版环境工程微生物学重点Word文档格式.docx
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10．细菌的细胞结构
细胞壁
一般结构细胞膜
（所有细菌都有）细胞质及其内含物原生质体
拟核
结构
（单细胞结构）芽孢
鞭毛
特殊结构荚膜
（部分细菌）粘液层
菌胶团
衣鞘
11.细菌细胞壁的化学组成
细菌分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。
革兰氏阳性菌和阴性菌的区别：
革兰氏阳性菌含大量的肽聚糖，独含磷壁酸，不含脂多糖；
革兰氏阴性菌含极少肽聚糖，独含脂多糖，不含磷壁酸。
12.细胞壁的生理功能
（1）保护原生质体免受渗透压引起破裂。
（2）维持细菌的细胞形态（可用溶菌酶处理不同形态的细菌细胞壁后，菌体均呈现圆形得到证明）。
（3）细胞壁是多孔结构的分子筛，阻挡某些分子进入和保留蛋白质在间质（革兰氏阴性菌细胞壁和细胞质之间的区域）。
（4）细胞壁为鞭毛提供支点，使鞭毛运动。
13.细胞质膜：
细胞质膜是紧贴在细胞壁的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。
14.细胞质膜的功能
a.细胞质膜是具高度选择性的半渗透膜，能阻止高分子通过（双向）。
b.细胞质膜上有多种酶，是重要代谢活动中心。
c.为鞭毛提供附着点，细胞膜上有鞭毛粒，鞭毛由此长出。
15.质粒：
很多细菌细胞存在着染色质体外的遗传因子，绝大多数由供价闭合环状双螺旋DNA分子构成，能自我复制，称为质粒。
16.荚膜：
细胞壁表面分泌的一种松散、透明的粘性物质，把细胞壁完全包围封住，这层粘性物质就是荚膜。
17.菌胶团：
由于遗传特性决定，细菌按一定的排列顺序互相粘集在一起，被一个公共荚膜包围，形成一定形状的细菌集团，叫做菌胶团。
18.芽孢：
某些细菌生长到一定阶段或在一定环境条件下，细胞的正常生长和分裂停止，细胞内细胞质浓缩，逐步形成一个圆形、椭圆形或圆柱形的，对不良环境有较强抵抗力的特殊结构，称为芽饱。
由遗传特性所决定，是分类鉴定依据之一。
19.细菌的繁殖方式：
无性繁殖（主要方式）和有性结合。
20.培养基：
根据各种微生物的营养要求，将水、碳源、氮源、无机盐及生长因子等物质，按一定比例配制而成的，用以培养微生物的基质，即培养基。
21.菌落：
由一个细菌繁殖起来，聚集在一起，形成肉眼看得见的，具有一定形态结构的细菌群体叫菌落。
22.菌苔：
细菌在斜面培养基接种线上长成的一片密集的细菌群落。
23.等电点：
氨基酸的等电点：
当在某一定pH溶液中，氨基酸所带的正电荷和负电荷相等时的pH，称为该氨基酸的等电点。
细菌的等电点：
蛋白质也是两性电解质，也呈现一定的等电点。
细菌细胞壁表面含表面蛋白，细菌也有两性电解质的性质，它们也有各自的等电点。
24.革兰氏染色法
（1）概念：
将一大类细菌染上色，而另一类染不上色，以便将两大类细菌分开，作为分类鉴定的第一步。
因为是用于鉴别细菌，故称为鉴别染色法。
（2）步骤：
a.在无菌条件下，用接种环取少量细菌于干净的载玻片上涂布均匀，固定。
b.用草酸氨结晶紫染色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即被区别开。
（3）革兰氏染色的机制
a、革兰氏染色与细菌等电点有关
已知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。
革兰氏阳性菌的等电点比革兰氏阴性菌的等电点低，说明革兰氏阳性菌带的负电荷比革兰氏阴性菌多。
