水处理生物学重点及其答案

第一章绪论1 "水处理生物学"的研究对象是什么？"水处理生物学"研究的对象主要集中在与水中的污染物迁移、分解及转化过程密切相关的微生物、微型水生动物和水生/湿生植物，特别是应用于水处理工程实践的生物种类。

细菌等原核微生物在水处理工程中通常起着关键的作用，是水处理生物学研究的重点。

2 水中常见的微生物种类有哪些？水中的主要微生物分为非细胞生物（病毒）和细胞生物两种类型。

在细胞生物中又分为古菌、原核生物（如细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体、衣原体等）、真核生物。

真核生物又可细分为藻类、真菌（如酵母菌、霉菌等）、原生动物（分为肉足类、鞭毛类、纤毛类）、微型后生动物。

3 微生物有哪些基本特征？为什么？微生物除了具有个体微小、结构简单、进化地位低等特点外，还具有以下特点：（1）种类多。

（2）分布广。

微生物个体小而轻，可随着灰尘四处飞扬,因此广泛分布于土壤、水和空气等自然环境中。

土壤中含有丰富的微生物所需要的营养物质，所以土壤中微生物的种类和数量很多。

（3）繁殖快。

大多数微生物在几十分钟内可繁殖一代，即由一个分裂为两个。

如果条件适宜，经过10h就可繁殖为数亿个。

（4）易变异。

这一特点使微生物较能适应外界环境条件的变化。

4 微生物命名常用的双名法的主要规定是什么？一种微生物的名称由两个拉丁文单词组成，第一个是属名，用拉丁文名词表示，词首字母大写，它描述微生物的主要特征；第二个是种名，用拉丁文形容词表示，词首字母不大写，它描述微生物的次要特征。

有时候在前面所述的两个单词之后还会有一个单词，这个单词往往是说明微生物的命名人。

第二章原核微生物1 细菌的大小一般是用什么单位测量的？细菌的大小一般只有几个μm，故一般用μm测量。

2 以形状来分，细菌可分为哪几类？细菌的形态大致上可分为球状、杆状和螺旋状（弧菌及螺菌）3种，仅少数为其他形状，如丝状、三角形、方形和圆盘形等。

球状、杆状和螺旋状是细菌的基本形态。

自然界中，以杆菌最为常见，球菌次之，螺旋菌最少。

3 细菌的细胞结构包括一般结构和特殊结构，简单说明这些结构及及其生理功能。

细菌的基本结构包括细胞壁和原生质两部分。

原生质位于细胞壁内，包括细胞膜（细胞质膜）、细胞质、核质和内含物。

细胞壁是包围在细菌细胞最外面的一层富有弹性的、厚实、坚韧的结构，具有固定细胞外形和保护细胞不受损伤等多种功能。

细胞壁的主要功能有：①保持细胞形状和提高细胞机械强度，使其免受渗透压等外力的损伤；②为细胞的生长、分裂所必需；③作为鞭毛的支点，实现鞭毛的运动；④阻拦大分子有害物质（如某些抗生素和水解酶）进入细胞；⑤赋予细胞特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的敏感性。

