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环境工程微生物学
本课程是环境学院各专业学生的专业基础课；与另一门课《环境微生物学实验》相结合，构成一个完整的体系；本课程强调每个学生要动手，通过实验，加深对讲课内容的理解和记忆；
本课程内容分两大部分：一是微生物学的基础知识；二是微生物学在环境领域中的应用。
绪论
主要内容：
环境微生物学的研究对象和任务 研究对象 研究任务 微生物学概述 微生物的定义
微生物的特点 原核微生物与真核微生物 微生物的命名与分类
第一节 环境工程微生物学的研究对象和任务
一、环境微生物学的研究对象
定义：环境微生物学是研究与环境领域（包括环境工程、给水排水工程）有关的微生物及其生命活动规律。 •其内容包括：微生物个体形态、群体形态；细胞结构功能、生理特性、生长繁殖、遗传变异等；微生物与环境的关系（尤其是微生物与污染环境之间的关系）；微生物对物质的转化分解作用（特别是应用微生物来处理各种污染物质，如废水、废气和固体废弃物）。
二、环境工程微生物学的研究任务
总的归纳起来有两大方面的任务：
（1）防止或消除有害微生物
（2）充分利用有益的微生物资源
三、微生物在环境污染治理（水处理）中的应用
１） 在环境监测方面（水污染的监测）
利用在环境中生存的生物的种类、数量、活性等特征，来判断环境状况的好坏。•这些生物称为指示生物。
生物监测的优缺点：
生物监测的主要优越性：
(a)长期性——汇集了生物在整个生活时期中环境因素改变的情况，可以反映当地的环境变化；
(b)综合性——能反映环境诸因子、多成分对生物有机体综合作用的结果；
(c)直观性——直接把污染物与其毒性联系起来；
(d)灵敏性——有时甚至具有比精密仪器更高的灵敏性，有助于提早发现环境污染。
生物监测的主要缺点：
(a)定量化程度不够；
(b)需要一定的专业知识和经验。
２） 在环境治理方面
包括水、大气、固体废弃物处理方面其中特别在水处理方面，有着大量成功应用的例子。
第二节 微生物概述
一、微生物的定义
微生物是指所有形体微小，用肉眼无法看到，须借助于显微镜才能看见的，单细胞或个体结构简单的多细胞，或无细胞结构的低等生物的统称。
Too small to be seen with naked eyes
二、微生物的特点
（1）个体小；（2）分布广、种类繁多；（3）繁殖快；（4）易变异。
三、原核微生物和真核微生物
具有原核细胞的生物称为原核微生物。
原核细胞：其细胞核发育不完善，仅有核质，没有定形的细胞核，无明显的核膜，没有特异的细胞器，不进行有丝分裂。 •典型的原核生物有细菌、放线菌、蓝细菌等。

细菌细胞结构模式图P26
具有真核细胞的生物称为真核生物。•
真核细胞：细胞核发育完善，有定形的细胞核（核仁、染色体等），有明显的核膜，有特异的细胞器，进行有丝分裂。 大多数生物，包括高等生物都是真核的，如酵母菌。 见图69
四、微生物的分类与命名
（一）微生物的分类
在生物学上，对生物的分类采用按其生物属性和它们的亲缘关系有次序地分门别类排列成一个系统，系统中有七个等级：界、门、纲、目、科、属、种。每一种生物，包括微生物，都可在这个系统中找到相应的位置。其中种(species)是分类的基本单位。必要时，还可以在这些等级之间再增设一些亚等级。微生物的分类有其分类系统，其中最常用的也是具有权威性的是《伯杰氏手册》，是对原核微生物（细菌等）进行分类；另外，放线菌、真菌（包括丝状真菌和酵母菌）等也有各自的分类系统。一般大家比较熟悉的生物分类是所谓的二界学说，即把生物分为动物界和植物界两个界，这种分法已有很长的历史。随着人们认识的不断进步，新的分类手段不断被应用，1969年，魏塔克提出“五界学说”，后经Margulis修改，为较多的人所接受：原核生物界、真核原生生物界、真菌界、动物界、植物界。
我国学者提出的六界学说，在上述五界的基础上再增加一个病毒界。
六界学说：
非细胞形态－－－－－－－－－－－－－病毒界
原核生物（细菌、放线菌、蓝藻）－原核生物界
