环境微生物复习资料

第一章 绪论

1.生物分类的主要学说(六界学说、三域学说)

六界学说：病毒界（病毒）、原核生物界（细菌、放线菌、蓝细菌）、真核原生动物界（原生动物、藻类）、真菌界（酵母菌、霉菌）、植物界（低等、高等植物）、动物界（后生动物）

其中，病毒是不具有细胞结构的。

三域学说：古细菌域、真细菌域、真核生物域 2. 生物命名（双命名法）

生物的学名都是用拉丁文书写的，其中属名用名词，第一个字母大写；种名用形容词，第一个字母小写。如果打印，需用斜体。 学名=属名+种名 用拉丁文书写 3. 真核与原核（主要生物）

真核生物特点：细胞核发育完善，有核膜包裹的成形的细胞核，有核仁、染色体，进行有丝分裂

主要生物：除原核生物以外的生物，包括真核原生生物、真菌、后生动物、植物 原核生物特点：细胞核发育不完善，没有核膜包裹的成形的细胞核，没有核仁、染色体，进行无丝分裂。

主要生物：细菌、放线菌、蓝细菌 第二章 病毒——非细胞结构的超微生物 1.病毒的特点

⑴没有细胞结构，大多有蛋白质和一种核酸（DNA/RNA）组成，有的含有类脂和多糖 蛋白质：主要保护作用，决定特异性，致病性、毒力及抗原性 核酸：决定遗传、变异和对宿主细胞的感染能力

⑵专性寄生——没有核糖体和酶系统，不具有独立代谢的能力，只能依靠宿主细胞合成病毒的化学组成和繁殖新个体。 ⑶体积极小、形态多样 2.噬菌体的溶源性

噬菌体有毒性噬菌体和温和噬菌体两种类型。 毒性噬菌体：侵入宿主细胞立即使宿主细胞裂解死亡

温和噬菌体：侵入细胞以后核酸附着并整合到宿主细胞的DNA 上，和其同步复制，宿主细胞不裂解，继续生长

含有温和噬菌体的细胞称为溶原细胞，在溶原细胞中温和噬菌体的核酸称为原噬菌体或前噬菌体。

1

溶原性是遗传的，一旦发生变异，溶原噬菌体会转化为毒性噬菌体。 第三章 原核微生物 1.细菌的个体形态

球状、杆状、螺旋状、（丝状） 2.细菌的群体特征

在水体、潮湿土壤和活性污泥中，椭圆状和杆状的细菌一个一个连接成的外面带有透明化的粘性物质包裹（鞘）的一群细菌——丝状体。

菌落：单个的微生物接种到培养基上，在适宜的条件下培养一段时间，形成的一堆有无数个个体组成的肉眼可见的群体。

菌落特征：表面特征（光滑、粗糙，干燥、湿润……）、边缘特征（整齐、圆形……）、纵剖面特征（平坦、扁平、隆起、突起……） 3.细菌的细胞结构

一般结构：细胞壁、细胞质膜、细胞质、细胞内含物及细胞的核物质 特殊结构：鞭毛、荚膜、芽孢、黏液层、光合作用层片

⑴细胞壁：细胞外坚韧并略有弹性的薄膜（蛋白质、磷壁酸、肽聚糖、脂类）

作用：保护原生质体、维持细胞形态、阻挡某些分子进入和保留蛋白质在间质、为鞭毛提供支点

⑵细胞质膜：细胞壁和细胞质之间一层半透性的膜，可以选择性的吸收物质(磷脂双分子层、流动镶嵌模型)

