第二章環境生物技術的生物學基礎第1頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一（一）緒論

（二）原核、真核及非細胞型微生物

（三）微生物的營養（四）微生物的代謝一、環境微生物學基礎知識第2頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一（一）緒論微生物學與環境

在自然界，微生物的活動使有機物和無機物之間不斷進行轉化，這是生物圈其他高等生物賴以生存的基礎。

在環境工程中，對于廢水和固體廢棄物的生物處理，就是利用微生物的作用去除污染物。

如自然界水體在接受污染物后，具有恢復其原來潔凈狀態的能力，這是在微生物的參與下完成的，當進入水體的污染物量過高以致超過微生物自凈能力的限度，就會引起嚴重污染。第3頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一微生物（病毒）古生菌（Archaea）真細菌（Eubacteria）真菌（酵母、霉菌、蕈菌等）、單細胞藻類、原生動物等非細胞型細胞型原核微生物真核微生物（Eukarya）微生物是一群形體微小、結構簡單的單細胞或沒有分化的多細胞生物，有的甚至沒有細胞結構。微生物的類群第4頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一（二）原核、真核及非細胞型微生物3.非細胞型微生物1.原核細胞型微生物——細菌——絲狀細菌——光合型原核生物——滑動細菌2.真核細胞型微生物——真菌——原生動物——藻類——微型后生動物第5頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一細菌（Eubacteria）（一）個體形態和排列球狀桿狀螺旋狀基本形態1.原核型細胞微生物第6頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一1、球狀

細胞個體呈球形或橢圓形，不同種的球菌在細胞分裂時會形成不同的空間排列方式，常被作為分類依據。分為以下幾種:單球菌、雙球菌、鏈球菌、四聯球菌、八疊球菌、葡萄球菌等。金黃色葡萄球菌第7頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一單球菌：細胞分裂沿一個平面進行，新個體分散而單獨存在.如尿素微球菌(Micrococcusureae)第8頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一雙球菌：細胞沿一個平面分裂，新個體成對排列.

如肺炎雙球菌(Diplococcuspneumoniae)第9頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一鏈球菌：細胞沿一個平面進行分裂，新個體不但可保持成對的樣子，并可連成鏈狀.如：乳鏈球菌（Streptococcuslactis）無乳鏈球菌（Streptococcusagalactiae)溶血鏈球菌（Streptococcushemolyticus)第10頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一四聯球菌：細胞分裂是沿兩個相垂直的平面進行，分裂后每四個細胞特征性地連在一起，呈田字形.

如四聯微球菌（Micrococcustetragenus）第11頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一八疊球菌：細胞按三個互相垂直的平面進行分裂后，每八個球菌特征性地連在一起成立方體形.

如藤黃八疊球菌（Sarcinaureae)第12頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一葡萄球菌：細胞無定向分裂，多個新個體形成一個不規則的群體，猶如一串葡萄。如：金黃色葡萄球菌（Staphylococcusaureus)白色葡萄球菌（Staphylcoccusalbus)第13頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一2、桿狀

