《水处理微生物复习提纲》

《水处理微生物复习提纲》

复习思考书后习题

绪论

1.微生物的定义

肉眼看不见、必须在电子显微镜或光学显微镜下才能看见的所有微小生物的统称

2.微生物和真核微生物的主要区别

有无完好的细胞核，有无核膜，有无细胞器、有无有丝分裂

3.微生物的分类单位、命名和分类依据

分类：域、界、门、纲、目、科、属、种

分类依据：形态学特征、表型特征、生理特征、生态特征、血清学特征、噬菌体反应

命名：属名+种名+命名人的姓；属名+ sp（spp）

4.微生物的特点

个体小；分布广、种类繁多；繁殖快；易变异

第一章非细胞生物——病毒

1. 掌握病毒的形态结构和增殖方式

动物病毒的形态有球形、卵圆形、砖形；植物病毒有杆状、丝状、球状；噬菌体的形态有蝌蚪状和丝状。

病毒的化学组成有蛋白质和核酸，个体大的病毒还含脂质和多糖。整个病毒体分两部分：蛋白质衣壳+核酸内芯=核衣壳。病毒粒子有两种，一种是不具被膜的裸露病毒粒子，另一种是在核衣壳外面由被膜包围所构成的病毒粒子

病毒的繁殖有四步骤：吸附、侵入、复制与聚集、释放

2. 掌握烈性噬菌体和温和性噬菌体的特点

侵入宿主细胞后，随即引起宿主细胞裂解的噬菌体称作烈性噬菌体。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，这种不引起宿主细胞裂解的噬菌体称为温和噬菌体。含有温和噬菌体核酸的宿主细胞称为溶原细胞。在溶原细胞内的温和噬菌体核酸，称为原噬菌体。原噬菌体随宿主细胞分裂传给子代细胞，子代细胞也称为溶原细胞。溶原性是遗传特性，溶原性喜剧的子代也是溶原性的。在溶原性细胞内的原噬菌体没有感染力，它一旦脱离溶原性细菌的染色体后即可恢复复制能力，并引起宿主细菌裂解而释放出成熟的毒性噬菌体，这是溶原性发生变异所致。溶原性的变异可以是自发的，也可以诱发产生。

3. 了解影响水中病毒存活的因素：温度和病毒类型

第二章原核微生物

1.掌握细菌的细胞结构；细胞壁、细胞质膜、细胞质及其内含物、拟核。部分细菌有特殊结构：

芽孢、鞭毛、荚膜、黏液层、衣鞘及光合作用层片

细胞壁的结构：革兰氏阳性菌细胞壁厚，结构简单，含肽聚糖，磷壁酸，少量蛋白质和脂肪；革兰氏阴性菌细胞壁薄，结构较复杂，分外壁层和内壁层。外壁层最外层是脂多糖，中间是磷脂层，内层为脂蛋白。内壁层含少量肽聚糖，不含磷壁酸。（阴性菌脂肪含量明显高于阳性菌，含大量、独含、不含）细胞膜的结构（镶嵌模型）:细胞质膜是半渗透膜，由上下两层致密的着色层，中间夹一个不着色层组成。不着色层由磷脂双分子层组成，是两性分子（亲水基、疏水基）。蛋白质在膜内的位置不固定，使细胞质膜成为一个流动镶嵌的功能区域

细胞质、核质的特点：细胞质是无色透明、粘稠的复杂胶体，亦称原生质，由蛋白质、核酸、多糖、脂质、无机盐和水组成。幼龄菌易被着染，老龄菌因缺乏营养，核糖核酸被细菌用作氮源和磷原而降低含量，使着色不均匀

原生核没有核膜和核仁，由脱氧核糖核酸纤维组成，即有一条环状双链的DNA分子高度折叠缠绕形成，是一个透明的，不易着色的纤维状区域。用富尔根染色法可见呈球状、棒状、哑铃状细胞质内含物的类型、特点：由合成蛋白质的核糖体和内含颗粒组成，内含颗粒是细菌生长到成熟阶段，因营养过剩形成一些贮藏颗粒，一种细菌含一种或两种内含颗粒。内含颗粒包括：多聚磷酸盐颗粒（碳源、能源、氮源），疏粒（从SO42-中取得能量），糖原和淀粉粒（碳源、能源），气泡（借以浮力），藻青素颗粒（蓝细菌多余氮的贮存体），羧酶体（固定CO2的场所），磁小体（发展研究）

