能的基本物质。

第五章 微生物的生长繁殖与生存因子 1．微生物与温度的关系如何？高温是如何杀菌的？高温杀菌力与什么有关系？ 答：温度是微生物的重要生存因子。在适宜的温度范围内，温度毎升高10摄氏度，酶促反应速度将提高1~2倍，微生物的代谢速率和生长速率均可相应提高。适宜的培养温度使微生物以最快的生长速率生长，过高或过低的温度均会降低代谢速率和生长速率。高温主要破坏微生物的机体的基本组成物质——蛋白质，酶蛋白和脂肪。。蛋白质被高温严重破坏而发生凝固，为不可逆变性，微生物经超高温处理后必然死亡。细胞质膜含有受热易溶解的脂类，当用超高温处理时，细胞质膜的脂肪受热溶解使膜产生小孔，引起细胞内含物泄漏而死亡。高温的杀菌效果和微生物的种类，数量，生理状态，芽孢有无及pH都有关系。 2．什么叫灭菌？灭菌方法有哪几种？试述其优缺点。

答：灭菌是通过超高温或其他的物理、化学因素将所有的微生物的营养细胞和所有的芽孢或孢子全部杀死。灭菌的方法有干热灭菌法和湿热灭菌法。湿热灭菌法比干热灭菌法优越，因为湿热的穿透力和热传导都比干热的强，湿热时微生物吸收高温水分，菌体蛋白易凝固变性，所以灭菌效果好。 3．什么叫消毒？加热消毒的方法有哪几种？

答：消毒是用物理、化学因素杀死致病菌，或是杀死所有微生物的营养细胞或一部分芽孢。方法有巴斯德消毒法和煮沸消毒法两种。 4．嗜冷微生物为什么能在低温环境生长繁殖？

答：嗜冷微生物具备更有效的催化反应的酶，其主动传送物质的功能运转良好，使之能有效地集中必需的营养物质，嗜冷微生物的细胞质膜含有大量的不饱和脂肪酸，在低温下保持半流动性。 5．高温菌和中温菌在低温环境中的代谢能力为什么减弱？

答：在低温条件下，微生物的代谢极微弱，基本处于休眠状态，但不致死。嗜中温微生物在低于十摄氏度的温度下不生长，因为蛋白质合成的启动受阻，不能合成蛋白质。又由于许多酶对反馈抑制异常敏感，很易和反馈抑制剂紧密结合，从而影响微生物的生长。处于低温下的微生物一旦获得适宜温度，即可恢复活性，以原来的生长速率生长繁殖。 6．细菌、放线菌、酵母菌、霉菌、藻类和原生动物等的正常生长繁殖分别要求什么样的pH？

答：大多数细菌、藻类和原生动物的最适宜pH为6.5~7.5，它们的pH适应范围在4~10之间。放线菌为7.5~8.0。酵母菌和霉菌在3~6。

7．试述pH过高或过低对微生物的不良影响。用活性污泥法处理污（废）水时为什么要保持在pH6以上？

答：(1) pH过低，会引起微生物体表面由带负电变为带正电，进而影响微生物对营养物的吸收。(2) 过高或者过低的pH还可影响培养基中的有机化合物的离子作用，从而间接影响微生物。因为细菌表面带负电，非离子状态化合物比离子状态化合物更容易渗入细胞。(3) 酶只在最适宜的pH时才能发挥其最大活性，极端的pH使酶的活性降低，进而影响微生物细胞内的生物化学过程，甚至直接破坏微生物细胞。(4) 过高或者过低的pH均降低微生物对高温的抵抗能力。

8. 在培养微生物过程中，什么原因使培养基pH下降？什么原因使pH上升？在生产中如何调节控制pH？

答：微生物在培养基中分解葡萄糖，乳产生有机酸会引起培养基的pH下降，培养基变酸。微生物在含有蛋白质、蛋白胨及氨基酸等中性物质培养基中生长，这些物质可经微生物分解，产生NH

3

和胺类等碱性物质，使培养基pH

上升。在生产过程中，处理城市生活污水、污泥中含有蛋白质，可不加缓冲性物质。如果不含蛋白质、氨等物质，处理前就要投加缓冲物质。缓冲物质有碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化铵及氨等。以碳酸氢钠最佳。霉菌和酵母菌对有机物具有较强的分解能力。pH较低的工业废水可用霉菌和酵母菌处理，不需要碱调节pH，可节省费用。