細胞呈桿狀或圓柱形，一般其粗細（直徑）比較穩定，而長度則常因培養時間、培養條件不同而有較大變化。

桿狀細菌的排列方式常因生長階段和培養條件而發生變化，一般不作為分類依據。第14頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一枯草芽孢桿菌地衣芽孢桿菌第15頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一3、螺旋狀弧菌螺旋菌螺旋體菌第16頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一弧菌：菌體只有一個彎曲，其程度不足一圈，形似“C”字或逗號，鞭毛偏端生。(寄生性弧菌-----蛭弧菌)霍亂弧菌第17頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一螺旋菌：菌體回轉如螺旋，螺旋數目和螺距大小因種而異。鞭毛二端生。細胞壁堅韌，菌體較硬。第18頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一螺旋體菌：菌體柔軟，用于運動的類似鞭毛的軸絲位于細胞外鞘內。梅毒密螺旋體第19頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一（二）大小最小：與無細胞結構的病毒相仿（50nm）最大：肉眼可見（0.75mm）測量方法：顯微鏡測微尺顯微照相后根據放大倍數進行測算第20頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一球菌大小以直徑來表示，多為0.5-2μm。桿菌及螺旋菌的大小以長度和寬度來表示。桿菌一般長1-5μm，寬0.5-1μm。螺旋菌的長度是菌體空間的長度，一般為5-15μm，寬0.5-5μm。第21頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一細菌細胞主要由細胞壁、細胞質膜、細胞質、核及內含物等構成。有的細菌還可能有莢膜、芽孢或鞭毛等特殊結構。第22頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一細菌一般進行無性繁殖，表現為細胞的橫分裂，稱為裂殖。在分裂前先延長菌體，染色體復制為二，然后垂直于長軸分裂，細胞赤道附近的細胞質膜凹陷生長，直至形成橫隔膜，同時形成橫隔壁，這樣便產生兩個子細胞。第23頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一大量細菌聚集起來，形成肉眼可見的群體，通稱為菌落在固體培養基上培養，幾天內即可由一個或幾個細胞分裂繁殖成千萬個細胞。在液體培養基中生長，可表現為培養液由清至濁。第24頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一環境中常見的細菌主要包括普通化能異養細菌和普通化能自養細菌化能異養細菌：有機物的主要降解者，廣泛分布于有機質豐富的土壤、水域、動植物殘骸中，一些寄生于人、動物和植物體內。化能自養細菌：能源來自無機物氧化產生的化學能，碳源是CO2（或碳酸鹽）。這類微生物主要是硝化細菌、硫化細菌、氫細菌、鐵細菌及產甲烷菌等。產甲烷的細菌

第25頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一ⅰ球菌類：①微球菌屬②葡萄球菌屬③鏈球菌屬④明串珠菌屬化能異養細菌ⅱ無芽孢桿菌類

①埃希氏菌屬：好氧或兼性厭氧。代表種為大腸桿菌。②假單胞菌屬：專性好氧。是好氧生物處理中常見菌。③動膠菌屬：專性好氧。在活性污泥工藝中，對形成絮狀活性污泥貢獻最大，常見的有生枝和懸絲動膠菌種。④產堿桿菌屬和黃桿菌屬⑤不動桿菌屬：好氧和缺氧條件下均可生長。好氧下在細胞內積累磷酸鹽。厭氧下釋放出細胞內積累的磷酸鹽。⑥棒狀桿菌屬和節桿菌屬⑦乳酸桿菌屬：⑧固氮菌屬⑨根瘤菌屬ⅲ產芽孢桿菌：①芽孢桿菌屬好氧到兼性厭氧②梭狀芽孢桿菌屬嚴格厭氧菌第26頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一絲狀細菌：主要屬于放線菌綱和鞘細菌綱①放線菌：放線菌為細菌中的一個特殊類群。沒有核膜與核仁的分化。

多數為腐生菌，可以分解許多有機物，如烴類、氰化物等。放線菌為具有分枝的絲狀菌，菌絲無隔膜。通過無性孢子及菌絲片段等進行繁殖，其中以分生孢子為主。少數放線菌還能以子囊孢子進行繁殖。第27頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一放線菌的菌落介于霉菌與細菌之間，菌絲及孢子常具有色素，多數好氧，能產生抗生素。第28頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一②鞘細菌：絲狀體外包圍一層由有機物或無機物組成的鞘套，故稱鞘細菌。化能異養為主，也有化能自養的。常見的代表屬有：

——鐵細菌：能氧化亞鐵離子成高價鐵的細菌統稱為鐵細菌。鐵細菌屬的細菌在水管中結成含鐵垢層，影響水的輸送。

——球衣菌屬：在含鐵質的水中，它們也積累含鐵的黃褐色外殼，但在鐵含量極少的正常環境中，鞘薄而無色。在有機物污染的水域中和微好氧條件下能很好生長，也是化能異養菌。第29頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一光合型原核生物：①藍細菌：藍細菌稱為藍藻或藍綠藻。原核類微生物。多數藍細菌是不分枝的絲狀體，菌體外常具有膠質外套，使多個菌體或絲狀體集成一團。大多數藍細菌能滑行運動。能耐干旱，有的藍細菌干標本保存80余年后移至適宜環境中仍能存活。當在水體中惡性增殖時，可造成水質惡化與污染。如淡水中的水華和海洋中的赤潮。第30頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一②光合細菌：

