微生物复习题.docx

基础微生物学部分的思考题1. 什么是环境微生物学？它研究的内容包括哪些？它的英文是什么？答：环境微生物学（Environment Microbiology）是重点研究污染的微生物学。主要包括污染物对微生物活动的影响，微生物活动对污染物的降解、转换和环境质量变化的影响。2. 环境微生物学与微生物学、微生物生态学和微生态学有何关系？1) 与微生物学关系 是微生物学的一个重要分支.2) 与微生物生态学的关系 微生物生态学 (Microbial Ecology) 便是指研究微生物与其周围生物和非生物环境之间相互关系的一门科学。微生物生态学包括研究非污染环境和污染环境中的微生物学；3) 微生态学 (Microecology) 是研究细胞水平的生态学。这就说明微生物生态学是宏观生态学；而微生态学是生态学的微观层次。3. 研究环境微生物学有什么重要的意义？答：.微生物微小，生理生化功能多样，代谢能力强，易适应新环境，遗传功能易于改造，繁殖速度快，能彻底净化环境污染物，不会造成二次污染，同时处理污染只需在常温常压下进行。.环境污染物或某些微生物转化产生的一些物质对人体和生态平衡危害极大，所以开展污染生态中微生物降解污染物的途径、降解程度和降解速度的研究，可以给环境医学和环境保护对策提供理论依据。自然界有许多微生物是人、动物和植物的病原菌，像这样的微生物我们应设法控制他们的生长和扩散。.人们生活工作中将人工合成物排放到自然界之前都应经过微生物可降解实验研究，以便判断该化合物对环境产生的研究。4. 微生物和微生物学有何区别？它们的英文各是什么？答：微生物（Microorganism）：个体微小、结构简单的微生物，包括病毒、真菌、古菌、放线菌、丝状真菌、酵母菌、单细胞藻类。微生物学（Microbiology）：研究微生物生态结构和功能、生理生化、遗传变异、进化、分类、生态及其应用的一门科学。5. 巴斯德是微生物学之父还是微生物之父？ 为什么？答：微生物学之父。巴斯德根据曲颈瓶实验彻底推翻生命的自然发生说，从此微生物学这门学科开始发展，可以说巴斯德是创建微生物学的奠基人。6. 什么是柯赫原则？答：证明某种微生物是否为某种疾病病原体。1) 病原体伴随病毒存在；2) 一定能从病害身体分离出病原体并体外培养；3) 体外培养物能感染新宿主；4) 能从新宿主分离病原体。7. 最大和最小的细菌各是什么？答：小：支原体Mycoplasma 大：纳米比亚硫珍珠状菌Thiomargarita namibiensis8. 真细菌和古菌有什么不同？真核微生物和原核微生物有什么不同？答：真细菌：细胞壁含典型的肽聚糖（其中支原体没有细胞壁），细胞膜磷脂的脂肪酸与甘油的链接是通过酯键。古菌：除热原体无细胞壁外，其余也都有细胞壁，但细胞壁中无真正肽聚糖，而是多糖、糖蛋白或蛋白组成。细胞膜磷脂的脂肪酸与甘油之间通过醚键连接。真核：原核：基因组DNA悬浮在细胞质中无核膜包被，无单位膜组成的细胞器，核糖体为70S型，基因中一般没有内含子。原核细胞结构可以分为：荚膜、细胞壁、细胞质膜、细胞质、芽胞、鞭毛等。9. 细菌细胞壁的功能是什么？ 经过Gram染色， 不同种的细菌细胞为什么有些是红的，有些是紫的？答：细菌细胞壁功能：a.固定细胞外形 b.协助鞭毛运动 c.保护细胞受到外力的损伤 d.为生长细胞分裂所必须 e.阻拦大分子物质进入细胞 f.与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性密切相关。革兰氏染色的差异主要基于细菌细胞壁的特殊化学组分。通过初染和媒染，在细菌细胞的膜和原生质体上染上了不溶于水的结晶紫与碘的大分子复合物。G+菌由于细胞壁较厚，肽聚糖含量较高，其分子交联度较紧密，故在用乙醇洗脱时，肽聚糖网孔会因脱水明显收缩，再加上阳性细菌的细胞壁上基本不含类脂，故乙醇处理不能在壁上溶出缝隙。因此结晶紫与碘复合物仍牢牢阻留在其细胞壁内，使其呈紫色。G-菌细胞壁薄，肽聚糖含量低，交联松散，故遇乙醇后，肽聚糖网孔不易收缩，加上它类脂含量高，所以当乙醇把类脂溶解后，在细胞壁上就会出现较大的缝，这样结晶紫与碘的复合物就极易被溶出细胞壁。因此乙醇脱色，细胞又呈无色，再经番红等复染，使其显红色。10. 真细菌细胞膜有哪些重要的功能？真细菌细胞膜、古菌细胞膜和真核微生物细胞膜有何不同？答：真核微生物细胞膜功能：a.控制细胞内外的物质（营养物质和代谢废物）的运输和交换 b.维持细胞内正常渗透压的屏障 c.合成细胞壁各种组分（脂多糖、肽聚糖、磷壁酸）和荚膜等大分子的场所 d.进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地 e.许多酯和电子传递链的所在部位 f.鞭毛的着生点，且提供其运动所需的能量。真细菌细胞膜：脂肪酸甘油酯，胆固醇少见。古菌细胞膜：聚异戊烯或植烷甘油醚，胆固醇尚不清楚。真核微生物细胞膜：脂肪酸甘油酯，多有胆固醇。11. 细菌的聚-beta-羟丁酸、异染颗粒和磁小体在环境微生物学和其他方面有何重要的用途？ 