9. 微生物对氧化还原电位要求如何？在培养微生物过程中氧化还原电位如何变化？有什么办法控制？

答：各种微生物要求的氧化还原电位不同。一般好氧微生物要求的Eh

为

+300~+400mV；E

h

在+100mV以上，

好氧微生物生长。兼性厌氧微生物在Eh为+100mV以上进行好氧呼吸，在Eh为+100mV一下时进行无氧呼吸。专性厌氧菌要求Eh为-200~-250mV，专性厌氧的产甲烷菌要求的Eh更低，为-300~-400mV，最适为-330mV。在培养微生物的过程中，由于微生物繁殖消耗了大量氧气，分解有机物产生氢气，使得氢气还原电位降低，在微生物对数生长期降到最低点。氧化还原电位可用一些还原剂加以控制，使微生物体系中的氧化还原电位维持在低水平上。这类还原剂有抗坏血酸、硫二乙醇钠、二硫苏糖醇、谷胱甘肽、硫化氢及金属铁。 10. 好氧微生物需要氧气作何用？充氧效率与微生物生长有什么关系？ 答：氧对好氧微生物有两个作用：(1) 作为微生物好养呼吸的最终电子受体；(2)参与甾醇类和不饱和脂肪酸的生物合成。充氧量与与好氧微生物的生长量、有机物浓度等成正相关性。

11. 兼性厌氧微生物为什么在有氧和无氧条件下都能生长？

答：兼性厌氧微生物既有脱氢酶也有氧化酶，所以，既能在无氧条件下，又能在有氧条件下生存。在好痒条件下生长时，氧化酶活性强，细胞色素及电子传递体系的其他组分正常存在。在无氧条件下，细胞细胞色素及电子传递体系的其他组分减少或全部丧失，氧化酶无活性；一旦通入氧气，这些组分的合成很快恢复。

12. 专性厌氧微生物为什么不需要氧？氧对专性厌氧微生物有什么不良影响？ 答：因为专性厌氧微生物一遇到氧就会死亡。在氧气存在时，专性厌氧微生物代谢产生的NADH2和O2反应生成H2O2和NAD，而专性厌氧微生物没有过氧化氢酶，它将被生成的过氧化氢杀死。O2还可以产生游离O

2

,由于专性厌氧微生物没有破坏O

2

的超氧化物歧化酶而被O

2

杀死。耐氧的厌氧微生物虽具有超氧化物歧化酶，能耐O2然而他们缺乏氧化氢酶，仍会被氧化氢杀死。 13. 紫外线杀菌的机理是什么？何谓光复活和暗复活现象？ 答：紫外辐射的波长范围是200~390nm，紫外辐射对微生物有致死作用是由于微生物细胞中的核酸、嘌呤、嘧啶、及蛋白质对紫外辐射有特别强的吸收能力。DNA和RNA对紫外辐射的吸收峰在260nm处，蛋白质对紫外辐射的吸收峰在280nm处.紫外辐射能引起DNA链上两个邻近的胸腺嘧啶分子形成胸腺嘧啶二聚体，致使DNA不能复制，导致微生物死亡。经紫外辐射照射的菌体或孢子悬液，随即暴露于蓝色可见光下，有一部分受损伤的细胞可恢复其活力，这种现象叫光复活。在黑暗条件下修复DNA链称为暗复活。

14. 几种重金属盐如何起杀菌作用的？ 答：重金属汞、银、铜、铅及其化合物可以有效的杀菌，它们都是蛋白质的沉淀剂。其杀菌机理是与酶的-SH基结合，使酶失去活性；或与菌体蛋白质结合使之变性或沉淀。

15. 氯和氯化物的杀菌机理是什么？ 答：氯和氯化物对细胞壁有较强的吸附穿透能力，可有效地氧化细胞内含巯基的酶，还可以快速地抑制徽生物蛋白质的合成来破坏微生物。

16. 有哪几种有机化合物杀菌剂？它们的杀菌机理死是什么？

答：(1) 醇：醇是脱水剂和脂溶剂，可使蛋白质脱水，变性，溶解细胞质膜的脂类物质，进而杀死微生物机体。(2) 甲醛：甲醛可与蛋白质的氨基结合而干扰细菌的代谢能力。(3) 酚：酚与其衍生物能引起蛋白质变性，并破坏细胞质膜。(4)新洁而灭：是一种表面活性强的杀菌剂。对许多非芽孢型的致病菌、革兰氏阳性菌及革兰氏阴性菌有着极强的致死作用。(5) 合成洗涤剂：去污能力强，还有杀菌作用。(6) 染料：有抑菌作用。 17. 为何渗透压？渗透压有与微生物有什么关系？

