水处理生物复习题.docx

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水处理生物复习题

水处理生物学复习

绪论

微生物的主要类型

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。

微生物的主要特点

（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。

微生物的命名

采用瑞典博物学家林奈创立的双命名法，即微生物学名=属名+种名

2原核微生物

细菌的基本形态

球状、杆状、螺旋状

细菌细胞的构造

细胞壁结构和革兰氏染色

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。

革兰氏染色法操作过程是：

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。

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。

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。

荚膜、芽孢、鞭毛的功能

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。

细菌的繁殖方式

主要为裂殖（二分裂、三分裂、复分裂），少数类型营芽殖

放线菌的形态和构造

放线菌与人类的生产和生活关系极为密切，目前广泛应用的抗生素约70%是各种放线菌所产生。

一些种类的放线菌还能产生各种酶制剂（蛋白酶、淀粉酶、和纤维素酶等）、维生素（B12）和有机酸等，放线菌还可用于甾体转化、烃类发酵、石油脱蜡和污水处理等方面。

菌丝类型：

放线菌菌丝可分为基内菌丝、气生菌丝和孢子丝三种。

繁殖方式：

放线菌主要通过形成无性孢子的方式进行繁殖，也可借菌体为裂片段繁殖。

蓝细菌的形态结构与特点

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。

蓝细菌与水体环境质量关系密切，在水体中生长茂盛时，能使水色变蓝或其他颜色，并且有的蓝细菌能发出草腥气味或霉味。

某些种属的蓝细菌大量繁殖会引起"水华"或"赤潮"，导致水质恶化，引起一系列环境问题。

3古菌

古菌和细菌的区别

在细胞结构和代谢上，古菌在很多方面接近其它原核生物。

然而在基因转录这两个分子生物学的中心过程上，它们并不明显表现出细菌的特徵，反而非常接近真核生物。

比如，古菌的转译使用真核的启动和延伸因子，且转译过程需要真核生物中的TATA框结合蛋白和TFIIB。

古菌还具有一些其它特征。

与大多数细菌不同，它们只有一层细胞膜而缺少肽聚糖细胞壁。

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。

常见古菌类型

1）产甲烷古菌；2）硫酸盐还原古菌；3）极端嗜盐古菌；4）极端嗜热古菌5）无细胞壁的嗜热嗜酸古菌等。

4真核微生物

真菌细胞结构和细菌的不同

细菌和真菌的细胞结构的主要区别是：

细菌细胞没有成形的细胞核，大多数细菌和真菌的细胞中，都没有叶绿体，所以不能进行光合作用，因此，它们必须从外界获取现成的有机物以维持生命活动。

真菌的繁殖方式,有性孢子和无性孢子的类型

真菌通过营养阶段之后，便进入繁殖阶段，经过繁殖产生许多新个体。

真菌的繁殖方式通常分为有性繁殖和无性繁殖二类。

1、有性孢子类型?

（1）卵孢子（oospore）卵菌中的有性孢子为卵孢子。

当繁殖时在菌丝上先生出藏卵器和雄器，雄器的核移入藏卵器与卵球结合后形成双倍体的卵孢子。

在不同的菌种中卵球可能一个，也可能多个（图2.9）。

（2）接合孢子（zygospore）接合菌的有性孢子为接合孢子。

来自两个不同菌株的同形配偶囊，互相接触后，接触处的胞壁溶解，来自双方的细胞质和细胞核融合起来形成一个双倍体的接合孢子。

（3）子囊孢子（ascospore）子囊菌的有性孢子为子囊孢子。

双核菌丝产生幼小子囊，其中的双核进行核配后减数分裂产生4个新核，再分裂一次形成8个核，然后以核为中心逐步形成单倍体的子囊孢子，一个子囊内往往有8个子囊孢子。

（4）担孢子（basidiospore）?

担子菌的有性孢子为担孢子。

担孢子的形成过程与子囊孢子相似，不同的是①核配后减数分裂所形成的4个核不再进行分裂；②以核为中心所形成的担孢子最终在担子外部形成；③担子有纵隔的，也有生横隔的，多数是单室无隔。

2、无性孢子的类型

无性繁殖过程所产生的孢子称无性孢子（见图2.8）。

无性孢子的形状、颜色、细胞数目、排列方式、产生方法都有种的特征性，因而可作为鉴定菌种的依据。

（1）游动孢子（zoospore）鞭毛菌的菌丝可直接形成或发育成各种形状的游动孢子囊，游动孢子囊内的原生质体分割成许多小块，小块逐渐变圆，围以薄膜而形成游动孢子。