答：聚-beta-羟丁酸（PHB）：存在于许多细菌包括古菌的细胞质内，属于类脂性质的碳源类储藏物。功能：储藏能量，碳源和降低细胞渗透压。因为她无毒、可塑、易降解，所以是生产医用塑料、生物可降解塑料的良好材料，与污水处理系统地细菌除磷有密切关系。异染颗粒（metachromatic granules）：存在于细胞质中，它是无机偏磷酸的聚合物，一般是在含磷丰富的环境中形成，功能是储藏磷元素和能量，并可降低细胞的渗透压。磁小体（Magnetosome）：存在于细菌细胞质中具有磁性的颗粒。其主要成分是Fe3O4,外层具有由磷脂, 蛋白质或糖蛋白组成的膜。功能是导向作用，借助鞭毛的作用借助鞭毛的作用往泥水界面的微好氧环境移动。它可用于生产磁性定向药物或抗体，制造生物传感器等。12. 现在由塑料引起的污染十分严重， 你认为应采取哪些方法防止塑料的进一步污染？答：a.少用 b.使用可降解塑料 c.寻找、开发可以降解塑料的细菌13. 什么是芽孢？芽孢有哪些重要的生物学功能？芽孢抗逆的机理是什么？答：芽孢：某些细菌在其生长发育过程中在细胞内形成一个圆形或椭圆形，壁厚，含水量低，具有很强抗逆性的休眠体。（某些细菌在其生长发育后期，可在细胞内形成壁厚、质浓、折光性强并抗不良环境条件的休眠体。生物学功能：a.抗热、抗辐射、抗化学药物、抗静水压等能力 b.休眠能力强，在休眠期间，无任何代谢活力，一般芽胞在普通条件下可保存几年至几十年活力。芽胞的抗逆机理：.渗透调节皮层膨胀学说芽孢的耐逆性是由于存在于芽孢衣对多价阳离子和水份的透性很差和皮层离子强度很高的原因, 从而使皮层产生很高的渗透压去夺取芽孢核心中水分, 其结果是造成皮层的充分膨胀, 而核心部分的细胞质却变得高度失水, 因此导致核心具有很强的耐热性。.其他学说细菌在芽孢形成过程可以合成大量的DPA-Ca, 而在营养体细胞中不合成这些物质, 所以许多人认为Ca2+与DPA的耦合作用使芽孢中的生物大分子物质形成一种稳定而耐热性很强的凝胶。 还有认为芽孢中存在的小分子酸溶性结合蛋白可以中和DNA的酸性, 也可以保护它免于被射线和化学杀菌物质的伤害。14. 细菌的伴孢晶体在生态中有什么重要的意义和应用价值？答：伴孢晶体：少数芽胞杆菌可在形成芽胞的同时，在细胞中形成碱溶性的蛋白晶体，它的组成是d-内毒素, 由18种氨基酸组成的蛋白质, 由质粒编码合成。由于其对200多重昆虫, 特别是鳞翅目的幼虫有杀伤作用, 所以利用它制备成生物杀虫剂。15. 细菌鞭毛有什么重要的功能和用途？鞭毛如何推动细菌细胞进行运动？答：功能：运动；附着和致病；附着和成膜作用。用途：鞭毛在细菌着生的位置是细菌分类鉴定的重要依据。运动：鞭毛顺时针方向转动，细菌往前跑；逆时针方向转动，细菌进行翻滚。S-M环十分类似于马达的转子, 它被一对相当于马达定子的Mot蛋白 (Mot A 和Mot B)包围, 由Mot蛋白中的跨膜质子通道引导膜外的质子流入膜内, 从而驱动S-M环快速旋转. 在S-M环的基部还存在一个Fli蛋白, 它是由Fli G, Fli M和Fli N组成的, 该三个蛋白质合称为C环, 这些蛋白质可以依据细胞提供的信号, 指令鞭毛的正向或逆向旋转, 从而决定细胞是往前跑, 还是进行翻转. 这些运动的能量来自于细胞膜内外的质子梯度, 鞭毛每转一周需消耗1000个质子.16. Sex pili有何重要的生物学功能？ 答：在不同性别的菌株件传递DNA片段，有的性菌毛还是RNA噬菌体的吸附受体。17. 请简要介绍蛋白质在真核细胞中如何被加工和分泌的？答：首先蛋白质在粗面内质网上的核糖体中被合成加工，初步加工过的蛋白质在运送到高尔基体重进一步浓缩加工，进入分泌小泡，分泌小泡与细胞膜融合，把蛋白质分泌到细胞外。18. 酵母菌线粒体DNA结构和功能各是什么？答：线粒体DNA是用于合成一部分线粒体自身特有蛋白质的闭合双链环状DNA分子。类似于原核生物拟核中的DNA。它的复制是相对独立进行的，其编码大量的呼吸酶。19. 微生物所需的营养可以总结为CHONPS，它们各是代表什么？答：C: carbon O: oxygen H: hydrogen N: nitrogen S: sulfur P: phosphorus微生物细胞中的大量元素。20. 微生物营养类型有四种，它们分别是什么？微生物营养类型的分类依据是什么？答：光能无机自养菌（Photolithoautotrophy）：具有光合色素，能利用光能并以水或还原态无机物为供氢体同化CO2的微生物。光能有机异养菌（Photoorganoheterotrophy）：利用光能，以简单有机物（有机酸、醇等）为供氢体同化CO2。化能无机自养菌（Chemolithoautotrophy）：通过氧化无机物获得能量并以CO2为重要或唯一碳源。化能有机异养菌（Chemoorganoheterotrophy）：以有机化合物为碳源，以有机物氧化产生的化学能为能源。根据微生物所需能源（光能/化能营养菌）、碳源（自/异养菌）、氢或电子供体（无机/有机营养菌）的不同来划分微生物。21. 造成微生物需要生长因子的原因有哪些？这些生长因子包括哪些？