光合細菌能同化CO2為菌體有機質的細菌。但這些細菌與藍細菌不同，都不含葉綠素，只有菌綠素及類胡蘿卜素。

光合細菌的光合作用與藍細菌和高等植物的光合作用有顯著的不同，它們是從有機物或水以外的無機物中取得氫；光合作用不產生氧，一般在厭氧條件下進行。光合細菌有球形、桿形、弧形及螺旋形，多具有端生鞭毛，存在于土壤、污水、湖及海水、礦泉中。光合細菌包括紫色硫細菌、紫色非硫細菌、綠色硫細菌、綠色非硫細菌等。第31頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一（4）滑動細菌：滑動細菌為不借鞭毛而靠菌體的蠕動進行滑動的細菌。主要包括粘細菌、嗜纖維細菌和貝氏硫細菌三大類。第32頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一2.真核細胞型微生物（1）真菌菌體為多細胞的分支絲狀體或為單細胞個體，比細菌個體大，屬于真核生物。真菌靠腐生或寄生生活。真菌有比較堅硬的細胞壁，而原生動物則沒有。真菌在自然界約12萬余種，分別歸于霉菌、酵母菌等。霉菌和放線菌一樣，菌體由分枝或不分枝的菌絲構成，許多菌絲交織在一起則成為菌絲體。霉菌菌絲較粗而長，故形成的菌落較疏松，呈絨毛狀、絮狀或蜘蛛網狀，一般比細菌菌落大幾倍到幾十倍。菌落表面往往呈現出肉眼可見的不同結構與色澤特征。霉菌主要是借產生無性孢子及有性孢子而繁殖。①霉菌：霉菌是一些絲狀真菌的通稱第33頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一酵母菌菌落較細菌菌落大而厚，菌落表面濕潤、粘稠，易被挑起。在液體培養基中，有的酵母菌生長產生沉淀，有的均勻生長。酵母菌典型的繁殖方式為出芽生殖。母細胞表面外突長出芽細胞，芽細胞脫離母體后即為新個體，有時芽細胞不脫離母體，又長出新芽，出現大小細胞相連的假菌絲狀。酵母菌對生活條件要求不高，在環境保護工作中，常被廣泛應用于綜合利用中，將廢物轉化成有益產品，如單細胞蛋白質。②酵母菌：是一類單細胞真菌第34頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一一、酵母菌酵母菌一般泛指能發酵糖類的各種單細胞真菌。第35頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一酵母菌分為發酵型和氧化型兩種。發酵型：發酵糖為乙醇（甘油、有機酸等）和CO2的一類酵母菌。主要用于發面（面包、饅頭）、釀酒。發酵——（4000年的應用歷史）第36頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一氧化型：無發酵能力或發酵能力弱而氧化能力強的酵母菌。如：熱帶假絲酵母和陰溝假絲酵母等。（假絲酵母呈假絲狀，因為在繁殖時子細胞沒有脫離母體而與母體相連接成鏈狀。）可用于含有有機物濃度大且不易被細菌分解的廢水處理。如：含油、含酚廢水、味精廢水等。第37頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一酵母菌無性繁殖1、芽殖（budding）子細胞假菌絲芽殖是酵母菌最常見的一種繁殖方式第38頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一2、裂殖（fission）少數酵母具有與細菌相似的二分裂繁殖方式第39頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一酵母菌的菌落啤酒酵母菌落與細菌的相仿，但由于細胞比細菌的大。可產生不同顏色，如白色和紅色。1.固體培養基表面光滑濕潤干燥皺褶2.液體培養基a.上浮形成薄膜；b.沉到瓶底；c.發酵型酵母可產生CO2，培養基表面充滿泡沫。第40頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一單細胞個體單、多細胞絲狀大型多細胞分化型屬于微生物酵母菌霉菌蘑菇菌真菌第41頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一霉菌的繁殖霉菌的繁殖能力極強，主要是通過產生無性孢子或有性孢子來完成的，也可以采用菌絲片斷繁殖。（一）無性孢子1.厚垣（yuán）孢子：這類孢子具很厚的壁。可抵抗熱、干燥等不良環境。第42頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一2、節孢子：由菌絲斷裂形成。菌絲生長到一定階段，出現許多橫隔膜，然后從橫隔膜處斷裂，產生很多單個孢子。

