环境工程微生物学 课后题精选 第三版

第一章非细胞结构的超微生物——病毒

3.病毒具有什么样的化学组成和结构？

答：一：病毒的化学组成：病毒的化学组成有蛋白质和核酸，个体大的病毒如痘病毒，除含蛋白质和核酸外，还含类脂类和多糖。

二：病毒的结构：病毒没有细胞结构，却有其自身独特的结构。整个病毒分两部

分：蛋白质衣壳和核酸内芯，两者构成核衣壳。完整的具有感染力的病毒叫病毒粒子。病毒粒子有两种：一种是不具被膜（亦称囊膜）的裸露病毒粒子；另一种是在核衣壳外面有被膜所构成的病毒粒子。寄生在植物体内的类病毒和拟病毒结构更简单，只具RNA，不具蛋白质。

4.叙述大肠杆菌T 系噬菌体的繁殖过程。

答：大肠杆菌T 系噬菌体的繁殖过程可分为四步：吸附，侵入，复制，聚集与释放。

吸附：首先大肠杆菌T 系噬菌体以它的尾部末端吸附到敏感细胞表面上某一特定的

化学成分，或是细胞壁，或是鞭毛，或是纤毛。

侵入：尾部借尾丝的帮助固着在敏感细胞的细胞壁上，尾部的酶水解细胞壁的肽聚

糖形成小孔，尾鞘消耗ATP 获得能量而收缩将尾鞘压入宿主细胞内（不具尾鞘的丝状大

肠杆菌T 系噬菌体将DNA 压入宿主细胞内的速度较慢）尾髓将头部的DNA 注入宿主细胞内，蛋白质外壳留在宿主细胞外，此时，宿主细胞壁上的小孔被修复。【噬菌体不能繁殖，这与噬菌体在宿主细胞内增殖所引起的裂解不同】。

复制与聚集：噬菌体侵入细胞内后，立即引起宿主的代谢改变，宿主细胞胞内的核

酸不能按自身的遗传特性复制和合成蛋白质，而有噬菌体核酸所携带的遗传信息控制，

借用宿主细胞的合成机构如核糖体，mRNA、tRNA、ATP 及酶等复制核酸，进而合成噬菌体的蛋白质，核酸和蛋白质聚集合成新的噬菌体，这过程叫装配。大肠杆菌噬菌体T4

的装配过程如下：先合成含DNA 的头部，然后合成尾部的尾鞘，尾髓和尾丝。并逐个加

上去就装配成一个完整的新的大肠杆菌噬菌体T4。

宿主细胞裂解和成熟噬菌体粒子的释放：噬菌体粒子成熟后，噬菌体水解酶水解宿

主细胞壁而使宿主细胞裂解，噬菌体被释放出来重新感染新的宿主细胞，一个宿主细胞

课释放10~1000 个噬菌体粒子。

5.什么叫毒性噬菌体？什么叫温和噬菌体？

答：毒性噬菌体：是指侵入宿主细胞后，随即引起宿主细胞裂解的噬菌体；是正常表现的噬菌体。

温和噬菌体：是指侵入细胞后，其核酸附着并整合在宿主染色体上，和宿主细胞的核酸同步复制，宿主细胞不裂解而继续生长，这种不引起宿主细胞裂解的噬菌体称作温和噬菌体。

6.什么叫溶原细胞（菌）？什么叫原噬菌体？

答：溶原细胞就是指含有温和噬菌体核酸的宿主细胞。

原噬菌体就是指在溶原细胞内的温和噬菌体核酸，又称为前噬菌体。

第二章原核微生物

2 细菌有哪些一般结构和特殊结构？它们各有哪些生理功能？

答：细菌是单细胞的。所有的细菌均有如下结构：细胞壁、细胞质膜、细胞质及其内含物、细胞核质。部分细菌有特殊结构：芽孢、鞭毛、荚膜、粘液层、菌胶团、衣鞘及光合作用层片。