答：任何两种浓度的液体被半渗透膜隔开，均会产生渗透压。当两液面高差产生的压力足够阻止水在流动时，渗透停

止，这时出现的两液面高差间的压力就是渗透压。在等渗透压中的微生物生长得很好，在低渗透压中溶液中的水分子大量渗入微生物体内，使微生物发生膨胀，严重者破裂，在高渗透压溶液中，微生物体内水分子大量渗到体外，使细菌质壁分离。

18. 水的活度与干燥对微生物有什么影响？

答：大多数股微生物在a

w

为0.95~0.99

时生长最好。嗜盐细菌属的细菌很特殊，它们在低于0.80的含NaCl的培养基中生长最好。少数霉菌和酵母菌在aw为0.60~0.70时仍能生长。在a

w

为

0.60~0.65时大多数微生物停止活动。干燥能使细菌体内的蛋白质变性，引起代谢活动停止，所以干燥会影响微生物的活性以及生命力。

19. 何谓表面张力？它对微生物有什么影响？

答：表面张力是分子力的一种表现。它发生在液体和气体接触时的边界部分。是由于表面层的液体分子处于特殊情况决定的。液体内部的分子和分子间几乎是紧挨着的，分子间经常保持平衡距离，稍远一些就相吸，稍近一些就相斥，这就决定了液体分子不像气体分子那样可以无限扩散，而只能在平衡位置附近振动和旋转。在液体表面附近的分子由于只显著受到液体内侧分子的作用，受力不均，使速度较大的分子很容易冲出液面，成为蒸汽，结果在液体表面层(跟气体接触的液体薄层)的分子分布比内部分子分布来得稀疏。相对于液体内部分子的分布来说，它们处在特殊的情况中。表面层分子间的斥力随它们彼此间的距离增大而减小，在这个特殊层中分子间的引力作用占优势。因此，如果在液体表面上任意划一条分界线MN把液面分成a、b两部分，如图所示。F表示a部分表面层中的分子对b部分的吸引力，F6表示右部分表面层中的分子对a部分的吸引力，这两部分的力一定大小相等、方向相反。这种表面层中任何两部分闻的相互牵引力，促使了液体表面层具有收缩的趋势，由于表面张力的作用，液体表面总是趋向于尽可能缩小，因此空气中的小液滴往往呈圆球形状。 表面张力是润湿的函数。如果细菌不被液体培养基润湿，它们将在表面生成一层薄菌膜。如果它们被润湿，则在培养基中均匀生长、培养基变混浊。若要使那些在液体培养基中均匀生长的细菌呈膜状生长，则可增加类脂质含量，保护菌体不受润湿，细菌则可呈膜状生长。 20. 抗生素是如何杀菌和抑菌的？

答：抗生素是通过四个方面杀菌和抑菌的：(1) 抑制微生物细胞壁合成；(2) 破坏微生物的细胞质膜；(3) 抑制蛋白质合成；(4) 干扰核酸的合成。

21. 在天然环境和人工环境中微生物之间存在哪几种关系？举例说明。 答：有种内关系和种间关系，包括：(1) 竞争关系：在好氧生物处理中，当溶解氧或营养成为限制因子时，菌胶团细菌和丝状菌表现出明显的竞争关系。(2) 原始合作关系（互生关系）：固氮菌具有固定空气中氮气的能力，但不能利用纤维素作碳源和能源，而纤维素分解菌分解纤维素为有机酸对他本身的生产繁殖不利，但当两者一起生活时，固氮菌固定的氮为纤维素分解菌提供氮源，纤维素分解菌分解纤维素的产物有机酸被固氮菌用作碳源和能源，也为纤维素分解菌解毒。(3) 共生关系：原生动物中的纤毛虫类、放射虫类、有孔虫类与藻类共生。(4) 偏害关系：乳酸菌产生乳酸使pH下降，抑制腐败细菌生长。(5) 捕食关系：大原生动物吞食小原生动物。(6) 寄生关系：蛭弧菌属有寄生在假单胞菌等菌体中的种。

1. 什么是微生物的遗传性和变异性？遗传和变异的物质基础是什么？如何得以证明？

答：微生物将其生长发育所需要的营养类型和环境条件，以及对这些营养和外界条件产生的一定反应，或出现的一定性状传给后代，并相对稳定的一代一代传下去。这时微生物的遗传。微生物从它适应的环境迁移到不适应的环境后，微生物改变自己对营养和环境条件的要求，在新的生活条件下产生适应新环境的酶，从而适应新环境并良好生长，这是遗传的变异。DNA是遗传和变异的物质基础。可以从格里菲斯经典的转化实

