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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、拟核。
细胞壁:
细胞壁是包围在细菌体表最外层的、坚韧而有弹性的薄膜。
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20~80nm,结构简单,含肽聚糖、磷壁酸、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,分外壁层和内壁层,外壁层是脂多糖,磷脂层,脂蛋白。
内壁层含肽聚糖,不含磷壁酸。
细菌细胞壁的生理功能:
1.保护原生质体免受渗透压引起破裂:
2.维持细菌的细胞形态;
3.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的周质(细菌的细胞壁和细胞质之间的区域)4.细胞壁为鞭毛提供支点,使鞭毛运动。
细胞质膜:
细胞质膜是紧贴在细胞壁的内侧并包围细胞质的一层柔软而富有弹性的薄膜,是半渗透膜。
细胞质膜的生理功能:
1.持渗透压的梯度和溶质的转移。
2.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。
3.膜内陷形成的中间体含有细胞色素,参与呼吸作用。
4.细胞质膜上有琥珀酸脱氢酶、NDA脱酸氢酶、细胞色素氧化酶等。
荚膜:
荚膜是一些细菌在其细胞壁表面分泌的一种黏性物质,把细胞壁完全包围封住,这层黏性物质就叫荚膜。
荚膜功能:
1.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:
2.荚膜保护致病免受宿主吞噬细胞的吞噬,保护细菌免受干燥的影响:
3.当缺乏营养时,荚膜可被用作碳源和能源,有的荚膜还可以作为氮源;
4.废水生物处理中的细菌荚膜有生物吸附作用,将废水中的有机物、无机物及胶体吸附在细菌体表面上。
粘液层:
有些细菌不产荚膜,其细胞表面仍可分泌黏性的多糖,疏松地附着在细菌细胞壁表面上,与外界没有明显边缘,这叫粘液层。
菌胶团:
有些细菌由于其遗传特性决定,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。
芽孢:
某些细菌生活史中的某个阶段或某些细菌遇到外界不良环境时,在其细胞内形成一个内生孢子叫芽孢。
所有的芽孢都可抗外界不良环境。
芽孢的特点:
1.芽孢的含水率低:
38%~40%2.芽胞壁厚而紧密;
芽孢萌发后孢子壁变为营养细胞的细胞壁。
3.芽胞中的2,6—吡啶二羧酸含量高。
4.芽孢含有耐热性酶。
细菌菌落的特征:
细菌的染色原理及染色方法:
革兰氏染色法
步骤:
制片、初染、媒染、脱色和复染
机理;
与细菌等电点有关系与细胞壁有关。
放线菌:
大多数放线菌为腐生菌。
放线菌在有机固体废物的填埋和堆肥发酵中也积极作用。
放线菌菌丝体可分为3类:
1.营养(基内)菌丝。
它潜入固体培养基内摄取营养,菌丝宽度为0.2um~0.8um,通常不超过1.4um,长度为50~600um,有无色的,有产色素。
2.气生菌丝。
营养菌丝长出培养基外,伸向空间的菌丝为气生菌丝。
3.放线菌生长发育到一定阶段,在气生菌丝的上部分化出孢子丝。
链霉菌属于放线菌,放线菌通过分生孢子或孢囊孢子繁殖,也可以通过一段菌丝繁殖。
立克次氏体:
大小为(0.3~0.6)umX(0.8~2.0)um立克次氏体寄生在节肢动物体内。
支原体:
大小直径为0.1~0.3um支原体寄生在脊椎动物和人体中。
衣原体:
大小直径为0.2~1.5um衣原体寄生于哺乳动物及鸟类。
螺旋体:
大小宽度0.1~0.5um长度为3~20um寄生于人与动物
好氧处理&
厌氧处理
低浓度好氧;
高浓度厌氧
为什么过高COD的废水不宜用好氧法?