答：许多微生物缺少一种或多种基本的酶，因此他们不能合成所有微生物生长不可或缺的成分，而必须从环境中获得它们或者他们的前体。包括：Amino acids氨基酸、purines嘌呤、pyrimidines嘧啶、vitamins维生素。22. 没有水就没有生命，那么没有光就没有生命吗？在长期没有光的地方，微生物所需的能源物质是什么？答：没有光也可以有生命，如化能无机营养型或有机营养型的微生物。能源物质：NH4+ 、NO2- 、H2S 、S 、S2O32- 、 Fe2+ 、H2 、有机物等。23. 在微生物营养物质运输中简单扩散、促进扩散、主动运输和基团转位有哪些共同点和不同之处？答：运输方式：A.不需要通过膜上的载体蛋白简单扩散 B.通过膜上载体蛋白：a.不耗能促进扩散 b.耗能：I.运输后溶质分子不变：主动运输 II.运输后溶质分子改变：基因转位简单扩散（被动扩散）：由于细胞质膜内外营养物质的浓度差而产生的物理扩散作用。扩散是非特异性的，扩散速度取决于营养物质的浓度差、分子大小、溶解性、极性、pH、离子强度和温度等因素。不需要膜上载体蛋白参与，不耗能。运送：水、水溶性气体或小的极性分子（尿素、甘油、乙醇等）。促进扩散：借助细胞膜上的载体蛋白（大部分载体是诱导酶, 只有当环境存在所需要的营养物质时, 细胞才合成载体, 并参与运输。）的协助，但不耗能。扩散动力仍然是养料在细胞质膜内外的浓度差，不消耗能量，最终使膜内外浓度动态平衡。特点：a.特异性，即特定的渗透酶只能与特定的养料分子或结构相近的分子结合 b.能提高养料的运输速度，提前达到平衡 c.当膜外养料浓度过高时，由于载体数量有限而表现出饱和效应。主动运输：将营养物质逆自身浓度梯度由稀处向浓处移动，并在细胞内富集的过程，耗能。主动运输中的载体蛋白还能改变反应的平衡点，同向/逆向通道进行的物质运输统称为协同运输。多数主动运输系统被离子梯度中储存的能量驱动，而不是抗ATP水解获能。特点：a.具有特异性 b.耗能 c.逆浓度梯度运输 d.能改变养料运输反应平衡点基团转位：需要特异性载体蛋白和消耗能量的运输方式，但养料在运输前后分子结构发生改变，一般转运葡萄糖、果糖、甘露糖、核苷酸、丁酸和嘌呤等物。简单扩散促进扩散主动运输基团转位载体蛋白无有有有运输速度慢快快快溶质运输方向由浓向稀由浓向稀由稀向浓由稀向浓平衡时内外浓度相等相等内高内高特异性无有有有能量消耗不耗能不耗能耗能耗能运输前后溶质分子不变不变不变变载体饱和效应无有有有与溶质类似物有无竞争性无有有有运输抑制剂无有有有运输对象水, 脂肪酸, 乙醇, 甘油, 苯, 氧气, CO2和某些氨基酸SO42-、PO43-，部分氨基酸、单糖、无机盐部分氨基酸，乳糖等糖类，Na+、Ca+等离子葡萄糖、果糖、甘露糖、核苷酸、丁酸、嘌呤、脂肪酸24. 谈谈配制培养基有哪些基本原则？谈谈基础培养基, 富集培养基和鉴别培养基有哪些用途？答：基本原则：a.根据培养的微生物营养类型，培养基必须有合适的营养物质 b.营养物质浓度和配比必须合适 c. pH、盐度、渗透压的不同要求培养基必须有合适的pH、盐度、渗透压 d.应控制合适氧化还原电位 e. 培养基原料应是经济廉价，易于获得，特别是应使用工农业生产的副产物，同时应考虑不会对周围生态和人类健康造成不利的影响 f. 大规模发酵用的培养基应加安全，并对微生物生长和代谢有利的消泡剂 g. 培养基经过合适的方法进行灭菌处理。基础培养基：指能够满足某些微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基。富集培养基：在基础培养基中加入某些特殊的营养物质制成的培养基, 如加入血清, 酵母提取物等, 用于培养需要复杂营养物质的微生物, 微生物在这些培养基中生长迅速, 可以排除其他微生物的生长。鉴别培养基：用于区别不同类型微生物的培养基. 在培养基中加入某种特殊化学物质, 某种微生物在该培养基中生长后能产生某种特殊的代谢产物与培养基中的特殊产物发生特异的化学反应, 产生明显的特征变化, 如颜色等. 这些培养基可以用于微生物快速分类鉴定和筛选可以产生某些特殊产物的微生物。选择培养基：在基础培养基中加入某种微生物特殊需要的营养物或加入一些抑制不需要微生物生长繁殖的物质的培养基, 而选择性地培养我们所需要的微生物的。25. 获得纯培养物的方法有涂布平板法、平板划线法、倾注平板法和富集培养法， 这些方法的技术要点是什么？答：涂布平板法：先将已熔化的培养基导入无菌平皿，制成无菌平板，冷却凝固后，将一定量的某一稀释度样品悬液滴加在平板表面，再用无菌玻璃涂棒将菌液均匀涂布至整个平板表面，经培养后挑去单个菌落。平板划线法：用接种环以无菌操作蘸取少许待分离的材料，在无菌平板表面进行平行划线、扇形划线或其他形式的连续划线，微生物细胞数量随划线次数增加而减少，并逐步分散开来，若划线适宜，微生物能一一分散，经培养后，可得单个菌落。