课后题整理1. 什么是生物难降解物质, 矿化作用和生物放大作用?1. 难降解物质 (Xenobiotic) 有一部分人工合成的化合物具有特殊的化学结构和化学键不能被目前微生物细胞存在的降解酶识别，或这些化学物质不能被运输到细胞内, 或者这些化合物不能诱导细胞合成降解酶, 所以这些物质不能被微生物降解或只能被部分降解, 结果这些物质便在环境中大量累积, 把这类化合物叫做难降解物质。
2.矿化作用 (Mineralization) 是指一个有机分子被微生物完全分解成无机物如CO2和H2O等的过程。
3. 生物放大作用 (Biological magnification)有些污染物由于抗微生物分解和具有亲脂的特性, 这些污染物进入原核和真核细胞后,便累积在脂类中,这些细胞被处在更高营养水平的生物消化后,溶解在脂类中污染物既不能被降解也不能被分泌到细胞外, 而是进一步被浓缩在下一个营养水平的细胞中, 最终在鸟、哺乳动物和鱼体中的环境污染物浓度超过环境浓度的四到六个数量级, 这种现象叫做生物放大作用。
2. 请你从分子水平上解释微生物如何对抗环境中的高浓度的重金属离子?微生物可以通过多种方式对重金属产生抗性。
1、生物吸附作用1.1 胞外多糖1.2 有机酸1.3 铁载体2、细胞外的沉淀作用和结晶作用3、与细胞运输有关的抗性机制降低细胞的运输能力, 降低细胞对金属的渗透能力或细胞存在具有有效的排出重金属系统，4. 细胞内的隔离作用和解毒作用5. 金属的转化作用微生物能对重金进行转化作用，如氧化、还原、甲基化和去甲基化作用。
6. 形态变化重金属可以诱发细胞发生各种形态变化。
3. 请你从基因水平上解释微生物如何抗环境中越来越多的有机污染物? （10. 自然界中某种微生物可降解的污染物种类是非常有限的, 那么要使这种微生物能降解种类繁多的污染物你认为应采取哪些分子生物学方法对这种微生物进行遗传改良? 请举例说明）1. 基因转移2. 点突变3. 重组和转座1) DNA重排2) 基因二倍化3) 转座作用4) 插入活化作用4. 微生物抗重金属的分子机制和抗放射性元素的分子机制在本质上有什么异同点?抗重金属的分子机制：1、生物吸附作用1.1 胞外多糖1.2 有机酸1.3 铁载体2、细胞外的沉淀作用和结晶作用3、与细胞运输有关的抗性机制降低细胞的运输能力, 降低细胞对金属的渗透能力或细胞存在具有有效的排出重金属系统，4. 细胞内的隔离作用和解毒作用5. 金属的转化作用微生物能对重金进行转化作用，如氧化、还原、甲基化和去甲基化作用。
6. 形态变化重金属可以诱发细胞发生各种形态变化。
抗放射性的分子机制：1. 放射性物质生物转化的机制——放射性物质的溶解作用，包括直接和间接作用。
2. 放射性物质的固定化作用2.1 生物累积2.2 生物吸附2.3 生物结晶2.4 生物还原5. 苯环类污染物种类是很多的, 不同种微生物代谢这些污染物时可以产生一些共同的环裂解前体物, 请问这些共同前体物是什么?这对环境污染物降解有何好处?共同的前体物：羟基化底物形成羟基化的途径有3个：(1)在微生物单加氧酶催化下，苯环上先发生单一羟基化，形成苯酚类化合物。
后单羟基化底物在单加氧酶作用下，进一步发生第二羟基化, 在邻位形成第二个羟基。
(2)在某些细菌氧化苯甲酸、某些单环和多环芳香烃过程中，Ｏ2的两个氧原子在双加氧酶和脱氢酶的作用下可以同时组入苯环中，从而在苯环上同时形成两个对位羟基取代基。
(3)在真菌中，先形成环氧化物，后形成两个邻位的羟基。
