1、姓名：报考专业：准考证号码：密封线内不要写题2019年全国硕士研究生招生考试初试自命题试题科目名称：环境工程微生物学（A卷B卷）科目代码：833考试时间：3小时 满分150分可使用的常用工具：R无 计算器 直尺 圆规（请在使用工具前打）注意：所有答题内容必须写在答题纸上，写在试题或草稿纸上的一律无效；考完后试题随答题纸交回。一、名词解释(共10小题，每小题3分，共30分)1、（3分）真核微生物 2、（3分）基因工程3、（3分）溶原细菌 4、（3分）鉴别培养基5、（3分）好氧呼吸 6、（3分）驯化7、（3分）转导 8、（3分）反向转录9、（3分）基团转位 10、（3分）捷径反硝化二、简答题(共5
2、小题，每小题15分或20分，共80分)1、（15分）叙述革兰氏染色的机制以及操作步骤。2、（15分）简述分子遗传学中心法则，并结合分子遗传学说明微生物生长过程中蛋白质是如何合成的？3、（15分）简述如何利用原生动物的演替和个体变化判断废水处理效果。4、（15分）结合污水生物处理的效率，说明好氧微生物所需的营养配给和环境因子。5、（20分）高浓度有机废水厌氧沼气（甲烷）发酵的四阶段理论内容是什么？甲烷可通过哪些途径形成（甲烷的产生机制）？三、论述题(共2题，每题20分，共40分)1、（20分）废水的微生物脱氮除磷的原理是什么？列举三个不同的微生物脱氮除磷工艺，并详细叙述其中一种微生物脱氮除磷工艺
3、。2、（20分）结合你所学的知识，谈谈基因工程和PCR技术在环境工程中有何实践意义。环境工程微生物学硕士入学考试A卷参考答案一、名词解释1、真核微生物：有发育完好的细胞核，核内有核仁和染色质。有核膜将细胞核和细胞质分开，使两者有明显的界线。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。2、基因工程：是指在基因水平上的遗传工程，又叫基因剪接或核酸体外重组。这是离体的分子水平上的基因重组，是既可近缘杂交又可远缘杂交的育种新技术。3.溶原细菌：含有温和噬菌体核酸的宿主细菌被称作溶原细菌。4.鉴别培养基：几种细菌由于对培养基中某一成分的分解能力不同，其菌落通过
4、指示剂显示出不同的颜色而被区分开，这种起鉴别和区分不同细菌作用的培养基。5.好氧呼吸：当存在外在的最终电子受体分子氧时，底物可全部被氧化成二氧化碳和水，并产生ATP。这种有外在最终电子受体（O2）存在时对能源的氧化称为好氧呼吸。6.驯化：在工业废水生物处理中，用含有某些污染物的工业废水筛选、培养来自处理其他废水的菌种，使它们适应该种工业废水并有高效降解其中污染物能力的方法。7.转导：通过温和噬菌体的媒介作用，把供体细胞内特定的基因（DNA片段）携带至受体细胞中，使后者获得前者部分遗传性状的现象。8.反向转录：只含RNA的病毒其遗传信息贮存在RNA上，通过反转录酶的作用由RNA转录为DNA，称为
5、反向转录，从而将遗传信息传给后代。9.基团转位：是一种需要代谢能量的运输方式。通过基团转位进入细胞的物质有糖、嘌呤、嘧啶、乙酸等。参与运输的磷酸转移酶系统包括非特异性的酶、与糖特异性结合的酶及高能磷酸的载体热稳定蛋白（HPr）。10.捷径反硝化：即硝化作用产生HNO2后就转入反硝化阶段，可缩短曝气时间，节省运行费用。二、简答题1、机制：通过初染和媒染，在细菌细胞膜或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+细菌由于细胞壁较厚、肽聚糖含量较高和交联紧密，故用乙醇洗脱时，肽聚糖层网孔会因脱水而明显收缩，再加上的G+ 细菌细胞壁基本上不含类脂，故乙醇处理不能在壁上溶出缝隙，因此，结晶紫
