环境工程微生物学

主要内容包括绪论；原核微生物及真核微生物；非细胞微生物--病毒；微生物的营养；微生物的代谢；微生物的生长繁殖及其控制；微生物的遗传变异和育种；微生物的生态；微生物对环境污染物的降解与转化；环境微生物检测；微生物在水污染控制中的应用等。。可作为环境工程、环境科学、给水排水、环境监测等专业的教学内容，也可供从事环境保护工作的科学技术人员参考。

环境工程微生物学

绪论

研究任务

充分利用有益微生物资源为人类造福

防止、控制和消除微生物的有害活动，化害为利

微生物定义

微生物是肉眼看不见的、必须在电子显微镜或光学显微镜下才能看见的所有微小生物的统称

微生物分类

是否具有细胞结构

病毒界（不具有）

具有

原核微生物

古菌域

细菌域

真核微生物

按照生活生物属性

域 界 门 纲 目 科 属 种

（“种”是分类的最小单位。种内微生物之间的差别很小，有时为了区分小差别用株表示，但“株”不是分类单位。）

微生物命名

学名=属名+种名（都用斜体表示）

属名 拉丁文名词 首字母大写

种名 拉丁文形容词 首字母小写

若只将细菌鉴定到属则该细菌的名称只有属名，没有种名。可在属名后面加sp.（单数）或spp.（复数）

微生物特点

个体极小

分布广，种类繁多

繁殖快，代谢旺胜

易变形，适应力强

非细胞结构的超微生物病毒

定义

病毒是没有细胞结构、专性寄生在活的敏感宿主体内的超微小微生物。

特点

多数的大小在0.2μm以下

没有合成蛋白质的核糖体，只含DNA或RNA

具有强抗药性和耐药性

分类

按核酸分类

DNA病毒

RNA病毒

按专性宿主分类

动物病毒

植物病毒

噬菌体

毒（烈）性噬菌体

侵入宿主细胞后，随即引起宿主细胞裂解的噬菌体

温和性噬菌体

当侵入宿主细胞后，其核酸附着并整合在宿主染色体上，和宿主的核酸同步复制，宿主细胞不裂解而继续生长，不引起宿主细胞裂解的噬菌体

按结构分类

真病毒

亚病毒

类病毒

仅含具侵染性RNA

拟病毒

朊病毒

蛋白样感染颗粒

形态

动物病毒

球形

卵圆形

砖形

植物病毒

杆状

丝状

球状

细菌病毒（噬菌体）

蝌蚪状

丝状

结构

蛋白质衣壳

由一定数量的衣壳粒（蛋白质）按一定的排列组合构成的病毒外壳

核酸内芯

动物病毒有的DNA有的RNA

植物病毒多数RNA少数DNA

噬菌体多数DNA少数RNA

非基本成分

囊膜

脂类或蛋白质

刺突

繁殖（噬菌体为例子）

吸附

侵入（和脱壳）

复制与聚集（生物合成与装配）

宿主细胞裂解和成熟噬菌体粒子释放

培养特征

将噬菌体的敏感细菌接种在琼脂固体培养基上生长，形成许多个菌落，当接种稀释适度的噬菌体悬液后引起点性感染，在感染点上进行反复的感染过程，宿主细菌菌落就被裂解成一个个空班，这些空班就叫噬菌斑

