【正文】 中的溶解氧濃度差異較大。在河流自凈完成后， P/H 指數(shù)恢復(fù)到原有水平。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。 A． 水體自凈過程：物理凈化、化學(xué)凈化、生物化學(xué)凈化作用 B． 衡量水體凈化指標(biāo) 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)。 （ 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(xué)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(zhì)恢復(fù)到污染前的水平和生態(tài)，叫水體自凈。 富營養(yǎng)湖：微生物種類和數(shù)量多。 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(chǎn)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。 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(jié)構(gòu)： 分解者、消費者（異養(yǎng)生物）、生產(chǎn)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(chǎn) 、能量流動、物質(zhì)循環(huán)、信息傳遞 C．生態(tài)平衡： 開放系統(tǒng)：能量和物質(zhì)的輸入＝輸出，生態(tài)系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)和功能將長期處于穩(wěn)定狀態(tài)。局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)：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 ” 。 C． 轉(zhuǎn) 導(dǎo)： 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。 細胞分裂后，攜帶供體菌轉(zhuǎn)化基因的子細胞。 B． 轉(zhuǎn) 化： 受體細胞直接吸收了來 自供體細胞的 DNA片段。 c 復(fù)合處理及協(xié)同效應(yīng)： 兩種或多種誘變劑先后使用 ； 同一種誘變劑的重復(fù)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。 間接引起置換的誘變劑：一些與天然堿基結(jié)構(gòu)接近的類似物摻入到 DNA分子中。 A． 自發(fā)突變： 多因素低劑量的誘變效應(yīng)：高溫，輻射 微生物自身有害代謝產(chǎn)物的誘變效應(yīng)：過氧化氫 互變異構(gòu)效應(yīng) 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(xué)誘變： b 化學(xué)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。 2. 微生物的變異 （ 1） 變異的實質(zhì) —— 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(nèi)部原有的堿基排 列順序，從而引起其后代表現(xiàn)型的改變。 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(zhì)的傳遞過程稱為翻譯。 B． 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄。 E． tRNA轉(zhuǎn)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(fù)制 ,RNA轉(zhuǎn)錄翻譯及傳遞氨基酸過程中有調(diào)節(jié)作用。這種關(guān)于 DNA 的復(fù)制和遺傳信息傳遞的基本規(guī)律被稱為分子遺傳學(xué)的 “ 中心法則 ” 。具有某一特定堿基排列順序和數(shù)目的 DNA分子片段。復(fù)性后的 DNA所攜帶的遺傳信息會改變。 （ 2） DNA的變性和復(fù)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(jié)合力被破壞而分開成單鏈 DNA。 （ 1） DNA的結(jié)構(gòu)與復(fù)制 A． DNA 的化學(xué)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。 遺傳與變異是一切生物最本質(zhì)的屬性。遺傳具有 穩(wěn)定性 和 保守性 。細菌、菌類→原生動物→微型后生動物 F．寄生關(guān)系： 一種微生物（寄生菌）需要在另一種生物（寄主）體內(nèi)生活，從中攝取營養(yǎng)才能得以生長繁殖。 D．