環(huán)境微生物觀察實(shí)驗(yàn)的研究與探索

張 嫻， 王士芬， 唐賢春， 徐竟成

（同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程國(guó)家實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，上海 200092）

環(huán)境微生物觀察實(shí)驗(yàn)的研究與探索

張 嫻， 王士芬， 唐賢春， 徐竟成

（同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程國(guó)家實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，上海 200092）

以太湖富營(yíng)養(yǎng)化水體、上海曲陽(yáng)污水處理廠好氧活性污泥、同濟(jì)大學(xué)校園河水等環(huán)境樣品作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在環(huán)境專業(yè)本科生中開(kāi)展環(huán)境微生物個(gè)體形態(tài)觀察實(shí)驗(yàn)的研究與探索。通過(guò)學(xué)生對(duì)藍(lán)細(xì)菌、原生動(dòng)物及微型后生動(dòng)物、藻類等微生物個(gè)體形態(tài)的觀察，鞏固學(xué)生基礎(chǔ)理論知識(shí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情與探索未知的好奇心，深化學(xué)生對(duì)環(huán)境微生物及相關(guān)環(huán)境問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提高。

環(huán)境微生物;個(gè)體形態(tài);實(shí)驗(yàn)教學(xué)

0 引言

自然界中的微生物種類多、數(shù)量大、分布廣，既包括能進(jìn)行光合作用的藻類，也包括能分解有機(jī)物的細(xì)菌、霉菌等。微生物與人們生活關(guān)系密切，有的微生物可為人們服務(wù)，比如城市污水處理廠污水的生物處理;反之，有的微生物可能會(huì)成為造成環(huán)境污染的因素，比如引發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化的藍(lán)細(xì)菌(也稱為藍(lán)藻)。由此可見(jiàn)，微生物對(duì)于許多環(huán)境問(wèn)題的研究與解決有著重要意義?？紤]到以上情況，在針對(duì)環(huán)境專業(yè)本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，加強(qiáng)對(duì)環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)的研究與探索，增進(jìn)學(xué)生對(duì)環(huán)境問(wèn)題的認(rèn)識(shí)與理解，是環(huán)境教育工作者義不容辭的責(zé)任。

基于上述目的，以太湖富營(yíng)養(yǎng)化水體、上海曲陽(yáng)污水處理廠好氧活性污泥、同濟(jì)大學(xué)校園河水等環(huán)境樣品為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在環(huán)境專業(yè)本科生中開(kāi)展環(huán)境微生物個(gè)體形態(tài)觀察實(shí)驗(yàn)的研究與探索，通過(guò)學(xué)生對(duì)藍(lán)細(xì)菌、原生動(dòng)物及微型后生動(dòng)物、藻類等環(huán)境微生物個(gè)體形態(tài)的觀察，深化學(xué)生對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化、污水生物處理的認(rèn)識(shí)與理解，鞏固學(xué)生基礎(chǔ)理論知識(shí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情與探索未知的好奇心，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提高［1-3］。

1 環(huán)境微生物個(gè)體形態(tài)觀察實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)背景

2008年，太湖水體富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致水中藍(lán)細(xì)菌大量繁殖，湖中魚(yú)蝦等水生物大量死亡，水質(zhì)惡化，造成當(dāng)?shù)鼐用耧嬎щy。此外，巢湖、鄱陽(yáng)湖等湖泊也多次發(fā)生過(guò)類似事件，進(jìn)一步引起了人們對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題的重視。

與此同時(shí)，城市污水處理廠不停運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)揮著城市污水凈化的作用。在污水處理廠的生化反應(yīng)池中，微生物群體形成好氧活性污泥，分解水中污染物，達(dá)到水體凈化效果。但是由于目前農(nóng)業(yè)化肥的大量使用，化肥中的氮、磷元素隨著降雨、徑流等進(jìn)入江河湖泊以及地下，而短期內(nèi)污水處理廠對(duì)污水氮、磷去除的能力有限，眾多因素綜合在一起，最終導(dǎo)致水體中氮、磷濃度越來(lái)越高，刺激了湖泊中藻類的過(guò)度生長(zhǎng)，引發(fā)了水體富營(yíng)養(yǎng)化。