倾注平板法：先将待分离的材料稀释后分别取不同稀释液少量，与已熔化并冷却至50C左右的琼脂培养基混合，摇匀后倾入已灭菌的培养皿中，待琼脂凝固后，制成可能含菌的琼脂平板，保温培养一定时间即可出现菌落，如果稀释得当，在平板表面或琼脂培养基中就可出现分散的单个菌落，这个菌落可能由一个细胞繁殖而成，后挑单菌落重复即可纯培养。富集培养法：在培养基中创造一些条件只让我们想要的微生物得到快速生长，而抑制其他微生物生长。经过一段时间培养后，这种数量占很少的微生物就会成为占优势的群体,然后用倾注平板法进行分离纯化。26. 要验证你所获得的微生物是纯种有哪些方法？ (1) 涂布平板法、平板划线法、倾注平板法、富集培养法； (2) 提供样品微生物的16S RNA后进行凝胶电泳，看得出的条带是否相同。27. 平板菌落计数方法在研究环境微生物学过程中有哪些优缺点？答：优点：可计算活菌数目，并可辨认真菌、放线菌和细菌缺点：a.很难把所有微生物细胞分离成单个细胞 b.一种条件很难培养所有微生物 c.目前大部分微生物无法培养。28. 在分批培养过程中微生物生长可以分为哪几个时期？每个时期各有哪些特点？答：.延迟期（Lag Phase）：细胞个体变大，体积增大，代谢活跃，细胞内RNA含量增加是细胞质嗜碱性增强，同时贮藏物因代谢活性提高而消失，细胞对外界理化因子抵抗力下降，菌体增值率与死亡率相等，均为0，曲线平稳。.对数期（Log Phase）：生长速率常数最大，细胞分裂一次所需时间最短，代谢稳定，其生长曲线表现为一条上升曲线，细胞进行平衡生长，菌体各部分成分均匀，酶系活跃，代谢旺盛，菌数增值率远大于死亡率，活菌数与总菌数相近。.稳定期（Stationary Phase）（获代谢产物）：生长速率常数R等于0，即处于新繁殖的细胞数等于死亡细胞数，此时活菌数在这个时期内最高并可相对维持一段时间。营养物质逐渐消耗、缺少氧气、有毒物质积累等对细胞生长不利。.死亡期（Death Phase）：这时期细胞常表现为多形态，产生许多大小或形态上变异的畸形或退化型，其Gram氏染色不稳定。营养物质大量消耗，有毒物质大量积累导致活细胞数量大量下降。29. 要缩短发酵周期，你认为应采取哪些措施？答：前后培养基一致，增大接种量。给细菌最适生长环境，并接种对数期的细菌在培养基中，使用连续培养法使细菌尽可能处在对数期。同时可以诱导该菌突变成为发酵周期短的菌种。30. 在极端pH条件下生长的微生物都要维持细胞质处在中性条件下，请谈谈微生物有多种机制维持细胞内处在中性状态？答：a.细胞膜对质子通透性差 b.嗜中性细菌显示出用K+与质子进行反向运输 c.嗜碱细菌维持中性状态依靠吸收H+排出Na+ d.内在缓冲物质可以维持胞内pH平衡 e.在细胞中合成抗酸蛋白质 f.细胞合成更多能量把细胞中的H+抽到细胞外 g.酸激蛋白质和热激蛋白质合成去防止蛋白质酸变性和变性蛋白质重新折叠。31. 现在发现与真核微生物相比，原核微生物可以生长在更高温度下，这是为什么？ 你认为微生物可以生长的最高温度上限是多少？答：因为在高于60C后生物细胞器的膜将不能合成而原核生物体内无有膜细胞器，光合器官在高温下也不能很好生长。原生动物生长温度上限是50C左右，一些藻类和真菌可以达到5560C；在深海中发现一些可以在沸腾的海水中生长的超嗜热菌可以在80113C下存活。32. 请从分子机理上解释为什么专性厌氧微生物不能在有氧条件下生长？答：严格厌氧菌无SOD与过氧化氢酶活力，而SOD的功能是保护好氧菌免受超氧化物阴离子自由基毒害。在生物体内，超氧阴离子自由基O2-普遍存在，O2 + e O2 其既有分子性质又有离子性质，性质极不稳定，化学反应能力强，在细胞内可破坏重要生物大分子和膜结构，对生命极其有害。好氧生物因有SOD故剧毒O2被SOD歧化为H2O2，在过氧化氢酶作用下分解为水。而厌氧菌无法进行此解氧步。33. 请你说说灭菌和消毒这两个概念有何不同？答：灭菌 (Sterilization)是指从物体上或一个环境中把所有活的微生物, 包括活的芽孢, 病毒和类病毒全部杀死或清除干净的过程。消毒 (disinfection)仅仅是杀死和抑制可引起疾病的微生物, 或是指把可以引起疾病的微生物清除干净。所以消毒不能把物体内外的所有微生物杀死。34. 实验室中最常用的湿热灭菌方法是什么？这种方法灭菌的基本原理是什么？ 平常使用过程中应注意哪些问题？答：高压蒸汽灭菌。基本原理：依靠蒸汽高温破坏所有的营养细胞核内孢子。在10-12min中，核酸被降解，蛋白质变性，细胞膜破坏。使用时应注意的问题：a.灭菌锅中要灭菌的物品勿可堆积过多, 以免影响蒸汽的流动和与物品的接触 b.要灭菌的液体体积过大, 应延长灭菌时间 c.严格来说灭菌应加指示菌或指示剂 d.灭菌锅中的冷空气必须排除干净 35. 实验室中最常用的干热灭菌方法是什么？这种方法灭菌的基本原理是什么？ 平常使用过程中应注意哪些问题？答：在烘箱内以干热空气灭菌。一般微生物营养体100C/1h，芽孢160-170C/2h，故干热灭菌必须在160-170C/2-3h基本原理：微生物细胞组分受氧化，蛋白质变性。注意事项：干热灭菌适用于空玻璃器皿的灭菌，凡有橡胶物品的培养基都不能用于干热灭菌。36. 什么是抗生素? 