6. 与苯环开裂有关的双加氧酶有什么特征? 这些特性有什么实际用途?1、此酶所催化的底物必须是苯环上取代有邻位或对位羟基的底物。
2、双加氧酶对底物有相当的专一性，但没有绝对的专一性。
此酶可以裂解各种邻位和对位的双羟基苯化合物，这对于降解自然界中多种多样的污染物具有重要的意义。
7. 微生物脱去煤和石油中有机物中硫的速率是非常慢的, 目前永远无法满足工业规模生产的需求, 那么要加快微生物脱硫速率你认为在代谢工程应进行哪些工作?1. 大多数石油化学工艺都是在高温高压条件下进行，所以选择能在高温高压条件下进行脱硫作用的微生物非常有必要。
2. 所要处理的碳氢化合物浓度非常高，所以所用的微生物必须能耐高浓度有机溶剂。
比如，现在所用的脱硫微生物中红球菌抗溶剂能力最小，而假单胞菌抗有机溶剂能力最大, 如果能把脱硫基因克隆到产生表面活性剂的假单胞菌中，那么脱硫的速率就会加快。
所以有必要加快微生物抗有机溶剂生化机制的研究和通过基因工程和化学修饰脱硫酶以便它们可以在有机溶剂中发挥功能。
3. 在脱硫过程中增加处理系统中的辅助因子对于加快脱硫也非常重要的。
可以往处理系统中添加这些辅助因子或通过分子生物学方法增加细胞合成辅助因子的能力，这些辅助因子包括：乙醇、黄素蛋白或氧化还原酶。
8. 在无氧环境中存在有硫酸盐和硝酸盐, 那么在这一环境中某种苯环污染物降解时微生物会优先利用哪一种作为无氧呼吸的电子受体? 为什么?硝酸盐。
由于利用硝酸盐作为无氧呼吸最终电子受体的反硝化作用可以看做是正常有氧呼吸的一种代替，所以能够进行反硝化作用的细菌一般是兼性厌氧菌，只有在氧气大量存在时该途径才会受到抑制。
而由于以硫酸盐作为最终电子载体的细菌是专性厌氧菌，有少许氧气便会受到抑制，对电子的竞争力较差。
故硝酸盐优先被利用。
9. 参与污染物降解的最常见质粒有哪些? 它们各自有哪些特征?降解质粒（Degradative plasmid)是指某些质粒编码的基因能够控制某些污染物的微生物降解。
1. 抗重金属质粒2. OCT质粒辛烷质粒3. TOL质粒甲苯－二甲苯质粒4. NAH质粒降解萘的质粒5. XYL质粒控制甲苯、对位或间位二甲苯降解6. PAC21质粒控制对－氯二苯（PCB）降解7.CAM质粒调控天然产物松烯和樟脑的氧化。
8.. pJP4质粒大的接合型质粒，降解有机氯2,4-D和3-氯安息香酸（3-CBA）。
11. 有机磷农药对硫磷微生物降解过程中会出现哪些颜色变化, 为什么?先出现无色，而后变为黄色，最终又变成无色。
在对硫磷微生物降解过程中，主要的反应是水解和硝基还原反应，水解的产物是氨基对硫磷，还原的产物是对二硝基苯酚，对二硝基苯酚是黄色的。
如果在淹没的土壤中反复使用对硫磷或它的水解产物，那么最终的对硫磷微生物降解途径主要是水解反应, 而还原反应途径逐渐消失。
把对硫磷加入土壤中的最初一段时间内，氨基对硫磷是主要的产物。
再往土壤中加入对硫磷，氨基对硫磷和对硝基苯酚同时出现。
再进一步往土壤中加入对硫磷，土壤中仅出现对硝基苯酚（黄色）。
其中的原因是能水解对硫磷的微生物能利用对硝基苯酚作为能源进行大量的生长，从而这些微生物在土壤中占优势。
12. 合成洗涤剂和石油微生物降解过程有哪些共同的生物化学特征?请举例说明?合成洗涤剂：链状的烷基苯磺酸（LAS）是商品洗涤剂中主要的表面活性剂成分。
1.链状烷基的微生物代谢首先受到微生物酶进攻的位点是烷基链的末端甲基, 在单加氧酶的作用下, 烷基链末端甲基通过一系列反应被氧化成羧酸。
2. 苯环裂解苯环裂解需要O2参与。