对各种因素的抵抗力

物理因素

温度

高温使蛋白质失活影响对宿主细胞的吸附能力，耐冷不耐热

光及辐射

紫外辐射：破坏病毒核酸

可见光：在染料和氧气存在时大多数肠道病毒被可见光杀死（染料催化光氧化）

X射线、γ射线：灭活病毒

干燥

相对湿度越大病毒存活时间越长

化学因素

PH

强酸、强碱除本身可直接灭活病毒外，PH达到11以上会严重破坏病毒，对酸性环境不敏感

化学物质

体内灭活

抗体

干扰素

体外灭活

抗生素

藻类产生的抗生物质如丙烯酸和多酚对病毒有灭活作用。

枯草杆菌、大肠杆菌和铜绿假单胞菌均显示抗病毒的活性。

病毒的蛋白质衣壳被用作细菌的生长底物

污水处理过程中对其的去处

一级处理

物理过程，效果较差约30%

二级处理

生物处理，病毒被吸附在活性污泥，90%

三级处理

深度处理，使病毒的滴度常用对数值下降4-6

原核微生物

古菌域

大小

0.1-15μm

细胞结构

细胞壁：大多数古菌不含二氨基庚二酸（D-氨基酸）和胞壁酸， 不受溶菌酶和内酰胺抗生素（如青霉素）的作用。

细胞膜：脂质是非皂化性甘油二醚的磷脂和糖脂的衍生物

代谢类型

异养型

自养型

不完全光合作用

呼吸类型

严格厌氧

兼性厌氧

专性好氧

繁殖

繁殖方式：二分裂、芽殖

繁殖速度：较慢，进化速度也比细菌慢。

生活习性

大多数生活在极端环境，如盐分高的湖泊水中，极热、极酸和绝对厌氧的环境，极冷的环境

分类

按文献书籍

泉古生菌门

广古生菌门

产甲烷菌

专性厌氧菌，将有机物讲解并甲烷化

嗜热嗜酸菌

革兰氏阴性，70-105°C，pH1.5-1.7

极端嗜盐菌

高盐环境

细菌域（三菌四体）

真细菌

形态大小

球菌

杆菌

螺旋菌

丝状菌

大小

以μm计

分类

革兰氏阳性菌G+

细胞壁厚，结构简单，含肽聚糖、磷壁酸

革兰氏阴性菌G-

细胞壁薄，分内外壁层

外壁层又分三层：脂多糖、磷脂层、脂蛋白

内壁层：肽聚糖，不含磷壁酸

细胞结构（单细胞）

细胞壁

革兰氏染色

过程

初染

煤染

脱色

复染

现象：阳紫阴红

原理

生理功能

①保护原生质体免受渗透压引起破裂

②维持细胞形态

③细胞壁是多孔结构的分子筛，阻挡某些分子进入和保留蛋白质在周质

④细胞壁为鞭毛提供支点，使鞭毛运动。

原生质层

细胞质膜

组成：蛋白质，脂质，多糖

生理功能

①维持渗透压的梯度和溶质的转移。 ②细胞质膜上有合成细胞壁和形成横隔膜组分的酶，故在膜的外表面合成细胞壁。 ③膜内陷形成的中间体参与呼吸作用 ④细胞质膜上进行物质和能量代谢 ⑤为鞭毛提供附着点

细胞质及内含物

核糖体

合成蛋白质的部位

内含颗粒

定义：细菌生长到成熟阶段，因营养过剩（通常是缺氮，碳源和能源过剩）形成一些储藏颗粒

eg

多聚磷酸盐颗粒（异染体、迂回体）

用甲苯胺或美蓝（亚甲蓝）染成紫红色或深浅不同的蓝色。

聚-β-羟基丁酸

缺乏营养时，被用作碳源和能源。

硫粒

气泡

调节浮力

拟核

由被外多产糖组成

荚膜

负染色法（衬托法）：先用染料染菌体，然后用墨汁将背景涂黑即可衬托出菌体和背景之间的透明区，这个透明区就是荚膜它在光学显微镜下清晰可见。

定义

荚膜是一些细菌在其细胞表面分泌的一种把细胞壁完全包围封住的黏性物质

特点

相对稳定地附着在细胞壁表明

化学组成

水、多糖（水占90%以上）

功能

①具有荚膜的S型肺炎链球菌毒力强，有助于肺炎链球菌侵染人体； ②荚膜保护致病菌免受宿主吞噬细胞的吞噬，保护细菌免受干燥的影响； ③当缺乏营养时，荚膜可被用作碳源和能源，有的荚膜还可作氮源； ④废水生物处理中的细菌荚膜有生物吸附作用