（原生动物、藻类） －真核原生生物界
真核生物 （酵母菌、霉菌）－－－真菌界
（ 后生动物）－ －－－－－动物界
（低、高等植物）－－－－－植物界
（二）微生物的命名
双名法：学名＝属名＋种名＋（命名人姓氏）生物的学名都是用拉丁文书写，属名用名词，第一个字母大写，种名用形容词，第一个字母小写。如用电脑打印或印刷，应该用斜体表示。
例如我们所熟悉的大肠杆菌，其学名为Escherichia coli （大肠埃希氏杆菌），简称E.coli。 •有时我们看到如Bacillus sp.的表达方式，表明该菌株只鉴定到属，未能确定其种名。
第一章 病毒非细胞结构的超微生物
由于病毒特殊的结构和形态及其生活习性，按照六界学说，把病毒列为单独的一个界，即病毒界。病毒个体极小（<0.2µ），只有在电子显微镜下才能看见病毒的庐山真面目，而且病毒不具有细胞结构。
本章主要内容
第一节 病毒的一般特征及分类 病毒的特点；病毒的分类
第二节 病毒的形态与结构病毒的形态大小；病毒的化学组成和结构
第三节 病毒的繁殖 病毒的繁殖过程；病毒的溶原性
第四节 病毒的培养 病毒的培养特征；病毒的培养基；病毒的培养
第五节 病毒的抵抗力和去除
第一节 病毒的一般特征及其分类
一、病毒的特点
1. 没有细胞结构，大多数由蛋白质和核酸组成，有的含有类脂质、多糖等，只有一种核酸（DNA或RNA）。
2.专性寄生
病毒没有合成蛋白质的机构——核糖体，也没有合成细胞物质和繁殖所必备的酶系统，不具独立的代谢能力，必须专性寄生在活的敏感宿主细胞内，依靠宿主细胞合成病毒的化学组成和繁殖新个体。
3.体积极小，形态多样
二、病毒的分类

病毒有自己单独的分类系统，其分类依据主要有：病毒的宿主、所致疾病、核酸种类、病毒粒子的大小、病毒的结构、有无被膜等。
根据病毒不同的专性宿主，可把病毒分为：
动物病毒、植物病毒、细菌病毒（噬菌体）、放线菌病毒（噬放线菌体）、藻类病毒（噬藻类体）、真菌病毒（噬真菌体）
也可以按照所致的疾病进行分类
按核酸分类，可把病毒分为：DNA病毒和RNA病毒。
第二节 病毒的形态与结构
一、病毒的形态和大小
病毒的形状多样，依种类不同而不同
球状，卵圆形，砖形，……（动物病毒）
杆状，丝状，……　（植物病毒）
蝌蚪状，丝状，……（噬菌体）
病毒的大小常用纳米来表示（=10-9m）。如：痘病毒100nm×200nm×300nm，为砖形；口蹄疫病毒直径为22nm。
二、病毒的化学组成和结构
（1）病毒的化学组成
（大多数病毒由蛋白质和核酸组成，有的含有类脂质、多糖等。
（2）病毒的结构
（病毒没有细胞结构，却有其自身特有的结构。整个病毒体分两个部分：蛋白质衣壳和核酸内芯。
（病毒粒子有两类：一种是不具被膜（囊膜）的裸露病毒粒子；另一种有被膜包围的病毒粒子。
（最简单的病毒只有核酸，不具蛋白质，如寄生在植物体内的类病毒和拟病毒，只有RNA。
病毒粒子结构图，大肠杆菌图
病毒的蛋白质和核酸各有不同的功能：
蛋白质：主要是保护作用、决定特异性及决定致病性、毒力和抗原性等。核酸：DNA 或RNA，决定遗传、变异和对宿主细胞的感染力。 有些病毒具有被膜（囊膜），其中还含有类脂质（磷脂、胆固醇等）
第三节 病毒的繁殖
一、病毒的繁殖
各类病毒的繁殖过程基本相似，以E.coli T系列噬菌体为例，可分成以下五步：
1. 吸附：病毒吸附于敏感细菌（E.coli细胞）表面的受体上（特定部位）
2. 侵入：噬菌体通过水解破坏细胞壁，DNA进入。
3. 复制：细菌自身的DNA被破坏，病毒借助于细菌的合成机构，为自己工作，即复制噬菌体的DNA和其他结构。
4. 装配（聚集）：病毒的DNA和蛋白质等在细菌体内装配成一个完整的大肠杆菌噬菌体。
5.宿主细胞裂解和成熟噬菌体粒子的释放：噬菌体粒子成熟后，导致宿主细胞破裂，释放出噬菌体，10～1000个（平均为300个）。释放出的新的病毒粒子又可去感染新的宿主细胞。大肠杆菌图T系列噬菌体繁殖过程图
二、病毒的溶原性