第43頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一3、分生孢子：菌絲分枝頂端細胞或菌絲分化來的分生孢子梗的頂端細胞分割而成的單個或成簇孢子。第44頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一4、孢囊孢子：形成于菌絲頂端的一個特殊的囊狀結構，在內部形成眾多小孢子，成熟后釋放。第45頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一青霉屬第46頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一曲霉第47頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一小資料：黃曲霉素

黃曲霉素是目前發現的化學致癌物中最強的物質之一。它主要引起肝癌，還可以誘發骨癌、腎癌等。有人曾做過實驗，用含黃曲霉素的玉米飼養老鼠，一年以后可誘發肝癌。

黃曲霉素主要存在于被黃曲霉素污染過的糧食、油及其制品中。例如黃曲霉污染的花生、花生油、玉米、大米、棉籽中最為常見，在干果類食品如胡桃、杏仁、榛子、干辣椒中，在動物性食品如肝、咸魚中以及在奶和奶制品中也曾發現過黃曲霉素。水果、蔬菜放久了也會產生黃曲霉素，即使去掉了變質部分也不能完全消除其危害。西部非洲兒童接觸黃曲霉素的程度很高，

第48頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一低等真菌：形成內生無性胞子、菌絲無橫隔。高等真菌：形成外生無性胞子，菌絲有橫隔。

真菌及其代表屬

真菌類型特性代表屬低

1.粘菌綱（粘狀霉菌）網柄粘菌等

2.藻狀菌綱有游動孢子異水霉菌真

（1）水生藻狀菌生活史復雜毛霉菌

（2）陸生藻狀菌不游動根霉

高1.子囊菌綱

在子囊內可脈孢菌、青霉菌等形成有性孢子曲霉菌、酵母菌真菌2.擔子菌綱在子實體上小包菇、北風菌、傘菌形成有性孢子真菌可分為低等真菌和高等真菌第49頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一子囊菌類的真菌有性繁殖后形成子囊，所謂子囊，是內含孢子的袋狀細胞器擔子菌的有性繁殖則產生擔孢子，擔孢子即指生長在棍棒狀的擔子頂端的孢子。第50頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一真菌的利用真菌是分解有機物質非常活躍的微生物，它們在自然界的凈化過程以及廢水廢物處理利用過程中起到相當大的作用。在廢水的好氧處理系統中，能夠降解一些芳香族化合物。真菌在傳統工業和人們生活中起重要作用，如利用酵母釀酒和生產酒精，利用酵母生產單細胞蛋白等。真菌還可以用于食品加工或直接食用，如木耳、銀耳、猴頭、竹蓀是貴重的食品，金耳、茯苓、靈芝、豬苓、雷丸、竹黃、蟲草是貴重的藥劑或滋補品。但真菌也常與食物的腐敗及其它物品的變質有關。第51頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一（2）原生動物

