環(huán)境工程微生物復(fù)習(xí)總結(jié)

序言1、環(huán)境工程微生物的研究對(duì)象和任務(wù)研究?jī)?nèi)容：環(huán)境中微生物的組成、形態(tài)結(jié)構(gòu)及其生命活動(dòng)規(guī)律；微生物、污染物、環(huán)境三者之間關(guān)系以及在環(huán)境工程中的作用。研究方向和具體的任務(wù)：就是充分利用有益微生物資源為人類造福，防止、控制、消除微生物的有害活動(dòng)，化害為利。但更多的是消滅病源微生物和利用有益微生物來(lái)處理環(huán)境中的各種污染物。2、微生物的概念，它們有哪些特性?1）微生物的概念：所有形體微小，單細(xì)胞或個(gè)體結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的多細(xì)胞，甚或無(wú)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的低等生物的通稱。其中包括：不具細(xì)胞結(jié)構(gòu)的病毒(Virus)；單細(xì)胞的立克次氏體(Rickettsia)、細(xì)菌(Bacteria)、放線菌(Actinomyces)；屬于真菌的酵母菌(Yeast)與霉菌(Mold)；單細(xì)胞的藻類(Algae)、原生動(dòng)物(Protozoa)；多細(xì)胞的微型后生動(dòng)物(Metozoa)等。2）微生物的特性：體積小、種類多、繁殖快、分布廣、代謝活力強(qiáng)、易變異、易于培養(yǎng)3、環(huán)境工程微生物范疇（舉例）1）微生物在大氣污染治理中的應(yīng)用微生物用于煙氣脫硫,不需高溫、高壓、催化劑,設(shè)備要求簡(jiǎn)單且,營(yíng)養(yǎng)要求低,無(wú)二次污染,處理費(fèi)用為濕法脫硫的50%。大量微型藻增殖過(guò)程中充分利用CO2，在光照條件下合成有機(jī)物將太陽(yáng)能儲(chǔ)存起來(lái)?？蓪⑵渲瞥晒腆w燃料，或者用于發(fā)電。2）微生物在水污染治理中的應(yīng)用有機(jī)物酚類對(duì)水中生物有致畸性,使生物具有難聞的酚味，醋酸細(xì)菌、產(chǎn)堿菌和氣單胞菌對(duì)降解酚類有顯著作用。藻類對(duì)重金屬離子具有較強(qiáng)的富集能力,利用其生物吸附作用可從工業(yè)污水中去除有毒、放射性金屬和回收稀有、貴重金屬。該法具有高效、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)。微生物絮凝劑是利用生物技術(shù),通過(guò)微生物發(fā)酵、抽提、精制而成的一種具有生物分解性和安全性的新型、高效、無(wú)毒的廉價(jià)的水處理劑。3）利用微生物清除環(huán)境污染和建立清潔生產(chǎn)工藝 A高硫煤微生物脫硫技術(shù)：煤中通常含有0.25％～7%的硫，燃燒→SO2→酸雨。捷克利用“吃硫”細(xì)菌脫去煤碳中的無(wú)機(jī)硫平均達(dá)78.5%，有機(jī)硫平均為23.4%。B造紙工業(yè)中的生物制漿和生物漂白技術(shù)：芬蘭用木聚糖酶對(duì)紙漿進(jìn)行預(yù)漂白，可以減少隨后的化學(xué)漂白用氯量30％～40%，廢液中有機(jī)氯化物與毒性物含量顯著減少。C生物能源：一種紅假單胞菌（Rhodopseudomonassp）以淀粉為原料生產(chǎn)氫氣，每消耗1克淀粉可產(chǎn)氫氣1毫升D石油污染土壤的生物修復(fù)第一章非細(xì)胞結(jié)構(gòu)的超微生物——病毒（Virus）1、病毒有何特征？病毒如何分類，一般分為哪幾類？1）病毒區(qū)別于其他生物的特征1.1無(wú)細(xì)胞結(jié)構(gòu)，僅含一種類型核酸——DNA或RNA，以及蛋白質(zhì)衣殼。1.2大部分病毒沒(méi)有合成細(xì)胞物質(zhì)和繁殖所必備的酶系統(tǒng)，不含催化能量代謝的酶，不能進(jìn)行獨(dú)立的代謝作用。1.3嚴(yán)格專性寄生在活的敏感宿主細(xì)胞內(nèi)，沒(méi)有合成蛋白質(zhì)的機(jī)構(gòu)——核糖體，依靠宿主細(xì)胞合成病毒的化學(xué)組成和繁殖新個(gè)體。1.4病毒在活的敏感宿主細(xì)胞內(nèi)是具有生命的超微生物，在宿主體外是具有感染能力的生物大分子。1.5個(gè)體極小，大小在0.2μm以下,能通過(guò)細(xì)菌濾器，在電子顯微鏡下才能看見(jiàn)。分類2）病毒分類2、病毒的繁殖一般有哪幾個(gè)步驟？吸附Attachment——侵入Penetration——脫殼Uncoating——生物合成Bio-synthesis——裝配Assembly——釋放Release第二章原核微生物（Procaryotes）1、細(xì)菌的基本形態(tài)及其細(xì)胞構(gòu)造。細(xì)菌的基本形態(tài)有三種：球狀、桿狀和螺旋狀。環(huán)境工程中還有絲狀菌。球菌：?jiǎn)吻蚓?、排列不?guī)則的、4個(gè)球壘在一起的的、8個(gè)球壘在一起的、鏈狀的。桿菌：?jiǎn)螚U菌、雙桿菌、鏈桿菌。細(xì)菌均具有一下結(jié)構(gòu)：細(xì)胞壁、細(xì)胞質(zhì)膜、細(xì)胞質(zhì)及其內(nèi)含物、擬核。部分細(xì)菌的特殊結(jié)構(gòu)：芽孢、鞭毛、莢膜、黏液層、衣鞘及光合作用層片。何謂菌膠團(tuán)，其在污水處理中有何重要意義？a.形成：由于其遺傳特性決定，細(xì)菌之間按一定的排列方式互相粘集在一起，被一個(gè)公共莢膜包圍形成一定形狀的細(xì)菌集團(tuán)，叫做菌膠團(tuán)。b.形狀：球形、蘑菇形、橢圓形、分支狀、垂絲狀及不規(guī)則形。c.