张 娴， 王士芬， 唐贤春， 徐竟成

（同济大学环境科学与工程国家实验教学示范中心，上海 200092）

环境微生物观察实验的研究与探索

张 娴， 王士芬， 唐贤春， 徐竟成

（同济大学环境科学与工程国家实验教学示范中心，上海 200092）

以太湖富营养化水体、上海曲阳污水处理厂好氧活性污泥、同济大学校园河水等环境样品作为实验对象，在环境专业本科生中开展环境微生物个体形态观察实验的研究与探索。通过学生对蓝细菌、原生动物及微型后生动物、藻类等微生物个体形态的观察，巩固学生基础理论知识，激发学生学习的热情与探索未知的好奇心，深化学生对环境微生物及相关环境问题的认识，促进学生创新思维和创新能力的培养和提高。

环境微生物;个体形态;实验教学

0 引言

自然界中的微生物种类多、数量大、分布广，既包括能进行光合作用的藻类，也包括能分解有机物的细菌、霉菌等。微生物与人们生活关系密切，有的微生物可为人们服务，比如城市污水处理厂污水的生物处理;反之，有的微生物可能会成为造成环境污染的因素，比如引发水体富营养化的蓝细菌(也称为蓝藻)。由此可见，微生物对于许多环境问题的研究与解决有着重要意义。考虑到以上情况，在针对环境专业本科生的实验教学中，加强对环境微生物实验的研究与探索，增进学生对环境问题的认识与理解，是环境教育工作者义不容辞的责任。

基于上述目的，以太湖富营养化水体、上海曲阳污水处理厂好氧活性污泥、同济大学校园河水等环境样品为实验对象，在环境专业本科生中开展环境微生物个体形态观察实验的研究与探索，通过学生对蓝细菌、原生动物及微型后生动物、藻类等环境微生物个体形态的观察，深化学生对水体富营养化、污水生物处理的认识与理解，巩固学生基础理论知识，激发学生学习的热情与探索未知的好奇心，促进学生创新思维和创新能力的培养和提高［1-3］。

1 环境微生物个体形态观察实验

1.1 实验背景

2008年，太湖水体富营养化导致水中蓝细菌大量繁殖，湖中鱼虾等水生物大量死亡，水质恶化，造成当地居民饮水困难。此外，巢湖、鄱阳湖等湖泊也多次发生过类似事件，进一步引起了人们对水体富营养化问题的重视。

与此同时，城市污水处理厂不停运转，发挥着城市污水净化的作用。在污水处理厂的生化反应池中，微生物群体形成好氧活性污泥，分解水中污染物，达到水体净化效果。但是由于目前农业化肥的大量使用，化肥中的氮、磷元素随着降雨、径流等进入江河湖泊以及地下，而短期内污水处理厂对污水氮、磷去除的能力有限，众多因素综合在一起，最终导致水体中氮、磷浓度越来越高，刺激了湖泊中藻类的过度生长，引发了水体富营养化。

本实验采集太湖富营养化水体、上海曲阳污水处理厂好氧活性污泥、同济大学校园河水等环境样品作为观察实验对象，其目的不仅是促使学生了解、认识这些环境微生物，同时也深化学生对水体富营养化、污水生物处理的认识与理解，促进学生创新能力的培养与提高。

1.2 实 验

1.2.1 太湖富营养化水体生物相的观察

图1 太湖水样镜检结果

从太湖采集的水样呈暗绿色，略浑浊，有肉眼无法辨别的细小悬浮物。学生采用“压滴法”制片，用滴管滴一、两滴水样到干净载玻片上，轻轻在水样一边倾斜着盖上盖玻片，确保无气泡产生，然后放到显微镜载物台上观察。由图1-A、图1-B可见(图1-A中指向蓝细菌的为显微镜中的指针)，水样中的蓝细菌呈黄绿色，每个细胞成颗粒状的球形，多个细胞聚集在一起，形成各种团块状，被包裹在透明的、如同气泡一样的公共衣鞘中，这种蓝细菌称为微囊蓝细菌，是导致水体富营养化的蓝细菌中的一种。在环境工程、给水排水工程两个专业本科生的实验课上，学生在显微镜下观察到微囊蓝细菌聚集形成的各种不同形状，有的像花生，有的像葫芦，颜色清晰，轮廓分明，使很多学生感到惊喜，甚至发出感叹:“终于看到有名的微囊蓝细菌了!”

1.2.2 污水处理厂好氧活性污泥生物相的观察

在污水处理厂的生化反应池中，好氧活性污泥主要有菌胶团构成。菌胶团上生长着酵母菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物等微生物，整体形成一个“生物絮凝剂”，能够絮凝污水中的有机和无机污染物，同时通过微生物的作用将污染物分解、吸收，达到处理污水的目的。在学生观察好氧活性污泥的过程中，老师会重点介绍菌胶团及其指示作用，以增强学生对活性污泥处理污水的认识。在图2-A左下方和该图右侧的絮状结构就是菌胶团。如果菌胶团颜色浅、无色透明、结构紧密，说明活性污泥污水处理效果较好;反之，则说明活性污泥污水处理效果差。

