【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 輪蟲(chóng)、甲殼類(lèi)動(dòng)物和昆蟲(chóng)及其幼蟲(chóng)等。 輪蟲(chóng)以細(xì)菌、小的原生動(dòng)物和有機(jī)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(guò)程中，輪蟲(chóng)也可作為指示生物。當(dāng)活性污泥中出現(xiàn)輪蟲(chóng)時(shí)，往往表明處理效果良好，但如數(shù)量太多，則有可能破壞污泥的結(jié)構(gòu)，使污泥松散而上浮。輪蟲(chóng)在水源水中大量繁殖時(shí)，有可能阻塞水廠的砂濾池。 在給水排水工程中常見(jiàn)的甲殼類(lèi)動(dòng)物有水蚤和劍水蚤。它們以細(xì)菌和藻類(lèi)為食料。若大量繁殖，可能影響水廠濾池的正常運(yùn)行。楊花堂出水中往往含有較多藻類(lèi)，可以利用甲殼類(lèi)動(dòng)物去凈化這種出水。 昆蟲(chóng)及其幼蟲(chóng)可用作研究河川污染的指示生物。 14簡(jiǎn)述底棲動(dòng)物的定義，主要類(lèi)型，其在水環(huán)境中的作用與生態(tài)學(xué)意義。 底棲動(dòng)物是底棲生物中動(dòng)物的總稱(chēng)，包括腔腸動(dòng)物、海綿動(dòng)物、扁形動(dòng)物、線(xiàn)形動(dòng)物、環(huán)節(jié)動(dòng)物、節(jié)足動(dòng)物等。底棲生物由棲息在水域底部和不能長(zhǎng)時(shí)間在水中游動(dòng)的各類(lèi)生物所組成，是水生生物中的一個(gè)重要生態(tài)類(lèi)型。 根據(jù)其生活類(lèi)型，底棲動(dòng)物可分為固著動(dòng)物、穴居動(dòng)物、攀爬動(dòng)物和鉆蝕動(dòng)物等。 底棲動(dòng)物壽命較長(zhǎng)，遷移能力有限，且包括敏感種和耐污種，故常稱(chēng)為水下哨兵，其種類(lèi)與多樣性可作為長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)水體質(zhì)量的指示生物。 底棲生物鏈蝕水體生態(tài)環(huán)境健康的標(biāo)志之一，底棲生物對(duì)水體內(nèi)源污染控制及其重要，底棲生物鏈的建立能有效降低內(nèi)源污染釋放總量和速度。 第六章 微生物的生理特性 1 細(xì)菌細(xì)胞中主要含有哪些成分？細(xì)菌需要哪些營(yíng)養(yǎng)？各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的功能是什么？ 細(xì)菌細(xì)胞中最重要的組分是水，約占細(xì)胞總質(zhì)量的80％，一般為70％～90％，其他10％～30％為干物質(zhì)。干物質(zhì)中有機(jī)物占90％～97％左右，其主要化學(xué)元素是C、H、O、N、P、S；另外約3％～10％為無(wú)機(jī)鹽分（或稱(chēng)灰分）。 應(yīng)注意，不同微生物細(xì)胞化學(xué)組分不同；一種微生物在不同的生長(zhǎng)階段，其化學(xué)組分也不同。 微生物的營(yíng)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(yíng)養(yǎng)水平上則都在六大類(lèi)的范圍內(nèi)，即碳源、氮源、能源、生長(zhǎng)因子、無(wú)機(jī)鹽和水。 提供細(xì)胞組分或代謝產(chǎn)物種碳素來(lái)源的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)稱(chēng)為碳源。它的作用是提供細(xì)胞骨架和代謝物質(zhì)中碳素的來(lái)源以及生命活動(dòng)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(xì)胞組分中氮素來(lái)源的各種物質(zhì)稱(chēng)為氮源。它的作用適提供細(xì)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(xì)胞提供生命活動(dòng)所需的能量。 能為微生物生命活動(dòng)提供最初能量來(lái)源的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和輻射能，稱(chēng)為能源。各種異養(yǎng)生物的能源就是碳源。化能自養(yǎng)微生物的能源十分獨(dú)特，它們都是一些還原態(tài)的無(wú)機(jī)物。 生長(zhǎng)因子是一類(lèi)調(diào)節(jié)微生物正常代謝所必需，但不能利用簡(jiǎn)單的碳、氮源自行合成的有機(jī)物。