荚膜、芽孢、鞭毛的特点：荚膜是一些细菌在其细胞表面分泌的一种黏性物质，高碳氮比和强通气条件的培养基有利于好氧细胞的荚膜生成，含水率在90%～98%，荚膜很难着色，用负染色法染色，荚膜有助于细菌的侵染力，保护病菌免受宿主吞噬细胞的吞噬，可用作氮源和能源，有生物吸附作用所有的芽孢都可抵抗外界不良环境，芽孢的含水率低，壁厚而致密，吡啶二羧酸含量高，含有耐热性酶。因此对高温、低温、干燥、光线和化学药物有很强的抵抗力，芽孢就是抵抗外界不良环境的休眠体。芽孢不宜着色，但可用孔雀绿染色

由细胞质膜上的鞭毛基粒长出穿过细胞壁伸向体外的一条纤细的波浪状的丝状物叫鞭毛。具有鞭毛的细菌都能运动，不具鞭毛的细菌不一定不能运动。鞭毛靠细胞质膜上的A TP酶水解A TP时释放的能量而运动。用鞭毛染色液染菌体染色。

2.掌握繁殖方式和培养特征；

a. 固体培养基上：就是菌落特征，从3方面看菌落表面特征：表面特征、边缘特征、纵剖面特征

b．明胶培养基中：依据这些不同形态的溶菌区或溶菌与否可将细菌进行分类

c．半固体培养基中：判断细菌呼吸类型（好氧、厌氧、兼性），判断细菌是否运动。如果细菌在

培养基的表面及穿刺线的上部生长者为好氧菌，沿着穿刺线自上而下生长者为兼性厌氧菌或潜行

好氧菌，如果只在穿刺线的下部生长者为厌氧菌。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。

d．液体培养基中：培养特征是分类依据之一

3.掌握细菌的分类依据：荚膜，芽孢，鞭毛着生部位、数目、排列

4.革兰氏染色法

草酸铵结晶染色1min（紫）——碘—碘化钾溶液媒染1min（紫）——中性脱色剂脱色（无、紫）——番红染液复染（红、紫）

革兰氏染色机制：与细菌等电点有关系；与细胞壁有关系

等电点：革兰氏阳性菌的等电点比革兰氏阴性菌的等电点低，则阳性菌与草酸铵结晶紫的结合力大，用碘—碘化钾媒染后，两者的等电点均得到降低，阳性菌的电点降低得多，故与草酸铵结晶紫结合得更牢固，对乙醇的脱色抵抗力更强

细胞壁：阳性菌的脂质的含量很低，肽聚糖的含量高。阴性菌相反，脂质含量很高，肽聚糖含量很低。因此用乙醇脱色时，阴性菌的脂质被乙醇溶解，增加细菌细胞壁的孔径及其通透性，乙醇很容易进入细胞内讲草酸铵结晶紫、碘—碘化钾复合物提取出来，使菌体呈现无色。对于阳性菌来说，乙醇既是脱色剂又是脱水机，使肽聚糖脱水缩小细胞壁的孔径，降低细胞壁的通透性，阻止乙醇分子进入细胞，草酸铵结晶紫、碘—碘化钾复合物被截留在细胞内而不被脱色，仍呈紫色。

5.掌握放线菌的形态结构和形态菌落特征

放线菌的菌体由纤细的、长短不一的菌丝组成，菌丝分枝，为单细胞，在菌丝生长过程中，核物质不断复制分裂，然而细胞不形成横膈膜，也不分裂，而是无数分枝的菌丝组成细密的菌丝体。菌丝体可分为3类：营养菌丝、气生菌丝、孢子丝（分类鉴定依据之一）

放线菌的菌落是由一个孢子或一段营养菌丝生长繁殖出许多菌丝，并互相缠绕而成的

6.掌握放线菌的繁殖方式

孢子的萌发——菌丝的生长——发育——繁殖

放线菌是通过分生孢子或孢囊孢子繁殖，也可以一段营养菌丝繁殖

7.了解污染控制工程中常见的菌属

诺卡氏菌分解糖类和蜡，能降解水管和排污管的橡皮垫圈

第三章真核微生物

1.掌握酵母菌的细胞结构

酵母菌的细胞结构有细胞壁、细胞质膜、细胞核、细胞质及内含物

细胞壁含；葡萄糖、甘露聚糖、蛋白质及脂质

细胞核具有；核膜、核仁和染色体

细胞质含：大量RNA、核糖体、中心体、线粒体、中心染色质、高尔基体、内质网膜、液泡等。线粒体呈球状或杆状，位于核膜和中心体的表面，含脂和呼吸酶系统，执行呼吸功能。中心体附着在核膜上。中心染色质附着在中心体上，有一部分附着在核膜上。老龄细胞质中由于营养过剩形成一些内含物

