环境微生物总结--课后题整理

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CO

2和H

2

O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