原生動物是單細胞的低等動物，是水中重要的浮游生物。原生動物形態多樣，大小一般多在100-300μm。原生動物有無性繁殖及有性繁殖。無性繁殖一般為二分裂繁殖。

多數以吞食細菌、真菌、藻類等有機體為食，少數含有光合色素，能像植物一樣進行自養生活。

絕大部分原生動物可以形成休眠體，可抵抗不良環境，當環境條件適宜時，又復萌發，長出新細胞。

原生動物在整個生物生態系統中占重要地位，它們是生物鏈的一個重要環節第52頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一原生動物細胞結構第53頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一原生動物的繁殖方式橫二分裂縱二分裂第54頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一原生動物的主要類群①鞭毛蟲綱：能使用鞭毛在水中游動，廢水生物處理中常見的鞭毛蟲有波豆蟲、三角鞭毛蟲等。原生動物分屬于肉足蟲綱、鞭毛蟲綱、孢子蟲綱和纖毛蟲綱4個綱中。主要包括：肉足蟲、鞭毛蟲和纖毛蟲等。鞭毛綱－夜光蟲鞭毛綱－小眼蟲第55頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一第56頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一②肉足蟲綱：這類可變形的原生動物通過形成細胞表面的突起（即偽足）運動，偽足能捕食顆粒狀食物（如細菌），被捕食后的食物被包裹在食物泡內消化。如孔眼蟲，放射蟲等。第57頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一肉足綱－太陽蟲第58頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一③孢子蟲綱：嚴格寄生的原生動物，通過從寄主細胞滲透吸收的方式吸收營養，通過滑動的方式運動。瘧原蟲屬即屬于此類。④纖毛蟲綱：這類原生動物依靠細胞表面的無數短須同步而有節奏的擺動來運動或捕食，這些短須即是纖毛。它們靠吞噬顆粒狀食物為生。纖毛有別于鞭毛，其數量較鞭毛多，長度極短。第59頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一第60頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一原生動物在廢水處理中的作用

原生動物對廢水凈化主要通過兩種方式進行，其一是它們吞噬游離的細菌和顆粒狀懸浮物；二是它們促進生物絮凝作用，使活性污泥具有良好的沉降性能。①原生動物對廢水的凈化作用：②原生動物作為廢水處理的指示生物：

當游泳型纖毛蟲突然增加，固著型纖毛蟲減少，或蟲體表現不正常，都可能預示著處理效果的惡化。

通常三角鞭毛蟲被認為是曝氣不足或廢水過負荷引起的厭氧條件的指示生物。

大量的固著型纖毛蟲的出現說明活性污泥狀況良好，廢水中的溶解氧適當。溶解氧不足時，鐘蟲會變得不活躍或數量減少。第61頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一纖毛蟲是環境工程中最為常見的指示微生物常見的纖毛蟲可分為三類，即游泳型、固著型和吸管型三類

游泳型纖毛蟲表面布有較多的纖毛，在水中能自由游動和捕食。廢水好氧生物處理中常見的有腎形蟲、豆形蟲、漫游蟲、裂口蟲、四膜蟲等屬。

固著型纖毛蟲外形大多似鐘，也叫鐘蟲類。它們能產生柄狀物使其固著于固體表面，因此不能四處游動。環境工程中常見的有鐘蟲、聚縮蟲、獨縮蟲、累枝蟲、蓋纖蟲等屬。鐘蟲以單個個體生活，聚縮蟲、獨縮蟲、累枝蟲、蓋纖蟲以群體方式生活。

吸管蟲其幼蟲有纖毛，但成蟲纖毛消失，長出長短不等的吸管。當其他原生動物、輪蟲等碰上吸管蟲的吸管即被粘住，并被吸管分泌的毒素麻醉，然后體液被吸干而死亡。第62頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一游泳型纖毛蟲－草履蟲第63頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一固著型纖毛蟲—鐘蟲第64頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一吸管蟲第65頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一第66頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一（3）藻類

藻類是低等植物中的一個類群，無根、莖、葉、花的分化，個體很小，有的為單細胞，有的是多細胞。藻類的運動主要靠鞭毛進行。廣泛存在于淡水及海水中。當水域中氮、磷營養物豐富時，藻類會大量生長。近幾年來我國近海水域頻繁發生的赤潮就是藻類和藍細菌大量繁殖的結果，其結果造成大量水生生物死亡，使漁業資源受到嚴重破壞。第67頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一近些年來，全世界范圍水域的富營養化過程因為工業和民用洗滌劑以及農業化肥的大量施用。富營養化的結果使河流湖泊水質下降，影響了其使用功能。這樣的湖水如果作為飲用水的水源，也需要經過專門祛除藻類細胞的特殊處理。

