(5)激活剂对酶促反应的影响 激活作用:无→有 低→高
(6)抑制剂对酶促反应的影响 抑制剂可降低酶促反应速率。 5.ATP在产甲烷菌中的作用:为合成细胞物质提供能量;启动和催化甲烷产生反应;阻止质子泄漏;通过水解创造一个高能量的膜状态;起嘌呤化和磷酸化酶及辅因子作用。
第六章 微生物在物质循环中的作用
1.光合作用的实质是转化光能为化学能把空气中的二氧化碳还原为细胞有机碳。能进行光合作用的细菌统称为光合细菌。
2.无机氮和有机氮就是这样循环往复,氮循环包括氨化作用、硝化作用、反硝化作用及固氮作用。
3.通过固氮微生物的固氮酶催化作用的条件下,把分子N2转化为NH3,进而合成为有机氮化合物。这叫固氮作用。分子氮具有高能量三键(N≡N),还原1mol N2为2mol的NH3需要24molATP,其中9mol ATP提供6个电子用于还原作用;15mol ATP用于催化反应。 ATP只有与二价镁离子结合成Mg2+-ATP复合物时才起作用。 4.自生固氮 5.共生固氮
6.联合固氮
7.固氮酶(P154)
8.氨基酸脱下的氨,在有氧的条件下,经亚硝化细菌和硝化细菌的作用转化为硝酸,这称为硝化作用。由氨转化为硝酸分两步进行:
2NH3 + 3O2 2HNO2 + 2H2O + 619 kJ (6-1) 2HNO2 + O2 2HNO3 + 201 kJ (6-2)
(6-1)式由亚硝化单胞菌属 、亚硝化球菌属 、亚硝化螺菌属 、亚硝化叶菌属 及亚硝化弧菌等起作用。
(6-2)式由硝化杆菌属 、硝化球菌属 起作用。亚硝化细菌和硝化细菌都是好氧菌,适宜在中性和偏碱性环境中生长,不需要有机营养。它们能利用乙酸盐缓慢生长。亚硝化细菌为G-菌,在硅胶固体培养基上长成细小、稠密的褐色、黑色或淡褐色的菌落。硝化细菌在琼脂培养基和硅胶固体培养基上长成小的、由淡褐色变成黑色的菌落,且能在亚硝酸盐、硫酸镁和其他无机盐培养基中生长。其世代时间约31h。
有些工业废水如味精废水和赖氨酸废水等含有相当高浓度的NH3-N。而有些废水如印染废水和合成制药废水 NH3-N不高,有机氮(总氮)高,经过微生物的降解作用提高NH3-N浓度。因此,在去除有机物的同时要去除NH3-N。先通过硝化作用将NH3-N氧化为NO2--N和NO3--N,再通过反硝化作用或厌氧氨氧化作用将NO2--N和NO3--N还原为N2溢出水面得以去除。
9.兼性厌氧的硝酸盐还原细菌将硝酸盐还原为氮气,这叫反硝化作用。
土壤、水体和污水生物处理构筑物中的硝酸盐在缺氧的情况下,会发生反硝化作用。若在土壤发生反硝化作用会使土壤肥力降低。若在污水生物处理系统中的二次沉淀池发生反硝化作用,产生的氮气由池底上升逸到水面时会把池底的沉淀污泥带上浮起,使出水含有多量的泥花,影响出水的水质。有些污(废)水经生物处理后出水硝酸盐含量高,在排入水体后,若水体缺氧发生反硝化作用,产生致癌物质亚硝酸胺,造成二次污染,危害人体健康。因此,必须采用脱氮工艺去除废水中的硝酸盐后再排入水体才安全。
*反硝化作用 兼性厌氧的硝酸盐还原细菌将硝酸盐还原为氮气
土壤、水体和污水生物处理构筑物中的硝酸盐在缺氧的情况下,会发生反硝化作用。若在土壤发生反硝化作用会使土壤肥力降低。若在污水生物处理系统中的二次沉淀池发生反硝化作用,产生的氮气由池底上升逸到水面时会把池底的沉淀污泥带上浮起,使出水含有多量的泥花,影响出水的水质。有些污(废)水经生物处理后出水硝酸盐含量高,在排入水体后,若水体缺氧发生反硝化作用,产生致癌物质亚硝酸胺,造成二次污染,危害人体健康。因此,必须采用脱氮工艺去除废水中的硝酸盐后再排入水体才安全。