作用：①對(duì)動(dòng)物吞噬起保護(hù)作用，增強(qiáng)對(duì)不良環(huán)境的抵抗能力；②有較強(qiáng)的吸附和氧化有機(jī)物能力，在廢水處理中起重要作用；③胞外貯藏物質(zhì)，在缺乏營(yíng)養(yǎng)時(shí)可作碳源和能源物質(zhì)概念：菌落，菌苔。菌落(colony)——繁殖的菌體以母細(xì)胞為中心聚集在一起，形成一個(gè)肉眼可見(jiàn)，具有一定形態(tài)和結(jié)構(gòu)的子細(xì)菌群體，若一個(gè)菌落由一個(gè)細(xì)菌繁殖而來(lái)，則為純培養(yǎng)。菌苔(lawn)——在斜面培養(yǎng)基接種(inoculation)線上長(zhǎng)成的細(xì)菌菌落.放線菌的形態(tài)和菌落特征。1)形態(tài)和結(jié)構(gòu)營(yíng)養(yǎng)菌絲(基內(nèi)菌絲)，氣生菌絲，孢子絲2）菌落特征鏈霉菌屬(Streptomyces)產(chǎn)生大量分枝和氣生菌絲，質(zhì)地致密，表面呈較緊密的絨狀或密實(shí)干燥多皺，菌落小而不蔓延，不易用針挑起。諾卡氏菌屬（Nocardia）不產(chǎn)生大量的菌絲體，質(zhì)地松散，粘著力差，表面呈粉質(zhì)狀，易挑起。3)應(yīng)用：抗生素、自然界物質(zhì)循環(huán)、有機(jī)固體廢棄物的填埋和堆肥、石油脫蠟、烴類發(fā)酵、廢水處理。5、放線菌和藍(lán)藻在環(huán)境工程中的作用。1)放線菌在環(huán)境工程中的作用：有機(jī)固體廢棄物的填埋和堆肥、廢水處理藍(lán)藻在環(huán)境工程中的作用：藍(lán)細(xì)菌在污水處理、水體自凈中可以起到積極地作用，1）用它可以有效地除磷和除氮。2)在氮磷豐富的水域中生長(zhǎng)可作為水體富營(yíng)養(yǎng)的指示劑。第三章真核微生物(Eucaryotes)1、原生動(dòng)物的特征及在污水處理中的作用A特征：1.單細(xì)胞構(gòu)成，沒(méi)有細(xì)胞壁，由原生質(zhì)核一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞核組成。2.形體微小，在10-300μm之間。大多數(shù)具有一定形狀，形狀變化很大。3.細(xì)胞內(nèi)由形態(tài)分化，形成細(xì)胞器或類器官，有獨(dú)立生活的生命特征和生理功能。4.營(yíng)養(yǎng)類型分為全動(dòng)性營(yíng)養(yǎng)(holozoic)、植物性營(yíng)養(yǎng)(holophytic)和腐生性營(yíng)養(yǎng)(saprophytic)。5.環(huán)境惡劣，原生動(dòng)物不能正常生活而形成一種抵抗不良環(huán)境的休眠體——胞囊（cyst）。B作用：P302指示作用：1）可根據(jù)原生動(dòng)物和微型后生動(dòng)物的演替，根據(jù)他們的活動(dòng)規(guī)律判斷水質(zhì)和污水的處理程度，還可以判斷污泥的成熟程度。2）根據(jù)原生動(dòng)物種類判斷活性污泥和處理水質(zhì)的好壞3）根據(jù)原生動(dòng)物遇惡劣環(huán)境改變個(gè)體形態(tài)及其變化過(guò)程判斷進(jìn)水水質(zhì)變化和運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題。凈化作用：腐生性營(yíng)養(yǎng)的鞭毛蟲(chóng)通過(guò)滲透作用吸收污水中的溶解性有機(jī)物。大多數(shù)原生動(dòng)物是動(dòng)物性營(yíng)養(yǎng)，他們吞食有機(jī)顆粒和游離細(xì)菌及其他微小生物。對(duì)凈化水質(zhì)有積極作用。促進(jìn)絮凝和沉淀作用：污水生物處理中主要靠細(xì)菌起進(jìn)化作用和絮凝作用。然而有些細(xì)菌需要一定量的原生動(dòng)物存在，由原生動(dòng)物分泌一定的粘液物質(zhì)協(xié)同和促進(jìn)細(xì)菌發(fā)生絮凝作用。2、藻類特征及在水處理中的作用。1)藻類主要特征：1.沒(méi)有真正的根、莖、葉的分化，可看作是簡(jiǎn)單的葉，也稱葉狀體植物。2.具葉綠素，整個(gè)藻體都能吸收營(yíng)養(yǎng)，能進(jìn)行光能自養(yǎng)。3.藻體細(xì)胞結(jié)構(gòu)都可分為細(xì)胞壁和原生質(zhì)體兩部分。4.藻類生殖機(jī)能強(qiáng)，通常為細(xì)胞分裂，植物體分割和形成孢子的無(wú)性繁殖方法。在一定條件下或生活史中某一時(shí)期才進(jìn)行有性生殖。2)藍(lán)藻在水處理中的作用：藍(lán)細(xì)菌在污水處理、水體自凈中可以起到積極地作用，1）用它可以有效地除磷和除氮。2)在氮磷豐富的水域中生長(zhǎng)可作為水體富營(yíng)養(yǎng)的指示劑。3、酵母菌和霉菌菌落特征及在環(huán)境工程中的作用。1）酵母菌a菌落特征：固體培養(yǎng)基上菌落大而厚，表面濕潤(rùn)而光滑，有粘性，易挑起，顏色呈乳白色或紅色，大小和細(xì)菌菌落差不多。B作用：1發(fā)酵型酵母菌用于面包，饅頭，釀酒等。2氧化性酵母在石油加工工業(yè)中其積極作用。如石油脫蠟。3還可以收獲酵母菌體做飼料。4還可以用酵母菌監(jiān)測(cè)重金屬。2）霉菌a菌落特征：菌落疏松，圓形、表面呈絨毛狀、絮狀或蜘蛛網(wǎng)狀，比其他微生物的菌落都大，長(zhǎng)得很快可蔓延至整個(gè)平板。不同霉菌的孢子可使菌落呈現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)和色澤，霉菌可產(chǎn)生水溶性色素和非水溶性(脂溶性)色素，使菌落背面呈現(xiàn)顏色。 b利用：抗生素，有機(jī)酸，飼料，農(nóng)藥，鐮刀霉分解CN-，有的霉菌處理含-NO2-化合物廢水，分解纖維素和木質(zhì)素。