第八章 微生物在环境物质循环中的作用

1. 什么叫生态系统？生态系统有什么功能？什么叫生态圈？什么叫生态平衡？

答：生态系统是在一定时间和空间范围内由生物（包括动物、植物和微生物的个体、种群、群落）与它们的生境（包括光、水、土壤、空气及其他生物因子）通过能量流动和物质循环所组成的一个自然体。它的功能有生物生产、能量流动、物质循环和信息传递。

生存在地球陆地以上和海面以下约10km之间的范围，包括岩石圈、土壤圈、水圈和大气圈内所有生物群落和人以及它们生存环境的总体，叫生态圈。即使有外来感染，生态系统能通过自行调节的能力恢复到原来的稳定状态，这就是生态系统的平衡，即生态平衡。

2. 为什么说土壤是微生物最好的天然培养基？土壤中有哪些微生物？

答：因为土壤具有微生物所必需的营养和微生物生长繁殖及生命活动所需要额各种条件，所以说土壤是微生物最好的天然培养基。土壤中的微生物有细菌，放线菌，真菌，藻类，原生动物和微型动物。

3. 什么叫土壤自净？土壤被污染后其微生物群落有什么变化？

答：土壤对施入其中的一定负荷的有机物或有机污染物具有吸附和生物降解能力，通过各种物理、生化过程自动分解污染物使土壤恢复到原有水平的净化过程，称为土壤自净。

土壤被污染后，土壤的微生物区系和数量发生改变，并诱导产生分解各种污染物的微生物新品种。

4. 空气中微生物的分布数量与什么因素有关？空气中有哪些微生物？又有哪些致病微生物？

答：室外空气中的微生物数量和环境卫生状况、环境绿化程度有关。室内的与人员密度、空气流通程度。室内卫生状况有关。空气中主要有芽孢杆菌、霉菌和放线菌的孢子、野生酵母菌、原生动物和微型后生动物的胞囊。空气中有白色葡萄球菌、金色葡萄球菌、绿脓杆菌、沙门氏菌、大肠杆菌、白喉杆菌、肺炎球菌及结核杆菌、病毒粒子、阿米巴胞囊、立克次氏体等致病微生物。

5. 水体中微生物分布有什么样的规律？

答：据水面0~10m的深处因受阳光照射含菌量较少，浮游藻类较多。5~10m以下至25~50m处的微生物数量较多，而且随水深度的增加而增加，50m以下微生物的数量随水深度增加而减少。

6. 什么叫水体自净？可根据哪些指标判断水体自净程度？

答：河流接纳了一定量的有机污染物后，在物理、化学和水生物等因素的综合作用后得到净化，水质恢复到污染前的水平和状态，叫做水体自净。判断水体自净程度的指标有P/H指数和氧浓度昼夜变化幅度和氧垂曲线。

7. 污化系统分为那几“带”？各“带”有什么特征？

答：多污带：多污带位于排污口之后的区段，水呈暗灰色，很浑浊，含有大量有机物，BOD高，溶解氧极低，为厌氧状态。

α-中污带：α-中污带在多污带的下游，水为灰色，溶解氧少，为半厌氧状态，有机物量减少，BOD下降，水面上有泡沫和浮泥，有NH、氨基酸及HS，生物种类比多污带稍多。细菌数量较多。

β-中污带：β-中污带在α-中污带之后，有机物量较少，BOD和悬浮物含量低，溶解氧浓度升高，NH3和H2S含量减少，细菌数量减少，藻类大量繁殖，水生动物出现。

寡污带：寡污带在β-中污带之后，标志者河流自净过程已完成，有机物全部无机化，BOD和悬浮物含量极低，细菌极少，水的浑浊度低，溶解氧恢复到正常含量。

8. 水体污染的指标有哪几种？什么叫水体富营养化？

答：水体污染的指标有：BIP指数、细菌菌落总数、总大肠菌群。

水体富营养化是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。

9. 在环境工程中有哪些人工生态体系？

答：活性污泥和生物膜是环境工程中的人工生态体系。

10. 活性污泥是什么？活性污泥有哪些微生物群落？

答：活性污泥是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物与污（废）水中有机的和无机固体物混凝交织在一起，形成的絮状体或称绒粒。

微生物群落有酵母菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物和某些微型后生动物。

11.生物膜是什么？生物膜有哪些微生物群落？

答：生物膜是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物粘附在生物滤池滤料上或粘附在生物转盘盘片上的一层带粘性、薄膜状的微生物混合群体。

微生物群落有浮游球衣菌、藻类、固着性纤毛虫、游泳性纤毛虫、轮虫、线虫、寡毛类的沙蚕等。

12. 菌胶团和原生动物在污水生物处理和水体自净过程中各起什么作用？

答：菌胶团：有很强的生物吸附能力和氧化分解有机物的能力。为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境。具有指示作用：可以衡量活性污泥的性能。

原生动物：有指示作用、净化作用、促进絮凝和沉淀的作用。

13. 详述纤维素的好氧和厌氧分解过程。有哪些微生物和酶参与?

答：纤维素好氧分解：纤维素在纤维素酶的作用下分解为纤维二糖，在纤维二糖酶的作用下分解为葡萄糖，再进入三羧酸循环成为ATP、水、二氧化碳。

微生物与酶：粘细菌、镰状纤维菌、纤维弧菌。纤维素酶、纤维二糖酶、氧化酶、脱氢酶、脱羧酶细胞色素氧化酶。

厌氧分解：厌氧发酵成为葡萄糖，葡萄糖经丙酮丁醇发酵成为：丙酮、丁醇、乙酸、水、二氧化碳。葡萄糖经丁酸发酵，生成丁酸、乙酸、水、二氧化碳。

微生物：产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌、嗜热纤维芽孢梭菌。

14.详述淀粉的好氧和厌氧分解过程。有哪些微生物和酶参与?