黏液层

有些细菌不产荚膜，其细胞表面仍可分泌黏性的多糖，疏松地附着在细菌细胞壁表面上，与外界没有明显边缘，这叫黏液层。

菌胶团

细菌之间按一定的排列方式互相黏集在一起，被一个公共荚膜包围形成一定形状的细菌集团，叫做菌胶团。

芽孢

定义

某些细菌生活史中的某个阶段或某些细菌遇到外界不良环境时，在其细胞内形成一个内生孢子叫芽孢。

意义

可抵抗外界不良环境，作为细菌分类鉴定的依据之一，是否消毒灭菌的重要指标

特点

形状多为圆形或椭圆形

芽孢是细菌的休眠体（多为杆菌）

芽孢的含水率低：38%~40%

芽孢壁厚面致密

外层芽孢外壳（蛋白质）

中层皮层（肽聚糖）

内层孢子壁（肽聚糖）

萌发后成细胞壁

芽孢中的2,6-吡啶二羧酸DPA含量高

芽孢含有耐热性酶，抗逆性极强

鞭毛

长、端生、少，运动作用

菌毛（纤毛）

短、周生、多，附着作用

蓝细菌

细胞结构

革兰氏阴性菌的细胞壁、藻蓝（红）素 等无叶绿体

一类特殊的藻类

放线菌

放线菌因在固体培养基上呈辐射状生长而得名。大多数放线菌为腐生菌。

作用

改良土壤

生产抗生素、蛋白酶、酶制剂

在有机固体废物的填埋和堆肥发酵中起积极作用

影响废水处理效果

形态大小

单细胞、是由无数分枝的菌丝组成很细密的菌丝体。

菌落形态

由一个孢子或一段营养菌丝生长繁殖出许多菌丝，并互相缠绕

革兰氏反应

除枝动菌属为革兰氏阴性菌以外，其余放线菌均为革兰氏阳性菌，而且是高G+C含量的革兰氏阳性菌

立克次氏体

支原体

衣原体

螺旋体

G- 大小性质介于细菌和病毒

真核微生物

原生动物

概念：原生动物是动物中最原始、最低等、结构最简单的单细胞动物。因其形体微小（10~300um），只能在光学显微镜下观察，生物学把它归入微生物范畴。

细胞结构：无细胞壁。有细胞质膜、细胞质、有分化的细胞器，其细胞核具有核膜（较高级类型有两个核）

营养类型

全动性营养

以其他生物（如细菌、放线菌、酵母菌、霉菌类、比自身小的原生动物和有机颗粒）为食。

植物性营养

有色素的原生动物。在有光照的条件下，吸收CO2和无机盐进行光合作用，合成有机物供自身营养。

腐生性营养

指某些色鞭毛虫和寄生的原生动物，它借助体表的原生质膜吸收环境和宿主中的可溶性有机物作为营养。

繁殖类型

无性生殖

二分裂法（横纵分裂）

出芽生殖

多分裂法

有性生殖

环境条件差

分类

鞭毛纲（鞭毛虫）

特点：具有一根或多根鞭毛、兼有三种营养类型

自然水体分布：多污带、α-中污带

作污水处理效果差的指示生物：活性污泥培养初期或在处理效果差时鞭毛虫大量出现

肉足纲（肉足虫）

特点：形体小、无色透明，大多数没有固定形态，并且形成伪足作为运动和摄食的细胞器。为全动性营养。

分类

根足亚纲（变形虫）

辐足亚纲（太阳虫和辐球虫）

伪足呈针状，虫体不变而固定为球形

自然水体分布：α-中污带、β-中污带

污水处理系统：活性污泥培养中期出现

纤毛纲（纤毛虫）

特点：以纤毛作为运动和摄食的细胞器，是原生动物中最高级一类。为全动性营养型。

分类

游泳型纤毛虫

草履虫，有肛门点

固着型纤毛虫（钟虫类）

特点：其虫体的前端口缘有纤毛带（由两圈能波动的纤毛组成），虫体呈典型的钟罩形，多数有柄，营固着生活，在钟罩的基部和柄内有肌原纤维组成基丝，能收缩。

钟虫：其中单个个体固着生活，尾柄内有肌丝的叫钟虫

吸管虫属

幼体有纤毛，成虫纤毛消失，长出长短不一的吸管

自然水体分布

游泳型：多数是在α-中污带和β-中污带，少数在寡污带中生活（活性污性泥培养中期，处理效果差）

钟虫类：寡污带、β-中污带（是水体自净程度高、污水生物处理效果好的指示）

吸管虫：多数在α-中污带、有的在a-中污带和多污带（在污水生物处理效果一较时出现）

孢子纲

微型后生动物

定义

原生动物以外的多细胞动物叫后生动物。

常见

轮虫

喜好清水，要求较高的溶解氧量，是寡污带和污水生物处理效果好的指示生物。

线虫

线虫有好氧和兼性厌氧的，兼性厌氧者在缺氧时大量繁殖，线虫是水净化程度差的指示生物。

寡毛类动物

顠体虫、颤蚓、水丝蚓

甲壳动物

常见有水蚤和剑水蚤：水蚤的血液含血红素，它溶于血浆中。血红素的含量常随环境中溶解氧量的高低而变化，水体中含氧量低，水蚤的血红素含量高，其越红。反之。故可利用其特点判断水体清洁程度。

