水处理微生物学讲课教案

水处理微生物学

第一章绪论

1、什么是微生物？

微生物是肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称。是一些个体微小、构造简单的低等生物。

2、微生物的特点？

个体微小、结构简单、进化地位低等；种类多、分布广、繁殖快、易变异。（1）体积小，比表面积大（2）吸收多，转化快（3）生长旺，繁殖快

（4）适应强，易变异（5）分布广，种类多

3、林奈的双命名法？

即一种微生物的名称由两个拉丁文单词组成，第一个是属名，用拉丁名词表示，词首字母大写，它描述微生物的主要特征；第二个是种名，用拉丁形容词表示，词首字母不大写，它描述微生物的次要特征。有时候在种名词之后还会有一个单词，这个单词往往是表示微生物的命名人。

4、巴斯德对微生物学的贡献？

(1)发现并证实发酵是由微生物引起的；(2) 彻底否定了“自然发生”学说；

(3)免疫学—预防接种（4）巴斯德消毒法：60～65℃作短时间加热处理，杀死有害微生物。

5、科赫对微生物学的贡献？

（1）微生物学基本操作技术方面的贡献

a）细菌纯培养方法的建立；b）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养

c）流动蒸汽灭菌； d）染色观察和显微摄影

（2）对病原细菌的研究作出了突出的贡献

a）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌；b）发现了肺结核病的病原菌；c）证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则——著名的柯赫原则6、如何对微生物进行分类？

生物学家以客观存在的生物属性为依据，将生物分门别类。根据生物之间相同（或相异）的程度以及亲缘关系的远近，可将生物划分为界、门、纲、目、科、属、种，有时在种以下还要进行更细致的区分。

五界：Whittaker提出生物五界分类系统，后被Margulis修改为：原核生物界，原生生物界，真菌界，动物界和植物界

我国王大耜教授对生物分类提出六界：

病毒界、原核生物界、真核原生生物界、真菌界、动物界和植物界

7 、三域学说又称三原界学说是指哪三域？

三域(三原界)学说：古菌域、细菌域、真核生物域

第二章原核微生物

1、什么是原核微生物？

指一类细胞核无核膜包裹，只存在称作核区的裸露DNA的原始单细胞生物。

2、什么是细菌？细菌的大小用什么表示？细菌的三（四）种基本形态

细菌是一类单细胞、个体微小、结构简单、具有细胞壁、没有真正细胞核的原核生物。细菌的大小以μm计。球状、杆状、螺旋状、丝状。

3、细菌的基本结构、特殊结构有哪些？

基本结构：细胞壁、原生质体（细胞膜、细胞质、核质、内含物）

特殊结构：糖被、芽孢、鞭毛

4、革兰氏染色具体操作过程（四步）；革兰氏染液四种；革兰氏阳性菌和阴性菌细胞壁差别；革兰氏染色机理; 结果如何判断？

（1）初染—草酸铵结晶紫染液第一次染色 1min后，水洗

（2）媒染—碘液浸湿1min后，水洗

（3）脱色—95%乙醇溶液进行脱色后水洗

（4）复染—红色的蕃红或沙黄染液第二次染色0.5min，水洗

草酸铵结晶紫、碘液、95%乙醇溶液、蕃红或沙黄染液

细菌呈现第一次染色的效果紫色，称革兰氏阳性菌（紫阳G＋）

细菌呈现第二次染色的效果红色；称革兰氏阴性菌（红阴G -）

革兰氏阳性菌的细胞壁较厚且为单层，其组分较为均匀一致，主要由肽聚糖组成，还有一定数量的磷壁酸，脂类组分很少。

而革兰氏阴性菌的细胞壁可分为两层，外层主要由脂多糖和脂蛋白组成，较厚，脂类在整个细胞壁中占有的比例很高。内层的主要成分是肽聚糖，但是较薄。

通过初染和和媒染后，在细菌细胞的细胞壁及膜上结合了不溶于水的结晶紫和碘的大分子复合物。革兰氏阳性菌细胞壁较厚，肽聚糖含量较高且分子交联度较密，脂类较少，故酒精不易使其脱色而呈现蓝紫色。而革兰氏阴性菌细胞壁较薄，肽聚糖位于内层且含量低，脂类含量高且位于外层，酒精很容易使其脱去初染的蓝紫色，而呈现复染的红色。