6、与碘复合物仍牢牢阻留在其细胞壁内，使其呈现蓝紫色。G-细菌因其细胞壁薄、肽聚糖含量低和交联松散，故遇乙醇后，肽聚糖层网孔不易收缩，加上它的类脂含量高，所以当乙醇将类脂溶解后，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，通过乙醇脱色，细胞又呈现无色。这时，再经番红等红色染料复染，就使G- 细菌获得了新的颜色红色，而G+细菌则仍呈蓝紫色（实为紫中带红）。步骤：在无菌条件下，用接种环挑取少量细菌于干净的载玻片上涂布均匀，固定。用草酸铵结晶紫染色1min，水洗去掉浮色。用碘碘化钾溶液媒染1min，倾去多余溶液。用中性脱色剂如乙醇或丙酮酸脱色，革兰氏阳性菌不被褪色而呈紫色
7、，革兰氏阴性菌被褪色而呈无色。用蕃红染液复染1min，革兰氏阳性菌仍呈紫色，革兰氏阴性菌则呈现红色。革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌即被区分开。2、需叙述分子遗传学的中心法则，或给出分子遗传学的遗传信息的传递方向图示。然后再给出蛋白质合成过程。DNA的复制：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。转录mRNA：转录是双链DNA分开，以它其中一条单链（无义链）为模板遵循碱基配对的原则转录出一条mRNA。新转录的mRNA链的核苷酸碱基的排列顺序与模板DNA链的核苷酸碱基的排列顺序互补。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，t
8、RNA具有特定识别作用。蛋白质合成：通过两端识别作用，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。3、原生动物和微型后生动物在污水生物处理和水体污染及自净中起到三个方面作用：指示作用原生动物及微型后生动物在水体中出现的先后次序是：细菌 植物性鞭毛虫 肉足类 动物性鞭毛虫 游泳型纤毛虫、吸管虫 固着型纤毛虫 轮虫。A. 可根据上述原生动物和微型后生动物的演替，根据它们的活动规律判断水质和污水处理程度，还可判断活性污泥培养成熟程度。B. 根据原生动物种类判断活
9、性污泥和处理水质的好与坏。C. 还可根据原生动物遇恶劣环境改变个体形态及其变化过程判断进水水质变化和运行中出现的问题。净化作用腐生性营养的鞭毛虫通过渗透作用吸收污水中溶解性有机物。大多数原生动物是动物性营养，它们吞食有机颗粒和游离细菌及其他微小的生物，对净化水质起积极作用。促进絮凝和沉淀作用污、废水生物处理中主要靠细菌起净化作用和絮凝作用。然而有的细菌需要一定浓度的原生动物存在，由原生动物分泌一定的粘液物协同和促使细菌发生絮凝作用。4、应从好氧微生物所需的水、碳源、氮源、磷源、无机盐类、生长因子等方面进行叙述。好氧微生物需要的合适的营养比为C:N:P=100:5:1。水：水是各种生物细胞必需的
10、。水是良好的溶剂，微生物的新陈代谢过程中的一切生化反应都离不开水的作用。碳源：碳源是合成菌体成分的原料，也是微生物获取能量的主要来源。整体上看来，微生物可以利用的碳源范围极广，从大类上说，可以分为有机碳源和无机碳源两大类，凡必须利用有机碳源的微生物就是异养微生物，凡能利用无机碳源的微生物就是自养微生物。污水处理中，如缺少碳源，可投加甲醇。氮源：氮源主要是供给合成菌体结构的原料，很少作为能源利用。与碳源相似，微生物作为一个整体来说，能利用的碳源种类十分广泛。某些微生物（如固氮菌）能利用空气中分子态的氮或利用无机氮化物如铵盐、硝酸盐合成有机氮化物。多数致病菌则必须供给蛋白胨、氨基酸等有机氮化物才能
