水處理微生物2014年

《水處理微生物》課程性質(zhì)及教學(xué)目的性質(zhì)：學(xué)科基礎(chǔ)課教學(xué)目的：奠定一定的生物學(xué)基礎(chǔ)成績考核與評定：考試；平時測驗+作業(yè)成績70%，學(xué)期論文成績占30%(表現(xiàn)優(yōu)異者，加5分)教學(xué)手段：多媒體+圖片+動畫第一頁，共65頁。第一章緒論水處理生物學(xué)的研究對象與任務(wù)水處理工程和環(huán)境水體水質(zhì)凈化過程中所涉及的生物學(xué)問題。掌握作用機(jī)理和規(guī)律，學(xué)習(xí)水中微生物的檢驗方法。第二頁，共65頁。

Escherichia.coli(大腸桿菌)?第三頁，共65頁。第四頁，共65頁。2011年5月中旬開始在德國發(fā)現(xiàn)的腸出血性大腸桿菌(EHEC)疫情已在德國造成10人死亡，另有274人處于病情嚴(yán)重狀態(tài)。第五頁，共65頁。根據(jù)世衛(wèi)組織2014年8月6日公布的最新數(shù)字，西非地區(qū)累計出現(xiàn)埃博拉出血熱確診和疑似病例1711例，其中932人死亡。此前埃博拉病毒的致死人數(shù)的最高紀(jì)錄是1976年在扎伊爾共和國（現(xiàn)稱剛果民主共和國）出現(xiàn)的首次紀(jì)錄在冊的疫情暴發(fā)，當(dāng)時報告的死亡病例有280例。此次埃博拉疫情爆發(fā)是去年底或今年初從幾內(nèi)亞開始。

第六頁，共65頁。學(xué)生染色的結(jié)果第七頁，共65頁。

指所有形體微小、單細(xì)胞的，或個體結(jié)構(gòu)較為簡單的多細(xì)胞，甚至無細(xì)胞結(jié)構(gòu)的，必須借助光學(xué)顯微鏡甚至電子顯微鏡才能觀察到的低等生物的通稱。污水中的微生物輪蟲支原體1、微生物第八頁，共65頁。第九頁，共65頁。3、微生物的特點⑴個體微小，面積大⑵分布廣，種類繁多⑶繁殖快⑷適應(yīng)性強(qiáng)，容易變異，有利于應(yīng)用

第十頁，共65頁。第二章原核微生物定義：指一大類細(xì)胞核無核膜包裹，只存在稱作核區(qū)的裸露DNA的原始單細(xì)胞生物。類型：即細(xì)菌(狹義的)、放線菌、藍(lán)細(xì)菌、支原體、立克次氏體和衣原體。第十一頁，共65頁。第一節(jié)細(xì)菌

一、定義：單細(xì)胞、個體微小、結(jié)構(gòu)簡單、沒有真正細(xì)胞核的水生性較強(qiáng)的原核生物二、形態(tài)和大小

球狀、桿狀、螺旋狀第十二頁，共65頁。第十三頁，共65頁。大腸桿菌（G-）第十四頁，共65頁。金黃色葡萄球菌與大腸桿菌第十五頁，共65頁?？莶菅挎邨U菌（G+）第十六頁，共65頁。sphericalshapeStaphylococcusaureus(金黃色葡萄球菌)第十七頁，共65頁。Escherichia.coli(大腸桿菌)rod-shaped第十八頁，共65頁。spiral

Vibriocholerae(霍亂弧菌)

第十九頁，共65頁?；窘Y(jié)構(gòu)：細(xì)胞壁和原生質(zhì)（細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)及內(nèi)含物、核質(zhì)）特殊結(jié)構(gòu)（可變結(jié)構(gòu)）：莢膜、鞭毛、芽孢、纖毛三、細(xì)菌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)