以氮磷為主的營養物進入水域形成的污染稱為富營養化第68頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一藻類的分類藻類根據細胞中葉綠體和色素的類型、細胞壁的組成、鞭毛的有無及細胞器的構成等可劃分為：綠藻，裸藻，甲藻，金藻，褐藻及紅藻等六大類：①綠藻綠藻包括單細胞的和多細胞簡單絲狀的和帶分枝的藻，綠藻可以產生游動孢子，多為梨形，帶2-4根長度相等的鞭毛。絕大多數綠藻是淡水生的浮游生物，某些形體較大的綠藻生長在池底、溪底或沿海。第69頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一甲藻為單細胞，細胞外有表質膜，許多甲藻表質膜上覆蓋有殼。多靠鞭毛游動，可在海水、淡水中生活。海水中的甲藻可有生物熒光現象，因其細胞色素種類不同，呈現出不同顏色，在海水中產生紅、紅褐或黃色浪潮，是海洋中赤潮產生的主要肇事者。②裸藻裸藻是低級的藻，裸藻為單細胞，狹長，無細胞壁，故名裸藻。通常有1-3根鞭毛。裸藻呈現綠色或無色。裸藻有口腔道，可吞噬食物。③金藻金藻的細胞中有較多的胡蘿卜素，呈現黃綠到褐色。金藻有單細胞和多細胞，有分枝或無分枝。④甲藻此兩種藻類為高級藻類，通常體積較大，而且組織結構高度分化。食用的海帶即是褐藻，食用的紫菜和石花菜即是紅藻。褐藻和紅藻主要存在于海水中。⑤褐藻和紅藻第70頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一藻類的利用：①對建筑物的腐蝕②富營養化③產生令人討厭的味道和臭味，干擾絮凝和砂濾等水處理過程。

減少藻類生長的最好辦法是減少磷和氮的排放，對廢水進行除磷脫氮的處理等。①用于氧化塘的廢水處理工藝廢水中的有機污染物被細菌降解為無害的無機物，同時產生CO2

，藻類利用CO2在塘的上層生長、繁殖，它們產生的O2又為細菌降解有機物提供條件。藻類生長的負面影響有：②綜合利用作為食品、飼料或肥料。③藻類的工業化生產。如日本和東南亞已將生產的小球藻等作為健康食品出售。④將藻類收集后作為厭氧發酵的底物，用于生產甲烷作為能源。第71頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一（4）微型后生動物較原始的多細胞動物，如輪蟲、線蟲、顫蚯蚓、甲殼動物、小昆蟲及其幼蟲等。①輪蟲：體小，多數不超過0.5mm。身體長形，有頭部、軀干、尾部。頭部有一個頭冠，其上有一列或多列纖毛形成纖毛環，纖毛可有規律地擺動如車輪轉動，故稱輪蟲。

多數輪蟲以細菌、藻類及小的原生動物為食，故在廢水的生物處理中有凈化作用。

在廢水的生物處理中，輪蟲可作為指示生物。活性污泥中出現輪蟲，往往表明處理效果良好，但當輪蟲數量過多，則有可能破壞污泥的結構，使污泥松散而上浮。第72頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一輪蟲線蟲水蚤第73頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一②微型甲殼動物：具有堅硬的甲殼，它們也是河流污染與水體自凈的指示生物。③其他微型后生動物：水中有機淤泥和生物膜上常生活有一些其他微型后生動物，如線蟲和昆蟲及其幼蟲。線蟲長0.25~2mm。另外，還有搖蚊幼蟲、蜂蠅幼蟲、顫蚯蚓等在水中也常見到。

以上都常用做研究地表水污染的指示生物。無毒廢水處理中，沒有后生動物生長，說明溶解氧不足。第74頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一3.非細胞型微生物

病毒是專性活細胞內寄生物，只能在活體內增殖。病毒感染寄主細胞后，接管宿主細胞的生物合成機構，使之按照病毒的遺傳特性合成病毒的核酸與蛋白質。病毒感染寄主細胞進行繁殖的過程可分為吸附、侵入、復制、聚集與釋放等步驟。

