环境工程微生物学

一、名词解释

1. 病毒：没有细胞结构，专性活细胞寄生的一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的超显微非细胞生物

2. 噬菌体：是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒的总称

3. 温和性噬菌体：噬菌体侵入宿主细胞后，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

4. 溶原性：病毒感染细菌后，其基因组整合到宿主的染色体中，在宿主内进行复制并且引起细菌细胞的裂解

5. 质粒：是核以外的遗传物质，能自我复制，把所携带的生物形状传给子代

6. 芽孢：某些细菌在其生活史的某个生长阶段或某些细菌在遇到不良环境时，在细胞质内生成的内生孢子

7. 菌胶团：细菌之间按一定排列方式互相粘结在一起，被一个公共荚膜包围形成的细菌集团

8. 菌落：一个细菌在固体培养基上迅速生长繁殖形成的一个由无数细菌组成的具有一定形态特征的细菌集团

9. 酶：由细胞产生的，能在体内或体外起催化作用的一类具有活性中心和特殊构象的生物大分子

10. 酶的活性中心：酶蛋白分子中与底物结合，并起催化作用的小部分氨基酸微区

11. 酶的竞争性抑制：有些抑制剂的结构与底物结构类似，影响底物和酶的结合，使反应速率下降

12. 新陈代谢：生物从外界环境不断摄取营养物质，经过一系列生物化学反应，转变成细胞的组成，同时产生废物并排除体外

13. 内源呼吸：外界没有供给能源，利用自身内部贮存的能源物质进行呼吸

14. EMP途径：在无氧条件下，1mol葡萄糖逐步分解产生2mol丙酮酸、2molNADH+H+、2molATP的过程

15. TCA循环：丙酮酸有氧氧化过程的一系列步骤的总称。由丙酮酸开始，先经氧化脱羧作用，并乙酰化形成乙酰辅酶A和1molNADH+H+，乙酰辅酶A进入三羧酸循环，并最终氧化为CO2和H2O

16. 底物水平磷酸化：微生物在基质氧化过程中，可形成多种含高自由能的中间产物，这些中间产物将高能键交给ADP，使ADP磷酸化生成ATP

17. 氧化磷酸化：微生物在好氧呼吸和无氧呼吸时，通过电子传递体系产生ATP

18. 光合磷酸化：光引起叶绿素、菌绿素或菌紫素逐出电子，通过电子传递体系产生ATP

19. 分批培养：将一定量的微生物接种在一个封闭的、盛有一定体积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

20. 恒浊连续培养：使细菌培养液的浓度恒定，以浊度为控制指标的培养方式

21. 恒化连续培养：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下生长的培养方式

22. 灭菌：通过超高温或其他物理化学方法将所有微生物的营养细胞和芽孢或孢子全部杀死

23. 消毒：通过物理化学方法致病菌或所有营养细胞和一部分芽孢

24. 光复活现象：经紫外辐射照射的菌体或孢子悬液，随即暴露于蓝色区域可见光下，有一部分受损伤的细胞可恢复其活力

25. 抗生素：微生物在代谢过程中产生的、能杀死其他微生物或抑制其他微生物的生长的化学物质

26. 生长限制因子：处于较低浓度范围内，可影响生长速率和菌体产量的营养物

27. 竞争关系：不同的微生物种群在同一环境中，对食物等营养、溶解氧、空间和其他共同要求的物质互相竞争，互相受到不利影响

28. 互生关系：两种可以单独生活的生物共存于同一环境中，相互提供营养及其他生活条件，双方互为有利，相互受益

29. 共生关系：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，在营养上互为有利而所组成的共生体

30. 拮抗关系：共存于同一环境的两种微生物，一种微生物在代谢过程中产生一些代谢产物，其中有些产物对一种微生物生长不利、抑制或者杀死对方

31. 捕食关系：微生物不是通过代谢产物对抗对方，而是吞食对方

32. 寄生关系：一种生物需要在另一种生物体内生活，从中摄取营养才得以生长繁殖

33. 转录：以DNA为模板合成mRNA的过程

34. 逆转录：以mRNA为模板合成DNA的过程

35. 三联子密码：遗传密码是存在于mRNA链上，由相邻的3个相邻的核苷酸组成，代表一个氨基酸的核苷酸序列

36. DNA半保留复制：首先是DNA分子中的两条多核苷酸链之间的氢键断裂，彼此分开成两条单链。然后各自以原有的多核苷酸链为模板，根据碱基配对的原则吸收细胞中游离的核苷酸，按照原有链上的碱基排列顺序，各自合成出一条新的互补的多核苷酸链，新合成的一条多核苷酸链和原有的多核苷酸链又以氢键连接成新的双螺旋结构

37. tRNA的翻译：DNA转录成mRNA后，mRNA链上的核苷酸碱基序列需要被翻译成相应的氨基酸序列，还要被转运到核糖体上，才能合成具有不同生理特性的功能蛋白

38. 蛋白质的合成：通过tRNA两端的识别作用，把特定的氨基酸转送到核糖体上，使不同的氨基酸按照mRNA上的碱基序列连接起来，在多肽合成酶的作用下合成多肽链，多肽链通过高度折叠成特定的蛋白质结构，最终合成具有不能生理特性的功能蛋白

39. 基因：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

40. 质粒：原核微生物体内的一种较小的、携带少量遗传基因的环状DNA分子

41. 诱发突变：利用物理或化学的方法处理微生物群体，促使少数细胞的DNA分子结构发生改变，在基因内部碱基配对发生差错，引起微生物的遗传性状发生突变

42. 基因重组：两个不同性状个体细胞的DNA融合，使基因重新组合，从而发生遗传变异，产生新品种

43. PCR技术：DNA不需通过克隆而在体外扩增，短时间内合成大量DNA片段的技术

44. 好氧活性污泥：由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物与污水中的有机和无机固体物混凝交织在一起，形成的絮状体或绒粒