有机物浓度过高,好氧生物代谢迅速,水中溶解氧难以即时供应,好氧生物生长受限,很难保证处理质量,而厌氧生物则没有这种限制。
好氧活性污泥:
由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物与污水中有机和无机固体物质混凝交织在一起,形成的絮状体或称绒粒
好氧活性污泥的作用机理:
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(球形垂丝状分枝状蘑菇状椭圆形)
菌胶团是活性污泥的结构和功能中心
菌胶团的作用:
a.有很强的生物絮凝,吸附能力,氧化分解有机物的能力
b.去除毒物,减少氧消耗量,使水中含氧量升高,提供食料
c.提供附着栖息场所(原生动物微型后生动物)
d.有指示作用(颜色透明度数量颗粒大小结构的松紧程度衡量好氧活性污泥的阿性能)
新生菌胶团:
颜色浅|无色透明|结构紧密|生命力旺盛|吸附和氧化能力强
老化菌胶团:
反之
菌胶团的形成机理:
粘性多糖的粘着作用:
当细菌进入老龄后,细菌分泌的的粘稠多糖聚合物增多,更加速了细菌大荚膜的增大,这样就形成了菌胶团的雏形
纤维素性质多糖的勾连作用
原生动物&
微型后生动物的作用
指示作用;
净化作用;
促进絮凝作用和沉淀作用
活性污泥丝状膨胀
概念:
丝状细菌极度生长引起的活性污泥膨胀污泥密度变小,黏附能力下降
成因:
(丝状微生物过度生长)
温度(最适30℃),溶解氧,可溶性有机物及种类,
有机物浓度(C/N):
C↑菌体生长;
N↑代谢产物↑。
pH变化
活性污泥丝状膨胀的机理:
对溶解氧的竞争;
对可溶性有机物的竞争;
对N、P的竞争(BOD5:
N:
P=100:
5:
1):
有机物冲击负荷影响
活性污泥丝状膨胀的控制对策:
控制溶解氧DO;
控制有机负荷;
改革工艺
第三章真核微生物
*水处理相关
原生动物:
以原生动物作为指示生物的优点:
1、观察容易
2、快速预报
一、原生动物作为指示动物:
1、鞭毛纲:
鞭毛虫:
喜欢在多污带与α-中污带生活(可作为污水处理效果差时的指示性生物)
2、肉足纲:
变形虫:
喜欢在α-中污带与β-中污带生活
3、纤毛纲:
钟虫:
表示水处理效果较好的指示性生物
4、吸管虫属:
吸管虫:
多数生活在α-中污带与β-中污带,少数在寡污带(废水处理效果较为平常的指示生物)
二、微型后生动物作为指示生物:
1、轮虫:
寡污带和污水生物处理效果较好的指示生物,且由于它们吞食游离细菌,也可以起到提高处理效果的作用(但若是出现猪吻轮虫大量繁殖现象,会蚕食光活性污泥。
应对方法是暂时停止曝气)
2、线虫:
水净化程度较差的指示生物(有好氧和兼性厌氧两种,兼性厌氧一类缺氧时大量繁殖)
3、寡毛类动物:
红斑顠体虫:
20℃左右,供氧充足,可蚕食光活性污泥,使出水水质下降。
颤蚓和水丝蚓:
有厌氧生活的种类,以土壤和底泥为食,使河流和湖泊底泥污染的指示生物。
4、甲壳动物(可去除氧化塘中过多的藻类):
水蚤:
在污染水体中的水蚤颜色比在清水中的红些,可判断水的清洁程度。
5、苔藓虫:
喜欢在较清洁、富含藻类、溶解氧充足的水体中生活,对水体净化有一定的积极作用,但大量繁殖会降低水流速度,对工程不利。
6、拟水螅;
生活于较清洁的水体
三、藻类(红褐蓝绿黄金轮隐裸甲硅):
1、蓝藻门:
蓝藻:
对污水处理、水体自净可起到积极作用,可有效去除氮磷,可作为水体富营养化的指示生物。