2.掌握酵母菌和霉菌的菌落特征

酵母菌：表面湿润而光滑，其颜色通常有白色和红色，有黏性。培养时间久后菌落表面转为干燥，并呈皱褶状，菌落大小和细菌差不多

霉菌：菌落呈圆形、绒毛形、絮状或蜘蛛网状，菌落大，长得快。不同的霉菌使各种霉菌菌落呈现不同结构和色泽。霉菌可产生水溶性色素和非水溶性色素，水溶性色素可使菌落背面呈现颜色。霉菌菌落疏松

3.掌握霉菌的繁殖方式和酵母菌的

酵母菌：无性生殖和有性生殖，无性生殖又分出芽生殖和裂殖

霉菌：借助有性孢子和无性孢子繁殖，也可借助菌丝的片段繁殖，由它的顶端延伸分枝而生成新的菌丝体

4.了解各种藻类的微生物学特征繁殖方式

蓝藻、裸照、绿藻可形成水华；轮藻门的轮藻属可熏驱烟蚊，轮藻受精卵化石可作地层鉴定和陆地勘探的依据；金藻多数为淡水产的，在寒冷季节大量繁殖，是重要浮游藻类；黄藻门；硅藻对水体的生产能力起重要作用；甲藻是重要的浮游藻类之一，甲藻死后沉在海底形成生油地层中的主要化石，是形成“赤潮”的主要因素；褐藻（海带），红藻（紫菜）均可食用

5.掌握原生动物的形态和生理特征

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，没有细胞壁，有细胞质膜、细胞质，有分化的细胞器，其细胞核具有核膜。有独立生活的生命特征和生理功能，由相应的细胞器执行。原生动物的营养类型：全动性营养、植物性营养、腐生性营养。繁殖方式有无性生殖和有性生殖，无性生殖分为

二分裂法，纵分裂和横分裂

6.掌握原生动物和后生动物在水处理中的作用

鞭毛虫喜在多污带和α-中污带中生活，可作污水处理差时的指示生物；扭头虫、草履虫耐污能力极强；漫游虫在清洁水中生活；钟虫在寡污带中生活。孢囊是抵抗不良环境的一种休眠体，一旦形成孢囊就可判断污水处理不正常

轮虫要求较高的溶解氧量，是寡污带和污水生物处理效果好的指示生物；线虫是水净化程度差的指示生物；颤蚓和水丝蚓是河流、湖泊底泥污染的指示生物；浮游夹壳动物是水体污染和水体自净的指示生物；水蚤血红素的含量常随环境中溶解氧量的高低而变化，可判断水体的清洁程度

第四章微生物的生理

掌握酶的概念：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

酶的组成：酶可分为单成分酶和全酶两类。前者只含蛋白质，后者除蛋白质外，还要结合一些被称为辅基或辅酶的热稳定的非蛋白质小分子有机物或金属离子，全酶一定要在酶蛋白和辅酶同时存在才

起作用

酶蛋白的结构：酶蛋白是由20种氨基酸组成，这20种氨基酸按一定的排列顺序由肽键连接成多肽链，两条多肽链之间或一条多肽链卷曲后相邻的基团之间以氢键、盐键、酯键、疏水键、范德华引

力及金属键等相连接而成。酶蛋白的结构分一级、二级和三级结构，少数酶具有四级结构。酶的活性中心：是酶蛋白分子直接参与和底物结合，并与酶的催化作用直接有关的部位。它是酶直接行使催化功能的结构基础。酶的活性中心有两个功能部位，一个是结合部位，另一个是催化部位，并不独立存在。酶的活性中心对催化作用至关重要，其他部位也很重要，因为酶活性中心的形成首先依赖于整个酶分子的结构，他们在维持酶的空间构型、保持酶的活性中心和催化作用等方面都起着不同程度的作用。酶的分类与命名：根据酶的催化反应类型，把酶划分为6大类：氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂解酶类、异构酶类和合成（连接）酶类，用123456来表示。

