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4、等电点;
细菌;
pH2-5革兰氏阳性菌:
pH2-3革兰氏阴性菌:
pH4-5细菌表面总是带负电荷
5、在半固体培养基中培养特征
6染色过程:
涂片→干燥→固定→染色(1min)→水洗→干燥→镜检
注意事项:
涂片:
取菌量不能太大;
干燥:
自然干燥;
水洗:
水流不能直接冲在涂菌处。
7、革兰氏染色法
染色原理:
革兰氏染色与细菌等电点有关革兰氏染色与细胞壁有关。
步骤:
涂片固定;
草酸铵结晶紫初染1min;
碘-碘化钾液媒染1min;
95%乙醇脱色0.5min;
番红复染2min。
结果:
阳性菌——紫色;
阴性菌——红色
8、放线菌的形态和大小
菌体由纤细的长短不一的菌丝组成,菌丝分支,为单细胞。
在菌丝生长过程中,核物质不断复制分裂,细胞不分裂,而是无数分支的菌丝组成细密的菌丝体
9、放线菌的菌落特征
①菌落相对于其它细菌来说较小;
②菌落质地致密,表面光平或有皱折;
③放大镜下可见菌落外围具辐射状菌丝。
能产生大量分枝和气生菌丝的菌种(如链霉菌)菌落质地致密,与培养基结合紧密,小而不蔓延,不易挑起或挑起后不易破碎。
不能产生大量菌丝体的菌种(如诺卡氏菌)粘着力差,粉质,针挑起易粉碎
10细菌的芽孢是休眠体,而放线菌的孢子是繁殖体。
11、
支原体
衣原体是一类能通过细胞滤器,有独特发育周期、严格细胞内寄生的原核细胞型微生物。
其能量完全依赖被感染的宿主细胞提供。
仅少数有致病性,主要是通过性接触传播。
立克次氏体介于细菌与病毒之间,而接近于细菌的一类原核生物。
一般呈球状或杆状,是专性细胞内寄生物,主要寄生于节肢动物,
螺旋体是一类形态和运动机理独特的细菌。
细长、柔软、弯曲呈螺旋状的运动活泼的单细胞原核生物
蓝细菌有真正的细胞核,含有叶绿素,具有光合作用,
放线菌介于细菌与丝状真菌之间而又接近于细菌的一类多核单细胞的丝状原核生物。
古细菌
11、细胞壁的生理功能:
保护原生质体免受渗透压的影响,引起破裂。
维持细菌的形态;
分子筛功能;
阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质(分子量大于800)进入细胞,保护细胞免受溶菌酶、消化酶和青霉素等有害物质的损伤;
是细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体敏感性的物质基础;
为鞭毛提供支点。
12
13细胞壁组成
第三章
1真核微生物包括:
原生生物界的原生动物、藻类;
真菌界的霉菌、酵母菌、伞菌
动物界的微型后生动物,如轮虫、线虫等微小动物。
2、原生动物单细胞动物
原生动物的胞囊它是原生动物抵抗不良环境的一种休眠体。
原生动物一旦形成胞囊,就可判断污水处理不正常。
3原生动物
A营养方式
(1)全动物性:
吞食比自己小的原生动物和有机颗粒。
绝大多数原生动物为全动物性营养。
(2)植物性:
有色素的原生动物如绿眼虫,吸收CO2、无机盐进行光合作用。
(3)腐生性:
寄生的原生动物,借助原生质膜吸收寄主和环境中的可溶性的有机物。
如:
无色鞭毛虫和寄生的原生动物。
运动器官营养方式代表动物
鞭毛纲鞭毛植鞭亚纲自养眼虫
动鞭亚纲异养(渗透、吞食)锥虫
纤毛纲纤毛异养草履虫
肉足纲伪足异养变形虫
孢子纲无异养疟原虫
B在废水处理中的作用
1、改善水质
(1)有机物降解
(2)絮凝(纤毛虫,分泌粘液)
(3)吞食游离细菌(吸管虫吞食原生动物和轮虫)
2、指示生物