45. 好氧生物膜：由多种多样的好样微生物和兼性厌氧微生物黏附在生物滤池滤料上或黏附在生物转盘盘片上的一层黏性、薄膜状的微生物混合群体

46. 生物圈：地球上所有生物及其周围环境组成的最大的生态系统

47. 生态系统：在一定时间和空间范围内由生物与它们的生存环境通过能量流动和物质循环所组成的一个自然体。

48. 水体自净作用：水体接纳一定量的污染物质后，在物理化学和微生物等因素的综合作用下得到净化，水质恢复到污染前水平

49. 自净容量：在水体正常生物循环中能够净化有机污染物的最大数量

50. 水污染指示生物：在一定水质下，对水体环境质量的变化反应敏感，用来监测和评价水体污染状况的水生生物

51. 水体富营养化：在人类活动影响下，氮、磷等营养物质大量进入湖泊、海洋，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，溶解氧下降，水质恶化，鱼类和其他生物大量死亡的现象

52. P/H指数：P代表光能自养型微生物，H代表异养型微生物，两者的比值

53. AGP：把特定藻类接种在天然水体或污水中，在一定的光照和温度条件下培养，使藻类生长到稳定期为止，通过测干重或细胞数来测其增长量

54. 氧垂曲线：在河流受到大量有机物污染时，有机物的氧化分解使水体中溶解氧发生变化，随污染源到河流下游一定距离内，溶解氧由高到低再回到原来的水平，绘制的溶解氧变化曲线

55. 污泥驯化：在废水生物处理中，用含有某种污染物的废水筛选、培养来自其他废水的菌种，使他们适应该种废水，并具有高效降解其中污染物的能力的方法

56. 菌落总数：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

57. 总大肠菌群：又称大肠杆菌群，他们是一群兼性厌氧的、无芽孢的革兰氏阴性杆菌

58. 大肠菌群指数：单位体积水中所含的大肠杆菌群落数目

59. 硝化作用：氨基酸脱下的氨，在有氧的条件下，经亚硝化细菌和硝化细菌的作用下转化为硝酸

60. 反硝化作用：植物、藻类及其他微生物把硝酸盐作为氮源，吸收硝酸盐，通过硝酸还原酶将硝酸还原成氨，由氨合成为氨基酸、蛋白质及其他含氮物质，兼性厌氧的硝酸盐还原细菌将硝酸盐还原为氮气

61. 固氮作用：通过固氮微生物的固氮酶催化作用，把分子N2转化为NH3，进而合成有机氮化合物

62. 硫化作用：在有氧条件下，硫化细菌把H2S氢氧化为单质硫，进而氧化成硫酸

63. 反硫化作用：土壤淹水、河流、湖泊等水体处于缺氧状态时，硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐、次亚硫酸盐在微生物的还原作用下形成H2S

64. 生化需氧量：表示在有氧条件下，好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗的游离氧的数量，常用单位为mg／L，这是一种间接表示水被有机污染物污染程度的指标

65. 化学需氧量：用强氧化剂——重铬酸钾，在酸性条件下能够将有机物氧化为H2O和CO2，此时所测出的耗氧量称为化学需氧量

66. 总需氧量：有机物主要是由碳、氢、氮、硫等元素所组成。当有机物完全被氧化时，C、H、N、S分别被氧化为CO2、H2O、NO和SO2，此时的需氧量称为总需氧量

67. 溶解氧：空气中的分子态氧溶解在水中称为溶解氧

68. 巴斯德效应：在厌氧条件下，向高速发酵的培养基中通入氧气，则葡萄糖消耗减少，抑制发酵产物积累

69. 堆肥化：在人工控制的条件下，依靠自然界中广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为促进有机质向稳定腐殖质转化的过程