细胞膜又称细胞质膜、质膜或内膜，是一层紧贴着细胞壁而包围着细胞质的薄膜（厚约7～8nm），其化学组成主要是蛋白质、脂类和少量糖类。

这种膜具有选择性吸收的半渗透性，膜上具有与物质渗透、吸收、转运和代谢等有关的许多蛋白质和酶类。

细胞膜的主要功能为：①选择性地控制细胞内外物质（营养物质和代谢产物）的运送和交换。

②维持细胞内正常渗透压。

③合成细胞壁组分和荚膜的场所。

④进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地。

⑤许多代谢酶和运输酶以及电子呼吸链组成的所在地。

⑥鞭毛的着生和生长点。

细胞质是细胞膜包围地除核区以外的一切透明、胶状、颗粒状物质的总称。

其主要成分是水、蛋白质、核酸和脂类等。

与真核生物不同，原核生物的细胞质是不流动的。

核区又称核质体、原核、拟核或核基因组，指存在于细胞质内的、无核膜包裹、无固定形态的原始细胞核。

内含物是细菌新陈代谢的产物，或是贮备的营养物质。

常见的内含物颗粒主要有以下几种：⑴异染颗粒。

其化学组分是多聚偏磷酸盐，是磷源和能源的贮藏物，可降低细胞渗透压。

⑵聚β─羟基丁酸盐。

它是细菌所特有的一种碳源和能源贮藏物。

⑶肝糖和淀粉粒，两者都是碳源和能源的贮藏物。

⑷硫粒，它是元素硫的贮藏物。

⑸气泡，存在于许多光能营养型、无鞭毛的运动水生细菌中的包囊状的内含物。

细菌的特殊结构一般指荚膜（糖被）、芽孢和鞭毛3种。

荚膜或称大荚膜，其主要功能有：①保护作用。

②作为通透性屏障和离子交换系统。

③贮藏养料。

④表面附着作用。

⑤细菌间的信息识别作用。

芽孢是某些细菌在生活史的一定阶段在细胞内形成的一个圆形或椭圆形的休眠结构。

具有壁厚，水分少，不易透水，抗热、抗化学药物、抗辐射能力强等特点。

鞭毛是某些细菌表面伸出的细长、波曲的附属物。

完整的一根鞭毛从形态上可分三部分：鞭毛丝、鞭毛钩和基体。

鞭毛是细菌的运动器官，鞭毛运动引起菌体运动。

4 什么是革兰氏染色？其原理和关键是什么？它有何意义？1884年丹麦病理学家Hans Christian Gram提出了一个经验染色法，用于细菌的形态观察和分类。

其操作过程是：结晶紫初染，碘液媒染，然后酒精脱色，最后用蕃红或沙黄复染。

这就是最常采用的革兰氏染色法。

革兰氏染色的机理一般解释为：通过初染和媒染后，在细菌细胞的细胞壁及膜上结合了不溶于水的结晶紫与碘的大分子复合物。

革兰氏阳性菌细胞壁较厚、肽聚糖含量较高和分子交联度较紧密，故在酒精脱色时，肽聚糖网孔会因脱水而发生明显收缩。

再加上它不含脂类，酒精处理也不能在胞壁上溶出大的空洞或缝隙，因此，结晶紫与碘的复合物仍阻留在细胞壁内，使其呈现出蓝紫色。

与此相反，革兰氏阴性菌的细胞壁较薄、肽聚糖位于内层且含量低和交联松散，与酒精反应后其肽聚糖不易收缩，加上它的脂类含量高且位于外层，所以酒精作用时细胞壁上就会出现较大的空洞或缝隙，这样，结晶紫和碘的复合物就很易被溶出细胞壁，脱去了原来初染的颜色。

当蕃红或沙黄复染时，细胞就会带上复染染料的红色。

酒精脱色是革兰氏染色的关键环节。

脱色不足,阴性菌被误染成阳性菌；脱色过度,阳性菌可误染为阴性菌。

革兰氏染色法的意义在于鉴别细菌，把众多的细菌分为两大类，革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌5 简述细胞膜的结构与功能。

细胞膜又称细胞质膜、质膜或内膜，是一层紧贴着细胞壁而包围着细胞质的薄膜，其化学组成主要是蛋白质、脂类和少量糖类。

整体细胞膜的结构，目前大家比较公认的是"流动镶嵌模型"，其要点是：①磷脂双分子层组成膜的基本骨架。

②磷脂分子在细胞膜中以多种方式不断运动，因而膜具有流动性。

③膜蛋白以不同方式分布于膜的两侧或磷脂层中。

细胞膜的主要功能为：①选择性地控制细胞内外物质（营养物质和代谢产物）的运送和交换。

②维持细胞内正常渗透压。

③合成细胞壁组分和荚膜的场所。

④进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地。

⑤许多代谢酶和运输酶以及电子呼吸链组成的所在地。

⑥鞭毛的着生和生长点7 什么是菌落？将单个或少量同种细菌（或其他微生物）细胞接种于固体培养基表面（或内层）时，在适当的培养条件下（如温度、光照等），该细胞会迅速生长繁殖，形成许多细胞聚集在一起且肉眼可见的细胞集合体，称之为菌落。