1 细胞壁的生理功能：

a 保护原生质体免受渗透压引起破裂的作用；

b 维持细菌形态（可用溶菌酶处理不同的细菌细胞壁后，菌体均呈现圆形得到证明）；

c 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）；

d 细胞壁为鞭毛提供支点，使鞭毛运动。

2 原生质体的生理功能：

a 维持渗透压的梯度和溶质的转移；

b 细胞质膜上有合成细胞壁和形成横膈膜组分的酶，故在膜的外表面合成细胞壁；

c 膜内陷形成的中间体（相当于高等植物的线粒体）含有细胞色素，参与呼吸作用。中间体与染色体的分离和细胞分裂有关，还为DNA 提供附着点。

d 细胞质膜上有琥珀酸脱氢酶、NADH 脱氢酶、细胞色素氧化酶、电子传递系统、氧化磷酸化酶及腺苷三磷酸酶。在细胞之抹上进行物质代谢和能量代谢。

e 细胞质膜上有鞭毛基粒，鞭毛由此长出，即为鞭毛提供附着点。

3 荚膜、黏液层、菌胶团和衣鞘

A 荚膜的生理功能；a 具有荚膜的S-型肺炎链球菌毒力强，有助于肺炎链球菌侵染人体；b 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；c 当缺乏营养时，有的荚膜还可作氮源；d 废水处理中的细胞荚膜有生物吸附作用，将废水中的有机物、无机物及吸附在细菌体表面上。

B 黏液层：在废水生物处理过程中有生物吸附作用，在曝气池中因曝气搅动和水的冲击力容易把细菌粘液冲刷入水中，以致增加水中有机物，它可被其他微生物利用。

C 菌胶团：细菌之间按一定的排列方式互相黏集在一起，被一个公共荚膜包围形成一定形状的细菌集团。其形态有球形、蘑菇形、椭圆形、分枝形、垂丝形及其他不规则形。

D 衣鞘：丝状体表面的黏液层或荚膜硬质化，形成一个透明坚韧的空壳。

【附】荚膜、粘液层、衣鞘和菌胶团对染料的亲和力极低，很难着色，都用衬托法着色。

4 芽孢：抵抗外界不良化境（原因是大多数酶处于不活动状态，代谢力极低）。

特点：a 含水率低：38%～40%

b 壁厚而致密，分三层：外层为芽孢外壳，为蛋白质性质。中层为皮层，有肽聚糖构成，含大量2，6 吡啶二羧酸。内层为孢子壁，有肽聚糖构成，包围芽孢细胞质和核质。芽孢萌发后孢子壁变为营养细胞的细胞壁。

c 芽孢中的2，6 吡啶二羧酸（DPA）含量高，为芽孢干重的5%～15%。

d 含有耐热性酶

5 鞭毛：是细菌运动（靠细胞质膜上的ATP 酶水解ATP 提供能量）。不同细菌的鞭毛着生的部位不同。有单根鞭毛（正端生和亚极端生），周生鞭毛。

3 革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的细胞壁结构有什么异同？各有哪些化学组成？

答：细菌分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌两大类，两者的化学组成和结构不同。革兰氏阳性菌的细胞壁厚，其厚度为20～80nm，结构较简单，含肽聚糖（包括三种成分：D-氨基酸、胞壁酸和二氨基庚二酸）、磷壁酸（质）、少量蛋白质和脂肪。革兰氏阴性菌的细胞壁较薄，厚度为10nm，其结构较复杂，为外壁层和内壁层，外壁层又分三层：最外层是脂多糖，中间是磷脂层，内层为脂蛋白。内壁层含肽聚糖，不含磷壁酸。两者的细胞壁的化学组成也不停：革兰氏阴性菌含极少肽聚糖，独含脂多糖，不含磷壁酸。两者的不同还表现在各种成分的含量不同。尤其是脂肪的含量最明显，革兰氏阳性菌含脂肪量为1%～4%，革兰氏阴性菌含脂肪量为11%～22%细胞壁结构。