第四章微生物的生理（Physiologyofmicroorganisms）1、微生物酶的概念及催化作用特性。1）酶的概念酶是生物體內(nèi)活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化活性，有特殊空間構(gòu)像的生物大分子，包括蛋白質(zhì)和核酸。2）催化作用特性1酶積極參與生物化學(xué)反應(yīng)，加速反應(yīng)速度，縮短反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間，但不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)。酶在參與反應(yīng)的前后，其性質(zhì)和數(shù)量不變。2酶的催化作用具有專一性。一種酶只作用于一種物質(zhì)或一類物質(zhì)，或催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一定的產(chǎn)物。3酶的催化作用條件溫和。酶只需在常溫、常壓和近中性的水溶液中就可催化反應(yīng)的進(jìn)行。4酶對(duì)環(huán)境條件極為敏感。高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿都能使酶喪失活性；Cu2+、Hg2+、Ag+等重金屬離子能鈍化酶，使之失活。5酶的催化效率極高，比無(wú)機(jī)催化劑的催化效率高幾千倍至百億倍。6酶活性可調(diào)節(jié)。濃度調(diào)節(jié)，生理調(diào)節(jié)，激活劑，抑制劑。2、米氏方程的假設(shè)及推導(dǎo)。Briggs和Haldane引入了穩(wěn)態(tài)的概念對(duì)Michaelis和Menton方程進(jìn)行修正。單底物酶促反應(yīng)可表示如下式：1）公式推導(dǎo)過(guò)程引入的假設(shè)：①反應(yīng)初期P的濃度很低，可以忽略，故不考慮E+PES逆反應(yīng)；②底物濃度[S]遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶的濃度[E]；③穩(wěn)態(tài)假說(shuō)指出：[ES]不一定與[E]和[S]呈現(xiàn)平衡，而是在反應(yīng)進(jìn)行很短時(shí)間以后，[ES]由零增加到一定值，此時(shí)盡管ES也在不斷生成和分解，但是其生成速度和分解速度相等，即其濃度達(dá)到了穩(wěn)態(tài)，不再改變米氏方程的推導(dǎo)：3、影響酶活力的主要因素。1）酶濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響：當(dāng)?shù)孜锓肿訚舛茸銐驎r(shí)，酶分子越多，底物轉(zhuǎn)化的速度越快。但事實(shí)上，當(dāng)酶濃度很高時(shí)，并不保持這種關(guān)系，曲線逐漸折向平緩。2）底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響：在底物濃度相同的條件下，酶促反應(yīng)速度與酶的初始濃度[E0]成正比。酶的初始濃度大，其酶促反應(yīng)速度就大。3）溫度對(duì)酶促反應(yīng)的影響4）pH對(duì)酶活力的影響作用機(jī)理①改變底物分子和酶分子的帶電狀態(tài)，從而影響酶和底物的結(jié)合；②過(guò)高、過(guò)低的pH都會(huì)影響酶的穩(wěn)定性，進(jìn)而使酶遭到不可逆的破壞。5）抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響可逆抑制:競(jìng)爭(zhēng)性抑制、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制、反競(jìng)爭(zhēng)性抑制。不可逆抑制:不可逆抑制劑通常與酶的活性部位的一個(gè)氨基酸形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵使酶失活。競(jìng)爭(zhēng)性抑制：與底物結(jié)構(gòu)類似的物質(zhì)爭(zhēng)先與酶的活性中心結(jié)合反競(jìng)爭(zhēng)性抑制：抑制劑與酶和底物的復(fù)合物結(jié)合非競(jìng)爭(zhēng)性抑制：既與酶結(jié)合也與酶和底物的復(fù)合物結(jié)合6）激活劑(activator)對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響：有些酶被合成后呈現(xiàn)無(wú)活性狀態(tài)，這種酶稱為酶原(apo-enzyme)。能激活酶原的物質(zhì)稱為酶的激活劑。微生物需要哪些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，其有何生理功能。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)水、碳源物質(zhì)、氮源物質(zhì)（N2、NH3、尿素、硫酸銨、硝酸銨、硝酸鉀、硝酸鈉、氨基酸和蛋白質(zhì)）、無(wú)機(jī)鹽（磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽）、生長(zhǎng)因子（維生素、氨基酸、嘌吟、嘧啶等）生理功能：（1）水(water)：細(xì)菌85%，霉菌90%，非營(yíng)養(yǎng)物。a）水是微生物的組分；b）生理生化反應(yīng)的媒介（吸收、滲透、排泄），有助于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的溶解和吸收，保證細(xì)胞內(nèi)、外各種生物化學(xué)反應(yīng)在溶液中正常進(jìn)行；c）控制胞內(nèi)溫度。