11、生长。污水处理中，如缺少氮源，可投加尿素。磷源：污水处理中，如缺少磷源，可投加磷酸二氢钾。无机盐类：无机盐主要可为微生物提供除碳、氮以外的各种重要元素。微生物需要的无机盐类很多，主要有P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe等，其主要功能为构成菌体成分；调节渗透压；作为某些酶的成分，并能激活酶的活性等。生长因子：有些微生物虽然供给它适合的碳源氮源和无机盐类，仍不能生长，还要供给一定量的所谓“生长因子”。其种类很多，主要是B族维生素的化合物等。生长因子可以从酵母浸出液、血液或血清中获得。5、四阶段的发酵理论：第一阶段：是水解和发酵性细菌群将复杂有机物如：纤维素、淀粉等水解为单糖后，在酵解为丙酮酸；将蛋
12、白质水解为氨基酸，脱氨基成有机酸和氨；脂类水解为各种低级脂肪酸和醇。第二阶段：是产氢和产乙酸细菌群把第一阶段的产物进一步分解为乙酸和氢气。第三阶段：第三阶段的微生物是两组生理不同的专性厌氧的产甲烷菌群。一组是将氢气和二氧化碳合成甲烷或一氧化碳和氢气合成甲烷；另一组是将乙酸脱羧生成甲烷和二氧化碳，或利用甲酸、甲醇、及甲基胺裂解为甲烷。第四阶段：为同型产乙酸阶段，是同型产乙酸细菌将H2和CO2转化为乙酸的过程。产甲烷菌产生甲烷的机制： 由酸和醇的甲基形成甲烷。CH3COOHCH4+CO24CH3OH3CH4+CO2+2H2O由醇的氧化使二氧化碳还原形成甲烷及有机酸。2CH3CH2OH+CO2CH4
13、+2CH3COOH2C3H7CH2OH+CO2CH4+2C3H7COOH脂肪酸有时用水作还原剂或供氢体产生甲烷。2C3H7COOH+CO2+2H2OCH4+4CH3COOH利用氢使二氧化碳还原形成甲烷。4H2+CO2CH4+2H2O在氢和水存在时，巴氏甲烷八叠球菌与甲酸甲烷杆菌能将一氧化碳还原形成甲烷。3H2+COCH4+H2O2H2O+4COCH4+3CO2三、论述题1、脱氮原理：脱氮首先利用设施内好氧段，由亚硝化细菌和硝化细菌的硝化作用，将NH3转化为NO3-N。再利用缺氧段经反硝化细菌将NO3-N反硝化还原为氮气，溢出水面释放到大气，氮气参与自然界物质循环。除磷原理：根据聚磷菌在好氧时不
14、仅能大量吸收磷酸盐合成自身核酸和ATP，而且能逆浓度梯度过量吸磷合成贮能的多聚磷酸盐颗粒于体内，供其内源呼吸用。聚磷菌在厌氧时又能释放磷酸盐于体外。故可创造厌氧、缺氧和好氧环境，让聚磷菌先在含磷污、废水中厌氧放磷，然后在好氧条件下充分地过量吸磷，尔后通过排泥从污水中除去部分磷。A/O、A2/O、UCT工艺都可以同时脱氮除磷。例如对于A2/O工艺，在厌氧段，聚磷菌释放磷；在缺氧段，聚磷菌释放磷，反硝化菌脱氮，将NO3-N反硝化还原为氮气；在好氧段，聚磷菌吸磷，亚硝化细菌和硝化细菌的硝化作用，将NH3转化为NO3-N。在一种废水中同时除磷和脱氮，就要合理调整泥龄和水力停留时间，兼顾硝化细菌、反硝化
15、细菌和除磷菌的生理要求，使它们和谐地生长繁殖。2、基因工程是指在基因水平上的遗传工程，又叫基因剪接或核酸体外重组。操作分五步，A.先从供体细胞中选择获取带有目的基因的DNA片段；B.将目的DNA的片段和质粒在体外重组；C.将重组体转入受体细胞；D.重组体克隆的筛选与鉴定；E.外源基因表达产物的分离与提纯。在环境保护方面，利用基因工程获得了分解多种有毒物质的新型菌种。例如将降解氯化芳香化合物的基因和降解甲基芳香化合物的基因分别切割下来组合在一起构建成工程菌，使它同时具有降解上述两种物质的功能。美国已将降解2, 4二氯苯氧乙酸的基因片段组建到质粒上，将质粒转移到快速生长的受体菌体内构建成高效降解的功能菌。PCR称DNA多聚酶链式反应。PCR是DNA在体外扩增的技术，广泛应用于法医鉴定、医学、卫生检疫、环境检测等方面。因PCR检测速度快，只需5-6h就可出结果，深受检测单位关注，并积极研究和应用。环境中存在各种生物的DNA，在环境中采集到少量DNA，加入引物和DNA多聚酶，经过变性和复性的过程，就可在体外扩增至足以供检测、鉴定用的量。例如：在土壤和水中存在微生物的尸体及其分解物，可以采集到环境中微生物的DNA，可利用PCR技术鉴定微生物。第 6 页 共 6 页