苔藓虫、拟水螅

苔藓虫喜欢在较清洁、富含藻类、溶解氧充足的水体中生活。

藻类

特点

除蓝藻以外的藻类都是真核的生物。它们的形体大小各异，形体小的列入微生物范畴。 形体大的藻类有红藻和褐藻。

分类

裸藻门

特点：绿色、不具有细胞壁、有鞭毛、柄裸藻属以胶柄相连成群体，其他的裸藻全是游动型的单细胞个体

繁殖：纵裂（条件不适成胞囊）

分布：在有机物丰富的静止水体或缓慢的流冰中，对温度的适应范围广，在25℃繁殖最快

是水体富营养化的指示生物

绿藻门

特点：绿色、有鞭毛、形体多样，有单细胞的个体、群体和丝状体

繁殖：无性和有性生殖

分布：在流动的和静止的水体、土壤表面和树干都能生长。 水生绿藻有浮游的和固着的，寄生的绿藻可引起植物病害。 有的绿藻与绿水螅共生，有的绿藻与真菌共生形成地衣。

在水体自净中起净化和指示生物的作用

蓝藻门

见上一节

轮藻门、金藻门、黄藻门、硅藻门、甲藻门、红藻门、褐藻门、隐藻门（共11门）

作用

真菌

酵母菌

形态特征：单细胞、大而厚、在固体培养基表面上长出表面湿润而光滑的酵母菌落，其颜色通常有白色和红色。

霉菌

青霉（多细胞霉菌）

进行无性繁殖、菌落呈密毡状，大多为灰绿色。生产青霉素、有机酸和酶制剂。

曲霉（多细胞霉菌）

伞菌

蘑菇富集重金属能力强

微生物的生理

微生物的营养

微生物细胞的化学组成

水分（70%-90%）

霉菌＞酵母菌＞细菌＞芽孢

干物质（10%-30）

有机物（90%以上）

无机物

微生物的营养物质

水

碳源和能源 （碳素营养物质）

碳源

定义：凡能供给微生物碳素营养的物质，称为碳源

主要作用：构成微生物细胞的含碳物质（碳架）和供给微生物生长、繁殖及运动所需要的能量

微生物最好的碳源是糖类，尤其是葡萄糖蔗糖，它们最易被微生物吸收和利用。

能源

定义：能为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能，称为能源

分类

化学物质

有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）

无机物：化能自养微生物的能源（不同于碳源）

辐射能

光能无机营养型和光能有机营养型的微生物的能源

分类

微生物对各种碳素营养物的同化能力不同（微生物）

无机营养微生物 （无机自养）

光能自养型微生物：依靠体内的光合作用色素，利用阳光（或灯光）作能源，以H2O和H2S等作供氢体，CO2为碳源合成有机物，构成自身细胞物质。

化能自养型微生物：不具有光合色素，不能进行光合作用，合成有机物所需的能量是它们氧化S,H2S,H2，NH3等无机物时，通过氧化磷酸化作用产生的ATP。CO2是化能自养微生物的唯一碳源。

分兼性和专性

有机营养微生物 （异养微生物）

光能异养微生物（少数）

化能异养微生物（多数）

包括绝大多数细菌、放线菌及全部的真菌。

混合营养微生物 （兼性营养微生物）

既可以无机碳（CO2和CO3 2-等）为碳素营养，又可以有机化合物为碳素营养的一类微生物

能源的形式不同（能源）

光能营养型

化能营养型

氮源

定义：凡是能够供给微生物含氮物质的营养物称为氮源

分类（根据对氮源要求不同将微生物分类）

固氮微生物

利用无机氮为氮源的微生物

需要某种氨基酸作氮源的微生物

从分解蛋白质（主要为蛋白质水解产物）中取得铵盐或氨基酸合成蛋白质的微生物

无机盐

生理功能

构成细胞组分；构成酶的组分和维持酶的活性；调节渗透压、氢离子浓度、氧化还原电位等；供给自养微生物的能源。

主要元素

磷、硫、镁、铁、钙、钾

微量元素

生长因子

是一类调节微生物正常代谢所必需，但不能用简单的碳氮源自行合成的有机物。狭义的生长因子指维生素

碳氮磷比

污废水处理中好氧微生物 BOD5：N：P=100：5：1

厌氧消化污泥中的厌氧微生物 BOD5：N：P=100：6：1

城市生活污水不存在营养不足问题

微生物的培养基

定义

根据各种微生物对营养的需要（如水、碳源、能源、氮源、无机盐及生长因子等），按一定的比例配制而成的，用以培养微生物的基质，称为培养基

配置

在烧杯中加一定量的蒸馏水或去离子水或自来水，按配方称取各营养成分： ①缓冲化合物；②无机元素；③微量元素；④维生素及其他生长因子⑤再补足水 待全部营养成分配齐后，用质量浓度为100g/L的NaOH或质量浓度为100g/L的HCl调整pH