70. 固定化酶：从筛选、培育获得的优良菌种体中提取活性极高的酶，再用包埋法等方法将酶固定在载体上，制成不溶于水的固态酶

二、判断题

1. 微生物系统分类单元从高到低依次为界、门、纲、目、科、属、种最高为域

2. 株是微生物分类最小单位种是微生物分类最小单位

3. 溶原性噬菌体的DNA整合在宿主DNA上，不能独立进行繁殖

4. 放线菌属于真核微生物放线菌是原核微生物

5. 大多数放线菌属革兰氏阴性菌除枝动菌属外，其余放线菌均为革兰氏阳性菌

6. 放线菌的菌体由纤细的长短不一的菌丝组成，在固体培养基上呈辐射状，菌丝分支，为单细胞

7. 霉菌的菌落疏松，菌丝细小，与培养基结合紧密，不易用接种环挑取霉菌菌落形态较大

8. 菌苔是细菌在固体培养基上的培养特征之一菌落是细菌在固体培养基上的培养特征之一

9. 大肠杆菌属于单细胞微生物，金黄色葡萄球菌属于多细胞微生物细菌都是单细胞

10. 大肠杆菌是革兰氏阴性菌，金黄色葡萄球菌是革兰氏阳性菌

11. 碱性染料能与细胞中带正电的组分结合，常用于细菌染色碱性染料是和细胞中带负电的组分结合

12. 革兰氏阳性菌细胞壁的脂肪含量比革兰氏阴性菌高低

13. 红螺菌的同化作用类型为光能异养型

14. 渗透酶属于诱导酶，其他酶属于结构酶渗透酶是载体蛋白

15. 一切厌氧微生物都含有超氧化物歧化酶耐氧厌氧微生物含超氧化物歧化酶，一切厌氧微生物都不具有过氧化氢酶

16. 分子氧对专性厌氧微生物的抑制和杀死作用是因为这些微生物缺乏过氧化氢酶

17. 主动运输需要载体和能量，促进扩散不需要载体和能量促进扩散要载体不要能量

18. 大多数微生物可以合成自身所需的生长因子，不必从外界摄取

19. 核糖体的功能是合成蛋白质

20. 明胶是最常用的凝固剂琼脂最常用的凝固剂

21. 浓乳糖蛋白胨培养基是合成培养基是天然培养基

22. 豆芽汁培养基是合成培养基是天然培养基

23. 分批培养时，细菌首先经历一个适应期，此时细胞处于代谢活动低潮，细胞数目不增加

24. 恒化培养与恒浊培养的区别是前者菌体始终处于对数期区别前者保持细菌浓度不变，后者保持营养成分浓度不变

25. 乳糖操纵子是由结构基因、操纵基因、调节基因组成

26. 操纵子的结构基因通过转录、翻译控制蛋白质的合成，操纵基因和调节基因通过转录、翻译控制结构基因的表达

27. 细菌所有遗传信息都储存在细菌染色体上细菌为原核微生物，无染色体，基因还可以存在质粒上

28. 遗传型相同的个体在不同环境下会有不同的表现型

29. 低剂量的紫外线照射，对微生物没有影响，但超过某一阈值的紫外线照射，则会导致微生物基因突变低剂量紫外线照射导致基因突变

30. 导致牛得疯牛病的朊病毒的遗传物质是DNA是蛋白质

31. HgCl2的杀菌机理是与微生物酶的-SH基结合，使酶失去活性，或与菌体蛋白质结合，使之变性或沉淀

32. 反消化作用是在好氧条件下进行的在厌氧条件下进行

33. 好氧活性污泥法处理废水过程中，去除的有机污染物全部转化为二氧化碳和水大部分转化为微生物自身组成

34. 活性污泥法处理废水，易产生污泥膨胀问题

35. 用霉菌、酵母菌处理有机废水时，有时会出现活性污泥丝状膨胀，这时可以通过修改工艺来解决

36. 对厌氧消化-甲烷发酵，污水pH一般保持在6.5-7.5之间

37. 自然界中产甲烷菌有很多种，有些是好氧的，有些是厌氧的，有些是兼性厌氧的甲烷菌都是厌氧的

38. 导致水体富营养化的生物主要是硅藻是蓝藻

39. 水体中有机物浓度越高，微生物代谢作用消耗的溶解氧越多

40 任何土质中微生物种类都按细菌、真菌、放线菌、原生动物、藻类的顺序由多到少排列

三、填空题

1. 微生物和其他类型微生物相比具有个体极小、分布广种类多、繁殖快、易变异特点。

2. 病毒的繁殖过程可分为吸附、侵入、复制与聚集、裂解与释放。

3. 细菌的基本形态有球状、杆状、螺旋状、丝状。

4. 细菌细胞的一般结构为细胞壁、细胞膜、细胞质及内含物、拟核。

5. 细菌细胞的特殊结构为芽孢、鞭毛、荚膜、粘液层、菌胶团、衣鞘、光合作用层片等。

6. 细菌原生质体由细胞膜、细胞质及内含物、拟核组成。

7. 细菌芽胞的特点有芽胞含水率低、芽胞壁厚而致密、芽胞中2,4-吡啶二羧酸含量高、芽胞含有耐热性酶。

8. 细菌荚膜的功能有具有荚膜的S型肺炎链球菌毒力强，有助于肺炎链球菌侵入人体；荚膜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；当营养缺乏时，荚膜可被用作碳源和能源，有的荚膜还可用作氮源；废水生物处理中的细菌荚膜有生物吸附作用，将废水中的有机物、无机物及胶体吸附在细菌体表面上。