（2）碳源物質(zhì)(carbonnutrition)：a）是構(gòu)成微生物細(xì)胞的含碳物質(zhì)(碳架)；b）供給微生物生長(zhǎng)、繁殖及運(yùn)動(dòng)所需要的能量。（3）氮源物質(zhì)(nitrogennutrition)：、有a）合成細(xì)胞內(nèi)含氮組分（氨基酸和蛋白質(zhì)）；b）只有極少數(shù)菌利用銨鹽，硝酸鹽作氮源和能源；c）速效氮源有利于機(jī)體生長(zhǎng)（(NH4)2SO4，玉米漿），遲效氮源有利于代謝產(chǎn)物合成（黃豆餅粉）。（4）無(wú)機(jī)鹽(salt)：磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽a）構(gòu)成細(xì)胞組分；b）構(gòu)成酶的組分和維持酶的活性；c）維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)滲透壓、氫離子濃度、氧化還原電位等；d）供給自養(yǎng)微生物能源。（5）生長(zhǎng)因子(growthfactor)：某些微生物不能從普通C源，N源合成，而需另外加入少量的滿足機(jī)體生長(zhǎng)需要的有機(jī)物。微生物的幾種營(yíng)養(yǎng)類型．自養(yǎng)型(Autotrophe)：以簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物為營(yíng)養(yǎng)物。有化能自養(yǎng)和光能自養(yǎng)異養(yǎng)型(Hetertrophs)：以復(fù)雜有機(jī)物為營(yíng)養(yǎng)物。光能異養(yǎng)混合營(yíng)養(yǎng)型：既可以利用無(wú)機(jī)碳(CO2、CO3-等)作為碳素營(yíng)養(yǎng)，又可以利用有機(jī)碳化合物作為碳素營(yíng)養(yǎng)，即為兼性自養(yǎng)微生物。6、微生物物質(zhì)運(yùn)輸幾種方式。1）單純擴(kuò)散(passivediffusion)：水、無(wú)機(jī)鹽、02、CO22）促進(jìn)擴(kuò)散(facilitateddiffusion)：糖、氨基酸、Na+，K＋，金屬離子。3）主動(dòng)運(yùn)輸(activetransport)：糖、氨基酸、無(wú)機(jī)離子（K+、Na+）、硫酸鹽、磷酸鹽及有機(jī)酸等。4）基團(tuán)轉(zhuǎn)位(grouptranslocation)：糖及糖的衍生物、嘌呤、嘧啶、乙酸等。7、新陳代謝概念，新陳代謝包括哪兩種作用。1）概念：微生物從外界環(huán)境中不斷地?cái)z取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，經(jīng)過(guò)一系列的生物化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成細(xì)胞的組分，同時(shí)產(chǎn)生廢物并排泄到體外，這個(gè)過(guò)程稱新陳代謝。2）作用：異化作用（dissimilation）：將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和細(xì)胞物質(zhì)分解過(guò)程，放出能量。同化作用（assimilation）：將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)體組分的過(guò)程，吸收能量。8、微生物呼吸的實(shí)質(zhì)及各種呼吸類型的特點(diǎn)。1）微生物呼吸的實(shí)質(zhì)：氧化與還原的統(tǒng)一過(guò)程，這一過(guò)程有能量的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)移。2）呼吸類型：微生物的呼吸類型根據(jù)最終電子受體（受氫體）的不同，劃分為三類：發(fā)酵(fermentation)、有氧呼吸(aerobicrespiration)和無(wú)氧呼吸(anoxicrespiration)。第五章微生物生長(zhǎng)繁殖和遺傳變異（Growth,Reproduce,Heredity&Variation）1、概念：生長(zhǎng)，繁殖，世代時(shí)間，菌齡。生長(zhǎng)(growth)——微生物有機(jī)體的細(xì)胞組分與結(jié)構(gòu)在量方面的增加。繁殖(reproduce)——微生物通過(guò)細(xì)胞分裂或形成無(wú)性或有性孢子使個(gè)體數(shù)目增加。世代時(shí)間(doublingorgenerationtime)——細(xì)菌兩次細(xì)胞分裂之間的時(shí)間。菌齡——細(xì)菌細(xì)胞在一定條件下表現(xiàn)出的生理特征。2、簡(jiǎn)述生長(zhǎng)曲線及其在污水生物處理中的應(yīng)用1）生長(zhǎng)率上升階段F：M≥2.2，有機(jī)物以最大速率氧化和轉(zhuǎn)化成微生物細(xì)胞物質(zhì)去除，活性污泥增長(zhǎng)速率與其生物量呈一級(jí)反應(yīng)，代謝活力強(qiáng)，能大量去除廢水中有機(jī)物。但污泥能量高，動(dòng)能大于范德華引力，菌體不能結(jié)合，不易獲得良好絮凝體。高負(fù)荷活性污泥法利用生長(zhǎng)上升階段(對(duì)數(shù)期)和生長(zhǎng)下降階段(減速期)的微生物，一般BOD-SS負(fù)荷>1.5。2）生長(zhǎng)率下降階段F：M=0.1~2.2。