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)與工程國家實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，上海 200092）

以太湖富營養(yǎng)化水體、上海曲陽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)對象，在環(huán)境專業(yè)本科生中開展環(huán)境微生物個(gè)體形態(tài)觀察實(shí)驗(yàn)的研究與探索。通過學(xué)生對藍(lán)細(xì)菌、原生動物及微型后生動物、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，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)生對環(huán)境微生物及相關(guān)環(huán)境問題的認(rèn)識，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，有的微生物可能會成為造成環(huán)境污染的因素，比如引發(fā)水體富營養(yǎng)化的藍(lán)細(xì)菌(也稱為藍(lán)藻)。由此可見，微生物對于許多環(huán)境問題的研究與解決有著重要意義?？紤]到以上情況，在針對環(huán)境專業(yè)本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，加強(qiáng)對環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)的研究與探索，增進(jìn)學(xué)生對環(huán)境問題的認(rèn)識與理解，是環(huán)境教育工作者義不容辭的責(zé)任。

基于上述目的，以太湖富營養(yǎng)化水體、上海曲陽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)對象，在環(huán)境專業(yè)本科生中開展環(huán)境微生物個(gè)體形態(tài)觀察實(shí)驗(yàn)的研究與探索，通過學(xué)生對藍(lán)細(xì)菌、原生動物及微型后生動物、藻類等環(huán)境微生物個(gè)體形態(tài)的觀察，深化學(xué)生對水體富營養(yǎng)化、污水生物處理的認(rèn)識與理解，鞏固學(xué)生基礎(chǔ)理論知識，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，太湖水體富營養(yǎng)化導(dǎo)致水中藍(lán)細(xì)菌大量繁殖，湖中魚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、鄱陽湖等湖泊也多次發(fā)生過類似事件，進(jìn)一步引起了人們對水體富營養(yǎng)化問題的重視。

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、磷濃度越來越高，刺激了湖泊中藻類的過度生長，引發(fā)了水體富營養(yǎng)化。

本實(shí)驗(yàn)采集太湖富營養(yǎng)化水體、上海曲陽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)對象，其目的不僅是促使學(xué)生了解、認(rèn)識這些環(huán)境微生物，同時(shí)也深化學(xué)生對水體富營養(yǎng)化、污水生物處理的認(rèn)識與理解，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，確保無氣泡產(chǎn)生，然后放到顯微鏡載物臺上觀察。由圖1-A、圖1-B可見(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)上生長著酵母菌、霉菌、放線菌、藻類、原生動物等微生物，整體形成一個(gè)“生物絮凝劑”，能夠絮凝污水中的有機(jī)和無機(jī)污染物，同時(shí)通過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程中，老師會重點(diǎn)介紹菌膠團(tuán)及其指示作用，以增強(qiáng)學(xué)生對活性污泥處理污水的認(rèn)識。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、無色透明、結(jié)構(gòu)緊密，說明活性污泥污水處理效果較好;反之，則說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物，如鞭毛蟲中的綠眼蟲、纖毛蟲中的楯纖蟲和鐘蟲等。綠眼蟲似紡錘狀，呈綠色，極易變形，蟲體頂端有一根顏色不明顯的長鞭毛，幫助其快速游動;楯纖蟲形狀象甲殼蟲，背部圓鼓鼓的，有纖毛，快速地爬來爬去;鐘蟲是固著型纖毛蟲，其頂端像一口鐘，尾部有一長柄固著在菌膠團(tuán)上，見圖2-B。除原生動物以外，學(xué)生還觀察到活性污泥中重要的微型后生動物--輪蟲，見圖2-A中央。楯纖蟲、鐘蟲及輪蟲都具有一定的指示作用。在活性污泥中觀察到微生物說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

微生物個(gè)體形態(tài)知識是環(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)合書本知識與顯微鏡觀察來學(xué)習(xí)。這個(gè)過程看似簡單，實(shí)際上需要通過觀察大量的標(biāo)本片和實(shí)物，對照書本上的微生物形態(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，而對于藍(lán)細(xì)菌、藻類、原生動物及微型后生動物等與水體富營養(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:“百聞不如一見”。在顯微鏡下，微囊藍(lán)細(xì)菌、輪蟲、鐘蟲及綠藻、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。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［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)無規(guī)則的分散開來，時(shí)而看到楯纖蟲在菌膠團(tuán)上爬來爬去，時(shí)而看到綠眼蟲飄然地進(jìn)入顯微鏡視野，又快速地游走，游動的同時(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。而鐘蟲就像墻角下靜靜開放的喇叭花，牢牢地扎根在菌膠團(tuán)的邊緣上，偶爾邊上經(jīng)過肉頓頓的輪蟲?？吹竭@樣的景象，學(xué)生在不知不覺中就像進(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，誰都不知道接下來大家還會看到什么新奇景象，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)們在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中紛紛寫道:“在顯微鏡下看到的是另一個(gè)無比神奇的世界”，“真沒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)開始以前，老師針對實(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養(yǎng)化的危害。照片中太湖湖面被厚厚的綠色藻類覆蓋，魚蝦死亡，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)生們會自動查閱資料，整理信息，在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中就水體富營養(yǎng)化的現(xiàn)象、原因、治理對策等展開敘述與探討。從實(shí)驗(yàn)報(bào)告可以看出，學(xué)生對觀察的水樣及水體富營養(yǎng)化問題進(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)，老師也會針對相關(guān)環(huán)境背景及環(huán)境問題展開重點(diǎn)介紹，從學(xué)生們在實(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)生對環(huán)境問題的思考意識，加深了學(xué)生對污水生物處理的認(rèn)識與理解，促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)［12-14］。

3 結(jié)語

以太湖富營養(yǎng)化水體、上海曲陽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)對象，在環(huán)境專業(yè)本科生中開展環(huán)境微生物個(gè)體形態(tài)觀察實(shí)驗(yàn)的研究與探索。通過學(xué)生對藍(lán)細(xì)菌、原生動物及微型后生動物、藻類等環(huán)境微生物個(gè)體形態(tài)的觀察，增強(qiáng)了學(xué)生對水體富營養(yǎng)化、污水生物處理的認(rèn)識與理解，鞏固了學(xué)生基礎(chǔ)理論知識，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］。

［1］ 孔 峰，程潔紅，劉維平.環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思考與探索［J］.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2011，14(2):27-28.

