【文章內容簡介】 條件 B． 對數(shù)期 停滯期末期，細菌生長速度增至最大，數(shù)量以幾何級數(shù)增加，細菌總數(shù)的對數(shù)與時間的關系在坐標系中成直線關系 (Ⅲ )。 世代時間（ G） 生長速率（ k） 細胞特征：代謝活力最強，合成新細胞物質的速度最快，生長旺盛；對不良環(huán)境因素抵抗力強；群體中細胞化學組分、形態(tài)、生理特性基本一致。 C． 靜止期 細菌總數(shù)達到最大值，新生數(shù)與死亡數(shù)相當；細菌開始積累貯存物質（Ⅳ ,Ⅴ） D. 衰亡期 細菌進行內源呼吸；死亡率大于繁殖率，活菌數(shù)迅速減少（Ⅵ）。 分批培養(yǎng)在污水生物處理中的典型應用： SBR 法（間歇式活性污泥法） （ 2）連續(xù)培養(yǎng) A. 恒濁連續(xù)培養(yǎng) 使培養(yǎng)液的濁度保持在某一恒定值。調節(jié)培養(yǎng)液流速，使?jié)岫冗_到恒定。 特征：可在允許范圍內控制菌體密度；在生產實踐中，可獲得大量菌體或某些代謝產物。 B. 恒化連續(xù)培養(yǎng) 定容反應器中，進水營養(yǎng)成分恒定，以恒定流速進水，以相同流速出水。生長速度調節(jié)：限制性底物濃度或進水流速。 特征：可獲得一定生長速率的均一菌體；用于與生長速率相關的理論研究。 連續(xù)培養(yǎng)中，微生物生長狀態(tài)和規(guī)律處于分批培養(yǎng)中生長曲線的某個生長階段。 （ 3） 細菌生長曲線在污（廢）水微生物處理中的應用 A．常規(guī)活性污泥法利用靜止期的微生物： 不用對數(shù)期，是因為對數(shù)生長期的微生物生長繁殖快，代謝活力強，能大量去除污水中的有機物。盡管微生物對有機物的去除能力很高，但相應要求進水有機物濃度高，則出水的絕對值也相應提高，不易達到排放標準。又因對數(shù)期的微生物生長繁殖旺盛，細胞表面的黏液層和莢膜尚未形成，運動很活躍，不易自行凝聚成菌膠團，沉淀性能差，只是出水水質差。 而處于靜止期的微生物代謝活力雖比對數(shù)期的差，但仍有相當?shù)拇x活力，去除有機物的效果仍較好，最大特點是微生物積累大量貯存物。這些貯存物強化了微生物的生物吸附能力，其自我絮凝、聚合能力強，在二沉池在泥水分離效果好，出水水質好。 B．延時曝氣法處理低濃度有機廢水利用衰亡期的微生物： 由于低濃度有機物滿足不了靜止期微生物的營養(yǎng)要求，處理效果不會好。若采用延時曝氣法，通常延時曝氣時間在 8h 以上，甚至 24h，延長水力停留時間，適當增大進水量，提高有機負荷，滿足微生物的營養(yǎng)要求，從而取得較好的處理效果。 2. 微生物的生存因 子 非生物因子：溫度、 pH值、溶解氧、滲透壓、氧化還原電位、光輻射等。 生物因子：微生物與微生物之間的關系 （ 1）溫度：高溫滅菌、低溫保存菌種 （ 2） pH 值： A. 環(huán)境中的 pH值對微生物生命活動的影響： 引起細胞膜電荷的變化，從而影響微生物對營養(yǎng)物質的吸收； 影響酶的活性； 改變環(huán)境中營養(yǎng)物質的可給性以及有害物質的毒性。 pH值耐性限度：多數(shù)微生物的最適 pH值： 59活性污泥： 68 C． 微生物對環(huán)境 pH值的影響：硝化菌： pH值↓反硝化菌： pH 值↑ D. pH對微生物生長和發(fā)酵產物的影響：厭氧處理系統(tǒng)中的產酸菌和產甲烷菌 （ 3）溶解氧（ DO） 。 