它与草酸铵结晶紫的结合力大，用碘-碘化钾媒染后，两者的等电点均得到降低，因革兰氏阳性菌的等电点降低得多，与草酸铵结晶紫结合得更牢固，对乙醇脱色的抵抗力更强。
它的菌体与草酸铵结晶紫、碘-碘化钾的复合物不被乙醇提取，呈紫色。
而革兰氏阴性菌与草酸铵结晶紫的结合力弱,其菌体与草酸铵结晶紫、碘-碘化钾的复合物很容易被乙醇提取而呈现无色。
b、革兰氏染色与细胞壁有关
因革兰氏阴性菌的脂质含量高，肽聚糖含量很低，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极低，而肽聚糖含量高，乙醇既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，阻止乙醇分子进入细胞，草酸铵结晶紫和碘－碘化钾的复合物被截留在细胞内而不被脱色，仍呈现紫色。
以上两点基本可较圆满地解释革兰氏染色机制。
25.原生动物：
原生动物是动物中最原始、最低等、结构最简单的单细胞动物。
26.原生动物的繁殖方式
27.酵母菌的繁殖方式：
无性繁殖，包括芽殖（酵母主要繁殖方式）、裂殖、产生无性孢子；
有性繁殖
28.酶：
酶是生物体内合成的一种具有催化性能的蛋白质，它是催化生物化学反应的是生物催化剂。
29.酶的分类：
国际酶学委员会（EC）根据各种酶的催化反应类型，把酶划分为6大类型：
即氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂解酶类、异构酶类和合成（连接）酶类
30.诱导酶：
也称为适应酶，只有在培养基中存在其底物时才能形成。
如在E.coli中的利用乳糖的酶就是适应酶。
31.非竞争性抑制：
底物和抑制剂与酶的结合没有竞争性，底物和酶结合后，还可以与抑制剂结合；
同样抑制剂与酶结合后，还可以与底物结合，形成酶－底物－抑制剂（ESI）三元复合物。
但酶不显示活性，不能转变为产物，这种抑制称为非竞争性抑制。
32.竞争性抑制：
有些抑制剂的结构与某种底物的结构类似，它可与底物竞争与酶的活性中心结合，从而影响了底物与酶的结合，使反应速率下降，这种作用成为竞争性抑制。
33.营养物：
环境中可被微生物利用（通过分解代谢和合成代谢），有利于细胞组成的物质叫作营养物。
34.营养：
指生物体从外部环境中摄取其生命活动所必须的能量和物质，以满足正常生长繁殖需要的一种基本的生理功能。
35.微生物要求的营养物质有水、碳源营养源、氮源营养源、无机盐及生长因子。
36.碳源：
凡能供给微生物碳素营养的物质，称为碳源。
其主要功能为：
ａ、构成微生物细胞的含碳物质（碳架）。
ｂ、提供微生物生长、繁殖及运动的能量，是一种能源物质。
37.能源：
能为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能，称为能源。
38.微生物的能源有：
39.微生物的营养类型
40.氮源：
凡用来构成菌体物质或代谢产物中氮素来源的营养源称氮源。
功能为：
a.提供合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸，以及含氮代谢物等的原料;
b.少数细菌可以铵盐、硝酸盐等氮源为能源。
41.无机盐：
为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的多种重要元素的物质，多以无机盐的形式供给。
生理功能：
构成细胞成分，构成酶的组分和维持酶的活性，调节渗透压、氢离子浓度、氧化还原电位等，供给自养微生物的能源。
42.生长因子：