准确地讲，菌落就是在固体培养基上（内）以母细胞为中心的、肉眼可见的、有一定形态、构造特征的子细胞团。

8 什么叫菌胶团？菌胶团在污水生物处理中有何特殊意义？当荚膜物质融合成一团块，内含许多细菌时，称为菌胶团。

菌胶团是活性污泥中细菌的主要存在形式，有较强的吸附和氧化有机物的能力，在污水生物处理中具有重要的作用。

一般说，处理生活污水的活性污泥，其性能的好坏，主要根据所含菌胶团多少、大小及结构的紧密程度来定。

9 简述放线菌的特点与菌落特征。

放线菌是一类主要呈菌丝状生长和以孢子繁殖的陆生性较强的原核生物。

它的细胞结构与细菌十分相近，是细菌中进化较高级的类群，绝大多数放线菌是革兰氏阳性菌。

放线菌都是单细胞的个体。

细胞体内既没有叶绿素，也没有成形的细胞核。

放线菌的菌丝分为营养菌丝和气生菌丝。

大多数放线菌为异养型，靠营养菌丝吸收营养物质，营腐生生活。

大多数放线菌是好氧的，只有某些种是微量好氧菌和厌氧菌。

当生长发育到一定时期时，气生菌丝顶端长出孢子丝,形成孢子。

孢子散落出去，在适宜的条件下，萌发成新的菌丝体。

放线菌菌落的总体特征介于霉菌与细菌之间，因种类不同可分为两类：一类是由产生大量分枝和气生菌丝的菌种所形成的菌落。

形成的菌落质地致密、表面呈较紧密的绒状或坚实、干燥、多皱，菌落较小而不蔓延。

另一类菌落由不产生大量菌丝体的种类形成，粘着力差，结构呈粉质状，用针挑起则粉碎。

若将放线菌接种于液体培养基内静置培养，能在瓶壁液面处形成斑状或膜状菌落，或沉降于瓶底而不使培养基混浊；如以振荡培养，常形成由短的菌丝体所构成的球状颗粒。

10 简述丝状细菌的主要类型，它们的代谢特点及在给水排水工程中的作用。

丝状细菌主要有铁细菌、硫细菌和球衣细菌三种。

铁细菌一般都是自养型丝状细菌，它们一般能生活在含氧少但溶有较多铁质和二氧化碳的水中。

它们能将其细胞内所吸收的亚铁氧化为高铁，从而获得能量。

为了满足对能量的需要，必须氧化大量的亚铁，使之生成氢氧化铁。

这种不溶性的铁化合物排出菌体后就沉淀下来。

当水管中有大量的氢氧化铁沉淀时，就会降低水管的输水能力。

此外，铁细菌吸收水中的亚铁盐后，促使组成水管的铁质更多地溶入水中，加速钢管和铸铁管的腐蚀。

硫磺细菌一般也都是自养的丝状细菌。

它们能氧化硫化氢、硫磺和其他硫化物为硫酸，从而得到能量。

硫磺细菌在水管中大量繁殖时，因有强酸产生，对于管道有腐蚀作用。

球衣细菌是好氧菌。

它在营养方面对碳素的要求较高，反应灵敏，所以大量的碳水化合物能加速球衣细菌的繁殖。

此外球衣细菌对某些杀虫剂，如液氯、漂白粉等的抵抗力不及菌胶团。

球衣细菌分解有机物的能力很强。

在污水处理设备正常运转中有一定数量的球衣细菌，对有机物的去除是有利的。

11 什么是单细胞蛋白？单细胞蛋白也称微生物蛋白，是由蛋白质、脂肪、碳水化合物、核酸以及非蛋白含氮化合物、维生素和无机化合物等组成的细胞质团。

12 简述光合细菌的特点、分类，其应用领域。

光合细菌是具有原始光能合成体系的原核生物的总称。

它们以光作为能源，能在厌氧光照或好氧黑暗条件下利用自然界中的有机物、硫化物、氨等作为供氢体进行光合作用。

其在生物与环境领域的研究与应用主要有以下两点：①利用光合细菌生产单细胞蛋白和制剂。

②利用光合细菌处理高浓度有机废水。

13什么是蓝细菌？其细胞特点如何？其与水质的关系如何？蓝细菌旧名蓝藻或蓝绿藻，是一类进化历史悠久、革兰氏染色阴性、无鞭毛、含叶绿素（但不形成叶绿体）、能进行产氧光合作用的大型原核生物。

蓝细菌的细胞是较典型的原核细胞。

蓝细菌的构造与G-细菌相似，细胞壁双层，含肽聚糖。

细胞除含叶绿素a外，还含有类胡萝卜素及藻胆蛋白等光合色素。

大多数蓝细菌的光合色素位于类囊体的片层中。

菌体多呈蓝绿色，但在不同光照条件下，菌体所含色素比例改变，可呈现黄、褐、红等颜色。

细胞中还有能固定CO2的羧酶体，在水生的细胞种类中常常有气泡。