第七章微生物的生長和遺傳變異1.微生物是怎樣繁殖的？微生物生長到一定階段，便以二分裂的方式形成兩個子細胞，子細胞又重復以上過程，這就是繁殖。2.怎樣利用微生物的生長曲線來控制污水生物處理的構筑物的運行？針對微生物的間歇培養，在污水生物處理過程中，為避免緩慢期的出現，可考慮采用處于對數生長期或代謝旺盛的污泥進行接種，另外增加接種量及采用同類型反應器的污泥接種可達到縮短緩慢期的效果。如果維持微生物在生長率上升階段（對數期）生長，則此時微生物繁殖很快，活力很強，處理污水的能力必然較高；但處理效果并不一定最好，因為微生物活力強大就不易凝聚和沉淀，并且要使微生物生長在對數期，則需有充分的食料，即污水中的有機物必須有較高的濃度，在這種情形下，相對地說，處理過的污水所含有機物濃度就要較高，所以利用此階段進行污水的生物處理實際上難以得到較好的出水。穩定期的微生物生長速率下降，細胞內開始積累貯藏物和異染顆粒、肝糖等，芽孢微生物也在此階段形成芽孢，處于穩定期的污泥代謝活性和絮凝沉降性能均較好，傳統活性污泥法普遍運行在這一范圍。衰老期階段只出現在某些特殊的水處理場合，如延時曝氣及污泥消化。3.生物膜的主要成分是什么？生物膜是一種不可逆的黏附于固體表面的，被微生物胞外多聚物包裹的有組織的微生物群體。生物膜中水份含量可高達97％。除了水和微生物外，生物膜還可含有微生物分泌的大分子多聚物（主要是多聚糖）、吸附的營養物質和代謝產物及微生物裂解產物等。4.請說明生物膜的形成過程和相應的特征。生物膜的形成是一種動態的演變過程，首先是微生物黏附于表面，然后在表面形成微生物菌落，不同類型的菌落由細胞外多聚物包裹，生物膜成熟。在黏附階段，一些特殊基因的轉錄是活躍的，如銅綠假單胞菌algC、algD、algU、LacZ等基因，因為這些基因是細胞外多聚糖合成所必需的。在形成微生物菌落階段，胞外多糖（EPS）合成增加，微生物對抗生素的抗性有所提高。在生物膜成熟階段，隨著微生物的生長繁殖，生物膜逐漸變厚，形成成熟的生物膜。生物膜的組織結構呈不均質性。5.試區別遺傳與變異性。所謂微生物的遺傳性是指在一定的環境條件下，微生物的形態、結構、代謝、繁殖和對異物的敏感等形狀相對穩定，并能代代相傳，子代與親代之間表現出相似性的現象。任何一種生物的親代和子代以及個體之間，在形態結構和生理機能方面都有所差異，這一現象叫做變異。遺傳和變異是生物最基本的屬性，遺傳保證了種的存在和延續；而變異則推動了種的進化和發展。兩者相輔相成，相互依存，遺傳中有變異，變異中有遺傳，遺傳是相對的，變異是絕對的，有些變異了的形態或性狀，又會以相對穩定的形式遺傳下去，但是并非一切變異都具有遺傳性。6.怎樣利用微生物的變異，進行工業廢水的生物處理？定向培育即通過有計劃、有目的地控制微生物地生長條件，使微生物遺傳性向人類需要的方向發展。在污水生物處理中，這種定向培育過程稱為馴化。在工業廢水生物處理中，常利用微生物對營養要求、溫度、pH值以及耐毒能力的變異，改善處理方法。另外利用生活污水活性污泥接種，加速培養工業廢水活性污泥的方法，也利用了微生物的變異特性。7.試以大腸桿菌降解乳糖來說明操縱子學說。大腸桿菌中降解乳糖的酶由3個蛋白質Z、Y和A所組成，受結構基因z、y及a控制，當培養基中不存在乳糖時，調節基因I的阻遏蛋白與操縱基因結合，結構基因就不能表達出來，當培養基中除乳糖外無其他碳源時，乳糖是誘導物，與調節基因I的阻遏蛋白結合，使阻遏蛋白喪失與操縱基因結合的能力，此時操縱基因"開動"，結構基因z、y及a合成蛋白質Z、Y和A，從而形成分解乳糖的酶，培養基中乳糖就被大腸桿菌分解利用，當乳糖全部被利用后，阻遏蛋白就與操縱基因結合，操縱基因"關閉"，酶的合成停止。（P143）8.簡述蛋白質合成過程三種RNA的功能。信使RNA：是以DNA的一條單鏈為模板，在RNA聚合酶的催化下，按堿基互補原則合成的。由于傳達了DNA遺傳信息，故稱信使RNA。轉移RNA：存在于細胞質中，在蛋白質合成過程中起轉移氨基酸的作用。核糖體RNA：主要成分是核糖體核酸（rRNA）和蛋白質。一個核糖體包含有大小兩個亞基，它是蛋白質合成的主要場所。9.基因重組有幾種形式，各有什么特點？基因重組有轉化、接合、轉導三種形式。轉化是供體細胞研碎物中的DNA片段直接吸收進入活的受體細胞的基因重組方式。受體細胞獲得了供體細胞的部分遺傳性狀。細胞的接合是遺傳物質通過細胞與細胞的直接接觸而進行的轉移和重組。遺傳物質通過噬菌體的攜帶而轉移的基因重組稱為轉導。基因重組的3種形式中，微生物的接合必需兩個細胞直接接觸，而轉化和轉導無需細胞直接接觸，轉化沒有噬菌體作媒介，轉導必須通過噬菌體轉移遺傳物質。10.試述質粒與"超級微生物"。選擇一株既可降解16烷以上的烷烴，又可生活在污水環境中的銅綠假單胞菌PAO作為各種各種質粒的受體細胞（含質粒A），分別將能降解芳烴（質粒B）、萜烴（質粒C）和多環芳烴（質粒D）的質粒，用遺傳工程方法人工轉入受體細胞，此時該銅綠假單胞菌便成為帶有多種質粒的"超級微生物"。11.什么叫基因突變，可分為幾類？由于某些原因，引起生物體內的DNA鏈上的堿基的缺失、置換或插入，改變了基因內部原有的堿基排列順序（基因型的改變），引起表現型突然發生了可遺傳的變化。當后代突然表現出和親代顯然不同的可遺傳的表現型時，這樣的變異稱為基因突變。根據突變發生過程是否受人為誘變劑影響可分為自發突變和誘發突變兩種。凡是在沒有特設的誘變條件下，由外界環境的自然作用如輻射或微生物體內的生理和生化變化而發生的基因突變稱為自發突變。人為地利用物理化學因素，引起細胞DNA分子中堿基對發生變化叫誘變。12.什么叫遺傳工程？在污水生物處理中如何利用？遺傳工程是按照人們預先設計地生物藍