微生物基礎

微生物總結

真核生物：凡細胞核有核膜核仁，能進(jìn)行有絲分裂，細胞質(zhì)中有線(xiàn)粒體或同時(shí)有葉綠體等多種細胞器的生物。

活性污泥：以好氧性細菌為主體的微生物和水中的懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)混雜一起形成的肉眼可見(jiàn)的絮狀顆粒。

菌膠團：指在污水的生物處理中，所有具有莢膜或粘液、明膠質(zhì)的絮凝性細菌互相作用聚集成的菌膠團快。

質(zhì)粒： 是一種獨立于染色體外，能自我復制并穩定遺傳的環(huán)狀DNA分子。

生長(cháng)因子：通常指那些微生物生長(cháng)所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成或合成量不足以滿(mǎn)足機體生長(cháng)需要的有機化合物。分為維生素、氨基酸與嘌呤與嘧啶三大類(lèi)

水活度值：是指在一定的溫度和壓力條件下，溶液的蒸氣壓力與同樣條件下純水蒸氣壓力之比，即αw＝Pw／P0w式中Pw代表溶液蒸氣壓力，P0w代表純水蒸氣壓力。zz

培養基：是人工配制的，適合微生物生長(cháng)繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的營(yíng)養基質(zhì)。

糖酵解：生物體內葡萄糖被降解成丙酮酸的過(guò)程稱(chēng)為糖酵解(glycolysis)，

主要分為四種途徑：EMP途徑、HMP途徑、ED途徑、磷酸解酮酶途徑。

        氧化磷酸化中，一分子NADH和FADH2可分別產(chǎn)生3個(gè)和2個(gè)ATP。

發(fā)酵：是指微生物細胞將有機物氧化釋放的電子直接交給底物本身未完全氧化的某種中間產(chǎn)物，同時(shí)釋放能量并產(chǎn)生各種不同的代謝產(chǎn)物。

氧化磷酸化： 物質(zhì)在生物氧化過(guò)程中形成的NADH和FADH2可通過(guò)位于線(xiàn)粒體內膜和細菌質(zhì)膜上的電子傳遞系統將電子傳遞給氧或其他氧化型物質(zhì)，在這個(gè)過(guò)程中偶聯(lián)著(zhù)ATP的合成，這種產(chǎn)生ATP的方式稱(chēng)為氧化磷酸化。

底物水平磷酸化:  物質(zhì)在生物氧化過(guò)程中，常生成一些含有高能鍵的化合物，而這些化合物可直接偶聯(lián)ATP或GTP的合成，這種產(chǎn)生ATP等高能分子的方式稱(chēng)為底物水平磷酸化。

分批培養:  微生物在化學(xué)成分一定的培養基中進(jìn)行的培養。

生長(cháng)曲線(xiàn):  在細菌分批培養中，定時(shí)取樣測定單位體積里的細胞數，以培養時(shí)間為橫坐標，以單位體積中的細胞數的對數為縱坐標，可以作出一條反映細菌在整個(gè)培養期間菌數變化規律的曲線(xiàn)，這種曲線(xiàn)稱(chēng)為生長(cháng)曲線(xiàn)。

連續培養：是在分批培養的對數生長(cháng)期時(shí)，不斷添加新鮮培養基，同時(shí)排出等量的培養物(菌體和代謝產(chǎn)物)，可以延長(cháng)對數生長(cháng)期一種培養方法。

致死溫度(50-65)：能在10分鐘內殺死某種微生物的最高溫度界限。芽孢20min120°C（高壓濕熱滅菌條件121~122°C、20~30min。）

遺傳型: 生物體所攜帶的全部基因的總和。

表型： 某一生物體所具有的一切外表特征及內在特性的總和，是遺傳型在合適環(huán)境條件下的具體體現。

基因突變：  一個(gè)基因內部結構或DNA序列的任何改變，改變一對或少數幾對堿基的缺失、插入或置換，而導致的遺傳變化稱(chēng)為基因突變。

基因重組： 具有不同性狀的生物個(gè)體的遺傳基因從一個(gè)生物體轉移至另一個(gè)生物體內，使遺傳基因重新組合后形成新的遺傳型個(gè)體的過(guò)程。

轉化： 受體細胞直接吸收來(lái)自供體菌的游離DNA片段，并整合到自己的基因組中，從而獲得供體的部分遺傳性狀的過(guò)程，

轉導： 通過(guò)噬菌體的介導，將供體菌DNA片段帶入受體菌中，從而使受體菌獲得供體菌的部分遺傳性狀的過(guò)程。普遍性轉導和局限性轉導。、

接合：兩個(gè)完整的菌體細胞通過(guò)性纖毛直接接觸，后面同上。G+性激素短肽，G-性纖毛。

轉座因子: 是指細胞中能夠改變自身位置的一段DNA序列。插入序列、轉座子和某些特殊病毒。

中心法則：生物體中，子細胞從親代細胞獲得DNA后，DNA中的遺傳信息必須傳遞給RNA（轉錄），再由RNA指導合成蛋白質(zhì)（翻譯）最終由蛋白質(zhì)來(lái)體現遺傳信息的功能。