9. 在pH为1.5的溶液中，细菌带正电荷；在pH为7.0的溶液中，细菌带负电荷。

10. 放线菌的菌丝由于形态和功能不同，可分为营养菌丝、气生菌丝、孢子菌丝。

11. 原生动物的营养类型有全动性营养、植物性营养、腐生性营养。

12. 原生动物可分为孢子纲、鞭毛纲、肉足纲、纤毛纲，眼虫属于鞭毛纲，草履虫属于纤毛纲，钟虫属于纤毛纲。

13. 革兰氏染色的步骤是草酸铵结晶紫初染、碘-碘化钾媒染、乙醇脱色、番红复染。其中最关键的一步是脱色。大肠杆菌经革兰氏染色后为红色，为革兰氏阴性菌。

14. 微生物生长量的测定方法有测定微生物总数、测定活细菌数、计算生长量。

15. 活细菌数的测定方法有载玻片薄琼脂层培养计数、平板菌落计数、液体稀释培养计数、薄膜过滤计数。

16. 根据培养基的物理状态，培养基可分为液体培养基、半固体培养基、固体培养基。最常用的固体培养基凝固剂为琼脂。

17. 根据实验目的和用途不同，培养基可分为基础培养基、选择培养基、鉴别培养基、加富培养基。

18. 根据组成物的性质，培养基可分为合成培养基、天然培养基、复合培养基。

19. 实验室常用的有机氮源有牛肉膏和蛋白胨，无机氮源有硝酸钠和硝酸铵。

20. 在微生物学奠基时代，公认的代表人物为巴斯德和柯赫，前者的主要业绩有巴斯德消毒法，后者的主要业绩有微生物纯种培养法。

21. 根据酶作用的位置，酶可分为胞外酶、胞内酶、表面酶。

22. 根据酶的组成，酶可分为单成分酶、全酶。

23. 酶的催化特性有加快反应速度、专一性、条件温和、对环境敏感、催化效率极高。

24. 酶蛋白的结构可分为一级结构、二级结构、三级结构、四级结构。

25. 酶各成分的功能是，酶蛋白起加速生化反应的作用；辅基和辅酶起传递电子和化学基团的作用，金属离子起传递电子和激活剂的作用。

26. 根据微生物和氧的关系，微生物可分为好氧微生物、厌氧微生物、兼性厌氧微生物。

27. 根据所需能源和碳源不同，微生物可分为光能自养微生物、光能异养微生物、化能自养微生物、化能异养微生物。

28. 微生物所需的营养包括水、碳源和能源、氮源、无机盐、生长因子。营养物质进入细胞的方式有单纯扩散、促进扩散、主动运输、基团转位。

29. 根据最终电子受体不同，微生物的呼吸类型可分为发酵、好氧呼吸、无氧呼吸。

30. 根据细菌的生长情况，可将细菌的生长曲线分为停滞期、对数期、静止期、衰亡期。

31. 影响停滞期长短的因素有菌种、接种群体菌龄、接种量、培养基成分。

32. 影响微生物世代时间的因素有菌种、营养成分、营养物浓度、温度。

33. 微生物之间的关系可分为竞争关系、互生关系、共生关系、偏害关系、捕食关系、寄生关系。

34. 细菌纯种分离的方法有稀释平板法、平板划线分离法、涂布法。

35. 菌种保藏方法有定期移植法、干燥法、隔绝空气法、蒸馏水悬浮法、综合法。综合法是目前最好的菌种保藏法。

36. 衡量水体自净的指标有P/H指数、氧浓度昼夜变化幅度和氧垂曲线。

37. 1mol葡萄糖，经糖酵解净产生2molATP，经好氧呼吸净产生38molATP。

38. 紫外线诱变的机理是使DNA结构变化。其中起主要作用的是胸腺嘧啶二聚体的产生。

39. 由于紫外线的特殊性质，其作用有空气消毒、表面消毒、诱变育种。

40. 一般化学杀菌剂的杀菌能力与其浓度成正比，乙醇则不然，以70%的乙醇杀菌能力最强。

41. 用氯和氯化物对饮用水消毒时，起主要杀菌作用的是HClO，而其在水中的浓度主要由pH控制。

42. 重金属的杀菌机理是与酶的—SH基结合，使酶失去活性；或与菌体蛋白结合，使之变性或沉淀。

43. 空气微生物卫生标准的指标有浮游细菌数、降落细菌数。

44. 进行灭菌的方法有干热灭菌法、湿热灭菌法、化学药品灭菌法。干热灭菌的最高温度不超过170°C。

45. 根据突变的条件和原因，突变可分为自发突变、诱发突变。

46. 根据基因的功能，基因可分为结构基因、操纵基因、调节基因。

47. 生态系统的四个基本组成为环境、生产者、消费者、分解者。

48. 生态系统是自然界的基本功能单元，其功能主要表现在生物生产、能量流动、物质循环、信息传递。

49. 根据污水处理中微生物的存在状态，可分为活性污泥法、生物膜法。

50. 活性污泥的结构与功能中心是菌胶团。

51. 水体污化系统将受有机物污染的河段分为多污带、α-中污带、β-中污带、寡污带。

52. 废水处理中，原生动物的作用为指示作用、净化作用、促进絮凝和沉淀作用。

53. 废水处理中，常见的原生动物有鞭毛虫、肉足虫、游泳型纤毛虫、固着型纤毛虫。

54. 废水处理中，好氧微生物群体，要求BOD5:N:P=100:5:1；厌氧微生物群体，要求BOD5:N:P=100:6:1。

55. 废水处理中，对进水水质应考虑的因素有供氧量、pH、温度、有毒物质、营养物质等。

56. 废水处理中，常用的絮凝剂有有机高分子絮凝剂、无机絮凝剂、微生物絮凝剂。

57. 厌氧消化三段理论为水解阶段、产酸阶段、产甲烷阶段。

58. 我国现行的饮水卫生标准规定，自来水中细菌总数不超过100个/ml，大肠菌群数不超过3个/L。

59. 普通滤池内生物膜微生物群落为生物膜生物、生物膜面生物、滤池扫除生物。前者以菌胶团为主要组成，起净化和稳定水质功能；中者为固着型纤毛虫和游泳型纤毛虫，起促进滤池净化速度，提高滤池整体处理效率功能；后者为轮虫、线虫等，起去除滤池内污泥、防止污泥积累和堵塞功能。

60. 土壤微生物的水平分布取决于土壤中的碳源。

四、简答题

1. 原核微生物和真核微生物的区别有哪些？

原核微生物的核很原始，发育不全，只有DNA链高度折叠形成的一个核区，没有核膜，核质裸露，与细胞质没有明显界限，称为拟核。原核微生物没有细胞器，只有由细胞膜内陷形成的不规则的泡沫体系，也不进行有丝分裂。原核微生物包括古菌、细菌、放线菌、蓝细菌、立克次氏体、支原体、衣原体。

真核微生物有发育完好的细胞核，核内有核仁和染色质。由核膜将细胞核和细胞质分开，两者有明显的界限。有高度分化的细胞器，如线粒体、中心体、高尔基体、内质网、溶酶体和叶绿体等。进行有丝分裂。真核微生物包括除蓝藻以外的藻类、酵母菌、霉菌、原生动物、微型后生动物。

