1、水处理生物学课后思考题解答第一章 绪论1“水处理生物学”的研究对象是什么？ 答：“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中通常起着关键的作用，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？ 答：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
2、型后生动物。 3微生物有哪些基本特征？为什么？ 答：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。 4微生物命名常用的双名法的主要规定是什么？ 答：一种微生物的名称由两个拉丁文单词组成，第一个是属名，用拉丁文名词
3、表示，词首字母大写，它描述微生物的主要特征；第二个是种名，用拉丁文形容词表示，词首字母不大写，它描述微生物的次要特征。有时候在前面所述的两个单词之后还会有一个单词，这个单词往往是说明微生物的命名人。 5水中小型动物和水生植物在水体水质净化中各起什么样的作用？ 答：小型动物多指 12mm 以下的后生动物，它们与水处理过程，特别是环境水体水质净化过程有密切的关系，具有重要的生态功能。 底栖小型动物寿命较长，迁移能力有限，且包括敏感种和耐污种，故常称为“水下哨兵“，能长期检测有机污染物的慢性排放。底栖生物链是水体生态环境健康的标志之一，底栖生物对水体内源污染控制极其重要。 水生植物作为水生生态系统的
4、重要组成部分，具有重要的环境生态功能。对于水体，特别是浅水水体，大型水生植被的存在具有维持水生生态系统健康、控制水体富营养化、改善水环境质量的作用。 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？ 答：细菌的大小一般只有几个 m，故一般用 m 测量。 2以形状来分，细菌可分为哪几类？ 答：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。 3细菌的细胞结构包括一般结构和特殊结构，简单说明这些结构及及其生理功能。 答：细菌的基本结构包括细胞壁和
5、原生质两部分。原生质位于细胞壁内，包括细胞膜（细胞质膜）、细胞质、核质和内含物。 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。细胞壁的主要功能有：保持细胞形状和提高细胞机械强度，使其免受渗透压等外力的损伤；为细胞的生长、分裂所必需；作为鞭毛的支点，实现鞭毛的运动；阻拦大分子有害物质（如某些抗生素和水解酶）进入细胞；赋予细胞特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的敏感性。 细胞膜又称细胞质膜、质膜或内膜，是一层紧贴着细胞壁而包围着细胞质的薄膜（厚约 78nm），其化学组成主要是蛋白质、脂类和少量糖类。这种膜具有选择性吸收的半渗透性，膜上
6、具有与物质渗透、吸收、转运和代谢等有关的许多蛋白质和酶类。细胞膜的主要功能为：选择性地控制细胞内外物质（营养物质和代谢产物）的运送和交换。维持细胞内正常渗透压。合成细胞壁组分和荚膜的场所。进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地。许多代谢酶和运输酶以及电子呼吸链组成的所在地。鞭毛的着生和生长点。 细胞质是细胞膜包围地除核区以外的一切透明、胶状、颗粒状物质的总称。其主要成分是水、蛋白质、核酸和脂类等。与真核生物不同，原核生物的细胞质是不流动的。 核区又称核质体、原核、拟核或核基因组，指存在于细胞质内的、无核膜包裹、无固定形态的原始细胞核。 内含物是细菌新陈代谢的产物，或是贮备的营养物质。常见的内含物
7、颗粒主要有以下几种：异染颗粒。其化学组分是多聚偏磷酸盐，是磷源和能源的贮藏物，可降低细胞渗透压。聚 羟基丁酸盐。它是细菌所特有的一种碳源和能源贮藏物。肝糖和淀粉粒，两者都是碳源和能源的贮藏物。硫粒，它是元素硫的贮藏物。气泡，存在于许多光能营养型、无鞭毛的运动水生细菌中的包囊状的内含物。 细菌的特殊结构一般指荚膜、芽孢和鞭毛 3 种。 荚膜或称大荚膜，其主要功能有：保护作用。作为通透性屏障和离子交换系统。贮藏养料。表面附着作用。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
8、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。 4什么是革兰氏染色？其原理和关键是什么？它有何意义？ 答：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
9、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。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
