武理工《水處理生物學(xué)》課后習(xí)題及答案02原核微生物

第二章原核微生物1細(xì)菌的大小一般是用什么單位測量的？答：細(xì)菌的大小一般只有幾個(gè)μm，故一般用μm測量。

2以形狀來分，細(xì)菌可分為哪幾類？答：細(xì)菌的形態(tài)大致上可分為球狀、桿狀和螺旋狀（弧菌及螺菌）3種，僅少數(shù)為其他形狀，如絲狀、三角形、方形和圓盤形等。球狀、桿狀和螺旋狀是細(xì)菌的基本形態(tài)。自然界中，以桿菌最為常見，球菌次之，螺旋菌最少。

3細(xì)菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)包括一般結(jié)構(gòu)和特殊結(jié)構(gòu)，簡單說明這些結(jié)構(gòu)及及其生理功能。答：細(xì)菌的基本結(jié)構(gòu)包括細(xì)胞壁和原生質(zhì)兩部分。原生質(zhì)位于細(xì)胞壁內(nèi)，包括細(xì)胞膜（細(xì)胞質(zhì)膜）、細(xì)胞質(zhì)、核質(zhì)和內(nèi)含物。細(xì)胞壁是包圍在細(xì)菌細(xì)胞最外面的一層富有彈性的、厚實(shí)、堅(jiān)韌的結(jié)構(gòu)，具有固定細(xì)胞外形和保護(hù)細(xì)胞不受損傷等多種功能。細(xì)胞壁的主要功能有：①保持細(xì)胞形狀和提高細(xì)胞機(jī)械強(qiáng)度，使其免受滲透壓等外力的損傷；②為細(xì)胞的生長、分裂所必需；③作為鞭毛的支點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)鞭毛的運(yùn)動；④阻攔大分子有害物質(zhì)（如某些抗生素和水解酶）進(jìn)入細(xì)胞；⑤賦予細(xì)胞特定的抗原性以及對抗生素和噬菌體的敏感性。細(xì)胞膜又稱細(xì)胞質(zhì)膜、質(zhì)膜或內(nèi)膜，是一層緊貼著細(xì)胞壁而包圍著細(xì)胞質(zhì)的薄膜（厚約7～8nm），其化學(xué)組成主要是蛋白質(zhì)、脂類和少量糖類。這種膜具有選擇性吸收的半滲透性，膜上具有與物質(zhì)滲透、吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝等有關(guān)的許多蛋白質(zhì)和酶類。細(xì)胞膜的主要功能為：①選擇性地控制細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)（營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物）的運(yùn)送和交換。②維持細(xì)胞內(nèi)正常滲透壓。③合成細(xì)胞壁組分和莢膜的場所。④進(jìn)行氧化磷酸化或光合磷酸化的產(chǎn)能基地。⑤許多代謝酶和運(yùn)輸酶以及電子呼吸鏈組成的所在地。⑥鞭毛的著生和生長點(diǎn)。細(xì)胞質(zhì)是細(xì)胞膜包圍地除核區(qū)以外的一切透明、膠狀、顆粒狀物質(zhì)的總稱。其主要成分是水、蛋白質(zhì)、核酸和脂類等。與真核生物不同，原核生物的細(xì)胞質(zhì)是不流動的。核區(qū)又稱核質(zhì)體、原核、擬核或核基因組，指存在于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的、無核膜包裹、無固定形態(tài)的原始細(xì)胞核。內(nèi)含物是細(xì)菌新陳代謝的產(chǎn)物，或是貯備的營養(yǎng)物質(zhì)。常見的內(nèi)含物顆粒主要有以下幾種：⑴異染顆粒。其化學(xué)組分是多聚偏磷酸鹽，是磷源和能源的貯藏物，可降低細(xì)胞滲透壓。⑵聚β─羥基丁酸鹽。它是細(xì)菌所特有的一種碳源和能源貯藏物。⑶肝糖和淀粉粒，兩者都是碳源和能源的貯藏物。⑷硫粒，它是元素硫的貯藏物。⑸氣泡，存在于許多光能營養(yǎng)型、無鞭毛的運(yùn)動水生細(xì)菌中的包囊狀的內(nèi)含物。細(xì)菌的特殊結(jié)構(gòu)一般指莢膜、芽孢和鞭毛3種。莢膜或稱大莢膜，其主要功能有：①保護(hù)作用。②作為通透性屏障和離子交換系統(tǒng)。③貯藏養(yǎng)料。④表面附著作用。⑤細(xì)菌間的信息識別作用。芽孢是某些細(xì)菌在生活史的一定階段在細(xì)胞內(nèi)形成的一個(gè)圓形或橢圓形的休眠結(jié)構(gòu)。具有壁厚，水分少，不易透水，抗熱、抗化學(xué)藥物、抗輻射能力強(qiáng)等特點(diǎn)。鞭毛是某些細(xì)菌表面伸出的細(xì)長、波曲的附屬物。完整的一根鞭毛從形態(tài)上可分三部分：鞭毛絲、鞭毛鉤和基體。鞭毛是細(xì)菌的運(yùn)動器官，鞭毛運(yùn)動引起菌體運(yùn)動。