第二十頁，共65頁。1.1細(xì)胞壁位于細(xì)胞最外的一層主要由肽聚糖構(gòu)成，是細(xì)菌分類的重要依據(jù)之一。左陽右陰細(xì)胞膜脂多糖肽聚糖1基本結(jié)構(gòu)第二十一頁，共65頁。StructureofaGram-PositiveCellWall

StructureofaGram-NegativeCellWall革蘭氏陽性細(xì)菌的細(xì)胞壁較厚，組分均勻，主要由肽聚糖組成，脂類很少；革蘭氏陰性細(xì)菌外層主要是由脂多糖和蛋白質(zhì)組成，脂多糖比例可達(dá)40%，內(nèi)層主要組分是肽聚糖。第二十二頁，共65頁。革蘭氏染色步驟（1）結(jié)晶紫初染涂抹結(jié)晶紫，染色1min，注意染液要覆蓋整個涂片區(qū)，若有些菌體沒有染上，會出現(xiàn)假性反應(yīng)。用細(xì)水流從涂片區(qū)外的沖洗至流出液為無色。注意不要用洗瓶直接沖洗菌膜，以防沖走菌體。（2）碘液媒染用碘液媒染1min，沖洗，注意事項同前。用濾紙吸干載玻片上殘留的水。（3）乙醇脫色用95%乙醇脫色30s，脫色時輕輕擺動載玻片片，直至乙醇脫色剛好不出現(xiàn)紫色為止，一般30s立即用水沖洗，終止脫色。注：乙醇脫色是關(guān)鍵步驟，注意掌握好脫色時間。（4）番紅復(fù)染：用番紅復(fù)染1~2min，水洗，用濾紙吸去殘留的水并干燥后用油鏡觀察。第二十三頁，共65頁。1.2革蘭氏染色機(jī)理

經(jīng)初染、媒染后，在細(xì)菌的細(xì)胞壁及膜上結(jié)合了不溶于水的結(jié)晶紫和碘液形成大分子的紫－碘復(fù)合物。革蘭氏陽性細(xì)菌（G＋）細(xì)胞壁較厚、肽聚糖含量較高和分子交聯(lián)度較緊密，故用酒精脫色時肽聚糖網(wǎng)孔會因脫水而發(fā)生明顯收縮，再加上它不含脂類，酒精處理也不能在胞壁上溶出大的空洞或縫隙，紫－碘復(fù)合物不能溢出細(xì)胞，仍阻留在細(xì)胞壁內(nèi)，菌體顯藍(lán)紫色，第二十四頁，共65頁。而革蘭氏陰性細(xì)菌（G－）菌的細(xì)胞壁較薄、細(xì)胞壁含有脂多糖，肽聚糖位于內(nèi)層、含量較底且交聯(lián)松散，用酒精脫色時肽聚糖網(wǎng)孔不易收縮，加上它的脂類含量高且位于外層，所以酒精處理后，類脂溶解，胞壁上就會出現(xiàn)較大的空洞或縫隙，紫－碘復(fù)合物溶出細(xì)胞壁，脫去了原來初染的顏色，當(dāng)藩紅或沙黃復(fù)染時，細(xì)胞就會呈現(xiàn)紅色。第二十五頁，共65頁。1.3核區(qū)DNA并不含蛋白質(zhì)，約有4.2×106個堿基對DNA的分子量都很接近，絕大多數(shù)在1×104~3×104道爾頓。道爾頓：質(zhì)量單位，1個道爾頓為氧原子量的1/16第二十六頁，共65頁。1.4內(nèi)含物

定義：是細(xì)菌新陳代謝的產(chǎn)物，或是貯備的營養(yǎng)物質(zhì)。其種類與數(shù)量與細(xì)菌種類和培養(yǎng)條件有關(guān)，當(dāng)某些物質(zhì)過剩時，細(xì)菌就將其轉(zhuǎn)化成貯藏物質(zhì)，當(dāng)營養(yǎng)缺乏時，他們又被分解利用。異染顆粒、聚-β-羥基丁酸鹽(PHB)、肝糖和淀粉粒、硫粒第二十七頁，共65頁。異染顆粒主要成分偏聚磷酸鹽多聚磷酸鹽異染現(xiàn)象

