环境工程微生物学期末复习纲要

环境工程微生物学

绪论

1.微生物是肉眼看不见的、必须在电子显微镜或者光学显微镜下才能看见的所有微小生物

的总称，按细胞结构的有无分非细胞结构微生物以及细胞结构微生物，按细胞核膜、细胞器及有丝分裂等的有无，划分为原核微生物和真核微生物。

2.微生物分类级别：界，门，纲，目，科，属，种。

3.微生物的命名：二名法，即用两个拉丁词命名一个微生物的种。属名在前，第一个字母

大写，种名灾后，第一个字母小写。微生物的名称之后缀有命名人的姓。

4.原核微生物与真核微生物的区别

原核微生物无成型细胞核，没有核膜，称为拟核；没有各种细胞器；不能进行有丝分裂；

真核微生物有发育完好的细胞核，内有核仁和染色质，有核膜；有高度分化的细胞器；

进行有丝分裂。

5.微生物的特点

个体极小；分布广，种类多；繁殖快；易变异。

病毒

1.病毒的特点

大小在0.2um以下，在光学显微镜下看不到，只能通过电子显微镜看；

病毒没有核糖体，不能合成蛋白质，也没有合成细胞物质和繁殖所必备的酶系统，不具备独立代谢能力，靠寄生生活；

在宿主体外呈现不具生命特征的大分子物质，但保留感染宿主的潜在能力，进入宿主体内后重新具备生命特征，感染新的宿主。

2.病毒的化学组成为蛋白质和核酸。

3.病毒繁殖过程的步骤（大肠杆菌为例）：吸附、侵入、复制与聚集、释放。

4.噬菌体有烈性噬菌体和温和噬菌体两种类型。

5.病毒在液体培养基中的培养特性

将噬菌体的敏感细菌接种在液体培养基中，经培养后敏感细菌均匀分布在培养基中而是培养基浑浊。接种噬菌体，敏感细菌被噬菌体感染后发生菌体裂解，原来浑浊的细菌悬液变成透明的裂解溶液。