反硝化作用在污(废)水生物处理中起积极作用。 反硝化作用有三种结果: 1.硝酸盐还原成氨
大多数细菌、放线菌及真菌利用硝酸盐为氮素营养,通过硝酸还原酶的作用将硝酸还原成氨,进而合成氨基酸、蛋白质和其他含氮物质。 2.硝酸盐还原为氮气
反硝化细菌(兼性厌氧菌)在厌氧条件下进行。 3.硝酸盐还原为亚硝酸
*硫化作用 在有氧条件下,通过硫细菌的作用将硫化氢氧化为元素硫,进而氧化为硫酸
参与硫化作用的微生物有硫化细菌和硫磺细菌。 *反硫化作用 土壤淹水、河流、湖泊等水体处于缺氧状态时,硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐和次亚硫酸盐在微生物的还原作用下形成硫化氢,这种作用就叫反硫化作用,亦叫硫酸盐还原作用
*趋磁性细菌的呼吸类型:
①专性微好氧类型,形成含Fe3O4的磁体,如趋磁性水螺菌MS-1 ②兼性微好氧类型,在微好氧和厌氧条件均能形成Fe3O4的磁体,MV-1;
③严格厌氧类型,菌体细胞内形成含硫化铁的磁体,如RS-1; ④好氧型的类型,在好氧条件下形成含Fe3O4的磁体。趋磁性细菌代谢类型具有多样性。
第七章 微生物在自然环境中的分布与微生物资源的保护
1. 空气的特点:较强的紫外辐射;空气干燥;温度变化大;缺乏营养。 2.空气不是微生物生长繁殖的合适场所。原因:干燥,导致微生物保持生物活性的时间有限;在对流层中,温度随温度的升高而降低,其上部的温度低于大多数微生物的最低生长温度;随高度增加,大气压力下降,可利用的氧减少;;空气中有机物的浓度非常低;空气中的微生物暴露在高强度的光辐射条件下,产生致死突变或引起微生物死亡。
3.大气中的微生物包括细菌(球菌、杆菌、放线菌)、真菌(霉菌和酵母菌)、病毒和噬菌体。 微生物对各种材料劣化 可包括以下几种: 霉变(mildew,mouldness):由霉菌引起的劣化
腐朽(decay)泛指在好氧条件下微生物酶解有机质使其劣化的现象,常见的如由担子菌引起的木材或木制品的腐朽现象
腐烂(或腐败)主要指由细菌或酵母菌引起的使物体变软、发臭性的劣化
腐蚀(corrosion)主要指由硫酸盐还原细菌、铁细菌或硫细菌引起的金属材料的侵蚀、破坏性劣化
4.通常将在体内外检测不到任何正常菌群的动物称为无菌动物。
5.微生物在根际的大量繁殖,主要表现为:改善植物的营养条件,根际微生物的代谢活动能加快土壤有机物和矿物质的分解,改善植物营养元素的供应,;可分泌维生素、氨基酸和植物生长类物质及抗生素等;有些还可以产生杀菌素可抑制植物病原菌的生长;根际微生物有时也会对植物产生有害的影响,如与植物争夺氮和微量元素等,甚至直接分泌一些有害物质,抑制植物生长。
空气微生物来源:尘土飞扬、小水滴飞溅、人体和动物的干燥脱落物、呼吸道、口腔内含微生物的分泌物通过咳嗽、打喷嚏等方式飞溅到空气中。敞开的污(废)水生物处理系统通过机械搅拌、鼓风曝气等可使污水中的微生物以气溶胶的形式飞溅到空气中。 浮游细菌在一定条件下缓慢地降落下来成为降落菌
通过细菌和尘粒的相关性来确定浮游细菌和降落菌的浓度标准。 土壤是微生物最良好的天然培养基
土壤微生物以细菌量最大,占70%~90%。
中性土和偏碱性土适合细菌和放线菌生长,酸性土适合霉菌和酵母菌生长。 按对氧的需求分:中温好氧和兼性厌氧菌。 土壤自净 通过各种物理、化学过程自动分解污染物使土壤恢复到原有水平的净化过程
土地是天然的生物处理厂,可用土地处理污(废)水。生活污水和易被微生物降解的工业废水经土地处理后得到净化