1)对环境条件变化的敏感性、数量的变化.钟虫喜在寡污带生活,在不良环境中,由向前运动改为向后运动)。
2)活性污泥培养驯化程度的标志,数量、种类变化。
(如鞭毛虫、初期或处理效果差时出现,变形虫在污泥培养中期出现)。
4微型后生动物、
1、营养方式
(1)肉食性:
如苔藓虫,以细菌、藻类、原生动物和有机颗粒。
(2)植食性:
如线虫,以蓝藻和绿藻为食。
(3)腐食性:
如线虫以动植物残体和环境中的可溶性的有机物为食。
(4)杂食性:
如寡毛类(轮虫)以有机碎片、细菌、土壤。
(5)滤食性:
水蚤。
2、在废水处理中的作用
A、改善水质
(1)有机物降解(2)絮凝(苔藓虫的粘性尾柄)
(3)吞食游离细菌(寡毛类动物如红斑瓢体虫)
原生动物:
为活性污泥系统中的指示性生物,是首次捕食者。
后生动物:
仅在完全氧化型活性污泥系统中出现,是水质非常稳定的标志,是生态系的二次捕食者。
B、指示生物
(1)对环境条件变化的敏感性、数量的变化。
轮虫喜在寡污带生活,要求水体有较高的溶解氧。
是水体寡污带和污水生物处理效果好的指示生物。
苔藓虫喜欢在较清洁、溶解氧充足的水体中生活。
水蚤含有血红素,水体中含氧量高,血红素含量低。
反之亦然。
所以污水中水蚤的颜色比清水中红一些。
线虫是污水净化程度差的指示生物。
(好氧和兼性厌氧,缺氧时大量繁殖。
)
(2)活性污泥培养驯化程度的标志,数量变化。
如轮虫吞食活性污泥。
5活性污泥中原生动物及微型后生动物出现的先后次序是:
运行初期细菌→植物性鞭毛虫→肉足类(变形虫)→动物性鞭毛虫→游泳型纤毛虫,吸管虫→固着型纤毛虫→轮虫。
5真菌主要包括:
酵母菌霉菌伞菌等
6、酵母菌的特点:
(1)耐高糖
(2)耐高油脂
7、霉菌在营养基质上形成绒毛状、蜘蛛网状或絮状菌丝体的真菌。
是丝状的、无光合作用的、异养性营养的真核微生物。
8、霉菌的特点:
不能进行光合作用;
以孢子进行繁殖;
具有发达的菌丝体和各种子实体构造;
营养方式为分解吸收型—扮演有机物分解者的角色;
细胞壁的主要成分为几丁质;
陆生性较强。
菌丝:
管状伸长、分枝直径3-10μm
9、菌落特点
第四章
1、碳源微生物细胞中碳的功能:
(1)构成微生物体有机分子的骨架;
(2)大多数微生物的能源物质。
2、矿质元素(无机盐)为机体提供了必要的金属元素等
矿质元素主要功能:
1)、构成细胞组分。
如P、S、Mg(核酸、蛋白、酶、辅酶)
2)、构成酶的组分和维持酶的活性。
如(Mg、K、Ca)是组分和激活剂,Fe、P、Co、Zn是组分。
3)、调节渗透压、氢离子浓度、氧化还原电位等。
如P、Fe、Ca、K
4)、供给自养微生物能源。
如Fe、P、S。
5)、影响细胞分裂。
Fe大肠杆菌在分裂时缺铁,只核物质增长、延长而不分裂,细胞呈丝状生长。
微量元素之间有协同作用,也有拮抗作用。
如Fe、Zn、Mn可促进铜的作用,Mn却抵消Zn的促进作用。
再如Co和Ni与镁的拮抗作用。
(当镁的浓度低而Ni的浓度0.2Mg/L时,完全抑制产气杆菌的生长。
当镁的浓度为20Mg/L时,Ni的抑制作用极小)
3、生长因子是指微生物生长必需的但不能利用普通的碳源和氮源合成,需要从外界吸收的且需要量又很小的有机物质。
生长因子功能:
构成酶的辅基或辅酶
生长因子分类:
氨基酸
核苷
维生素
4、培养基:
是人工配制的适合微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养物质。
5、培养基的类型
6、培养基的配制
1、配制溶液;
按配方。
加入顺序:
1缓冲剂2无机化合物3微量元素化合物4维生素及生长素