按微生物對(duì)生長(zhǎng)因子的需要與否，可把它們分成生長(zhǎng)因子自養(yǎng)型微生物、生長(zhǎng)因子異養(yǎng)型微生物和生長(zhǎng)因子過(guò)量合成型微生物三種。 無(wú)機(jī)鹽或礦質(zhì)元素主要為微生物提供碳源、氮源以外的各種重要元素。無(wú)機(jī)鹽類(lèi)在細(xì)胞中的主要作用是： 1) 構(gòu)成細(xì)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(xì)菌的能源。 6) 無(wú)氧呼吸時(shí)的氫受體。 水在微生物細(xì)胞內(nèi)有兩種存在狀態(tài)：自由水和結(jié)合水。它們的生理作用主要有以下幾點(diǎn)： 1) 溶劑作用。所有物質(zhì)都必須先溶解于水，然后才能參與各種生化反應(yīng)。 2) 參與生化反應(yīng)（如脫水、加水反應(yīng)）。 3) 運(yùn)輸物質(zhì)的載體。 4) 維持和調(diào)節(jié)機(jī)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(zhì)各有哪些？ 碳源提供細(xì)胞組分或代謝產(chǎn)物種碳素來(lái)源的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)稱(chēng)為碳源。提供細(xì)胞組分中氮素來(lái)源的各種物質(zhì)稱(chēng)為氮源。營(yíng)養(yǎng)元素碳氮的比例關(guān)系稱(chēng)為碳氮比。 微生物常用的碳源物質(zhì)分為有機(jī)碳源和無(wú)機(jī)碳源兩種。有機(jī)碳源包括各種糖類(lèi)、蛋白質(zhì)、脂肪、有機(jī)酸等。無(wú)機(jī)碳源主要是CO2（CO32－或HCO3）。 氮源也可分為兩類(lèi)：有機(jī)氮源（如蛋白質(zhì)、蛋白胨、氨基酸等）和無(wú)機(jī)氮源（如NH4Cl、NH4NO3等）。 3 什么叫生長(zhǎng)因子？它包括哪些物質(zhì)？微量元素和生長(zhǎng)因子有何區(qū)別？ 生長(zhǎng)因子是一類(lèi)調(diào)節(jié)微生物正常代謝所必需，但不能利用簡(jiǎn)單的碳、氮源自行合成的有機(jī)物。并非所有的微生物都需要外界為它提供生長(zhǎng)因子。廣義的生長(zhǎng)因子包括維生素、堿基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺類(lèi)、C4～C6的分枝或直鏈脂肪酸，有時(shí)還包括氨基酸；狹義的生長(zhǎng)因子一般指維生素。而微量元素屬于無(wú)機(jī)鹽，是指微生物的生長(zhǎng)繁殖所需濃度在 10－6～10－8 mol/L 范圍內(nèi)的元素。 4 什么叫單純擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散、主動(dòng)運(yùn)輸、基因轉(zhuǎn)位？比較微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收四種方式的異同。 單純擴(kuò)散又稱(chēng)被動(dòng)運(yùn)輸，是最簡(jiǎn)單的方式，也是微生物吸收水分及一些小分子有機(jī)物的運(yùn)輸方式。它的特點(diǎn)是物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)順著濃度差進(jìn)行，運(yùn)輸過(guò)程不需消耗能量，物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化。 促進(jìn)擴(kuò)散的特點(diǎn)基本與單純擴(kuò)散相似，但是它須借助細(xì)胞膜上的一種蛋白質(zhì)載體進(jìn)行，因此對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)有選擇性，即立體專(zhuān)一性。除了細(xì)胞內(nèi)外的濃度差外，影響物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)的另一重要因素是與載體親合力的大小。 主動(dòng)運(yùn)輸是微生物吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的最主要方式。它的最大特點(diǎn)是吸收運(yùn)輸過(guò)程中需要消耗能量（ATP，原子動(dòng)勢(shì)或離子泵等），因此可以逆濃度差進(jìn)行。 