环境工程微生物学

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。

（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。 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。

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。 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，一个宿主细胞可释放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EscherichiacoilK12（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、（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。

9.噬菌体在液体培养基和固体培养基中各有什么样的培养特征。

答：噬菌体在固体培养基上的培养特征如上；

噬菌体在液体培养基上的培养特征是：将噬菌体的敏感细菌接种在液体培养基中，经培养后敏感细菌均匀分布在培养基中而使培养基浑浊。然后接种噬菌体，敏感细胞被噬菌体感染后发生菌体裂解，原来浑浊的细菌悬液变成透明的裂解溶液。

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。

PFU是指病毒空斑单位（plague formation unit）

n瓶内空斑平均数×病毒稀释度 ηPFU = ——————————————— 每瓶的病毒接种数

11.破坏病毒的物理因素有哪些？它们是如何破坏病毒的？

答：共有三类：

1．温度：高温使病毒的核酸和蛋白质衣壳受损伤，高温对病毒蛋白质的灭活比病毒核酸的灭活要快。蛋白质的变性阻碍了病毒吸附到宿主细胞上，削弱了病毒的感染力。 2.光及其他辐射：①紫外辐射：其灭活部位使病毒的核酸，使核酸中的嘧啶环收到影响，形成胸腺嘧啶二聚体，尿嘧啶残基的水和作用也会损伤病毒。②可见光：在氧气和燃料存在的条件下，大多数肠道病毒对可见光很敏感而被杀死，这叫“光灭活作用”；燃料附着在核酸上，催化光催化作用，引起病毒灭活。③离子辐射：X射线、r射线也有灭活病毒的作用。 3干燥：被灭活的原因是在干燥环境中病毒RNA释放出来而随后裂解。

12.紫外线如何破坏病毒？

答：紫外线照射到病毒之上，其灭活部位是病毒的核酸，是核酸中的嘧啶环受到影响，形成胸腺嘧啶二聚体（即在相邻的胸腺嘧啶残基之间形成共价键）。尿嘧啶残基的水和作用也会损伤病毒。

13.灭活宿主体外壳的化学物质有哪些？他们是如何破坏病毒的？

答：酚：破坏病毒蛋白质的衣壳。

低离子强度（低渗缓冲溶液）的环境：使病毒蛋白质的衣壳发生细微变化，阻止病毒附着在宿主细胞上。 附加：碱性环境课破坏蛋白质衣壳和核酸，当pH大到11以上会严重破坏病毒。氯(次氯酸、二氧化氯、漂白粉)和臭氧灭活效果极好，他们对病毒蛋白质和核酸均有作用。

14.破坏病毒的蛋白质衣壳、核酸和脂类被膜的化学物质有哪些？

答：破坏病毒蛋白质衣壳的化学物质有：酚，低离子强度； 破坏病毒核酸的化学物质：甲醛（破坏核酸，但不改变病毒的抗原特性），亚硝酸（导致嘌呤和嘧啶碱基的脱氨基作用），氨（引起病毒颗粒内RNA的裂解）；

破坏病毒脂类被膜的化学物质：醚、十二烷基硫酸钠、氯仿、去氧胆酸钠等。

15.你怎么判断病毒有、无被膜？

答：凡对醚类等脂溶剂敏感的病毒为有被膜的病毒； 凡对脂溶剂不敏感的病毒为不具被膜的病毒。

16.病毒在水体和土壤中的存活时间主要受哪些因素影响

答：病毒在各种环境中由于影响因素的不同，其存活时间也是不同的。 ①病毒在水体中的存活：在海水和淡水中，温度是影响病毒存活的主要因素，也与病毒类型也有关。在水体淤泥中，病毒吸附在固体颗粒上或被有机物包裹在颗粒中间，受到保护其存活时间会较长一些。 ②病毒在土壤中的存活：主要受土壤温度和湿度的影响最大，低温时的存活时间比在高温时长；干燥易使病毒灭活，其灭活的原因是病毒成分的解离和核酸的降解。

【附】：土壤的截留病毒的能力受土壤的类型、渗滤液的流速、土壤孔隙的饱和度、pH、

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