水处理生物学习题集-给排水

水处理生物学习题集供给排水工程专业用根据下列参考书目编制而成:《环境微生物学》王泉玲等编《水处理微生物学基础》顾夏声等编《水污染控制工程微生物学》罗志腾等编《水处理微生物学》同济大学编《微生物学》武汉大学，复旦大学编《Instructors Guide for microbioloby》专业名次80余条，问题讨论、简述题70个。

第一章绪论内容提要环境微生物学是环境科学的一个重要分支，其核心就是应用微生物的基本原理与方法来研究人类生产与生活中出现的环境问题。

即研究人类生存环境与微生物间的相互关系与作用规律，尤其着重于研究微生物活动对人类环境产生的有益与有害影响，揭示微生物、污染物及环境三者间的相互关系与作用规律，为保护环境，造福人类服务。

“微生物”并非生物分类学概念，它是对一类个体微小，形态结构简单的非细胞生物、单细胞生物及个体发育低级的多细胞生物的统称。

微生物通常要借助于显微镜观察，它们具有形态微小、结构简单、种类多、个体小、分布广、生长繁殖快、易变异的共同特点。

其主要类别包括非细胞生物（病毒、噬菌体），原核细胞型生物（细菌、放线菌、枝原体、依原体、立克次氏体、兰细菌）和真核细胞型生物（真菌、原生动物、藻类等）。

自然界中微生物的分布极为广泛，可以说它们是“无处不在”，土壤是它们的大本营，水是良好的生活环境，空气则是传播的最佳媒介。

微生物与人类活动的各方面有着广泛密切的联系，工业、农业、医学、环境科学等各个领域无不用到微生物学知识。

人类对微生物世界的揭示始于17世纪荷兰人吕文虎克（Antony Van Leeuwenhoek 1632～1723）用显微镜进行的各种观察，而微生物学的真正奠基与发展则要归功于法国学者巴士德（Louis Pasteur 1822～1895），德国学者柯赫（Robert Koch），苏格兰人李斯特（Joseph Lister），英格兰人真纳（Edward Jenner），俄国人伊凡诺夫（Ivanovski），维诺格拉斯基（Winogradsky）和荷兰生物学家贝依林克（M.V.Beijerinck），近代微生物学的发展是一大批生物学家们的共同成就。

前人们的研究使得微生物学各领域建立了完整的体系，系统地形成了微生物的形态学、生理学、遗传学、生物化学、生态学等相应学科。

环境微生物学的兴起与发展始于本世纪六十年代后期。

脱颖于其母体——微生物学——而以其独立的研究对象发展起来，作为一门新型边缘学科，它与其他学科相互影响、渗透、补充。

习题：1－1.解释下列名词微生物环境微生物学非细胞生物原核生物真核生物1－2.环境微生物学研究的内容和任务是什么？1－3.微生物有何特点？环境中微生物包括哪些主要类别？1－3.我国现行的生物分类把生物分为哪几类？微生物分别属于什么界？第二章微生物的形态结构内容提要：各种微生物均具有其独特的，与其他生物相区别的外部形态和个体大小。

有细胞或非细胞微生物个体是由个体独立发挥生物功能的“结构器官”所组成的。

研究微生物的结构就是要弄清这些“结构器官”在个体中的化学（分子）组成结构与排列方式，及其在生命活动中的生物功能。

一．原核生物原核微生物包括种类繁多的低等生物，它们大多为单细胞，或没有细胞分化的多细胞丝状体，或具有多核质的分枝丝状体。

它们共同的特征是细胞构造简单，细胞中没有由单位膜组成的亚细胞结构的细胞器。

真核生物中普遍存在的线粒体，内质网，高尔基体等原核生物中没有发现，原核生物的个体一般很小，通常用微米（μm）来衡量。

原核生物中占主要地位的是真细菌，即通常所说的细菌，其次为放线菌和兰细菌（又称兰绿藻），此外还有粘细菌、鞘细菌、芽细菌、螺旋体、立克次氏体、支原体及依原体等，由于它们在形态上较为特殊，因此只在特殊条件下详细讨论。