這些顆?？梢杂煤芏鄩A性染料染色。如用甲苯胺藍(lán)染色時同多聚磷酸鹽結(jié)合成淡紅紫色儲藏能源和磷源降低滲透壓菌種鑒定功能第二十八頁，共65頁。（1）異染顆粒用藍(lán)色染料染色后，不呈藍(lán)色而呈紫色。故稱異染顆粒。其化學(xué)組分是多聚偏磷酸鹽的聚合物，是磷源和能源貯藏物，可降低細(xì)胞滲透壓。生物除磷中的聚磷菌在好氧條件下，利用有機(jī)物分解產(chǎn)生大量能量，可“過度攝取”周圍溶液中的磷酸鹽并轉(zhuǎn)化為多聚偏磷酸鹽，以異染顆粒的方式貯存于細(xì)胞內(nèi)，可降低環(huán)境中的磷含量。第二十九頁，共65頁。聚β-羥基丁酸鹽功能儲藏能源和碳源維持細(xì)胞中性環(huán)境，避免酸性增高降低細(xì)胞滲透壓芽孢桿菌固氮菌

由β-丁酸單位形成的直鏈聚合物，集合成高度折射性的小球狀物，隨細(xì)胞老化更加突出。第三十頁，共65頁。（2）聚-β-羥基丁酸鹽(PHB)是細(xì)菌特有的一種碳源和能源貯藏物。實質(zhì)上是有機(jī)物在厭氧過程中形成的代謝產(chǎn)物。聚磷菌在厭氧條件下，可將細(xì)胞內(nèi)貯存的異染顆粒分解，釋放出能量促進(jìn)細(xì)菌的生長和代謝，使大量有機(jī)物分解并轉(zhuǎn)化PHB顆粒貯存于細(xì)胞內(nèi)。第三十一頁，共65頁。（3）肝糖和淀粉粒都是碳源和能源的貯藏物。大腸桿菌只貯存肝糖，有些光合細(xì)菌兩者都有。第三十二頁，共65頁。（4）硫粒是元素硫的貯藏物。許多硫磺細(xì)菌都能在細(xì)胞內(nèi)積累硫粒，如活性污泥中常見的貝氏硫細(xì)菌和發(fā)硫細(xì)菌都能在細(xì)胞內(nèi)貯存硫粒。在環(huán)境中還原性硫素（還原性的硫化物如H2S）豐富時，細(xì)菌常在細(xì)胞內(nèi)以折光性很強(qiáng)的硫粒的形式積累硫元素。當(dāng)環(huán)境中還原性硫缺乏時，可被細(xì)菌重新利用。第三十三頁，共65頁。2特殊結(jié)構(gòu)有些細(xì)菌生活在一定營養(yǎng)條件下，會向細(xì)胞壁外分泌出一層黏性多糖類物質(zhì)，根據(jù)其厚度、可溶性及其在細(xì)胞表面的存在狀態(tài)可分為莢膜、微莢膜、粘液層和菌膠團(tuán)。比較薄時，叫粘液層；相當(dāng)厚時，叫莢膜。2.1莢膜第三十四頁，共65頁。菌膠團(tuán)：當(dāng)莢膜物質(zhì)相融合成一團(tuán)塊，內(nèi)含許多細(xì)菌時，稱為菌膠團(tuán)。菌膠團(tuán)是活性污泥中細(xì)菌存在的重要形式，在污水處理中有重要的作用。有較強(qiáng)的吸附和氧化有機(jī)物的能力。將細(xì)菌包藏在膠體物質(zhì)內(nèi)，一方面對細(xì)菌的吞噬起保護(hù)作用，同時也增強(qiáng)了對不良環(huán)境的抵抗能力。菌膠團(tuán)的狀態(tài)：新生的，顏色較淺，無色透明，生命力旺盛，氧化分解有機(jī)物的能力強(qiáng)；老化的，顏色較深，象一團(tuán)亂泥。第三十五頁，共65頁。莢膜的主要功能（5條）保護(hù)作用：免受干旱損傷，防止噬菌體吸附和裂解和宿主白細(xì)胞的的吞噬作為通透性屏障和離子交換系統(tǒng)，保護(hù)細(xì)菌免受重金屬離子傷害貯藏養(yǎng)料，當(dāng)營養(yǎng)缺乏時，可利用莢膜多糖作為碳源和能源物質(zhì)表面附著作用細(xì)菌間的信息識別作用第三十六頁，共65頁。碳源和能源物質(zhì)：莢膜、肝糖、淀粉粒、聚-β-羥基丁酸鹽(PHB)第三十七頁，共65頁。2.2芽孢