2、裸藻门:
裸藻:
水体富营养化的指示生物
3、绿藻门:
绿藻:
在水体自净中起净化和指示生物的作用
4、金藻门:
常见于清澈的湖泊、水库中
5、硅藻门:
硅藻:
有的可作为土壤和水体盐度、腐殖质含量和酸碱度的指示生物
6、甲藻门:
甲藻:
赤潮的主要原因
四、真菌
1、酵母菌:
1细胞结构:
细胞壁、细胞质膜、细胞核、细胞质及内含物。
酵母菌的细胞壁组分与细菌不同,含葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质、脂质。
啤酒酵母除含上述组分外,还含几丁质。
酵母菌的细胞核核膜、核仁和染色体,核膜上有大量小孔。
酵母菌的细胞质含大量RNA、核糖体、中心体、线粒体、中心染色质、高尔基体、内质网膜及液泡等。
线粒体呈球状或者杆状,位于核膜和中心体的表面,含脂和呼吸酶系统,执行呼吸功能。
中心体附着在核膜上。
老龄菌细胞质中由于营养过剩形成一些内含物(即储存颗粒),如异染颗粒、糖原、脂肪粒、蛋白质和多糖。
圆酵母、产脂内孢霉和黏红酵母富含脂肪。
2酵母菌的繁殖:
有无性生殖和有性生殖,无性生殖又分出芽生殖(芽殖)和裂殖。
2、霉菌:
1形态大小:
霉菌是由分枝的和不分枝的菌丝交织形成的菌丝体。
有三部分:
繁殖菌丝、营养菌丝、气生菌丝。
菌丝直径约3~10μm。
2细胞结构:
细胞壁、细胞质膜、细胞核、细胞质及内含物等组成。
大多数霉菌细胞壁含几丁质,少数水生霉菌的细胞壁含纤维素。
3繁殖方式:
有性孢子和无性孢子繁殖,也可借助菌丝的片段繁殖,由它的顶端延伸分枝而生成新的菌丝体。
4与放线菌的不同:
霉菌:
有细胞核,菌落有浓厚的毛茸茸的菌丝,显微镜下(x40)菌丝比较粗大,而且有横隔,能看到细胞内部结构,十倍物镜就能看清菌丝的轮廓。
无细胞核,丝状细菌,菌落有干干的类似霉菌的菌丝,但是比霉菌细小的多,也需要油镜100倍物镜才能看清楚轮廓,看不到细胞内部结构。
第四章微生物的生理
酶的活性中心是指酶的活性部位,是酶蛋白分子中直接参与和底物结合,并与酶的催化作用直接有关的部位。
酶的活性中心分二个功能部位:
结合部位和催化部位。
酶的分类
根据酶所催化的反应类型,把酶划分为6类:
氧化还原酶类,转移酶类,水解酶类,裂解酶类,异构酶类,合成酶类。
氧化还原酶类
氧化-还原酶催化氧化-还原反应。
反应通式:
AH2+B===A+BH2
•如乳酸(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。
转移酶类
转移酶催化基团转移反应。
AR+B===A+BR
•例如,谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。
水解酶类
水解酶催化底物的加水分解反应。
AB+H2O===AOH+BH
•例如,脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应:
裂解酶类
裂解酶类催化一个化合物裂解为几个化合物或其逆反应
AB===A+B
•例如,醛缩酶催化的反应
•果糖-1,6-二磷酸磷酸二羟丙酮+甘油醛-3-磷酸
异构酶类
异构酶催化各种同分异构体的相互转化。
葡萄糖===果糖
合成酶类
催化由两种或两种以上的物质合成一种物质的反应。
•A+B+ATP+H-O-H===AB+ADP+Pi
•如CTP合成酶可催化UTP合成CTP。