噬菌体有毒（烈）性噬菌体和温和噬菌体两种类型。毒（烈）性噬菌体，侵入宿主细胞后立即引起宿主细胞破裂。温和噬菌体，侵入宿主细胞后，其核酸附着并整合在宿主染色体上，和其一起同步复制，宿主细胞不裂解而继续生长。含有温和噬菌体的宿主细胞称为溶原细胞。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。溶原性是遗传的，一旦发生变异（自发或诱发），它会转化成毒性噬菌体。(噬菌体受感染后的两种反应)
第四节 病毒的培养

一、病毒的培养基
由于病毒的专性寄生的习性，所以其培养也较为困难，须提供活的敏感细胞，而且它能提供病毒附着的受体，不对侵入的病毒核酸进行破坏（没有破坏特异性病毒限制性核酸内切酶）。
二、病毒的培养特征
在液体培养基内：原先浑浊的菌液 变成 透明的裂解溶液。在固体培养基上：宿主细菌菌落上出现空斑（噬菌斑）。
三、病毒的培养
动物病毒的培养
主要方法有：动物接种 鸡胚接种 组织培养 其中组织培养技术已被广泛应用
植物病毒的培养
噬菌体的培养
双层琼脂法
第五节 病毒对物理、化学因素的抵抗力及在污水处理中的去除效果
一、物理因素
温度：高温和低温
光（辐射）：
干燥：
二、化学因素
环境中的各种化学因子，会对病毒产生影响。
三、抗菌物质
由于病毒的非细胞结构，一般情况下，作用于细胞结构的抗生素对病毒是无效的。
四、病毒的存活和在污水处理中的去除效果
环境中存在的各种因子会影响到病毒的生存，所以病毒在各种不同环境中的存活时间是不一样的。污水处理的不同程度，对病毒的去除效果也是不同的。
一级处理：很低，最多30%
二级处理：90-99%
三级处理：进一步减少
第二章 原核微生物
在生物分类中，属于原核生物界，包括真细菌的细菌门和蓝细菌门。
细菌门有衣原体、立克次氏体、支原体、螺旋体、粘细菌、古（生）细菌、细菌（真细菌）、放线菌。
蓝细菌门有蓝细菌。
我们重点介绍细菌（包括古细菌）、放线菌和蓝细菌。
本章主要内容
细菌：形态结构、培养特征、物理化学性质；
古菌：特点、分类；
放线菌：形态、培养、应用；
蓝细菌：特点、分类。
第一节 细菌
一、细菌的个体形态和大小
细菌属于原核生物，为单细胞，即一个细胞就是一个个体。
细菌的个体（也就是细胞）基本形态有三种：球状、杆状和螺旋状。
1. 球菌－－细胞个体形状为球形，其直径约为0.5－2.0µ。
各类球菌又可以根据其排列方式的不同，进一步分为：
单球菌 例：脲微球菌
双球菌－－成对排列 例：肺炎双球菌(肺炎链球菌)

链球菌－－成链条状 例：乳链球菌
四联球菌－－四个叠在一起成田字形 例：四联微球菌
八叠球菌－－八个叠成立方体 例：甲烷八叠球菌
葡萄球菌－－不规则排成一串 例：金黄色葡萄球菌
2. 杆菌－－细胞个体形状为杆状，其大小为0.5－1×1—5 µ
杆菌有长、短之分，如枯草杆菌、大肠杆菌等，也可按细胞排列、双杆菌、链杆菌。3. 螺旋菌－－细胞个体形状呈螺旋卷曲状，螺旋的数目和螺距随菌的不同而不同。其大小约为：0.25－1.7×2—60 µ， 螺纹不满一圈的称为弧菌，如逗号弧菌；螺纹在一圈以上的称为螺菌，如紫硫螺旋菌和红螺菌。
另外，在环境工程中，我们经常会遇到一种被称为丝状菌的形态，在水体、潮湿土壤及活性污泥中普遍存在，如球衣菌、发硫菌等。在我们的教材上将其列为第四种细菌形态。 •所谓丝状菌，其实是由柱状或椭圆状的细菌细胞一个一个连接而成的，外面有透明的硬质化的粘性物质包裹（称为鞘）。 •所以它实际上是一种细菌的群体形态，故从严格意义上来说，是不应把它列为细菌的个体形态的，但从实际应用的角度，这种分法也是具有价值的。细菌的各种形态图
在正常情况下，细菌的个体形态是相对稳定的，故它也是细菌分类时的重要依据。但是，环境条件的变化，如营养条件、温度、培养时间等，会引起细菌个体形态的改变或畸形；不同的种类和菌龄，在个体发育过程中，细菌的大小有变化，刚分裂的新细菌小，随发育逐渐变大，老龄细菌又变小；另外，有的细菌种，是多形态的，即在其生命的不同阶段，会有不同的个体形态出现。
因此，在描述细菌的个体形态时，需要在给定条件下（给定的培养基、培养温度、时间等）。
二、细菌的细胞结构
•细菌的细胞结构可分为一般结构和特殊结构：