8 叙述革兰氏染色的机制和步骤。

答：1884 年丹麦细菌学家Christain Gram 创立了革兰氏染色法。将一大类细菌染上色，而另一类染不上色，一边将两大类细菌分开，作为分类鉴定重要的第一步。其染色步骤如下：

1 在无菌操作条件下，用接种环挑取少量细菌于干净的载玻片上涂布均匀，固定。

2 用草酸铵结晶紫染色1min，水洗去掉浮色。

3 用碘—碘化钾溶液媒染1min，倾去多余溶液。

4 用中型脱色剂如乙醇或丙酮酸脱色，革兰氏阳性菌不被褪色而呈紫色。革兰氏阴性菌被褪色而成无色

5 用蕃红染液复染1min，格兰仕阳性菌仍呈紫色，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分开。

第三章真核微生物

5 原生动物中各纲在水体自净和污水生物处理中如何起指示作用？

答：原生动物在正常的环境条件下都各自保持自己的形态特征，但当环境条件变化，超过其适应能力时，都可使原生动物不能正常生活而形成胞囊。所以在水体自净和污水生物处理中，一旦形成胞囊，就可判断污水处理不正常。

第四章微生物的生理

3 简述酶蛋白的结构及酶的活性中心.

答：组成酶的20 种氨基酸按一定的排列顺序有肽腱连接成多肽链，两条多肽链之间或一条多肽链卷曲后相邻的基团之间以氢键、盐键、脂键、疏水键、范德华力及金属键等相连接而成。分一、二、三级结构，少数酶具有四级结构。

酶的活性中心是指酶蛋白分子中与底物结合，并起催化最用的小部分氨基酸微区。构成活性中心的微区或处在同一条台联的不同部位，或处在不同肽链上；在多肽链盘曲成一定空间构型时，它们按一定位置靠近在一起，形成特定的酶活性中心。

6 影响酶活力（酶促反应速度）的主要因素有哪些？

答：酶促反应速度受酶浓度和底物浓度的影响，也受温度，pH，激活剂和抑制剂的影响。

9 根据微生物对碳源和能量需要的不同，可把微生物分为哪几种类型？

答：可分为无机营养微生物（光能自养微生物和化能自养微生物）、有机营养微生物（光能异养微生物和化能异养微生物）和混合营养微生物。

16 营养物质是如何进入细胞的?

答：微生物的营养物质各种各样，有水溶性和脂溶性，有小分子和大分子。不同营养物质进入细胞的方式也不同：单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团转位。

17 营养物质顺浓度梯度进入细胞的方式有哪些？是如何进入的？

答：有单纯扩散和促进扩散。单纯扩散是利用细胞质膜上的小孔，促进扩散是利用细胞质膜上的特殊蛋白质。

18 营养物质逆浓度梯度进入细胞的方式有哪些？是如何进入的？

答：有主动运输和基团转位。主动运输需要渗透酶（单向转运载体、同向转运载体和反向转运载体）和能量。基团转位有特定的转移酶系统，是通过单向性的磷酸化作用而实现的，细胞质膜对大多数磷酸化的化合物有高度的不渗透性。

19 什么叫主动运输？什么叫基团转位？

答：主动运输：当微生物细胞内所积累的营养物质的浓度高于细胞外的浓度时，营养物质就不能按浓度梯度扩散到细胞内，而是逆浓度梯度被“抽”进细胞内，这种需要能量和渗透酶的逆浓度梯度积累营养物的过程；

基团转位：以糖为例，在细胞内，在酶I 存在下，先是HPr 被磷酸烯醇丙酮酸（细胞代谢产

物）磷酸化形成HPr—磷酸，并被一道细胞质膜上。在膜的外侧，外界供给的糖有渗透酶携带到细胞质膜上，在特异性酶II 的催化下，糖被HPr—磷酸磷酸化形成糖—磷酸。渗透酶将膜上已被磷酸化的糖携带到细胞内，随即被代谢。基团转位是通过单向性的磷酸化作用而实现的。