本實(shí)驗(yàn)采集太湖富營(yíng)養(yǎng)化水體、上海曲陽(yáng)污水處理廠好氧活性污泥、同濟(jì)大學(xué)校園河水等環(huán)境樣品作為觀察實(shí)驗(yàn)對(duì)象，其目的不僅是促使學(xué)生了解、認(rèn)識(shí)這些環(huán)境微生物，同時(shí)也深化學(xué)生對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化、污水生物處理的認(rèn)識(shí)與理解，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與提高。

1.2 實(shí) 驗(yàn)

1.2.1 太湖富營(yíng)養(yǎng)化水體生物相的觀察

圖1 太湖水樣鏡檢結(jié)果

從太湖采集的水樣呈暗綠色，略渾濁，有肉眼無(wú)法辨別的細(xì)小懸浮物。學(xué)生采用“壓滴法”制片，用滴管滴一、兩滴水樣到干凈載玻片上，輕輕在水樣一邊傾斜著蓋上蓋玻片，確保無(wú)氣泡產(chǎn)生，然后放到顯微鏡載物臺(tái)上觀察。由圖1-A、圖1-B可見(jiàn)(圖1-A中指向藍(lán)細(xì)菌的為顯微鏡中的指針)，水樣中的藍(lán)細(xì)菌呈黃綠色，每個(gè)細(xì)胞成顆粒狀的球形，多個(gè)細(xì)胞聚集在一起，形成各種團(tuán)塊狀，被包裹在透明的、如同氣泡一樣的公共衣鞘中，這種藍(lán)細(xì)菌稱為微囊藍(lán)細(xì)菌，是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的藍(lán)細(xì)菌中的一種。在環(huán)境工程、給水排水工程兩個(gè)專業(yè)本科生的實(shí)驗(yàn)課上，學(xué)生在顯微鏡下觀察到微囊藍(lán)細(xì)菌聚集形成的各種不同形狀，有的像花生，有的像葫蘆，顏色清晰，輪廓分明，使很多學(xué)生感到驚喜，甚至發(fā)出感嘆:“終于看到有名的微囊藍(lán)細(xì)菌了!”

1.2.2 污水處理廠好氧活性污泥生物相的觀察

在污水處理廠的生化反應(yīng)池中，好氧活性污泥主要有菌膠團(tuán)構(gòu)成。菌膠團(tuán)上生長(zhǎng)著酵母菌、霉菌、放線菌、藻類、原生動(dòng)物等微生物，整體形成一個(gè)“生物絮凝劑”，能夠絮凝污水中的有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物，同時(shí)通過(guò)微生物的作用將污染物分解、吸收，達(dá)到處理污水的目的。在學(xué)生觀察好氧活性污泥的過(guò)程中，老師會(huì)重點(diǎn)介紹菌膠團(tuán)及其指示作用，以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)活性污泥處理污水的認(rèn)識(shí)。在圖2-A左下方和該圖右側(cè)的絮狀結(jié)構(gòu)就是菌膠團(tuán)。如果菌膠團(tuán)顏色淺、無(wú)色透明、結(jié)構(gòu)緊密，說(shuō)明活性污泥污水處理效果較好;反之，則說(shuō)明活性污泥污水處理效果差。

除了菌膠團(tuán)以外，學(xué)生在好氧活性污泥的生物相中還觀察到了原生動(dòng)物，如鞭毛蟲(chóng)中的綠眼蟲(chóng)、纖毛蟲(chóng)中的楯纖蟲(chóng)和鐘蟲(chóng)等。綠眼蟲(chóng)似紡錘狀，呈綠色，極易變形，蟲(chóng)體頂端有一根顏色不明顯的長(zhǎng)鞭毛，幫助其快速游動(dòng);楯纖蟲(chóng)形狀象甲殼蟲(chóng)，背部圓鼓鼓的，有纖毛，快速地爬來(lái)爬去;鐘蟲(chóng)是固著型纖毛蟲(chóng)，其頂端像一口鐘，尾部有一長(zhǎng)柄固著在菌膠團(tuán)上，見(jiàn)圖2-B。除原生動(dòng)物以外，學(xué)生還觀察到活性污泥中重要的微型后生動(dòng)物--輪蟲(chóng)，見(jiàn)圖2-A中央。楯纖蟲(chóng)、鐘蟲(chóng)及輪蟲(chóng)都具有一定的指示作用。在活性污泥中觀察到微生物說(shuō)明活性污泥處于培養(yǎng)成熟期，污水處理效果良好［4-6］。