A. 好氧微生物 : 在有氧存在的條件下才能生長的微生物。有完整的呼吸鏈。 專性好氧微生物：氧分壓 101kPa。細胞含超氧化物歧化酶（ SOD）和過氧化氫酶。多數(shù)真菌和細菌 微量好氧微生物：氧分壓（ ） 101kPa。 污水生物處理中：好氧微生物 24mg/L；微量好氧微生物 B．兼性厭氧微生物 在有氧、無氧條件都能生存；含 SOD和過氧化氫酶。許多酵母菌和某些細菌。 酵母菌：有氧 氧化分解有機底物為 CO2和 H2O； 無氧 發(fā)酵葡萄糖產生乙醇、 CO2 巴斯德效應 ：如果將氧通入正在發(fā)酵葡萄糖的酵母菌懸液中，發(fā)酵速率迅速下降，葡萄糖的消耗速率也顯著下降。可見，氧對葡萄糖的利用有抑制作用，這種現(xiàn)象稱為巴斯德效應。氧對葡萄糖利用的抑制作用機制是通過 NADH和 NAD+的相對含量及 ADP和 ATP的相對含量的變化實現(xiàn)的。 反硝化菌 C．厭氧微生物 3. 微生物與微生物之間的關系 （ 1）種內：競爭、互助 （ 2）種間： A．競爭： 一種微生物在為共同需求的物質的爭奪中對另一種微生物產生不利或有害的影響。 B．原始合作（互生）關系： 兩種可以單獨生活的微生物共存于同一環(huán)境中，相互提供營養(yǎng)及其他生活條件，雙方相互收益。 如亞硝酸菌 和 硝酸菌 C．共生關系： 兩種不能單獨生活的微生物共存于同一環(huán)境中，各自執(zhí)行優(yōu)勢生理功能，在營養(yǎng)上互為有利，組成共生體。 D．偏害關系： 兩種微生物生活在一起時，一種產生某種特殊的代謝產物或使環(huán)境條件發(fā)生變化，從而抑制甚至殺死另一種微生物。 E．捕食關系： 一種微生物直接吞食另一種微生物。細菌、菌類→原生動物→微型后生動物 F．寄生關系： 一種微生物（寄生菌）需要在另一種生物（寄主）體內生活，從中攝取營養(yǎng)才能得以生長繁殖。 專性寄生：不能離開寄主而生存 兼性寄生：離開寄主后營腐生生活 第六章 微生物的遺傳與變異 遺傳性：親代生物具有將自己的一整套遺傳因子傳遞給子代的特性。遺傳具有 穩(wěn)定性 和 保守性 。 變異性：在遺傳物質水平上發(fā)生了改變從而引起某些相應性狀發(fā)生改變的特性稱為變異性。 遺傳與變異是一切生物最本質的屬性。 1. 微生物的遺傳 從分子遺傳學角度看，是親代通過核酸將決定各種遺傳性狀的遺傳信息傳給子代的。 （ 1） DNA的結構與復制 A． DNA 的化學組成 DNA 是一種高分子化合物，由四種核苷酸組成，每一種核苷酸含環(huán)狀堿基、脫氧核糖和磷酸根三種組分。 四種堿基： 腺嘌呤 A 鳥嘌呤 G 胸腺嘧啶 T 胞嘧啶 C B． DNA 的雙螺旋結構 堿基互補： A=T G≡ C C． DNA 的復制 半保留復制：復制后的 DNA 分子中，各由一條新鏈和一條舊鏈構成雙螺旋結構。 （ 2） DNA的變性和復性 A． DNA 變性：天然雙鏈 DNA受熱或其他因素的作用下，兩條鏈之間的結合力被破壞而分開成單鏈 DNA。 B． DNA復性： 變性 DNA溶液經(jīng)適當處理后重新形成天然 DNA的過程叫復性，或叫退火。復性后的 DNA所攜帶的遺傳信息會改變。 （ 3） 遺傳信息的傳遞 —— 基因的表達： A． 基因：是一切生物體內儲存遺傳信息的，有自我復制能力的遺傳功能單位。具有某一特定堿基排列順序和數(shù)目的 DNA分子片段。 B． 