是一类对微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大，但微生物自身不能用简单的碳源或氮源合成，或合成量不足以满足机体生长需要的有机营养物质。
43.碳氮磷比：
由于不同微生物细胞的元素组成比例不同，对各营养元素的比例要求也不同。
好氧微生物处理污水C:
N:
P=100:
5:
1厌氧微生物处理污水C:
6:
1
40.根据培养基对微生物的功能和用途不同，培养基可分为3类：
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而设计、配制的培养基。
目的：
将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来。
鉴别培养基：
用于鉴别不同类型微生物的培养基，在普通培养基中加入能与某种代谢产物发生反应的指示剂或化学药品，从而产生某种明显的特征性变化，以区别不同的微生物。
加富培养基：
在普通培养基中加入某些特殊的营养物，如血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液或其他营养物质（或生长因子）的一类营养丰富的培养基。
培养营养要求苛刻的微生物；
富集（数量上占优势）和分离某种微生物。
41.营养物进入微生物细胞的方式：
单纯扩散：
被输送的物质，靠细胞内外浓度差为动力，以透析或扩散的形式从高浓度区域向低浓度区域的扩散。
促进扩散：
营养物通过与细胞膜上载体蛋白的可逆性结合来进行传递的过程。
是一种被动运输。
主动运输：
主动运输指一类须提供能量（包括ATP、质子动势或“离子泵”等）并通过细胞膜上特异性蛋白构象的变化，而使膜外环境中低浓度的溶质运入膜内的一种方式。
基团转位：
指一类既需特异性载体蛋白的参与，又需耗能的一种物质运送方式。
42.发酵：
在无外在电子受体时，微生物氧化一些有机物。
有机物仅发生部分氧化，以它的中间代谢产物（即分子内的低分子有机物）为最终电子受体，释放少量能量，其余的能量保留在最终产物中。
在无氧条件下进行。
43.好氧呼吸：
由外在电子受体分子氧（O2）作为最终电子受体的生物氧化过程，称为有氧呼吸。
44.无氧呼吸（厌氧呼吸）：
有少数微生物产能的生物氧化过程中，以无机氧化物（如NO2-、NO3-、SO4-、CO32-及CO2等）作为最终电子受体，称为无氧呼吸。
45.三种生物氧化类型比较
46.生长：
同化作用大于异化作用，微生物的细胞质量不断迅速增长。
47.繁殖：
通过形成无性孢子、有性孢子或裂殖使微生物个体数增加叫繁殖。
48.世代时间（代时）：
细菌两次细胞分裂之间的时间，称为世代时间。
49.分批培养：
将一定量的微生物接种在一个封闭的、盛有一定量液体培养基的容器内，保持一定的温度、pH和溶解氧量，微生物在其中生长繁殖。
50.细菌生长曲线：
将少量细菌接种到新鲜的、定量的液体培养基中进行分批培养，定时取样（例如，每2h取样1次）计数。
以细菌个数或细菌数的对数或细菌的干重为纵坐标，以培养时间为横坐标，连接坐标系上各点成一条曲线，即细菌的生长曲线。
51.细菌的生长繁殖期的6个时期：
a.停滞期（延迟期或适应期）：
将少量细菌接种到某一种培养基中，细菌不立即生长繁殖，经一段适应期才能在新的培养基中生长繁殖，这个时期的初始阶段中，有的细菌产生适应酶，其细胞物质开始增加，细菌总数基本尚未增加；
有的细菌不适应新环境而死亡，故有时细菌数会略有减少。
特点：
（１）有的产生适应酶，有的死亡。
（２）生长繁殖缓慢，分裂迟缓。
（３）生长曲线微微增加。
停滞期长短的影响因素：
（1）菌种、世代时间