單細胞蛋白（scp）： 是通過(guò)培養單細胞生物而獲得的生物體蛋白。

菌落特征描述： 菌落特征包括大小，形狀，隆起形狀，邊緣情況，表面狀態(tài)，表面光澤，質(zhì)地，顏色，透明度等。

影響菌落特征因素 ：細胞結構和生長(cháng)行為；鄰近菌落影響菌落的大��；培養條件，尤其是培養基成分。

原核微生物和真核微生物區別： 原核微生物細胞無(wú)細胞核，只有原核或擬核；真核微生物細胞的主要特征是有細胞核和細胞器及復雜的內膜系統；病毒屬于非細胞類(lèi)生物。

原核細胞和真核細胞的區別：

1)核、核膜、染色體  原核生物細胞無(wú)核膜，有一個(gè)明顯的核區，核區集中了主要遺傳物質(zhì)，由一條與類(lèi)組蛋白相聯(lián)系的雙鏈DNA構成的染色體組成。真核生物細胞則是由一條或一條以上的雙鏈DNA與組蛋白等結合成的染色體，并由核膜包圍。

2)代謝場(chǎng)所  原核細胞沒(méi)有獨立的內膜系統，與代謝有關(guān)的酶如呼吸酶合成酶等位于細胞膜上，因此它的能量代謝在質(zhì)膜上進(jìn)行。真核細胞不僅有獨立的內膜系統，還有細胞骨架，呼吸酶在線(xiàn)粒體中，有專(zhuān)用的細胞器來(lái)完成各項生理功能，如線(xiàn)粒體、葉綠體。

3)核糖體的大小和分布  原核細胞的核糖體大小為70S，常以游離狀態(tài)或多聚體狀態(tài)分布于細胞質(zhì)中。 真核細胞的核糖體大小為80S，可以游離狀態(tài)存在于細胞或結合于內質(zhì)網(wǎng)上。線(xiàn)粒體和葉綠體內有各自在結構上特殊的核糖體。

原生動(dòng)物在廢水凈化中的作用   1、吞噬游離的細菌和顆粒狀懸浮物:

  2、促進(jìn)生物絮凝作用，使活性污泥具有良好的沉降性能

  3、作為廢水處理的指示生物    由于原生動(dòng)物對環(huán)境條件的要求不同，�？梢岳�用原生動(dòng)物種類(lèi)、數量及形態(tài)的變化，判斷廢水處理系統運行狀況的優(yōu)劣。  變形蟲(chóng)和鞭毛蟲(chóng)通常多出現在大負荷量的處理系統中，或出現在廢水處理系統運行的起始階段。  大量的固著(zhù)型纖毛蟲(chóng)的出現說(shuō)明活性污泥狀況良好，廢水中溶解氧適當。溶解氧不足時(shí)，鐘蟲(chóng)會(huì )變得不活躍或數量減少。

藻類(lèi)六大亞門(mén)類(lèi)： 綠藻、裸藻、金藻、甲藻、褐藻、紅藻。

無(wú)機鹽的生理功能： 主要是作為酶活性中心的組成部分、維持生物大分子和細胞結構的穩定性、調節并維持細胞的滲透壓平衡、控制細胞的氧化還原電位和作為某些微生物生長(cháng)的能源物質(zhì)

培養基滿(mǎn)足條件：水分、碳源、能源、氮源、生長(cháng)因子以及基本的離子，磷、硫、鈉、鈣、鎂、鉀和鐵及各種微量元素。此外，培養基還應有適宜的酸堿度(pH值)和一定緩沖能力及一定的氧化還原電位和合適滲透壓。

配置培養基的原則：  1）選擇適宜的營(yíng)養物質(zhì)；2)適宜的營(yíng)養物質(zhì)濃度及配比；3)適宜的PH;4)適當的氧化還原點(diǎn)位；

常用的凝固劑有： 瓊脂、明膠和硅膠

鑒別培養基:  是用于鑒別不同類(lèi)型微生物的培養基，微生物產(chǎn)生某種代謝產(chǎn)物，與培養基中的特殊化學(xué)物質(zhì)發(fā)生特定的化學(xué)反應，產(chǎn)生明顯的特征變化。

