平板制作与培养，（4）菌落计数。（对各步骤要有简单的描述）。 五、综述题（10分）
水体富营养化会给生态环境和人类造成多方面的危害，因此水体富营养化的防治具有重要意义。造成水体富营养化的可能原因有哪些？你认为采取哪些措施和方法可以有效地控制水体富营养化的发生？
水体从贫养状态向富养状态发展，是水体生态系统演变的自然规律，在自然条件下，这一过程的发展是非常缓慢的。但由于某些原因，尤其是人类将富含氮、磷的城市生活污水和工业废水排入湖泊、河流、海洋，使受纳水体中的氮、磷等植物性营养元素过剩，导致水体中藻类过量生长，使淡水水体发生“水华”，或称“水花”，使海洋发生“赤潮”，造成水体富营养化。人类在生活和生产中排放的生活污水和食品加工、化肥、屠宰、制糖、造纸、纺织等工业废水，以及大量使用化肥的农田退水，都含有大量有机的和无机的氮、磷。这些污染物质进入水体后，在微生物作用下形成硝酸盐和磷酸盐，为藻类的生长繁殖提供了充足的营养，从而极大地加速了水体的富营养化过程。这是当今水体富营养化形成的主要原因。
控制水体富营养化最根本的措施是加强对水体生态环境的管理，制定法规，对污水排放一定要严格控制，一般应达到二级处理排放标准，并应逐渐达到深度(三级或接近三级)处理标准，以降低引起水体富营养化的限制性因子氮和磷的作用强度。如果水体一旦发生了富营养化，应采用以下方法加以治理。
（一）化学药剂控制法 采用化学药剂来控制藻类的生长，对于水体面积小的水域、蓄水池、池塘等是很适用的。在化学除藻方面，应用较为广泛的是用硫酸铜来防止藻类的过度生长。硫酸铜对蓝藻尤为有效。
（二） 破坏水体的分层 可以通过人工搅动破坏水体的分层现象，来控制藻类生长。一般可通过强烈通气达到搅动的目的。在破坏水体分层过程中，表层水温度降低，同时使水体变混浊，影响了表层水的透光度，藻类的生长也受到了影响。经过人工搅动，也可改变藻类在湖泊中的优势种群，如经搅动后，使蓝细菌群体减少，而绿藻数目相对增加。
（三）藻类的生物学控制 （1）利用藻类病原菌控制藻类生长。这种方法是在湖、河中接种寄生于藻类的细菌，以抑制藻类的国度生长。（2）利用病毒控制藻类的生长。从现有的研究成果分析，藻类病原微生物能引起藻类较快裂解，而且寄主范围广，藻类对此的抗性也较低，所以利用藻类病原微生物来控制藻类过度生长繁殖的方法是可取的。
（四） 藻类的生态学控制 生态防治法是指运用生态学原理，利用水生生物吸收利用氮、磷元素进行代谢活动的过程，以达到去除营养元素的目的。其优点是投资少，有利于建立合理的水生生态循环。 （五）工程控制措施 通过工程措施控制水体富营养化的方法，包括底泥沉积物的挖掘、水体深层曝气、引水稀释以及在底泥表面敷设固定层等。 六、讨论题（10分）
现有的废水处理工艺大都是对水体自净作用的加强。试述河流在接纳污水后的自净过程，并讨论河流自净过程对污水处理的指导意义。
水体自净过程大致经历如下几个阶段：①有机污染物排入水体后被水体稀释，有机和无机固体物沉降至河底。②水体中好氧细菌利用溶解氧把有机物分解为简单有机物和无机物，并用以构建自身有机体，水中溶解氧被大量消耗而急速下降以至为零，此时鱼类绝迹，原生动物、轮虫、浮游甲壳动物死亡，厌氧细菌大量繁殖，对有机物进行厌氧分解。③有机污染物在微生物代谢作用最终被矿化，生成CO2、H2O、PO43-、NH4+和H2S等，而NH4+和H2S等有可在硝化细菌和硫化细菌作用下，进一步被氧化为稳定的NO3-和SO32-。④随着水体的自净，有机物成为水体微生物生长繁殖的限制性因素，再加上诸如阳光照射、温度、pH值和毒物等其他生态因子的变化，以及生物的拮抗作用，使前一阶段大量繁殖的细菌死亡，溶解氧上升，水质变清，高等水生动物重新出现，水体恢复到污染前的状态