2. 革兰氏染色的步骤和原理是什么？

革兰氏染色的步骤：①涂片，固定；②初染：滴加草酸铵结晶紫染色1-2min，水洗；③媒染：滴加革兰氏碘液染色1-2min，水洗；④脱色：滴加体积分数为95%的乙醇，约45s 后水洗；⑤复染：滴加番红染液染色2-3min，水洗并使之干燥；⑥镜检：革兰氏阳性菌呈紫色，革兰氏阴性菌呈红色。

革兰氏染色的原理：①革兰氏染色与细菌等电点有关系：革兰氏阳性菌的等电点比革兰氏阴性菌低，因而革兰氏阳性菌带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，两者等电位均降低，但革兰氏阳性菌等电位降低得多，故与草酸铵结晶紫结合得更牢固，对乙醇脱色的抵抗力强，草酸铵结晶紫、碘-碘化钾复合物不被乙醇提取，菌体呈紫色，而革兰氏阴性菌则相反，菌体呈红色。②革兰氏染色与细菌细胞壁有关：革兰氏阳性菌的脂质含量很低，肽聚糖含量高，革兰氏阴性菌则相反，因此用乙醇脱色时，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，乙醇容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、碘-碘化钾复合物被截留在细胞内而不被脱色，仍呈紫色。

3. 营养物质进入微生物细胞的方式和特点是什么？

营养物质进入微生物细胞的方式有单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团转位。

单纯扩散的特点：物质在扩散过程中没有发生任何反应，不消耗能量，不能逆浓度运输，运输速率较慢，与膜内外物质的浓度差成正比。

促进扩散的特点：参与运输的物质本身的分子结构不发生变化，不消耗能量，不能逆浓度运输，运输速率与膜内外物质的浓度差成正比，需要载体参与。

主动运输的特点：物质运输过程中需要消耗能量和载体，而且可以进行逆浓度运输。

基团转位的特点：它有一个复杂的运输系统来完成物质的运输，而物质在运输过程中发生化学变化。

4. 过高或过低的pH对微生物的不利影响是什么？引起pH改变的原因有哪些？如何保证稳定的pH环境？

pH过低，会引起微生物表面由带负电变为带正电，进而影响微生物对营养物质的吸收；过高或过低的pH还可以影响培养基中有机化合物的离子化作用，从而间接影响微生物；酶只在最适宜的pH才发挥其最大活性，极端pH使酶的活性降低，进而影响微生物细胞内的生物化学过程，甚至直接破坏细胞；极端pH降低微生物对温度的抵抗能力。

在微生物培养过程中，会产生有机酸、CO2和NH3，前两者为酸性物质，后者为碱性物质，它们会降低或提高pH。

需要在培养基中加入缓冲剂。

5. 什么叫细菌的生长曲线？可分成哪几个阶段？在用常规活性污泥法处理废水时，一般选择哪个阶段？其他阶段如何运用？

细菌接种到定量的液体培养基中，定时取样测定细胞数量，以培养时间为横坐标，以菌数的对数值为纵坐标作图，得到一条反映细菌，在整个培养期间菌数变化规律的曲线。

停滞期：将少量菌种接入新鲜培养基后，细菌不立即生长繁殖，细菌数不立即增加，或增加很少，生长速度接近于零。细胞形态变大或增长，体积最大，细胞内RNA，尤其是rRNA含量增高，合成代谢活跃，核糖体酶类和ATP的合成加快，易产生诱导酶，对外界不良条件反应敏感。

对数期：生长速率常数最大，世代时间最短；平衡生长、酶系活跃、代谢旺盛；对数生长期的细菌个体形态、化学组成和生理特性等均较一致，是研究微生物代谢、生理的良好材料；在生产上常用作种子，缩短微生物发酵的延滞期，提高经济效益。

静止期：生长速率常数为零；芽孢形成；次生代谢产物开始合成。

衰亡期：细菌代谢活性降低；生长速率常数小于零；细胞呈现多种形态，有时产生畸形，细胞大小悬殊等；细菌衰老并出现自溶；产生或释放出一些产物，如抗生素等。

在用常规活性污泥法处理废水时，一般选择静止期的微生物。处于对数期的微生物生长繁殖快，代谢活力强，对有机物的去除能力很高，因而对进水有机物浓度要求很高，导致出水有机物浓度高，不易达到排放标准，而且处于对数期的微生物不易自行凝聚成菌胶团，沉降性能差，致使出水水质差。而处于静止期的微生物仍然具有较强的代谢能力，去除有机物的效果好，而且处于静止期的微生物积聚大量贮存物，强化了微生物的生物吸附能力，其自我絮凝、聚合能力强，在二沉池中泥水分离效果好，出水水质好。

在废水生物处理设计时，按废水水质的情况，可利用不同生长阶段的微生物处理废水。常规活性污泥法利用静止期微生物；生物吸附法利用静止期微生物；高负荷活性污泥法利用对数期微生物；延时曝气法利用衰亡期微生物。

6. 细菌呼吸作用的本质、类型、特点是什么？

呼吸作用的本质是氧化与还原的统一过程，这过程中有能量的产生和能量的转移。

根据最终电子受体，呼吸类型可分为发酵、好氧呼吸、无氧呼吸。

发酵的特点：有机物仅发生部分氧化，以它的中间代谢产物为最终电子受体，释放少量能量，其余能量保留在最终产物中。

好氧呼吸的特点：底物按常规方式脱氢，经完整的呼吸链传递氢，同时底物氧化释放出的电子也经过呼吸链传递给O2、O2 得到电子被还原，与脱下的H 结合成H2O，并释放能量。