了解细菌表面电荷和等电点

细菌的等电点在pH为2～5；

革兰氏阳性菌的等电点在pH为2～3；

革兰氏阴性菌的等电点在pH为4～5：

pH为3～4之间的为革兰氏染色不稳定性菌；

细菌表面带电荷；由细菌表面的蛋白质（两性电解质）的等电点和外界的pH 值所决定。

5、什么是内含物？知道几种主要的内含物（储藏性颗粒）

内含物是细菌新陈代谢的产物，或是贮备的营养物质。如异染颗粒、聚β-羟基丁酸盐、肝糖和淀粉粒、硫粒、气泡。

6、什么是荚膜？什么是菌胶团？菌胶团的作用？

荚膜是某些细菌在其表面分泌的一种粘性物质，把细胞壁完全包围封住。

菌胶团：有些细菌由于其遗传特性决定，细菌之间按一定的排列方式互相粘集在一起，被一个公共荚膜包围形成一定形状的细菌集团。

①菌胶团是好氧活性污泥中细菌的主要存在形式，有吸附和氧化分解有机物的功能，

②菌胶团对有机物的吸附和分解，为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境；

③具有指示作用；

通过菌胶团的颜色、透明度、数量、颗粒大小及结构的松紧程度可衡量好氧活性污泥的性能。

7、什么是芽孢，芽孢的特点？为什么芽孢不是细菌的繁殖方式。细菌的繁殖方式主要是什么？

芽孢是有些细菌（多为杆菌）在一定条件下，细胞质高度浓缩脱水所形成的一种抗逆性很强的球形或椭圆形的休眠体。

特点：壁厚；水分少；不易透水；具有极强的抗逆性

芽孢是细菌的休眠体，条件适宜可萌发，每一细胞仅形成一个芽孢，所以其没有繁殖功能。细菌的繁殖方式主要为裂殖和芽殖。

8、什么是菌落？

菌落是单个微生物接种在固体培养基上，在合适的条件下培养一段时间，生长繁殖形成一堆由无数个个体组成的肉眼可见的群体。

9、什么是放线菌？典型的放线菌的一般形态构造。放线菌的主要繁殖方式？放线菌是一类主要成菌丝生长和以孢子繁殖的陆生性较强的原核生物。典型的放线菌的一般形态构造分为基内菌丝、气生菌丝、孢子丝。放线菌主要通过形成无性孢子的方式进行繁殖，也可借菌丝断裂或菌丝片段繁殖，但以孢子繁殖为主。

铁细菌、硫细菌和球衣细菌常称为丝状细菌。

10、什么是光合细菌？什么是蓝细菌？

光合细菌是具有原始光能合成体系的原核生物的总称。

蓝细菌是一类G－、无鞭毛、含叶绿素a（无叶绿体）、能进行产氧性光合作用的大型原核微生物。

11、支原体、立克次氏体、衣原体是介于细菌与病毒间的一类原核生物。

同属G－。代谢能力差，主要营细胞内寄生的小型原核生物。

从支原体、立克次氏体至衣原体寄生性逐步增强。

12、知道古菌的细胞壁、细胞膜、16SrRNA与细菌和真核生物不同。了解古菌基本上是生存在极端环境下的微生物。知道几种常见的古菌及古菌生存环境。如产甲烷古菌、嗜盐菌。

与大多数细菌不同，它们的细胞壁缺少肽聚糖。（假肽聚糖，复杂多糖）而且，绝大多数细菌和真核生物的细胞膜中的脂类主要由甘油酯组成，而古菌的膜脂由甘油醚构成。这些区别也许是对超高温环境的适应。古菌鞭毛的成分和形成过程也与细菌不同。