游动孢子肾形、梨形或球形，具一或二根鞭毛，在水中游动一段时间后，鞭毛收缩，产生细胞壁进行休眠，然后萌发形成新个体。

（2）孢囊孢子（Sporangiospores）接合菌无性繁殖所产生的孢子生在孢子囊内，孢子囊一般生于营养菌丝或孢囊梗的顶端。

孢子囊内的原生质体割裂成许多小块，每一块发育成一个孢囊孢子，数量一般都相当大。

（3）分生孢子（Conidiospore或Conidium）子囊菌和半知菌类的无性孢子是分生孢子。

简单的分生孢子是由特化菌丝先端通过一定方式发生的，其下方的特化菌丝叫分生孢子梗（conidiophore）。

梗有单生的，散生的，成丛的，还有成束的。

有的分生孢子梗自垫状菌丝生出，使产孢总体结构呈盘状，叫分生孢子盘。

有的菌种是在菌丝堆上生出分生孢子梗和分生孢子。

还有些真菌的分生孢子生在覆碗状或球形的分生孢子器中。

（4）厚垣孢子（chlamydospore）有些真菌在菌丝顶端或中间产生一个孢子，它的外围被厚壁包围着，叫厚垣孢子，也叫厚壁孢子。

（5）节孢子（arthrospore）有些真菌菌丝发生断裂后成为节孢子。

真菌的菌落特征

比较干燥，没有突起状，真菌长的连成一片，表面还有黑色，这个黑色是真菌孢子的颜色；而且因为真菌的气生菌丝生长在培养基之外，故真菌菌落的表面有成片的丝状物；真菌的营养菌丝紧紧的插入培养基中。

与废水生物处理关系密切的原生动物和后生动物

污水处理中常见的原生动物有三类：

肉足类、鞭毛类和纤毛类。

原生动物在水体净化与废水处理中的应用：

1）净化水质作用：

动物性营养型的原生动物吞食细菌、有机物颗粒，因此促进了水质净化作用。

2）促进生物絮凝作用：

草履虫等纤毛虫具有生物絮凝作用，促进水体澄清作用。

3）作为水质处理的指示生物：

由于鞭毛虫、肉足虫、游泳型纤毛虫与固着型纤毛虫对生存的水质有一定要求。

其数量的增多、减少，可反映水体的水质好坏。

同时原生动物个体较大，易于观察与分辨。

因此常作为水体无机化和废水处理运转管理的指示生物。

4）废水处理及水质净化过程原生动物的变动：

运行初期出现肉足类、植物性、动物性鞭毛虫；水质处理高峰期出现较多游泳型纤毛虫；水质净化较好时出现钟虫等。

5病毒

病毒的基本特征

①形体极其微小,一般都能通过细菌滤器,因此病毒原叫“过滤性病毒”,必须在电子显微镜下才能观察：

②没有细胞构造,其主要成分仅为核酸和蛋白质两种,故又称“分子生物”：

③每一种病毒只含一种核酸,不是DNA就是RNA；④既无产能酶系,也无蛋白质和核酸合成酶系,只能利用宿主活细胞内现成代谢系统合成自身的核酸和蛋白质成分；⑤以核酸和蛋白质等“元件”的装配实现其大量繁殖；⑥在离体条件下,能以无生命的生物大分子状态存在,并长期保持其侵染活力；⑦对一般抗生素不敏感,但对干扰素敏感；⑧有些病毒的核酸还能整合到宿主的基因组中,并诱发潜伏性感染.

病毒的繁殖（以大肠杆菌T系偶数噬菌体为例）

吸附、侵入与脱壳、复制与合成、装配与释放四个步骤。

6微生物的理特征

微生物的六大类营养物质

碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐、水。

四种基本营养类型

光能自养型、光能异养型、化能自养型、化能异养型。

微生物营养吸收的四种类型及特点

（1）单纯扩散：

物理过程，非特异性，不耗能

（2）促进扩散：

载体蛋白与营养物发生可逆结合，有特异性，不耗能（3）主动运输：

为主要方式，逆浓度梯度，有特异性，耗能（4）基团转位：

逆浓度梯度，通过单向性磷酸化作用实现，有多种类参与，耗能。

酶的作用特点及影响因素

酶作用的特性有：

1）高催化效率2）高度专一性3）调节性

温度和pH值是影响酶活力比较重要的两个因素。

要发挥酶最大的催化效率，必须保证酶有它最适宜的温度条件。

高温会破坏酶蛋白，而低温又会使酶作用降低或停止。

大多数酶的最适pH值在6～7左右。

pH影响酶的活力的原因是，酶的基本成分是蛋白质，是具有解离基团的两性电解质。

它们的解离与pH有关，解离形式不同，催化性质也就不同。

生物氧化（呼吸）的三种类型及特点

1．发酵发酵（fermentation）是指有机物氧化过程中脱下的质子和电子，经辅酶或辅基（主要有NAD，NADP，FAD）传递给另一有机物，最终产生一种还原性产物的生物学过程。

发酵的特点为：

不需氧；有机物氧化不彻底；能量（有效电子）释放不完全。

值得注意的是，由于发酵中作为电子和质子受体的有机物是原始基质的代谢产物，所形成的发酵产物是混合物，其中一部分产物的氧化程度高于原始基质，另一部分产物的氧化程度低于原始基质；又由于有机物的每次氧化都必须由相应的还原来平衡，因此原始基质既不能高度氧化，也不能高度还原，这就限制了发酵所能处理的有机废物的种类。