20 微生物呼吸作用的本质是什么？可分为哪几种类型？各类型有什么特点？

答：微生物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。微生物的呼吸类型有三类：发酵、好氧呼吸和无氧呼吸。

(1)好氧呼吸：当存在外在的电子受体——氧O2，底物可全部氧化成CO2和H2O，产生A TP。

(2)无氧呼吸：在电子传递体系中，氧化时的最终电子受体不是氧气，而是氧气以外的无机

化合物，如NO3-、NO2-、SO42-、CO32-、CO2。氧化底物一般是葡萄糖，乙酸，乳酸等，它们被氧化为CO2，有A TP生成。

(3) 发酵：无氧条件下，有机物发生部分氧化，以它的中间代谢产物为最终电子受体，释放少量的能量而其余能量保留在最终产物中。

21 葡萄糖在好氧条件下是如何氧化彻底的？

答：在好氧呼吸过程中，葡萄糖的氧化分解分两阶段：I 葡萄糖经EMP 途径酵解。这一过程不需要消耗氧，形成中间产物——丙酮酸。II 丙酮酸的有氧分解。丙酮酸氧化过程的一系列步骤总称为三羧酸循环（TCA 循环）。三羧酸（TCA）循环、乙醛酸循环和电子传递体系。

22 什么叫底物水平磷酸化、氧化磷酸化和光合磷酸化？

答：底物水平磷酸化：厌氧微生物和兼性厌氧微生物在基质氧化过程中，产生一种含高自由能的中间体，如发酵中产生含高能键的1，3-二磷酸甘油酸。这一中间体将高能键（～）交给ADP，使ADP 磷酸化而生成A TP。

氧化磷酸化：好氧微生物在呼吸时，通过电子传递体系产生A TP 的过程。

光合磷酸化：光引起叶绿素、菌绿素或菌紫素逐出电子，通过电子传递产生ATP 的过程。

第五章微生物的生长繁殖与生存因子

2 什么叫灭菌？灭菌方法有哪几种？试述其优缺点。

答：灭菌是通过超高温或其他的物理、化学因素将所有微生物的营养细胞和所有的芽孢或孢子全部杀死。

灭菌的方法有干热灭菌法和湿热灭菌法。

与干热灭菌相比，湿热灭菌的穿透力和热传导都要更强，且在湿热时微生物吸收高温水分，菌体蛋白很易凝固、变性，灭菌效果好。

3 什么叫消毒？加热消毒方法有哪几种？

答：消毒是用物理、化学因素杀死致病菌（有芽孢和无芽孢的细菌），或者是杀死所有微生物的营养细胞或一部分芽孢。

消毒法有巴斯德消毒法和煮沸消毒法。

4 画图解释微生物生长曲线各个时期的特征。常规活性污泥法应该利用哪个时期的微生物？为什么？

细菌生长的阶段可分为停滞期(Ⅰ、Ⅱ)，对数期(Ⅲ)，静止期(Ⅳ、Ⅴ)，衰亡期(Ⅵ)。

（1）停滞期(Ⅰ、Ⅱ)

特征：处于停滞期初期(Ⅰ)，一部分细菌适应环境，而另一部分死亡，细菌总数下降。停滞期末期(Ⅱ)，细胞物质增加、菌体体积增大，细胞代谢活力强，RNA 含量高，对不良环境条件较敏感，其呼吸速率、核酸及蛋白质的合成速率接近对数期细胞，并开始细胞分裂。

（2）对数期(Ⅲ)

特征：生长速率最快、代谢活力强，细菌总数的增加率和活细菌数的增加率一致，细菌对不良环境因素的抵抗力强，细胞的化学组分及形态、生理特性都比较一致。

（3）静止期(Ⅳ、Ⅴ)