圖2 污水處理廠活性污泥鏡檢結(jié)果

1.2.3 校園河水生物相的觀察

藻類是非常重要的一大類微生物，包括藍(lán)藻門、裸藻門、綠藻門、硅藻門等。除了藍(lán)藻(即藍(lán)細(xì)菌)以外，其它藻類都是真核微生物。

實(shí)驗(yàn)課上，學(xué)生在校園河水中觀察到的藻類以綠藻為主，如柵藻、小球藻、團(tuán)藻等。圖3-A中形狀類似菱角，中間鼓、兩頭尖的是柵藻，柵藻有的是四個(gè)細(xì)胞并排排列，有的兩個(gè)細(xì)胞并排排列，也有個(gè)別獨(dú)立分散的。圖3-B中象項(xiàng)鏈一樣、由很多長(zhǎng)方形形狀連接而成的是硅藻中的直鏈藻。

圖3 校園河水水樣鏡檢結(jié)果

2 總結(jié)與思考

2.1 理論結(jié)合實(shí)踐，鞏固學(xué)生基礎(chǔ)理論知識(shí)

微生物個(gè)體形態(tài)知識(shí)是環(huán)境微生物學(xué)理論和實(shí)際應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。由于微生物種類繁多，加上其個(gè)體小，難以用肉眼觀察，只能結(jié)合書(shū)本知識(shí)與顯微鏡觀察來(lái)學(xué)習(xí)。這個(gè)過(guò)程看似簡(jiǎn)單，實(shí)際上需要通過(guò)觀察大量的標(biāo)本片和實(shí)物，對(duì)照書(shū)本上的微生物形態(tài)圖，反復(fù)練習(xí)，才能很好地掌握各種微生物的形態(tài)特征。

在觀察實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于細(xì)菌、放線菌、霉菌等微生物，學(xué)生以觀察標(biāo)本片為主，而對(duì)于藍(lán)細(xì)菌、藻類、原生動(dòng)物及微型后生動(dòng)物等與水體富營(yíng)養(yǎng)化、污水生物處理密切聯(lián)系的微生物，實(shí)驗(yàn)采集了環(huán)境樣品進(jìn)行實(shí)物觀察。俗話說(shuō):“百聞不如一見(jiàn)”。在顯微鏡下，微囊藍(lán)細(xì)菌、輪蟲(chóng)、鐘蟲(chóng)及綠藻、硅藻等這些微生物，不再僅僅只是黑白照片，它們有特有的顏色、形態(tài)，很多微生物還不停的在運(yùn)動(dòng)。這樣的實(shí)物觀察讓學(xué)生清楚地看到了這些微生物的真實(shí)形態(tài)，給學(xué)生留下了深刻印象，鞏固了學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識(shí)［7-8］。

2.2 內(nèi)容豐富有趣，激發(fā)學(xué)生興趣與好奇心

在顯微鏡下，樣品中的微生物形態(tài)各異，活靈活現(xiàn)。在觀察太湖水樣過(guò)程中，微囊藍(lán)細(xì)菌聚集在一起，呈現(xiàn)出各種各樣的形狀，有的像花生，有的像葫蘆，有的如圖1-A、圖1-B中的形狀。在觀察污水處理廠活性污泥時(shí)，一團(tuán)一團(tuán)、褐色的菌膠團(tuán)無(wú)規(guī)則的分散開(kāi)來(lái)，時(shí)而看到楯纖蟲(chóng)在菌膠團(tuán)上爬來(lái)爬去，時(shí)而看到綠眼蟲(chóng)飄然地進(jìn)入顯微鏡視野，又快速地游走，游動(dòng)的同時(shí)還不停地變形，引起學(xué)生們極大的好奇心，紛紛舉手向老師求助。而鐘蟲(chóng)就像墻角下靜靜開(kāi)放的喇叭花，牢牢地扎根在菌膠團(tuán)的邊緣上，偶爾邊上經(jīng)過(guò)肉頓頓的輪蟲(chóng)?？吹竭@樣的景象，學(xué)生在不知不覺(jué)中就像進(jìn)入了“太空堡壘”的電腦游戲，完全吸引到了顯微鏡下小小的視野中，誰(shuí)都不知道接下來(lái)大家還會(huì)看到什么新奇景象，只能睜大著雙眼，不停搜尋。而在觀察校園河水水樣時(shí)，藻類豐富多樣的形態(tài)更是讓學(xué)生發(fā)出陣陣驚嘆。同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)報(bào)告中紛紛寫(xiě)道:“在顯微鏡下看到的是另一個(gè)無(wú)比神奇的世界”，“真沒(méi)有想到在顯微鏡下觀察到的景象是這樣奇妙”［9-11］!