•一般结构（或基本结构）：如细胞壁、细胞质膜、细胞质、内含物及细胞核物质等。它们是所有细菌所共有的。 •特殊结构：如芽孢、荚膜、鞭毛等。它们是某些细菌所特有的。所以特殊结构是细菌分类鉴定的依据。
•细菌细胞的模式图：
(一）细菌的一般结构
• 从细胞外开始，由外向内，依次有下列的细胞一般结构：
•1. 细胞壁
• 细胞最外面的坚韧而略有弹性的薄膜。 •
•细胞壁的化学组成：肽聚糖、蛋白质、脂类
革兰氏染色：
由于细胞壁组成的不同，可把细菌分成两大类：G+菌和G-菌。
这种分类法的起源是革兰氏染色试验，是由丹麦科学家Gram在1884年建立的。
革兰氏染色试验是一种复染色法，即通过多次染色达到区分不同细胞结构的目的。
其主要步骤如下：见图
细胞壁的作用：保护细胞 •；维持形态 ；•控制物质进出 ；•为鞭毛提供支点 •
•细胞壁之内，统称为原生质体。
2. 细胞质膜（质膜）
•在细胞壁和细胞质之间的一层半透性膜，它可以选择性吸收物质。
•化学组成和结构： •磷脂30－40％，蛋白质60－70％，约2％的多糖。
•其结构为双层结构，上下两层磷脂分子层，蛋白质镶嵌在磷脂层中。见图细胞质膜结构模式图P28
细胞膜的作用：
• （1）控制内外物质的交换（吸收营养和 排泄废物）；
• （2）膜上有许多重要的酶（蛋白质），是氧化和供能的场所；如：渗透酶、氧化磷酸化酶等；
• （3）细胞壁合成的场所；
• （4）鞭毛的附着点。

3. 细胞质及其内含物
位于细胞膜以内，除核物质以外的无色透明的粘稠物质，又称原生质。
化学组成：由蛋白质、核酸、脂类、无机盐、水等物质组成。
作用：含有各种酶系统，是进行新陈代谢的活动场所。
内含物：细胞质内存在各种颗粒和结构，它们担负着重要的生理功能。如核糖体和内含颗粒。 • 核糖体：分散在细胞质中的亚微颗粒，由RNA和蛋白质组成。它是合成蛋白质的场所。 •内含颗粒：细胞在营养过剩时，会形成一些颗粒贮藏物，如：异染粒、聚b-羟基丁酸（PHB）、硫粒、淀粉粒等。内含颗粒的产生，与环境条件有着十分密切的关系。
4. 核物质（拟核、核区）
• 细菌是原核生物，没有定形的细胞核（无核仁、核膜），但具有遗传物质DNA（脱氧核糖核酸），即核物质，双链DNA分子存在于核区，高度折叠缠绕而成。 如E.coli的 DNA分子总长可达1.1mm，环状折叠盘绕在细胞质内。
• •功能：决定和传递遗传性状，是遗传物质。
(二）细菌的特殊结构
常见的细菌特殊结构有：荚膜、芽孢、鞭毛等
1.   荚膜
许多细菌能分泌一种粘性物质于细胞壁的表面，完全包围并封住细胞壁，使细菌和外界环境有明显的边缘，这层粘性物质称为荚膜。
成分：主要是多糖和多肽。
功能：（1）保护功能（抗干燥、抗吞食）；（2）贮藏物质（可作为细菌的碳源）；（3）在水处理中，荚膜能吸附废水中的有机物、无机固体物及胶体物， 把它们吸附在细胞表面，有利于对其的吸收降解。 细菌荚膜和负染色法图
容易混淆的几个概念，希望注意区分：
•粘液层：也是细胞壁表面的粘性物质，区别在于它与周围环境无明显的边缘；
菌胶团：多个细菌个体排列在一起，由公共荚膜包藏形成一定形状的细菌集团；菌胶团的形成对于水处理有十分主要的意义，它是废水生物处理中常见的结构；
鞘（衣鞘）：丝状菌形成时，在外面形成透明的硬质化的物质。
2. 芽孢
在一些种类的细菌体内形成的一个圆形、椭圆形或圆柱形的内生孢子。
能产生芽孢的细菌种类包括多种杆菌、一个属的球菌（芽孢八叠球菌）和一个属的弧菌（芽孢弧菌属）。
芽孢的特点是：（1）壁厚，紧密结实；
（2）含水量少（40％）；
（3）含有DPA（2，6－吡啶二羧酸），可达干重的15％；
（4）含有耐热性酶。在120－140℃还能生存几个小时。
这些特征使芽孢能抵抗恶劣的环境条件。细菌芽孢的各种类型图
芽孢的功能：（1）菌种鉴别的依据（芽孢的位置、形状、大小等）；这一点在实际工作中十分有用。
（2）抵抗不良环境的休眠体。
由于芽孢的特点，它对不良环境，如高温、低温、干燥和有毒物质等具有较强的抗性，它处于不活动的休眠状态，一旦外界条件变好，它可萌发成为营养细胞。由于芽孢的抗性最强，故我们在检查灭菌效果时，采用芽孢为指示，即以它作为灭菌效果是否彻底的标志。