病毒可以感染幾乎所有生物，包括人、動物、植物和微生物。在水中可存活較長時間，因此水的凈化應當重視病毒的祛除。好氧活性污泥法的剩余污泥，比原廢水中的病毒含量高10-100倍。污泥的厭氧消化可以滅活病毒，尤其在50-60oC下的高溫消化可以殺滅幾乎全部病毒和致病菌。非細胞型微生物主要為病毒第75頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一第76頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一（三）微生物生理學1.代謝的基本概念

發生在生命細胞中物質的化學轉變過程稱為代謝。

廢水生物處理就是利用微生物的代謝，促使有機污染物分解，使廢水得到凈化。

代謝分為兩大類，即分解代謝與合成代謝。分解代謝也稱異化作用，他指各種營養物質或細胞物質降解為簡單物質的過程，并產生生物利用的能量。

合成代謝也叫同化作用，是細胞由較簡單的物質合成為細胞所需的物質的過程，這一過程消耗能量。第77頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一

一是通過細胞中的光和色素（如葉綠素和載色體）由光能中獲得能量。這類微生物稱為光能微生物或光合微生物。

二是通過生物的氧化反應所產生的化學能，這類微生物稱為化能微生物。無論由何種形式獲得的能量，都以化學能的形式儲存于三磷酸腺嘌呤核苷又稱三磷酸腺苷（ATP）中，ATP中的磷酸之間的焦磷酸鍵具有很高的能量，稱為高能鍵，用～表示。

以光能生成ATP的過程稱為光合磷酸化作用；從物質的氧化獲取能量生成ATP的過程稱為氧化磷酸化作用。2.微生物的能量來源第78頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一3.生物氧化作用的三種類型

生物將物質氧化的過程，稱為生物氧化作用（呼吸作用），同時產生能源。微生物的生物氧化分為有氧呼吸、無氧呼吸和發酵三種類型。

有氧呼吸是好氧微生物和兼性微生物在有氧條件下所進行的生物氧化方式。有氧呼吸將含有C、H的化合物徹底氧化為CO2和H2O。以葡萄糖為例，其反應式為：

C6H12O6+6O26CO2+6H2O

大多數有氧呼吸的底物是有機物，但也有一些細菌可以氧化還原態的無機化合物。例如氫細菌可氧化氫分子，硫細菌可氧化硫化合物，硝化細菌和亞硝化細菌則氧化NH3和NO2-①有氧呼吸第79頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一②無氧呼吸無氧呼吸是一些厭氧菌或兼性菌在無氧條件下進行的。無氧呼吸分為三種類型：

其一，硝酸鹽還原，又稱反硝化作用。它是指在生物氧化過程中，NO-3或NO-2作為電子受體氧化底物的同時，自身被還原為N2的過程。絕大部分的反硝化作用以有機物為底物。以葡萄糖為例：

C6H12O6+4NO3-6CO2+6H2O+2N2+4e

硝化和反硝化作用在廢水處理中有廣泛的應用。

其二、硫酸鹽還原，即以SO32-、SO42-為電子受體的生物氧化作用。硫酸鹽還原作用的產物是H2S。可進行硫酸鹽還原的細菌稱為硫酸鹽還原菌。在含硫廢水中硫酸鹽的存在會在一定程度上影響甚至破壞廢水厭氧處理過程。

其三、碳酸鹽還原，二氧化碳或碳酸鹽也可以作為生物氧化中的電子受體，這稱為碳酸鹽還原。這一過程是由產甲烷菌完成的。第80頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一③發酵作用是電子受體為有機化合物的生物氧化作用，在發酵中，電子供體（即發酵底物）也是有機化合物。有時電子受體就是電子供體本身的分解產物。以葡萄糖為底物的各種發酵舉例發酵類型主要終產物所用菌種舉例乙醇發酵乙醇，CO2