根据需要加入螯合剂EDTA(加入浓度0.01%)或NTA(氮川三乙酸)避免产生金属盐沉淀。
2、调节pH值;
可用10%HCl或10%NaOH进行调节。
3、过滤;
用滤纸、纱布或棉花趁热将已配好的培养基过滤。
4、分装;
试管或锥形瓶。
5、加棉塞;
分装完毕后,需要用棉塞堵住管口或瓶口。
堵棉塞的主要目的是过滤空气,避免污染。
6、灭菌;
高压蒸气灭菌。
一般培养基:
1.05Kg/cm2,121.3℃,15-30min含糖培养基:
0.56Kg/cm2,112.6℃,15-30min
7、选择培养基
利用微生物对各种化学物质敏感程度的差异,在培养基中加入染料、胆汁酸盐、抗生素等,用以抑制非目的微生物的生长并使所要分离的微生物生长繁殖的培养基。
如缺氮培养基可分离到固氮微生物。
鉴别培养基
根据微生物的代谢特点,通过指示剂的呈色反应,用以鉴别不同微生物的培养基。
(伊红-甲基蓝培养基)鉴别大肠杆菌(菌落小,绿色光泽)和产气肠杆菌(菌落大,灰棕色)
8、微生物对营养物质的吸收方式
单纯扩散(称被动扩散)
单纯扩散的特点:
A、非特异性的B、吸收过程不发生化学变化C、运输动力
促进扩散
以细胞内外的浓度梯度为动力,在载体物质参与下,物质从浓度高的胞外向浓度低的胞内扩散。
(真核微生物)
主动运输
以代谢能为动力,在载体参与下,将物质从胞外向胞内转运。
基团转位:
被吸收物质以微生物的代谢能为动力,通过一个复杂的运输系统从胞外转运到胞内,并发生化学变化。
(厌氧细菌和兼性厌氧细菌)
9、基质(底物)水平磷酸化:
厌氧微生物或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,如发酵产生1,3—二磷酸甘油酸。
这一中间体将高能键交给ADP,生成ATP。
氧化磷酸化:
好氧微生物在呼吸时,通过电子传递体系产生ATP的过程。
光和磷酸化:
光引起叶绿素、菌紫素或菌绿素逐出电子,通过电子传递产生ATP的过程。
生物能量的转移中心是----ATP
10、营养类型
1、光能自养型(光能无机营养型)能够利用光能并以CO2作为唯一或主要碳源进行生长的微生物。
基本特点:
A、光合色素(叶绿素、细菌叶绿素)B、供氢体:
还原性无机物,还原CO2
红硫细菌,以H2S为电子供体,产生细胞物质,并伴随硫元素的产生。
2、光能异养型(光能有机营养型)
利用光能并以有机化合物作为唯一或主要碳源进行生长的一类厌氧微生物,又称有机光合细菌。
在生长时大多数需要外源的生长因子。
a.光合色素,光合作用b.供氢体:
有机物,还原CO2或有机物形成细胞物质
光能异养型微生物在C源利用上的特殊性:
以有机质作为主要C源,能利用CO2,但它不是唯一碳源。
3、化能自养型(化能无机营养型)
利用无机化合物氧化时(S、H2S、H2、NH3、Fe)释放的能量作为能源,利用CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长的一类微生物。
基本特点:
a.能源:
无机物氧化;
b.供氢体:
无机物,还原CO2;
c.CO2为唯一碳源。
典型实例:
硫化细菌、硝化细菌(亚硝酸菌和硝酸菌)、产甲烷菌、铁细菌
H2S、NO2-H2、Fe2+
亚硝化细菌
2NH4++3O2→2NO2-+2H2O+4H++132Kcal
硝化细菌
NO2-+1/2O2→NO3-+18.1Kcal
4、化能异养型(化能有机营养型)
以有机化合物为碳源,利用有机化合物氧化过程中产生的能量作为能源而生长的一类微生物。
它包括绝大多数的细菌、放线菌及全部的真菌。