3. 鞭毛
绝大多数能运动的细菌具有鞭毛，鞭毛是细菌的运动胞器。鞭毛的着生位置、数量、排列方式等都与细菌的鉴定有关（它是细菌种的特征）。图P32
三、细菌的培养特征
培养基：人工配制的供给微生物营养物质的基质。固体培养基(加入约1.5%的琼脂);半固体培养基(加
入0.3~0.5%的琼脂);液体培养基。在不同培养基上细菌会出现具有不同的培养特征。在固体培养基上，称为菌落
菌落：单个微生物接种在固体培养基上，在合适的条件下培养一段时间，生长繁殖形成一堆由无数个个体组成的肉眼可见的群体。
菌落特征主要有：大小、形状、光泽、颜色、质地软硬、透明度等。细菌菌落图P33
四、细菌的物理化学性质
（一）细菌表面电荷和等电点
细菌表面带负电荷 ；由细菌表面的蛋白质（两性电解质）的等电点和外界的pH值所决定。
（二）细菌染色原理及染色方法
1. 染色原理
通过染色，可增加菌体与背景的反差，在显微镜下可清楚地看见菌体的形态。常用的染料是碱性染料（由于细菌表面经常带负电〕。 特殊的染色方法：如、鞭毛染色、负染色法等。
2. 染色方法
染色方法分两大类：简单染色和复合染色。
3. 革兰氏染色法
革兰氏染色的机制有以下两点：
(1) 革兰氏染色与等电点的关系
G+菌的等电点低于G-菌，所带负电荷更多，因此，它与结晶紫的结合力较大，不易被乙醇脱色。
(2) 革兰氏染色与细胞壁的关系
G+的细胞壁脂类少，肽聚糖多，G-则相反，故乙醇容易进入G-细胞，进行脱色。 细菌的一些其他特性：比表面积、密度和重量……
第二节 古菌
过去，由于研究手段技术原因，对古菌的了解很少，一直将它列入细菌范畴内。从1977年起，人们改进了研究方法，发现这类菌在细胞结构、化学组成及生存环境条件等方面的特殊性，所以将它从细菌中划分出来，称为古细菌（而细菌则称为真细菌），或称古菌。现在已将它与细菌、真核生物并列。
一、古菌的特点
1.古菌的形态
细胞很薄，扁平。有精确的方角和垂直的边构成直角几何形态的细胞。
2.古菌的细胞结构
大多数古菌的细胞壁不含有二氨基庚二酸和胞壁酸。组合多为脂蛋白，蛋白质为酸性的，脂类是非皂化性甘油二醚的磷脂和糖脂的衍生物。有内含子。
3.古菌的代谢
代谢有多样性。在代谢过程中有特殊的辅酶，如绝对厌氧的产甲烷菌有辅酶M、F420、F430等。
4.古菌的呼吸类型
多为严格厌氧、兼性厌氧，少数为好氧。
5.古菌的繁殖
以细胞分裂的方式繁殖，但繁殖速度较慢。
6.古菌的生活习性
大多数生活在极端环境。如：高盐分、极热、极酸和绝对厌氧的环境中。它有特殊的代谢途径。
二、古菌的分类
按照古菌的生活习性和生理特点，古菌可分为三大类型：产甲烷菌、嗜热嗜酸菌、极端嗜盐菌。
(一) 产甲烷菌
产甲烷菌与其他微生物（水解菌、产酸菌）协同作用，能使有机物甲烷化，产生具有经济价值的生物能物质 －－甲烷。产甲烷菌是严格厌氧菌，现把它分为3目、7科、19属、70种。产生菌种的各种形态图P40培养方法：由于产甲烷菌是严格厌氧的，其分离和培养等要求特殊的环境和方法。如厌氧
的培养条件、厌氧的操作条件（如厌氧手套箱）。
在环境工程中，产甲烷菌具有特殊的意义。在厌氧条件下，产甲烷菌与其他菌（水解菌、产酸菌等）共同作用，将有机物转化为甲烷，这就是所谓的“沼气发酵”。
 (二) 嗜热嗜酸菌
包括古生硫酸还原菌和极端嗜热古菌。这一类菌的特点：好氧、严格厌氧或兼性，G－杆状、丝状或球状，专性嗜热（最适温度在70～105℃之间），嗜酸性和嗜中性，自养或异养。大多数是硫代谢菌。
(三) 极端嗜盐菌
这类菌对NaCL有特殊的适应性和需要性。栖息在高盐环境。通常极端嗜盐菌的要求盐浓度下限为1.5mol/L（约9％），大多数为2～4mol/L（约12～23％），甚至高达5.5mol/L（32％，达饱和状态）。有的种也能在低盐浓度下生长。
第三节 放线菌
放线菌因其在固体培养基上呈辐射状生长而得名。它是原核生物，属于原核生物界
一、放线菌的形态和大小
单细胞，由纤细分枝的菌丝组成的菌丝体。
