【文章內容簡介】 輪蟲、甲殼類動物和昆蟲及其幼蟲等。 輪蟲以細菌、小的原生動物和有機顆粒等為食物，所以在污水的生物處理中有一定的凈化作用。在污水生物處理過程中，輪蟲也可作為指示生物。當活性污泥中出現(xiàn)輪蟲時，往往表明處理效果良好，但如數量太多，則有可能破壞污泥的結構，使污泥松散而上浮。輪蟲在水源水中大量繁殖時，有可能阻塞水廠的砂濾池。 在給水排水工程中常見的甲殼類動物有水蚤和劍水蚤。它們以細菌和藻類為食料。若大量繁殖，可能影響水廠濾池的正常運行。楊花堂出水中往往含有較多藻類，可以利用甲殼類動物去凈化這種出水。 昆蟲及其幼蟲可用作研究河川污染的指示生物。 14簡述底棲動物的定義，主要類型，其在水環(huán)境中的作用與生態(tài)學意義。 底棲動物是底棲生物中動物的總稱，包括腔腸動物、海綿動物、扁形動物、線形動物、環(huán)節(jié)動物、節(jié)足動物等。底棲生物由棲息在水域底部和不能長時間在水中游動的各類生物所組成，是水生生物中的一個重要生態(tài)類型。 根據其生活類型，底棲動物可分為固著動物、穴居動物、攀爬動物和鉆蝕動物等。 底棲動物壽命較長，遷移能力有限，且包括敏感種和耐污種，故常稱為水下哨兵，其種類與多樣性可作為長期監(jiān)測水體質量的指示生物。 底棲生物鏈蝕水體生態(tài)環(huán)境健康的標志之一，底棲生物對水體內源污染控制及其重要，底棲生物鏈的建立能有效降低內源污染釋放總量和速度。 第六章 微生物的生理特性 1 細菌細胞中主要含有哪些成分？細菌需要哪些營養(yǎng)？各種營養(yǎng)物質的功能是什么？ 細菌細胞中最重要的組分是水，約占細胞總質量的80％，一般為70％～90％，其他10％～30％為干物質。干物質中有機物占90％～97％左右，其主要化學元素是C、H、O、N、P、S；另外約3％～10％為無機鹽分（或稱灰分）。 應注意，不同微生物細胞化學組分不同；一種微生物在不同的生長階段，其化學組分也不同。 微生物的營養(yǎng)要求在元素水平上都需要20種左右，且以碳、氫、氧、氮、硫、磷為主；在營養(yǎng)水平上則都在六大類的范圍內，即碳源、氮源、能源、生長因子、無機鹽和水。 提供細胞組分或代謝產物種碳素來源的各種營養(yǎng)物質稱為碳源。它的作用是提供細胞骨架和代謝物質中碳素的來源以及生命活動所需要的能量。異養(yǎng)微生物在元素水平上最適碳源適CHO型。 提供細胞組分中氮素來源的各種物質稱為氮源。它的作用適提供細胞新陳代謝中所需的氮素合成材料。極端情況下（如饑餓狀態(tài)），氮源也可為細胞提供生命活動所需的能量。 能為微生物生命活動提供最初能量來源的營養(yǎng)物質和輻射能，稱為能源。各種異養(yǎng)生物的能源就是碳源?；茏责B(yǎng)微生物的能源十分獨特，它們都是一些還原態(tài)的無機物。 生長因子是一類調節(jié)微生物正常代謝所必需，但不能利用簡單的碳、氮源自行合成的有機物。按微生物對生長因子的需要與否，可把它們分成生長因子自養(yǎng)型微生物、生長因子異養(yǎng)型微生物和生長因子過量合成型微生物三種。 無機鹽或礦質元素主要為微生物提供碳源、氮源以外的各種重要元素。無機鹽類在細胞中的主要作用是： 1) 構成細胞的組成成分。 2) 酶的組成成分。 3) 酶的激活劑。 4) 維持適宜的滲透壓。 5) 自養(yǎng)型細菌的能源。 6) 無氧呼吸時的氫受體。 水在微生物細胞內有兩種存在狀態(tài)：自由水和結合水。它們的生理作用主要有以下幾點： 1) 溶劑作用。所有物質都必須先溶解于水，然后才能參與各種生化反應。 2) 參與生化反應（如脫水、加水反應）。 3) 運輸物質的載體。 