习惯命名法主要依据两个原则：按酶的作用底物的不同命名（淀粉酶、蛋白酶）；按酶催化反应的性质及类型命名（水解酶、转移酶）；结合两原则命名（琥珀酸脱氢酶）。国际系统命名法

影响酶促反应速率的因素：

酶的浓度：当底物浓度足够时，酶分子越多，底物转化速率越快，呈正比关系。但事实上，随着酶浓度提高，酶浓度与反应速率的关系曲线有时会很快偏离直线而折向平缓，原因可能是没有达到最佳

反应条件，或由于底物夹带较多的抑制剂等原因所造成的。

底物浓度：即使酶的浓度足够高，但随着底物浓度的继续升高，酶促反应速率并没有增加，甚至反而受到抑制。大多数酶都有这种饱和现象，但达到饱和所需要的底物浓度不同。在底物浓度相同的条

件下，酶促反应速率与酶的初始浓度成正比。酶的初始浓度高，其酶促反应速率就快。

温度：对每一种酶来说，都有一个显示最大活力的温度，这一温度成为该酶的最适温度。各种酶在最适温度附近的一段范围内，酶促反应速率最大。最适温度受酶的纯度、底物、激活剂、抑制剂等因

素的影响

pH：酶在最适pH范围内表现出最高的催化活性。最适pH不是特定常数。pH对酶活力的影响主要表现在两方面：改变底物分子和酶分子的解离状态，从而影响酶和底物分子的结合；影响酶的稳定性，

进而使酶遭到不可逆性的破坏

激活剂：许多酶促反应只有当某一种适当的激活剂存在时，酶才表现出催化活性或强化催化活性

抑制剂：由于某些物质与酶的活性部位结合，使酶蛋白活性部位的结构和性质发生改变，从而引起酶活力下降或丧失的一种效应。抑制作用可分为：不可逆抑制作用和可逆抑制作用。可逆的抑制作用