2.3 挖掘?qū)嶒?yàn)內(nèi)涵，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維

水體富營(yíng)養(yǎng)化與污水生物處理是目前環(huán)境領(lǐng)域的重要課題。觀察實(shí)驗(yàn)開(kāi)始以前，老師針對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品分別重點(diǎn)介紹其環(huán)境背景及相關(guān)環(huán)境問(wèn)題。在觀察太湖水樣以前，老師向?qū)W生展示太湖藍(lán)藻爆發(fā)時(shí)的照片，讓學(xué)生充分理解水體富營(yíng)養(yǎng)化的危害。照片中太湖湖面被厚厚的綠色藻類覆蓋，魚(yú)蝦死亡，水質(zhì)惡化，太湖周邊地區(qū)超市飲用水?dāng)嘭?。?shí)驗(yàn)課后，學(xué)生們會(huì)自動(dòng)查閱資料，整理信息，在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中就水體富營(yíng)養(yǎng)化的現(xiàn)象、原因、治理對(duì)策等展開(kāi)敘述與探討。從實(shí)驗(yàn)報(bào)告可以看出，學(xué)生對(duì)觀察的水樣及水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題進(jìn)行了認(rèn)真思考及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)年U述。在觀察污水處理廠好氧活性污泥、校園河水等樣品時(shí)，老師也會(huì)針對(duì)相關(guān)環(huán)境背景及環(huán)境問(wèn)題展開(kāi)重點(diǎn)介紹，從學(xué)生們?cè)趯?shí)驗(yàn)課上的反應(yīng)及其實(shí)驗(yàn)報(bào)告能夠看出，觀察實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)環(huán)境問(wèn)題的思考意識(shí)，加深了學(xué)生對(duì)污水生物處理的認(rèn)識(shí)與理解，促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)［12-14］。

3 結(jié)語(yǔ)

以太湖富營(yíng)養(yǎng)化水體、上海曲陽(yáng)污水處理廠好氧活性污泥、同濟(jì)大學(xué)校園河水等環(huán)境樣品作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在環(huán)境專業(yè)本科生中開(kāi)展環(huán)境微生物個(gè)體形態(tài)觀察實(shí)驗(yàn)的研究與探索。通過(guò)學(xué)生對(duì)藍(lán)細(xì)菌、原生動(dòng)物及微型后生動(dòng)物、藻類等環(huán)境微生物個(gè)體形態(tài)的觀察，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化、污水生物處理的認(rèn)識(shí)與理解，鞏固了學(xué)生基礎(chǔ)理論知識(shí)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情與探索未知的好奇心，促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提高［15-16］。

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The Research and Exploration of Experiments of Observation of Environmental Microorganisms

ZHANG Xian，WANG Shi-fen，TANG Xian-chun，XU Jing-cheng
(Experimental Teaching Demonstration Center of Environmental Science and Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China)

The experiments of individual morphological observation of environmental microorganisms were studied and explored among environmental undergraduates by using the eutrophic water sampled from Taihu lake，the activated sludge sampled from Shanghai Quyang Wastewater Treatment Plant and the river water sampled from the campus of Tongji University.Through the observation ofthe individualmorphologicalcharacteristics ofenvironmental microorganisms such as cyanobacteria，protozoa，micro-metazoa，algae and so on，the students’microbial basis of theoretical knowledge was consolidated，their enthusiasm in learning，interests in exploring the unknown world were stimulated，their understanding of environmental microorganisms and the related environmental problems was deepened and their innovative thinking and creative ability were promoted.

environmental microorganisms;individual morphology;experimental teaching

X 791

A

1006－7167(2014)05－0141－03

2013－07－28

張 嫻(1976－)，女，山東膠州人，博士，講師，研究方向:環(huán)境微生物學(xué)。

Tel.:021-65989079;E-mail:xian_zhang@#edu.cn