10、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。 答：细胞膜又称细胞质膜、质膜或内膜，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：磷脂双分子层组成膜的基本骨架。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。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：选择性地控制细胞内外物质（营养物质和代谢产物）的运送和交换。维持细胞内正常渗透压。合成细胞壁组分和荚膜的场所。进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地。许多代谢酶和运输酶以及电子呼吸链组成的所在地。鞭毛的着生和
11、生长点。 6芽孢有何特殊生理功能？其抗性机理是什么？芽孢的这些特点对实践有何指导意义？ 答：芽孢最主要的特点就是抗性强，对高温、低温、紫外线、干燥、电离辐射和很多有毒的化学物质都有很强的抗性。并且它的休眠能力特别突出。 芽孢之所以具有耐热性可能是因为它含有特殊的抗热性物质-2，6-吡啶二羧酸和耐热性酶。 芽孢的这些特点使之具有以下的作用： 分类鉴定 科研材料 保存菌种 分离菌种 消毒灭菌指标 生物杀虫 7什么是菌落？ 答：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（或内层）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
12、合体，称之为菌落。准确地讲，菌落就是在固体培养基上（内）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？ 答：当荚膜物质融合成一团块，内含许多细菌时，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。 答：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
13、革兰氏阳性菌。 放线菌都是单细胞的个体。细胞体内既没有叶绿素，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
14、起则粉碎。 若将放线菌接种于液体培养基内静置培养，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，它们的代谢特点及在给水排水工程中的作用。 答：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。它们能将其细胞内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
15、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。硫磺细菌在水管中大量繁殖时，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。 11什么是单细胞蛋白？ 答：单细胞蛋白也称微生物蛋白，是由蛋白质、脂肪、碳水化合物、核酸以及非蛋白含氮化合物
16、、维生素和无机化合物等组成的细胞质团。 12简述光合细菌的特点、分类，其应用领域。 答：光合细菌是具有原始光能合成体系的原核生物的总称。它们以光作为能源，能在厌氧光照或好氧黑暗条件下利用自然界中的有机物、硫化物、氨等作为供氢体进行光合作用。其在生物与环境领域的研究与应用主要有以下两点： 利用光合细菌生产单细胞蛋白和制剂。 利用光合细菌处理高浓度有机废水。 13什么是蓝细菌？其细胞特点如何？其与水质的关系如何？ 答：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
17、-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。 答：支原体是一类无细胞壁的、介于独立生活和细胞内寄生的最小的细胞生
18、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 0.120.25m 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内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
19、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。 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)具有一些代谢酶类。 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内的 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谢系统。 第三章 古菌1简述古菌的生物学特征，试比较这些特征与真细菌、真核生物的异同。 答：古菌是一个在进化途径上很早就与真细菌和真核生物相互独立的生物类群，主要包括一些生长在独特的生态环境的生物类群。 在细胞结构和代谢上，古菌在很多方面