6.噬菌斑是指将噬菌体的敏感细菌接种在琼脂固体培养基上生长成许多个菌落，当接种稀

释适度的噬菌体悬液后引起点性感染，在感染点上进行反复的感染过程，宿主细菌菌落就一个个地被裂解成一个个空斑，称为噬菌斑。

7.对病毒影响最大的物理因素是温度、光、干燥度。

1.微生物学家根据rRNA序列的不同，将所有微生物分为三大域，即古菌域、细菌域、真

核生物域。

2.细菌的四种形态：球状、杆状、弧状、螺旋状。

3.细菌的大小以微米为单位，病毒主要以纳米为单位。

4.细菌的分类

细菌主要分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌两大类。两者的化学组成和结构不同。

革兰氏阳性菌细胞壁较厚，厚度约为20~80nm，结构较简单；含大量肽聚糖，独含磷壁酸，不含脂多糖；脂肪含量较少1%~4%；

革兰氏阴性菌细胞壁较薄，厚度为10nm，结构较复杂，分外壁层和内壁层；含极少肽聚糖，独含脂多糖，不含磷壁酸。脂肪含量较多11%~20%。

5.原生质体的细胞质内含颗粒有多聚磷酸盐颗粒（异染粒），聚β-羟基丁酸，硫粒，淀粉

粒，糖原。

6.芽孢是指某些细菌在它的生活史中的某个阶段或某些细菌在它遇到外界不良环境时，在

其细胞内形成一个内生孢子，叫做芽孢。

7.芽孢的特点

芽孢的含水率较低，38%~40%；芽孢壁厚而致密；芽孢中的2，6-吡啶二羧酸含量高，为芽孢干重的5%~15%；芽孢含有耐热性酶。

8.菌落是指有一个细菌繁殖起来的，由无数细菌组成的具有一定形态特征的细菌集团。

9.菌苔是细菌在斜面培养基接种线上长成的一片密集的细菌群落。

10.细菌呼吸类型的判断方式：

细菌在培养基的表面及穿刺线的上部生长者为好氧细菌；

沿穿刺线自上而下生长者为兼性厌氧菌或兼性好氧菌；

只在穿刺线的下部生长者为厌氧菌。

11.细菌是否运动的判断方式

如果只沿着穿刺线生长者为没有鞭毛，不能运动的细菌；

如果不但沿着穿刺线生长而且穿透培养基扩散生长者为有鞭毛、能运动的细菌。

12.细菌的染色原理

细菌菌体无色透明，在显微镜下由于菌体与背景反差较小，不宜看清楚菌体的形态和结构，用染色液染菌体以增加菌体与背景的反差，在显微镜下则可以看清楚菌体的结构。

由于细菌在通常的培养情况下总是带负电荷，故用带正电的碱性燃料染色。

13.细菌的染色方法：简单染色法和复合染色法

14.革兰氏染色法染色步骤

在无菌条件下，用接种环挑取少量细菌于干净的载玻片上涂布均匀并固定；

用草酸铵结晶紫染色1min，水洗去掉浮色；

用碘-碘化钾溶液媒染1min，倾去多余溶液；

用中性脱色剂如乙醇或者丙酮脱色，革兰氏阳性菌不被褪色而呈现紫色，革兰氏阴性菌被褪色而呈现红色；

用番红染液复染1min，革兰氏阳性菌仍呈现紫色，革兰氏阴性菌则呈现红色。

15.蓝细菌的形态有的为单细胞，呈杆状和球状，是光合细菌中细胞最大的一类，与其他光

合细菌不同，含叶绿素a。

16.放线菌在固体培养基上呈辐射状生长而得名，菌体丝分为三类：营养菌丝，气生菌丝，

孢子丝。

1.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；按营养类型可分为全动

性营养，植物性营养，腐生性营养。

2.原生动物可分为四个纲：有鞭毛纲，肉足纲，纤毛纲，孢子纲。

3.纤毛纲可分为游泳型和固着型两类，固着性纤毛虫也称钟虫类。

4.原生动物的孢囊出现条件为：环境条件变坏，如水干涸、水温和pH过高或者过低，溶

解氧不足，缺乏食物或者排泄物积累过多，污水中的有机物浓度超过原生动物的适应能力等都可能使原生动物不能正常生活而形成孢囊。

5.微型后生动物有轮虫，线虫，寡毛虫，浮游甲壳动物，苔藓动物，水螅等。

6.利用水蚤判断水体清洁程度的原理

水蚤的血液中含有血红素，含量随环境溶氧量的高低而变化，水体中含氧量低，水蚤的血红素含量高，水体中含氧高，水蚤的血红素含量低。在污染水体中，溶解氧含量低，清水中氧的含量高，所以在污染水体中的水蚤颜色比在清水中的红一些。