偏害關(guān)系： 兩種微生物生活在一起時，一種產(chǎn)生某種特殊的代謝產(chǎn)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。 B．原始合作（互生）關(guān)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。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。 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(chǎn)生乙醇、 CO2 巴斯德效應(yīng) ：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。 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。細胞含超氧化物歧化酶（ SOD）和過氧化氫酶。有完整的呼吸鏈。 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(chǎn)物的影響：厭氧處理系統(tǒng)中的產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌 （ 3）溶解氧（ DO） 。 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。 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。 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(dāng)?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。盡管微生物對有機物的去除能力很高，但相應(yīng)要求進水有機物濃度高，則出水的絕對值也相應(yīng)提高，不易達到排放標(biāo)準(zhǔn)。 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。生長速度調(diào)節(jié)：限制性底物濃度或進水流速。 特征：可在允許范圍內(nèi)控制菌體密度；在生產(chǎn)實踐中，可獲得大量菌體或某些代謝產(chǎn)物。 分批培養(yǎng)在污水生物處理中的典型應(yīng)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。 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(zhì)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(xué)組分、形態(tài)、生理特性基本一致。 b末期 生長繁殖速度逐漸加快；細胞代謝活力強，呼吸速度、核酸及蛋白質(zhì)的合成速度接近對數(shù)期細胞，開始細胞分裂（Ⅱ）。 第五章 微生物的生長繁殖與生存 1. 微生物的生長繁殖： （ 1）分批培養(yǎng)： 將一定量的微生物接種在一個封閉的、有一定體積液體的培養(yǎng)基的容器內(nèi)，保持一定的溫度、 pH 和溶解氧量，微生物在其中生長繁殖，結(jié)果出現(xiàn)微生物的數(shù)量由少變多，達到高峰后又有多變少，甚至死亡的變化規(guī)律。 （ 2）化能自養(yǎng)微生物的合成代謝： A． 亞硝化細菌的合成代謝 NH4++=NO2+2H++H2O+271kJ CO2+4H=[CH2O]+H2O B．硝化細菌的合成代謝 HNO2+=NO3+H++77kJ CO2+4H=[CH2O]+H2O （ 3）異養(yǎng)微生物的合成代謝： 利用現(xiàn)成有機物作為碳源和能源。 CH3COOH+2H2O+4NAD+→ 2CO2+4NADH+H+ 5CH3COOH+8NO3→ 10CO2+6H2O+4N2+8OH+能量 B. 以 CO2和 CO為最終電子受體 產(chǎn)甲烷菌專性厭氧，僅能以甲酸、乙醇、甲醇、乙酸、 H2 等作為供氫體，將 CO2還原為 CH4。 內(nèi)源性呼吸：利用內(nèi)部貯存的能源進行呼吸。 由 NADH+H+和 FADH2 經(jīng)電子傳遞體系形成 ATP的這一過程稱為氧化磷酸化。因為 1mol 葡萄糖經(jīng)EMP途徑可生成 2mol丙酮酸，則總共生成 30molATP。這過程還包含不經(jīng) NAD+而直接將電子傳給 FAD生成 FADH2 的反應(yīng)， FADH2 經(jīng)過電子傳遞體系被氧化課生成 2molATP。在琥珀酰輔酶 A 氧化成延胡索酸時，包含著底物水平磷酸化。 b． TCA 循環(huán)： 1mol 丙酮酸經(jīng)三羧酸循環(huán)完全氧化成 CO2 和 H2O，生成 4mol（ NADH+H+）。 D． 電子傳遞體系功能 ： a接受供電子體釋放的電子，將電子傳遞給最終電子受體 O2； b合成 ATP，將電子傳遞過程中釋放的能量貯存起來。 C． TCA循環(huán)或檸檬酸循環(huán) ： 丙酮酸先經(jīng)氧化脫羧作用，并乙酰化形成乙酰 CoA和 1mol 的 NADH2。 