菌丝分成两类：1）营养菌丝，潜入固体培养基中，吸取营养，直径约为 0.8µ，长约50～600 µ。
2）气生菌丝，延伸在空气中，较粗，直径为1~1.4µ，气生菌丝生长到一定阶段，会在顶端分化出孢子丝，能产生分生孢子，孢子丝的排列方式、形状、颜色等都是放线菌分类鉴定的重要特征。几种放线菌孢子丝的形态图P43
二、放线菌的菌落形态
放线菌的菌落是由一个分生孢子或一段营养菌丝生长繁殖而来的，许多菌丝相互缠绕，导致其菌落质地紧密，坚硬，表面呈绒状或密实、干燥、多皱。由于营养菌丝潜入培养基内，其菌落不易被挑起。 诺卡氏菌由于其营养菌丝断裂成杆状或类球菌，其菌落质地松散，易挑取。
三、放线菌的繁殖
放线菌的繁殖是通过无性繁殖的方式进行的，通过分生孢子和胞囊孢子繁殖。
生活史 ： 孢子丝 分生孢子
萌发
气生菌丝 营养菌丝
萌发
孢子囊 胞囊孢子
四、放线菌在生产实际中的应用
放线菌的分布：以在土壤中较多。医学上的应用：产生各种抗生素，如链霉素等。在环境治理上：在有机固体废弃物堆肥发酵及水生物处理中有应用。如将诺卡氏菌应用于含CN-废水的治理。
第四节 蓝细菌
蓝（绿）细菌在植物学和藻类学中属于蓝藻门，但它是原核细胞，结构简单，因此把它列入原核生物界中，又称为蓝藻。
一、蓝细菌的特点
蓝细菌的特点：原核细胞（不同于其他藻类）；具有光合色素（叶绿素a等），能进行放氧性的光合作 用（不同于其他细菌）蓝细菌的个体为单细胞，也有的组成群体，但不是多细胞。蓝细菌的分布十分广泛，并且能适应较为恶劣的环境条件。
二、蓝细菌的分类
蓝细菌的分类，分为两个纲：色球藻纲和藻殖段纲。 见图 P46 藻殖段纲各属及色球藻各属
蓝细菌（藻）在污水处理、水体自净中起着积极的作用，可作为水体富营养化的指示生物。
第三章 真核微生物
主要内容包括真核原生生物界、真菌界、动物界等中所涉及的微生物：真核原生生物界的原生动物、藻类；真菌界的霉菌、酵母菌及伞菌；动物界中的微型后生动物，如轮虫、线虫等。

•由于这些微生物的数量和种类极其丰富，在课程中仅介绍与环境工程（水处理）有关的种类
第一节 原生动物
一、原生动物的一般特征
•(一)原生动物的概念、细胞特点
• 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。
•1.单细胞，形体微小10～300μ，形态多样，没有器官分化，由分化的细胞器完成各种生理功能。
2.在不利的环境条件下，会形成胞囊。
•在正常的环境条件下，原生动物都能保持自己的形态特征。若环境条件变坏（如干燥、温度或pH不宜、溶解氧不足、缺少食物等），原生动物会形成胞囊。胞囊是原生动物抵抗不良环境的一种休眠体。 原生动物的结构图P57
(二)原生动物的营养类型
根据原生动物获取营养的方式：
1.全动性营养
吞食其他生物或有机颗粒。绝大多数原生动物为全动性营养.
2.植物性营养
依靠光合作用合成有机物。有色素的原生动物。
3.腐生性营养
依靠体表吸收可溶性的有机物。某些无色鞭毛虫和寄生的原生动物。
(三)原生动物的繁殖
其繁殖方式有无性方式和有性方式。P50繁殖方式
无性方式：主要为二分裂法，或出芽生殖（吸管虫），或多分裂法（寄生的孢子虫。）
有性方式：在环境条件差时出现。
二、原生动物的分类及各纲简介
存在于水体中的有三个纲：鞭毛纲、肉足纲和纤毛纲。
(一)鞭毛纲
具一根或多根鞭毛，作为运动胞器。个体自由生活或群体。P51图
在自然水体中，鞭毛虫多在多污带或a－中污带生活。在污水生物处理系统中，活性污泥培养初期或在处理效果差时鞭毛虫大量出现，可作为污水处理的 指示生物。
(二)肉足纲
•具有伪足，作为摄食和运动的胞器。无色透明，大多数没有固定形态。 图P52
肉足虫喜欢在a－中污带或b－中污带的自然水体中生活。在污水生物处理系统中，则在活性污泥培养中期出现。
(三)纤毛纲
• 以纤毛作为运动和摄食的细胞器。 •纤毛摆动使虫体前端的水形成旋涡，有机颗粒和细菌被集中沉积至胞口处进入体内，形成食物泡，食物泡随细胞质流动而移动，并逐渐被消化、吸收，这种“沉渣取食”的进食方式，在废水生物处理中，对出水质的澄清，起了一定的作用。虫体内具有伸缩泡，多余的水分及代谢产物不断进入伸缩泡，并通过它的收缩而排出体外，起着维持体内水分平衡的作用。