污泥增長(zhǎng)速率與剩余營(yíng)養(yǎng)物濃度成比例，有機(jī)物去除速率與殘存有機(jī)物濃度呈一級(jí)反應(yīng)，細(xì)胞表面的粘液層和莢膜開(kāi)始形成，強(qiáng)化了微生物的生物吸附能力，自我絮凝，聚合能力強(qiáng)，利于泥水分離，出水水質(zhì)好。常規(guī)活性污泥法利用生長(zhǎng)下降階段的微生物，包括減速期、靜止期的微生物，常規(guī)活性污泥法一般BOD-SS負(fù)荷0.2~0.4。3）內(nèi)源呼吸階段F：M＜0.1。污泥代謝細(xì)胞內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大于合成作用，污泥量減少。由于能量水平低，絮凝體形成速率增加，吸附有機(jī)物能力顯著。延時(shí)曝氣法一般BOD-SS負(fù)荷0.05~0.1。概念：遺傳，突變，基因，質(zhì)粒，遺傳工程。遺傳(heredity)——親代的某些性狀在子代的重現(xiàn)。變異(variation)——生物體遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了穩(wěn)定的可遺傳的變化。使生物在親代與子代之間，以及在子代與子代之間表現(xiàn)出一定差異的現(xiàn)象。基因(gene)——具有特定核苷酸順序的核酸片段，是生物體內(nèi)具有自主復(fù)制能力的遺傳功能單位。質(zhì)粒(plasmid)——原核微生物中獨(dú)立于染色體之外，存在于細(xì)胞質(zhì)中攜帶少量遺傳基因的核酸，在細(xì)胞中能獨(dú)立進(jìn)行復(fù)制，并表現(xiàn)出一定的遺傳特性。遺傳工程——通過(guò)對(duì)遺傳物質(zhì)直接操縱，改組和重建等實(shí)現(xiàn)對(duì)遺傳性狀的定向改造，具有預(yù)見(jiàn)性、精確性和嚴(yán)密性。遺傳和變異的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么？遺傳信息是如何傳遞的？物質(zhì)基礎(chǔ)：A、DNA組成與結(jié)構(gòu)1個(gè)DNA分子——2條多核苷酸鏈——若干核苷——磷酸+脫氧核糖——5碳糖+堿基（T(胸腺嘧啶thymine)、A(腺嘌吟adenine)、G(鳥(niǎo)嘌呤guanine)、C(胞嘧啶cytosine)）。一個(gè)DNA含幾十萬(wàn)-百萬(wàn)堿基對(duì)B、RNA（核糖核酸）組成與結(jié)構(gòu)含尿嘧啶(uracil，U)代替胸腺嘧啶(T)。堿基配對(duì)為：A—U、U—A、C—G、G—C等四種。RNA有四種：tRNA、rRNA、mRNA和反義RNA，它們均由DNA轉(zhuǎn)錄而成。遺傳信息的傳遞：中心法則：DNA的復(fù)制：DNA具有獨(dú)特的半保留式自我復(fù)制能力。起始/復(fù)制叉增長(zhǎng)/復(fù)制終止轉(zhuǎn)錄和翻譯a.轉(zhuǎn)錄:以DNA其中一條單鏈為模板遵循堿基配對(duì)的原則轉(zhuǎn)錄出一條mRNA。b.翻譯：tRNA的一端暫時(shí)結(jié)合形成氨基酸—tRNA的結(jié)合分子；另一端可與mRNA暫時(shí)結(jié)合。把特定氨基酸轉(zhuǎn)送到核糖體上，在多肽合成酶的作用下合成多肽鏈，多肽鏈通過(guò)高度折疊形成特定的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)述微生物變異在環(huán)境工程中的應(yīng)用。1）自發(fā)突變（1）從生產(chǎn)中選育（2）定向培育和馴化(acclimation)2）誘變育種：利用物理或化學(xué)誘變劑處理均勻分散的微生物細(xì)胞群，促進(jìn)其突變頻率大幅度提高，然后設(shè)法采用簡(jiǎn)便、快速和高效的篩選方法，從中挑選少數(shù)符合目的的菌株。3）遺傳工程質(zhì)粒育種：多功能超級(jí)細(xì)菌的構(gòu)建，解烷抗汞質(zhì)粒菌的構(gòu)建?；蚬こ逃N：基因工程菌。第六章微生物生態(tài)學(xué)（MicrobialEcology）§1生態(tài)學(xué)基本知識(shí)1、解釋概念：生物種群，生物群落，生態(tài)系統(tǒng)，食物鏈1）種群(population)——生活在一定空間內(nèi)、同屬一個(gè)物種的所有個(gè)體集合。2）群落(community)——在特定時(shí)間聚集在一定地域或生境中所有生物種群的集合。3）生態(tài)系統(tǒng)(ecosystem)——在一定時(shí)間和空間內(nèi)存在的各種生物與其環(huán)境通過(guò)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)，相互聯(lián)系、相互制約，形成具有自調(diào)節(jié)功能的復(fù)合體。4）食物鏈(foodchain)——群落中不同生物種群通過(guò)取食與被食的關(guān)系，形成的營(yíng)養(yǎng)鏈索關(guān)系2、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和主要功能。1）生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：生態(tài)系統(tǒng)的功能：生物生產(chǎn)：利用太陽(yáng)能，將CO2和水合成糖類、蛋白和脂肪等有機(jī)物。能量流動(dòng)：光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能貯存在植物體內(nèi)，通過(guò)食物鏈轉(zhuǎn)移到另一生物體內(nèi)。物質(zhì)循環(huán)：各種營(yíng)養(yǎng)物在環(huán)境、生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者之間傳遞，形成物質(zhì)流。