4) 維持和調節(jié)機體的溫度。 2 什么是碳源、氮源、碳氮比？微生物常用的碳源和氮源物質各有哪些？ 碳源提供細胞組分或代謝產物種碳素來源的各種營養(yǎng)物質稱為碳源。提供細胞組分中氮素來源的各種物質稱為氮源。營養(yǎng)元素碳氮的比例關系稱為碳氮比。 微生物常用的碳源物質分為有機碳源和無機碳源兩種。有機碳源包括各種糖類、蛋白質、脂肪、有機酸等。無機碳源主要是CO2（CO32－或HCO3）。 氮源也可分為兩類：有機氮源（如蛋白質、蛋白胨、氨基酸等）和無機氮源（如NH4Cl、NH4NO3等）。 3 什么叫生長因子？它包括哪些物質？微量元素和生長因子有何區(qū)別？ 生長因子是一類調節(jié)微生物正常代謝所必需，但不能利用簡單的碳、氮源自行合成的有機物。并非所有的微生物都需要外界為它提供生長因子。廣義的生長因子包括維生素、堿基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺類、C4～C6的分枝或直鏈脂肪酸，有時還包括氨基酸；狹義的生長因子一般指維生素。而微量元素屬于無機鹽，是指微生物的生長繁殖所需濃度在 10－6～10－8 mol/L 范圍內的元素。 4 什么叫單純擴散、促進擴散、主動運輸、基因轉位？比較微生物對營養(yǎng)物質吸收四種方式的異同。 單純擴散又稱被動運輸，是最簡單的方式，也是微生物吸收水分及一些小分子有機物的運輸方式。它的特點是物質的轉運順著濃度差進行，運輸過程不需消耗能量，物質的分子結構不發(fā)生變化。 促進擴散的特點基本與單純擴散相似，但是它須借助細胞膜上的一種蛋白質載體進行，因此對轉運的物質有選擇性，即立體專一性。除了細胞內外的濃度差外，影響物質轉運的物質的另一重要因素是與載體親合力的大小。 主動運輸是微生物吸收營養(yǎng)物質的最主要方式。它的最大特點是吸收運輸過程中需要消耗能量（ATP，原子動勢或離子泵等），因此可以逆濃度差進行。 基因轉位與主動運輸非常相似，但有一個不同，即基因轉位過程中被吸收的營養(yǎng)物質與載體蛋白之間發(fā)生化學反應，因此物質結構有所改變。 5 劃分微生物營養(yǎng)類型的依據是什么？簡述微生物的四大營養(yǎng)類型。 營養(yǎng)類型指根據微生物需要的主要營養(yǎng)元素即能源和碳源的不同而劃分的微生物類型。根據碳源的不同，微生物可分成自養(yǎng)微生物和異養(yǎng)微生物。根據生活所需能量來源的不同，微生物又分為光能營養(yǎng)和化能營養(yǎng)兩類。將兩者結合則一共有光能自養(yǎng)、化能自養(yǎng)、化能異養(yǎng)和光能異養(yǎng)四種營養(yǎng)類型。現(xiàn)將四大營養(yǎng)類型簡單介紹如下： a光能自養(yǎng)：屬于這一類的微生物都含有光合色素，能以光作為能源，CO2作為碳源。這類微生物有藍細菌、紫硫細菌、綠硫細菌以及藻類等。 b化能自養(yǎng)：這一類微生物的生長需要無機物，在氧化無機物的過程中獲取能源，同時無機物又作為電子供體，使CO2還原為有機物。這類菌有氨氧化菌、硝化細菌、鐵細菌、某些硫磺細菌等。 c化能異養(yǎng)：大部分細菌都以這種營養(yǎng)類型生活和生長，利用有機物作為生長所需的碳源和能源?；墚愷B(yǎng)微生物又可分為腐生和寄生兩類，前者利用無生命有機物，后者則依靠活的生物體而生活。在腐生和寄生之間，存在著不同程度的即可腐生又可寄生的中間類型，稱為兼性腐生或兼性寄生。腐生微生物在自然界的物質轉化中起著決定性作用，很多寄生微生物則是人和動植物的病原微生物。 d光能異養(yǎng)：這類微生物利用光能作為能源，以有機物作為電子供體，其碳源來自有機物，也可利用CO2。