可分为：竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制

电子传递体系：

1．了解微生物营养物质需求

微生物要求的营养物质有：水、碳素营养源、氮素营养原、无机盐及生长因子

水：重要组成成分、营养物质溶解吸收、维持稳定性并参与生物化学反应、有优良的物理性状、调节细胞温度

碳源：构成微生物细胞的含碳物质和供给微生物生长、繁殖及运动所需要的能量

亚硝化细菌、硝化细菌利用无机氮作为氮源

无机盐：构成细胞组分，构成酶的组分和维持酶的活性，调节渗透压、氢离子浓度、氧化还原电位等，供给自养微生物的能量

生长因子：调节微生物正常代谢所必须，但不能用简单的碳氮源自行合成的有机物。（维生素）2．了解微生物细胞的化学组成

水分（70%～90%）、干物质（10%～30%）

3．掌握物质的运输方式：单纯扩散、促进扩散、主动运输、基团转位

单纯扩散：高浓度区向低浓度区扩散，不需消耗能量

促进扩散：载体蛋白协助扩散，依靠浓度梯度驱动，不消耗能量

主动运输和基团转位均需消耗能量

4．掌握微生物的营养类型：无机营养微生物、有机营养微生物、混合营养微生物

无机营养微生物：利用CO2和碳酸盐作为其主要的甚至唯一的碳源，由于能源的不同，分为光能营养型和化能营养型

有机营养微生物：缺乏将无机物合成有机物的能力，只能利用有机物作为碳源和能源

5．掌握配置培养基的基本原则

目的要明确：微生物种类、培养目的

营养要协调：营养物质的浓度适宜、营养物质间的浓度比例适宜

pH要适宜

第五章微生物的生长繁殖与生存因子

1.掌握分批培养的方法

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

2.微生物生长曲线的特点

反应微生物的数量由少变多，达到高峰后又由多变少，甚至死亡的变化规律的生长曲线，可细分为六个时期：停滞期、加速期、对数期、减速期、静止期、衰亡期

停滞期：有的细菌存活繁殖，有的细菌死亡，总数基本尚未增加

对数期：增长速率增至最大，细菌数以几何级数增加，细胞代谢活力最强

静止期：细菌总数达到最大值，并恒定维持一段时间。营养物质浓度降低，成为细菌生长的限制因子

衰亡期：营养物被耗尽，细菌少繁殖或不繁殖或出现自溶，有的细菌产生芽孢

3.微生物的生存因子：温度、pH、氧化还原电位、溶解氧、太阳辐射、活度与渗透压、表面张力

4.微生物的相互关系：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

竞争关系：菌胶团细菌和丝状细菌表现出明显的竞争关系

原始合作关系：相互提供营养及生活条件，互为有利，分开可单独生存。固氮菌和纤维素分解菌

共生关系：分开不能单独生活，营养上互为有利。地衣和藻类

偏害关系（拮抗关系）：两种微生物，甲方对乙方有害，乙方对甲方没影响。特异性偏害（青霉菌和革兰氏阳性菌）和非特异性偏害

第六章微生物的遗传和变异

1.掌握DNA的结构与复制方法

DNA双螺旋结构，每条核苷酸链上均有4种碱基：腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)，碱基配对。DNA的复制和遗传信息传递的基本原则，称为分子遗传学的中心法则，DNA具有半保留式复制能力

2.基因突变和基因重组的形式

基因突变：自发突变和诱发突变

基因重组：杂交、转化、转导

3.质粒育种

较小的、携带少量遗传基因的环状DNA分子，称为质粒。质粒丢失或转移，就会丧失有该粒质决定的某些形状，但菌体不死亡，粒质可诱导产生。粒质在基因工程中常被用作基因转移的运载工具——载体。质粒育种是将两种或多种微生物通过细胞结合或融合技术，使供体菌的质粒转移到受体菌体内，使受体菌保留自身功能质粒，同时获得供体菌的功能质粒

第二篇

第一章

第四节水体微生物生态

1．掌握水体自净的概念

河流接纳了一定量的有机污染物后，在物理的、化学的和水生物等因素的综合作用后得到净化，水质恢复到污染前的水平和状态

2．掌握衡量水体自净的指标：P/H指数、氧浓度昼夜变化幅度和氧垂曲线P代表光能自养型微生物，H代表异养型微生物。水体刚被污染，P/H指数低，自净速率高；自净过程中，P/H指数升高，自净速率逐渐降低

溶解氧昼夜差异大，河流洁净；溶解氧昼夜差异小，河流刚被污染

3.了解污染水体的微生物的生态

掌握大肠菌群作为水质标准的原因：数量最大，对人较安全；环境中的存活时间与致病菌相近；检验技术相对简便

对数增长期：

（1）F/M值高，有机底物非常丰富，营养物质不是微生物增殖的控制因素

（2）微生物的增长速率与基质浓度无关，呈零级反应，它仅由微生物本身所特有的最小世代时间所控制，即只受微生物自身的生理机能的限制；

（3）微生物以最高速率对有机物进行摄取，也以最高速率增殖，而合成新细胞；

（4）此时的活性污泥具有很高的能量水平，其中的微生物活动能力很强，导致污泥质地松散，不能形成较好的絮凝体，污泥的沉淀性能不佳；

（5）活性污泥的代谢速率极高，需氧量大；

（6）一般不采用此阶段作为运行工况，但也有采用的，如高负荷活性污泥法。

减速增长期

（1）F/M值下降到一定水平后，有机底物的浓度成为微生物增殖的控制因素；

（2）微生物的增殖速率与残存的有机底物呈正比，为一级反应；

（3）有机底物的降解速率也开始下降；

（4）微生物的增殖速率在逐渐下降，直至在本期的最后阶段下降为零，但微生物的量还在增长；

（5）活性污泥的能量水平已下降，絮凝体开始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均较好；

（6）由于残存的有机物浓度较低，出水水质有较大改善，并且整个系统运行稳定；

（7）一般来说，大多数活性污泥处理厂是将曝气池的运行工况控制在这一范围内的。

衰亡期

（1）内源呼吸的速率在本期之初首次超过了合成速率，因此从整体上来说，活性污泥的量在减少，最终所有的活细胞将消亡，而仅残留下内源呼吸的残留物，而这些物质多是难于降解的细胞壁等；

（2）污泥的无机化程度较高，沉降性能良好，但凝聚性较差；有机物基本消耗殆尽，处理水质良好；

（3）一般不采用这一阶段作为运行工况，但也有采用，如延时曝气法。