基因轉(zhuǎn)位與主動(dòng)運(yùn)輸非常相似，但有一個(gè)不同，即基因轉(zhuǎn)位過(guò)程中被吸收的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與載體蛋白之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此物質(zhì)結(jié)構(gòu)有所改變。 5 劃分微生物營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型的依據(jù)是什么？簡(jiǎn)述微生物的四大營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型。 營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型指根據(jù)微生物需要的主要營(yíng)養(yǎng)元素即能源和碳源的不同而劃分的微生物類(lèi)型。根據(jù)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(jù)生活所需能量來(lái)源的不同，微生物又分為光能營(yíng)養(yǎng)和化能營(yíng)養(yǎng)兩類(lèi)。將兩者結(jié)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(yíng)養(yǎng)類(lèi)型?，F(xiàn)將四大營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型簡(jiǎn)單介紹如下： a光能自養(yǎng)：屬于這一類(lèi)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(lèi)微生物有藍(lán)細(xì)菌、紫硫細(xì)菌、綠硫細(xì)菌以及藻類(lèi)等。 b化能自養(yǎng)：這一類(lèi)微生物的生長(zhǎng)需要無(wú)機(jī)物，在氧化無(wú)機(jī)物的過(guò)程中獲取能源，同時(shí)無(wú)機(jī)物又作為電子供體，使CO2還原為有機(jī)物。這類(lèi)菌有氨氧化菌、硝化細(xì)菌、鐵細(xì)菌、某些硫磺細(xì)菌等。 c化能異養(yǎng)：大部分細(xì)菌都以這種營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型生活和生長(zhǎng)，利用有機(jī)物作為生長(zhǎng)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(lèi)，前者利用無(wú)生命有機(jī)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(lèi)型，稱(chēng)為兼性腐生或兼性寄生。腐生微生物在自然界的物質(zhì)轉(zhuǎn)化中起著決定性作用，很多寄生微生物則是人和動(dòng)植物的病原微生物。 d光能異養(yǎng)：這類(lèi)微生物利用光能作為能源，以有機(jī)物作為電子供體，其碳源來(lái)自有機(jī)物，也可利用CO2。屬于這一營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型的微生物很少，主要包括紫色非硫細(xì)菌與綠色非硫細(xì)菌等微生物。 6何謂培養(yǎng)基？培養(yǎng)基的分類(lèi)方法有哪些？ 培養(yǎng)基指由人工配制的、適合微生物生長(zhǎng)繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的混合營(yíng)養(yǎng)物。根據(jù)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(lèi)；根據(jù)化學(xué)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(jù)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(lèi)的？ 酶是生物細(xì)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(zhì)。酶的命名有習(xí)慣命名法和系統(tǒng)命名法兩種。習(xí)慣命名法是根據(jù)酶的作用性質(zhì)或他的作用物（即基質(zhì)）而命名。系統(tǒng)命名法的原則是：每種酶有一個(gè)系統(tǒng)名稱(chēng)。系統(tǒng)名稱(chēng)應(yīng)明確標(biāo)明酶的基質(zhì)和催化反應(yīng)的性質(zhì)。若有兩個(gè)基質(zhì)，則應(yīng)將兩個(gè)基質(zhì)同時(shí)列出，中間用冒號(hào)將它們隔開(kāi)。