特征：有害代谢产物积累，新生的细菌数和死亡的细菌数相当，细菌总数达到最大值，并恒定维持一段时间。细菌开始积累贮存物质，芽孢杆菌开始形成芽孢。

（4）衰亡期(Ⅵ)

特征：死亡率增加，活菌数减少，细菌少繁殖或不繁殖，或出现自溶，细菌常出现多形态，呈畸形或衰退型。

常规活性污泥法应该利用静止期的微生物，因为处于静止期的微生物代谢活力虽比对数生长期的差，但仍有相当的代谢活力，去除有机物的效果仍较好，最大特点是微生物积累大量贮存物，如：异染粒、聚β-羟基丁酸、黏液层和荚膜等。这些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，有利于絮凝和自行沉降。

第六章微生物的遗传和变异

9 什么叫定向培养和驯化？

答：定向培养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的一种古老的雨中方法。

驯化是通过人工措施使微生物逐步适应某一条件，而定向选育微生物的方法。通过驯化可取得具有较高耐受力及活动能力的菌株。驯化常用于废水处理中微生物的选育，以获得对某种污染物具有较高的降解能力的高效菌株。

生

长 速 率 细

菌

数

目

的

对

数

值

+

_

第七章微生物生态

10、什么叫水体自净？可根据哪些指标判断水体自净程度？

答：河流（水体）接纳了一定量的有机污染物后，在物理的、化学的和水生物(微生物、动物和植物)等因素的综合作用后得到净化，水质恢复到污染前的水平和状态，叫作水体自净。任何水体都有其自净容量。自净容量是指在水体正常生物循环中能够净化有机污染物的最大数量。

衡量水体自净的指标：

①P/H 指数：P 代表光合自养型微生物，H 代表异养型微生物，两者的比即P/H 指数。P/H 指数反映水体污染和自净程度。水体刚被污染，水中有机物浓度高，异氧型微生物大量繁殖，P/H 指数低，自净的速率高；在自净过程中，有机物减少，异养型微生物数量减少，光合自养型微生物数量增多，P/H 指数升高，自净速率逐渐降低，在河流自净完成后，P/H 指数恢复到原有水平。

②氧浓度昼夜变化幅度和氧垂曲线。

11、水体污染指标有哪几种？污化系统分为哪几“带”？各“带”有什么特点？

答：水体污染指标有：

①BIP 指数：BIP=B/(A+B)×100% 其中：A 为有叶绿素的微生物数，B 为无叶绿素的微生物数。所以BIP 的含义是无叶绿素的微生物数占总微生物数的百分比。

BIP 值=0-8 清洁水，8-20 轻度污染水，20-60 中度污染水，60-100 严重污染水。

②细菌菌落总数（CFU）：细菌菌落总数是指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。它用于指示被检的水源水受有机物污染的程度，为生活饮用水作卫生学评价提供依据。在我国规定1ml 生活饮用水中的细菌菌落总数在100 个以下。

③总大肠菌群（大肠菌群、大肠杆菌群）：用以间接指示水体被粪便污染的一个指标。大肠菌群被选作致病菌的间接指示菌的原因是：大肠菌群是人肠道中正常寄生菌，数量最大，对人较安全，在环境中的存活时间与致病菌相近，而且检验技术较简便，因而被选中，一直沿用至今。在我国规定1L 生活饮用水中的总大肠菌群数在3 个以下。

污化系统分为多污带、α中污带、β中污带、寡污带。

12、什么叫水体富营养化？评价水体富营养化的方法有几种？

答：水体富营养化(eutrophication)是指在人类活动的影响下，氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。这种现象在河流湖泊中出现称为水华，在海洋中出现称为赤潮。

水体富营养化评价常用的方法有：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 （藻类生产的潜在能力测定）

