中科院微生物生态学复习题.doc

微生物生态学
1、 重要人物及贡献：
A. 切尔.卡逊(Rachel Carson): 【寂静的春天】，在国外，有人认为“生态学时代”的出现开始于该书的出版。
B. 恩斯特·海克尔: 德国人，第一次提出生态学概念。
C. 列文虎克：改进了显微镜以及，首次观测到了微生物个体，建立了微生物学。
D. 路易·巴斯德(Louis Pasteur):否定自然发生说（自生说）及倡导疾病细菌学说（胚种学说）和发明预防接种方法而闻名，为第一个创造狂犬病和炭疽的疫苗的科学家，他和费迪南德·科恩以及罗伯特·科赫一起开创了细菌学，被认为是微生物学的奠基者之一。
E. 罗伯特·科赫Robert Koch：发现炭疽杆菌、结核杆菌和霍乱弧菌，提出“科赫原则”。
F. Robert Hungate：发明了厌氧培养基，并从牛胃中成功培养出厌氧微生物。
G. 马丁努斯·拜耶林克: 病毒学的开创者，发现了氮气转化为植物所能够吸收的铵离子的过程──固氮作用，认识到细菌能够以硫酸盐代替氧气作为最终电子受体。
H. 维诺格拉斯基（Sergei Winogradsky）：确定了它利用无机物H 2 S作为能源、以CO2作为碳源。他首次提出了自养生物的概念及其与自然循环的关系。成功分离出固氮菌。描述了微生物的H2、So 和 Fe2+的氧化发展了富集培养技术。
I. Carl Woese：16S指出16S的特殊性，建立生命三域假说。
J. 佐贝尔（Zobell C E):明确海洋微生物这一特殊群体的普遍意义；基本确立海洋微生物的研究方法(Zobell 2216E）；认识并加深钻研海洋微生物与环境-生态因子的关系；开创和发展海洋微生物在物质转化、能量流动中的作用和地位的研究；关注海洋微生物的经济重要性。
2、 未培养微生物:是指迄今所采用的微生物纯培养分离及培养方法还未获得纯培养的微生物。包括生理/生态功能未知，没有相应培养技术，可能代表一大类微生物。以及生理/生态功能已知，具有培养技术，但尚未获得培养，目前分离报道的多数菌种属于此类。
3、 MPN: 最大或然数（most probable number，MPN）计数又称稀释培养计数，适用于测定在一个混杂的微生物群落中虽不占优势，但却具有特殊生理功能的类群。其特点是利用待测微生物的特殊生理功能的选择性来摆脱其他微生物类群的干扰，并通过该生理功能的表现来判断该类群微生物的存在和丰度。
菌落原位杂交（colony in situ hybridization）：是将细菌菌落从一主平板转移到硝酸纤维素滤膜上，然后将滤膜上的菌落细胞裂解以释放出DNA，将DNA烘干固定于膜上与32P或荧光标记的探针杂交，通过放射自显影或激发荧光以检测菌落杂交信号、并与主平板上的菌落对位。
荧光原位杂交（Fluorescence in situ hybridization，FISH）：用已知的标记单链核酸为探针，按照碱基互补的原则，与待检材料中未知的单链核酸进行异性结合，形成可被检测的杂交双链核酸。
变性梯度凝胶电泳（DGGE）：使用一对特异性引物PCR扩增微生物自然群体的16S rRNA基因，产生长度相同但序列有异的DNA片段的混合物，然后用DGGE分离产物混合物。DGGE胶是在6％聚丙烯酰胺胶中添加线性梯度的变性剂，变性剂的浓度由上到下，从低到高成线性梯度。
Quantitative Competitive PCR，QC-PCR：指在PCR反应体系中加入一定已知量的竞争性模板作为内标，与未知浓度的目标模板一起进行PCR扩增。通过二者产物的比值反映初始目标模板的浓度。
扩增性rDNA限制性酶切片段多态性分析(Amplified Ribosomal DNA Restriction Analysis，ARDRA)：将16S rDNA-PCR技术与RFLP技术相结合而发展起来的微生物多样性研究技术；即采用识别4个碱基的限制性内切酶对克隆获得的16S rDNA进行酶切，通过电泳分析酶切后的片段长度多态性。
4、文库构建、测序及系统发育分析：
1) 目标片断的选择，
2) PCR扩增、产物回收与纯化，
3) 连接载体、转化，
4) 文库克隆的随机筛选，
5) 测序、序列比较分析，系统发育树构建----系统发育分析。
5、污水生物处理的基本原理：
用于废水处理的生物反应器类型及工艺流程很多，视废水类型及污染程度而采用不同的生物反应器和工艺流程，其原理都是发挥各种微生物群落的代谢活性，以去除污水中的各种污染物。
6、污水生物处理系统的基本类型：
按微生物细胞在处理系统中的存在状况，可以将污水生物处理系统分为：