2.脱磺酸作用在某些细菌中存在一种单加氧酶作用于C－S键，使LAS脱去磺酸基。
在另外一些微生物中存在一种羟基化酶作用于C－S键，也可以使LAS脱去磺酸基。
1. 什么是BOD和COD? 一个样品测定到的COD和BOD的差值能说明什么问题?BOD (Biological Oxygen Demand) 原意是指生物需氧量, 具体的是指水中有机污染物在需氧微生物作用下进行氧化分解时所消耗的O2量。
它间接地代表样品中可被微生物好氧降解的有机物含量。
COD(Chemical Oxygen Demand)是指样品中所含的有机物总量。
可以利用COD值估价污水和其它污染物中的总有机物量。
通过比较某一样品中的COD和BOD值，可以反映这一样品中的有机物可被微生物氧化分解的难易程度。
2. 你如何理解生物修复这个概念?生物修复作用(Bioaugmentation or Bioremediation) 是将土著, 野生型或经过遗传改造的微生物接种到受到污染的土壤, 水域或生物反应器中, 以便加速污染物的净化作用.3. 处理H2S气体的最好理想微生物是什么? 该工艺去除H2S气体的基本原理是什么?有许多微生物可以去除H2S,其中较为经济的方法是利用氧化亚铁硫杆菌。
该工艺中H2S和Fe2(SO4)3的反应是非常快的, 并且反应很彻底, H2S去除率可以达到99.99%, 形成的Fe2 (SO4) 3可以循环使用。
、基本原理如下：含有H2S废气被注射到含有Fe2 (SO4) 3的溶液中, H2S和Fe2 (SO4) 3起化学反应而使元素硫沉淀:H2S + Fe2 (SO4) 3→S↓+ 2FeSO4 + H2SO2(2)把沉淀的元素硫与其它成分分离之后, 利用氧化亚铁硫杆菌催化下述反应:2 FeSO2 + H2SO4+ 0.5O2→Fe2 (SO4)3 + H2O (3)从而使Fe2 (SO4) 3得到再生, 同时去除硫化氢。
4. 你如何理解活性污泥中的菌胶团? 请你谈谈活性污泥中的主要微生物和它们在污水处理中的作用?活性污泥(Activated sludge) 就是指污水中需氧微生物通过大量繁殖, 加上污水中有机和无机胶体和悬浮物等组成的一种肉眼可见的绒絮状泥粒。
相应的絮凝体称为菌胶团。
这些微生物形成的絮凝体可以去除污水中的有机污染物, 去除BOD和去除废水中金属离子,并使活性污泥具有良好的沉降作用，防止动物对细菌的吞噬。
所以活性污泥法中絮凝体的形成对于提高污水处理效果是非常关键的。
活性污泥中的微生物主要有细菌、真菌和原生动物。
其中异养菌是主要的,活性污泥中的真菌数目少, 但是在污泥出现膨胀的情况下，真菌数目上升。
活性污泥中还存在有少量的轮虫和线虫。
一般情况下，活性污泥中不存在有藻类。
在细菌中G-细菌为主要的细菌，对于污染降解起主要作用，这些细菌能把BOD去降66-80%。
原生动物通常与活性污泥的絮状有关，因为有了原生动物存在，才能对絮状物有稳定作用，但原生动物不参与废物的处理。
在活性污泥中也存在有真菌，但数量不大，它们不是活性污泥微生物区系中的主要成员。
活性污泥中的某些丝状真菌会引起污泥膨胀。
6. 请你谈谈在污水处理过程中生物膜中有哪些类型的微生物? 它们在污染物净化过程中起什么样的作用?生物膜中包括细菌、真菌、藻类、原生动物和其它生物。
生物膜一般以菌胶团为主要成分，其中含有细菌、真菌和藻类，在生物膜表面上生长有原生动物。
好氧细菌氧化分解产生CO2、H2O、NH3、H2S和生物量。
真菌主要存在于好氧区。