•ATP+UTP+NH3===ADP+Pi+CTP
•
酶的催化特性:
1.酶具有一般催化剂的共性。
2.酶的催化作用具有高度的专一性。
3.酶的催化反应条件温和。
4.酶对环境条件的变化极为敏感。
5.酶的催化效率极高。
影响酶促反应速率的因素
1.酶活力又称酶活性,是指酶催化一定的化学反应的能力。
酶活力的大小可用在一定的条件下,酶催化某一化学反应的反应速率表示。
所以,酶活力的测定也是对酶所催化的反应速率的测定。
酶促反应速率的因素:
1.酶的浓度2.底物浓度3.Ph4.温度5.激活剂6.抑制剂
2微生物的营养
营养物&
营养类型:
水;
碳源;
氮源;
能源;
无机盐;
生长因子
自养型微生物:
光能自养型/化能自养型(根据能量来源不同);
专性自养/兼性自养
光’:
依靠体内的光合作用色素,利用阳光为能源,H2O&
H2S为供氢体,CO2为碳源合成有机物,构成自身细胞物质
化’:
CO2唯一碳源能量ATP(氧化无机物FeSH2SNH3…通过氧化磷酸化作用)
生长因子:
(不能自身合成)调节微生物正常代谢所必须,但不能用简单的碳氮源自行合成的有机物
污水生物处理中好氧微生物群体/活性污泥要求碳氮磷比:
(BOD5:
1)
培养基:
根据各种微生物对营养的需要按一定比例配置成的用以培养微生物的基质
第三节、微生物的能量代谢;
1、ATP的生成方式:
①、基质(底物)水平磷酸化:
基质氧化过程中生成高能磷酸化合物
②、氧化磷酸化:
微生物在好氧呼吸和无氧呼吸时,通过电子传递产生ATP
③、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
2、发酵:
在无氧条件下,底物脱氢后所产生的还原力【H】不经呼吸链传递而直接交给某一内源性中间产物接受,以实现底物水平磷酸化产能一类生物氧化反应。
3、好氧呼吸:
是有外在最终电子受体(O2)存在时,对(能源)的氧化过程。
4、无氧呼吸:
又称厌氧呼吸,是一类电子传递体系末端的受氢体为外源无机氧化物的生物氧化。
5、硝化作用:
氨基酸脱下的氨,在有氧的条件下,经亚硝酸细菌和硝酸细菌的作用转化为硝酸的过程。
氨转化为硝酸的氧化必须有02参与,通常发生在通气良好的土壤、厩肥、堆肥和活性污泥中。
6、反硝化作用:
是指在厌氧条件下,微生物将硝酸盐及亚硝酸盐还原为气态氮化物和氮气的过程。
是活性氮以氮气形式返回大气的主要生物过程。
第二节营养
五、微生物的培养基
1、培养基:
培养基是一种人工配制的适合微生物生长繁殖或产生代谢产物用的营养基质。
任何培养基都应具备微生物所需要的营养要素,且其间的比例是合适的。
任何培养基一旦配成,必须立即进行灭菌,否则很快引起杂菌丛生,并破坏其固有成分和性质。
2、培养基配制原则:
①.根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基。
②.注意营养物质的浓度比和C/N比。
一般微生物适应C/N是25:
1。
③.调节适宜的pH值
微生物在培养过程中会引起pH变化,为了保持培养基中有恒定的pH值,要加入一些缓冲剂或不溶性的碳酸盐。
④.根据培养微生物的目的决定成分的量。
如培养目的的量为了得到大量的菌体,氮源要高,有利于菌体蛋白质合成。
3、按培养基对微生物的功能和用途分类:
1选择培养基:
根据某微生物的特殊营养要求或对各种化学物质敏感程度的差异而设计、配置的培养基
2鉴别培养基:
几种细菌由于对培养基中某一成分的分解能力不同,其菌落通过指示剂显示出不同的颜色而区分开来,起鉴别作用的培养基
3加富(富集)培养基:
由于样品中细菌数量少,或是对营养物质要求苛刻不易培养出来,故用特别物质或成分促使微生物快速生长,这种用特别物质或成分配置成的培养基
4、营养物质进入微生物细胞的方式:
第五章微生物的生长繁殖与生存因子
细菌的生长曲线
以时间为横坐标,以单细胞微生物数量的对数为纵坐标,可以绘出一条有规律的曲线,称为生长曲线。
可分为4个时期:
停滞期,对数期,静止期,衰亡期。
(用于理解)当细菌被接种到新鲜培养基中,开始一段时间内,通常不立即进行细胞分裂、增殖,生长速率近于零,细胞数目几乎保持不变,甚至稍有减少,这段时间被称为停滞期。
特征:
代谢活跃,体积增大,从介质中快速吸收各种营养物质,大量合成细胞分裂所需的酶类、ATP和其他细胞成分,为细胞分裂作准备。
停滞期的影响因素:
①接种量。
接种量大,停滞期短。
②接种群体菌龄。
③营养。
可以通过①增加接种量、②采用最适种龄、③选用繁殖速率快的菌种以及尽量④保持接种前后所处的培养介质和条件一致等方法来缩短或消除停滞期。
微生物生长量的测定方法
一、测定微生物总数
1.计数器直接计数
2.电子计数器计数
3.染色涂片计数
4.比浊法测定细菌悬液细胞数
二、测定活细菌数
1.稀释培养计数
2.过滤计数
3.菌落计数
三、计算生长量
1.测细胞干重法
2.测细胞含氮量确定细胞浓度
3.测定DNA算出细菌浓度
4.生理指标法
微生物的生存因子
温度,PH,氧化还原电位,溶解氧,太阳辐射,活度与渗透压,表面张力。
温度对微生物生长影响
1.升高温度,细胞中生化反应速率加快:
每升高10℃,生化反应速度增加一倍。
2.温度过高,细胞蛋白质、核酸可遭破坏。
3.降温可延缓微生物的生命活动。
PH对微生物生长影响
1.引起细胞膜电荷的变化,从而影响了微生物对营养物质的吸收。
2.影响代谢过程中酶的活性。
3.改变生长环境中营养物质的可给性,以及有害物质毒性。
影响微生物生长繁殖的不利因素
紫外辐射,电离辐射,超声波,表面活性剂,极端温度,极端PH,重金属,干燥,抗生素,一些有机物(醇,醛,酚)。
什么是消毒?
消毒是指杀死病原微生物、但不一定能杀死细菌芽孢的方法。
什么是灭菌?
灭菌是指用物理或化学的方法杀灭全部微生物,包括致病和非致病微生物以及芽孢,使之达到无菌保障水平。
微生物与其他生物之间的关系
竞争关系,原始合作关系,共生关系,偏害关系,捕食关系,寄生关系。
菌种的衰退、复壮及保藏
常见的衰退现象:
菌落和细胞形态的改变;
生长速度缓慢,产孢子越来越少;
抵抗力、抗不良环境能力减弱等。
代谢产物生产能力或其对宿主寄生能力下降;
衰退的原因:
①基因突变,②分离现象。
菌种的复壮:
使衰退的菌种恢复原来优良性状。
菌种的复壮措施:
①纯种分离。
②通过寄主体内生长进行复壮;
③淘汰已衰退的个体。
④采用有效的菌种保藏方法。
菌种保藏方法:
低温,干燥,缺氧。
第七章微生物的生态
土壤自净是什么?
土壤对施入一定负荷的有机物或有机污染物具有吸附和生物降解的能力,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,称土壤自净。
水体自净是什么?
天然水体受到污染后,在没有人为的干预条件下,借助水体自身的能力使之得到净化,这种现象称为水体自净。
水体富营养化是什么?