作用：控制内外物质的交换（吸收营养、排泄废物）；为鞭毛提供附着位点；合成细胞壁的场所；膜上有许多重要的酶，是氧化供能的场所

⑶细胞质及其内含物（细胞膜以内，除了核物质以外的透明的粘稠性物质） 作用：含有各种酶系统，是新陈代谢的场所

内含物：细胞质中存在的各种颗粒（核糖体、内含颗粒），承担着不同的生理功能 ⑷核物质（DNA）

作用：决定和传递遗传性状

⑸荚膜（细菌分泌的包裹在细胞壁表面的粘性物质，与周围的环境有明显的分界边缘：多糖和多肽）

作用：保护功能；贮藏功能；在污水的处理中荚膜能吸附水中的有机物、无机物及胶体物质于表面，有利于对其的降解和吸收。 ⑹芽孢（细菌体内的内生孢子）

特点：壁厚，紧密结实；含水少；含有DPA；含有耐热性酶

功能：菌种鉴别的依据；抵抗不良环境的休眠体（菌种保存、灭菌指示、孔雀绿染色）

2

⑺鞭毛（蛋白质）

功能：运动器官；菌种鉴别的依据

观察：菌落边缘；光镜；染色；半固体培养基穿刺培养 4.细菌的革兰氏染色（过程和结果）

步骤：结晶紫初染、 革兰氏碘液媒染、95%乙醇脱色、番红复染 结果：革兰氏阳性菌为紫色，革兰氏阴性菌为红色 差异主要在结构和组成上：

革兰氏阳性菌：细胞壁较厚，含大量的肽聚糖，独含磷壁酸，不含脂多糖 革兰氏阴性菌：细胞壁较薄，含极少的肽聚糖，独含脂多糖，不含磷壁酸

革兰氏阳性菌的等电位比革兰氏阴性菌低，所带的负电荷更多，与结晶紫的结合能力大，不易被乙醇脱色；革兰氏阴性菌的脂质被乙醇溶解，增加了细菌细胞壁的孔径和通透性，乙醇很容易进入细胞进行脱色，革兰氏阳性菌则相反，脂质含量极低而肽聚糖含量极高，乙醇既是脱色剂又是脱水剂，使肽聚糖缩水缩小细胞壁的孔径，降低细胞壁的通透性，阻止乙醇进入细胞。 5.细菌表面的电荷及其意义

氨基酸是两性电解质，在碱性溶液中表现带负电荷，在酸性溶液中表现正负电荷，在某一pH溶液中（等电点），不带电荷（正负电荷相等）。由氨基酸构成的蛋白质也是两性电解质，也呈现一定的等电点。细菌细胞壁表面含蛋白质，所以，细菌也具有两性电解质的性质。已知G+菌的等电点在pH2~3，G-菌的等电点在pH4~5，革兰氏染色不稳定菌的等电点在pH3~4，而在一般情况下，细菌所处的环境pH为中性，或略偏碱或酸性，都高于细菌的等电点。所以细菌的游离氨基电离受到抑制，游离羧基电离，细菌表面带负电荷，加上细菌细胞壁的磷壁酸含有大量酸性较强的磷酸基，更加导致细菌表面带负电。

细菌表面带负电，与细菌对营养物质的吸收（pH变化导致带电性变化而使细菌对营养物质的吸收发生变化）、细菌的染色过程（由于细菌表面带负电，一般用带正电的染料进行染色），以及在杀菌消毒（水的消毒时，正电或中性的消毒剂的效果要更佳）等方面均有重要意义。

6.放线菌、蓝细菌的主要特点

放线菌特点：在固体培养基上呈现辐射状；菌丝相互缠绕，菌落质地紧密坚硬，表面成绒状或密实、干燥、多皱；孢子繁殖

蓝细菌特点：原核生物（不同于其他藻类）、具有叶绿素a，能进行放氧性的光合作用（不同于其他细菌） 第四章 真核微生物

1. 各大类微生物的分类地位和主要特点（形态）

真核微生物分为真核原生生物（原生动物及藻类）、真菌（霉菌、酵母菌和伞菌）及微型后生动物（轮虫及线虫）

3

原生动物是动物界中最低等、最原始、结构最简单的单细胞生物。其特点：单细胞；形态多样；没有器官分化，由分化的细胞器完成各项生理活动。

微型后生动物是除了原生动物以外的其他多细胞动物。其特点是：多细胞、形体微小、需借助显微镜才可看清。

藻类的一般特征：真核生物（除蓝藻外）、单细胞、多细胞或群体、大小和结构差异很大，具有叶绿素，光能自养，生长需要阳光，PH(6~8),中温性。

真菌属于低等植物，分类上单独列出成为真菌界。其一般特点：不同类型的真菌的形态、大小差异很大；少数为单细胞，多数为分支或是不分枝的丝状体；不具有叶绿体，不能进行光合作用；有细胞壁（几丁质、纤维素）；产生孢子（以有性或是无性的方式进行繁殖）。

