排列顺序互补。DNA 除转录mRNA 外，DNA 分子的某些部分核苷酸碱基顺序还转录成反义RNA、tRNA（传递信息RNA）和rRNA（核糖体RNA）。转录后，mRNA 的顺序又通过三联密码子的方式由tRNA 翻译成相应的氨基酸排列顺序，产生具有不同生理特性的功能蛋白。

③翻译：由tRNA 完成，tRNA 链上有反密码子与mRNA 链上对氨基酸顺序编码的核苷 酸碱基顺序（三联密码子）互补。tRNA 具有特定识别作用的两端：tRNA 的一端识别特 定的、已活化的氨基酸（由ATP 和氨基酸合成酶作用下活化），并与之暂时合成形成氨 基酸-tRNA 的结合分子。tRNA 上另一端有三个核苷酸碱基顺序组成的反密码子，它识别

mRNA 上与之互补的三联密码子，并与之暂时结合。

④蛋白质合成：通过两端识别作用，把特定氨基酸转送到核糖体上，使不同的氨基 酸按照mRNA 上的碱基顺序连接起来，在多肽合成酶的作用下合成多肽链（mRNA 的碱基 顺序决定了多肽链上氨基酸的排列顺序），多肽链通过高度折叠形成特定的蛋白质结构， 最终产生具有不同生理特性的功能蛋白。

由于DNA 复制和蛋白质合成而使两者成倍增加后的一个有秩序的过程，即微生物细 胞的分裂。微生物将成倍增加的核物质和蛋白质均等地分配给两个子细胞，在细胞的中 部合成横隔膜并逐渐内陷，最终将两个子细胞分开，细胞分裂完成。

7 微生物变异的实质是什么？微生物突变类型有几种？变异表现在哪些方面？

答：微生物变异的实质是基因突变。即微生物的DNA 被某种因素引起碱基的缺失、置 换或插入，改变了基因内部原有的碱基排列顺序，从而引起其后代表现型的改变。 按突变的条件和原因划分，突变可分为两种类型，即自发突变和诱发突变。 8 废水生物处理中变异现象有哪几方面？举例说明。

答：在废水生物处理中变异现象很多，有营养要求的变异，对温度、pH 要求的变异， 对毒物的耐毒能力的变异，个体形态和菌落形态的变异及代谢途径的变异等。 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。 10 试述紫外辐射杀菌的作用机理。

答：紫外辐射杀菌的作用机理是干扰DNA 的复制与转录。 11 DNA 损伤修复有几种形式？各自如何修复？ 答： DNA 损伤修复有5种形式

A,光复活和暗复活：一部分受损伤的DNA 在蓝色区域可见光处，尤其是51nm 波长的光照条件下，DNA 修复酶将损伤区域两端的磷酸酯键水解，切割受损的DNA，将新的核苷酸插入，由连接酶连接好形成正常的DNA，这叫光复活。受损伤的DNA 也可能在 黑暗时被修复成正常DNA，这叫暗复活。不被复活的DNA 或是变异或是死亡。 B,切除修复:在有Mg2+和ATP 存在的条件下，uvrABC 核酸酶在同一条单链上的胸腺嘧啶二聚体两侧位置，将包括胸腺嘧啶二聚体在内的有12～13 个核苷酸的单链切下。 通过DNA 多聚酶Ⅰ的作用，释放出被切割的12～13 个核苷酸单链。DNA 连接 酶缝合新合成的DNA 片段和原有的DNA 链之间的切刻，完成切除修复。 C,重组修复:受损的DNA 先经复制，染色体交换，使子链上的空隙部分面对正常的单链， DNA 多聚酶修复空隙部分成正常链。留在亲链上的胸腺嘧啶二聚体依靠切除修复过程去

除掉。

D,SOS 修复:在DNA 受到大范围重大损伤时诱导产生一种应急反应，使细胞内所有的修复酶增加合成量，提高酶活性。或诱导产生新的修复酶（即DNA 多聚酶）修复受损伤的部分而成正常的DNA。

E,适应性修复:细菌由于长期接触低剂量的诱变剂如硝基胍（MNNG 或NG）会产生修复蛋白（酶），修复DNA 上因甲基化而遭受的损伤。将这种在适应期间产生的修复蛋 白的修复作用称为适应性修复。

12 何谓杂交、转化和转导？各自有什么实践意义？

答：杂交是通过双亲细胞的融合，使整套染色体的基因重组，或者是通过双亲细胞的 沟通，使部分染色体基因重组。在真核微生物和原核微生物中可通过杂交获得有目的的、 定向的新品种。

受体细胞直接吸收来自供体细胞的DNA 片段（来自研碎物），并把他们整合到自己 的基因组里，从而获得了供体细胞部分遗传性状的现象称为转化。转化过程：感受态细 胞出现；DNA 吸附；DNA 进入细胞内；DNA 解链；形成受体DNA－供体DNA 复合物；DNA 复制和分离。