營(yíng)養物主進(jìn)入細胞方式： 單純擴散（水、co2）、促進(jìn)擴散（糖、SO4 2-）、主動(dòng)運輸（氨基酸、乳糖）、基團轉位（葡萄糖、嘌呤、有化變）。

細胞代謝包括： 分解代謝和合成代謝

分解代謝的三個(gè)階段：

  第一階段是將蛋白質(zhì)、多糖及脂類(lèi)等大分子營(yíng)養物質(zhì)降解成為氨基酸、單糖及脂肪酸等小分子物質(zhì)；

  第二階段是將第一階段產(chǎn)物進(jìn)一步降解成更為簡(jiǎn)單的乙酰輔酶A、丙酮酸以及能進(jìn)入三羧酸循環(huán)的某些中間產(chǎn)物，在這個(gè)階段會(huì )產(chǎn)生一些ATP、NADH及FADH2；

  第三階段是通過(guò)三羧酸循環(huán)將第二階段產(chǎn)物完全降解生成CO2，并產(chǎn)生ATP、NADH及FADH2。

 ＊  第二和第三階段產(chǎn)生的ATP、NADH及FADH2通過(guò)電子傳遞鏈被氧化，可產(chǎn)生大量的ATP。

一是底物的碳原子只被部分氧化，

二是初始電子供體和最終電子受體的還原電勢相差不大。

營(yíng)養類(lèi)型： 光能無(wú)機自養型、光能有機異養型、化能無(wú)機自養型、化能有機異養型。

呼吸作用與發(fā)酵作用的根本區別在于：

  電子載體不是將電子直接傳遞給底物降解的中間產(chǎn)物，而是交給電子傳遞系統，逐步釋放出能量后再交給最終電子受體。且有氧呼吸中丙酮酸經(jīng)TCA循環(huán)，徹底氧化生成水、CO2.而發(fā)酵作用是將葡萄糖經(jīng)糖酵解轉變?yōu)楸�酮酸，在厭氧條件下，被轉變?yōu)椴煌�的發(fā)酵產(chǎn)物。

最常用的滅菌方法是高壓蒸汽滅菌，它可以殺滅所有的生物，包括最耐熱的某些微生物的休眠體，同時(shí)可以基本保持培養基的營(yíng)養成分不被破壞。

稀釋倒平板法\涂布平板法\平板劃線(xiàn)分離法\稀釋搖管法富集條件  溫度、pH、紫外線(xiàn)、高壓、光照、氧氣、營(yíng)養。

選擇培養分離:  可利用選擇培養基進(jìn)行直接分離或利用富集條件富集培養。

二元培養物是保存病毒的最有效途徑。

微生物的保藏技術(shù)：傳代培養保藏、冷凍保藏、干燥保藏法

生長(cháng)曲線(xiàn)至少可以分為遲緩期、對數期、穩定期和衰亡期

血細胞計數板：每毫升原液所含細菌數＝每小格平均細菌數×4000×l000×稀釋倍數 

微生物數目和生物量測量：計數法（涂片染色法）、稀釋平皿菌落計數法、濾膜培養法、U型管培養法）、重量法 (微生物濕重\微生物干重)\濁度法\蛋白質(zhì)總量 \DNA含量。

微生物生長(cháng)的影響因子：1、溫度（致死溫度，低溫型、中溫型、高溫型），2、氧氣及氧化還原電位、3、水及其可供給性，水的活度和滲透壓、4、氫離子濃度即PH值、5、輻射（可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)電離輻射）6、化學(xué)物質(zhì)，能抑制和殺死微生物（作用：殺菌消毒防腐）a、有機化合物：酚及其衍生物（5%苯酚稱(chēng)石炭酸）、醇類(lèi)（乙醇）、醛類(lèi)（福爾馬林）、表面活性劑。b、無(wú)機化合物：鹵素及其化合物（殺菌能力F>Cl>Br>I新生態(tài)氧[O]）、重金屬離子（常用的有HgCl2、AgNO3和CuSO4殺菌能力最強）、氧化劑（KMnO4、H2O2、O3）。c、染料(堿性染料孔雀綠)。7、其它類(lèi)如抗代謝藥物、抗生素類(lèi)等。

基因突變的類(lèi)型：  形態(tài)突變型、生化突變型（營(yíng)養缺陷型、抗性突變型、抗原突變型）、條件致死突變型、致死突變型、產(chǎn)量突變。

四種點(diǎn)突變類(lèi)型：同義突變、無(wú)義突變、錯義突變、移碼突變。

染色體在生物體中的存在形式：染色體、質(zhì)粒（致育因子、抗性質(zhì)粒、毒性質(zhì)粒、代謝質(zhì)粒、Col質(zhì)粒）、細胞器DNA、基因（機構基因、操縱基因、調節基因）。