除了菌胶团以外，学生在好氧活性污泥的生物相中还观察到了原生动物，如鞭毛虫中的绿眼虫、纤毛虫中的楯纤虫和钟虫等。绿眼虫似纺锤状，呈绿色，极易变形，虫体顶端有一根颜色不明显的长鞭毛，帮助其快速游动;楯纤虫形状象甲壳虫，背部圆鼓鼓的，有纤毛，快速地爬来爬去;钟虫是固着型纤毛虫，其顶端像一口钟，尾部有一长柄固着在菌胶团上，见图2-B。除原生动物以外，学生还观察到活性污泥中重要的微型后生动物--轮虫，见图2-A中央。楯纤虫、钟虫及轮虫都具有一定的指示作用。在活性污泥中观察到微生物说明活性污泥处于培养成熟期，污水处理效果良好［4-6］。

图2 污水处理厂活性污泥镜检结果

1.2.3 校园河水生物相的观察

藻类是非常重要的一大类微生物，包括蓝藻门、裸藻门、绿藻门、硅藻门等。除了蓝藻(即蓝细菌)以外，其它藻类都是真核微生物。

实验课上，学生在校园河水中观察到的藻类以绿藻为主，如栅藻、小球藻、团藻等。图3-A中形状类似菱角，中间鼓、两头尖的是栅藻，栅藻有的是四个细胞并排排列，有的两个细胞并排排列，也有个别独立分散的。图3-B中象项链一样、由很多长方形形状连接而成的是硅藻中的直链藻。

图3 校园河水水样镜检结果

2 总结与思考

2.1 理论结合实践，巩固学生基础理论知识

微生物个体形态知识是环境微生物学理论和实际应用的重要基础。由于微生物种类繁多，加上其个体小，难以用肉眼观察，只能结合书本知识与显微镜观察来学习。这个过程看似简单，实际上需要通过观察大量的标本片和实物，对照书本上的微生物形态图，反复练习，才能很好地掌握各种微生物的形态特征。

在观察实验中，对于细菌、放线菌、霉菌等微生物，学生以观察标本片为主，而对于蓝细菌、藻类、原生动物及微型后生动物等与水体富营养化、污水生物处理密切联系的微生物，实验采集了环境样品进行实物观察。俗话说:“百闻不如一见”。在显微镜下，微囊蓝细菌、轮虫、钟虫及绿藻、硅藻等这些微生物，不再仅仅只是黑白照片，它们有特有的颜色、形态，很多微生物还不停的在运动。这样的实物观察让学生清楚地看到了这些微生物的真实形态，给学生留下了深刻印象，巩固了学生的基础理论知识［7-8］。

2.2 内容丰富有趣，激发学生兴趣与好奇心

在显微镜下，样品中的微生物形态各异，活灵活现。在观察太湖水样过程中，微囊蓝细菌聚集在一起，呈现出各种各样的形状，有的像花生，有的像葫芦，有的如图1-A、图1-B中的形状。在观察污水处理厂活性污泥时，一团一团、褐色的菌胶团无规则的分散开来，时而看到楯纤虫在菌胶团上爬来爬去，时而看到绿眼虫飘然地进入显微镜视野，又快速地游走，游动的同时还不停地变形，引起学生们极大的好奇心，纷纷举手向老师求助。而钟虫就像墙角下静静开放的喇叭花，牢牢地扎根在菌胶团的边缘上，偶尔边上经过肉顿顿的轮虫。看到这样的景象，学生在不知不觉中就像进入了“太空堡垒”的电脑游戏，完全吸引到了显微镜下小小的视野中，谁都不知道接下来大家还会看到什么新奇景象，只能睁大着双眼，不停搜寻。而在观察校园河水水样时，藻类丰富多样的形态更是让学生发出阵阵惊叹。同学们在实验报告中纷纷写道:“在显微镜下看到的是另一个无比神奇的世界”，“真没有想到在显微镜下观察到的景象是这样奇妙”［9-11］!

2.3 挖掘实验内涵，启发学生创新思维

水体富营养化与污水生物处理是目前环境领域的重要课题。观察实验开始以前，老师针对实验样品分别重点介绍其环境背景及相关环境问题。在观察太湖水样以前，老师向学生展示太湖蓝藻爆发时的照片，让学生充分理解水体富营养化的危害。照片中太湖湖面被厚厚的绿色藻类覆盖，鱼虾死亡，水质恶化，太湖周边地区超市饮用水断货。实验课后，学生们会自动查阅资料，整理信息，在实验报告中就水体富营养化的现象、原因、治理对策等展开叙述与探讨。从实验报告可以看出，学生对观察的水样及水体富营养化问题进行了认真思考及严谨的阐述。在观察污水处理厂好氧活性污泥、校园河水等样品时，老师也会针对相关环境背景及环境问题展开重点介绍，从学生们在实验课上的反应及其实验报告能够看出，观察实验增强了学生对环境问题的思考意识，加深了学生对污水生物处理的认识与理解，促进了学生创新思维的培养［12-14］。

3 结语

以太湖富营养化水体、上海曲阳污水处理厂好氧活性污泥、同济大学校园河水等环境样品作为实验对象，在环境专业本科生中开展环境微生物个体形态观察实验的研究与探索。通过学生对蓝细菌、原生动物及微型后生动物、藻类等环境微生物个体形态的观察，增强了学生对水体富营养化、污水生物处理的认识与理解，巩固了学生基础理论知识，激发了学生学习的热情与探索未知的好奇心，促进了学生创新思维和创新能力的培养和提高［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

张 娴(1976－)，女，山东胶州人，博士，讲师，研究方向:环境微生物学。

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