2. 原生动物的运动方式

鞭毛纲（鞭毛）、肉足纲（伪足）、纤毛纲(纤毛)、吸管纲（幼体有纤毛，成虫纤毛消失）

3. 废水处理中原生动物的作用

鞭毛纲多在多污带和α-中污带中，活性污泥初期或是水质处理差的时候的指示生物。 肉足纲多在α-中污带和β-中污带中，在活性污泥的培养初期出现。

纤毛纲：游泳型的纤毛虫多在α-中污带或β-中污带中生活，少数在寡污带生活，在活性污泥的培养中期或者水质处理较差时出现。固着型的纤毛虫多在寡污带，少数在β-中污带中生活，是水体自净程度高，污水处理效果好的指示生物。

吸管纲多在β-中污带中生存，有的也在α-中污带和多污带中生存，在污水处理效果一般时出现。

4. 指示生物与水质的关系

多污带：多污带中含有蛋白质和碳水化合物，因此水体中主要为异养型的微生物（细菌和硫磺细菌）。

α-中污带：除了细菌以外，此时水体中出现吞食细菌的纤毛虫和轮虫，和大量藻类。 β-中污带：细菌数量减少，主要为各种藻类、轮虫、甲壳虫及昆虫并可能出现鱼类。 寡污带：生物种类极为丰富，还有大量的浮游植物和动物。 第五章 微生物生理 1.酶

生物体内合成的一种具有催化性能的蛋白质，它是生物催化剂。虽然有核酸酶的存在，但是我们一般认为酶的本质是蛋白质。 酶的催化特性：

①酶的除了具有一般催化剂的催化特性（只改变化学反应的速率，不改变化学平衡）。 ②催化的专一性

4

③酶催化作用条件温和 ④酶对环境条件极为敏感 ⑤酶具有极高的催化效率 2.辅酶和辅基

酶中的非蛋白质成分成为辅助因子，它可以是有机物、金属离子、有机物和金属离子。 与酶蛋白结合的牢固的称为辅基；与酶蛋白结合不很紧密的称为辅酶。 3.酶（蛋白质）的组成（氨基酸）

与其他蛋白质一样，组成酶的蛋白质是由20种氨基酸组成的。由氨基酸组成的不同的蛋白质其含氮量为16%。 4.蛋白质的结构

氨基酸之间通过肽键（-CO-NH-）形成多肽链。多肽链之间或者一条多肽链弯曲后相邻的基团通过金属键、范德华力等作用相连接，形成蛋白质的空间结构。 一级结构：多肽链氨基酸残基的排列顺序，也是蛋白质最基本的结构。