种类

按培养基组成物的性质分类

合成培养基

天然培养基

复合培养基（半合成培养基）

按培养基的物理性状分类

液体培养基

不加凝固剂，用于发酵

半固体培养基

每升培养基中加3～5g琼脂、用于细菌运动状态的观察

琼脂特性：A.不能被绝大多数微生物利用、分解液化; B.高压灭菌结构不被破坏，且颜色透明不妨碍观察； C.多数微生物在琼脂培养基表面生长并形成独立菌落；

固体培养基

每升培养基中加15-20g琼脂，用于菌种的分离纯化、鉴定、活菌计数

按培养基对微生物的功能和用途分类

选择培养基

根据某微生物的特殊营养要求或对各种化学物质敏感程度的差异而设计配制的培养基，称为选择培养基。

鉴别培养基

几种细菌由于对培养基中某一成分的分解能力不同，其菌落通过指示剂显示出不同的颜色而被区分开，这种起鉴别和区分不同细菌作用的培养基

加富（富集）培养基

由于样品中细菌数量少，或是对营养要求比较苛刻不易培养出来，故用特别的物质或成分促使微生物快速生长，达种用特别物质或成分配制而成的培养基

微生物的生长繁殖与生存因子

微生物的生长繁殖

定义

生长

正常情况下，同化作用大于异化作用，微生物的细胞质量不断迅速增长，称生长。

繁殖

当单细胞个体生长到一定程度时，由一个亲代细胞分裂为两个大小、形状与亲代细胞相似的子代细胞，使得个体数具增加，这是单细胞微生物的繁殖（裂殖）

研究微生物生长方法

分批培养

原理

开始时一次性接种细菌和投料，定时测量细菌数目变化。

时期特点

停滞期（适应期、迟滞期）

细胞特征

初期，适者生存细菌总数下降。 末期，存活细菌的细胞物质增加，故菌体体积增大，细胞代谢活力强。

长短的影响因素

①接种量：接种量大，停滞期短。 ②接种群体菌龄：用对数生长期的菌种接种时，其停滞期较短。 ③培养基营养：营养成分丰富的停滞期短；接种后培养基成分有较大变化时，会使停滞期加长。 ④菌种：繁殖速率快的停滞期短

缩短停滞期方案

采用处于高效菌群对数期的菌种、增大接种量、尽量保持接种前后所处的培养介质和条件一致等方法

对数期（指数期）

特点

代谢最旺盛，代时最短，生长速率最快； 群体中的细胞化学组分及形态、生理特性都比较一致。

代时G

在一定时间内菌体细胞分裂次数越多，G越小，分裂速率就越快

影响因素：种类遗传、个体健康情况（营养、环境条件）

静止期（稳定期）

产生原因

①对数期消耗了大量营养物质，碳氮比失调 ②代谢产物大量积累对菌体本身产生毒害 ③pH、氧化还原电位等改变，溶解氧供应不足

特点

①细菌数和死亡的细菌数相当 ②细菌总数达到最大值，并恒定维持一段时间。 ③开始积累储存物质，芽孢杆菌形成芽孢。

衰亡期

产生原因

①继静止期之后，营养物被耗尽 ②细菌因缺乏营养而利用储存物质进行内源呼吸，即自身溶解 ③细菌在代谢过程中产生有毒的代谢产物，抑制细菌生长繁殖

特点

①死亡率大于出生率 ②细菌少繁殖或不繁殖，或出现自溶 ③细菌常出现多形态，呈畸形或衰退型，有的细菌产生芽孢。

生长曲线

应用

生理特性研究、序批式间歇曝气器（SBR）

连续培养

恒浊连续培养

原理

恒浊连续培养是调节进水流速使细菌培养液的浓度（细菌数量）恒定，以浊度为控制指标的培养方式。

应用

发酵工业

恒化连续培养

原理

维持进水中的营养成分恒定，以恒定流速进水，以相同流速流出代谢产物，使细菌处于最高生长速率状态下生长的培养方式。

应用

除了SBR外的污水生物处理法

相关：连续培养的活性污泥微生物只是分批培养生长曲线的某一生长阶段， 加速期、对数期（生长上升阶段）减速期静止期（生长下降阶段）或是衰亡期（内源呼吸阶段）

细菌生长曲线在污废水生物处理中的应用

常规活性污泥法用静止期微生物

①对数期的微生物尽管对有机物的去除能力很高，但相应要求进水有机物浓度高，则出水的绝对值也相应提高，不易达到排放标准。 ②对数期的微生物生长繁殖旺盛，细胞表面的黏液层和荚膜尚未形成，不易自行凝聚成菌胶团，沉淀性能差，致使出水水质差 ③静止期的微生物仍有相当的代谢活力，去除有机物的效果仍较好，最大特点是微生物积累大量储存物，强化了微生物的生物吸附能力，出水水质好。