通过温和噬菌体的媒介作用，把供体细胞内特定的基因（DNA 片段）携带至受体细 胞中，使后者获得前者部分遗传性状的现象成为转导。 13 质粒是什么？在遗传工程中有什么作用？举例说明。

答：细菌细胞内一种自我复制的环状双链DNA 分子，能稳定地独立存在于染色体外， 并传递到子代，一般不整合到宿主染色体上。

质粒在基因工程中常被用作基因转移的运载工具——载体。如质粒育种。 14 何谓基因工程？它的操作有几个步骤？

答：基因工程是指在基因水平上的遗传工程，又叫基因剪接或核酸体外重组。基因工 程是用人工方法把所需要的的某一供体生物的DNA 提取出来，在离体的条件下有限制性 内切酶将离体DNA 切割成带有目的基因的DNA 片段，每一片段平均长度有几千个核苷酸， 用DNA 连接酶把它和质粒（载体）的DNA 分子在体外连接成重组DNA 分子，然后将重组 体导入某一受体细胞中，以便外来的遗传物质在其中进行复制扩增和表达，而后进行重 组体克隆筛选和鉴定，最后对外源基因表达产物进行分离提纯，从而获得新品种。这种 离体的分子水平上的基因重组是既可近缘杂交又可远缘杂交的育种新技术。 基因工程操作一般分为五个步骤：

①先从供体细胞中选择获取带有目的基因的DNA 片段； ②将目的DNA 的片段和质粒在体外重组； ③将重组体转入受体细胞； ④重组体克隆的筛选与鉴定；

⑤外源基因表达产物的分离与提纯。 15 什么叫PCR 技术？有几个操作步骤？

答：PCR 称DNA 多聚酶链式反应，是利用DNA 聚合酶对特定基因做体外或试管内的大 量合成。基本上它是利用DNA 聚合酶进行专一性的连锁复制。目前常用的技术,可以将 一段基因复制为原来的一百亿至一千亿倍。 PCR 技术的操作步骤：

①加热变性：将待扩增的DNA 置于94～95℃的高温水浴中加热5min，使双链DNA 解链为单链DNA，分开的两条单链DNA 作为扩增的模板。

②退火：将加热变性的单链DNA 溶液的温度缓慢下降至55℃后，在这个过程中将引

物DNA 的碱基与单链模板DNA 一端碱基互补配对。

③延伸：在退火过程中，当温度下降至72℃时，在耐热性Taq DNA 多聚酶、适当的 pH 和一定的离子强度下，寡核苷酸引物碱基（引物DNA）和模板DNA 结合延伸成双链DNA。 16 基因工程和PCR 技术在环境工程中有何实践意义？举例说明。

答：利用基因工程获得分解多种有毒物质的新型菌种，可提高废水生物处理的效果。 应用PCR 技术研究特定环境中微生物区系的组成、结构，分析种群动态。如对古菌 的研究，对含酚废水生物处理活性污泥中的微生物种群组成及种群动态的分析等，其测 定速度远快于经典的微生物分类鉴定；应用PCR 技术监测环境中的特定微生物，如致病 菌和工程菌等。

第七章 微生物生态

1、什么叫生态系统？生态系统有什么功能？什么叫生物圈？什么叫生态平衡？

答：生态系统是在一定时间和空间范围内由生物（包括动物、植物和微生物的个体、 种群、群落）与它们的生境（包括光、水、土壤、空气及其他生物因子）通过能量流动 和物质循环所组成的一个自然体。简称生态系，可用公式表示：生态系统=生物群落+环 境条件。在自然界中，任何生物群落与其环境组成的自然体都叫生态系统。生态系统有 四个基本组成：环境、生产者、消费者和分解者或转化者。

生态系统是自然界的基本功能单元，其功能主要表现在生物生产、能量流动、物质 循环和信息传递。

个体是指某一具体的生物单个个体，具有生长、发育、繁殖和死亡的过程，如一匹 马、一个细菌，是组成种群的单位。

种群是指生活在同意特定空间的同一生物种的所有个体的集合体，是生物群落的组 成单位。

群落是指生活在同一特定空间或区域的所有生物种群的聚合体，是生态系统的组成 部分。

生物圈是指生存在地球陆地以上和海面以下各约10km 之间的范围，包括岩石圈、 土壤圈、水圈和大气圈内所有生物群落和人以及它们生存环境的总体。

生态平衡是指即使有外来干扰，生态系统能通过自行调节的能力恢复到原来的稳定 状态（例如土壤和水体的自净）。

2、为什么是说土壤是微生物最好的天然培养基？土壤中有哪些微生物？

答：土壤是微生物最好的天然培养基，它具有微生物所必需的营养和微生物生长繁殖 及生命活动所需的各种条件。

土壤中的微生物有细菌（约占70%-90%）、放线菌、真菌、藻类、原生动物和微型后 生动物等。

3、什么叫土壤自净？土壤被污染后其微生物群落有什么变化？

答：土壤对施入其中一定负荷的有机物或有机污染物具有吸附和生物降解能力，通过 各种物理、化学过程自动分解污染物使土壤恢复到原有水平的净化过程，称为土壤自净。 土壤自净能力的大小取决于土壤中微生物的种类、数量和活性，取决于土壤结构、通气 状况等理化性质。