4什么是革蘭氏染色？其原理和關(guān)鍵是什么？它有何意義？答：1884年丹麥病理學(xué)家HansChristianGram提出了一個(gè)經(jīng)驗(yàn)染色法，用于細(xì)菌的形態(tài)觀察和分類。其操作過程是：結(jié)晶紫初染，碘液媒染，然后酒精脫色，最后用蕃紅或沙黃復(fù)染。這就是最常采用的革蘭氏染色法。革蘭氏染色的機(jī)理一般解釋為：通過初染和媒染后，在細(xì)菌細(xì)胞的細(xì)胞壁及膜上結(jié)合了不溶于水的結(jié)晶紫與碘的大分子復(fù)合物。革蘭氏陽性菌細(xì)胞壁較厚、肽聚糖含量較高和分子交聯(lián)度較緊密，故在酒精脫色時(shí)，肽聚糖網(wǎng)孔會因脫水而發(fā)生明顯收縮。再加上它不含脂類，酒精處理也不能在胞壁上溶出大的空洞或縫隙，因此，結(jié)晶紫與碘的復(fù)合物仍阻留在細(xì)胞壁內(nèi)，使其呈現(xiàn)出藍(lán)紫色。與此相反，革蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁較薄、肽聚糖位于內(nèi)層且含量低和交聯(lián)松散，與酒精反應(yīng)后其肽聚糖不易收縮，加上它的脂類含量高且位于外層，所以酒精作用時(shí)細(xì)胞壁上就會出現(xiàn)較大的空洞或縫隙，這樣，結(jié)晶紫和碘的復(fù)合物就很易被溶出細(xì)胞壁，脫去了原來初染的顏色。當(dāng)蕃紅或沙黃復(fù)染時(shí)，細(xì)胞就會帶上復(fù)染染料的紅色。酒精脫色是革蘭氏染色的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。脫色不足,陰性菌被誤染成陽性菌；脫色過度,陽性菌可誤染為陰性菌。革蘭氏染色法的意義在于鑒別細(xì)菌，把眾多的細(xì)菌分為兩大類，革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌。

5簡述細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能。答：細(xì)胞膜又稱細(xì)胞質(zhì)膜、質(zhì)膜或內(nèi)膜，是一層緊貼著細(xì)胞壁而包圍著細(xì)胞質(zhì)的薄膜，其化學(xué)組成主要是蛋白質(zhì)、脂類和少量糖類。整體細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，目前大家比較公認(rèn)的是"鑲嵌模型"，其要點(diǎn)是：①磷脂雙分子層組成膜的基本骨架。②磷脂分子在細(xì)胞膜中以多種方式不斷運(yùn)動，因而膜具有流動性。③膜蛋白以不同方式分布于膜的兩側(cè)或磷脂層中。細(xì)胞膜的主要功能為：①選擇性地控制細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)（營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物）的運(yùn)送和交換。②維持細(xì)胞內(nèi)正常滲透壓。③合成細(xì)胞壁組分和莢膜的場所。④進(jìn)行氧化磷酸化或光合磷酸化的產(chǎn)能基地。⑤許多代謝酶和運(yùn)輸酶以及電子呼吸鏈組成的所在地。⑥鞭毛的著生和生長點(diǎn)。

6芽孢有何特殊生理功能？其抗性機(jī)理是什么？芽孢的這些特點(diǎn)對實(shí)踐有何指導(dǎo)意義？答：芽孢最主要的特點(diǎn)就是抗性強(qiáng)，對高溫、低溫、紫外線、干燥、電離輻射和很多有毒的化學(xué)物質(zhì)都有很強(qiáng)的抗性。并且它的休眠能力特別突出。芽孢之所以具有耐熱性可能是因?yàn)樗刑厥獾目篃嵝晕镔|(zhì)--2，6-吡啶二羧酸和耐熱性酶。芽孢的這些特點(diǎn)使之具有以下的作用：①分類鑒定②科研材料