延时曝气法处理低浓度微生物用衰亡期微生物

低浓度有机物满足不了静止期微生物的营养要求，处理效果不会好

微生物生长量的测定

测定微生物总数

计数器直接计数

用血球计数板或计数框在显微镜下直接计数。

染色涂片计数

每毫升原菌液的细菌数=视野中的平均菌数×1cm2/视野面积×100×稀释倍数

比浊法计数

单细胞微生物的悬液浓度与浊度成正比，与光密度（OD）成反比。

测定活细菌数

稀释培养计数MPN

适用：生长较慢的细菌，eg硝化细菌,硫酸盐还原菌

步骤：液体培养基梯度稀释、培养1-2周、观察计数、查表得数

过滤计数

对于那些含菌量少的水样，可用0.45um的滤膜过滤，将膜置于已倒好的平板上培养得到生长的菌落，计数。

菌落计数CFU

细菌数=数出的菌落数/稀释度/所加样品体积

计算生长量

①测细胞干重法在环境工程中应用较②测细胞含氮量确定细胞浓度。③测定DNA算出细菌浓度。④生理指标法。

微生物的生存因子

温度

PH

大多数细菌、藻类和原生动物的最适pH为6.5~7.5

细菌和放线菌一般要求中性和偏碱性；酵母菌和霉菌要求在酸性或偏酸性

氧化还原电位

氧化环境具有正电位，还原环境具有负电位。

厌氧污泥污水处理系统：-100~-200mV

溶解氧

好氧微生物

微量好氧微生物

兼性厌氧微生物

耐氧厌氧微生物

专性厌氧微生物

太阳辐射

正面生物学效应的辐射是波长比1000nm短的红外辐射； 380～760nm的可见光蓝细菌和藻类进行光合作用； 其它的辐射均是有害的。

渗透压

高渗透压：质壁分离、防腐

影响微生物生长繁殖的不利因素

辐射

紫外辐射

紫外辐射的波长范围是200~390nm，以波长260nm左右的紫外辐射杀菌能力最强。

机理：引起DNA链上两个邻近的胸腺嘧啶分子形成二聚体（T=T），致使DNA不能复制，致使死亡。

应用：1.空气消毒2.表面消毒3.诱变育种4.用于饮用水（纯净水、矿泉水等）和污（废）水的消毒

电离辐射

X射线波长为0.1~0.01nm，γ射线波长为0.01~0.001nm，它们的穿透力极强。

机理：先引起水分解出强氧化性的基团和物质，使酶蛋白的一SH基氧化，从而引起细胞各种病理变化。

超声波

频率超过20000Hz的声波叫超声波；几乎所有的细菌体都能被超声波所破坏，主要破坏细胞壁

机制：①使细胞内含物受强烈振荡，胶体发生絮状沉淀、凝胶液化或乳化，从而失去生物活性。 ②溶液受超声波作用产生空腔，引起巨大的压力变化，使细菌死亡。 ③溶于溶液中的气体变成无数极微小的气泡迅速猛烈地冲击细菌，使之破裂。

应用：①制成细菌裂解液，用于研究细菌的结构、化学组成、酶活性等； ②从组织中提取病毒 ③治疗疾病 ④对汽车车厢内的空气进行消毒 ⑤杀灭饮用水、食品、饮料中的细菌 ⑥破碎高浓度污水和剩余活性污泥中的细菌

重金属

重金属汞、银、铜、铅及其化合物可有效地杀菌和防腐，它们是蛋白质的沉淀剂。

机理：与酶的一SH基结合，使酶失去活性；或与菌体蛋白结合使之变性或沉淀

应用：硫酸铜对真菌和藻类的杀伤力较强。 ①硫酸铜与石灰配制成波尔多液，在农业上可用以防治某些植物病毒。 ②在污（废）水生物处理过程中，可在加入硫酸铜抑制微生物呼吸。 ③在富营养化湖泊和冷却塔内投加硫酸铜可杀藻和抑制藻类的生长。

极端温度

机理：①蛋白质被高温破坏而凝固，呈不可逆变性 ②细胞质膜含有受热易溶解的脂质，超高温引起细胞内含物泄漏面

极端PH

①pH过低（pH≤1.5），引起微生物体表面带正电荷，影响对营养物的吸收。 ②极端的pH影响培养基中有机化合物的离子化作用 ③极端的pH使酶的活性降低， ④极端的pH降低微生物对高温的抵抗能力。