1）悬浮细胞污水处理系统，如氧化塘。
2）生物膜污水处理系统，包括滴滤系统、生物转盘、流化床系统。
3）活性污泥处理系统，保持适宜的C/N，C/P比，防止污泥的膨胀。
7、好氧反应器：好氧微生物的生长需求；有些污染物需要在好氧条件下才能降解，适用于低浓度的有机废水处理。其特点：
1) 可控制溶氧水平
2) 处理比较彻底
3) 负荷相对较低
4) 运行成本相对较高
厌氧反应器：厌氧微生物的生长需求；有些污染物需要在厌氧条件下才能降解，适合较高浓度的废水处理。其特点：
1) 负荷可以很高（>30 kg/m3/d)
2) 可回收生物质能源（0.6m3甲烷/kg COD）
3) 运行成本低
4) 但处理不彻底
8、 生物强化技术：生物强化技术是指在生物处理系统中，通过投加具有特定功能的微生物、营养物或基质类似物，达到提高废水处理效果的手段和方法。
9、 生物强化技术在污水处理中的应用：
1）在城市污水处理中的应用，如冬季低温条件。
2）在工业废水处理中的应用，特殊行业废水。
3）在养殖废水处理中的应用。
10、 厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation, Anammox)：这是一个高度放能反应，与所涉及生物体的能量代谢相连接。厌氧氨氧化以亚硝酸盐为电子受体氧化氨，产生氨气：（海洋产生的N2中约有50%来自于Anammox）
NH4+ + NO2 - → N2 + 2 H2O, ΔGo = -357 kJ mol-1
其厌氧氨氧化菌是一类细菌，属于浮霉菌门，“红菌”是业内对厌氧氨氧化菌的俗称，通过生物化学反应，它们可以将污水中所含有的氨氮转化为氮气去除。它们对全球氮循环具有重要意义，也是污水处理中重要的细菌。厌氧氨氧化布罗卡德氏菌中，存在一个巨大的被称为厌氧氨氧化体(anammoxosome)的组分，这是厌氧氨氧化反应发生的场所。
厌氧甲烷氧化：即微生物在厌氧的条件下，将甲烷氧化的过程。根据耦联反应的不同，可将 AOM 分为两类，即硫酸盐还原型甲烷厌氧氧化( Sulphate-dependent anaerobic methane oxidation，SAMO) 和反硝化型甲烷厌氧氧化( Denitrification-dependent anaerobic methane oxidation，DAMO) ，前者以SO42-作为 AOM 的最终电子受体，后者以 NO2-/NO3-作为 AOM 的最终电子受体。
海洋中发生的 AOM 过程主要由甲烷厌氧氧化古菌( Anaerobic methanotrophic archaea，ANME) 和硫酸盐还原细菌( Sulfate-reducing bacteria，SRB) 共同完成，将CH4氧化成碳酸盐。
11、 元基因组/宏基因组 (Metagenome)：某一特定环境中全部微生物遗传物质的总和（总DNA）。
元基因组学/宏基因组学 (Metagenomics)：利用现代基因组技术直接研究自然状态环境中的微生物群落, 而不需要经过分离、培养单一种类的微生物。
12、群感效应（QS）：是细菌通过分泌胞外小分子信号从而控制其群体行为的现象。
也称群体密度感应系统。有些细菌自身能产生一些可扩散的信号分子，这些信号分子穿出和进入细胞，并可在环境中积累。随着细菌群体密度的增大，这些信号分子在环境中积累的浓度也增加。细菌通过感受环境中这些信号分子的浓度，能判断其群体的大小，当这些信号分子在环境中积累到一定浓度，其在细菌细胞中的积累也达到临界浓度，这时细菌的某些特定基因才得以表达。这种通过胞外小分子信号物质来控制细菌的群体行为的现象称为细菌的quorum-sensing。
13、 生物被膜在环境治理中的应用：生物膜内的细菌包被在由胞外多聚物质（EPS）中，有更强的抵抗不良生存环境和微生物抑制剂的能力。这也正是利用生物膜来进行环境治理的优越性。
1）生物被膜中的微生物可降解工业化带来的污染物，对污染的环境进行生物修复。
2）土壤表面的微生物生物被膜形成自然的生物屏障，净化污水，保护土壤和地下水免受污染 。
14、控制生物膜的手段：
1) 抑制菌细胞与载体表面的吸附；
a) 制造细菌不易吸附的材料、涂层（医用导管、人工关节、各种管道、船体）；
b) 抑制细菌的粘附‘器’（多糖、菌毛、纤毛与鞭毛）：
化合物Pilicide可抑制细菌CUP纤毛的合成。
2) 机械方式清除生物被膜；
a) 洗牙
b) 超生波清除
c) 高压水流清除
d) 置换
3) 杀死生物被膜内的细菌；