第八章微生物在环境物质循环中的作用

6、何谓氨化作用、硝化作用、反硝化作用、固氮作用?它们各由哪些微生物起作用？ 答：

第九章水环境污染控制和治理的生态工程及微生物学原理

3、叙述好氧活性污泥净化废水的机理。

答：好氧活性污泥的净化作用有类似于水处理工程中混凝剂的作用，同时又能吸收和 分解水中溶解性污染物。

2O NH 343-活性污泥生物

合成CO 2 ,H 2SO 42-, PO 43-新生物体 5、菌胶团原生动物和微型后生动物在水处理过程中各起什么作用？

答：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，通过菌胶团的颜色、透明度、数量、颗粒大小及结构的松紧程度可衡量好氧活性污泥的性能。

原生动物和微型后生动物的作用：①指示作用；②净化作用；③促进絮凝和沉淀作用。

9、什么叫活性污泥丝状膨胀？引起活性污泥丝状膨胀的微生物有哪些？

答：由于丝状细菌极度生长引起的活性污泥膨胀称为活性污泥丝状膨胀。

引起活性污泥丝状膨胀的微生物有诺卡氏菌属、浮游球菌属、微丝菌属、发硫菌属、贝日阿托氏菌属等。

10、促使活性污泥丝状膨胀的环境因素有哪些？

答：温度、溶解氧、pH 值、可溶性有机物及其种类、有机物浓度或有机物负荷。

15、叙述高浓度有机废水厌氧沼气（甲烷）发酵的理论（四个主要阶段）。

答：1）水解。

厌氧发酵性细菌利用胞外水解酶的作用水解。纤维素，淀粉水解为单糖，再酵解为丙酮酸；

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。

2）产氢，产乙酸阶段。

产氢产乙酸微生物将第一阶段的产物进一步分解为乙酸和氢气。

3）产甲烷阶段。

第三阶段的微生物是两组生理性质不同的专性厌氧菌群。一组是将氢气和二氧化碳合成甲烷或一氧化碳合成甲烷。

另一组是把乙酸分解为甲烷和二氧化碳。或利用甲酸，甲醇，甲基胺裂解为甲烷。

4）同型产乙酸阶段，是同型产乙酸菌将H 2和CO 2转化为乙酸的过程。

第十章污、废水深度处理和微污染源水与处理中的生物学原理

3、叙述污、废水脱氮原理。

答：首先利用设施内好氧段，由亚硝化细菌和硝化细菌的硝化作用，将NH 3 转化成为NO 3--N 。再利用缺氧段经反硝化细菌将NO 3--N 反硝化还原为氮气，溢出水面释放到大气，N 2 参与自然界物质循环。

a) 硝化作用段

NH 4++ 3/2O 2NO 2-+2H ++H 2O NO 2-+1/2O 2+H +

亚硝化细菌

硝化细菌NO3-+H +

b) 反硝化作用段 6NO 3-+5CH 3OH 5CO 2+3N 2+7H 2O+6OH -

7、何谓聚磷菌？有哪些聚磷菌？叙述它的放磷和吸磷的生化机制。

答：在好氧时不仅能大量吸收磷酸盐合成自身核酸和ATP ，而且能逆浓度梯度过量吸磷合成贮能的多聚磷酸盐颗粒（即异染颗粒）于体内，供其内源呼吸用的细菌称为聚磷菌。

聚磷菌有不动杆菌属、假单胞菌属、气单胞菌属、棒杆菌属、肠杆菌属、着色菌属、脱氮微球菌属等。

a ）厌氧放磷。厌氧的条件下，聚磷菌处于不利的生活条件，体内积累了多聚磷酸盐就会分解，释放，这一过程中有能量的释放ATP ，供其自身吸收产酸菌分解的三种基质低级脂肪酸，葡萄糖，甲醇乙醇等，丁酸，乳酸，琥珀酸。合成体内的贮藏物质聚β-羟基丁酸盐（PHB ）。同时，释放PO 43-于环境中。

b ）好氧吸磷。将体内的PHB 好氧分解，释放大量的能量，供聚磷菌生长，环境中有溶解磷存在时，一部分能量供聚磷菌主动吸收磷酸盐，并以多聚磷酸盐的形式贮存在体内。