7.除蓝藻以外的藻类都是真核生物，即蓝藻为原核微生物。

8.真菌的类型有酵母菌，霉菌，各种伞菌。

9.酵母菌是单细胞真菌，分为发酵型和氧化型两种，繁殖方式有无性生殖和有性生殖，无

性生殖又分为出芽生殖和裂殖。

10.霉菌分为寄生和腐生，是由分枝和不分枝的菌丝交织形成的菌丝体，整个菌丝体分为两

部分：营养菌丝和气生菌丝。

11.霉菌的常见属

单细胞霉：毛霉属，根霉属；

多细胞霉：青霉属，曲霉属，镰刀霉属，木霉属，交链孢霉属，白地霉属。

微生物的生理

1.酶的定义：酶是由细胞产生的、能在体内或体外起催化作用的一类具有活性中心和特殊

构象的生物大分子。可分为单成分酶和全酶两种类型。

2.铁卟啉能够催化氧化还原反应，辅酶A在糖代谢和脂肪代谢中起重要作用。

3.酶的活性中心有两个功能部位：结合部位和催化部位。

4.酶的分类有6类：氧化还原酶，转移酶，水解酶，裂解酶，异构酶，合成酶。

5.酶的催化特性

酶具有一般催化剂的共性；

酶的催化作用具有高度专一性；

酶的催化反应条件温和；

酶对环境条件的变化极为敏感；

酶的催化效率较高。

6.影响酶促反应速率的因素

酶的浓度、底物浓度、温度、pH、激活剂、抑制剂。

7.新陈代谢是活细胞中进行的所有化学反应的总称，是生物最基本的特征之一，包括同化

作用和异化作用。

8.微生物机体质量的70~90%为水，其余为干物质。

9.根据微生物对各种碳素营养物的同化能力不同，分为无机营养和有机营养两种，根据能

源形式不同分为光能营养型和化能营养型。

10.根据微生物对氮源要求的不同可分为四类：固氮微生物，利用无机氮为氮源的微生物，

需要某种氨基酸作为氮源的微生物，从分解蛋白质中取得铵盐或氨基酸合成蛋白质的微生物。

11.生长因子是一类调节为生物正常代谢所必须，但不能用简单的碳、氮自行合成的有机物，

广义的生长因子除了维生素外，还包括碱基、嘌呤、嘧啶、生长素及烟酸等；狭义的生长因子一般仅指维生素。

12.培养基是指根据各种微生物对营养的需要，包括水，碳源，能源，氮源，无机盐及生长

因子等按一定比例配置而成的，用以培养微生物的基质，称为培养基。

13.培养基的分类

按培养基组成物的性质不同，分为合成培养基，天然培养基，复合培养基；

按培养基的物理性状分类，分为液体培养基，固体培养基，半固体培养基；

按培养基对微生物的功能和用途分类，分为选择培养基，鉴别培养基，加富培养基。

其中大肠杆菌的四种菌属接到含乳糖的远藤氏培养基上生长时，由于对乳糖分解能力不同，呈现不同颜色。大肠埃希氏菌分解能力最强，菌落呈现深紫红色，有金属光泽；

克雷伯氏菌菌落呈现深红色，湿润光亮；柠檬酸盐杆菌菌落呈现紫红或者深红色；产气肠杆菌的菌落呈淡红色。

14.营养物质进入微生物细胞的方式有单纯扩散，促进扩散，主动运输，集团转位。

15.ATP的生成方式有基质水平磷酸化，氧化磷酸化，光合磷酸化。

16.根据最终电子受体的不同，可将微生物的生物氧化分为三类：发酵，好氧呼吸，无氧呼

吸。

17.好氧呼吸可分为外源性呼吸和内源性呼吸。正常情况下，微生物利用外界供给的能源进

行呼吸，叫做外源性呼吸；有丰富营养的细胞具有相当多的能源贮备和高度的内源呼吸，饥饿细胞的内源呼吸速率很低。好氧呼吸能否进行，处要取决于氧气的体积分数能否达到0.2%。

18.无氧呼吸又称厌氧呼吸，最终有氧化态的无机物受氢分类有：硝酸盐呼吸（以硝酸根作

为最终电子受体）；硫酸盐呼吸（以硫酸根作为最终电子受体）；碳酸盐呼吸（以二氧化碳和一氧化碳作为最终电子受体）；延胡索酸呼吸（以延胡索酸为最终电子受体）。19.发光细菌含有两种特殊成分：荧光素酶和长链脂肪族醛（月桂醛）。

微生物的生长繁殖与生存因子

1.正常情况下，同化作用大于异化作用，微生物的细胞质量不断迅速增长，称为生长；

当单个细胞生长到一定程度时，由一个亲代细胞裂解形成两个大小、形状与亲代细胞相似的子代细胞，使得个体数目增加，这是单细胞微生物的繁殖，此种方式称为裂解；

微生物的生长与繁殖是交替进行的，从生长到繁殖这个量变到质变的过程叫发育。

细菌两次细胞分裂之间的时间称为代时（世代时间）。

2.多细胞微生物的生长只是细胞数目增加，不伴随个体数目增加；

不但细胞数目增加，个体数目也增加，称为多细胞微生物的繁殖。

3.微生物的培养方法有分批培养和连续培养

分批培养是将一定量的微生物接种在一个封闭的、盛有一定体积液体培养基的容器内，保持一定的温度、pH和溶解氧量，微生物在其中生长繁殖；结果出现微生物的数量由少变多，达到高峰之后又由多变少，甚至死亡的变化规律。