a) 离子螯合剂：EDTA
b) 表面活性剂：SDS
c) 四环素
d) 粘菌素
e) 降解EPS+抗生素
4) 分解已形成的生物被膜；
降解EPS matrix （DNase I， alginate lyase，cellulase)；
利用生物被膜自身的分解机制降解（已形成的生物被膜的范例）：
eg：细菌自身产生的D-氨基酸可分解生物被膜
5) 通过干扰QS系统从而控制生物被膜（群体猝灭）。
a) 化学合成QS信号分子类似物
b) 天然QS抑制剂
15、 生物湿法冶金（Biohydrometallugy）：是应用微生物将金属矿物氧化、还原或络合分解，使金属或金属离子进入溶液，进一步分离、富集、纯化而提取金属的技术。该法适应于溶浸贫矿、废矿、尾矿和大冶炉渣等，以回收某些贵重金属和稀有金属，达到防止矿产资源流失，从而最大限度地利用有限的矿产资源。
16、 生物冶金的应用：
1）从矿石中提取金属 （硫化矿）；
2）矿物预处理 （硫化矿包裹矿）；
3) 环境治理及修复 （酸性矿水及重金属污染水源)。
17、 生物冶金的优缺点： 优点：1）不需要大量的能量，节能。
2）不产生二氧化硫和其他有害的气体和灰尘，环境友好型。
3）可以利用低品位的矿，提高了矿石的利用率。
4）操作和维持简单。
5）投资少，运营成本低。
缺点：1）生物冶金较耗时。
2）难以处理碱性矿床和碳酸盐型矿床。
18、 白蚁肠道的相关性（？可能是共生性）：
1）共生（commensalism）：是指两种不同生物之间所形成的紧密互利关系。动物、植物、菌类以及三者中任意两者之间都存在“共生”。在共生关系中，一方为另一方提供有利于生存的帮助，同时也获得对方的帮助。包括内共生和表共生。
2）白蚁为共生菌提供较为稳定的生态环境，对通过取食等活动，提供了物质供共生菌代谢。
共生菌的作用：① H2 consumption: 螺旋体和甲烷菌
‚固氮(nifH基因的多样性)和提供氮源: 螺旋体, 梭状芽孢杆菌等
ƒ纤维素发酵: 乳酸细菌等
④ 发酵产物的进一步代谢
⑤ 纤维素降解: 纤维素降解菌
19、白蚁肠道特点：
1）白蚁的肠道分为前肠、中肠、后肠. 在白蚁的整个肠道中，有大量的共栖微生物定居. 白蚁肠道中存在的微生物对白蚁消化木质纤维素类食物有着重要的作用。
2）与一般昆虫相比,白蚁后肠相当发达,约占全部肠道总容积的4/5。由于大多数白蚁个体较小,肠道内的微环境条件难以准确描述,但可肯定,从前肠向后肠推移,逐渐变为无氧状态,至充满微生物的后肠部分达到最低的氧化还原电位(-50~-270mV,不同种变化较大),此处pH值近中性(6.2~7.6),但食土白蚁的后肠P1区pH值高达11.0以上。膨大的后肠一直被人们认为是一种厌氧“消化器”,与羊和牛的瘤胃相似,其中有大量的共生微生物,共生微生物降解纤维素和半纤维素,发酵形成短链脂肪酸,脂肪酸被白蚁吸收氧化。
20、为什么选择白蚁肠道作为研究：（我把这理解为白蚁肠道研究意义）（都查不到...自己随便写啊）：
1）地球上有2 000多种白蚁,它们的食性和肠道结构各有不同,肠道共生微生物多样性也必定极为丰富。
2）......
21、耐药组：（完全没这种说法，我感觉为多重耐药菌或整合子）：
超级细菌：超级病菌是对所有抗生素有抗药性的细菌的统称，其携带有NDM-1基因，能够编码Ⅰ型新德里金属β-内酰胺酶，对绝大多数抗生素（替加环素、多粘菌素除外）不再敏感的细菌。超级细菌不仅具有NDM-1的基因，还具有其它耐药基因，多个耐药基因组合，就构成了多重耐药。
多重耐药：多个耐药基因组合，就构成了多重耐药。、
整合子Integrons：由一系列遗传元件构成的能够识别和捕获移动性基因盒的位点特异性重组系统。一个整合子包括编码整合酶(inil)的基因及其邻近的重组识别位点(attl)。

22、 耐药机制：
1）孔蛋白改变，细胞壁/膜通透性改变，即阻止药物进入细胞内。
2）主动外排泵，减轻药物对细胞的损伤。
3）酶解抗生素。
4）抗生素靶点的修饰，将细胞变为一种不敏感型。
23、 耐药表型与耐药基因的关系：（根据课件）
1）微生物耐药表型是在有少量耐药基因的存在下，经过环境的筛选，菌群数量逐渐增多，从而表现出明显的耐药性表型。
2）耐药基因主要来源于：靶位点的基因突变
‚获得抗性基因。
其中，获得抗性基因占比较主要的原因，细菌通过各种可移动遗传元件(质粒、转座子、整合子、噬菌体、插入序列共同区等),以基因水平转移的方式（转化、转导、结合）从其它细菌获得外源性耐药基因,整合在自身基因组上而产生获得性耐药。