干燥

危害：使菌体内蛋白质变性，引起代谢活动停止

应用：保藏物品食物

一些有机物

醇

是脱水剂和脂溶剂，可使蛋白质脱水、变性，溶解细胞质膜的脂质，进而杀死生物机体

甲醛

甲醛与蛋白质的氨基（一NH）结合而干扰细菌的代谢机能

表面活性剂

酚

酚与其衍生物能引起蛋白质变性，并破坏细胞质膜。

染料

孔雀绿、亮绿、结晶紫等三苯甲烷染料及吖啶黄都能抑菌，且阳性菌对上述染料的反应比革兰氏阴性菌敏感

抗生素

定义：微生物在代谢过程中产生的、能杀死其他微生物或抑制其他微生物生长的化学物质

广谱抗生素：人氯霉素、金霉素、土霉素和四环素可抑制许多不同种类的微生物

狭谱抗生素：青霉素只能杀死或抑制革兰氏阳性菌，多黏菌素只能杀死革兰氏阴性菌

对微生物的影响：①抑制微生物细胞壁合成②破坏微生物的细胞质膜③抑制蛋白质合成④干扰核酸的合成

污（废）水深度处理和微污染源水预处理中的微生物原理

子主题

水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理

分类

微生物在构筑物中的状态

活性污泥法

#活性污泥丝膨胀 成因：由于丝状细菌极度生长引起的活性污泥膨胀 控制对策：①设调节池（及事故池）控制高负荷（BOD毒物）冲击 ②控制溶解氧浓度在3～4mg/L。 ③调节废水的营养配BOD：N：P的比例为100：5：1 （补N用尿素或含氮量高的污泥消化池上清液；补P用磷酸钠） ④改革工艺

微生物在构筑物中处于悬浮状态

生物膜法

微生物在构筑物中处于固着状态

微生物与氧关系

好氧处理

COD小于1500mg/L

厌氧处理

COD大于1500mg/L

可俩俩搭配

好氧活性污泥法

好氧活性污泥

组成

好氧微生物、兼性厌氧微生物（少量厌氧微生物）

性质

物理

颜色棕褐色为佳，无臭味，含水率99%，有沉降吸附能力

化学

弱酸性，有缓冲能力，氧化有机物的能力

生物

有生物活性，有自我繁殖能力

存在状态

在完全混合式的曝气池

总以悬浮态存在，均匀分布在曝气池内并处于激烈运动之中。 从曝气池的任何一点取出的活性污泥其微生物群落基本相同。

在推流式的曝气池

微生物种群和数量随推流方向微生物种类依次增多， 在每一区段中的任何一点，其活性污泥微生物群落基本相同。

结构功能中心

菌胶团：能起絮凝作用的细菌形成的细菌团块

培养

作用机理

①有氧的条件下，活性污泥绒粒中的絮凝性微生物吸附污（废）水中的有机物 ②活性污泥绒粒中的水解性细菌水解大分子有机物为小分子有机物，同时，微生物合成自身细胞。 污（废）水中的溶解性有机物被无机化 ③原生动物和微型后生动物吸收或吞食未分解彻底的有机物及游离细菌。

构筑物

曝气池

优势

①可以连续反复使用 好氧活性污泥由于是由有生命的微生物组成，能自 我繁殖，且易于分离 ②可以溶解水中的溶解性有机物

流程

普通活性污泥法

改进型活性污泥法

推流式

完全混合式

接触氧化稳定法

分段布水推流式

氧化沟式

序批式

氧化塘（沟）处理污水机理

污（废）水处理中的作用

菌胶团

原生动物和微型后生动物

好氧生物膜法

好氧生物膜

定义

组成

微生物群落

结构

构筑物

净化机理

厌氧消化法

条件

定义

分类

优点

缺点

甲烷发胶理论

厌氧污泥

定义

微生物组成

特点

微生物在环境物质循环中的作用

碳循环

碳元素

CO2是植物、藻类和光合细菌的唯一碳源

天然含碳化合物的转化

植物生物质

纤维素

半纤维素

木质素

淀粉

脂肪

人工合成含碳化合物的转化

氮循环

氮元素

存在形态

分子氮（氮气），占大气体积分数的78%；有机氮化合物；无机氮化合物（氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮）