信息傳遞：物理信息，化學(xué)信息，行為信息等，把各組成連成統(tǒng)一整體?！?微生物與環(huán)境的關(guān)系影響微生物的環(huán)境因子。溫度、pH值、溶解氧、氧化還原電位、化學(xué)物質(zhì)（重金屬、機(jī)化合物）其他因素：滲透壓、輻射、超聲波、干燥微生物種群間存在的基本關(guān)系。在環(huán)境工程中的運(yùn)用。1）微生物間相互關(guān)系互生關(guān)系(Mutualism):兩種可以單獨(dú)生活的微生物生活在一起，一方為另一方或相互提供有利條件。食酚菌與食硫菌。共生關(guān)系(symbiosis):兩種不能單獨(dú)生活的微生物生活在一起，相互依存，在營(yíng)養(yǎng)上互為有利，形態(tài)上組成共生體。地衣。寄生關(guān)系(parasitism):一種生物需要在另一種生物體內(nèi)生活，從中攝取營(yíng)養(yǎng)才能得以生長(zhǎng)繁殖。噬菌體。拮抗關(guān)系(antagonism):共存于同一環(huán)境中的兩種微生物，一方產(chǎn)生某種特殊代謝產(chǎn)物或改變環(huán)境條件，從而抑制對(duì)方生長(zhǎng)或者殺死對(duì)方。非特異性拮抗和特異性拮抗兩種。捕食關(guān)系(predation)：有的微生物不是通過(guò)代謝產(chǎn)物對(duì)抗對(duì)方，而是吞食對(duì)方。污水處理食物鏈。競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系(competition):不同的微生物種群在同一環(huán)境中，對(duì)食物等營(yíng)養(yǎng)、溶解氧、空間和其他共同要求的物質(zhì)互相競(jìng)爭(zhēng)，互相受到不利影響。菌膠團(tuán)與絲狀菌爭(zhēng)氧，反硫菌與甲烷菌爭(zhēng)氫。種間共處：種間共處是兩種微生物相互無(wú)影響地生活在一起，在共處中兩者之間不表現(xiàn)出明顯的有利或有害關(guān)系。在環(huán)境工程中的運(yùn)用食酚菌與食硫菌污水處理食物鏈。噬菌體。菌膠團(tuán)與絲狀菌爭(zhēng)氧，反硫菌與甲烷菌爭(zhēng)氫。微生物對(duì)環(huán)境污染物的降解和轉(zhuǎn)化（Degradation&transformationofpollutants）兩種基本降解速度模型及適用條件．1)指數(shù)速度模型：（1）數(shù)學(xué)表達(dá)式速度=?dc/dt=KCn式中：C——濃度；K——速度常數(shù)，它是單位濃度的反應(yīng)速度，又稱反應(yīng)比速；n——反應(yīng)級(jí)數(shù)，當(dāng)n=1，即為一級(jí)反應(yīng)速度方程。適用范圍：適用于均勻溶液的化學(xué)反應(yīng)。雙曲線速度模型數(shù)學(xué)表達(dá)式速度=?dc/dt=（K1C）/（K2+C)式中：C——濃度，當(dāng)C<<K2，即一級(jí)反應(yīng)方程；當(dāng)C>>K2，即零級(jí)反應(yīng)方程；K1——最大速度；K2——平衡常數(shù)；（2）適用條件：適用于通過(guò)表面吸附或表面與催化分子復(fù)合而進(jìn)行的催化反應(yīng)。2、推導(dǎo)Monod基本方程式。3、影響微生物降解和轉(zhuǎn)化作用的因素及其機(jī)理.微生物活性微生物的種類：微生物的種類組成可以決定化合物降解的方向和程度。微生物的種類組成與底物有關(guān)，隨溫度、濕度、pH值、氧氣和營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)以及種間競(jìng)爭(zhēng)等改變。微生物的生長(zhǎng)速率：對(duì)數(shù)期，微生物受有毒金屬抑制時(shí)間比在遲緩期添加要短得多。2）化合物結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的較復(fù)雜的易降解，分子量小的較分子量大的易降解，聚合物和復(fù)合物抗生物降解。3）溫度：溫度支配著酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、微生物生長(zhǎng)速度以及化合物的溶解度等，因而對(duì)控制污染物的降解轉(zhuǎn)化起著關(guān)鍵作用。4）pH值：強(qiáng)酸強(qiáng)堿會(huì)抑制大多數(shù)微生物的活性，通常在pH4-9范圍內(nèi)微生物生長(zhǎng)最好。5）營(yíng)養(yǎng)：某些微生物在環(huán)境中缺乏生長(zhǎng)因子（氨基酸、嘌呤、嘧啶和維生素）時(shí)，對(duì)污染物的降解轉(zhuǎn)化就會(huì)受到限制。6）氧：微生物降解轉(zhuǎn)化污染物的過(guò)程可能是好氧的，也可能是厭氧的。7）有機(jī)底物或金屬的濃度：底物初始濃度在一定范圍內(nèi)，隨著濃度增大，反應(yīng)速度加快，微生物降解為一級(jí)反應(yīng)；濃度很大時(shí)，反應(yīng)速度與底物初始濃度無(wú)關(guān)，為零級(jí)反應(yīng)。8）共代謝：共代謝微生物不能從非生長(zhǎng)基質(zhì)的轉(zhuǎn)化作用獲得能量、碳或其他任何營(yíng)養(yǎng)。9）降解質(zhì)粒4、什么是共代謝？對(duì)難降解物質(zhì)的生物分解有何重要意義1）定義：微生物轉(zhuǎn)化某一物質(zhì)時(shí)，另一種物質(zhì)也被降解，但此物質(zhì)并不參與其正常代謝過(guò)程，微生物并不從中獲得能源和營(yíng)養(yǎng)物。