3

验和大肠杆菌T2噬菌体感染大肠杆菌

的实验得到证明。

2. 微生物的遗传基因是什么？微生物的遗传信息是如何传递的？

答：微生物的遗传基因是微生物体内储存传递信息的、有自我复制功能的单位。从分子遗传学的角度看，微生物的遗传信息是通过DNA将决定各种遗传性状的信息传递给子代的。

3. 什么叫分子遗传学的中心法则？什么叫反向转录？ 答：DNA的复制和遗传信息传递的基本规则，称为分子遗传学的中心法则。只含RNA的病毒其遗传信息储存在RNA上，通过反转录酶的作用由RNA转录为DNA，这叫反向转录。

4. DNA是如何复制的？何谓DNA的变性和复性？

答：DNA的自我复制大致如下：首先是DNA分子中的两条多核苷酸链之间的氢键断裂，彼此分开成两条单链；然后各自以原有的多核苷酸链上的碱基排列顺序，各自合成出一条新的互补的多核苷酸链。新合成额一条多核苷酸链和原有的多核苷酸链又以氢键连接成新的双螺旋结构。当天然双链DNA受热或其他因素的作用下，两条链之间的结合力被破坏而分开成单链DNA，即称为DNA的变性。变性的DNA溶液经适当处理后重新形成天然DNA的过程叫复性。 5.微生物有几种RNA？它们各有什么作用？ 答：RNA有4种：tRNA，rRNA，mRNA，反义RNA。mRNA叫幸事RNA，作为多聚核苷酸的一级结构，其上带有指导氨基酸的信息密码，它反义氨基酸，具传递遗传性的功能。tRNA叫转移RNA，其上有和mRNA互补的反密码子，能识别氨基酸及识别mRNA上的密码子，在tRNA-氨基酸合成酶的作用下传递氨基酸。反义RNA起调节作用。决定mRNA翻译合成速度。rRNA和蛋白质合成的核糖体为合成蛋白质的场所。由tRNA，rRNA，mRNA，反义RNA协作合成蛋白质。

6. 微生物生长过程中蛋白质是如何合成的？细胞是如何分裂的？

答：(1) DNA复制：首先，决定某种蛋白质分子结构的相应一段DNA链的自我复制。(2) 转录mRNA：转录是双链DNA分开，以它其中一条单链为模板遵循碱基配对的原则转录出一条mRNA。新转录的mDNA链的核苷酸碱基的排列顺序与模板DNA链的核苷酸碱基排列顺序互补。转录后，mRNA的顺序又通过三联密码子的方式由tRNA翻译成相应的氨基酸排列顺序，产生具有不同生理特性的功能蛋白。(3) 翻译：翻译由tRNA完成，tRNA链上有反密码子与mRNA链上对氨基酸顺序编码的核苷酸碱基顺序互补。tRNA具有特定识别作用的两端：tRNA的一端识别特定的氨基酸，并与之暂时结合形成氨基酸-tRNA的结合分子。另一端上有三个核苷酸碱基顺序组成的反密码子。它识别mRNA上的互补的三联密码子，并与之暂时结合。(4) 蛋白质合成：通过两端的识别作用，把特定氨基酸转送到核糖体上，使不同的氨基酸按照mRNA上的碱基顺序连接起来，在多肽合成酶的作用下合成多肽链，多肽链通过高度折叠形成特定的蛋白质结构，最终产生具有不同生理特性的功能蛋白。由于DNA复制和蛋白质合成而使两者成倍增加后的一个有秩序的过程，即微生物细胞的分裂。微生物将成倍增加的核物质和蛋白质均等地分配给两个子细胞，在细胞的中部合成横膈膜并逐渐内陷，最终将两个子细胞分开，细胞分裂完成。

7. 微生物变异的实质是什么？微生物突变类型有几种？变异表现在哪些方面？

答：微生物变异的实质是基因突变。突变的类型有自发突变和诱发突变。表现在个体形态的变异、菌落形态的变异、营养要求的变异、对温度，pH要求的变异，毒力的变异，抵抗能力的变异，生理生化特性的变异以及代谢途径产物的变异等。

8. 废水处理中变异现象有哪几方面？ 答：废水处理中变异现象有：有营养要求的变异；对温度，pH要求的变异；对毒物的耐毒能力的变异；个体形态和菌落形态的变异及代谢途径产物的变异等。

9. 什么叫定向培育和驯化？

答：定向培育是人为用某一特定环境长期处理某一微生物群体，同时不断将它们进行移种传代，以达到累积和选择合