③保存菌種

④分離菌種

⑤消毒滅菌指標(biāo)

⑥生物殺蟲

7什么是菌落？答：將單個(gè)或少量同種細(xì)菌（或其他微生物）細(xì)胞接種于固體培養(yǎng)基表面（或內(nèi)層）時(shí)，在適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)條件下（如溫度、光照等），該細(xì)胞會迅速生長繁殖，形成許多細(xì)胞聚集在一起且肉眼可見的細(xì)胞集合體，稱之為菌落。準(zhǔn)確地講，菌落就是在固體培養(yǎng)基上（內(nèi)）以母細(xì)胞為中心的、肉眼可見的、有一定形態(tài)、構(gòu)造特征的子細(xì)胞團(tuán)。

8什么叫菌膠團(tuán)？菌膠團(tuán)在污水生物處理中有何特殊意義？答：當(dāng)莢膜物質(zhì)融合成一團(tuán)塊，內(nèi)含許多細(xì)菌時(shí)，稱為菌膠團(tuán)。菌膠團(tuán)是活性污泥中細(xì)菌的主要存在形式，有較強(qiáng)的吸附和氧化有機(jī)物的能力，在污水生物處理中具有重要的作用。一般說，處理生活污水的活性污泥，其性能的好壞，主要根據(jù)所含菌膠團(tuán)多少、大小及結(jié)構(gòu)的緊密程度來定。

9簡述放線菌的特點(diǎn)與菌落特征。答：放線菌是一類主要呈菌絲狀生長和以孢子繁殖的陸生性較強(qiáng)的原核生物。它的細(xì)胞結(jié)構(gòu)與細(xì)菌十分相近，是細(xì)菌中進(jìn)化較高級的類群，絕大多數(shù)放線菌是革蘭氏陽性菌。

放線菌都是單細(xì)胞的個(gè)體。細(xì)胞體內(nèi)既沒有葉綠素，也沒有成形的細(xì)胞核。放線菌的菌絲分為營養(yǎng)菌絲和氣生菌絲。大多數(shù)放線菌為異養(yǎng)型，靠營養(yǎng)菌絲吸收營養(yǎng)物質(zhì)，營腐生生活。大多數(shù)放線菌是好氧的，只有某些種是微量好氧菌和厭氧菌。當(dāng)生長發(fā)育到一定時(shí)期時(shí)，氣生菌絲頂端長出孢子絲,形成孢子。孢子散落出去，在適宜的條件下，萌發(fā)成新的菌絲體。放線菌菌落的總體特征介于霉菌與細(xì)菌之間，因種類不同可分為兩類：一類是由產(chǎn)生大量分枝和氣生菌絲的菌種所形成的菌落。形成的菌落質(zhì)地致密、表面呈較緊密的絨狀或堅(jiān)實(shí)、干燥、多皺，菌落較小而不蔓延。另一類菌落由不產(chǎn)生大量菌絲體的種類形成，粘著力差，結(jié)構(gòu)呈粉質(zhì)狀，用針挑起則粉碎。若將放線菌接種于液體培養(yǎng)基內(nèi)靜置培養(yǎng)，能在瓶壁液面處形成斑狀或膜狀菌落，或沉降于瓶底而不使培養(yǎng)基混濁；如以振蕩培養(yǎng)，常形成由短的菌絲體所構(gòu)成的球狀顆粒。

10簡述絲狀細(xì)菌的主要類型，它們的代謝特點(diǎn)及在給水排水工程中的作用。答：絲狀細(xì)菌主要有鐵細(xì)菌、硫細(xì)菌和球衣細(xì)菌三種。鐵細(xì)菌一般都是自養(yǎng)型絲狀細(xì)菌，它們一般能生活在含氧少但溶有較多鐵質(zhì)和二氧化碳的水中。它們能將其細(xì)胞內(nèi)所吸收的亞鐵氧化為高鐵，從而獲得能量。為了滿足對能量的需要，必須氧化大量的亞鐵，使之生成氫氧化鐵。這種不溶性的鐵化合物排出菌體后就沉淀下來。當(dāng)水管中有大量的氫氧化鐵沉淀時(shí)，就會降低水管的輸水能力。此外，鐵細(xì)菌吸收水中的亞鐵鹽后，促使組成水管的鐵質(zhì)更多地溶入水中，加速鋼管和鑄鐵管的腐蝕。硫磺細(xì)菌一般也都是自養(yǎng)的絲狀細(xì)菌。它們能氧化硫化氫、硫磺和其他硫化物為硫酸，從而得到能量。硫磺細(xì)菌在水管中大量繁殖時(shí)，因有強(qiáng)酸產(chǎn)生，對于管道有腐蝕作用。球衣細(xì)菌是好氧菌。它在營養(yǎng)方面對碳素的要求較高，反應(yīng)靈敏，所以大量的碳水化合物能加速球衣細(xì)菌的繁殖。此外球衣細(xì)菌對某些殺蟲劑，如液氯、漂白粉等的抵抗力不及菌膠團(tuán)。球衣細(xì)菌分解有機(jī)物的能力很強(qiáng)。在污水處理設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)中有一定數(shù)量的球衣細(xì)菌，對有機(jī)物的去除是有利的。