操縱子學說： 結構基因：控制蛋白質和酶的合成 操 縱區(qū)：操縱結構基因的表達 調節(jié)基因：通過操縱區(qū)間接控制結構基因 C． 遺傳信息的傳遞 貯存 DNA上的遺傳信息都 通過 DNA轉錄為 RNA， 將遺傳信息傳給后代，并 通過 RNA 的中間作用來指導蛋白質（酶）的合成。這種關于 DNA 的復制和遺傳信息傳遞的基本規(guī)律被稱為分子遺傳學的 “ 中心法則 ” 。 （ 4） RNA A． 組成：由四種核苷酸組成的高分子物質； B． 核苷酸：磷酸 +核糖 +堿基 C． 堿基：腺嘌呤 A 鳥嘌呤 G 尿嘧啶 U 胞嘧啶 C D． mRNA 信使 RNA:DNA 轉錄而成帶有指導氨基酸的信息密碼 (三聯(lián)密碼子，翻譯氨基酸傳遞遺傳性。 E． tRNA轉移 RNA:與 mRNA互補的反密碼子識別氨基酸及 mRNA上的 codon，在 tRNA－氨基酸合成酶作用下傳遞氨基酸 F． 反義 RNA：與 DNA堿基互補 ,在 DNA復制 ,RNA轉錄翻譯及傳遞氨基酸過程中有調節(jié)作用。 G． rRNA：和蛋白質結合成的核糖體是合成蛋白質的場所 （ 5） 蛋白質合成步驟： A． DNA 復制 ： 決定某種蛋白質分子結構的相應一段 DNA鏈的自我復制。 B． 轉錄： mRNA 的合成 以 DNA 的雙鏈中的一條為模板，按互補方式合成mRNA，遺傳信息由 DNA到 RNA 的傳遞過程稱為轉錄。由 mRNA 指導蛋白質合成。 C． 翻譯：由 mRNA的堿基排列順序決定多肽鏈中氨基酸排列順序，遺傳信息由 mRNA 到蛋白質的傳遞過程稱為翻譯。翻譯由 tRNA完成 D． 蛋白質合成：通過兩端識別作用，把特定氨基酸轉運到核糖體上，使不同氨基酸按照 mRNA上的堿基順序連接起來，在多肽合成酶作用下合成多肽鏈。 2. 微生物的變異 （ 1） 變異的實質 —— 基因突變 基因突變即微生物的 DNA 被某種因素引起堿基的缺失、置換或插入，改變了基因內部原有的堿基排 列順序，從而引起其后代表現(xiàn)型的改變。當后代突然表現(xiàn)和親代顯然不同的，能遺傳的性狀（稱表現(xiàn)型）時，就稱為突變。 A． 自發(fā)突變： 多因素低劑量的誘變效應：高溫，輻射 微生物自身有害代謝產物的誘變效應：過氧化氫 互變異構效應 B．誘發(fā)突變 a物理誘變：紫外輻射、 X射線、 γ 射線、快中子、 β 射線、激光等 化學誘變： b 化學誘變劑引起的堿基對置換： 堿基置換屬于一種染色體的微小損傷，也稱點突變。 直接引起置換的誘變劑：直接與核酸的堿基發(fā)生化學反應。 間接引起置換的誘變劑：一些與天然堿基結構接近的類似物摻入到 DNA分子中。 移碼突變： 在 DNA分子上缺失或插入一、二個堿基，引起突變點以下全部遺傳密碼轉錄和翻譯錯誤。 c 復合處理及協(xié)同效應： 兩種或多種誘變劑先后使用 ； 同一種誘變劑的重復使用 ； 兩種或多種誘變劑同時使用 d定向培育和馴化： 定向培育：人為用某一特定環(huán)境條件長期處理某一微生物群體，不斷進行移種傳代，以達到累積和選擇合適的自發(fā)突變體的一種古老育種方法。 活性污泥法的污泥馴化 （ 2） 基因重組 A．雜 交 ： 通過雙親細胞的融合，使整套染色體的基因重組，或通過雙親細胞的溝通，使部分染色體基因重組。 B． 轉 化： 受體細胞直接吸收了來 自供體細胞的 DNA片段。 游離的 DNA 片段稱為轉化因子。 細胞分裂后，攜帶供體菌轉化基因的子細胞。 