突變機制：自發(fā)突變、誘導突變。

原核微生物的基因重組方式：轉化作用、轉導作用、結合作用、轉座重組。

真核微生物的基因重組方式：有性生殖（性細胞接合>染色體重組>新遺傳性產(chǎn)生）和準性生殖等形式。

基因工程技術(shù)的步驟： 目的基因的獲取、外源DNA與克隆載體連接、載體轉入受體細胞、復制與表達、克隆子的篩選與繁殖。

DNA的修復機制： 光復活 、切補修復〔暗修復〕、重組修復(復制后修復)、SOS修復系統

微生物降解轉化有機物的生化機制：1、礦化作用：有機污染物在一種或多種微生物的作用下徹底分解為CO2水和簡(jiǎn)單無(wú)機物。包括：氧化作用、還原作用、環(huán)裂解作用、去甲基化作用、水解作用、脫羧基作用、脫氨基作用、氰轉化為酰胺；2、共代謝作用:指一些難降解的有機物質(zhì)不能直接作為碳源或能源物質(zhì)被微生物利用，當環(huán)境中存在其他可利用的碳源或能源物質(zhì)時(shí)，此類(lèi)有機物才可被轉化降解的過(guò)程。

環(huán)境污染監測的生物學(xué)方法：利用生物種類(lèi)、數量的變化，生物學(xué)特性的改變來(lái)監測污染物對環(huán)境的影響。特點(diǎn)：可監測到污染物對環(huán)境的綜合影響，但不易精確反映污染物的性質(zhì)、濃度和數量。

水體有機污染指標:1、BIP指數水污染生物指數BIP=B / (A+B)× 100；  2、細菌菌落總數（CFU）1mL生活飲用水中的細菌總數<100個(gè)。  3、總大腸菌群

水體富營(yíng)養化指標：N>0.2~0.3mg/L(ug/ml),  P>0.01~0.02mg/L， 生化需氧量>10mg/L， 細菌總數>105 個(gè).

污水的生物處理方法：活性污泥法、好氧生物膜法 、氧化塘法。

污水處理過(guò)程分為五個(gè)階段：預處理(去除粗砂粒和大的固體物)、一級處理（沉淀處理，去除懸浮固體、降低BOD）、二級處理（生物處理，除水中溶解的或膠體狀態(tài)的有機物，降低BOD）、三級處理（高級處理，通過(guò)活性炭吸附、臭氧消毒和生物脫除等物理、化學(xué)和生物學(xué)方法去除氮磷營(yíng)養鹽、難降解物質(zhì)、病原體等污染物）、污泥處理（污泥經(jīng)過(guò)脫水、穩定和處置）。

生物處理是廢水二級處理的首選方法,①效率高 普通活性污泥水處理廠(chǎng)，每天1m3曝氣池能轉換1~2kg干有機物，100倍于森林。②效果好 BOD去除率達90%~95%，COD去除率為60%~70%。

甲烷發(fā)酵理論與機制 :第一階段：有機酸的產(chǎn)生(水解和發(fā)酵性細菌群將復雜有機物轉化成有機酸)；第二階段：乙酸和氫氣的產(chǎn)生（細菌群進(jìn)一步把第一階段的產(chǎn)物分解為乙酸和氫氣，只有少數微生物被分離出來(lái)）；第三階段：甲烷的產(chǎn)生（一組將H2和CO2合成CH4或CO和H2合成CH4；另一組將乙酸脫羧生成CH4和CO2；或利用甲酸、甲醇、及甲基胺裂解為CH4。）；第四階段：同型產(chǎn)乙酸階段（同型產(chǎn)乙酸細菌將H2和CO2轉化為乙酸的過(guò)程，稱(chēng)為同型產(chǎn)乙酸階段）；甲烷是由甲基直接形成的，甲烷也可由CO2還原形成（C 14示蹤發(fā)證明）

污水處理廠(chǎng)常見(jiàn)的污泥膨脹：(1)缺氮和缺磷的廢水；(2)溫度過(guò)高；(3)污泥負荷過(guò)低或高；(4)廢水中懸浮物低，低分子糖類(lèi)多；(5)有毒金屬、硫化物等毒物流入。

解決辦法：(1) 改進(jìn)污水處理工藝（推流式）；(2) 分析污泥膨脹原因，改變運行條件（提高溶氧濃度，溶氧>2mg/L以上；降低污泥負荷，控制BOD負荷）；(3)投加絮凝劑（如投加鐵鹽、鋁鹽、高分子絮凝劑）；(4)投加氧化劑（加氯氣或加過(guò)氧化氫）。

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