为了避免环境中大量出现抗药性菌株， 使用抗生素过程中应注意哪些问题？答：抗生素：某些生物合成或半合成的一类次级代谢产物或衍生物, 能够抑制微生物生长或杀死微生物的化合物。作用的机理根据不同的抗生素是不同的, 主要是通过抑制细胞壁合成, 破坏细胞质膜, 作用于呼吸链以及干扰氧化磷酸化, 抑制蛋白质和核酸的合成等方式抑制微生物的生长或杀死微生物。注意：a.第一次使用的药物剂量要足够杀死微生物; b.避免长期使用一种抗生素; c.不同的抗生素混合使用; d.对正在使用的抗生素进行化学改造; e.发现新的抗生素。37. 糖代谢途径中EMP 和HMP途径对于微生物来说各有哪些重要的生理功能？答：EMP：有2分子的ATP用于糖的磷酸化, 但却合成出4分子的ATP和2分子的NADH.该途径的微生物生理学意义是为细胞提供ATP 和NADH,同时形成的许多中间产物可以为微生物的合成代谢提供碳骨架, 并在一定条件下可逆转合成多糖。Glucose + 2ADP + 2Pi + 2NAD+ 2 pyruvate + 2ATP + 2NADH + 2H+HMP：戊糖磷酸化途径意义：a. 该途径形成的NADPH 可以为生物合成提供大量的还原力和电子 b. 该途径合成的四碳和五碳糖可以用于合成苯环氨基酸、核酸、某些辅酶以及组氨酸 c. NADPH是合成脂肪酸,类固醇和谷氨酸的供氢体 d. 当一种微生物生长在戊糖上作为碳源时, 可以通过该途径把五碳糖转化成六碳糖 e. 途径的中间产物也可以用来产生ATP，某些NADPH也可以被NADH经电子传递链传递产生能量。38. 细菌中的ED途径最近很受关注，为什么？答：该途径为微生物所特有的，特点是葡萄糖只经四步即可快速得到EMP中经10步才能得到的丙酮酸。在革兰氏阴性菌中分布较广。还可产生酒精。39. 我们平常所说的发酵和微生物学中的发酵概念有什么不同？ 答：微生物发酵的特征：a. NADH被氧化成；b.电子受体是丙酮酸或丙酮酸的衍生物；c. 与电子传递链无关； d.底物仅被部分氧化，仅通过底物水平磷酸作用产生； e.不需要氧气也不产生氧气。平时所说的发酵：a.细菌和酵母菌等微生物在无氧条件下，酶促降解糖分子产能过程；b.凡是有微生物参与的代谢过程。40. 我们平常所用的乙醇有哪些微生物可以产生？ 它们是如何生产乙醇的？答：酒精酵母菌 (Saccharomyces cerevisiae)和运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis)首先将丙酮酸脱羧产生乙酸，乙醛在乙醇脱氢酶催化下被NADH还原产生乙醇。41. 请你谈谈有氧呼吸和无氧呼吸有何异同点？在利用不同电子受体时，能进行无氧呼吸的微生物为何生长速率有很大的差别？这在生态学上有何重要的意义？答：不同点：有氧呼吸无氧呼吸反应场所真核：线粒体（主要）、细胞质基质原核：细胞质基质细胞质基质反应条件O2无O2反应产物CO2、H2O、ATP（多）乳酸、酒精、甲烷、ATP（少）最终电子受体O2硝酸盐、硫酸盐、CO2、金属离子、有机分子共同点：氧化分解有机物释能，有电子传递，TCA循环有关，电子受体有关。生态学意义：很多环境无O2环境多，且部分微生物在无氧环境中也可以生长。一个环境存在多种电子受体时，其中的微生物将出现演替现象。42. 现在大家都知道DNA是遗传物质，当时科学家是如何用实验证明DNA是遗传物质？答：Alfed Hershey和Martha Chase(1952)用放射性同位素35S标记蛋白质，32P标记DNA。宿主菌细胞分别放在含35S或含32P的培养基中。宿主细胞在生长过程中就被35S或32P标记上了。然后用噬菌体去感染分别被“S或”P标记的细菌，并在这些细菌中复制增殖。宿主菌裂解释放出很多子代噬菌体，这些子代噬菌体也被标记上35S或32P。接着，用分别被35S，或32p标记的噬菌体去感染没有被放射性同位素标记的宿主菌，然后测定宿主菌细胞带有的同位素。被35S标记的噬菌体所感染的宿主菌细胞内很少有35S，而大多数35S出现在宿主菌细胞的外面。也就是说，35S标记的噬菌体蛋白质外壳在感染宿主菌细胞后，并未进入宿主菌细胞内部而是留在细胞外面。被32P标记的噬菌体感染宿主菌细胞后，测定宿主菌的同位素，发现32P主要集中在宿主菌细胞内。所以噬菌体感染宿主菌细胞时进入细胞内的主要是DNA。 43. 什么是质粒？质粒有哪些种类？质粒有哪些基本特征？答：质粒（Plasmid）是独立于染色体外的能进行自主复制的和稳定遗传的细胞质遗传因子。质粒可以分为大肠杆菌的致育因子（因子）、大肠杆菌素因子、抗药性因子、致瘤因子、与抗菌素合成有关的质粒、抗重金属质粒、降解质粒、隐秘质粒以及与糖发酵有关的质粒。基本特征：a. 基因相对较少； b. 遗传信息不是必需的； c. 不同质粒在细胞内的大小和数量不同。严紧型质粒的复制与染色体复制受相同因素的控制, 每一个染色体的等价物只有一个或个拷贝；松弛型的复制与染色体复制不受同一种因素控制，所以它们不受严格的控制。相当于每一个染色体的质粒数在个拷贝之间； d. 