有机物氧化b.碳源:
有机物
第五章
一、生长曲线:
在不补充营养物质或移去培养物,保持整个培养液体积不变条件下,以时间为横坐标,以菌数为纵坐标,根据不同培养时间时细菌数量的变化,可以作出一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线。
二、
适应期 对数期 稳定期 衰亡期
1停滞期(延迟期、滞留适应期)
特点:
细胞形态变大或增长,分裂迟缓、代谢活跃,对外界不良条件敏感,(如氯化钠浓度、温度、抗生素等化学药物)。
生长速率=0
产生原因:
(1)接种时的机械损伤引起
(2)细胞分裂必需因子的缺乏
在工业发酵和科研中通常采取一定的措施缩短延滞期
2对数期(指数生长期)
特点:
生长速率最大,即代时最短,菌体大小、形态、生理特征等比较一致,代谢最旺盛,细胞对理化因素较敏感
对数生长期的细菌个体形态、化学组成和生理特性等均较一致,代谢旺盛、生长迅速、代时稳定,所以是研究微生物基本代谢的良好材料。
它也常在生产上用作种子,使微生物发酵的迟缓期缩短,提高经济效益。
3稳定期(又称恒定期或最高生长期)
1)、细菌数量增加率为0,培养物中的活细胞数目达到最高值。
2)、部分细菌大量积累代谢产物。
3)、产芽孢的细菌开始产芽孢。
产生原因:
由于营养物质消耗,代谢产物积累和pH等环境变化,逐步不适宜于细菌生长,导致生长速率降低直至零(即细菌分裂增加的数量等于细菌死亡数量),结束对数生长期,进入稳定生长期。
发酵生产形成的重要时期(抗生素、氨基酸等),生产上应尽量延长此期,提高产量。
4、衰亡期
特点:
细胞死亡数增加,死亡数大大超过新增殖的细胞数,群体中的活菌数目急剧下降,出现“负生长”;
细胞进行内源性呼吸(因为营养缺乏),出现多形态、畸形或衰退形,芽孢开始释放;
因菌体本身产生的酶及代谢产物的作用,使菌体死亡;
衰亡期比其他各时期时间长,它的长短也与菌种和环境条件有关。
生长条件的进一步恶化,使细胞内的分解代谢大大超过合成代谢,继而导致菌体的死亡。
三、细菌生长曲线在污水处理中的应用。
按废水的水质情况(主要是有机物浓度),可利用不同生长阶段的微生物处理废水。
常规活性污泥法:
生长下降阶段的微生物(静止期、减速期)。
生物吸附法:
静止期。
高负荷活性污泥法:
对数期、减速期。
有机物含量低(BOD5:
COD<0.3)可生化性差的废水:
延时曝气法,衰亡期。
4、生存因子
环境条件一定范围的变化,影响形态生理生长繁殖
极端环境条件对微生物的影响:
死亡
1、温度高温:
蛋白质变性酶失活核糖体解体致死时间、致死温度
低温:
酶活性下降、新陈代谢缓慢
2、PH
污水处理中:
曝气池的PH维持在7左右,pH6.5—8.5均可大多数细菌、藻类和原生动物在这种PH下均能生长,尤其是形成菌胶团的细菌能相互凝聚形成良好的絮状物,净化效果好。
pH值对微生物生长的影响机制:
*影响膜表面电荷的性质及膜的通透性,进而影响对物质的吸收能力。
*改变酶活、酶促反应的速率及代谢途径,如:
酵母菌在pH4.5-5产乙醇,在pH6.5以上产甘油、酸。
*环境pH值还影响培养基中营养物质的离子化程度,从而影响营养物质吸收,或有毒物质的毒性。
3、氧化还原电位(Eh)178页
氧分压:
氧分压高,氧化还原电位高pH值:
pH值高,氧化还原电位高
还原剂:
如抗坏血酸,硫二乙醇钠,谷胱甘肽,硫化氢,铁等均可降低环境的氧化还原电位活性污泥法处理污水正常情况下,厌氧段的ORP<
-250mV,缺氧段在-100mV左右,好氧段>
40mV。
4,、溶解氧
