环境工程微生物学

绪论

1 何谓原核微生物？它包括哪些微生物？

答：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，叫拟核或似核。原核微生物没有细胞器，只有 由细胞质膜内陷形成的不规则的泡沫体系，如间体核光合作用层片及其他内折。也不进 行有丝分裂。原核微生物包括古菌（即古细菌）、真细菌、放线菌、蓝细菌、粘细菌、 立克次氏体、支原体、衣原体和螺旋体。

2 何谓真核微生物？它包括哪些微生物？

答：真核微生物由发育完好的细胞核，核内由核仁核染色质。由核膜将细胞核和细胞 质分开，使两者由明显的界限。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、微型后生动物等。

3 微生物是如何分类的？

答：各种微生物按其客观存在的生物属性（如个体形态及大小、染色反应、菌落特征、 细胞结构、生理生化反应、与氧的关系、血清学反应等）及它们的亲缘关系，由次序地 分门别类排列成一个系统，从大到小，按界、门、纲、目、科、属、种等分类。种是分 类的最小单位，“株”不是分类单位。

4 生物的分界共有几种分法，他们是如何划分的？

答：1969 年魏泰克提出生物五界分类系统，后被Margulis 修改成为普遍接受的五界 分类系统：原核生物界(包括细菌、放线菌、蓝绿细菌)、原生生物界（包括蓝藻以外的 藻类及原生动物）、真菌界（包括酵母菌和霉菌）、动物界和植物界。

我国王大耜教授提出六界：病毒界、原核生物界、真核生物界、真菌界、动物界 和植物界。

5 微生物是如何命名的？举例说明。

答：微生物的命名是采用生物学中的二名法，即用两个拉丁字命名一个微生物的种。这 个种的名称是由一个属名和一个种名组成，属名和种名都用斜体字表示，属名在前，用 拉丁文名词表示，第一个字母大写。种名在后，用拉丁文的形容词表示，第一个字母小 写。如大肠埃希氏杆菌的名称是Escherichia coli。

6 写出大肠埃希氏杆菌和桔草芽孢杆菌的拉丁文全称。

答：大肠埃希氏杆菌的名称是Escherichia coli，桔草芽孢杆菌的名称是Bacillus subtilis。

7 微生物有哪些特点？

答：（一）个体极小：微生物的个体极小，有几纳米到几微米，要通过光学显微镜才 能看见，病毒小于0.2 微米，在光学显微镜可视范围外，还需要通过电子显微镜才可看 见。

（二）分布广，种类繁多：环境的多样性如极端高温、高盐度和极端pH 造就了微生物

的种类繁多和数量庞大。

（三）繁殖快：大多数微生物以裂殖的方式繁殖后代，在适宜的环境条件下，十 几分钟至二十分钟就可繁殖一代。在物种竞争上取得优势，这是生存竞争的保证。

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（四）易变异：多数微生物为单细胞，结构简单，整个细胞直接与环境接触，易

受外界环境因素影响，引起遗传物质DNA 的改变而发生变异。或者变异为优良菌种，或 使菌种退化。

第一章非细胞结构的超微生物——病毒

1.病毒是一类什么样的微生物？它有什么特点？

答：病毒是没有细胞结构，专性寄生在活的敏感宿主体内，可通过细菌过滤器，大小 在0.2 微米一下的超微小微生物。

特点：大小在0.2 微米以下，故在光学显微镜下看不见，你必须在电子显微镜下方 可合成蛋白质的机构——核糖体，也没有合成细胞物质和繁殖所必备的酶系统，不具独 立的代谢能力，必须专性寄生在活的敏感宿主细胞内，依靠宿主细胞合成病毒的化学组 成和繁殖新个体。病毒在活的敏感宿主细胞内是具有生命的超微生物，然而，在宿主体 外却呈现不具生命特征的大分子物质，但仍保留感染宿主的潜在能力，一旦重新进入活 的宿主细胞内又具有生命特征，重新感染新的宿主。

2.病毒的分类依据是什么？分为哪几类病毒？

答：病毒是根据病毒的宿主、所致疾病、核酸的类型、病毒粒子的大小、病毒的结构、 有或无被膜等进行分类的。

根据专性宿主分类：有动物病毒、植物病毒、细菌病毒（噬菌体）、放线菌病毒（噬放 线菌体）、藻类病毒（噬藻体），真菌病毒（噬真菌体）。

按核酸分类：有DNA 病毒（除细小病毒组的成员是单链DNA 外，其余所有的病毒都是双 链DNA）和RNA 病毒（除呼肠孤病毒组的成员是双链RNA 外，其余所有的病毒都是单链 RNA）。