农田灌溉要适当 有毒废水不可用于农田灌溉和土地处理 为了避免毒物进入食物链,工业废水以灌溉非食用的经济作物为好。
影响微生物群落的分布、种类和数量的因素有:水体类型、受污(废)水污染程度、有机物的含量、溶解氧量、水温、pH值及水的深度等。 微生物的数量随海水深度增加而减少
高浓度的Na+对盐杆菌的质膜和细胞壁起稳定作用
第八章 微生物的种群、群落与生态系统 1.微生物在水体中的作用明显:
①微生物在水体自净中起着重要的作用; ②微生物可提高水体生物生产力;
③微生物在水体污染严重的情况下也可引起水体富营养化或导致水体发臭。
第九章
1.环境污染:是指有害物质或因子进入环境,并在环境中扩散、迁移、转化,使环境系统 结构与功能发生变化,对人类以及其他生物的生存和发展产生不利影响的现象。
2.环境效应:是在环境诸要素综合影响下,物质之间通过物理、化学和生物作用所产生的环境效果。
3.优先污染物:在众多污染物中筛选出潜在危险大的作为优先研究和控制对象,称之为优先污染物。特点:有毒有害、通过环境行为,具有潜在危害、难于降解、具有生物积累和三致作用(三致-致癌、致畸、致突变)、慢性毒性
4.生物转运:指环境污染物经各种途径和方式同生物机体接触而被吸收、分布和排泄等过程的总称。 ( 生物迁移:污染物通过生物的吸收、代谢、生长、死亡等过程实现的迁移,
是一种非常复杂的迁移方式,与各生物种属的生理、生化和遗传、变异作用有关。) 5.胞饮作用:由于生物膜具有可塑性和流动性,因此,对颗粒状物质和液态物质,细胞可 通过细胞膜的变形移动和收缩,把他们包围起来最后摄入细胞内。 6.生物转化:污染物在体内的生物转化是指外源化合物进入生物机体后在有关酶系统的催化作用下的代谢变化过程。 7.污染物透过细胞的方式有哪些? 1.)被动运输
单纯扩散:亦称被动扩散,这是一种物理扩散作用.这种扩散决定于细胞内外渗透压的差别,即以被输送的物质在细胞内外的浓度梯度为动力,根据渗透压的大小由高浓度一侧向低浓度一侧扩散.这种扩散是非特异性的,并且通常是慢的.溶于水的小分子物质是以其分子状态或离子状态透过膜孔. 2.特殊转运
促进扩散是以被运输物质的浓度梯度为动力(不消耗能量),利用载体蛋白,将非脂溶性物质,运输通过由碳氢组成的非极性区。
主动运输 当微生物细胞内所积累的营养物质的浓度高于细胞外的浓度时,营养物质就不能按浓度梯度扩散到细胞内,而是逆浓度梯度被“抽”进细胞内,这一过程需要消耗渗透酶和消耗能量。这种需要能量和渗透酶的逆浓度梯度积累营养物质的过程,称为主动运输。 3.胞饮作用
7.植物对污染物吸收的三条主要的途径:1.根部吸收以及随后蒸腾,运输到植物各部分;2.通过植物叶片上的气孔吸入体内;3.通过植物地上部分的表皮吸入体内。 8.血脑屏障:是指由毛细血管形成的血浆与脑细胞外液间的屏障以及由脉络膜形成的血浆与脑脊液间的屏障。此屏障对许多大分子或极性较高的药物是一个障碍,但脂溶较高的药物仍能穿透血脑屏障而进入组织。例如极性高的季铵类(氯化铵等)进入中枢神经系统,而脂溶性高的全身麻醉药则容易进入。
9.胎盘屏障:将母体与胎儿血液分开的胎盘也起屏障作用,这种屏障称为胎盘屏障。药物通过胎盘的转运方式主要是简单扩散。高脂溶性药物如全身麻醉药和巴比妥类,可从母体入胎儿血中。低脂溶性或高度解离的药物与右旋糖酐和季西铵类则不易透过。
10.解毒作用与增毒作用:
解毒作用:生物转化能使一些外源性化合物消除或降低毒性,或者转化为易排出的物质。 增毒作用:生物转化能使一些外源性化合物消除或降低毒性,或者转化为易排出的物质。 11.什么是生物浓缩、生物积累、生物放大,三者有什么区别?