繁殖：古菌繁殖速率较真细菌缓慢

生活习性（生境）：大多数古菌生活在极热、高盐、极酸、或高度缺氧的极端环境里

按照古菌的生活习性和生理特点，古菌可分为三大类型：产甲烷菌、嗜热嗜酸菌、极端嗜盐菌。

第四章真核生物

1、什么是真核生物？真核生物和原核生物的差别？什么是真菌？什么是酵母菌？什么是霉菌。知道四大类微生物是指什么。

真核生物是所有单细胞或多细胞的、其细胞具有细胞核的生物的总称

是一大类细胞核具有核膜，能进行有丝分裂，细胞质中存在线粒体或同时存在

较大

通常直径＞2 m 较小

通常直径＜2 m

真菌是指单细胞或多细胞、无光合色素不能进行光合作用、靠寄生或腐生方式生活，无根、茎、叶分化的真核微生物。

酵母菌一般泛指能发酵糖类的各种单细胞真菌。

霉菌属于丝状真菌，通常指那些菌丝体较发达又不产生大型子实体结构的真菌。

四大类微生物：细菌、酵母菌、放线菌、霉菌

2、了解什么是藻类，什么是原生动物、什么是后生动物。原生动物的营养类型？

藻类是一类具有光合作用能力，可以利用光能将无机物转化、合成为有机物的自养体。除蓝藻外，全为真核生物。

原生动物是动物中最原始、最低等、结构最简单的单细胞动物。

（1）全动性营养－－绝大多数

吞食其他生物和有机颗粒为食

（2）植物性营养

有色素的原生动物如绿眼虫等，进行光合作用。

（3）腐生性营养

某些无色鞭毛虫或寄生的原生动物，借助体表的原生质膜吸收环境和寄主中的可溶性有机物。

原生动物以外的多细胞动物叫后生动物。形体微小的，需借助显微镜观察的后生动物称为微型后生动物。

3、知道污水处理中常见的三类原生动物。

肉足类、鞭毛类、纤毛类

4、了解原生动物、微型后生动物作为指示生物的作用。

（1）指示作用：低等生物对环境适应性强，对环境因素的改变不敏感。较高等生物则相反。原生动物和微型后生动物在水体中较高等生物。可根据它们的活动规律判断水质和污水处理程度；根据原生动物种类判断活性污泥和处理水质的好坏；还可根据原生动物遇恶劣环境改变个体形态及其变化过程判断进水水质变化和运行中出现的问题。

（2）净化作用：试验证明原生动物有摄取溶解性有机物的作用，起了净化作用。

（3）促进絮凝和沉淀作用：原生动物分泌一定的粘液物协同和促进细菌发生絮凝作用。

处理水质与原生动物种类有一定的关系，但不绝对：

水质好（BOD<10～20）：纤毛虫、钟虫

水质坏（BOD>20～30）：鞭毛类原生动物、根足虫、变形虫

5、简述原生动物在污水处理中的作用

（1）原生动物在污水中的数量比较大，有一定的净化污水的能力；

（2）原生动物多以细菌为食物，可吞食活性污泥，成为可能的污泥减量化方法；

（3）原生动物可作为指示生物，判断生物处理构筑物的运转情况及污水净化的效果。由于原生动物的形体比细菌大得多，用低倍显微镜即可观察，利用原生动物种群的生长情况，反应活性污泥和生物膜的质量以及污水净化的程度。

6、什么是病毒。病毒的特点。知道病毒的大小以nm计。了解病毒的结构。知道病毒只含有一种核酸。了解病毒的繁殖方式以及病毒的繁殖过程。（四步）什么是烈性噬菌体、温和噬菌体。什么是溶源性细菌？

病毒是一类超显微（无法用光学显微镜辨认）、非细胞的、没有代谢能力的绝对细胞内寄生性生物。特点：（1）病毒是一类非细胞生物，每种病毒只含一种核酸；（2）病毒具有化学大分子的属性；（3）病毒不具备独立代谢的能力，专性寄生

病毒是一类非细胞生物，没有细胞结构，每种病毒只含一种核酸；病毒是以颗粒——病毒粒子的形式存在的，病毒粒子是成熟的或结构完整的有感染性的病毒个体，大多数具有共同结构模式，其中包括壳粒、壳体、核壳体、包膜等部分。

