《水处理生物学》课后思考题 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。 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。
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，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\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选择性地控制细胞外物质（营养物质和代产物）的运送和交换。②维持细胞正常渗透压。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（）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？
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当荚膜物质融合成一团块，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。
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。
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。
14简述支原体、衣原体、立克次氏体的特点与异同。
支原体是一类无细胞壁的、介于独立生活和细胞寄生的最小的细胞生命形式，属原核微生物，介于细菌和病毒之间。其特点如下：
1) 支原体是最小的营独立生活的繁殖单位，大小0.12～0.25μm之间，因而能通过细菌过滤器。
2) 因缺乏坚韧的细胞壁，胞浆外面被三层\单位膜\所包围，具有高度多样性。 3) 对青霉素不敏感，能被四环素或红霉素所抑制。
4) 能在无细胞的人工培养基上生长，在琼脂培养平板上形成\油煎蛋\状的菌落。
5) 其生长受到特异抗体的抑制。
6) 支原体非起源于细菌也不能回复成细菌。 7) 支原体与细胞膜有特殊的亲和力。
衣原体是仅在脊椎动物细胞专营能量寄生的小型G-原核微生物。曾一度把衣原体归入病毒。个体微小，革兰氏染色阴性，多呈球形或椭圆形。衣原体与病毒相比有以下不同特征：
1) 衣原体相似于细菌，兼有RNA和DNA两种核酸。
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2) 以二分裂方式繁殖。
3) 具有细菌型细胞壁（但不含肽聚糖）。 4) 有核糖体。
5) 具有一些代酶类。
6) 抗菌药物可抑制其生长。
立克次氏体是一类专性寄生于真核细胞的G-原核微生物。它与支原体的区别是有细胞壁但不能独立生活；与衣原体的区别在于细胞较大、无滤过性和存在产能代系统。 第四章 真核（微）生物
6什么是霉菌？霉菌的营养菌丝和气生菌丝有什么特点，其功能分别是什么？
霉菌是丝状真菌的一个俗称，意为\会引起物品霉变的真菌\，通常指菌丝较发达而又不产生大型子实体结构的真菌。
霉菌的营养菌丝伸入营养物质摄取营养，气生菌丝伸入空气中形成孢子和释放孢子。 8比较细菌、放线菌、霉菌和酵母菌菌落的特征。 11藻类对水环境与给水工程有哪些影响？
水体中藻类大量繁殖会造成水体富营养化，严重影响水环境质量。藻类具有光合作用产生氧气的功能，在氧化塘等生物处理工艺中利用菌藻共生系统，其中藻类产生氧气可被好氧微生物有效利用，去氧化分解水中的有机污染物。一样一方面可收获大量有营养价值的藻类，另一方面也净化了污水。天然水体自净过程中，藻类也起着一定的作用。 藻类对给水工程有一定的危害性。当它们在水库、湖泊量繁殖时，会使水带有臭味，有些种类还会产生颜色。水源水中含大量藻类时会影响水厂的正常水处理过程，如造成滤池阻塞。水中即使含有数量很少的黄群藻，也能产生强烈的气味而使水不适于饮用。 12水处理中常见的原生动物有哪几类？它们在污水处理中的主要作用分别是什么？ 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。
13水处理中常见的微型后生动物有哪几类？它们在污水处理中的主要作用分别是什么？
在水处理工作中常见的微型后生动物主要是多细胞的无脊椎动物，包括轮虫、甲壳类动物和昆虫及其幼虫等。
轮虫以细菌、小的原生动物和有机颗粒等为食物，所以在污水的生物处理中有一定的净化作用。在污水生物处理过程中，轮虫也可作为指示生物。当活性污泥中出现轮虫时，往往表明处理效果良好，但如数量太多，则有可能破坏污泥的结构，使污泥松散而上浮。轮虫在水源水量繁殖时，有可能阻塞水厂的砂滤池。
在给水排水工程中常见的甲壳类动物有水蚤和剑水蚤。它们以细菌和藻类为食料。若大量繁殖，可能影响水厂滤池的正常运行。花堂出水中往往含有较多藻类，可以利用甲壳类动物去净化这种出水。