（一）细菌细菌大多为单细胞，有坚韧的细胞壁，一般为球状，杆状及螺旋状。

有的杆状细菌可形成菌丝。

大多数球菌的直径约为0.5～2μm；杆菌一般长1～5μm，宽0.5～1μm；螺旋菌稍大，宽度约0.5～5μm，长度差异很大，通常约为5～15μm。

细菌虽为单细胞生物，但用电子显微镜观察其内部结构却较复杂。

细菌细胞一般由细胞壁、细胞质膜、细胞质、核质体及内含物等构成。

此外有些细菌还具备荚膜、芽孢及鞭毛等特殊结构。

根据细菌细胞壁的化学成分及其含量不同，可把它们分成两大类型。

革兰氏阳性（G＋）细菌肽聚糖含量高且细胞壁厚，而革兰氏阴性（G－）细菌肽聚糖含量低且细胞壁较薄。

由于这一差异，使得细菌的代谢活动中心在其上存在各种酶类。

细胞质主要是水分，无机盐及生物大分子，还有少量的大写贮存物。

细菌没有完整的有膜包围的核，仅为DNA双链大分子构成的原核称为核质，是细菌的主要遗传物质。

除此之外有些细菌还有环状小分子DNA，称为质粒。

荚膜是某些细菌代谢过程中分泌到细胞外的粘多糖，可以起到保护细胞及作为营养成分的作用。

芽孢则是有些细菌在不良环境条件下形成的一种休眠体，其代谢活动极为缓慢，由于其中含有一种特殊化学物质叫2，6－吡啶二羧酸，因此具有较强的抗不良环境，特别是抗热能力。

鞭毛起源于细菌细胞内的基粒，是由蛋白质形成的中空管状，主要功能在于推动细胞运动。

细菌细胞以无性繁殖为主，表现为细胞的直接分裂，因其在分裂过程中没有纺锤丝的形成故又称为裂殖。

分裂过程包括核质、细胞质分裂，横隔壁形成，子细胞分离等过程。

细胞分裂完成后，视其子细胞大小不同可分为同形分裂和异形分裂两种方式。

少数细胞在固体培养基表面经细胞分裂后形成的肉眼可见的细胞群落叫菌落。

各种细菌的菌落形态、大小、颜色等均不同，是细菌分类的依据。

（二）放线菌放线菌是单细胞的分之丝状体，直径与细菌接近，菌丝中有许多核质体，能形成分生孢子，细胞为G＋。

有许多种可产生抗生素，并能分解复杂的有机物质。

放线菌细胞构造与细菌类似，按照在固体培养基中存在的位置及行使的功能不同，可把放线菌菌丝分成营养菌丝和气生菌丝，前者又称为基内（质）菌丝，生长于培养基内，主要是吸收营养，直径一般为0.2～0.8μm，长度可达600μm，后者包括一个不孕的轴丝和产孢丝，产孢丝直接产生分生孢子，又称为生殖菌丝，直径一般在1～1.4μm之间，分生孢子产生在最末一级分枝上，形成孢子丝，孢子丝由许许多多分生孢子构成，一般为球状，常排列成直线形，波浪状及螺旋状。