二级结构：多肽链借助氢键沿一维的方向排列成具有周期性结构的构象，是多肽链局部的空间结构，它是构成多肽链高级结构的基本要素。

三级结构：针对球状蛋白质而言的，氢键，盐键，疏水键维持稳定，是指整条多肽链由二级结构元件构建的总三维结构。

四级结构：亚基与亚基之间通过疏水作用等次级键结合成为有序排列的空间结构。少数酶具有四级结构。

5.胞外酶、胞内酶和表面酶

酶按照作用的位置进行分类可以将酶分为：胞外酶、胞内酶和表面酶。 6.诱导酶及其意义

只有在培养基中有其底物时才能生成的酶称为诱导酶。

意义：这种适应性的现象对于生物来说是一种节约，在环境工程领域使微生物降解自然界中不常见的物质成为可能。 7.酶的活性中心

酶蛋白分子中与底物结合，并起催化作用的小部分氨基酸微区。组成酶的活性中心可以是多肽链上不同部位的氨基酸区域。 8.新陈代谢

微生物从外界不断地摄取营养物质，经过一系列的生物化学反应，变成细胞的组分同时将产生的废物的排出体外，这个过程成为新陈代谢。

新陈代谢包括同化作用（合成物质、吸收能量）和异化作用（分解物质、释放能量）。 9.微生物体的化学组成

5

水和干物质（蛋白质、核酸、糖类、脂类还有无机的各种元素） 元素：C/H/O/N有机元素

矿质元素：大量元素（细胞结构、物质组成、能量转移和原生质胶体状的维持）、微量元素（含量少，不可缺少，具有重要的生理功能——酶的激活） 10.微生物需要的营养物质和营养类型

营养物质：水（保证营养物质的吸收和利用；保证各种生物化学反应的正常进行）、碳源（构成细胞的含碳物质的骨架；为生物的生长、繁殖及运动提供必要的能量）、氮源（提供微生物合成蛋白质的原料，一般不充当能源）、无机盐（构成细胞的组分；构成酶的组分并保证酶的活性；调节渗透压、氢离子浓度、氧化还原电位等；供给自养微生物能源）、生长因子（维持生命活动必需的但是含量需求不大的营养物质）。 营养类型：光能型微生物、化能型微生物

无机营养微生物（自养微生物，不需要外界提供含碳的有机物）、有机营养微生物(异养性微生物，腐生性、寄生性)、混合营养微生物 11.营养物进入细胞的方式（运输过程）

被动运输（单纯扩散、促进扩散）、主动运输（主动运输、基团转位）

⑴单纯扩散：物理过程，从高浓度到低浓度，不消耗能量，非特异性，扩散速度慢 ⑵促进扩散：需要载体蛋白或渗透酶；从高浓度到低浓度；不消耗能量；具有特异性 ⑶主动运输：逆浓度梯度；消耗能量；需要渗透酶

⑷基团转位：逆浓度梯度；消耗能量；被运输的物质发生了变化；需要渗透酶；主要用于糖的运输

12. 生物氧化的本质 氧化还原作用的统一过程 13.微生物的能量代谢过程

ＡＴＰ产生的途径：底物水平磷酸化、氧化磷酸化、光合磷酸化 发酵——以分解过程中的中间代谢产物（小分子的有机物）为电子受体 好氧呼吸——以氧气为电子受体

无氧呼吸——除氧气以外的无机化合物作为电子受体 14.好氧呼吸的过程

⑴葡萄糖的酵解ＥＭＰ（同发酵过程） ⑵三羧酸循环ＴＣＡ 具体参见第１４１页图解 第六章 微生物的生长和影响因子 1.世代时间

6

单细胞生物的世代时间：两次细胞分裂之间的时间 多细胞生物的世代时间：两次繁殖之间的时间 2.细菌的生长曲线 见第１６５页图

⑴停滞期：细菌生长但不分裂（易发生变异） 影响因素：接种量、菌龄、营养条件 ⑵指数期（对数期）

⑶静止期：停止了迅速生长繁殖，消耗了大量的营养物质，同时代谢产物的大量积累对细菌产生了毒害作用；另外生长环境也变得不利使得生长速率的减缓至零。 在静止期中，细菌的总数达到最大，芽孢菌开始形成芽孢。 ⑷衰亡期：细菌进入内源呼吸阶段