答：在好氧条件下，淀粉水解成葡萄糖，进而发酵成丙酮酸，经三羧酸循环完全氧化成水、二氧化碳。在厌氧条件下。淀粉经乙醇发酵，生成乙醇和二氧化碳。在专性厌氧菌的作用下葡萄糖经丙酮丁醇发酵成为：丙酮、丁醇、乙酸、水、二氧化碳。葡萄糖经丁酸发酵，生成丁酸、乙酸、水、二氧化碳。

微生物和酶：好氧条件下：枯草芽孢杆菌、根酶、曲霉、α-淀粉酶、脱支酶。厌氧条件下：丙酮丁醇梭状芽孢杆菌、丁醇梭状芽孢杆菌、丁酸梭状芽孢杆菌、β-淀粉酶、葡萄淀粉酶。

15. 脂肪酸是如何进行β-氧化的？其能量如何平衡？

答：脂肪酸先是被脂酰硫激活酶激活，然后α、β碳原子上脱氢、加水、脱氢、再加水，最后在α、β碳位之间的碳链断裂，生成1mol乙酰辅酶A和碳链较原来少两个碳原子的脂肪酸。乙酰辅酶A经三羧酸循环完全氧化成水、二氧化碳。剩下的碳链较原来少两个碳原子的脂肪酸可重复一次β-氧化，以至完全形成乙酰辅酶A而告终。

第一次β-氧化可以得到16molATP，其后的每次可以得到17molATP。

16.复杂有机物的沼气发酵三阶段理论内容是什么？甲烷可通过哪些途径形成？

答：第一阶段：水解酸化阶段，微生物为水解和发酵细菌，包括纤维素分解菌、碳水化合物分解菌、蛋白质分解菌，为专性、兼性厌养菌，分解产物为简单小分子的单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及CO2、H2等。

第二阶段：产氢产乙酸阶段，微生物为产氢产乙酸菌（为专性、兼性厌养菌），分解产物为乙酸、丙酸、甲酸、乙醇、丙醇和CO2、H2等。

第三阶段：产甲烷阶段，微生物为二组生理作用不同的产甲烷菌，为绝对厌养菌，包括甲烷杆菌、球菌、八叠球菌等。其中一组把氢和CO2转化为甲烷和水；另一组使乙酸脱羧产生甲烷和CO2。

形成途径：由酸和醇的甲基生成；由醇的氧化使二氧化碳还原形成；脂肪酸有时用水做还原剂或供氢体产生；利用氢使二氧化碳还原；在氧和睡存在时，巴氏甲烷八叠球菌与甲酸甲烷杆菌能将一氧化碳还原成甲烷。

17. 何谓氨化作用、硝化作用、反硝化作用、固氮作用？它们各由哪些微生物起作用？

答：氨化作用：有机氮化合物在氨化微生物的脱氨基作用下产生氨。微生物：梭状芽孢杆菌。

硝化作用：氨基酸脱下的氨，在有氧条件下，经亚硝化细菌和硝化细菌的作用转化为硝酸。微生物：亚硝酸单胞菌属、亚硝酸球菌属、亚硝酸螺菌属、亚硝酸叶菌属、亚硝酸弧菌属、硝化杆菌属、硝化杆球属。

反硝化作用：兼性厌氧的硝酸盐还原细菌将硝酸盐还原成氮气。微生物：施式假单胞菌，脱氮假单胞菌，荧光假单胞菌，紫色杆菌，脱氮色杆菌。

固氮作用：在固氮微生物的固氮没催化作用下，把分子氮转化为氨，进而合成有机氮化合物。微生物：根瘤菌、园褐固氮菌、黄色固氮菌、拜叶林克氏菌属、万氏固氮菌。

18. 什么叫硫化作用？参与硫化作用有哪些微生物？

答：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，再进而氧化成硫酸。参与的微生物：硫化细菌、硫磺细菌。

19. 什么叫硫酸盐还原作用？它有什么危害？

答：硫酸盐还原作用：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还原作用下形成硫化氢。在混凝土排水管和铸铁排水管中，硫酸盐还原作用产生的硫化氢上升到污水表层，与污水表层溶解氧相遇，被氧化成硫酸使混凝土排水管和铸铁排水管受到腐蚀。

20. 铁的三态是如何转化的？有哪些微生物引起管道腐蚀？

答：二价的亚铁盐易被植物微生物吸收利用，转变成含铁有机物。二价和三价铁的化学转化受pH和氧化还原电位的影响。pH为中性和有氧时，二价铁氧化为三价的氢氧化物。无氧时，存在大量二价铁，二价铁还能被细菌氧化为三价铁。铁细菌、纤发菌和球衣菌可以引起管道腐蚀。

21. 磁性细菌是一类什么样的微生物？

答：趋磁细菌是一类在外磁场的作用下能作定向运动并在体内形成纳米磁性颗粒－磁小体的细菌，其主要分布于土壤、湖泊和海洋等水底污泥中。

22. 氧化铁和锰的细菌有哪些？

答：氧化铁和锰的细菌有：覆盖生金菌、共生生金菌、土微菌属。