（2）接种量（3）接种群体菌龄（4）营养
b.对数期（指数期）：
继停滞期的末期，细菌的生长速率增至最大，细菌数以几何级数增加。
当细菌总数与时间的关系在坐标系上近似呈线性关系时，细菌即进入对数期。
（１）代谢活力最强，合成物质速度最快，细菌生长旺盛。
（２）增殖速度最快，细菌数量以几何级数增加。
2n.n为细菌分裂的代数。
（３）营养物质充分，各细胞形态正常，大小一致。
（４）有毒代谢产物积累不多，对生长繁殖影响小，细菌很少死亡或不死亡。
如要保持对数生长，需要定时、定量加入营养物、排除代谢产物。
教学试验和发酵工业都用对数期的细胞做试验材料。
c.静止期（稳定期）：
由于对数期的细菌生长繁殖迅速，消耗了大量营养物质，致使一定体积的培养基浓度降低。
同时，代谢产物大量积累对菌体本身产生毒害，ph、氧化还原电位等均有所改变，溶解氧供应不足。
这些因素对细菌生长不利，使细菌的生长速率渐渐下降甚至到零，死亡速率渐增，进入静止期。
（１）新生的细胞数和死亡的细胞数相当，细菌总数达到最大值。
（２）体内积累物质最多（荚膜菌形成荚膜、芽孢杆菌形成芽孢，积累储存物质，如异染粒、聚β－羟基丁酸、肝糖、脂肪粒、淀粉粒等）。
（３）营养物质消耗，有毒物质积累。
d.衰亡期：
继静止期之后，由于营养物被耗尽，细菌因缺乏营养而利用贮存物质进行内源呼吸，及自身溶解。
细菌在代谢过程产生有毒的代谢产物，会抑制细菌生长繁殖。
死亡速率增加，活细菌减少，甚至死细菌数大于新生细菌数。
此时，细菌群体进入衰亡期。
（1）营养物被耗尽，有毒代谢产物大量积累。
（2）死亡率大于繁殖率，活细菌数减少。
（3）菌体多形态，畸形、衰退形，有的产生芽孢。
（4）进行内源呼吸，因外界营养缺乏，只能消耗自身储藏物质进行内源呼吸，消耗完后死亡。
（5）出现自溶现象，有的微生物体内产生溶解酶，使细胞溶解。
52.连续培养：
连续培养有恒浊连续培养和恒化连续培养两种。
a.恒浊连续培养：
是一种使培养液中细菌的浓度恒定，以浊度为控制指标的培养方式。
b.恒化连续培养：
是维持进水中的营养成分恒定，以恒定流速进水，以相同流速流出代谢产物，使细菌处于最高生长速率状态的培养方式。
52.细菌生长曲线在污（废）水微生物处理中的应用
在污水生物处理设计时，按污水的水质情况（主要是有机物浓度）可利用不同生长阶段的微生物处理污水。
如：
常规活性污泥法利用生长速率下降阶段的微生物，包括减速期、静止期的微生物；
生物吸附法利用生长速率下降阶段（静止期）的微生物；
高负荷活性污泥法利用生长速率上升阶段（对数期）和生长速率下降阶段（减速期）的微生物；
而有机物含量低，其BOD5与CODCr的比值小于0.3，可生化性差的污水，则用延时曝气法处理，即利用内源呼吸阶段（衰亡期）的微生物处理。
53.微生物生长量的测定方法
a.测定微生物总数（包括活菌和死菌）
（1）计数器直接计数
（2）电子计数器计数（3）涂片染色法（4）比浊法
b.测定活细菌数：
（1）液体稀释培养计数
（2）过滤计数（3）菌落计数
55.BOD:
56.COD:
57.微生物的生存因子（P174）
58.灭菌：
利用高温、物理因素、化学因素杀死微生物所有细胞、孢子。
59.微生物与微生物之间的关系
a.竞争关系：
两种生物在同一环境中，对空间、资源有共同要求，产生竞争，互相受到不利影响。
b.互生关系（原始合作关系）：
指两种可以单独生活的微生物共同在同一环境中生活，互相提供营养及其他生活条件，双方互为有利，相互收益，当两者分开时各自可单独生存。
c.共生关系：
指两种不能单独生活的微生物共同生活于同一环境中，各自执行优势的生理功能，在营养上互为有利，组成共生体。