无氧呼吸的特点：底物按常规方式脱氢，经部分电子传递体系传递氢，最终由氧化态的无机物受氢。

7. 活性污泥的定义、结构与功能中心、机理是什么？

好氧活性污泥是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物与污水中的有机和无机固体物混凝交织在一起，形成的絮状体或绒粒。好氧活性污泥的结构与功能中心是菌胶团。在有氧条件下，活性污泥中的絮凝性微生物吸附废水中的有机物；水解性细菌水解大分子有机物为小分子有机物，同时合成自身细胞，溶解性有机物直接被细菌吸收，在细菌体内氧化分解，其中间产物被另一群细菌吸收，进而无机化；其他微生物吸收或吞食未分解彻底的有机物。

8. 活性污泥丝状膨胀的原因和控制方法是什么？

主导因素是丝状微生物过度生长，环境因素促进丝状微生物过度生长。在单位体积中，呈丝状扩展生长的丝状细菌的比表面积比絮凝性菌胶团大，对有限制性的营养和环境条件争夺占优势，丝状细菌大量生长繁殖成优势菌，引起活性污泥丝状膨胀。

进水水质：①原水中营养物质含量不足；②原水中碳水化合物和可溶性物质含量高；③硫化物含量高；④进水波动。

反应器环境：①温度，丝状菌膨胀对温度具有敏感性，在其它条件等同的情况下，10℃时产生严重的污泥膨胀现象；将反应器温度提高到22℃，不再产生污泥膨胀；②溶解氧，菌胶团细菌和浮游球衣菌等丝状菌对溶解氧需要量差别比较大，菌胶团细菌是好氧菌，而绝大多数丝状菌是适应性强的微好氧菌。因此，若溶解氧含量不足，菌胶团菌的生长受到抑制，而丝状菌仍能正常利用有机物，在竞争中占优；③pH值，pH 值较低，会导致丝状真菌的繁殖而引起污泥膨胀。活性污泥微生物最适宜的pH值范围是6.5-8.5；pH 值低于6.5 时利于真菌生长繁殖；pH 值低至4.5 时，真菌将完全占优，活性污泥絮体遭到破坏，所处理的水质恶化；④BOD－污泥负荷。

根本要控制引起丝状微生物过度生长的环境因子，如温度、溶解氧、可溶性有机物极其种类、有机物浓度或有机物负荷等。

控制方法：①设调节池(及事故池)控制高负荷冲击；②控制溶解氧，溶解氧浓度必须控制在3-4mg/L；③调节废水的营养配比，尽量逼近BOD5与N 和P的比例BOD5：N：P＝100：5：1。补N-尿素，补P-磷酸钠；④改革工艺，将活性污泥法改为生物膜法或在曝气池中加填料改为生物接触氧化法。

9. 生物法处理废水对水质的要求是什么？

溶解氧：好氧生物处理必须有充分的氧气供应。

酸碱度：对于好氧生物处理，pH控制在6-9；对于厌氧生物处理，pH控制在6.5-7.5。

温度：大多数细菌的适宜温度为20-40°C。

有毒物质：废水中不能含有过多的有毒物质，多数重金属如锌、铜、铅、铬离子有毒性，某些非金属物质如酚、甲醛、硫化物也有毒性。这些有毒物质能抑制其他物质的生物氧化过程，废水中也不能含有过多的油类物质。

养料：微生物的繁殖必须要有各种养料，其中包括碳、氮、磷、硫，微量的钾、钙、镁、铁等和维生素。不同的微生物对每一种营养元素的数量要求是不同的。

10. 简述环境生物技术中的高新技术，在污染控制工程中的作用

环境生物技术中的高新技术有：遗传诱变育种、基因工程、酶工程、微生物制剂、生物表面活性剂等。质粒育种和基因工程培育出能快速降解有机氯农药、有机磷农药、塑料、合成洗涤剂等难降解污染物的高效菌。固定化酶和固定化微生物技术用来处理含特殊污染物质如硫磷农药的污水有很好的效果。为生物细胞外多聚物可用作表面活性剂、絮凝剂或助凝剂、沉淀剂，它不会引起二次污染，使用安全。微生物制剂在环境工程中的应用也很广泛。

11. 检验饮用水时，为何一般不直接测定致病菌，而检测指示菌？指示菌应符合的条件？用发酵法监测饮用水中的大肠杆菌群数时的步骤及每步的原理？

由于致病菌数量少，检测不方便，故选用和它相近的非致病菌作间接指示。

指示菌应符合的条件：指示菌应与所检测的致病菌的相关形状相近，而且检测技术较简便。

用发酵法检测饮用水中的大肠菌群数时，常用三步进行：

①初步发酵实验：样品稀释后，选择三个稀释度，每个稀释度接种三管乳糖胆盐发酵管。36±1℃培养48±2h，观察是否产气。大肠菌群中的埃希氏菌属、柠檬酸杆菌属、肠杆菌数和克雷伯氏菌属在37℃能不同程度地分解乳糖产酸产气。

②确定性实验：将产气发酵管培养物转种于伊红美蓝琼脂平板上，36±1℃培养18-24h，观察菌落形态。因为大肠菌群中的四类菌体在伊红美蓝培养基中的菌落特征各不相同，而加以区别。