具互不相容性，即某些属于同一组并具有共同阻遏物的质粒不能在一个细胞中共存； e. 有些质粒具有转移性，能在同一属不同种细胞之间或同一种不同菌株细胞之间进行转移，质粒除了自身转移外，还能带动宿主染色体的转移； f. 可消除性； g. 质粒大小在道尔顿之间，一个细胞内的质粒分子量越小，则质粒数越多，分子量越大则质粒数越少。44. 从现代生态学和遗传学角度谈谈质粒在科学研究和自然环境中有哪些作用和应用？答：生态学：一些细菌体内含有能够控制某些污染物的基因，微生物降解能够使其合成降解某些污染物、有机物的蛋白质、酶。遗传学：质粒可以游离存在或者整合到染色体上；遗传学上可以将目标基因加在质粒上移入目标生物，在生物体内进行表达。45. 请你从生态学遗传角度谈谈细菌接合（conjugation）和转化(transformation)在自然环境中的作用和应用。46. 为什么从事化学研究的人认为病毒不是生物？从病毒感染过程来看，要防止病毒感染宿主应采取哪些措施？47. 什么叫微生物的种和菌株？答：菌株（Strain）：又称品系。一个菌株是指由一个单细胞繁衍而来的克隆或无性繁殖系中的一个微生物或微生物群体。种（Species）：微生物分类的基本单位，是显示高度相似性、亲缘关系极其接近、与其他种有明显差异的一群菌株的总称。48. 请你谈谈如何给微生物命名，在书写微生物种名和属名过程中应注意哪些问题？答：微生物的名字有俗名和学名两种。俗名是通俗的名字，但涵义不够确切；学名是微生物的科学名称，学名的命名常用双名法。采用双名法命名时，学名由属名和种名构成。属名和种名均用斜体表示，属名在前，且第一个字母大写；种名在后，全部小写。49.现在很多人对细菌进行鉴定和分类时， 都要测定16S rDNA序列， 为什么？1) 16S rRNA普遍存在于真核细胞和原核细胞中；2) 16SrRNA有重要且恒定的生理功能；3) 在细菌中存在较大量的易于提取的16SrRNA；4) 该分子内某些碱基顺序非常保守；5) 其相对分子量大小适中，便于序列分析；6) 现已有比较完善的16S r数据库。50.根据你所学的微生物学基本知识，谈谈微生物在自然生态中的作用和在科学研究和日常生活中的应用。1)自然生态中：有机物降解，重金属污染物的降解；2)科学研究：微生物学促进了许多重大理论问题的突破，为分子生物学和分子遗传学的发展奠定基础；3)生活中应用：酒精发酵、乳酸发酵。1.什么是生物难降解物质, 矿化作用和生物放大作用?1)难降解物质(Xenobiotic):有一部分人工合成的化合物具有特殊的化学结构，并且它们的化学键也很特殊，目前微生物细胞存在的降解酶不认识这些化学结构和化学键，或者这些化学物质不能被运输到细胞内，或这些化合物不能诱导细胞合成降解酶，这些不能被微生物降解或只能被部分降解，结果这些物质便在环境中大量积累，把这类化合物叫做难降解物质。2)矿化作用（Mineralization）：指一个有机分子被微生物完全分解成无机物，如CO2和H2O等的过程。3)生物放大作用（Biological magnification）：有些污染物由于抗微生物分解和具有亲脂的特性，污染物进入细胞后积累在脂类中，结果与周围环境浓度相比高出许多，这些细胞被更高营养水平生物消化后留在其体内不能被降解与分泌到细胞外，而是进一步被浓缩在下一个营养水平细胞中。2. 请你从分子水平上解释微生物如何对抗环境中的高浓度的重金属离子?1.生物吸附作用。胞外多糖、有机酸、铁载体。2.细胞外的沉淀作用和结晶作用。3.与细胞运输有关的抗性机制。4.细胞内的隔离作用和解毒作用。5.金属的转化作用。3. 请你从基因水平上解释微生物如何抗环境中越来越多的有机污染物?1)基因转移。2)点突变。3)重组和转座。DNA重排、基因二倍化、转座作用、插入活化作用。4. 微生物抗重金属的分子机制和抗放射性元素的分子机制在本质上有什么异同点?5. 苯环类污染物种类是很多的, 不同种微生物代谢这些污染物时可以产生一些共同的环裂解前体物, 请问这些共同前体物是什么? 这对环境污染物降解有何好处?羟基化底物。6. 与苯环开裂有关的双加氧酶有什么特征? 这些特性有什么实际用途?双加氧酶所催化的底物必须是苯环上取代有邻位或对位羟基的底物。当两个羟基处在邻位上时，此酶可以催化取代有羟基的两个碳之间的连键发生断裂，也可以催化取代有羟基的两个碳以外的C-C键发生断裂，在这种情况下，可以发生近侧的C-C键断裂，也可以发生这侧C-C键断裂。双加氧酶对底物有相当的专一性，但没有绝对的专一性，所以此酶可以断裂各种邻位和对位的双羟基苯化合物，这对于降解自然界中多种多样的污染物具有重要的意义。7. 微生物脱去煤和石油中有机物中硫的速率是非常慢的, 目前永远无法满足工业规模生产的需求, 那么要加快微生物脱硫速率你认为在代谢工程应进行哪些工作?1)大多数石油化学工艺都是在高温高压条件下进行，所以选择能在高温高压条件下进行脱硫作用的微生物非常有必要。2)所要处理的碳氢化合物浓度非常高，所以所用的微生物必须能耐高浓度有机溶剂，现在所用的脱硫微生物中红球菌抗溶剂能力最小，而假单胞菌抗有机溶剂能力最大，如果能把dsz基因克隆到产生表面活性剂的假单胞菌中，那么DBT脱硫的速率就会加快。