某些細(xì)菌在其生長發(fā)育后期，在一定的環(huán)境條件下，由于細(xì)胞質(zhì)和核質(zhì)的濃縮凝集所形成的一種圓形或橢圓形特殊結(jié)構(gòu)。一個細(xì)胞只形成一個芽孢，故它無繁殖功能。芽孢有較強(qiáng)的抗熱，抗輻射，抗化學(xué)物質(zhì)和抗靜水壓的能力，芽孢是抗逆性休眠體。芽孢的這一特性對于水和廢水所帶來的影響，尤其是飲用水的衛(wèi)生檢驗過程和有毒污水生物處理過程中予于充分注意。第三十八頁，共65頁。芽孢是細(xì)菌在環(huán)境條件惡劣的條件下形成的休眠體。只要環(huán)境條件適宜，細(xì)菌就可以不斷地分裂和生長。

第三十九頁，共65頁。2.3鞭毛

鞭毛是由細(xì)胞質(zhì)而來的，起源于細(xì)胞膜，穿過細(xì)胞壁伸出細(xì)菌體外。某些細(xì)菌長在體表的長絲狀、螺旋形的附屬物，稱為鞭毛，其數(shù)目一至數(shù)十根，具運動功能，為細(xì)菌的“運動器官”

第四十頁，共65頁。四、細(xì)菌的繁殖裂殖：指一個細(xì)胞通過分裂而形成兩個細(xì)胞的過程。芽殖：在母細(xì)胞表面先形成一個突起，待其長度長大到與母細(xì)胞相仿后再相互分離并獨立生活的一種繁殖方式。

第四十一頁，共65頁。五、細(xì)菌的群體特征——菌落在固體培養(yǎng)基上以母細(xì)胞為中心的、肉眼可見的、有一定形態(tài)、結(jié)構(gòu)特征的細(xì)胞集合體。第四十二頁，共65頁。平板分離第四十三頁，共65頁。第四十四頁，共65頁。第二節(jié)放線菌

是一類主要呈菌絲狀生長和以孢子繁殖的陸生性較強(qiáng)的原核生物。具有氧化分解氰化物的能力，對含氰污水的生物處理有很重要的意義。(作業(yè)1，完成者1班1~3,10月8日交)第四十五頁，共65頁。放線菌的菌落形態(tài)第四十六頁，共65頁。放線菌的形態(tài)和結(jié)構(gòu)孢子絲:氣生菌絲發(fā)育到一定階段，其上可分化出形成孢子的菌絲，即孢子絲。氣生菌絲：營養(yǎng)菌絲發(fā)育到一定階段，伸向空間形成氣生菌絲，疊生于營養(yǎng)菌絲上，可覆蓋整個菌落表面。營養(yǎng)菌絲（基內(nèi)菌絲）：伸入營養(yǎng)物質(zhì)內(nèi)或漫生于營養(yǎng)物質(zhì)表面吸取養(yǎng)料的菌絲。吸收營養(yǎng)第四十七頁，共65頁?？山杈z斷裂或菌絲片斷繁殖，但以孢子繁殖為主。第四十八頁，共65頁。第三節(jié)絲狀細(xì)菌鐵細(xì)菌、硫細(xì)菌和球衣細(xì)菌又常叫絲狀細(xì)菌。工程上常把菌體細(xì)胞能相連而形成絲狀的微生物統(tǒng)稱為絲狀菌。（絲狀細(xì)菌、放線菌、絲狀真菌、絲狀藻類）鐵細(xì)菌：為自養(yǎng)的絲狀細(xì)菌，一般能生活在含氧少但溶有較多鐵質(zhì)和二氧化碳的水中。他們能將其細(xì)胞內(nèi)所吸收的亞鐵氧化為高鐵，從而獲得能量，反應(yīng)式如下：