③复发酵实验：挑取平板上的可疑菌落，进行革兰氏染色观察。同时接种乳糖发酵管36±1℃培养24±2h，观察产气情况，有产酸产气者为有大肠菌群存在。

12. 有机物沼气发酵的微生物学原理。

产甲烷菌利用含一个或两个碳原子的有机物产生二氧化碳和甲烷，利用其中间代谢产物和能量物质ATP 合成蛋白质、多糖、脂肪和核酸等物质，用以构成自身细胞。产甲烷的四阶段理论：第一阶段：水解和发酵性细菌群将复杂有机物如：纤维素、淀粉等水解为单糖后，再酵解为丙酮酸；将蛋白质水解为氨基酸，脱氨基成有机酸和氨；脂类水解为各种低级脂肪酸和醇；第二阶段：产氢和产乙酸细菌把第一阶段的产物进一步分解为乙酸和氢气；第三阶段：本阶段的微生物是两组生理不同的专性厌氧的产甲烷菌群。一组是将氢气和二氧化碳合成甲烷或氢气和一氧化碳合成甲烷；另一组是将乙酸脱羧生成甲烷和二氧化碳，或利用甲酸、甲醇甲基胺裂解为甲烷；第四阶段：本阶段为同型产乙酸阶段，是同型产乙酸细菌将氢气和二氧化碳转化为乙酸的过程。

13. 好氧堆肥的原理、生物类群、发酵条件？

在通气条件下，好氧微生物分解大分子有机物为小分子有机物，部分有机物被矿化成无机物，并放出大量的热，使温度升高至50-65°C。如果不通风，温度会升高到80-90°C。这期间微生物不断分解有机物，吸收、利用中间产物合成自身细胞物质，生长繁殖，以更大的数量的微生物分解有机物，最终有机固体废弃物完全腐熟成稳定的腐殖质。

C：N在25：1-30：1发酵最好，有机物含量若不够，可掺杂粪肥；温度适当，30°C时，含水量应控制在45%，45°C时，含水量控制在50%；氧要充分供应，通气量0.05-0.2m3/min.m3；有一定的氮和磷，可加快堆肥速率，增加成品的肥力；嗜温菌发酵最适温度30-40°C，嗜热菌发酵最适温度55-60°C。5-7天能达到卫生无害化。整个过程中pH=5.5-8.5，能自身调节。在整个发酵过程中，不需外加任何中和剂；发酵周期7天左右。

14. 什么叫水体自净？有哪些指标？如何判断水体自净程度？

水体接纳一定量的污染物质后，在物理化学和微生物等因素的综合作用下得到净化，水质恢复到污染前水平。

衡量水体自净的指标有P/H指数、氧浓度昼夜变化幅度和氧垂曲线。

P/H指数低，水体自净程度低；P/H指数高，水体自净程度高；当P/H指数恢复到原有水平时，水体自净完成。

氧浓度昼夜差异小，水体自净程度低；氧浓度昼夜差异大，水体自净程度高；当氧浓度昼夜差异增大到最大后又回到原水平，水体自净完成。

15. 什么叫水体富营养化？如何评价水体富营养化？

在人类活动影响下，氮、磷等营养物质大量进入湖泊、海洋，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，溶解氧下降，水质恶化，鱼类和其他生物大量死亡的现象。

观察蓝藻等指示生物；测定生物量；测定原初生产力；测定透明度；测定N、P等营养物质；AGP。

五、论述题

1、简述好氧生物膜法微生物群落的组成、结构、净化机理？

好氧生物膜是由各种微生物组成的，附着在支撑体上的一层粘性固定化膜。厚约2-3cm，一般呈蓬松的絮状结构、微孔很多、表面积很大，故有较强的吸附作用，利用微生物进一步对这些吸附的有机物进行分解。

① 生物群落分为生物膜生物、生物膜面生物和滤池扫除生物。

a) 生物膜生物：以菌胶团为主要成分，辅以浮游球衣菌、藻类等。功能：净化和稳定废水水质。

i. 细菌：以动胶菌属为主；另一主要的是丝状细菌。在生物膜中丝状细菌不会引起丝状膨胀；丝状菌呈网状生长，形成网状结构，对水流起过滤作用。

ii. 真菌：占30%左右。

iii. 藻类：在滤池上部，向生物膜供氧。

b) 生物膜面生物：促进滤池净化速度，提高滤池整体处理效率；分为固着型纤毛虫和游泳型纤毛虫两种。

c) 滤池扫除生物：体型较大的无脊椎生物：轮虫、线虫等；用以去除滤池中的污泥。

② 好氧生物膜结构：生物滤池中生物膜分为水层、好氧层、厌氧层。

上层：营养浓度较高，主要是细菌，少数鞭毛虫。

中层：废水中的营养物质、微生物的代谢产物种类较多。有菌胶团、鞭毛虫等。

下层：有机物浓度低，低分子有机物较多。有菌胶团、固着型纤毛虫、浮游球衣菌等。

③ 生物膜净化机理：水中的大分子有机物被上层生物膜中的生物膜生物和生物膜面生物吸附并吸收分解为小分子有机物。同时，生物膜吸收溶解性有机物和经水解的小分子有机物进入体内，并进行氧化分解，利用吸收的营养构建自身细胞。上一层的生物膜的代谢产物流向下层，被下一层生物膜吸收，进一步氧化分解为H2O和CO2。老化的生物膜和游离的细菌被滤池扫除生物吞食。通过以上微生物的化学作用和吞噬作用污水得到净化。

2、简述微生物生长曲线的几个时期及其对污水处理工艺有什么指导意义?