2）運(yùn)用：難降解污染物的徹底分解：同類物富集(analogenrichment)被作為一種生化技術(shù)在芳香族化合物生物解研究中得到應(yīng)用。第八章環(huán)境污染治理的生物技術(shù)1.生物處理基本原理生物降解過(guò)程本身以微生物的代謝.核心，化合物在分解過(guò)程中則遵循化學(xué)原理。有機(jī)物的轉(zhuǎn)化廣義上上可以定義.兩.：礦化(mineralization)和共代謝co-metabolism礦化是將有機(jī)物完全無(wú)機(jī)化的過(guò)程，是與微生物生長(zhǎng)包括分解代謝與合成代謝.程相關(guān)的過(guò)程。共代謝通常是由非專一性酶促反應(yīng)完成的。與礦化完全不同，共代謝不導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)量或能量的增加。因此，微生物共代謝化合物的能力并不促進(jìn)其本身的生長(zhǎng)2.用圖示出好氧、厭氧生物處理基本原理，并能列舉出相關(guān)污染治理工藝有機(jī)物的降解、微生物的增殖及溶解氧的消耗這三個(gè)過(guò)程是同步進(jìn)行的，是控制好養(yǎng)生物處理成功與否的關(guān)鍵過(guò)程。活性污泥概念，活性污泥的生物特征活性污泥由具有活性的微生物形成的菌膠.與從污廢水中絮凝和吸附的有機(jī)及無(wú)機(jī)固體物交織在一起，形成的黃褐色絮絨泥粒狀物體。生物特性：由具活性微生物構(gòu)成的菌膠.，包括多種好氧微生物和兼性厭氧微生物，及其上吸附的有機(jī)物和無(wú)機(jī)固體雜質(zhì)組成。好養(yǎng)活性污泥的結(jié)構(gòu)和功能的中心是菌膠團(tuán)，出細(xì)菌外，還包括酵母菌、霉菌、放線菌、藻類、原生動(dòng)物和某些微型后生動(dòng)物等其他微生物。細(xì)菌是凈化污水的主要承擔(dān)者，污水中有機(jī)物或營(yíng)養(yǎng)條件決定細(xì)菌群落的組成、數(shù)量和優(yōu)勢(shì)種群。好氧活性污泥在完全混合試曝氣池內(nèi)，總以懸浮狀態(tài)存在并與污水完全混合。構(gòu)成活性污泥的微生物種群相對(duì)穩(wěn)定，原生動(dòng)物和某些微型后生動(dòng)物在評(píng)價(jià)污泥質(zhì)量和污水處理效率上有一定的意義。降解污染物的過(guò)程包括吸附、生物降解和絮凝等作用。生物膜法的生物特征參與凈化反應(yīng)的微生物多樣化：如硝化菌、絲狀菌、線蟲(chóng)類、輪蟲(chóng)類、寡毛蟲(chóng)類。生物膜生物：以菌膠團(tuán)為主。凈化穩(wěn)定水質(zhì)膜面生物：游泳型纖毛蟲(chóng)。提高污水凈化速度和效率濾池掃除生物：輪蟲(chóng)、線蟲(chóng)、寡毛類的沙蠶。去除濾池內(nèi)的污泥、防止污泥的積聚和堵塞生物的食物鏈長(zhǎng)能夠存在世代較長(zhǎng)的微生物：硝化菌和亞硝化菌氧化塘處理污水的機(jī)理。穩(wěn)定塘是以太陽(yáng)能為初始能量，通過(guò)在塘中種植水生植物，進(jìn)行水產(chǎn)和水禽養(yǎng)殖，形成人工生態(tài)系統(tǒng)，在太陽(yáng)能（日光輻射提供能量）作為初始能量的推動(dòng)下，通過(guò)穩(wěn)定塘中多條食物鏈的物質(zhì)遷移、轉(zhuǎn)化和能量的逐級(jí)傳遞、轉(zhuǎn)化，將進(jìn)入塘中污水的有機(jī)污染物進(jìn)行降解和轉(zhuǎn)化，最后不僅去除了污染物，而且以水生植物和水產(chǎn)、水禽的形式作為資源回收，凈化的污水也可作為再生資源予以回收再用，使污水處理與利用結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)污水處理資源化。人工生態(tài)系統(tǒng)利用種植水生植物、養(yǎng)魚、鴨、鵝等形成多條食物鏈。其中，不僅有分解者生物即細(xì)菌和真菌，生產(chǎn)者生物即藻類和其他水生植物，還有消費(fèi)者生物，如魚、蝦、貝、螺、鴨、鵝、野生水禽等，三者分工協(xié)作，對(duì)污水中的污染物進(jìn)行更有效地處理與利用。如果在各營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間保持適宜的數(shù)量比和能量比，就可建立良好多生態(tài)平衡系統(tǒng)。污水進(jìn)入這種穩(wěn)定塘其中的有機(jī)污染物不僅被細(xì)菌和真菌降解凈化，而其降解的最終產(chǎn)物，一些無(wú)機(jī)化合物作為碳源，氮源和磷源，以太陽(yáng)能為初始能量，參與到食物網(wǎng)中的新陳代謝過(guò)程，并從低營(yíng)養(yǎng)級(jí)到高營(yíng)養(yǎng)級(jí)逐級(jí)遷移轉(zhuǎn)化，最后轉(zhuǎn)變成水生作物、魚、蝦、蚌、鵝、鴨等產(chǎn)物，從而獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。生物法處理污、廢水對(duì)水質(zhì)要求1.可生化性：一般BOD5/COD比值可作為衡量污水是否適宜生物處理的一項(xiàng)指標(biāo)。BOD5/COD>0.45可生化性較好，<0.25則不宜用生化法處理。城市污水為0.582.溶解氧：一般曝氣池溶解氧濃度以2-4mg/l左右為宜。厭氧性細(xì)菌在有氧條件下生長(zhǎng)會(huì)受到抑制。兼性微生物在不同的氧溶解度下，呼吸作用不同。pH值：對(duì)于好氧生生物處理，pH值一般以6.5-9.0為宜。pH值是厭.處理中的重要影響因素。水解菌和產(chǎn)酸菌適宜pH值為5.0~8.5，甲烷.菌的適宜pH值為6.5~7.8。