所以有必要加快微生物抗有机溶剂生化机制的研究和通过基因工程和化学修饰脱硫酶以便它们可以在有机溶剂中发挥功能。3)在脱硫过程中增加处理系统中的辅助因子对于加快脱硫也非常重要。可以往处理系统中添加这些辅助因子或通过分子生物学方法增加细胞合成辅助因子的能力，这些辅助因子包括：乙醇、黄素蛋白或氧化还原酶。8. 在无氧环境中存在有硫酸盐和硝酸盐, 那么在这一环境中某种苯环污染物降解时微生物会优先利用哪一种作为无氧呼吸的电子受体? 为什么?9. 参与污染物降解的最常见质粒有哪些? 它们各自有哪些特征?1)抗重金属质粒：主要出现在土壤植物表面以及以植物为食的动物体内，分布广泛。2)OCT质粒（辛烷质粒）：在嗜油假单胞菌中存在，存在这种质粒的细菌能降解己烷、壬烷以及戊烷，OCT质粒不能与CAM（樟脑质粒）同时共存于同一细胞中。OCT质粒不能编码降解辛烷和其它直链烷烃至中心代谢产物所必需的全部酶，它只编码链烷羟化酶和醇脱氢酶。3)TOL质粒：存在于腐臭假单胞菌中。具有TOL质粒的细菌能降解芳香羧酸、苯甲酸盐、间和对甲苯甲酸盐。这种质粒编码的酶可以从甲苯、间和对二甲苯开始降解。4)CAM质粒：第一个分离到的降解质粒是恶臭假单胞菌的CAM质粒，该质粒调控天然产物松烯和樟脑的氧化。5)NAH质粒：在恶臭假单胞菌PPGT中存在有降解萘的质粒，即NAH质粒，此质粒不会编码萘完全裂解到中心代谢产物的所有酶，而仅到水杨酸。6)XYL质粒：在小田假单胞菌中存在有控制甲苯、对位或间位二甲苯降解的XYL质粒，XYL质粒与TOL质粒具有相同的功能，并且为非结合性的，像OCT质粒一样，可以通过细胞中性因子K的诱导在细胞之间进行转移。7)PAC21质粒：在肺炎克雷伯氏菌中存在有控制对一氯二苯（PCB）降解的质粒，即PAC21质粒。该质粒是可转移的，并且编码的酶可以把PCB转移成对一氯苯甲酸。10. 自然界中某种微生物可降解的污染物种类是非常有限的, 那么要使这种微生物能降解种类繁多的污染物你认为应采取哪些分子生物学方法对这种微生物进行遗传改良? 请举例说明在自然环境中，通过富集和驯化培养等技术，可以分离到降解污染物能力很强的微生物菌株，这些菌株在实验室中经过物理和化学方法诱变，可以进一步提高降解能力。通过基因工程的手段，构建新的能控制多种污染物降解的杂种质粒，然后把它导入一种具有降解另一污染物的受体菌中，使这一受体菌能降解多种污染物。11. 有机磷农药对硫磷微生物降解过程中会出现哪些颜色变化, 为什么?12. 合成洗涤剂和石油微生物降解过程有哪些共同的生物化学特征?请举例说明?当合成洗涤剂和石油中均存在烷基链末端甲基时，都能在单加氧酶的作用下，烷基链末端甲基通过一系列反应被氧化成羧酸。形成的脂肪酸可以进一步通过-氧化，产生乙酰辅酶A，乙酰辅酶A进入TCA循环。合成洗涤剂和石油都存在苯环裂解过程。1.什么是BOD和 COD? 一个样品测定到的COD和BOD的差值能说明什么问题?BOD（Biological Oxygen Demand）原意指生物需氧量，具体指水中有机污染物在需氧微生物作用下进行氧化分解时所耗O2的量。COD（Chemical Oxygen Demand）指样品中所含有机物的总量。COD和BOD之间的差值可反映这一样品中的有机物可被微生物氧化分解的难易程度。2. 你如何理解生物修复这个概念?是将土著、野生型或经遗传改造的微生物接种到受污染的土壤、水域或生物反应器中，以便加速污染物的的净化作用。3. 处理H2S气体的最好理想微生物是什么? 该工艺去除H2S气体的基本原理是什么?最理想的微生物是：氧化亚铁硫杆菌基本原理：含有H2S废气被注射到含有Fe2(SO4)3的溶液中，H2S和Fe2(SO4)3起化学反应而使硫元素沉淀：H2S+ Fe2(SO4)3 S +2FeSO4+H2SO4把沉淀的元素硫与其他成分分离后，利用氧化亚铁硫杆菌催化2FeSO4+H2SO4+0.5O2 Fe2(SO4)3+H2O从而使Fe2(SO4)3得到再生。4. 你如何理解活性污泥中的菌胶团? 请你谈谈活性污泥中的主要微生物和它们在污水处理中的作用?菌胶团：由微生物形成的一种可以去除污水中的有机污染物，去除BOD和废水中金属离子，并使活性污泥有良好的沉降作用，防止动物对细菌的吞噬的絮凝体。生枝动胶菌：产生多糖能力强，形成菌胶体且可吸附污染物和其他菌株。丝状细菌：大量繁殖，会影响活性污泥絮凝体沉降性能，造成污泥膨胀，以致严重影响水处理质量。纤毛虫：当污水中有机物负荷过重时或处在不利条件时其量就会很少而出现许多鞭毛虫，故可以利用纤毛虫作为水处理效果好坏的指示生物。真菌（量不多）：冬天量少，秋天量达到顶峰而污泥中某些丝状真菌会引起污泥膨胀。5. 在污水处理过程中, 我们应尽量让微生物在固体表面形成生物膜, 而在防止金属固体表面形成生物腐蚀过程中却应设法不让微生物形成生物膜, 那么应各采取哪些方法让微生物尽快形成生物膜和不让微生物形成生物膜?6. 请你谈谈在污水处理过程中生物膜中有哪些类型的微生物? 