20、接近原核生物。然而在基因转录和翻译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征，而是接近于真核生物。古菌中除无壁嗜热古菌没有细胞壁外，其余都有与真细菌功能相似的细胞壁，但与大多数细菌不同，其细胞壁中没有肽聚糖，而含假肽聚糖、糖蛋白或蛋白质。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脂组成，而古菌细胞膜中的脂类由甘油醚构成。古菌鞭毛的成分和形成过程也与细菌不同。 2简述古菌的主要类型。 答：从 rRNA 进化树上，古菌分为两类，泉古菌和广古菌。另外未确定的两类（初古菌门和纳古菌门）分别由某些环境样品中的一些菌种和 2002 年由 Karl Stetter 发现的奇特的物
21、种纳古菌构成。 在环境中常见的古菌主要包括： 1)产甲烷古菌； 2)硫酸盐还原古菌； 3)嗜盐古菌； 4)嗜热古菌； 5)无细胞壁的嗜热嗜酸古菌等。 3简述产甲烷古菌的特征与应用。 答：产甲烷古菌是一大群在严格厌氧条件下产生甲烷的菌，形态多样，有球形、杆形、螺旋形、长丝形和八叠球形等。大多数种可利用 H2/CO2，很多种可利用甲酸。一般的产甲烷细菌都是中温性的，最适宜的温度在 2540之间，高温性产甲烷细菌的适宜温度则在 5060之间。产甲烷细菌生长最适宜的 pH 范围约在 6.87.2 之间。如 pH 值低于 6或高于 8，细菌的生长繁殖将受到极大影响。产甲烷古菌可用于有机污染物的厌氧生物处
22、理。 第四章 真核（微）生物1试比较原核生物与真核生物的异同。 答：真核生物与原核生物在结构与功能等方面都有明显的差别。下表比较了真核生物与原核生物构造上的主要差别。 项目 真核生物 原核生物 细胞大小 较大（通常直径2?m） 较小（通常直径2?m） 若有壁，其主要成分纤维素，几丁质等 多数为肽聚糖 细胞膜中甾醇 有无（仅支原体例外） 细胞膜含呼吸或光合组分 无有 细胞器 有无 鞭毛结构 如有，则粗而复杂（92 型）如有，则细而简单 细胞质 线粒体 有无 溶酶体 有无 叶绿体 光能自养生物中有 无 真液泡 有些有 无 高尔基体 有无 微管系统 有无 流动性 有无 核糖体 80S（指细胞质核糖体
23、） 70S 间体 无部分有 贮藏物 淀粉、糖原等 PHB 等 细胞核 核膜 有无 DNA 含量 少（5） 多（10） 组蛋白 有无 核仁 有无 染色体数 一般多于 1 个 一般为 1 个 有丝分裂 有无 减数分裂 有无 2简述真菌的营养类型与特点。 答：真菌是最重要的真核微生物，它们大多数是由分支或不分支的菌丝、菌丝体构成。真菌的共同特征有： 1)体内无叶绿素和其他光合作用的色素，不能利用二氧化碳制造有机物，只能靠腐食性吸收营养方式取得碳源、能源和其他营养物质； 2)细胞贮藏的养料是肝糖元而不是淀粉； 3)真菌细胞一般都有细胞壁，细胞壁多数含几丁质； 4)以产生大量无性和（或）有性孢子方式繁殖
24、； 5)陆生性较强。 3简述真菌的细胞构造。 答：细胞壁 真菌细胞壁的主要成分是多糖，另有少量的蛋白质和脂类。在低等真菌中，以纤维素为主，酵母菌以葡聚糖为主，而高等陆生真菌则以几丁质为主。 细胞质膜 真核细胞与原核细胞在其质膜的构造和功能上十分相似，两者的主要差异可能仅是由于构成膜的磷脂和蛋白质种类不同而形成的。 细胞核 在真菌的菌丝顶端细胞中，常常找不到细胞核。真核生物的细胞核由核被膜、染色质、核仁和核基质等构成。 内质网 内质网指细胞质中一个与细胞基质相隔离、但彼此相通的囊腔和细管系统，由脂质双分子层围成。 高尔基体 高尔基体也是一种内膜结构。它是由许多小盘状的扁平双层膜和小泡所组成，其上
25、无核糖体颗粒附着。 线粒体 线粒体是含有 DNA 的细胞器，是一切真核细胞的“动力车间“。 液泡 在真核细胞中还有或大或小、含有液体的泡，这就是液泡。 内含物 真菌细胞中有各种内含物，不同种类的真菌，其内含物的种类也不相同。常见的有异染粒、淀粉粒、肝糖粒、脂肪粒等。它们多是贮藏的养料，当营养丰富时其内含物颗粒较多，当营养缺乏时，可因菌体的利用而消失。 4什么是线粒体，其结构特征与生物学意义为何？ 答：线粒体是含有 DNA 的细胞器。它的构造较为复杂，外形囊状，由内外两层膜包裹，囊内充满液态的基质。外膜平整，内膜则向基质内伸展，从而形成了大量由双层内膜构成的嵴。内膜是氧化磷酸化及电子传递产生 ATP 的场所，故线粒体是一切真核细胞的“动力车间“。5什么是酵母菌？简述其繁殖方式与生活史。 答：酵母菌一般泛指能发酵糖类的各种单细胞真菌。通常认为，酵母菌具有以下特点：1)个体一般以单细胞状态存在；
