100:2:0.52、 氧气：曝气池中溶解氧在1.53mg/L时较为适宜3、 温度：污水处理中起作用的为中温性微生物，其最适温度为25324、 PH：大多数细菌以PH6.58之间生长良好5、 有毒物质：废水中有毒物质不能超过一定浓度十二、SBR工艺(序批式活性污泥法)为什么能防止污泥膨胀？ 在SBR工艺中，因污水一次性投入反应器，有机物浓度随时间变化而减少，至反应后期污染物浓度较低，这种变化能较好地抑制丝状细菌，而有利于菌胶团形成菌的生长。另外，在SBR反应器中，通过控制曝气可实现厌氧和好氧交替的状态，可抑制专性好氧丝状菌的过度繁殖十三、AB工艺的微生物组成与普通活性污泥法相比有何特征1、AB法的主要特点是通过水力停留时间的控制，使不同特性的微生物分居在不同反应器中, 达到提高负荷的目的2、在处理过程中，A段在缺氧条件下工作，承受很高的负荷。主要的微生物是原核生物细菌等。它们耐受高浓度有机负荷，对有毒化学物的抗性较高，为B段创造良好的条件3、由于B段的进水稳定，有机负荷低，因此，B段的微生物除降解性细菌外，原生动物和后生动物占优势，它们吞食来自A段的细菌等微生物，从而提高活性污泥的沉降性，保证良好的出水水质十四、沼气发酵厌氧处理的生化过程及各阶段参与的微生物类群是什么？1、 第一阶段：是将复杂有机物经微生物水解成单体，进而发酵生成简单化合物。此阶段由初级发酵菌群引起2、 第二阶段：是将第一阶段产生的简单有机物转化为乙酸、H2、CO2等。此阶段由产氢产乙酸细菌及同型产乙酸 细菌等两类菌群参与3、 第三阶段：是将乙酸、H2、CO2转化为CH4。此阶段包括两类产甲烷菌群十五、氧化塘的污水净化机理是什么？ 氧化塘是利用藻菌共生系统来分解水中污染物质，使之得到净化的。进入氧化塘的有机污染物被好氧微生物氧化分解，形成各种无机物。藻类可以利用这些无机物作养料，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利用。此外，在氧化塘底部，厌氧微生物通过无氧呼吸，生成CO2、H2S、CH4、N2及简单的有机酸、醇等物。只有这个过程的各个环节保持良好的平衡，此系统就能相对稳定，污水就得以不断净化十七、生物除磷（厌氧-好氧除磷工艺，即A/O工艺）的基本原理 在厌氧-好氧交替运行的条件下，活性污泥中可产生所谓的“聚磷菌”，该类菌在厌氧条件下释放出磷，但在好氧条件下可以摄取超过其生理需要的过量的磷十八、生物脱氮中，影响反硝化作用的因素 1、营养物质：反硝化作用需要足够的有机碳源，一般认为废水中的BOD5与总氮之比大于3时，无需外加碳源 2、溶解氧：要获得较好的反硝化效果，对于活性污泥系统，溶解氧需保持在0.5mg/L以下，对于生物膜系统，溶解氧需保持在1.5 mg/L以下 3、温度：反硝化反应的最佳温度为40，低于0，反硝化菌的活动终止，温度超过50，反硝化活性急剧降低 4、PH：反硝化反应的最适合PH范围为7.07.5，PH高于8或低于6都会明显降低反硝化十九、厌氧-好氧除磷工艺（A/O工艺）与缺氧-好氧除氮工艺（A/O工艺）的区别1、 厌氧-好氧除磷工艺第一反应池是厌氧池，在除磷酸厌氧池内既不存在溶解氧，也不存在结合态氧，E在-200-300mV之间；而缺氧-好氧除氮工艺的第一反应池是缺氧池，在脱氮缺氧池内不存在溶解氧，但存在结合态的氧。其氧化还原电位不低于-100mV2、 与A/O脱氮工艺不同，A/O除磷工艺中好氧池混合液不回流二十、厌氧-缺氧-好氧脱氮除磷工艺（A-A-O工艺）的过程 污水首先进入厌氧池，污水中的有机物在厌氧池中被厌氧菌转化为挥发性脂肪酸等，聚磷菌将其细胞内的聚磷酸盐分解并排入污水。之后，污水进入缺氧池，在缺氧池内反硝化菌利用好氧池回流液中的硝酸盐和污水中有机物进行反硝化，从而去除污水中的氮。在好氧池内，微生物过量摄取污水中的磷，从而达到去除磷的目的二十一、金属的生物处理工艺有哪些类型，原理是什么？ 1、生物沉淀处理。利用硫酸盐还原菌在厌氧条件下把SO2-4还原成硫化氢，废水中的金属离子与硫化氢生成金属硫化物沉淀而被去除2、生物还原处理。利用六价铬还原菌，在厌氧条件下把六价铬还原成无毒的三价铬，三价铬在碱性条件下生成Cr(OH)3沉淀而被去除 3、生物氧化处理。利用铁细菌首先将不易沉淀的Fe2+氧化为易形成沉淀的Fe3+，加入碳酸钙调节PH，使Fe3+形成Fe(OH)3沉淀而被去除，同时硫酸根与钙形成硫酸钙沉淀被去除4、生物吸附处理。微生物细胞的表面通常含有能与金属络合、配位的基团，这些基团可以与水中的金属离子结合而使其吸附到细胞的表面。可以利用微生物细胞作为吸附剂处理水中的金属第十三章 环境中的致病微生物一、空气传播的主要致病微生物、传播途径与防治措施 主要致病微生物：1、流行性感冒病毒 2、军团菌属 3、结核分枝杆菌 4、SARS冠状病毒 传播途径：1、尘埃 2、飞沫小滴 3、飞沫核防治措施：1、加强通风换气2、空气过滤 3、空气消毒：紫外线照射；化学药品消毒法二、水中病原微生物通常采用哪些处理措施？ 1、随固体颗粒物下沉 2、活性污泥法去除 3、化学絮凝法去除三、医院污水的无害化处理 1、将传染病患者的粪便加漂白粉液或其他消毒液灭菌后再冲入化粪池或下水道 2、将病房的粪便冲入化粪池，经化粪池处理后，排出的污水进入沉淀池，经沉淀后上层污水直接排入消毒池加氯消毒，然后再行排放，此称一级排放 3、经沉淀后的污水再经过生物氧化处理，然后再排入消毒池加氯消毒，再行排放，此称二级排放四、土壤中病原微生物的来源、传播途径及防治措施 来源：1、用未经彻底无害化处理的人畜粪便施肥2、用未经处理的生活污水、医院污水和含有病原体的工业废水进行农田灌溉或利用其污泥施肥3、病畜尸体处理不当传播途径：1、在被污染的土壤上种植蔬菜瓜果，人与污染土壤接触或生吃此等蔬菜瓜果而感染致病 2、有病动物排出病原体污染土壤，然后感染人致病 3、自然土壤中存在有致病菌，人与污染土壤接触而感染得病防治措施：对施加于土壤的人畜粪便及污泥等，首先进行无害化的杀菌处理五、食品微生物污染防治的措施 1、一般措施：加强卫生宣传及卫生监督，严格食品的卫生检疫和检验，把好食品从业人员卫生健康检查关 2、具体措施：采用物理、化学等方法进行处理，减少微生物数量、破坏微生物生成的毒素，利用各种方法杀灭或抑制食品中的微生物六、医院内感染的种类、来源和途径 种类：化脓性感染、感染性腹泻、传染性疾病 来源：交叉感染、环