分为游泳型和固着型两种类型。 •
游泳型：这类纤毛虫借助虫体周围长有的纤毛而自由游动。
固着型：个体或群体，具有纤毛带，多数有柄，营固着生活，有基丝，能收缩。有大核（营养核）和小核（生殖核）。如钟虫、累枝虫等。
纤毛纲中的游泳型纤毛虫多数在a－中污带或b－中污带，少数在寡污带中生活。在污水生物处理中，在活性污泥培养中期或在处理效果较差时出现。固着型的纤毛虫，尤其是钟虫，喜欢在寡污带中生活，在b－中污带也能生活，它是水体自净程度高、污水生活处理效果好的指示生物。
另外有一类是吸管虫，幼体有纤毛，成虫纤毛消失。具有吸管作为捕食细胞器。

吸管虫多在b－中污带出现，有的也能在a－中污带和多污带，在污水处理效果一般时出现。
三、原生动物在污水生物处理中的作用
1.净化作用 原生动物能吞食细菌和有机颗粒。
2.絮凝作用 纤毛虫等能分泌一些有助于活性污泥絮凝的糖类物质等。
3.指示作用 能指示污水生物处理的效果，反映构筑物运转情况的好坏。
第二节 微型后生动物
原生动物以外的 其他多细胞动物统称为后生动物。微型后生动物是一些形体微小、需借助显微镜才能看见的后生动物。包括有：轮虫、线虫、寡毛虫、浮游甲壳动物等。它们在天然水体、潮湿土壤、水体底泥和污水生物处理构筑物中均有存在。
在这里为大家介绍几种常见的微型后生动物：
一、轮虫
属于担轮动物门轮虫纲。形体微小，长度约为4~4000μ（多为500μ左右）。身体长形，有头部、躯干和尾部的区分。头部有一个由1～2圈纤毛组成的子能转动的轮盘，为运动和摄食的器官。自由生活或固着生活。地域分布十分广泛，以底栖为多。大多数轮虫以细菌、霉菌、藻类、原生动物及有机颗粒为食。同时它自己又可作为水生动物的食料。轮虫要求较高的溶解氧，故轮虫是水体寡污带和污水处理效果好的指示生物。
二、线虫
属于线形动物门的线形纲。具有圆柱状身体且不分节，长形，形体微小，多在1mm以下。寄生或自由生活，污水处理中出现的多是自由生活的。 线虫有好氧和兼性厌氧的，兼性厌氧的在大量缺氧时出现。线虫是污水净化程度差的指示生物。
其他的微型后生动物包括：寡毛类、浮游甲壳动物、苔藓虫、羽苔虫等。
第三节 藻类
一、藻类的一般特征
真核生物（除蓝藻外），单细胞或多细胞群体，大小和结构差异很大，小的以μ计，只能在显微镜下才能看见；大的有红藻（如紫菜）和褐藻（如海带）等。
真核藻类具有叶绿体，有叶绿素a、b、c、d，b－胡萝卜素、叶黄素等。光能自养，能进行光合作用。藻类生长要求有阳光，最适pH6~8（生长范围pH4~10），多为中温性的，极端的能在85℃温泉或长年不化的冰上生长。
二、藻类的分类及各门特征简介
根据藻类的光合色素的种类、个体的形态、细胞结构、生殖方式和生活史等，将藻类分为十个门（有的人分为八个门或十一个门）。
1.蓝藻门
即蓝细菌，见前。
2.裸藻门
因不具细胞壁而得名。颜色呈绿色。
3.绿藻门
含有较多的叶绿素。 •形态多样，单细胞的个体、群体或丝状体。
4.轮藻门
具大型顶细胞，有节和节间，节上有轮生的分支。
5.金藻门
叶黄素和b－胡萝卜素占优势，呈金黄色和金棕色。
6.黄藻门
细胞壁大多数由两个半片套合组成，含果胶质。
7.硅藻门
单细胞，由上下两个壳组成。细胞壁内含有硅质（SiO2·xH2O）和果胶质。

8.甲藻门
含有叶绿素a、c，b－胡萝卜素、硅甲黄素、甲藻黄素、 新甲藻黄素及环甲藻黄素
9.褐藻门
较高级的藻类，呈橄榄色和深褐色。含有叶绿素a、c，b－胡萝卜素、叶黄素。后两者的含量高于前两者。含有褐藻淀粉、甘露糖、油类和还原糖。褐藻门植物中除一些淡水种类外，都是海洋中的藻类，它们在海洋中的温带及冷水带大量发展。定生生活的，就是所谓底栖生物，藻体在构造上极其多样
10.红藻门
色素为红藻藻红素和红藻藻蓝素。红藻主要是海生藻类，只有少数出现在淡水中。海产的红藻生活在所有海洋的近岸，是底栖的生物。
注：分为八个门的，是将上述10个门中的金藻门、黄藻门、硅藻门归入金藻门。分为十一个门的，是上述十个门，再加上一个隐藻门。