2．好氧呼吸所谓好氧呼吸（resPiration），是指有机物在氧化过程中放出的电子，通过呼吸链传递最终交给氧的生物学过程。

好氧呼吸的特点是：

以氧为最终电子受体；有机物被彻底氧化成CO2和H2O，并生成ATP。

由于最终产物二氧化碳和水不再含能，也不再有释放电子的能力，因此它们不会耗氧，有机物的污染也由此消除。

3．无氧呼吸无氧呼吸（anaerobicresPiration）是指有机物氧化过程中脱下的质子和电子，经一系列电子传递体最终交给无机氧化物的生物学过程。

无氧呼吸的特点是：

没有分子氧参加反应，电子和质子的最终受体为无机氧化物（NO3-、SO42－或CO2等）；有机物的氧化彻底；但释放的能量低于好氧呼吸。

无氧呼吸的电子和质子受体实际上分别由两种元素承担。

7微生物的生长与遗传变异

微生物生长的测定方法

个体记数法：

显微镜直接计数法（涂片染色法，计数器测定法，比例计数法）；荧光计数法；活菌计数法（平板计数法，液体计数法，薄膜计数法）；特定微生物计数法

测生长量法：

重量法；光密度法；元素法（测含氮量，测含碳量）；胞物质含量法（蛋白质DNA,RNA，生物醌）；其他生理生化指标法

细菌的生长曲线及各阶段的特点

细胞生长曲线的定义：

分为缓慢期、对数期、稳定期，衰亡期。

特点：

（1）缓慢期的前期生物不繁殖，但生理活动很活跃，体积增大，后期有个别菌体繁殖。

（2）对数期微生物分裂迅速增加，菌体个数成对数增长，（3）稳定期：

菌体繁殖速度逐渐下降，菌体死亡数目逐渐上升，最后达到新增值与死亡数相等，活菌数保持相对平稳并处于最大值。

（4）衰亡期：

由于食料的减少和有毒代谢产物的积累，微生物死亡数增加且大于繁殖速度，所以活微生物曲线显著下降。

DNA在细胞中的存在形式

原核生物染色体中的DNA不与蛋白质结合；真核微生物的染色体DNA与蛋白质结合

基因的功能分类

原核生物基因重组的方式

转化、转导、接合、原生质体融合

8微生物的态：

微生物种群间的相互关系

（1）互生关系

（2）共生关系（3）拮抗关系（4）寄生关系

10微生物对污染的分解转化

有机物分解的一般途径

有机物的好氧生物分解；有机物的厌氧生物分解

•有机物厌氧分解的原理（三阶段、四类群）

有机物的生分解性评价

氮素循环中微生物的作用

氨化作用；硝化作用；；反硝化作用

硫循环中微生物的作用

流化作用；反硫化作用

11污水处理系统中的主要微生物

好氧生物处理的原理

生物脱氮原理（氨化、硝化、反硝化）

生物脱氮的基本原理是有机氮经微生物降解为无机的NH3，在好氧条件下NH3会被亚硝酸菌和硝酸菌氧化称亚硝酸盐和硝酸盐，之后反硝化细菌将NO2-和NO3-转化为N2。

生物脱磷原理（聚磷菌）

聚磷菌先在厌氧条件下进行ATP中磷的释放，再在好氧池中利用BOD分解氧化的能量进行磷的吸收。

13水卫生生物学：

常见的水传性病原菌

（1）致病性大肠杆菌：

能引起腹泻，通过污染饮水、食品、娱乐水体引起疾病暴发流行，病情严重者，可危及生命。

（2）伤寒杆菌（沙门氏菌）：

通过与病人直接接触或与病人排泄物所污染的物品、食物、水等接触传染。

（3）痢疾杆菌（志贺氏菌）：

可引起细菌性痢疾，通过食品、水及蝇类传播。

（4）霍乱弧菌：

可借水及食物传播，与病人或带菌者接触可可能传染，也可由蝇类传播。

（5）军团菌：

具有高度暴发性和流行性的呼吸道致病菌。

（6）粪链球菌：

来源于人和温血动物的粪便，偶尔出现于感染的尿道及急性心内膜炎。

主要的肠道病毒有：

（1）脊髓灰质炎病毒：

（2）其他肠道病毒，如柯萨奇和埃可病毒一般的氯消毒能灭活病毒。

大肠菌群的指标意义和鉴定方法

因为大肠菌群的生理习性与伤寒杆菌、副伤寒杆菌和痢疾杆菌等病原菌的生理特性较为相似，在外界生存时间也与上述病原菌基本一致，大肠菌群在人的粪便中数量很大，检验技术并不复杂，所以可作为水受粪便污染的指标。

14水中有害生物的控制

自来水厂或污水处理消毒的方法

氯消毒；氯化物消毒；臭氧消毒；紫外线消毒；碘消毒；重金属消毒；KDF过滤消毒；超声波消毒

水体富营养化的评价指标

水体富营养化的危害和控制方法

危害水域生态环境；导致水生生态系统的失衡；破坏水域生态景观，影响旅游观光；影响自来水厂的生产和自来水的质量，威胁人类身体健康。