将少量细菌接种于一定量的液体培养基内，在一定条件下培养。培养过程不投加或取出任何东西。这种培养方式叫分批或间歇培养。细胞量随时间的变化曲线称生长曲线 。

细菌的生长曲线可以分为四个时期

停滞期：

停滞期又称滞留适应期。当菌种接种到新鲜培养基后，细菌并不立即生长繁殖，而要经过一段时间的调整和适应，以合成多种酶，并完善体内的酶系统和细胞的其他成分。在这个时期，细胞的代谢活力很强，蛋白质和RNA含量增加，菌体体积显著增大。在迟缓期末，细菌的长度可达接种时的6倍。迟缓期末期和对数期前期的细胞，对热、化学物质等不良条件的抵抗力减弱。

对数期：

①生长速率最大，世代时间和倍加时间最短；

②酶系活跃、代谢旺盛；

③细胞进行平衡生长，体内各成分最为均匀

稳定期：

由于在生长过程中，营养物质不断被消耗，同时，某些有毒性的代谢产物不断积累，致使细菌分裂的速率降低，世代时间延长，细菌细胞活力减退。这时，群体中细菌的繁殖速度与死亡速度近乎相等，活菌数目保持稳定。大多数产芽孢细菌在此时期开始产生芽孢。

衰亡期：

此期环境变得更不适于微生物生长，细胞的活力继续衰退，死亡率大于繁殖率，活菌数迅速减少。在衰亡期中细胞形状和大小很不一致，有些产生畸形细胞，细菌的生命活动主要依赖于内源呼吸，并呈现大量死亡。

3、天然水体自净原理以及在废水处理中的应用？

自净原理：

①有机污染物排入水体后被水体稀释，有机和无机固体物质沉降至河底。

②水体中好氧细菌利用溶解氧把有机物分解为筒单有机物和无机物，并用以组成自身有机体，水中溶解氧急速下降至零，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。有机物经细菌完全无机化后，产物为CO2、H20、P023、 NH3和H2S。NH3和H2S继续在硝化细菌和硫化细菌作用下生成NO3和S02~。

③水体中溶解氧在异养菌分解有机物时被消耗，大气中的氧刚溶于水就被迅速用掉，尽管水中藻类在白天进行光合作用放出氧气，但复氧速率仍小于耗氧速率，氧垂曲线下降。在最缺氧点，有机物的耗氧速率等于河流的复氧速率。再往下游的有机物渐少，复氧速率大于耗氧速率，氧垂曲线上升。如果河流不再被有机物污染，河水中溶解氧恢复到原来水平，甚至达到饱和。

④随着水体的自净，有机物缺乏和其他原因(例如阳光照射、温度、pH变化、毒物及生物的拮抗作用等)使细菌死亡。据测定，细菌死亡数大约为80% ~90%。

自净作用过程在废水生物处理中的应用

①可以通过天然水体的自净作用来处理一定 量的污染物:

②可以根据自净过程各阶段的指示生物来判断水体受污染的程度。

4、微生物在自然界氮循环中及其作用？

整个过程包括固氮作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用。

首先，分子氮被自由生活的微生物固定成NH3并转化为有机氮化物或被微生物与植物联合作用转化为供植物直接利用的形式。植物及微生物体内氮化物为动物食用，转化为动物蛋白质。其次，当动植物和微生物尸体及排泄物等有机氮化物(以蛋白质为主)被生生物分解后，以氨的形式释放出来，供植物利用或被氧化成硝酸盐被植物吸收或被进一步还原为气态氮返回自然界完成整个循环。

固氮作用：通过固氮微生物的固氮酶的催化作用，把N2转化成NH3，今儿合成有机氮化物。

氨化作用：(1)脱氨作用：有机氮化合物在微生物的脱氨基作用下产生氨。

(2)脱羧作用：由腐败细菌和霉菌引起，经脱羧后生成胺。

硝化作用：氨基酸脱下的氮在有氧条件下，经亚硝化细菌和硝化细菌作用转化为硝酸。

反硝化作用：发生缺氧和厌氧环境时，兼性厌氧的硝酸盐还原菌将硝酸盐还原为氮气。

5、分析微生物除磷作用的机理以及影响因素？

聚磷细菌：种类较多，其中聚磷能力强的优势菌有不动杆菌——莫拉氏菌群、假单胞菌属、气单胞菌属、黄杆菌属等。

除磷的生物化学机制：除磷细菌特别适宜在好氧-厌氧交替循环的系统中大量繁殖和过量积聚磷。聚磷菌在厌氧时可以释放磷酸盐于体外，故可以创造厌氧、缺氧、好氧环境，让聚磷菌先在含磷废水中厌氧放磷，然后在好氧条件下充分的过量吸磷，最后通过排泥从废水中去除部分磷，以达到减少水中磷含量的目的。

影响因素：

1. 注意控制硝酸盐：是提高除磷效果的关键之一。硝酸盐浓度提高，放磷量下降，反硝化细菌与积磷菌争夺碳源，会竞争性抑制放磷。

2. 基质：

乙酸、甲酸、丙酸等低分子有机酸存在时放磷速度增大。

乙醇、甲醇、葡萄糖等被转化成乙酸、甲酸等时才会被聚磷菌利用。

3. pH：pH < 5.2，磷大量而快速释放，由细胞自溶和磷酸盐在酸性条件下溶解引起的，因此无效；pH > 9.5，先出现磷净吸收而后释放。碱性条件下生成一些磷酸镁、钙的沉淀，吸附到污泥絮体中；pH7-8最佳。

4. 温度：温度上升，放磷速度增加，10-30℃可提高5倍。

6、有机废水厌氧生物处理的基本原理？

厌氧活性污泥净化废水的作用机理：

复杂污染物的厌氧降解过程可以分为四个阶段水解阶段、发酵阶段、 产乙酸阶段、产甲烷阶段。

水解阶段：在细菌胞外酶的作用下大分子的有机物水解为小分子的有机物。

发酵阶段：梭状芽孢杆菌、拟杆菌等酸化细菌吸收并转化为更为简单的化合物分泌到细胞外，产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨等。

产乙酸阶段：上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质，这一阶段的主导细菌是乙酸菌。同时水中有硫酸盐时，还会有硫酸盐还原菌参与产乙酸过程。

产甲烷阶段：乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被甲烷菌利用被转化为甲烷和以及甲烷菌细胞物质。