固體廢棄物的處理方法當(dāng)前各國(guó)城市采用的處置和處理方法主要有：焚燒法、衛(wèi)生填埋法、堆肥法、厭氧發(fā)酵、熱處理等，其中衛(wèi)生填埋法、堆肥法、厭氧發(fā)酵屬于生物處理方法。垃圾堆肥概念，垃圾好氧堆肥的機(jī)理及過(guò)程。堆肥(composting)——是依靠自然界廣泛分布的細(xì)菌、放線菌、真菌等微生物，在控制條件下，使來(lái)源于生物的有機(jī)廢物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化的生物穩(wěn)定作用(bio-stablization)的過(guò)程。好氧堆肥法的機(jī)理：在通氣條件下，好氧微生物（嗜溫菌和嗜熱菌）分解大分子有機(jī)固體廢棄物為小分子有機(jī)物，部分有機(jī)物被礦化成無(wú)機(jī)物，并放出大量的熱量，使溫度升高。最終有機(jī)固體廢棄物完全腐熟成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)。好氧堆肥過(guò)程（1）升溫階段（中溫階段）（2）高溫階段：（3）降溫和腐熟階段：垃圾填埋生物降解過(guò)程（1）好氧厭氧轉(zhuǎn)化階段（2）厭氧水解（產(chǎn)酸階段）（3）厭氧產(chǎn)甲烷階段（4）穩(wěn)定階段氣體生物凈化機(jī)理和方法廢氣的微生物處理是利用微生物的生物化學(xué)作用，以廢氣中的有機(jī)組分為能源物質(zhì)或養(yǎng)料，使污染物分解，轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物（H2O、CO2）等無(wú)害或少害的物質(zhì)微生物凈化廢氣的工藝（裝置）有：生物吸收池、生物洗滌池、生物滴濾池和生物過(guò)濾池。第九章環(huán)境工程微生物新技術(shù)1、污水生物脫氮基本原理及相關(guān)工藝措施的生物效應(yīng)基本原理1）硝化作用(Ammoxidation，好氧氨氧化作用)2）脫氮作用(Denitrify)相關(guān)工藝措施的生物效應(yīng)：1.4影響因素pH值：pH是影響硝化速度的重要因素。pH可影響反硝化的最終產(chǎn)物。生物脫氮過(guò)程，通常將硝化段運(yùn)行的pH值控制在7.2-8.0之間，反硝化段控制在7.5-9.2之間。溫度：硝化細(xì)菌的最宜溫度為30℃左右。溫度對(duì)反硝化速度的影響大小與微生物狀態(tài)、硝酸鹽負(fù)荷率等因素有關(guān)。硝酸鹽負(fù)荷(N03—Nmg/mgVSS.d)低，溫度影響??；反之亦然。溶解氧：溶解氧濃度影響硝化反應(yīng)速度和硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)速度。溶解氧對(duì)反硝化脫氮有抑制作用，但對(duì)反硝化菌卻是有利。因而在工藝上最好使反硝化菌交替處于好氧和缺氧環(huán)境。缺氧段溶解氧控制在0.5mg／L以下。碳源：碳源物質(zhì)主要是通過(guò)影響反硝化細(xì)菌的活性來(lái)影響處理系統(tǒng)的脫氮效率，可分成三類。（1）廢水中所含的有機(jī)碳源廢水中各種有機(jī)基質(zhì)，一般認(rèn)為，當(dāng)廢水中所含碳(BOD5)與總氮的比值大于3：1時(shí)，無(wú)需外加碳源。（2）外加碳源大多采用甲醇。（3）內(nèi)碳源：主要指活性污泥微生物死亡、自溶后釋放出來(lái)的有機(jī)碳，也稱為二次性基質(zhì)。有毒物質(zhì)：某些重金屬、絡(luò)合陰離子和有毒有機(jī)物對(duì)硝化細(xì)菌有毒害作用，另外，氨態(tài)氮和亞硝態(tài)氮對(duì)硝化細(xì)菌也有影響。2、污水生物除磷基本原理及相關(guān)工藝措施的生物效應(yīng)基本原理：一是微生物細(xì)胞合成中吸收部分磷；二是微生物以聚磷酸鹽的形式超量?jī)?chǔ)存磷 1.碳源的濃度和種類：有機(jī)物濃度越高，污泥放磷越早，越快。要使出水磷濃度小于1mg/L，進(jìn)水總BOD與總磷之比必須在23-30左右。2溶解氧：厭氧區(qū)溶解氧的存在對(duì)污泥的放磷不利，厭氧放磷池的溶解氧應(yīng)小于0．2mg/L，好氧池中溶解氧應(yīng)大于2mg/L，以保證積磷菌利用好氧代謝中釋放出來(lái)的大量能量充分地吸磷。3.硝酸鹽和亞硝酸鹽：硝酸鹽對(duì)厭氧放磷的干擾，存在硝酸鹽時(shí)，磷濃度緩慢地減少(吸磷)，只有當(dāng)硝酸鹽經(jīng)反硝化全部耗完后才開(kāi)始放磷。4溫度：溫度對(duì)微生物除磷影響較小，對(duì)除磷的影響主要是發(fā)酵產(chǎn)酸速率的下降。5pH生物除磷系統(tǒng)合適的pH范圍與常規(guī)生物處理相同，為中性和弱堿性。6工藝的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行方式(1)泥齡污泥泥齡越短，除磷效果越好。(2)厭氧區(qū)停留時(shí)間在Phostrip法中，放磷池中污泥停留時(shí)間為6h—18h；負(fù)荷高的A/O工藝厭氧區(qū)停留時(shí)間很短，通常僅0.5h-1.0h；同時(shí)脫氮的除磷系統(tǒng)負(fù)荷較低，厭氧停留時(shí)間稍長(zhǎng)一些為0.5h—2.5h；在A/A/O工藝中，厭氧區(qū)常停留2.0h—4.0h3、生物修復(fù)的概念、特點(diǎn)、方法和影響因素1）概念：生物修復(fù)(bioremediation)——指利用生物將土壤、地表及地下水或海洋中的危險(xiǎn)性污染物現(xiàn)場(chǎng)去除或降解的工程技術(shù)系統(tǒng)。2）特點(diǎn)：費(fèi)用省、環(huán)境影響、最大限度地降低污染物濃度、在其他技術(shù)難以應(yīng)用的場(chǎng)地、生物修復(fù)技術(shù)可以