以复制方式繁殖：吸附，侵入与脱壳，复制与合成，聚集与释放

烈性噬菌体：侵入宿主细胞后，能引起宿主细胞裂解的噬菌体。

温和噬菌体侵入宿主细胞后，其核酸附着并整合在宿主染色体上，和宿主的核酸同步复制，宿主细胞不裂解而继续生长

被温和噬菌体侵染的细菌称为溶源性细菌

1、微生物的六大类营养物质指的是什么？什么是自养微生物，什么是异养微生物？什么是生长因子？能作为微生物的能源的物质有哪些？什么是大量元素什么是微量元素？

碳源、氮源、水、无机盐、能源、生长因子；

凡事必须利用无机碳作为主要碳源的微生物，称为自养微生物

凡事必须利用有机碳作为主要碳源的微生物，称为异养微生物

生长因子通常指那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物。

能源物质：有机物（同碳源）——化能异养微生物；

无机物（不同于碳源）-化能自养微生物；

辐射能——光能自养和光能异养微生物

生长所需要的浓度在10-3～10-4mol/L范围内的元素称为大量元素

微量元素是指那些在微生物生长过程中起重要作用，而机体对这些元素的需要量极其微小的元素，通常需要量在10-6-10-8mol/L (培养基中含量)。微量元素一般参与酶的组成或使酶活化。

2、微生物的四种营养类型？

光能无机营养型、光能有机营养型、化能无机营养型、化能有机营养型

:N:P =100:5:1

3、知道碳氮磷比理解好氧生物处理碳氮磷比 BOD

5

式中BOD

5

的含义？为什么用bod来替代有机物含量？

碳氮比（C/N）直接影响微生物生长与繁殖及代谢物的形成与积累，故常作为考察培养基组成时的一个重要指标。

C/N比值=碳源中的碳原子的mol数 /氮源中所含的氮原子的mol数

主要是指碳氮磷的比例关系，通常称碳氮磷比，“营养要平衡”，存在一定比例搭配的现象

污(废)水生物处理中好氧微生物群体(活性污泥)要求为BOD5：N：P＝100：5：1

BOD反映了在有氧的条件下，水中可生物降解的有机物的量--主要污染特性（以mg/L为单位）。

常以5d作为测定生化需氧量的标准时间，称5日生化需氧量（BOD5）；通常以20℃为测定的标准温度。

4、什么是培养基，培养基配置的原则，培养基的分类。了解培养基中各成分的作用。

培养基是应科研或生产的需要，由人工配制的、适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物用的营养基质（混合养料）。

原则：目的明确、营养协调、理化条件适宜、经济节约

（1）按物理状态分：固体培养基、液体培养基、半固态培养基、（脱水培养基）

（2）按培养基化学组分：天然培养基、合成培养基、半合成培养基

（3）按培养基用途：基础培养基、选择性培养基、鉴别培养基、加富培养基5、营养物质吸收和运输的四种主要途径是什么？

被动扩散、促进扩散、主动运输、基团转位

6、什么是酶？了解六大类酶，酶的作用特点。酶的活性中心。知道酶具有最适的作用温度以及pH。

酶是由活细胞产生的一类具有催化作用生物催化剂。

六大类酶：水解酶、氧化还原酶、转移酶、同分异构酶、裂解酶、合成酶

特点：用量少而催化效率高；反应前后质量不变；可降低反应的活化能，催化热力学允许的反应；加速可逆反应的进程不改变反应的平衡点；

高催化效率、高度专一性、调节性

7、什么是生物氧化（呼吸作用）？生物氧化的四个3

物质在生物体内进行的氧化过程称为生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白质等有

机物质在生物体内氧化分解并逐步释放能量，最终生成CO

2和 H

2

O的过程。

三形式: 某物质与氧的结合、脱氢、失电子；

三过程：脱氢（电子）、传氢（电子）、受氢（电子）

三功能：产ATP、产还原力（指NADH2和NADPH2）、小分子中间代谢产物。

三类型：呼吸（好氧）、无氧呼吸、发酵

8、好氧呼吸特点：底物脱下的氢（［H］）经完整的呼吸链传递，最终由外源氧分子受氢，产生水并释放出ATP形式的能量。产能效率高，基质彻底氧化生成CO2和H2O。