人类将富含氮、磷的城市生活污水和工业废水排放入湖泊、河流和海洋,使上述水体的氮、磷营养过剩,促使水体中藻类过量生长,就导致淡水水体发生水华,使海洋发生赤潮,造成水体富营养化。
第八章
碳循环:
含碳物质有二氧化碳、一氧化碳、甲烷、脂肪和蛋白质等
氮循环
反硝化作用:
在正常情况下,植物、藻类及其他微生物会利用土壤、水体、污水及工业废水中所含的硝酸盐,以硝酸盐作为氮源。
在他们体内通过硝酸还原酶将硝酸还原程氨,由氨合成为氨基酸、蛋白质及其他含氮物质构成他们的集体。
名词解释:
1.温和噬菌体(temperatephage):
噬菌体基因与宿主染色体整合,不产生子代噬菌体,但噬
菌体DNA能随细菌DNA复制,并随细菌的分裂而传代。
2.溶原性:
温和噬菌体这种产生成熟噬菌体颗粒(前噬菌体偶尔可自发地或在某些理化和生
物因素的诱导下脱离宿主菌基因组而进入溶菌周期,产生成熟噬菌体,导致细菌裂解)和溶
解宿主菌的潜在能力,称为溶原性。
3.溶原性细菌:
带有前噬菌体基因组的细菌称为溶原性细菌。
4.荚膜:
荚膜是一些细菌在其细胞表面分泌的一种黏性物质,把细胞壁完全包围封住,这层
黏性物质就叫荚膜。
5.菌胶团:
有些细菌由于其遗传特性决定,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,叫做菌胶团。
6.芽孢:
某些细菌遇到不良环境时,在其细胞内形成一个内生孢子叫芽孢。
7.酶的活性中心:
是指酶的活性部位,是酶蛋白分子直接参与和底物结合,并与酶的催化作
用直接有关的部位。
8.生长因子:
是一类调节微生物正常生长代谢所必需,但不能用简单的碳、氮源自行合成的
有机物。
9.培养基:
根据各种微生物对营养的需要(如水,碳源,能源,氮源,无机盐及生长因子等),
按一定的比例配制而成的,用以培养微生物的基质,称为培养基。
10.选择培养基:
根据某微生物的特殊营养要求,或对各种化学物质敏感程度的差异而设计、
配制的培养基,称为选择培养基。
11.鉴别培养基:
几种细菌由于对培养基中某一成分的分解能力不同,其菌落通过指示剂显
示出不同的颜色而被区分开,这种起鉴别和区分不同细菌作用的培养基,叫鉴别培养基。
12.发酵:
是指在无外在电子受体时,底物脱氢后所产生的还原力[H]不经呼吸链传递而直接
交给某一内源性中间产物接受,以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。
13.好氧呼吸:
是有外在最终电子受体(O2)存在时,对底物(能源)的氧化过程。
14.无氧呼吸*:
无氧呼吸又称厌氧呼吸,是一类电子传递体系末端的受氢体为外源无机氧化
物的生物氧化。
15.土壤自净:
土壤对施入一定负荷的有机物或有机污染物具有吸附和生物降解的能力,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,称土壤净化。
16.水体自净:
天然水体受到污染后,在没有人为的干预条件下,借助水体自身的能力使之
得到净化,这种现象成为水体自净,其中包括生物学和生物化学的作用。
17:
水体富营养化:
是指在人类活动的影响下,生物所需要的氮、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。
18.硝化作用:
氨基酸脱下的氨,在有氧的条件下,经亚硝酸细菌和硝酸细菌的作用转化为
硝酸的过程。
19.反硝化作用:
当发生缺氧或厌氧环境时,兼性厌氧的硝酸盐还原菌将硝酸盐还原为氮气。
20.好氧活性污泥法(了解):
21.活性污泥丝状膨胀:
由于丝状细菌极度生长引起的活性污泥膨胀,称活性污泥丝状膨胀。
22.消毒:
利用理化因素杀死微生物营养体的方法。
23.灭菌:
利用理化及生物因素杀死所有微生物的方法。
24.放线菌:
菌体为单细胞丝状体,以产生孢子的方式进行繁殖的原核微生物。
(判断)
25.一步生长曲线(补充):
将适量病毒接种于高浓度敏感细胞培养物建立同步感染,以感
染时间为横坐标,病毒的效价为纵坐标,绘制出的病毒特征繁殖曲线。
26.生长曲线(补充):
以时间为横坐标,以单细胞数目的对数为纵坐标,可以绘出一条有规
律的曲线,称为生长曲线。
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