Kong Feng， Cheng Jie-hong， Liu Wei-ping. Exploration and Thinking of Microbial Experimental Teaching of Environmental Engineering［J］.Laboratory Science，2011，14(2):27-28.

［2］ 于洪飛，龔紅梅.地方理工院校微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建［J］.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2013，16(1):77-79.

Yu Hong-Fei， Gong Hong-mei. Construction of Microbial Experimental Teaching System of Local Polytechnic College［J］.Laboratory Science，2013，16(1):77-79.

［3］ 鄧百萬，陳文強(qiáng)，彭 浩，等.基于能力培養(yǎng)的微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段與方法的改革研究［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011，28(2):7-10.

Deng Bai-wan，Chen Wen-qiang，Peng Hao，et al.Reform Research of Competency-based Training Means and Methods of Microbial ExperimentalTeaching ［J］. Experimental Technology and Management，2011，28(2):7-10.

［4］ 周群英，王士芬.環(huán)境工程微生物學(xué)［M］.3版.北京，高等教育出版社，2008.

［5］ 張現(xiàn)青，屈二軍，陳蘭英，等.推進(jìn)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，提高學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)素質(zhì)［J］.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2008(6):57-58.

Zhang Xian-qing，Qu Er-jun，Chen Lan-ying，et al.Improving the Comprehensive ExperimentalQualityofStudentsbyPropelling Microbial Experimental Teaching［J］.Laboratory Science，2008(6):57-58.

［6］ 姬曉娜，曹文平.關(guān)于開放環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的探討［J］.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2010，13(3):34-35.

Ji Xiao-na， Cao Wen-ping. Discussion ofOpen Methodsof Environmental Microbial Experimental Teaching［J］.Laboratory Science，2010，13(3):34-35.

［7］ 解秋菊，張春云，閆培生.微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2009，1:54-56.

Jie Qiu-ju，Zhang Chun-yun，Yan Pei-sheng.Reform and Practice of Microbial Experimental Teaching［J］.Laboratory Science，2009，1:54-56.

［8］ 董開忠，劉翊中，王冬梅，等.微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系的構(gòu)建［J］.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2010(4):88-90.

Dong Kai-zhong， Liu Ling-zhong， Wang Dong-mei，etal.Construction of New Teaching System of Microbial Experiment［J］.Laboratory Science，2010(4):88-90.

［9］ 趙銀娟.微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革體會［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32(3):140-142.

ZHAO Yin-juan.Experience of Microbial Experimental Teaching Reform［J］.Research and Exploration in Laboratory，2013，32(3):140-142.

［10］ 洪慶華，徐 正，秦璐璐，等.環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革—創(chuàng)新與反饋［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，30(5):101-103.

HONG Qing-hua，XU Zheng，QIN Lu-lu，et al.Innovation and Feedback:the Experimental Teaching Reform of Environmental Engineering［J］.Research and Exploration in Laboratory，2011，30(5):101-103.

［11］ 明 茲，陳必鏈，周曉蘭.微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐及改革的幾點(diǎn)體會［J］.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2012，15(4):154-157.

Wang Ming-zi， Chen Bi-lian， Zhou Xiao-lan. Experience of MicrobialExperimentalTeaching Practice and Reform ［J］.Laboratory Science，2012，15(4):154-157.

［12］ 張 紅，楊素娟.拓展實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)涵，提高學(xué)生綜合能力［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索.2011，30(8):332-335.

ZHANG Hong， YANG Su-juan. ImprovingtheComprehensive Ability of Students by Expanding the Contents of Experimental Course［J］.Research and Exploration in Laboratory，2011，30(8):332-335.

［13］ 方 強(qiáng)，錢 瑜，楊柳燕.環(huán)境科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中創(chuàng)新能力培養(yǎng)方式的探索［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，30(2):107-109.

FANG Qiang，QIAN Yu，YANG Liu-yan.Exploration of Training Methods ofInnovation Ability in ExperimentalTeaching of Environmental Science and Engineering ［J］. Research and Exploration in Laboratory，2011，30(2):107-109.

［14］ 梁璐怡，胡寶蘭，朱 亮，等.環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012，29(9):126-128，131.

Liang Lu-yi，Hu Bao-lan，Zhu Liang，et al.Reform of Experimental TeachingofEnvironmentalMicrobiaology ［J］. Experimental Technology and Management，2012，29(9):612-128，131.

［15］ 胡延章，涂昀，王貴學(xué).微生物實(shí)驗(yàn)的多層次遞進(jìn)式教學(xué)模式研究［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011，9(1):85-87.

Hu Yan-zhang，Tu Jun， Wang Gui-xue. Reform of Multi-level Progressive Teaching Mode of Microbial Experiment ［J］.Experimental Technology and Management，2011，9(1):85-87.

［16］ 劉 艷，魏 洽.環(huán)境工程專業(yè)綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2007，24(11):131-133.

Liu Yan，Wei Qia.Reform and Practice of Comprehensive Design Experimental Teaching of Environmental Engineering ［J］.Experimental Technology and Management，2007，24(11):131-133.

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