d.偏害关系（拮抗关系）：
共存于同一环境中的微生物，由于其中一种微生物在代谢过程中产生某种代谢产物对另一种（或一类）微生物有抑制或致死作用。
e.捕食关系：
有的微生物不是通过代谢产物对抗对方，而是吞食对方，这种关系称为捕食关系。
f.寄生关系：
一种微生物需要在另一种生物体内生活，从中摄取营养才能得以生长繁殖。
前者为寄生菌，后者称为寄主或宿主。
60.菌种的退化:
菌种退化是指群体中退化细胞占一定数量后，所表现出菌种性能的下降。
61.菌种的复壮:
通过人工采取一些相应措施（如纯种分离和性能测定等），使退化菌株恢复该菌种原有的典型性状。
62.菌种的保藏方法:
低温法（定期移植法）、干燥法、隔绝空气法、蒸馏水悬浮法、综合法
64.基因－遗传因子：
基因是一切生物体储存遗传信息的、有自我复制能力的遗传功能单位。
它是DNA分子上一个具有特定碱基顺序，即核苷酸顺序的片断。
65.定向培育（环境工程中称驯化）：
是人为用某一特定环境条件长期处理某一微生物群体，同时不断将它们进行移种传代，以达到累积和选择合适的自发突变体的一种古老的育种方法。
66.质粒：
在原核微生物中除有染色体外，还含有另一种较小的、携带少量遗传基因的环状DNA分子叫质粒，也叫染色体外DNA。
在细胞分裂中能复制，将遗传性状传给后代。
67.生态系统（ecosystem）：
在一定时间和空间范围内存在的各种生物体和非生物环境相互依存相互制约，通过能量流动和物质循环所组成的自然体。
简称生态系统。
可用公式表示：
生态系统＝生物群落＋环境条件
68.生物圈：
生存在地球陆地以上和海面以下各约10km之间的范围，包括岩石圈、土壤圈、水圈和大气圈内所有各种生物群落和人及它们生存环境的总体，叫生物圈，是地球上所有生态系统的总和。
69.生态阈限：
生态系统对来自自然界或人类施加干扰的最大限度的调节能力称生态阈限。
70.土壤自净：
土壤对施入其中一定负荷的有机物或有机污染物具有吸附和自然降解能力，通过各种物理、生化过程，自动分解污染物，使土壤恢复到原有水平的净化过程。
71.土壤生物修复：
利用土壤中天然的微生物资源或人为投加目的菌株，甚至用构建的特异降解功能菌投加到各污染土壤中，将滞留的污染物快速降解和转化，使土壤恢复其天然功能。
72.水体自净：
污染物随污水排入水体后，经过物理的、化学的与生物化学的作用，使水体得到净化，水质恢复到污染前的水平或状态，叫作水体自净。
73.自净容量：
指在水体正常生物循环中能够净化有机物的最大数量。
74.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
75.氧垂曲线：
当有机物排入河流后，经微生物降解而大量消耗水中的溶解氧，使河水亏氧，溶解氧曲线呈悬索状下垂，故称为氧垂曲线。
76.污化系统分类：
多污带、α-中污带、β-中污带、寡污带。
77.BIP指数：
无叶绿素的微生物占所有微生物（有、无叶绿素微生物）数的百分比。
78.细菌菌落总数（CFU）：
指１ml水样在营养琼脂培养基中，于37℃培养24h后所生长出来的细菌菌落总数。
79.水体富营养化：
湖泊从贫养湖向富养湖发展，主要是自然、缓慢的发展过程。
但由于某些自然因素，尤其是人类将富含氮、磷的城市生活污水和工业废水排放入湖泊、河流和海洋，使上述水体的氮、磷营养过剩，促使水体中藻类过量生长，使淡水水体发生“水华”，或称“水花”，使海洋发生“赤潮”，造成水体富营养化。
80.氧循环：
大气中氧含量丰富，约占空气体积分数21％。
人和动物呼吸、微生物分解有机物都需要氧。