如果基質(zhì)是水時(shí)，可將水略去不寫(xiě)。根據(jù)酶促反應(yīng)性質(zhì)可分為六大類(lèi)酶，分別室：水解酶、氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、同分異構(gòu)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(zhuān)一性 3) 調(diào)節(jié)性 此外，酶反應(yīng)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(qiáng)酸或強(qiáng)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(gè)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(huì)破壞酶蛋白，而低溫又會(huì)使酶作用降低或停止。不同的酶具有不同的最適反應(yīng)pH值。大多數(shù)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(zhì)，是具有解離基團(tuán)的兩性電解質(zhì)。它們的解離與pH有關(guān)，解離形式不同，催化性質(zhì)也就不同。 9細(xì)菌是怎樣吸收和消化營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的？ 細(xì)菌通過(guò)細(xì)胞膜的滲透和選擇性吸收作用從外界吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。由于細(xì)胞膜及其半滲透性的存在，各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并不能自由地透過(guò)和進(jìn)出微生物細(xì)胞，它們必須通過(guò)特殊地吸收和運(yùn)輸途徑才能進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部參與生化代謝反應(yīng)。概括地說(shuō)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)地吸收和運(yùn)設(shè)主要有下述四種途徑。 10何謂新陳代謝？試用圖示說(shuō)明合成代謝與分解代謝的相互關(guān)系。 新陳代謝簡(jiǎn)稱(chēng)代謝，是推動(dòng)一切生命活動(dòng)的動(dòng)力源，通常指在活細(xì)胞中的各種合成代謝和分解代謝的總和。合成代謝又稱(chēng)同化作用或合成作用，是微生物不斷從外界吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，合成細(xì)胞物質(zhì)的過(guò)程，在此過(guò)程中需要吸收能量；分解代謝又稱(chēng)異化作用或分解作用，是微生物將自身或外來(lái)的各種復(fù)雜有機(jī)物分解為簡(jiǎn)單化合物的過(guò)程，在此過(guò)程中有能量釋放。（圖示） 11簡(jiǎn)述生物氧化過(guò)程中，基質(zhì)脫氫的主要途徑。 基質(zhì)脫氫主要有四種途徑。 1) EMP途徑 又稱(chēng)糖酵解途徑，是絕大多數(shù)生物所共有的一條代謝途徑。它以1分子葡萄糖為基質(zhì)，約經(jīng)過(guò)10步反應(yīng)而產(chǎn)生2分子丙酮酸、2分子NADH+H+和2分子ATP的過(guò)程。 2) HMP途徑 又稱(chēng)戊糖磷酸途徑，己糖磷酸途徑等。其特點(diǎn)是葡萄糖不經(jīng)過(guò)EMP途徑和TCA循環(huán)而得到徹底氧化，并能產(chǎn)生大量NADPH+H+形式的還原力及多種中間代謝產(chǎn)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(diǎn)是葡萄糖只經(jīng)過(guò)4步反應(yīng)即可快速獲得經(jīng)由EMP途徑需10步反應(yīng)才能形成的丙酮酸。 4) TCA循環(huán) 指由丙酮酸經(jīng)過(guò)一系列循環(huán)式反應(yīng)而徹底氧化、脫羧，形成COH2O和NADH2的過(guò)程。 12 細(xì)菌呼吸作用有哪幾種類(lèi)型？各有什么特點(diǎn)？ 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(chǎn)能方式，基質(zhì)的氧化以分子氧作為最終電子受體。其特點(diǎn)是基質(zhì)脫氫后，脫下的氫（常以還原力[H]形式存在）經(jīng)完整的呼吸鏈（或稱(chēng)電子傳遞鏈）傳遞，最終被外源氧分子接受，產(chǎn)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(chǎn)能方式。 