从根本上来说，细菌不同的生长阶段是由外界提供的营养物质的量决定的，即负荷（Ｆ＼Ｍ） 3.灭菌与消毒

灭菌即杀死一切微生物而消毒仅仅是杀死致病的微生物。

高温灭菌的方式有灼烧、干热灭菌、湿热灭菌。灭菌效果取决于芽孢。 高温消毒的方式有巴氏消毒、煮沸等。 防腐：阻止微生物的生长繁殖 4.温度、渗透压等对微生物的影响

温度：高温使微生物的蛋白质发生凝固不可逆的变性，导致微生物的死亡。 低温使问生物的代谢活力降低，生长缓慢或停止，但不致死。 ＰＨ：影响蛋白质的解离，从而影响细胞的表面电荷，影响营养物质的吸收； 影响营养物质的离子化，影响其进入细胞； 影响酶的活性； 降低抗热性

渗透压：等渗溶液、低渗溶液（使细胞吸水膨胀）、高渗溶液（使细胞失水死亡）。 抗生素：影响细胞壁的合成；破坏微生物的细胞质膜；抑制蛋白质的合成；干扰核酸的合成

5. 微生物之间的相互关系 分为种内竞争和种间竞争

⑴竞争关系：不同的微生物对于资源发生竞争使得双方都受到不好的影响

7

⑵原始合作关系（互生关系）：两种可以单独生存的微生物共生，互为有利。可合可分，合比分好。

⑶共生关系：两种不能单独生存的微生物共存，互为有利，彼此分离就不能很好的生存。（地衣——真菌和蓝细菌的共生体）

⑷偏害关系（拮抗关系）：一种微生物在其生命活动中，产生某种代谢产物或着改变环境条件，从而抑制其他微生物的生长繁殖，甚至杀死其他的微生物。 ⑸捕食关系：一种微生物吞食另一种微生物

⑹寄生关系：小型的微生物生长在较大的微生物体表或体内，从后者获取营养，进行生长繁殖，使后者蒙受损害甚至被杀死。 第七章 遗传和变异 ⒈DNA和RNA的分子结构

DNA是由两条脱氧核苷酸链配对而成的，两条链彼此互补，以右螺旋的方式绕一根主轴相互盘绕而成，四种碱基通过氢键相互配对。A腺嘌呤T胸腺嘧啶 G鸟嘌呤C胞嘧啶 RNA与DNA类似，不同的是以核糖核苷酸 代替脱氧核糖核苷酸，以尿嘧啶代替胸腺嘧啶。（m RAN r RNA t RNA 反义RAN） ⒉DNA的变性与复性

DNA的双螺旋结构依靠碱基之间的氢键维持，当天然的DNA 双链在受热或其他因素的作用下，两条链之间的结合力被破坏形成分开的单链DNA,即成为DNA的变性。 变性的DNA溶液经过适当的处理以后重新变为天然的DNA的过程称为复性。 ⒊紫外线的作用机理

紫外线辐射的生物学效应主要是引起DNA的变化。DNA链上的碱基对紫外辐射很敏感。因为碱基吸收的光波波长和紫外辐射发射波长非常相近，DNA 强烈吸收紫外辐射引起DNA结构变化。

⒋基因突变和修复机制

在微生物遗传过程中，由于某种因素的影响，DNA上的碱基发生差错，出现碱基的缺失、置换和插入，改变了基因内原有的碱基顺序，导致后代的性状改变，当这种性状可以遗传的时候，就是发生了突变。

修复机制：当DNA分子受到损伤后，细胞会利用某种方式进行修复，以保证遗传信息的正确传递。这种修复的能力有限。共有5种方式：光复活、切除修复、重组修复、SOS修复、适应性修复 第八章 微生物生态 1. 土壤和空气的生态条件 土壤的生态条件：

营养：富含无机物和各种有机物 PH：3.5~8.5 适合微生物生长

8

渗透压：属于低渗溶液或等渗溶液，有利于微生物吸收水分和营养 氧气和水：土壤具有团粒结构，有空隙，可以保持一定的空气和水分 温度：土壤具有良好的保温性，温度的变化范围小于空气 保护层：土壤表层有几毫米厚的保护层，可以阻挡紫外线的辐射 空气的生态条件：