它们在污染物净化过程中起什么样的作用?1)好氧层：芽孢杆菌属；2)厌氧区：专性厌氧菌即脱硫弧菌；3)兼性好氧细菌：生枝动胶菌对生物膜形成起主要作用；4)丝状细菌：有利于有机污染物的降解；5)藻类：去除无机物；6)真菌：当污水pH值较小时数值超细菌，真菌菌丝的生长有利于氧气在生物膜中的传递；7)原生动物：纤毛虫类，鞭毛虫类等：去除滤池内污泥，防止污泥积聚阻止滤池堵塞，并与生物膜脱落有关。7. 你认为微生物形成生物膜的关键物质什么? 该关键物质如何使有关的微生物形成生物膜?关键物质叫做Glycocalyx，这些多糖使生物膜上的微生物能附着在填充物表面上，并且这些多糖富含阴离子基团，以便与金属离子形成复合物。8. 请你谈谈处理重金属污染物的微生物学方法和原理有哪些?1）生物吸附：利用游离细胞进行生物吸附，利用细菌生物量进行大规模的金属离子吸附。2）利用固定化细胞吸附重金属：把固定化细胞装在填充床或流化床中，然后用于处理含有重金属的废水。3）重金属沉淀法：利用细菌把金属还原成较低氧化还原状态，毒性较小的金属，从而有效地固定化某些重金属。a)金属的异化还原：引起金属化学变化发生在细胞外。b)硫化物沉淀：在含高浓度金属的无氧沉淀泥中，由硫酸盐还原菌产生的硫化氢与金属起反应形成金属硫化物沉淀于生物膜上或在液相中，随后被胞外多聚物包埋。c)磷酸盐沉淀法：柠檬酸杆菌细胞表面存在酸性磷酸酶，其可催化有机磷酸形成沉淀，并积累于细胞表面。d)利用微生物的转化作用去除重金属：微生物通过氧化还原、甲基化、去烷基化对重金属和重金属类化合物进行转化。4）原位生物修复法：利用微生物对受污染土壤的重金属进行原位固定的方法。9. 请你谈谈现代生物工程方法和分子生物学方法在污水处理过程中有哪些特殊的用途?1)高效降解菌在污水处理中的应用。 从自然环境中，通过富集和驯化培养等技术，可以分离到降解污染物能力很强的微生物菌株，这些菌株在实验室中经过物理和化学方法诱变，可以进一步提高降解能力，发挥高效降解污染物的作用。这些细菌应为菌胶团中常见细菌，如假单胞菌。2)固定化酶和固定化细胞在污水处理中的应用。 有些能使污染物解毒的酶可以通过固定化后用于处理污水。固定化的方法可用吸附法和包埋法。这一方法的优点是：性能稳定；细胞不致随水流而流失；可反复使用；由于细胞密度大处理能力强，有利于连续化、自动化处理污水。缺点是生产酶和固定化酶的费用太高、载体不稳定。3)利用基因工程菌处理污水。 通过基因工程的手段，构建新的能控制多种污染物降解的杂种质粒，然后把它导入具有另一污染物降解功能的受体菌中，使这一受体菌能降解多种污染物。4)利用转座子和降解质粒的转移性降解污染物。 可以把实验室遗传构建的高效污染物降解菌接种到受污染的土壤和水域中，其中的转座子和降解质粒中的降解基因在这些土著细菌中大量表达，土著细菌就可以原位参与污染物的降解，并且竞争优势可以得到加强。10 在厌氧处理污染物过程中有哪些类型的微生物参与? 它们如何把污染物转化成甲烷?四类：可以产生胞外酶的微生物；微生物产酸细菌；微生物为产氢气的细菌；微生物为产甲烷细菌。将污染物转化成甲烷：1)通过氧化H2获得能量，利用CO2作为最终电子受体，而产生甲烷。4H2+CO2CH4+2H2O2)通过分解乙酸产生CH4和CO2即CH3COOH CH4+CO23)通过利用乙酸作为底物，H2作为最终电子受体，产生甲烷。CH3COOH+4H2 2CH4+2H2O4)通过裂解甲酸产生CO2和H2，H2和CO2再化合成CH4。 HCOOH CO2+H2 CO2+4H2 CH4+2H2O11. 要把煤和石油中的含硫化合物彻底脱去, 你认为最理想的微生物学方法应该是什么? 应用哪几种微生物? 这些微生物应具备哪些重要的特征?专性自养菌：这类细菌只能氧化FeS2，氧化亚铁硫杆菌；兼性自养菌：能氧化FeS2和某些有机硫化合物；异养菌：仅氧化某些有机硫化合物。12. 固体废物处理是目前环境部门面临的一个大问题, 你认为应寻找哪些微生物处理固体污染物?堆肥在刚开始是嗜中温菌起降解固体废物作用，后由嗜高温菌取代。嗜热菌：嗜热脂肪芽孢杆菌、高温单胞菌、嗜热放线菌、热纤梭菌、嗜热真菌如白地霉、烟曲霉。13. 如何利用微生物学的方法控制富营养化问题？它们的基本原理是什么？1)形成水花的蓝细菌可以受到相应噬菌体的感染，所以可以利用噬菌体控制水中的蓝细菌数量。2)利用真菌控制藻类。一、释放抗生素或抗生素类物质。二、寄生溶藻。3)利用粘细菌控制水花：其攻击多种宿主细胞，而且裂解速度相当快。4)在水中引进合适的其他生物，如鱼苗、甲壳动物或漂浮被子植物等，它们直接或间接以藻类为食物，或消耗水中的营养物质，或影响藻类的光合作用等，从而抑制藻类的过度生长和控制其危害的程度。5)利用一些能形成异染颗粒的细菌除去污水中含磷化合物。6)亚硝化细菌和硝化细菌在好氧条件下，可以使NH3氧化成NO3-，NO3-在厌氧条件下，又可被反硝化细菌还原成N2，从而达到脱氮的目的。7)利用海洋细菌产生的溶藻物质控制富营养化水体中的藻类，也可以利用某些植物产生的抑藻物质控制富营养化水体中的藻类，如大蒜素和大蒜液。