和功能，自净过程完成。
水体自净是废水生物处理的基本原理所在，大多数废水生物处理工艺都是对水体自净过程某些作用的加强或全部作用的加强，一些新技术的出现也和水体自净规律的研究有着密切联系。
学生自身体会可以是课程相关内容的任何方面，酌情给分。
哈工大2007年春季学期
污染控制微生物学
一、填空（0.5分×30）
1. 微生物一词并非（ 生物分类学上 ）的专用名词，而是指所有（ 形体微小 ）、（ 结构较为简单 ），一般须借助光学显微镜甚至电子显微镜才能观察到的低等生物的（ 统称 ），包括病毒、（ 原核生物 ）、（ 真菌 ）、（ 单细胞藻类 ）以及（ 原生动物 ）和（ 后生动物 ）等。 2. 根据培养细菌是否产荚膜和所形成菌落的表面特征，可将菌落分为（ 光滑 ）型和（ 粗糙 ）型两种。
3. 微生物数量的测定可以采用：显微镜计数法、（ 平板计数 ）法、（ 薄膜过滤计数 ）法和（ 比浊 ）法等。
4. 生态系统的主要功能包括（ 生物生产 ）、（ 物质循环 ）、（ 能量传递 ）、（ 信息传递 ）和（ 内平衡调节 ）等五个方面。
5. 组成DNA的碱基包括（ 腺嘌呤/A ）、（ 鸟嘌呤/G ）、（ 胞嘧啶/C ）和（ 胸腺嘧啶/T ）等四种。
6. 根据溶解氧和微生物种类，可以把氧化塘分为（ 好氧塘 ）、（ 厌氧塘 ）、（ 兼性塘 ）和（ 曝气塘 ）等四种。
7. 有机废水厌氧生物处理中，常见的产酸发酵类型有（ 丙酸型发酵 ）、（ 丁酸型发酵 ）和（ 乙醇型发酵 ）等三种。
二、术语解释（2分×10）
1. 异染粒：又称捩转菌素，主要成分是多聚偏磷酸盐，因为它被蓝色染料(如甲烯蓝)染色后不呈蓝色而呈紫红色而得名。
2. 荚膜与粘液层：由遗传性所决定，一些细菌在代谢过程中分泌出的，附着在细胞壁上的粘液性物质。与细胞壁结合紧密，与周围环境界限分明的称为荚膜；反之，与细胞壁结合疏松，与周围环境界限不分明，无明显边缘的称为粘液层。（荚膜与粘液层是形成菌胶团的基础）
3. 菌落：在固体培养基上，由一个细菌细胞增殖而形成的，肉眼可见的细胞群体称为菌落。 4. 营养缺陷型：丧失合成一种或多种生长因子能力的微生物称为营养缺陷型。 5. 胞内酶和胞外酶
生物活细胞形成的，并在体内起催化作用的酶称为胞内酶，一般为双成分酶；
生物活细胞形成的，并分泌到体外起催化作用的酶称为胞外酶，一般为单成分酶，如水解酶。 6. 高能化合物：参与生化反应的化合物中，有些含有很高的自有能，在发生分解反应或基团转移反应时可产生大量能量（ATP），这类物质被称为高能化合物
7. 呼吸：有机物的生物氧化过程中，以分子氧或无机盐中的氧原子作为最终氢受体（或以分子氧或含氧无机盐作为最终电子受体）的产能代谢方式，称为呼吸。
8. 生态因子：微生物生存环境中，对其生长发育具有直接或间接影响的环境要素称为生态因子。
9. 性状：由遗传物质决定，生物体所表现出的，可以观测到的，可以用物理、化学方法测定的性质和形状。
10. 硝化作用和反硝化作用
氨态氮在亚硝酸菌和硝酸菌先后作用下转化为硝态氮的过程称为硝化作用； 硝态氮在反硝化细菌作用下转化为氮气或一氧化二氮的过程称为反硝化作用。 三、问答题（6分×6）
1. 微生物的基本特点有哪些？
结构简单，个体微小；分布广泛，种类繁多；繁殖速度快，代谢强度高；适应能力强，易于培养；易变异。
2. 菌胶团在废水生物处理中的作用?