11什么是單細(xì)胞蛋白？答：單細(xì)胞蛋白也稱微生物蛋白，是由蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、核酸以及非蛋白含氮化合物、維生素和無機(jī)化合物等組成的細(xì)胞質(zhì)團(tuán)。

12簡述光合細(xì)菌的特點(diǎn)、分類，其應(yīng)用領(lǐng)域。答：光合細(xì)菌是具有原始光能合成體系的原核生物的總稱。它們以光作為能源，能在厭氧光照或好氧黑暗條件下利用自然界中的有機(jī)物、硫化物、氨等作為供氫體進(jìn)行光合作用。其在生物與環(huán)境領(lǐng)域的研究與應(yīng)用主要有以下兩點(diǎn)：①

利用光合細(xì)菌生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白和制劑。②

利用光合細(xì)菌處理高濃度有機(jī)廢水。

13什么是藍(lán)細(xì)菌？其細(xì)胞特點(diǎn)如何？其與水質(zhì)的關(guān)系如何？答：藍(lán)細(xì)菌舊名藍(lán)藻或藍(lán)綠藻，是一類進(jìn)化歷史悠久、革蘭氏染色陰性、無鞭毛、含葉綠素（但不形成葉綠體）、能進(jìn)行產(chǎn)氧光合作用的大型原核生物。藍(lán)細(xì)菌的細(xì)胞是較典型的原核細(xì)胞。藍(lán)細(xì)菌的構(gòu)造與G-細(xì)菌相似，細(xì)胞壁雙層，含肽聚糖。細(xì)胞除含葉綠素a外，還含有類胡蘿卜素及藻膽蛋白等光合色素。大多數(shù)藍(lán)細(xì)菌的光合色素位于類囊體的片層中。菌體多呈藍(lán)綠色，但在不同光照條件下，菌體所含色素比例改變，可呈現(xiàn)黃、褐、紅等顏色。細(xì)胞中還有能固定CO2的羧酶體，在水生的細(xì)胞種類中常常有氣泡。藍(lán)細(xì)菌與水體環(huán)境質(zhì)量關(guān)系密切，在水體中生長茂盛時(shí)，能使水色變藍(lán)或其他顏色，并且有的藍(lán)細(xì)菌能發(fā)出草腥氣味或霉味。某些種屬的藍(lán)細(xì)菌大量繁殖會引起"水華"或"赤潮"，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，引起一系列環(huán)境問題。

14簡述支原體、衣原體、立克次氏體的特點(diǎn)與異同。答：支原體是一類無細(xì)胞壁的、介于獨(dú)立生活和細(xì)胞內(nèi)寄生的最小的細(xì)胞生命形式，屬原核微生物，介于細(xì)菌和病毒之間。其特點(diǎn)如下：1)

支原體是最小的營獨(dú)立生活的繁殖單位，大小0.12～0.25μm之間，因而能通過細(xì)菌過濾器。2)

因缺乏堅(jiān)韌的細(xì)胞壁，胞漿外面被三層"單位膜"所包圍，具有高度多樣性。3)

對青霉素不敏感，能被四環(huán)素或紅霉素所抑制。4)

能在無細(xì)胞的人工培養(yǎng)基上生長，在瓊脂培養(yǎng)平板上形成"油煎蛋"狀的菌落。5)

其生長受到特異抗體的抑制。6)

支原體非起源于細(xì)菌也不能回復(fù)成細(xì)菌。7)

支原體與細(xì)胞膜有特殊的親和力。衣原體是僅在脊椎動物細(xì)胞內(nèi)專營能量寄生的小型G-原核微生物。曾一度把