细菌的生长繁殖可分为六个时期：停滞期（适应期、延滞期），加速期，对数期，减速期，静止期，衰亡期；

停滞期：将少量细菌接种到某一个培养基上，细菌不会立刻生长繁殖，经过一段适应时间才能在新的培养基上生长繁殖；

加速期：细菌生长速率增至最大，细菌总数以几何数级增长；

静止期：由于处于对数期的细菌生长繁殖过程，消耗了大量的营养物质，致使一定体积的培养基浓度降低；

衰亡期：继静止期以后，由于营养物质被消耗殆尽，细菌因缺乏营养而利用贮存物质进行内源呼吸，即自身溶解。

连续培养有恒浊连续培养和恒化连续培养两种。

恒浊连续培养是使细菌培养液的浓度恒定，以浊度为控制指标的培养方式；

恒化连续培养是维持进水中营养成分恒定，以恒定流速进水，以相同流速流出代谢产物，使细菌处于最高生长速率状态下生长的培养方式。

4.测定微生物总数的方法有：计数器直接计数，电子计数器计数，染色涂片计数，比浊法

测定细菌悬液细胞数。

5.好氧微生物和微量好氧微生物能够在有氧条件下正常生长繁殖，是因为它们体内含有相

应的过氧化氢酶，过氧化物酶和超氧化物歧化酶分解在利用氧气过程中产生的有毒物质，如过氧化氢，过氧化物以及羟基自由基，从而使自身避免中毒。厌氧微生物不具备上述酶，因此不能在有氧条件下生长繁殖。