昆虫及其幼虫可用作研究河川污染的指示生物。
14简述底栖动物的定义，主要类型，其在水环境中的作用与生态学意义。
底栖动物是底栖生物中动物的总称，包括腔肠动物、海绵动物、扁形动物、线形动物、环节动物、节足动物等。底栖生物由栖息在水域底部和不能长时间在水中游动的各类生物所组成，是水生生物中的一个重要生态类型。
根据其生活类型，底栖动物可分为固着动物、穴居动物、攀爬动物和钻蚀动物等。 底栖动物寿命较长，迁移能力有限，且包括敏感种和耐污种，故常称为\水下哨兵\，其种类与多样性可作为长期监测水体质量的指示生物。
底栖生物链蚀水体生态环境健康的标志之一，底栖生物对水体源污染控制及其重要，底栖生物链的建立能有效降低源污染释放总量和速度。 第六章 微生物的生理特性
3 什么叫生长因子？它包括哪些物质？微量元素和生长因子有何区别？
生长因子是一类调节微生物正常代所必需，但不能利用简单的碳、氮源自行合成的有机物。并非所有的微生物都需要外界为它提供生长因子。广义的生长因子包括维生素、碱
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基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、C4～C6的分枝或直链脂肪酸，有时还包括氨基酸；狭义的生长因子一般指维生素。而微量元素属于无机盐，是指微生物的生长繁殖所需浓度在 10－6～10－8 mol/L 围的元素。
4 什么叫单纯扩散、促进扩散、主动运输、基因转位？比较微生物对营养物质吸收四种方式的异同。
单纯扩散又称被动运输，是最简单的方式，也是微生物吸收水分及一些小分子有机物的运输方式。它的特点是物质的转运顺着浓度差进行，运输过程不需消耗能量，物质的分子结构不发生变化。
促进扩散的特点基本与单纯扩散相似，但是它须借助细胞膜上的一种蛋白质载体进行，因此对转运的物质有选择性，即立体专一性。除了细胞外的浓度差外，影响物质转运的物质的另一重要因素是与载体亲合力的大小。 主动运输是微生物吸收营养物质的最主要方式。它的最大特点是吸收运输过程中需要消耗能量（ATP，原子动势或\离子泵\等），因此可以逆浓度差进行。
基因转位与主动运输非常相似，但有一个不同，即基因转位过程中被吸收的营养物质与载体蛋白之间发生化学反应，因此物质结构有所改变。 6何谓培养基？培养基的分类方法有哪些？
培养基指由人工配制的、适合微生物生长繁殖或产生代产物的混合营养物。根据物理状态的不同，培养基可分为液体、固体和半固体三大类；根据化学组分的不同，培养基可以分为天然培养基、合成培养基和半合成培养基；根据用途的不同，培养基可分为选择性培养基、鉴别培养基和加富培养基。
10何谓新代？试用图示说明合成代与分解代的相互关系。
新代简称代，是推动一切生命活动的动力源，通常指在活细胞中的各种合成代和分解代的总和。合成代又称同化作用或合成作用，是微生物不断从外界吸收营养物质，合成细胞物质的过程，在此过程中需要吸收能量；分解代又称异化作用或分解作用，是微生物将自身或外来的各种复杂有机物分解为简单化合物的过程，在此过程中有能量释放。（图示）
12 细菌呼吸作用有哪几种类型？各有什么特点？
微生物的呼吸作用可分为好氧呼吸、厌氧呼吸和发酵三种。 好氧呼吸是一种最普遍又最重要的生物氧化或产能方式，基质的氧化以分子氧作为最终电子受体。其特点是基质脱氢后，脱下的氢（常以还原力[H]形式存在）经完整的呼吸链（或称电子传递链）传递，最终被外源氧分子接受，产生水并释放ATP形式的能量。这是一种递氢和受氢都必须在有氧条件下完成的氧化作用，是一种高效产能方式。 厌氧呼吸又称无氧呼吸，指以某些无机氧化物（如SO42-、NO3－、CO2等）作为受氢体（电子受体）的生物氧化。这是一类在无氧条件下进行的、产能效率低的呼吸。其特点是基质按常规途径脱氢后，经部分呼吸链递氢，最终由氧化态无机物或有机物受氢，并完成氧化磷酸化产能反应。
发酵有两个含义。广义发酵泛指任何利用好氧或厌氧微生物来生产有用代产物或食品、饮料等产品的生产方式。狭义发酵指在无氧条件下，基质脱氢后所产生的还原力[H]未经呼吸链传递而直接交给某源中间代产物，以实现基质水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。基质水平磷酸化的特点是基质在氧化过程中脱下的电子不经电子传递链的传递，而是通过酶促反应直接交给基质本身氧化的产物，同时将反应过程中释放的能量交给ADP，合成ATP。此种作用的最终产物是中间体的还原物，不再进行分解，因此，发酵不是彻底的氧化作用，产能效率低。
13根据微生物生活是否需要氧气，微生物可分为哪几类？这样的分类在污水处理中有何重要意义？
根据微生物与氧气的关系，微生物可分为好氧微生物、厌氧微生物和兼性微生物。好氧微生物生活时需要氧气，没有氧气就无法生存。厌氧微生物只有在没有氧气的环境中才能生长，甚至有了氧气对它还有毒害作用。兼性微生物既可在有氧环境中生活，也可在无氧环境中生长，既能营好氧呼吸也能营厌氧呼吸。