B． 階段： a． 葡萄糖經(jīng) EMP途徑酵解，形成中間產(chǎn)物丙酮酸； b． 丙酮酸的有氧分解。 D． 發(fā)酵底物必須具備的條件： 不能被過分氧化，也不能被過分還原； 必須能轉(zhuǎn)變成為一種可參與底物水平磷酸化的中間產(chǎn)物。 b． 丙酮酸是重要的中間代謝產(chǎn)物：是發(fā)酵微生物產(chǎn)生各種發(fā)酵產(chǎn)物的轉(zhuǎn)折點。產(chǎn)能方式： 底物（基質(zhì)）水平磷酸化 （ 底物被氧化過程中，產(chǎn)生一種含高自由能的 中間體 ，這一中間體將鍵能交給 ADP使之磷酸化，生成 ATP的過程。 在無氧條件下， 1mol葡萄糖逐步分解而產(chǎn)生 2mol丙酮酸、 2molNADH+H+和 2molATP. a． 不涉及氧化還原反應(yīng)的預(yù)備性反應(yīng)，加入能量使葡萄糖活化，六碳糖分解為三碳糖，生成一種主要的中間產(chǎn)物 — 3磷酸甘油醛，消耗 2molATP； b． 通過氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生 4molATP、 2molNADH2 和 2mol丙酮酸。 發(fā)酵（厭氧微生物）：以有機物氧化分解的中間代謝產(chǎn)物為最終電子受體，最終產(chǎn)物：有機酸、醇、 CO H2 及能量 好氧呼吸（好氧微生物）： 以 O2為最終電子受體，最終產(chǎn)物： CO H2O 及能量 無氧呼吸（厭氧微生物）： 以 NO SO4 CO32等為最終電子受體，最終產(chǎn)物： NH2S、 CH CO H2O 及能量 （ 1） 發(fā)酵 A. 發(fā)酵是某些厭氧微生物在生長過程中獲得能量的一種方式。 3. 微生物的產(chǎn)能代謝： 微生物合成細胞組分及維持生命活動所需能量由產(chǎn)能代謝提供 ,產(chǎn)能代謝通過呼吸作用實現(xiàn)， 其本質(zhì)是一系列氧化還原反應(yīng)。單糖、氨基酸、維生素的運輸 C. 主動運輸：物質(zhì)的運輸不受濃度梯度的制約，必須有載體蛋白參加，耗能。非特異性、速度慢、不耗能、溶于水的小分子物質(zhì)。 C．復(fù)合培養(yǎng)基（半合成培養(yǎng)基）：既有已知的化學(xué)組成物質(zhì)，同時還加有某些天然成分的培養(yǎng)基。 B．天然培養(yǎng)基：天然有機物配制而成的培養(yǎng)基。 （ 5） 培養(yǎng)基的種類： A．合成培養(yǎng)基： 按微生物的營養(yǎng)要求，用已知的化合物配制而成的培養(yǎng)基。 A. 光能自養(yǎng)型：光作為能源， CO2作為碳源； B. 化能自養(yǎng)型：能源來自于無機物氧化產(chǎn)生的化學(xué)能， CO2作為碳源，無機物作為供氫體； C. 光能異養(yǎng)型：光作為能源，有機物作為供氫體； D. 化能異養(yǎng)型：以有機化合物作為碳源和能源。 新陳代謝包括同化作用（物質(zhì)合成反應(yīng)，吸收能量）和異化作用（物質(zhì)分解反應(yīng)，放出能量），兩者是相輔相成的，異化作用是同化作用的能量來源，同化作用是異化作用的物質(zhì)基礎(chǔ)。 競爭性抑制劑 (可逆性抑制） 非競爭性抑制劑（不可逆性抑制：重金屬鹽類和氰化物） F． 激活劑對反應(yīng)速度的影響： 無機陽離子 :Na+,K+,Zn2+,Cu2+,Mn2+,Fe2+等 無機陰離子： Cl, Br, I, NO3, SO42等 有機化合物：如維生素 C、巰基乙酸等 （ NaCl 是唾液淀粉酶的激活劑） 2. 微生物的營養(yǎng)： （ 1）新陳代謝： SK SVv mm??mvv 21?微生物從外界環(huán)境中不斷的攝取營養(yǎng)物質(zhì)，經(jīng)過一系列的生物化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成細胞的組分，同時產(chǎn)生廢物并排泄到體外，這是微生物與環(huán)境之間的物質(zhì)交換過程，一般稱為物質(zhì)代謝或新陳代謝。 E． 抑制劑對反應(yīng)速度的影響： 降低酶活性甚至使酶完全喪失活性的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。 C．溫度對反應(yīng)速度的影響： 雙重影響： 酶反應(yīng)速度在一定范圍（ 0℃ 40℃）內(nèi)，隨著溫度升高而加快； 酶是蛋白質(zhì)，隨著溫度升高，酶變性速度加快。 b．米氏常數(shù)（ Km）的意義： Km是反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時的底物濃度，當(dāng) 時， Km=S。 (specificity)：絕對專一性 （酶只作用于一種底物） 、相對專一性 （可作用一類結(jié)構(gòu)相近的底物） 、立體異構(gòu)專一性 （當(dāng)?shù)孜锞哂辛Ⅲw異構(gòu)時，酶只能作用其中的一種） 。 。 酶活性中心有兩個功能部位：結(jié)合基團 （一定的底物靠此部位結(jié)合到