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。

1 蛋白质衣壳：是由一定数量的衣壳粒（由一种或几种多肽链折叠而成的蛋白质亚单 位）按一定的排列组合构成的病毒外壳，成为蛋白质衣壳。由于衣壳粒的排列组合不同 病毒有三种对称构型：立体对称型，螺旋对称型和复合对称型。

2 蛋白质的功能：保护病毒使其免受环境因素的影响。决定病毒感染的特异性，使病 毒与敏感细胞表面特定部位有特异亲和力，病毒可牢固的附着在敏感细胞上。病毒蛋白 质还有致病性、毒力和抗原性。动物病毒有的含DNA，有的含RNA。植物病毒大多数含 RNA，少数含DNA。噬菌体大多数含DNA，少数含RNA。病毒核酸的功能是：决定病毒遗 传、变异和对敏感宿主细胞的感染力。

3 被膜（囊膜）：痘病毒、腮腺炎病毒及其他病毒具有被膜，它们除含蛋白质和核酸

外，还含有类脂质，其中50%~60%为磷脂，其余为胆固醇。痘病毒含糖脂和糖蛋白，多 数病毒不具酶，少数病毒含核酸多聚酶。

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值所引起的裂解不同】。

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：就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：就是指侵入细胞后，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。

7.解释Escherichia coil K12（λ）中的各词的含义。

答：溶原性噬菌体的命名是在敏感菌株的名称后面加一个括弧，在括弧内写上溶原 性噬菌体λ。大肠杆菌溶原性噬菌体的全称为Escherichia coil K12（λ），Escherichia 是大肠杆菌的属名，coil 是大肠杆菌的种名，K12 是大肠杆菌的株名，括弧内的λ为溶原性噬菌体。

8.病毒（噬菌体）在固体培养基上有什么样的培养特征。

答：将噬菌体的敏感细菌接种在琼脂固体培养基上生长形成许多个菌落，当接种稀释 适度的噬菌体悬液后引起点性感染，在感染点上进行反复的感染过程，宿主细菌菌落就 一个个被裂解成一个个空斑，这些空斑就叫噬菌斑。

10.什么叫噬菌斑？什么是PFU?

答：将噬菌体的敏感细菌接种在琼脂固体培养基上生长形成许多个菌落，当接种稀释 适度的噬菌体悬液后引起点性感染，在感染点上进行反复的感染过程，宿主细菌菌落就 一个个被裂解成一个个空斑，这些空斑就叫噬菌斑。

第二章原核微生物

1 细菌有哪几种形态？各举一种细菌为代表。

答：细菌有四种形态：球状、杆状、螺旋状和丝状。分别叫球菌、杆菌、螺旋菌和丝 状菌。

1 球菌：有单球菌(脲微球菌)，双球菌（肺炎链球菌）。排列不规则的金黄色葡 萄球菌、四联球菌。八个球菌垒叠成立方体的有甲烷八叠球菌。链状的有乳链球菌。

2 杆菌：有单杆菌，其中有长杆菌和短杆菌（或近似球形）。产芽孢杆菌有枯草 芽孢杆菌。梭状的芽孢杆菌有溶纤维梭菌等。还有双杆菌和链杆菌之分。

3 螺旋菌呈螺旋卷曲状，厌氧污泥中有紫硫螺旋菌、红螺旋菌属和绿螺旋菌属。 螺纹不满一周的叫弧菌，如：脱硫弧菌。呈逗号型的如：逗号弧菌，霍乱弧菌是其中的一直被那个。弧菌可弧线连接成螺旋形。螺纹满一周的叫螺旋菌。 4 丝状菌：分布在水生环境，潮湿土壤和活性污泥中。有铁细菌如：富有球衣菌、 泉发菌属即原铁细菌属及纤发菌属。丝状菌属如：发硫菌属，贝日阿托氏菌属、透明颤菌属、亮发菌属等多重丝状菌。丝状体是丝状菌分类的特征。

【附】在正常的生长条件下，细菌的形态是相对稳定的。培养基的化学组成、浓度、培 养温度、pH、培养时间等的变化，会引起细菌的形态改变。或死亡，或细胞破裂，或出 现畸形。有些细菌则是多形态的，有周期性的生活史，如粘细菌可形成无细胞壁的营养 细胞和子实体。

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：