植物利用

植物不能直接利用分子氮和有机氮，仅能利用无机氮

有机氮的氨化

硝化作用

反硝化作用

固氮作用

硫循环

硫元素的存在形态

含硫有机物的转化

无机硫化物的转化

硫化作用

反硫化作用

微生物的生态

生态系统

生物群落

生产者

消费者

分解者和转化者

环境条件

能源：太阳

生物代谢产物：CO2，H2O，O2，CH4，N2，HNO3，…

煤质：水、大气、土壤

基质：砂、岩石、泥土

其他环境条件：温度、PH

土壤生物生态

土壤的生态条件

营养

PH

渗透压

氧气和水

温度

保护层

土壤中的微生物

数量

以细菌量最多，放线菌次之，真菌再次之，藻类、原动物和微型动物由多到少依次排列。

种类

中性土和偏碱性土适合细菌和放线菌生长，酸性土适合霉菌和酵母菌生长。

分布

水平分布（取决于碳源）

垂直分布（与紫外辐射的照射、营养、水、温度等因素有关）

土壤自净

定义

土壤对施入一定负荷的有机物或有机污染物具有吸附和生物降解的能力，通过各种物理、化学过程自动分解污染物使土壤恢复到原有水平的净化过程，称土壤自净

影响因素

土壤中微生物的种类、数量和活性

土壤结构、通气状况

注意要点

如果污（废）水灌溉量适中，不超过土壤自净能力，是不会造成土壤污染

有毒废水不可进行农田灌溉和土地处理。

为了避免毒物进入食物链，工业废水以灌溉非食用的经济作物为宜或根本不施用。

土壤污染

来源

土壤污染主要来自含有机毒物和重金属的污（废）水农田灌溉和土地处理，固体废物的堆放和填埋等的渗滤液，地下储油罐泄漏及喷洒农药等。

后果

①有机、无机毒物过多滞留、积累在土壤中，改变了土壤理化性质，使土壤盐碱化、板结，毒害植物和土壤微生物，破坏土壤生态平衡。 ②毒物被植物吸收、富集、浓缩，随食物链迁移，最终转移到人体；或被雨水冲刷流入河流、湖泊或渗入地下水，进而造成水体污染。 ③污水和固体废物中含有各种病原微生物，在土壤中长时间存活，它们可以通过各种途径进入人体中致病。

土壤修复

定义

土壤生物修复是利用土壤中天然的微生物资源或人为投加目的菌株，甚至用构建的特异降解功能菌投加到各污染土壤中，将滞留的污染物快速降解和转化，恢复土壤的天然功能。

工作步骤

调查、制定、实施

关键技术

微生物种类

微生物营养

溶解氧

微生物的环境因子

生物修复工程

石油烃类污染的土壤

微生物修复法

植物修复法

空气微生物生态

生态条件

空气具有紫外辐射较强、较干燥、温度变化大、缺乏营养等特点。（所以）空气不是微生物生长繁殖的场所。虽然空气中微生物数量较多，但只是暂时停留，最终沉降。

微生物的检测

测定对象

空气污染的指示菌以咽喉正常菌丛中的绿色链球菌最为合适

测定指标

通常用空气中的细菌总数作为指标

测定方法

固体法

平皿落菌法

撞击法

过滤法

液体法

检测点数

20-30个为宜 5-6最少

空气微生物培养温度和时间

细菌和细菌总数以31～32℃，24h或48h为宜；培养真菌以25℃，96h为宜。

浮游菌

最小沉降面积

水体微生物生态

微生物来源

（一）水体中固有的微生物 （二）来自土壤的微生物（径流） （三）来自生产和生活的微生物（废弃物） （四）来自空气的微生物（降雨）

微生物群落

海洋

近海带多，远海带少

距海面0-10m的深处因受阳光照射含菌量较少，浮游藻类较多。 距海面5~50m处的微生物数量较多，而且随海水深度增加而增加 50m以下微生物的数量随海水深度增加而减少。

淡水

种类

河流、湖泊、小溪和池塘等水体中微生物种类和土壤中的相近，分彷规律却和海洋中的相似。

影响因素

水体类型、受污染程度、有机物的含量、溶解氧量、水温、pH及水的深度等。

水体自净

定义

河流（水体）接纳了一定量的有机污染物后，在物理的、化学的和水生生物（微生物、动物和植物）等因素的综合作用后得到净化，水质恢复到污染前的水平和状态，叫作水体自净。

过程

衡量指标

污染水体

污化系统

多污带

α-中污带

β-中污带

寡污带

水体有机污染指标

BIP指数

无叶绿素的微生物占所有微生物的百分比。

细菌菌落总数cfu

细菌菌落总数是用平皿计数法，在营养琼脂培养基中，有氧条件下37℃培养24h（或48h）后，lmL水样所含细菌菌落的总数。

总大肠菌群

溶原性

以上这一种现象

溶原细胞

含有温和噬菌体核酸的宿主细胞被称作溶原细胞

原噬菌体（前噬菌体）

在溶原细胞内的温和噬菌体核酸称为原噬菌体（或前噬菌体）

溶原性噬菌体命名

在敏感菌株的名称后面加括号内写上入