与氧气关系
1、好氧微生物与氧的关系
氧对好氧微生物有三个作用:
*最终的电子受体;
*参与甾醇类和不饱和脂肪酸的生物合成;
*抵抗在利用氧的过程中产生的有毒物质。
如:
H2O2、过氧化物、羟基自由基(OH.)等,好氧微生物体内有相应的酶,过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶等分解上述物质。
空气中的氧分压为0.2×
101kPa。
高于此值,则微生物不能生存,低于此值,微量好氧微生物生长良好(最适氧浓度为0.5mg/L)。
在废水处理中夏季供氧不足,丝状细菌繁殖增加,需补充氧。
进水的BOD5为200-300mg/L,曝气池混合液悬浮固体的质量浓度为2-3g/L时,溶解氧的质量浓度要维持在2mg/L。
2、兼性厌氧微生物与氧的关系
兼性厌氧微生物既具有脱氢酶也有氧化酶。
在有氧和无氧条件下,其生理状态不同。
有氧时,氧化酶活力强,电子传递体系的组分正常存在;
无氧时氧化酶无活性,电子传递体系的组分消失。
在污水处理中:
兼性厌氧微生物在废水处理中,起水解和发酵等作用,将大分子的蛋白质、脂肪、碳水化合物水解为小分子的有机酸和醇。
在废水处理中会产生硝酸盐(NO3-)和亚硝酸盐(NO2-),在有氧和氨存在时,则生成亚硝酸胺,污染水体(致癌)。
可利用反硝化细菌将NO3-和NO2-转化为N2释放到大气中。
除氮工艺:
A/O(缺氧-好氧)系统,A2/O(缺氧-缺氧-好氧)或(缺氧-好氧-缺氧)系统等。
3、厌氧微生物与氧的关系
厌氧微生物分为两种:
专性厌氧微生物没有过氧化氢酶,有氧存在时代谢产生的NADH2和O2反应生成H2O2和NAD+,它没有过氧化氢酶,导致死亡。
没有超氧化物歧化酶,会被O2产生的O2.-杀死。
用在污泥的厌氧处理系统中。
五、防腐(antisepsis):
在某些化学物质或物理因子作用下,能防止或抑制微生物生长的一种措施
灭菌(sterilization):
指利用某种方法杀死物体中包括芽孢在内的所有微生物的一种措施。
消毒(disinfection):
利用某种方法杀死或灭活物质或物体中所有病原微生物的一种措施。
六不利环境因子对微生物影响
1、电离辐射
光复活---经紫外照射的菌体随即被放在蓝色可见光(510nm)下,损伤的细胞可恢复活力。
2、超声波
3重金属盐类
与带阴电荷的菌体蛋白质结合使其变性(Hg、Ag盐,与细菌酶蛋白的巯基结合导致酶失活)
4、有机化合物(酚、醇、醛、染料、合成洗涤剂)
5、化学药物
6、微生物之间的关系
1、竞争:
两个或多个群体共同依赖同一个生长基质或环境因素,结果一方或两方的群体大小或生长率受到限制的现象。
2、偏利共栖:
一群微生物得益,而另一群体不受影响。
(普遍)
3、互利共栖:
两个群体相互协作,达到在某一生境中共同生存的目的。
4、共生:
两个群体形成具有特殊结构、功能和绝对互利关系的高度专一的共生体。
地衣:
是由藻类或蓝细菌与真菌形成的共生体
5、偏害或拮抗:
某一微生物群体产生某种物质,使另一微生物群体生长受到抑制,而本身不受影响的现象。
6、捕食:
一种微生物直接吞食另一种微生物的现象。
原生动物对细菌的捕食
7、寄生:
一种微生物寄生在另一种微生物细胞中或细胞表面,从寄主中取得养料,并引起寄主病害或死亡。
噬菌体与细菌
蛭弧菌寄生于革兰氏阴性菌(蛭弧菌被噬菌体寄生-超寄生现象)
粘细菌对细菌的寄生:
依靠胞外酶溶解敏感菌群,释放出营养物。
第六章
一、1光复活:
经UV照射损伤的DNA在蓝色可见光(尤其是510nm)照射时DNA修复酶将受损区域两端的磷酸二酯键水解,切割低凹并插入新的核苷酸,修复DNA。