4FeCO3+O2+6H2O——4Fe(OH)3+4CO2+J以碳酸鹽為碳素來源，亞鐵的氧化為能量來源，但反應(yīng)產(chǎn)生的能量很小。第四十九頁，共65頁。鐵細(xì)菌的存在對給水工程的影響？降低水管的輸水能力使水發(fā)生渾濁并呈現(xiàn)顏色細(xì)菌吸收水中的亞鐵，促使組成水管的鐵質(zhì)更多地溶于水中：細(xì)菌為了滿足對能量的需要，必須氧化大量的亞鐵，使之生成Fe(OH)3，這種不溶性的鐵化合物排出菌體后就沉淀下來。產(chǎn)生大量的沉淀加速鋼管和鑄鐵管的腐蝕第五十頁，共65頁。一般也為自養(yǎng)的絲狀細(xì)菌。硫磺細(xì)菌氧化硫化氫或硫磺為硫酸，同時同化二氧化碳，合成有機(jī)成分。

2H2S+O2——2H2O+2S+J2S+3O2+2H2O——2H2SO4+JCO2+H2O——[CH2O]+O2當(dāng)水管中有硫磺細(xì)菌存在時，因有強(qiáng)酸產(chǎn)生，對于管道有腐蝕作用。2硫磺細(xì)菌第五十一頁，共65頁。在混凝土溝渠中，H2S被硫磺細(xì)菌等氧化形成硫酸后，可使混凝土由于腐蝕受到損壞。SO42-還原菌比較集中在溝渠沉淀物中，為了減少可能形成的H2S，要求溝渠有適當(dāng)?shù)钠露群图訌?qiáng)渠道的維護(hù)工作。當(dāng)環(huán)境中的硫化氫充足，在體內(nèi)積累很多硫粒當(dāng)環(huán)境中的硫化氫不足，硫粒消失后，硫磺細(xì)菌死亡或是進(jìn)入休眠狀態(tài)第五十二頁，共65頁。無色硫細(xì)菌第五十三頁，共65頁。硫還原細(xì)菌第五十四頁，共65頁。3球衣細(xì)菌大多具有假分枝，是好氧細(xì)菌，在微氧環(huán)境中生長的最好。對碳素的要求較高，分解有機(jī)物的能力很強(qiáng)。由于絲狀細(xì)菌在廢水處理的活性污泥中大量繁殖時，能引起污泥膨脹，影響出水水質(zhì)。第五十五頁，共65頁。第四節(jié)光合細(xì)菌（PSB）

是具有原始光能合成體系的原核生物的總稱。革蘭氏陰性細(xì)菌，它們以光作為能源、能在厭氧光照或好氧黑暗條件下利用自然界的有機(jī)物、硫化物、氨等作為供氫體進(jìn)行光合作用。第五十六頁，共65頁。具有光合成、有氧呼吸、固氮、固碳等生理機(jī)能，且富含蛋白質(zhì)、維生素、促生長因子、免疫因子等營養(yǎng)成分，在功能上可與抗生素媲美，并且有安全性。光合細(xì)菌具有較強(qiáng)的分解和去除有機(jī)物的能力。處理廢水，獲得單細(xì)胞蛋白，得到新能源——氫作業(yè)：查文獻(xiàn)，寫論文——光合細(xì)菌處理廢水得到的新能源氫（10.8交作業(yè)）文件名（word2003保存）：學(xué)號的后四