酵母菌同型乳酸發酵乳酸鏈球菌異型乳酸發酵乳酸，乙醇，乙酸，CO2

某些乳酸菌混合酸發酵乳酸，乙醇，乙酸，甲酸大腸桿菌丁酸發酵丁酸，乙酸，CO2，H2

某些梭菌丁醇發酵乙醇，CO2，H2

腸細菌丙酸發酵丙酸，乙酸，CO2

丙酸桿菌第81頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一微生物生物氧化作用小結

作用類型電子受體環境條件作用的底物產物產能水平（電子供體）有氧呼吸

O2

有氧條件有機物和H2O，CO2，最高無機物NH3，SO42-，

PO43-

無氧呼吸某些含氧無氧條件有機物和CO2，CH4

居中無機物少量無機物N2，H2S

（NO2-，CO2SO42-

等）發酵作用有機物無氧或有機物CO2，CO，最低有氧NH3，CH4

H2S，PO43-

及各類酸、醇等有機物

第82頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一4.不同呼吸類型的微生物1）好氧微生物：只能在有氧環境中生長的微生物。在好氧微生物用于廢水處理時，應不斷向廢水中通入空氣或氧氣，以保證廢水中有足夠的溶解氧供好氧微生物進行有氧呼吸。2）厭氧微生物：在無分子氧存在的條件下才能正常生活的微生物。它們有的進行無氧呼吸，有的依賴發酵生活。厭氧菌對無氧條件的要求也不盡相同。如有些厭氧菌對無氧條件要求非常嚴格，稱為嚴格厭氧菌或專性厭氧菌。如各類產甲烷菌、硫酸鹽還原細菌、梭狀芽孢桿菌等。3）兼性微生物：在好氧和缺氧的環境中都能生長，但以不同的方式獲得能量。例如酵母菌在有氧條件下進行有氧呼吸，將有機物徹底氧化為CO2和H2O。而在缺氧時，酵母菌進行發酵，積累乙醇和CO2

。第83頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一5.微生物的營養類型

根據微生物能源需求的不同，可分為光能和化能微生物。根據微生物對有機物需求的不同，分為自養和異養兩類。

自養微生物是指可以在完全無機的環境中生長的微生物，它們的碳源來自CO2或碳酸鹽。異養微生物的生長不能離開有機物，它們的碳源主要是有機物。第84頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一微生物對能源和有機物需求的不同，將微生物分為四大類1）光能自養型通過光合作用產生能源，以CO2作為碳源，以無機物為供氫體來合成細胞的有機物質。如藻類、藍細菌、紫色硫細菌和綠色硫細菌。光能

CO2+2H2S[CH2O]+2S+H2O

光合色素2）光能異養型光能異養型微生物以光為能源，但可利用有機物作為供氫體以還原

CO2來合成細胞物質。光合作用不釋放分子氧。3）化能自養型微生物的能源來自無機物氧化產生的化學能，碳源是CO2

或碳酸鹽。4）化能異養型微生物的能源來自有機物氧化產生的化學能，碳源主要是有機化合物，如淀粉、糖類、纖維素、有機酸及其衍生物等等。第85頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一第2節第1部分《環境微生物學基礎知識》討論題：

1、微生物活動對環境和人類有什么影響？

2、真核微生物與原核微生物有什么區別？

3、細菌在固體培養基上生長與液體培養基生長，其群體特征有什么區別？

4、在環境中常見的細菌有哪幾種類型？它們之間有什么區別？

5、細菌、絲狀細菌、光合型細菌以及滑動細菌它們之間的區別是什么？

6、真菌具有哪些特征？低等真菌和高等真菌有什么區別？如何利用真菌解決環境問題？

7、霉菌和酵母菌在特征上有什么區別？

8、為什么說纖毛蟲是環境中常見的指示微生物？原生動物在廢水處理中具有哪些作用？

9、藻類的特征是什么？它對水體有什么影響？10、哪些動物屬于微型后生動物？微型后生動物在廢水處理中具有什么作用？11、何謂非細胞型微生物？具有哪些特征？12、微生物有幾種呼吸類型？