(光激活酶与T-T结合,光照时分解,释放出来,T-T解体)
2暗复活:
无光条件下的修复,又称切除修复作用。
内切核酸酶从T-T的5′—端切开一个3′—OH和5′—P的单链缺口;
外切核酸酶从5′—P至3′—OH方向切除T-T,扩大缺口(12-13个核苷酸;
DNA聚合酶合成新的DDNA;
连接酶连接。
3、切除修复
4、重组修复:
受损伤的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再经DNA聚合酶修复。
5、SOS修复:
在DNA受到大范围的重大损伤时诱导产生的一种应急反应,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(DNA多聚酶)修复DNA受损伤的部分。
6、适应性修复:
细菌由于长期接触低剂量的诱变剂如硝基胍会产生修复蛋白(酶),修复DNA上因甲基化而遭受的损伤。
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。
第七章
一、根际:
植物根系直接影响的土壤范围。
根际效应:
由于植物根系的组织细胞脱落和根系分泌物为微生物提供了丰富的营养和能量,因此在植物根系的微生物数量和活性常高于根外土壤这种现象称为根际效应。
根际效应的大小常用根系土和根外土中微生物数量的比值(R/S)来表示。
R/S比值越大根际效应越明显。
二、土壤修复(245页)
1、土壤污染
A来源:
含有机毒物和重金属的污水灌溉;
含有机毒物和重金属的污水的土地处理;
固体废弃物的堆放和填埋等的渗漏液;
地下储油泄露和喷洒农药。
B不良后果:
破坏土壤生态;
食物链;
病原转移。
2、土壤修复
利用土壤中天然的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降解和转化,是土壤恢复其天然功能。
3、土壤修复技术
A调查B制定方案C技术实施。
技术因素:
A微生物种B微生物营养C溶解氧D环境因子
4、土壤修复工程
(1)微生物修复
A原位处理:
生物通风。
B异位处理:
现场处理;
预制床法(挖掘堆放处理,三环以上的多环芳烃);
堆制处理(油田稀油和稠油);
反应器处理(1:
2,20~25℃);
厌氧生物修复(芳香烃)。
(2)植物修复
植物提取;
植物降解;
植物稳定化。
2、空气污染
1一般以室内1m3空气中细菌总数为500~1000个以上作为空气污染的指标。
空气污染的指示菌以咽喉正常菌丛中的绿色链球菌为最合适,它容易发现且有规律性。
空气微生物卫生标准可以以浮游细菌数为指标,或以降落细菌数为指标。
2、空气微生物的检测点数20~30个相对准确,最少5~6个。
3、培养温度和时间一般空气细菌37℃,48h细菌为31~32℃,24或48h。
真菌25℃,96h。
浮游菌最小采样量和最小沉降面积:
为避免“0”粒的概率,确保测定结果的可靠性,要考虑最小采样量。
在测降落菌时,要考虑最小沉降面积。
3、水体
1水体自净过程:
水体接纳了一定量的有机污染物后,在物理的、化学的及生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。
2、水体自净
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- 环境 微生物
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