孢子丝的形状、长度、排列方式、颜色等特征是放线菌重要的分类依据。

少数放线菌可形成孢子囊，内生许多孢囊孢子。

放线菌孢子厚壁，可游动或不动，起繁殖作用和抗不良环境。

放线菌菌落呈圆形，边缘有辐射状菌丝，较紧密，也是放线菌重要的分类依据。

（三）兰细菌过去常将兰细菌与藻类归为一类，通过对其细胞形态结构研究发现，兰细菌构造，形态，大小均与菌类相似，属原核生物。

最简单的为杆状或球状单细胞，横裂繁殖，多数兰细菌为不分枝的丝状体或由多个细胞联成一串，有些可形成休眠孢子，兰细菌无鞭毛，靠滑行运动。

有些丝状体可形成增殖段进行繁殖。

兰细菌由于含叶绿素a，因此能进行与高等植物相同的光合作用，产生氧气，又由于细胞中其他色素如藻兰素、藻红素等，因此细胞呈特殊的兰色。

兰细菌分布极广，主要栖生于水中，有些能在高温温泉中生活，大多数能行固氮作用。

由于其中许多能形成胶质鞘套，因此对干燥的忍耐力很强。

二．真核微生物（一）真菌真菌是微生物的一个大类群，目前发现的约12万多种。

它们主要包括酵母，霉菌及蕈菇类，后者有些种类可食用。

真菌个体为多细胞丝状体或单细胞，无根茎叶分化，细胞菌丝体有隔膜或无隔膜，直径约2～10μm，长度不等，无菌丝单细胞兰球菌或卵圆形，大小为1～5×5～30μm。

真菌与原生动物的主要区别在于它们有富含几丁质和纤维素的细胞壁，与细菌的区别在于它们有组织完备的细胞核和由单位膜构成的亚细胞壁，构造复杂，属于真核生物。

总之，真菌细胞形态与高等植物相似，但不含叶绿体和叶绿素。

大多数真菌菌丝体有营养器官和生殖器官的分化，前者为菌丝状，又称茎质菌丝，它们又可分化成特殊的组织结构如假根等。

从茎质菌丝分化形成生殖细胞，称为生殖菌丝或气生菌丝。

真菌主要靠孢子繁殖，无性繁殖可通过有丝分裂或形成无性孢子完成，无性孢子有节孢子、厚生孢子、分生孢子、孢囊孢子及芽孢子。

有性繁殖靠两性结合，经减速分裂，产生有性孢子，分别为子囊孢子、接合孢子，卵孢子和担孢子。

真菌通过细胞直接吸收营养物质，营寄生或腐生或兼性寄生与腐生进行生长繁殖。

丝状真菌菌落扩散，呈反射状。

酵母菌这一类单细胞真菌菌落与细菌类似。

目前有学者把所有真菌归入三纲一类。

（二）藻类藻类是低等植物的一大类别，与真菌不同的是它含叶绿体，其中含叶绿素a和b 或c，还含其他色素如类胡萝卜素、藻兰素、藻红素、藻胆素等。

与高等植物相比，藻类细胞分化低级，无根、茎、叶。

藻类主要水生，其细胞大小接近于高等植物，单细胞藻一般借鞭毛运动，多细胞藻多为丝状体，无分枝，其孢子也可运动。

藻类细胞壁中除纤维素和几丁质外，常含有藻酸，这是其他生物中没有的成分。

藻类能进行与高等植物和兰细菌相同的光合作用，行植物营养方式，是需氧性生物，光合作用产生O2，呼吸作用消耗O2，它们对无机物的需求以磷和氮居多，因此，常作为水体富营养化和水处理工程净化程度的指示物。

（三）原生动物原生生物是单细胞低等生物，分布极广，主要为腐生性，有些可与高等生物形成共生或寄生于其中。

原生动物个体差异很大，形态多变，一般100～300μm，细胞构造复杂，由于原生动物无细胞壁，因此其胞膜可是软而薄或硬而厚，细胞内有一个或多个核，为真核，大多原生动物可运动，有的产生伪足，有的产生鞭毛或纤毛。

绝大多数原生动物为异养型，靠吞食，或胞饮形成食物泡的营养方式或腐生性营养方式生活。

戏剧是它们很好的食物，因此原生动物常作为污水生物处理出水口水质检验的指示生物，少数原生动物有光合色素可进行光合作用，称为自养型。

原生动物的无性生殖是二分分裂生殖，有性生殖只在少数种类中出现，为配子生殖。

几乎所有原生动物都可形成孢囊（休眠体）。

三．非细胞生物病毒核噬菌体是主要的非细胞微生物，只由一个核酸芯子和一个蛋白质外科构成，且只含DNA或RNA一种类型的核酸，体积很少，能通过细菌过滤器，常用nm表示其大小。

它们专性寄生，虽然其构造简单，一个病毒粒子仅为一核依壳，但它们具有一个生物最基本的特征，即能进行自我复制并将其性状遗传给下一代。

它们在离体条件下不表现生命活动，只有在特定的寄主细胞内才能进行繁殖并破坏寄主细胞。

病毒有杆状、线状、正多面体、球形等，典型的噬菌体为蝌蚪状，小的仅为10nm，大的可达600nm，病毒对寄主的感染具有一步生长特征。

病毒的数量通常用空斑形成单位（PFU）描述。

习题：2－1.解释下列名词：细胞壁；细胞质膜；质粒；核糖体；同形分裂；异形分裂；菌落；气生菌丝；基内菌丝；寄生；腐生；半保留复制；核质；原生质体；球形体。