屬于這一營養(yǎng)類型的微生物很少，主要包括紫色非硫細菌與綠色非硫細菌等微生物。 6何謂培養(yǎng)基？培養(yǎng)基的分類方法有哪些？ 培養(yǎng)基指由人工配制的、適合微生物生長繁殖或產生代謝產物的混合營養(yǎng)物。根據物理狀態(tài)的不同，培養(yǎng)基可分為液體、固體和半固體三大類；根據化學組分的不同，培養(yǎng)基可以分為天然培養(yǎng)基、合成培養(yǎng)基和半合成培養(yǎng)基；根據用途的不同，培養(yǎng)基可分為選擇性培養(yǎng)基、鑒別培養(yǎng)基和加富培養(yǎng)基。 7什么是酶？酶是怎樣命名和分類的？ 酶是生物細胞中自己合成的一種催化劑（生物催化劑），其基本成分是蛋白質。酶的命名有習慣命名法和系統(tǒng)命名法兩種。習慣命名法是根據酶的作用性質或他的作用物（即基質）而命名。系統(tǒng)命名法的原則是：每種酶有一個系統(tǒng)名稱。系統(tǒng)名稱應明確標明酶的基質和催化反應的性質。若有兩個基質，則應將兩個基質同時列出，中間用冒號將它們隔開。如果基質是水時，可將水略去不寫。根據酶促反應性質可分為六大類酶，分別室：水解酶、氧化還原酶、轉移酶、同分異構酶、裂解酶和合成酶。 8酶的作用有什么特性？影響酶活性的主要因素有哪些？試討論之。 酶作用的特性有： 1) 高催化效率 2) 高度專一性 3) 調節(jié)性 此外，酶反應條件溫和，如常溫、常壓/接近中性的酸堿度等即可發(fā)揮酶的催化能力，高溫、高壓、強酸或強堿條件反而易使酶活性破壞甚至喪失。 溫度和pH值是影響酶活力比較重要的兩個因素。要發(fā)揮酶最大的催化效率，必須保證酶有它最適宜的溫度條件。高溫會破壞酶蛋白，而低溫又會使酶作用降低或停止。不同的酶具有不同的最適反應pH值。大多數酶的最適pH值在6～7左右。pH影響酶的活力的原因是，酶的基本成分是蛋白質，是具有解離基團的兩性電解質。它們的解離與pH有關，解離形式不同，催化性質也就不同。 9細菌是怎樣吸收和消化營養(yǎng)物質的？ 細菌通過細胞膜的滲透和選擇性吸收作用從外界吸收營養(yǎng)物質。由于細胞膜及其半滲透性的存在，各種營養(yǎng)物質并不能自由地透過和進出微生物細胞，它們必須通過特殊地吸收和運輸途徑才能進入細胞內部參與生化代謝反應。概括地說，營養(yǎng)物質地吸收和運設主要有下述四種途徑。 10何謂新陳代謝？試用圖示說明合成代謝與分解代謝的相互關系。 新陳代謝簡稱代謝，是推動一切生命活動的動力源，通常指在活細胞中的各種合成代謝和分解代謝的總和。合成代謝又稱同化作用或合成作用，是微生物不斷從外界吸收營養(yǎng)物質，合成細胞物質的過程，在此過程中需要吸收能量；分解代謝又稱異化作用或分解作用，是微生物將自身或外來的各種復雜有機物分解為簡單化合物的過程，在此過程中有能量釋放。（圖示） 11簡述生物氧化過程中，基質脫氫的主要途徑。 基質脫氫主要有四種途徑。 1) EMP途徑 又稱糖酵解途徑，是絕大多數生物所共有的一條代謝途徑。它以1分子葡萄糖為基質，約經過10步反應而產生2分子丙酮酸、2分子NADH+H+和2分子ATP的過程。 2) HMP途徑 又稱戊糖磷酸途徑，己糖磷酸途徑等。其特點是葡萄糖不經過EMP途徑和TCA循環(huán)而得到徹底氧化，并能產生大量NADPH+H+形式的還原力及多種中間代謝產物。 3) ED途徑 這是存在于某些缺乏完整EMP途徑的微生物中的一種替代途徑。特點是葡萄糖只經過4步反應即可快速獲得經由EMP途徑需10步反應才能形成的丙酮酸。 4) TCA循環(huán) 指由丙酮酸經過一系列循環(huán)式反應而徹底氧化、脫羧，形成COH2O和NADH2的過程。 