厭氧呼吸又稱(chēng)無(wú)氧呼吸，指以某些無(wú)機(jī)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(lèi)在無(wú)氧條件下進(jìn)行的、產(chǎn)能效率低的呼吸。其特點(diǎn)是基質(zhì)按常規(guī)途徑脫氫后，經(jīng)部分呼吸鏈遞氫，最終由氧化態(tài)無(wú)機(jī)物或有機(jī)物受氫，并完成氧化磷酸化產(chǎn)能反應(yīng)。 發(fā)酵有兩個(gè)含義。廣義發(fā)酵泛指任何利用好氧或厭氧微生物來(lái)生產(chǎn)有用代謝產(chǎn)物或食品、飲料等產(chǎn)品的生產(chǎn)方式。狹義發(fā)酵指在無(wú)氧條件下，基質(zhì)脫氫后所產(chǎn)生的還原力[H]未經(jīng)呼吸鏈傳遞而直接交給某內(nèi)源中間代謝產(chǎn)物，以實(shí)現(xiàn)基質(zhì)水平磷酸化產(chǎn)能的一類(lèi)生物氧化反應(yīng)?；|(zhì)水平磷酸化的特點(diǎn)是基質(zhì)在氧化過(guò)程中脫下的電子不經(jīng)電子傳遞鏈的傳遞，而是通過(guò)酶促反應(yīng)直接交給基質(zhì)本身氧化的產(chǎn)物，同時(shí)將反應(yīng)過(guò)程中釋放的能量交給ADP，合成ATP。此種作用的最終產(chǎn)物是中間體的還原物，不再進(jìn)行分解，因此，發(fā)酵不是徹底的氧化作用，產(chǎn)能效率低。 13根據(jù)微生物生活是否需要氧氣，微生物可分為哪幾類(lèi)？這樣的分類(lèi)在污水處理中有何重要意義？ 根據(jù)微生物與氧氣的關(guān)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(shí)需要氧氣，沒(méi)有氧氣就無(wú)法生存。厭氧微生物只有在沒(méi)有氧氣的環(huán)境中才能生長(zhǎng)，甚至有了氧氣對(duì)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(wú)氧環(huán)境中生長(zhǎng)，既能營(yíng)好氧呼吸也能營(yíng)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(yīng)用，如活性污泥法就是應(yīng)用好氧呼吸的原理處理有機(jī)污水，而厭氧消化則是應(yīng)用發(fā)酵和厭氧呼吸的原理來(lái)處理高濃度有機(jī)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(lèi)型 電子受體 參加酶類(lèi) 主要產(chǎn)物 產(chǎn)生的能量比較 好氧呼吸 O2 細(xì)胞色素氧化酶 脫氫酶 脫羧酶 過(guò)氧化氫酶等 H2O,CO2,NO3, SO42,PO34 最多 厭氧呼吸 無(wú)機(jī)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(zhì)氧化后的中間產(chǎn)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(dòng)所需的能量是怎樣獲得的？ 微生物的能量來(lái)源有呼吸作用和光合作用兩個(gè)途徑。化能營(yíng)養(yǎng)型微生物主要從營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)的氧化分解中獲得化學(xué)能，其中化能異養(yǎng)型微生物通過(guò)呼吸作用氧化各種有機(jī)物獲得能量，化能自養(yǎng)型微生物通過(guò)呼吸作用氧化各種無(wú)機(jī)物獲得能量；光能營(yíng)養(yǎng)型微生物則通過(guò)光合磷酸化將光能轉(zhuǎn)變維化學(xué)能。 16試扼要討論細(xì)菌生長(zhǎng)與溫度和氫離子濃度的關(guān)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(guò)微生物致死的最高溫度，微生物很快就會(huì)死亡。溫度愈高，死亡愈快。此外，細(xì)胞內(nèi)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?yàn)槲⑸锛?xì)胞的基本組成是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)遇熱會(huì)凝固變性。而啟動(dòng)一切生命活動(dòng)的生物催化劑酶，其主要成分也是蛋白質(zhì)，也具有不耐熱性。 濕熱比干