只有處于感受態(tài)的細菌細胞才能接受轉化因子，這種能夠接受轉化因子的細胞稱為感受態(tài)細胞。 C． 轉 導： 通過 噬菌體 的媒介，把供體細胞中的 DNA片段攜帶到受體細胞中。 普遍性轉導：通過完全缺陷噬菌體對供體細菌的任何 DNA 片段的“ 誤包 ” 。局限性轉導：通過部分缺陷的溫和噬菌體對供體細菌的少數(shù)特定基因的 “ 誤切 ” 。 第七章 微生物的生態(tài) 1. 生態(tài)系統(tǒng) 在一定時間和空間范圍內由生物與它們的生境通過能量流動和物質循環(huán)所組成的一個自然體。 生態(tài)系統(tǒng) =生物群落 +環(huán)境條件 A．生態(tài)系統(tǒng)的基本結構： 分解者、消費者（異養(yǎng)生物）、生產者（自養(yǎng)生物）、非生物環(huán)境 B． 生態(tài)系統(tǒng)的功能： 生物生產 、能量流動、物質循環(huán)、信息傳遞 C．生態(tài)平衡： 開放系統(tǒng)：能量和物質的輸入＝輸出，生態(tài)系統(tǒng)組成、結構和功能將長期處于穩(wěn)定狀態(tài)。即使有外來干擾，也能通過自我調節(jié)能力恢復到原來的穩(wěn)定狀態(tài)，即生態(tài)平衡。 2．水體微生物生態(tài)： （ 1）海洋中微生物群落： A．海洋微生物群落分布 水平分布：近海多，遠海少； 垂直分布： 010m:生產者 ,好氧異養(yǎng)菌 1050m:微生物量較多 ,好氧 (兼性厭氧 )菌 50m 以下 :微生物量逐漸減少 海底 :兼性厭氧菌 ,厭氧異養(yǎng)菌 ,硫酸還原菌 （ 2）淡水微生物群落 A．河流湖泊水平分布：沿岸微生物種類和數(shù)量多，大多為腐生性細菌，含有病源細菌。 貧營養(yǎng)湖：微生物種類和數(shù)量少。 富營養(yǎng)湖：微生物種類和數(shù)量多。 B．地下水：細菌量遠少于地面水，深層地下水甚至沒有細菌。 （ 3） 水體 自凈和污染水體的微生物生態(tài) 河流接納了一定量的有機污染物后，在物理的、化學的和水生物（微生物、動物和植物）等因素的綜合作用后得到凈化，水質恢復到污染前的水平和生態(tài)，叫水體自凈。自凈容量是指在水體正常生物循環(huán)中能夠凈化有機污染物的最大數(shù)量。 A． 水體自凈過程：物理凈化、化學凈化、生物化學凈化作用 B． 衡量水體凈化指標 P/H 指數(shù)： P代表光合自養(yǎng)型微生物， H代表異養(yǎng)型微生物，兩者的比值即 P/H指數(shù)。P/H 指數(shù)反映水體污染和自凈程度。水體剛被污染，水中有機物濃度高，異養(yǎng)型微生物大量繁殖， P/H 指數(shù)低，自凈的速率高。在自凈過程中，有機物減少，異養(yǎng)型微生物數(shù)量減少，光能自養(yǎng)型微生物數(shù)量增多，故 P/H 指數(shù)升高，自凈速率逐漸降低。在河流自凈完成后， P/H 指數(shù)恢復到原有水平。 溶解氧晝夜變化幅度和氧垂曲線 ： 水體中 的溶解氧是由空氣中的氧溶于水而得到補充，同時也靠光能自養(yǎng)型微生物光合作用放出氧得到補充。陽光的照射是關鍵因素，白天和夜晚水中的溶解氧濃度差異較大。在白天有陽光和陰天時的溶解氧濃度差異也較大。晝夜的差異取決于微生物的種群，數(shù)量或水體斷面積及水的深度。如果光能自養(yǎng)型微生物數(shù)量多， P/H 指數(shù)高，溶解