12 細菌呼吸作用有哪幾種類型？各有什么特點？ 微生物的呼吸作用可分為好氧呼吸、厭氧呼吸和發(fā)酵三種。 好氧呼吸是一種最普遍又最重要的生物氧化或產能方式，基質的氧化以分子氧作為最終電子受體。其特點是基質脫氫后，脫下的氫（常以還原力[H]形式存在）經完整的呼吸鏈（或稱電子傳遞鏈）傳遞，最終被外源氧分子接受，產生水并釋放ATP形式的能量。這是一種遞氫和受氫都必須在有氧條件下完成的氧化作用，是一種高效產能方式。 厭氧呼吸又稱無氧呼吸，指以某些無機氧化物（如SO4NO3－、CO2等）作為受氫體（電子受體）的生物氧化。這是一類在無氧條件下進行的、產能效率低的呼吸。其特點是基質按常規(guī)途徑脫氫后，經部分呼吸鏈遞氫，最終由氧化態(tài)無機物或有機物受氫，并完成氧化磷酸化產能反應。 發(fā)酵有兩個含義。廣義發(fā)酵泛指任何利用好氧或厭氧微生物來生產有用代謝產物或食品、飲料等產品的生產方式。狹義發(fā)酵指在無氧條件下，基質脫氫后所產生的還原力[H]未經呼吸鏈傳遞而直接交給某內源中間代謝產物，以實現(xiàn)基質水平磷酸化產能的一類生物氧化反應。基質水平磷酸化的特點是基質在氧化過程中脫下的電子不經電子傳遞鏈的傳遞，而是通過酶促反應直接交給基質本身氧化的產物，同時將反應過程中釋放的能量交給ADP，合成ATP。此種作用的最終產物是中間體的還原物，不再進行分解，因此，發(fā)酵不是徹底的氧化作用，產能效率低。 13根據微生物生活是否需要氧氣，微生物可分為哪幾類？這樣的分類在污水處理中有何重要意義？ 根據微生物與氧氣的關系，微生物可分為好氧微生物、厭氧微生物和兼性微生物。好氧微生物生活時需要氧氣，沒有氧氣就無法生存。厭氧微生物只有在沒有氧氣的環(huán)境中才能生長，甚至有了氧氣對它還有毒害作用。兼性微生物既可在有氧環(huán)境中生活，也可在無氧環(huán)境中生長，既能營好氧呼吸也能營厭氧呼吸。 好氧呼吸、厭氧呼吸和發(fā)酵在污水生物處理中都有應用，如活性污泥法就是應用好氧呼吸的原理處理有機污水，而厭氧消化則是應用發(fā)酵和厭氧呼吸的原理來處理高濃度有機污水和剩余污泥。 14 試比較有氧呼吸、厭氧呼吸及發(fā)酵的異同。 有氧呼吸、厭氧呼吸以及發(fā)酵的比較 呼吸類型 電子受體 參加酶類 主要產物 產生的能量比較 好氧呼吸 O2 細胞色素氧化酶 脫氫酶 脫羧酶 過氧化氫酶等 H2O,CO2,NO3, SO42,PO34 最多 厭氧呼吸 無機氧化物（如SO4NO3－、CO2等） 脫氫酶 脫羧酶 特殊氧化酶 還原酶 CO2,CH4,N,H2S等 中等 發(fā)酵 基質氧化后的中間產物 脫氫酶 脫羧酶 還原酶等 CO2,CO,CH4,RCOOH,ROH,NH3,胺化物，H2S,PO43等 最少 15微生物活動所需的能量是怎樣獲得的？ 微生物的能量來源有呼吸作用和光合作用兩個途徑?；軤I養(yǎng)型微生物主要從營養(yǎng)基質的氧化分解中獲得化學能，其中化能異養(yǎng)型微生物通過呼吸作用氧化各種有機物獲得能量，化能自養(yǎng)型微生物通過呼吸作用氧化各種無機物獲得能量；光能營養(yǎng)型微生物則通過光合磷酸化將光能轉變維化學能。 16試扼要討論細菌生長與溫度和氫離子濃度的關系。為什么常以4℃左右的溫度作為保存菌種的適宜溫度？ 高溫可以殺死微生物，只要加熱超過微生物致死的最高溫度，微生物很快就會死亡。溫度愈高，死亡愈快。此外，細胞內所含水分愈少，微生物的致死溫度愈高。 高溫之所以能殺死微生物，主要是因為微生物細胞的基本組成是蛋白質，蛋白質遇熱會凝固變性。而啟動一切生命活動的生物催化劑酶，其主要成分也是蛋白質，也具有不耐熱性。 濕熱比干