6.紫外辐射能引起DNA链上两个临近的胸腺嘧啶分子形成胸腺嘧啶二聚体（T=T），致使

DNA不能复制，导致微生物死亡。

7.超声波的杀菌机制：

超声波使细胞内含物质受到强烈震荡，胶体发生絮状沉淀、凝胶液化或者乳化，从而失去活性；

溶液受超声波作用产生空腔，引起巨大的压力变化，从而使细菌死亡；

溶于溶液的气体在超声波作用下变成无数极其微小的气泡讯速猛烈地冲击细胞使之破裂。

8.极端温度是指超高温和超低温。超高温指在微生物最高生长温度以上的温度，对微生物

有致死作用。

9.灭菌是通过超高温或者其他物理、化学方法将所有微生物的营养细胞和所有的芽孢或者

孢子全部杀死的过程，灭菌方法有干热灭菌法和湿热灭菌法两种；

消毒是指用物理、化学方法杀死致病菌，或者是杀死所有微生物的营养细胞和一部分芽孢，消毒法有巴斯德消毒法和煮沸消毒法两种。

10.极端pH对微生物的影响

PH过低，小于1.5，引起微生物体表面由带负电荷变为正电荷，进而影响微生物对营养物质的吸收；

过高或者过低的pH会影响培养基中有机物的离子化作用，从而间接影响微生物；

酶只有在最适pH下才能发挥最大活性，极端pH使得酶的活性降低，进而影响生物细胞内的生物化学作用，甚至直接破坏微生物细胞；

过高或者过低的pH均会降低微生物对高温的抵抗能力。

11.抗生素对微生物的影响

抑制微生物细胞壁的合成；破化微生物的细胞质膜；抑制蛋白质合成；干扰核酸的合成。

12.不同微生物之间的关系：竞争关系，原始合作关系，共生关系，偏害关系，捕食关系，

寄生关系。

微生物的生态

1.生态系统是指在一定的时间和空间范围内由生物与他们周围的环境通过能量流动和物

质循环组成的一个自然体；

种群是指生活在同一特定空间的同一生物种的所有个体的集合体；

群落是指生活在同一特定空间区域的所有生物种群的聚合体。

2.土壤的生态条件包括：营养物质，pH，渗透压，氧气和水，温度，保护层。

3.土壤自净是指土壤对施入一定负荷的有机物或者有机污染物具有媳妇和生物降解的能

力，通过各种物理、化学过程自动分解污染物使土壤恢复到原有水平的净化过程。

4.土壤生物修复工程包括微生物修复法（原位生物修复，异位生物修复）和植物修复技术。

5.空气的生态条件较差，因为紫外辐射较强，较干燥，温度变化较大，缺乏营养。

6.空气污染的指示菌以咽喉正常菌丛中的绿色链球菌最合适，通常用空气中多个细菌总数

作为指标。

7.水中微生物的来源

水中固有的微生物；来自土壤的微生物；来自生产和生活的微生物；来自空气的微生物。

8.水体自净过程

1)有机污染物排入水体后被水体稀释，有机和无机固体物质沉降至河底；

2)水体中好氧细菌利用溶解氧吧有机物分解成为简单有机物和无机物，导致水体溶氧

量下降；

3)水中溶解氧在异养细菌分解有机物时被消耗，大气氧气供给不足，氧垂曲线下降；

4)有机物逐渐减少，复氧速率大于好氧速率，氧垂曲线上升，溶解氧含量逐渐上升；

5)随着水体自净，有机物缺乏和其他原因，细菌死亡。

9.污化系统指有机污染物排入河流之后，顺河流方向形成的一系列连续污化带，包括多污

带，α-中污带，β-中污带，寡污带。

10.水体有机污染指标包括BIP指数，细菌菌落总数，总大肠菌群。

11.BIP指数表示无叶绿素的微生物占所有微生物的百分比。

12.大肠菌群被选作致病菌的间接指示菌的理由是：大肠菌群是人肠道中正常寄生菌，数量

最大，对人较为安全，在环境中的存活时间与致病菌相近，而且检验技术相对简便。13.水体富营养化是指人为污染源将大量含氮含磷废水排入自然水系，使得水体氮磷含量过

生，促使水体中藻类大量繁殖，淡水中发生水华，海洋发生赤潮，造成水体富营养化。

14.评价水体富营养化的方法：观察蓝细菌和藻类等指示生物；测定生物的现存量；测定原

初生产力；测定透明度；测定氮和磷等导致富营养化的物质。

微生物在环境物质循环中的作用

1.纤维素的分解途径（P270）

2.细菌的纤维素酶结合在细胞质膜上，是一种表面酶；

真菌和放线菌的纤维素酶是胞外酶，可分泌到培养基中。

3.自然界中的氮元素以三种形态存在：分子氮，有机氮化合物，无机氮化合物。

4.有机氮化合物在氨化微生物的脱氨基作用下产生氨，称为脱氨作用，亦称氨化作用。

5.氨基酸的转化作用包括脱氨作用和脱羧作用。

6.氨基酸脱下的氮，在有氧条件下，经亚硝化细菌和硝化细菌的作用转化为硝酸的作用称

为硝化作用。

7.通过固氮微生物的固氮酶催化作用，把分子N2转化为NH3，进而合成有机氮化合物的

过程称为固氮作用。

8.在有氧条件下，通过硫细菌的作用将硫化氢氧化为单质硫，进而氧化成为硫酸的过程称

为硫化作用。参与硫化作用的微生物有硫化细菌和硫磺细菌。

9.在混凝土排水管和铸铁排水管中，如果有硫酸盐的存在，管的底部则常因为缺氧而被还

原成为硫化氢。硫化氢上升到污水表层，与污水表面溶解的氧结合，被硫化细菌或者硫细菌氧化成为硫酸，再与管顶部的凝结水结合，使得混凝土管和铸铁管受到腐蚀。