好氧呼吸、厌氧呼吸和发酵在污水生物处理中都有应用，如活性污泥法就是应用好氧呼吸的原理处理有机污水，而厌氧消化则是应用发酵和厌氧呼吸的原理来处理高浓度有机污水和剩余污泥。
14 试比较有氧呼吸、厌氧呼吸及发酵的异同。 有氧呼吸、厌氧呼吸以及发酵的比较
呼吸类型 电子受体 参加酶类 主要产物 产生的能量比较
好氧呼吸 O2 细胞色素氧化酶 脱氢酶 脱羧酶
过氧化氢酶等 H2O,CO2,NO3-,
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SO42-,PO3-4 最多
厌氧呼吸 无机氧化物（如SO42-、NO3－、CO2等） 脱氢酶 脱羧酶 特殊氧化酶
还原酶 CO2,CH4,N,H2S等 中等
发酵 基质氧化后的中间产物 脱氢酶 脱羧酶
还原酶等 CO2,CO,CH4,RCOOH,ROH,NH3,胺化物，H2S,PO43-等 最少 第七章 微生物的生长和遗传变异 1.微生物是怎样繁殖的？
微生物生长到一定阶段，便以二分裂的方式形成两个子细胞，子细胞又重复以上过程，这就是繁殖。
5.试区别遗传与变异性。
所谓微生物的遗传性是指在一定的环境条件下，微生物的形态、结构、代、繁殖和对异物的敏感等形状相对稳定，并能代代相传，子代与亲代之间表现出相似性的现象。任何一种生物的亲代和子代以及个体之间，在形态结构和生理机能方面都有所差异，这一现象叫做变异。遗传和变异是生物最基本的属性，遗传保证了种的存在和延续；而变异则推动了种的进化和发展。两者相辅相成，相互依存，遗传中有变异，变异中有遗传，遗传是相对的，变异是绝对的，有些变异了的形态或性状，又会以相对稳定的形式遗传下去，但是并非一切变异都具有遗传性。 9.基因重组有几种形式，各有什么特点？ 基因重组有转化、接合、转导三种形式。
转化是供体细胞研碎物中的DNA片段直接吸收进入活的受体细胞的基因重组方式。受体细胞获得了供体细胞的部分遗传性状。
细胞的接合是遗传物质通过细胞与细胞的直接接触而进行的转移和重组。 遗传物质通过噬菌体的携带而转移的基因重组称为转导。
基因重组的3种形式中，微生物的接合必需两个细胞直接接触，而转化和转导无需细胞直接接触，转化没有噬菌体作媒介，转导必须通过噬菌体转移遗传物质。 11.什么叫基因突变，可分为几类？
由于某些原因，引起生物体的DNA链上的碱基的缺失、置换或插入，改变了基因部原有的碱基排列顺序（基因型的改变），引起表现型突然发生了可遗传的变化。当后代突然表现出和亲代显然不同的可遗传的表现型时，这样的变异称为基因突变。 根据突变发生过程是否受人为诱变剂影响可分为自发突变和诱发突变两种。 凡是在没有特设的诱变条件下，由外界环境的自然作用如辐射或微生物体的生理和生化变化而发生的基因突变称为自发突变。
人为地利用物理化学因素，引起细胞DNA分子中碱基对发生变化叫诱变。 12.什么叫遗传工程？在污水生物处理中如何利用？
遗传工程是按照人们预先设计地生物蓝图，通过对遗传物质地直接操纵，进行改组、重建，实现对遗传性状定向改造地技术。它包括细胞水平和基因水平两个水平的研究。 在污水生物处理中，可利用遗传工程，将微生物中所含的具有降解各种难降解物质的质粒剪切后，连接到受体细胞中，使之用以处理污水中难降解的物质。 7.试区别微生物的拮抗关系和互生关系及其在污水生物处理中的应用。
拮抗关系：一种微生物可以产生不利于另一种微生物生存的代产物，这些代产物能改变微生物的生长环境条件，如改变pH值等，造成某些微生物不适合生长的环境。此外，一种微生物还可以另一种微生物为食料。微生物之间的这种关系称为拮抗或对抗关系。 在污水生物处理系统中，动物性营养的原生动物主要以细菌和真菌为食料，它们能吃掉一部分细菌等微生物和一些有机颗粒，并促使生物的凝聚作用，从而使出水更加澄清。这是由于拮抗作用而产生的有利的一面。但对污水净化起主要作用的是细菌，如果细菌被吃掉过多或活性污泥的结构被破坏过大，就会产生不利影响。 两种不同的生物，当其生活在一起时，可以由一方为另一方提供或创造有利的生活条件，这种关系称为互生关系。
在污水生物处理过程中，普遍存在着互生关系。例如，石油炼油厂的废水中含有硫、硫化氢、氨、酚等。硫化氢对一般微生物是有毒的。但当采用生物法去处理酚时，分解酚的细菌却不会中毒。这一方面是因为分解酚的细菌经过驯化，能耐受一定限度的硫化氢，另一方面因为处理系统中的硫磺细菌能将硫化氢氧化分解成对一般细菌非但无毒，而且是营养元素的硫。 判断题
1、病毒必须专性寄生在敏感宿主细胞，依靠宿主细胞合成病毒的化学组成和繁殖新个体。 （×）
改正：病毒必须专性寄生在活的敏感宿主细胞，依靠宿主细胞合成病毒的化学组成和繁
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水处理生物学课后题答案