生物浓缩是指生物机体或处于同一营养级上的许多生物种群,从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物,使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象,又称生物学浓缩,生物学富集。
生物积累是指生物在其整个代谢活跃期通过吸收、吸附、吞食等各种过程,从周围环境中蓄积某些元素或难分解的化合物,以致随着生长发育,浓缩系数不断增大的现象,又称生物学积累。
生物放大是指在生态系统中,由于高营养级生物以低营养级生物为食物,某种元素或难分解化合物在生物机体中的浓度随着营养级的提高而逐步增大的现象,又称为生物学放大。 不同:生物浓缩 同一物种,同一生理时期(05版)生物体内的污染物浓度大于环境中该物质浓度的现象。(06版) 生物积累 同一物种,不同一生理时期 生物放大 不同一物种,同一食物链 12.什么是生物浓缩系数,有哪些测定的方法?
生物浓缩系数是指生物体内某种元素或难分解的化合物的浓度同它所生存的环境中该物质的浓度比值,可用以表示生物浓缩的程度,又称浓缩系数、生物富集系数、生物积累率等。 KBCF测定的方法: 实验室饲养法
缺点:不能完全模拟自然环境,所得数值与真实值有较大差距。 野外调查法
缺点:对于寿命长的动物测定较难;自然界的本底值不能测出。 回归方程: 第十章
1.混合功能氧化酶(监测海洋被石油污染的程度)
在酶的催化下,经氧化、还原或水解反应改变其化学结构,形成或暴露某些活性基团(-OH、-SH、-COOH、-NH3),增强水溶性,便于排出体外。
(是污染物在生物体内进行生物转化相I过程中的关键酶系,是电子传递系统,具有多种催化功能。) 2.超氧化物歧化酶(SOD)是一类金属酶,广泛存在于生物体内,它是一种氧自由基清除剂,具有保护机体免疫受损伤的作用。
3.谷光甘肽转移酶(GSTS)是污染物在体内生物转化相Ⅱ过程中的重要酶,与不同的亲电性化合物或一些相Ⅰ代谢产物结合,产生水溶性化合物,易于排出体外,因此起到脱毒作用。 4.乙酰胆碱脂酶(AchE)
作用:控制神经系统的信息传导过程。 污染物:有机磷农药和氨基甲酸脂农药。
应用: 研究发现AchE具有较高的专一性和敏感性,用其作为指标可以表明生物受到有 机磷农药和氨基甲酸脂农药的影响。
5.不可逆性抑制污染物与酶的活性中心不可逆结合,使酶减少或丧失活性; 6.非竞争性抑制非竞争性抑制剂和底物分别与酶的不同部位结合。抑制剂与酶的结合并不妨碍酶再与底物结合,但所形成的酶—底物—抑制剂复合 物的催化活性很低或完全没催化活性、单纯增加底物浓度不能减弱这类抑制作用。最重要的非竞争性抑制剂是一些金属离子; 7.竞争性抑制 竞争性抑制剂往往和底物在结构上有某些相似之处,二者可能竞争与酶分子的同一部位结合。增加底物的浓度可以减弱这种抑制作用。
8.中间产物抑制 有些污染物通过生成中间代谢产物抑制酶活性。
9.靶器官 污染物进入机体后,对各器官并不产生同样的毒作用,而只对部分器官产生直接毒作用,这些器官称为靶器官。
10.效应器官 是直接表现污染物毒性的器官,靶器官不一定是效应器官
11.蓄积器官 指污染物在体内蓄积的部位,但这些污染物对器官并不一定显示毒性。 污染物 放射性碘 镉 有机磷农药 流涎肌束颤动 DDT有机氯农药 靶器官 甲状腺 肝肾 神经系统 中枢神经肝脏 效应器官 甲状腺 肝肾 瞳孔、唾液腺、横纹肌 蓄积器官 甲状腺 肝肾 脂肪 生物效应 甲状腺癌 蛋白尿 瞳孔缩小