水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理

1.好氧活性污泥是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物与污水中的有机和无机固

体物质混凝交织在一起，形成的絮状体。

2.好氧活性污泥的结构和功能中心是能起絮凝作用而细菌形成的细菌团块，称为菌胶团。

3.菌胶团的作用

有很强的生物絮凝、吸附能力和氧化分解有机物的能力；

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；

为原生动物和微型后生动物提供了附着栖息场所；

具有指示作用：通过菌胶团的颜色，透明度等可以衡量好氧活性污泥的性能。

4.原生动物和微型后生动物在污水生物处理和水体污染及自净中起到的作用

1)指示作用

a)可以根据原生动物和微型后生动物的演替过程，根据其活动规律来判断水质和

污水处理程度，还可以判断活性污泥培养的成熟程度；

b)根据原生动物种类判断活性污泥和处理水质的好坏；

c)根据原生动物遇到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

运行过程中出现的问题。

2)净化作用

原生动物有摄取溶解性有机物的作用，对水体起到了净化作用。

3)促进絮凝和沉淀的作用

污水处理过程中主要靠细菌起净化作用和絮凝作用，有的细菌需要一定量的原生动

物存在才能发生絮凝作用。

5.由于丝状细菌极度生长引起的活性污泥膨胀称为活性污泥丝状膨胀。

6.活性污泥丝状膨胀的原因

活性污泥丝状膨胀的成因有环境因素和微生物因素，主要因素是丝状微生物的过度生长。促进丝状微生物过度生长的环境因素有以下几种。

1)温度；构成活性污泥的各种细菌最适生长温度在30℃左右，温度也会影响氧的溶

解度，从而间接影响；

2)溶解氧；在温度为25~30℃条件下，有机废水中溶解氧匮乏，丝状细菌呈优势生长，

很容易引起活性污泥丝状膨胀；

3)可溶性有机物及其种类；几乎所有丝状细菌都能吸收可溶性有机物，尤其是低分子

的糖类和有机酸。有机物因缺氧不能降解彻底，积累大量有机酸，为丝状细菌创造

营养条件，使其优势生长。

4)有机物浓度；

5)pH变化。

7.活性污泥丝状膨胀的机理

单位体积中，呈丝状扩展生长的丝状细菌的表面及与体积比比絮凝性菌胶团细菌的大，对限制性的营养和环境条件的争夺占优势，絮凝性菌胶团细菌处于劣势，丝状细菌就能大量生长繁殖成优势菌，从而引起活性污泥丝状膨胀。

丝状细菌和絮凝性菌胶团细菌的优势竞争表现在以下几个方面：对溶解氧的竞争；对可溶性有机物的竞争；对氮和磷的竞争；有机物冲击负荷影响。

8.控制活性污泥丝状膨胀的对策

解决活性污泥丝状膨胀的的问题，其根本是要控制引起丝状细菌过度生长的具体环境因子。具体方法有：控制溶解氧，控制在2mg/L以上；控制有机负荷，BOD5负荷不宜太高，0.2~0.3为宜；改革工艺，将活性污泥法改为生物膜法等。

控制活性污泥丝状膨胀的最佳办法是：根据活性污泥丝状膨胀致因微生物的生理特性，用合理的优化工艺创造条件遏制活性污泥丝状膨胀致因微生物的几度生长，达到有效控制活性污泥丝状膨胀的目的。

9.甲烷发酵理论与机制（四阶段发酵理论）

1)第一阶段：水解和发酵型细菌群将复杂有机物如纤维素、淀粉等水解为单糖后，再

酵解为丙酮酸；将蛋白质水解为氨基酸，脱氨基成有机酸和氨；脂质水解为各种低

级脂肪酸和醇；

2)第二阶段：产氢和产乙酸细菌群把第一阶段的产物进一步分解为乙酸和氢气；

3)第三阶段：微生物为两组生理性质不同的专性厌氧产甲烷菌群。一组将氢气和二氧

化碳或者一氧化碳和氢气合成甲烷；另一组将乙醇脱羧生成甲烷和二氧化碳，或者

利用甲酸、甲醇及甲基胺裂解称为甲烷；

4)第四阶段：同型产乙酸阶段，同型产乙酸细菌将H2和CO2转化为乙酸的过程。

污水深度处理和微污染源水预处理中的微生物学原理

1.微生物脱氮原理（P324）

硝化过程：短程硝化和全程硝化；

反硝化：反硝化脱氮，厌氧氨氧化脱氮，厌氧氨反硫化脱氮。

2.消化过程运行操作的几个关键指标

泥龄：通过排泥控制，一般控制在五天以上，泥龄要大于硝化细菌的比生长速度；

供给足够氧：处理生活污水时，溶解氧一般控制在1.2~2.0mg/L为宜；

控制适度的曝气时间：普通活性污泥法的曝气时间为4~6h；

碱度：pH下降呈酸性，对硝化细菌生长不利；

温度：大多数硝化细菌适宜的生长温度为25~30℃。

3.反硝化细菌是所有能以NO3-为最终电子受体、利用低分子有机物作为供氢体、将NO3-

还原为N2的细菌的总称。

4.人工湿地的三种重要元素为基质，湿地水生植物和人工湿地根际和根面微生物。

5.水的消毒方法：煮沸法；加氯消毒；臭氧消毒；过氧化氢消毒；紫外辐射消毒；微电解

消毒。

6.微生物净化气态污染物的三种方法：生物吸收法；生物滴滤法；生物过滤法。