紫外线，干燥、温度变化大、缺少营养等，所有这些条件决定了空气并不适合微生物生长繁殖。

2. 水体的自净过程与净化容量

水体在接纳一定的有机污染物以后，在物理的、化学的及水生物等因素的综合作用下得到净化，水质恢复到污染前的水平和状态，叫做水体自净。 自净容量是指在水体正常生物循环中能够净化有机物的最大数量。 过程：

⑴污染物排入水体后被水体稀释，有机和无机固体物沉降到河底

⑵水体中的好氧微生物利用水体中的溶解氧将有机物分解为简单有机物和无机物 ⑶水体中的溶解氧逐渐恢复 ⑷自净完成

3. 污化系统及其应用

毒物或污染物排入水体后水质发生一系列变化，接近污染源的污染的往往比较严重，因河水有自净能力，随距离增加河水逐渐净化。根据这个原理将水体划分为一系列的带，并存在相应的生物群落，耐污的种类数量逐渐减少，而不耐污的种类和数量逐渐增加。 应用污化系统时应注意两点： 1、只适用于有机废水（无毒） 2、只能做定性的描述 4. 指示水体自净的指标

P/H指数：P表示光合自养型的微生物，H表示异养型的微生物 氧浓度昼夜变化幅度和氧垂曲线

5. 水的微生物检验（细菌总数、总大肠菌数、耐热性大肠菌群）及方法

细菌总数：一毫升水样在营养琼脂培养基中，于37摄氏度下培养24小时后所生长出的细菌菌落总数。

总大肠菌数：多管发酵法（MPN）和滤膜法

MPN: a）初步发酵实验 b）平板分离 c）复发酵实验

9

耐热性大肠菌群：区别在于培养温度44.5度 6. 衡量水体污染的指标（有机污染） 1）BIP指数 BIP=B/(B+A)

A表示有叶绿素的微生物数，B表示无叶绿素的微生物数 BIP 指数越小越好

2）CFU:一毫升水样在营养琼脂培养基中，于37摄氏度下培养24小时后所生长出的细菌菌落总数。

3）总大肠菌群（大肠菌群、大肠杆菌群） 第九章和第十章

1.微生物在物质循环过程中的作用

微生物是自然界的分解者，它们能将物转有机化为无机物，在此过程中微生物获得能量及营养物质合成细胞，然后微生物又成为其他生物，特别是浮游生物的食物，从而形成自然界的食物链。

此外很多微生物还能利用无机化合能或光能和无机化合物合成自身细胞进入食物链，所以说微生物在营养元素的物质循环及食物链中起着十分重要的作用。 2.有机物的分解（水解）：纤维素、淀粉、脂肪

纤维素：首先必须经过微生物胞外酶（水解酶）的作用，使之水解成可溶性的较简单的葡萄糖后，才能被微生物吸收。

β-1，4-内切葡聚糖酶：随意切割使纤维素成为小的纤维素片段

β-1，4-外切葡聚糖酶：从还原端开始每次水解两个葡萄糖单体，产生纤维二糖。 淀粉：α-1，4-葡萄糖苷键（不分支） α-1，6键（分支） 淀粉→糊精→麦芽糖→葡萄糖 脂肪：

脂肪+3水=甘油+3高级脂肪酸（在脂肪酶的作用下） 甘油 在一系列作用后形成丙酮酸进入TCA循环

脂肪酸：通过β氧化途径进行氧化，每次断下一个乙酰辅酶A，进入TCA循环，如果是基数的话最后形成丙酮酸。 3.硝化作用与反硝化作用 硝化过程：NH3 NO2- NO3- 反硝化过程：NO3- NO2- N2 4.活性污泥与污泥膨胀

活性污泥是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物与废水中的有机物和无机固体物混凝交织在一起形成的絮状物。

10

由于某些环境条件的改变，活性污泥发生膨胀现象，此时，二沉池中发生泥水分离困难，池面飘泥严重，造成出水水质极差。膨胀一般认为是活性污泥中菌胶团中细菌和丝状细菌竞争的结果。

控制方式：控制DO、控制有机负荷、改善工艺

11

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4tng.html