菌胶团是活性污泥的重要组成部分，它除了具有荚膜的功能外，还具有以下功能。
①具有较强的吸附和氧化有机物的能力。可有效地去除废水中的可生物降解性有机污染物，尤其是溶解性和胶体状有机物。
②具有较好的沉降性能，这是利用菌胶团细菌净化废水的重要因素。废水中的有机物通过微生物的分解作用，一部分被氧化分解为CO2和H2O，一部分合成为细胞物质而成为菌体，形成菌胶团的细菌很容易沉淀分离出来。
3. 微生物的化学组成对微生物培养和废水生物处理的指导意义。
各种微生物细胞的化学组成各不相同，在正常情况下，化学组成较稳定。如细菌为C5H7NO2或C60H87O23N12P，真菌为C10H17NO6，藻类为C5H8NO2；原生动物为C7H14NO3。微生物细胞的化学组成是配制培养基的主要依据，在废水生物处理中，亦应考虑废水中C、N、P等的比例。如在好氧生物处理中，营养元素的比例一般取BOD5∶N∶P=100∶5∶1，而在厌氧生物处理中，BOD5∶N∶P可取较大值。 4. 三羧酸循环的生理学意义。
（1）是生物有机体获得能量的最有效的方式；
（2）是糖类、脂类和蛋白质三大类物质转化的枢纽；
（3）TAC所产生的各种重要的中间产物，为其它化合物的合成提供了原料。
（4）发酵工业上利用微生物的三羧酸循环代谢途径，生产有关的有机酸，如柠檬酸、谷氨酸等。 5. 原生动物在废水处理中的作用。 （1）促进菌胶团絮凝作用
实验证明，纤毛虫有助于活性污泥絮体的形成，纤毛虫能分泌粘性物质，促使菌胶团粘连起来。有的纤毛虫还能分泌粘蛋白，能把絮凝物再联接起来。 （2）吞噬游离细菌和微小颗粒
在废水生化处理中，原生动物能大量吞噬游离细菌或微小的有机颗粒和碎片,可显著改善排水水质。
（3）分解代谢废水中的有机物
原生动物不仅能吞噬游离细菌和废水中的有机颗粒，而且也能直接分解代谢一些可溶性的有机化合物,对废水生物处理系统的处理能力作出积极贡献。 （4）作为指示生物
因为原生动物个体比细菌大，生态特点也容易在显微镜下观察，而且不同种类的原生动物都有各自所需的生境条件，所以哪一类原生动物占优势，也就反映出相应的水质状况。国内外都把原生动物当做废水处理的指示性生物，并利用原生动物的变化情况来了解废水处理效果及废水处理中运转是否正常
6.生物修复技术的概念及其优点
关于生物修复(Bioremediation）的内涵，目前还没有统一的认识。可从狭义和广义两个层面去理解生物修复的涵义。
（1）狭义的定义：利用土著的、引入的微生物和微生物及其代谢过程，或其产物进行的消除或富集有毒有害物质的生物学过程。但在实际的修复过程中不仅仅利用微生物，还包括很多种植物，如对一些受重金属污染的土壤修复。
（2）广义的定义：利用特定的生物（植物、微生物、原生动物等）吸收、转化、清除或降解环境污染物，实现环境净化、生态效应恢复的生物措施。
生物修复的优点如下：
（1）污染物在原地被降解清除 （2）修复时间较短
（3）操作简便，对周围环境干扰小
（4）较少的修复经费：仅为传统化学，物理修复经费的30%-50% （5）人类直接暴露在污染物下的机会减少 （6）不产生二次污染，遗留问题少 四、实验题（9分）
说明革兰氏染色的基本原理及主要操作步骤。
革兰氏染色法为复染色法，是鉴别细菌的重要方法。它是丹麦细菌学家革兰氏于1884年发明的。这种染色方法的主要步骤是：先用碱性染料结晶紫染色，再加碘液媒染，然后用酒精脱色，最后以复染液(沙黄或蕃红)复染。凡是能够固定结晶紫与碘的复合物而不被酒精脱色者，仍呈紫色，称为革兰
+-氏阳性(G)细菌；凡能被酒精脱色，经复染着色，菌体呈红色，称为革兰氏阴性(G)细菌。
一般认为，细胞壁的结构和组成与革兰氏染色反应有关。在染色过程中，细胞内形成了深紫色的
+
结晶紫-碘的复合物。由于G细菌细胞壁较厚，特别是肽聚糖含量较高，网格结构紧密，脂类含量又低，当被酒精脱色时，引起了细胞壁肽聚糖层网状结构孔径缩小以至关闭，从而阻止了不溶性结晶紫
--碘复合物的浸出，故菌体仍呈深紫色；相反，G细菌的细胞壁肽聚糖层较薄，含量较少，而脂类含量又高，当酒精脱色时，脂类物质溶解，细胞壁通透性增大，结晶紫-碘复合物也随之被抽提出来，故菌体呈复染液的红色。 五、综合题（10分）
采取怎样的措施可以缩短污泥接种后的迟缓期，以加速废水生物处理系统的启动过程。 答题要点如下：
（1）尽量维持微生物生长环境的一致性；
（2）对于废水生物处理系统的启动，接种污泥尽量选择水质和工况相同或相近的污水处理厂的剩余污泥；
（3）接种量充足，可缩短迟缓期，加速反应系统的启动过程；
（4）对于混合微生物反应系统，进行污泥接种时，种泥生物相的多样性是保证反应系统启动成功的重要因素。 六、讨论题（10分）
谈谈水体自净对污水处理的指导意义。 水体自净是废水生物处理的基本原理所在，大多数废水生物处理工艺都是对水体自净过程某些作用的加强或全部作用的加强，如一些新技术的出现也和水体自净规律的研究有着密切联系。
学生自身体会可以是课程相关内容的任何方面，酌情给分。
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