所消耗的氧由陆地和水体中的植物及藻类进行光合作用放氧，源源不断地补充到大气和水体中。
氧在水体的垂直方向分布不均匀。
表层水有溶解氧，深层和底层缺氧，当涨潮或湍流发生时，表层水和深层水充分混和，氧可能被转送到深水层。
在夏季温暖地区的水体发生分层，温暖而密度小的表层水和冷而密度大的底层分开，底层缺氧。
秋末、初冬时，表层水变冷，比底层水重，水发生“翻底”。
温暖地区湖泊的氧一年四季有周期性变化。
81.碳循环：
以二氧化碳为中心，二氧化碳被植物、藻类利用进行光合作用，合成为植物性碳；
动物吃植物就将植物性碳转化为动物性碳；
动物和人呼吸放出二氧化碳，有机碳化合物被厌氧微生物和好氧微生物分解所产生的二氧化碳均回到大气。
而后，二氧化碳再一次被植物利用进入循环。
82.氨化作用：
微生物分解有机氮化物产生氨的过程称为氨化作用
83.硝化作用：
微生物将氨氧化成硝酸盐的过程称为硝化作用。
84.反硝化作用：
微生物还原硝酸盐，释放出分子态氮和一氧化二氮的过程称为反硝化作用。
微生物为反硝化细菌。
85.氮循环P278
86.固氮作用：
在固氮微生物的固氮酶催化作用下，把分子氮转化为氨，进而合成为有机氮化合物。
这叫固氮作用。
87.好氧活性污泥法：
在人工充氧条件下，利用人工培养的微生物群体（活性污泥），降解污水中溶解状和胶体状的有机物，成不含能量的CO2和H2O及无机盐等，是生物化学反应。
88.好样活性污泥净化污水的作用机理
（１）初期吸附去除活性污泥有着很大的表面积（介于2000~10000m2/m3混合液），在表面上富集着大量的微生物，在其外部覆盖着多糖类的粘质层。
当其与污水接触时，污水中呈悬浮和胶体状态的有机污染物即被活性污泥所凝聚和吸附而得到去除，这一现象就是“初期吸附去除”作用。
（２）微生物的代谢被摄入细胞体内的有机污染物，在各种胞内酶，如脱氢酶、氧化酶等的催化作用下，微生物对其进行代谢反应。
进行氧化分解，进而无机化。
（３）活性污泥凝聚、沉淀过程凝聚：
当有机营养降低到某种程度，微生物处于内源呼吸期或减衰增殖期后段，即处于“老龄”阶段，运动性能微弱，动能很低，不能与范德华引力抗衡。
并且在布朗运动作用下，菌体互相碰撞，互相结合，使活性污泥絮凝体形成，初步形成的絮凝体又与其他的细菌相结合，絮凝体之间也相互粘接，凝聚速度加快，最终能够形成颗粒较大的活性污泥絮凝体。
沉淀：
由于活性污泥絮凝体颗粒重量加大，下沉、沉淀，泥水分离。
89.菌胶团的作用
（１）有很强的生物吸附能力和氧化分解有机物的能力。
（２）菌胶团对有机物的吸附和分解，为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境。
（３）为原生动物、微型后生动物提供附着场所。
（４）具有指示作用：
通过颜色、透明度、数量、颗粒大小及结构的松紧程度衡量好氧活性污泥的性能。
90.好氧生物膜：
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黏附在生物转盘盘片上的一层带黏性的薄膜（厚度约2～3mm）状的微生物混合群体。
是生物膜法净化水体的工作主体。
91.好氧生物膜的净化作用机理
上层生物膜微生物：
吸附分解大分子有机物，并吸收小分子有机物入体内进行氧化分解。
92.活性污泥丝状膨胀：
由于丝状细菌极度生长引起的活性污泥膨胀称活性污泥丝状膨胀。
93.活性污泥丝状膨胀的机理
丝状细菌的比表面积＞菌胶团细菌的比表面积，在竞争中占优势。
94.控制丝状膨胀措施P314
（１）用臭氧、过氧化氢
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