三、藻类与环境保护
1.藻类的去除
在给水处理中，需要控制水中的藻类，否则会带来颜色和气味（青草味、鱼腥味等）。常用的方法是加入药剂，如CuSO4和氯。
2.水体富营养化
水体中营养物质的过多，会引起水体中藻类的过度繁殖，造成水体富营养化，造成严重的环境问题（如赤潮等）。
3.氧化塘
利用水体中的藻类处理污水，氧化塘中的藻类和菌类存在互生关系，藻类为菌类提供氧气，菌类为藻类提供CO2及氮等营养物质。

光照 二氧化碳、氮、磷等 污水中的有机物
藻类 菌类
藻体 氧气 菌体
第四节 真菌
真菌属于低等植物，分类上单独列为真菌界。 常见的真菌有：酵母菌、霉菌和伞菌
一、酵母菌
1．形态与结构
单细胞真菌。有各种形态：卵圆形、圆形、圆柱形或假丝状。直径1~5μ，长约5~30μ或更长。
2. 细胞结构
细胞具有细胞壁，细胞质膜、细胞核及内含物。酵母菌的细胞壁成分不同于细菌，含葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质及脂类。啤酒酵母还含有几丁质。细胞核具有核膜、核仁和染色体。细胞质含大量RNA、核糖体、中心体、线粒体、中心染色质、内网质膜、液泡等。内含物丰富。
3．繁殖
有无性生殖和有性生殖。无性生殖又分为出芽生殖和裂殖。有性生殖一般在条件不是很好的情况下进行，产生有性孢子。
4．培养特征
在固体培养基上的菌落，表面湿润而光滑，有粘性，与细菌菌落大小差不多，颜色为白色或红色。培养时间久后菌落表面转为干燥。pH在4.5~6.5，温度20~30℃，兼性厌氧，喜欢高糖环境。
5．分类
酵母菌分为39个属，372种。常见的有：酵母菌属、裂殖酵母属、假丝酵母属、红酵母属等。
6．应用
酵母菌有发酵型和氧化型两种。发酵型的发酵能力强（发酵糖类成为乙醇和二氧化碳，适用于发面做面包、馒头和酿酒。氧化型则是无发酵能力或发酵能力弱而氧化能力强，可以应用于环境治理，如在
石油脱蜡、废水处理等都有应用的实例。
二、霉菌
1．形态与大小
由分支和不分支的菌丝交织在一起形成菌丝体。菌丝分为营养菌丝和气生菌丝，气生菌丝上长出分生孢子梗和分生孢子。菌丝直径约3~10μ。区别霉菌和放线菌：真核与原核、菌丝的粗细（放线菌为0.2~0.8μ）。
2．细胞结构
霉菌细胞由细胞壁、细胞质膜、细胞核、细胞质及内含物等组成。大多数霉菌的细胞壁含有几丁质，少数有纤维素。大多数为多细胞，少数为单细胞。区别单细胞和多细胞（显微镜下）：细胞核的数目、横隔。
3．繁殖方式
有性生殖和无性生殖（产生分生孢子），也可借助菌丝的片段繁殖。
4．培养特征
在固体培养基上，霉菌的菌落呈圆形、绒毛状、絮状或蜘蛛网状。菌落大，有无限生长的能力（蔓延至整个平板）。菌落疏松，易挑取。正反面颜色不同。偏酸型pH4.5~6.5，温度20~30℃，腐生（异养），好氧。
5．分类
霉菌分属于藻菌纲、担子菌纲、子囊菌纲和半知菌纲。常见的有：单细胞的毛霉、根霉等，多细胞的青霉、曲霉、木霉、镰刀霉等
6．应用
在生产实际中，霉菌的应用很多，如生产抗生素、酶制剂、维生素等。在环境治理中，有报道利用镰刀霉处理含氰化物的废水，利用青霉处理造纸厂含纤维素的废水等。
三、伞菌
属于伞菌目，有性繁殖生成担子和担孢子。可形成子实体。有食用菌、药用菌和毒菌。
第四章 微生物生理
主要内容： 生物的酶
微生物的营养
微生物的能量代谢
微生物的合成代谢
第一节 酶
一、酶的概念
•催化剂
在化学中，能改变化学反应的速度而其本身在反应前后没有发生变化的物质称为催化剂。
•例如：蔗糖→葡萄糖+果糖，少量盐酸（HCL）可以大大促进该反应的速度，即为催化剂。
由催化剂加速反应速度的现象称为催化作用。一般的化学催化剂作用往往要求一定的条件，如高温、高压等。 •如在合成氨工业中，使用以铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），反应条件要求：500℃、2×107 ~ 5×107 Pa(约200~500atm)，这就对反应的容器等提出较高