土壤被污染后，会引起土壤“土著”微生物区系和数量的改变，并诱导产生分解各 种污染物的微生物新品种。

4、土壤是如何被污染的？土壤污染有什么危害？

答：土壤污染主要来自还有有机毒物和重金属的污水和废水的农田灌溉，来自含有机 毒物和重金属的污、废水的土地处理，来自固体废弃物的堆放和填埋等的渗滤液，来自 地下储油罐泄漏以及喷洒农药。污染物质主要有农药、石油烃类，NH3、重金属等。各种

污染物有易降解和不易降解之分，污染物被土壤吸附、截留后，易降解物被土壤中各种 微生物吸收和氧化分解，难降解物和毒物包括重金属及某些有毒中间代谢产物在土壤中 滞留或渗漏至地下水中。

土壤污染的危害有：①有机、无机毒物过多滞留、积累在土壤中，改变了土壤理化 性质，使土壤盐碱化，板结，毒害植物和土壤微生物，破坏土壤生态平衡；②土壤中的 毒物被植物吸收、富集、浓缩，随食物链迁移，会转移到人体，或被雨水冲刷流入河流、 湖泊或渗入地下水，进而造成水体污染，污染物又随水源进入人体，毒害人类；③污水 和废物中含有的各种病原微生物，如病毒、立克次氏体、病原细菌及寄生虫卵等虽然有 些在土壤中不适应而死亡，但有些可在土壤中长时间存活，它们可以通过各种途径转移 到水体，进而进入人体中，引起人的疾病。

5、什么叫土壤生物修复？为什么要进行土壤微生物修复？

答：土壤生物修复是利用土壤中的天然微生物资源或人为投加目的菌株，甚至用构建 的特异降解功能菌投加到各污染土壤中，将滞留的污染物快速间接和转化，使土壤恢复 其天然功能。

土壤中滞留着很多难以降解的污染物，依靠土壤的自净能力是不能完全清除的，但 是有些天然微生物或者是认为培育、驯化的微生物却能很好的分解这类难降解污染物， 达到土壤修复的目的，所以为了很好的恢复土壤的各种功能，要对土壤进行微生物修复。 6、土壤生物修复技术关键有哪些方面？

答：土壤生物修复技术的关键有四个方面的因素：

①微生物种：目前“土著”微生物应用较多，具有经济性，但效果较差；从污染土 壤选育优势菌种，经扩大培养接种到污染土壤中，易实施，收效快，效果好；质粒育 种或基因工程构建工程菌，但有不相容性。

②微生物营养（C:N:P）：因污染物的过量积累，可能使营养物质品种单一，营养元 素比例失衡严重，要通过可行性试验确定适应的营养元素比例。可参照一般土壤微生物 的碳氮比25:1，污水好氧生物处理的BOD:N:P=100:5:1 等作基本参数，在试验过程中加 以调整。

③溶解氧：气良好的土壤溶解氧在5mg/L 左右，粘土和积水土溶解氧极低，加上有 污染物，因而溶解氧更低。保证好氧微生物和兼性厌氧微生物的旺盛生长，才能有效分 解污染物。用鼓风机向地下鼓风，可使土壤中溶解氧达8～12mg/L；通纯氧可达50mg/L； 若含有较多的苯和低碳烷基苯，则需更多溶解氧（20～200mg/L）满足微生物需要，苯 等污染物才能被氧化彻底。

④微生物的环境因子：适量的水、pH 和温度对于土壤的生物修复也有很大影响。 7、空气微生物有哪些来源？空气中有哪些微生物？空气中微生物的分布和数量与什么 因素有关？

答：空气中的微生物来源于：土壤（飞扬的尘土把微生物带至空中）；水体（水面吹 起的小水滴把微生物带至空中）；人和动物（皮肤脱落物，呼吸道、口腔内含微生物的 分泌物通过咳嗽、打喷嚏等方式飞溅到空气中）；敞开的污废水生物处理系统通过机械 搅拌、鼓风曝气等可使污废水中的微生物以气溶胶的形式飞溅到空气中等。

空气中的微生物没有固定的类群，在空气中存活时间较长的主要有芽孢杆菌、霉菌 和放线菌的孢子、野生酵母菌、原生动物及微型后生动物的胞囊等。

空气中微生物的分布和数量与空气的相对湿度、紫外线、尘土颗粒的数量和大小以 及微生物本身的性质有关，也与环境卫生状况有关，如绿化等。 8、空气中有哪些致病微生物？以什么微生物为空气污染指标菌？ 答：空气中的致病微生物有人类流感病毒等。