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江苏自考环境工程大纲-环境微生物学

河海大学编（高纲号0727）

   一、课程性质及其设置目的与要求

（一）课程性质和特点

   《环境微生物学》课程是江苏省高等教育自学考试环境工程专业（独立本科段）的一门基础专业课程，它的特点是包括了生物化学、有机化学和生态学等多学科交叉的一门课程。

本课程系统地介绍环境微生物学的基本知识和理论、基本技术和方法。

   本课程在内容上分为四篇，第一篇是介绍了环境微生物学基础，包括特点、任务、分类、生长与代谢、遗传与变异、分布及其相关关系和微生物在物质循环中的作用。

第二篇是介绍了微生物治理环境，包括降解与转化、污水的生物处理、废渣与废气的生物处理、生物修复、开发应用和资源化。

第三篇是介绍了微生物环境污染，包括致病微生物、代谢产物与环境污染和微生物与水体富营养化。

第四篇是介绍了微生物环境监测，包括指示微生物、污染物生物毒性的微生物学检测方法、污染物致突变性的微生物检测方法和微生物监测技术的新发展。

   通过学习应考者可以了解环境微生物学的基本理论，掌握微生物学在治理环境污染中的基本技术和基本方法，并能够应用在具体的科学研究和实际工作中，为环境微生物学的发展培养专业人才。

（二）本课程的基本要求

   通过本课程的学习，应考者应达到以下要求：

   1、了解环境微生物学的基本知识；

   2、理解微生物学在治理环境污染中基本作用；

   3、掌握微生物学在治理环境污染中基本方法和技术；

   4、熟练掌握微生物学中常见术语的名称和意义。

   （三）本课程与相关课程的联系

   本课程的前修课程是生物化学、有机化学和生态学。

这三门课程可以帮助学生理解环境微生物学的基本知识，更好地掌握微生物学在治理环境污染中的基本方法和技术。

同时为在工作和研究中的具体应用打下良好的基础。

   二、课程内容与考核目标

第一篇 环境微生物学基础

   第1章 绪论

（一）课程内容

   本章主要介绍了微生物的特点和环境微生物的定义与任务。

（二）学习目的与要求

   了解微生物的特点和环境微生物的定义与任务。

   （三）考核知识点与考核要求

1、领会：

微生物的特点。

   2、掌握：

环境微生物的任务。

   3、熟练掌握：

环境微生物的定义。

第一章绪论

第一节微生物与环境

一、微生物的特点（微生物是众多肉眼不可见、个体微小的低等生物的总称。

）

1种类繁多、分布极广1微生物物种丰富多样

2微生物代谢类型丰富多样

3微生物生态型丰富多样

2繁殖迅速、数量巨大

3个体微小，容易变异

二、微生物对人类生存环境的影响

第二节环境微生物学的定义与研究任务

环境微生物学可简明定义为，研究保护环境的微生物学。

研究任务如下：

a微生物在自然环境中存在的基本状况与活动规律

B微生物对化学污染物的防治及其他有利影响

C微生物对环境的有害影响及其防治

D环境监测涨的微生物学技术与方法

   第2章　环境中的微生物

（一）课程内容

   本章主要介绍了环境中微生物的种类。

（二）学习目的与要求

   了解环境中微生物的特征和分布。

   （三）考核知识点与考核要求

1、领会：

微生物的特征和分布。

   2、掌握：

微生物的生理生化特点。

   3、熟练掌握：

细菌的形态和大小。

第二章环境中的微生物

第一节微生物类群与生物三域

一、微生物及其类群

二、生物三域特征

第二节真细菌

一、细菌

一）细菌的形态与大小

1细菌的形态

细菌以球形，杆形和螺旋形三大形态为主

球形简称球菌，有单个，成对，长链，四联，八叠，葡萄状之分。

杆形简称杆菌，有单个，长链之分

螺形简称螺菌，除了球形，杆形和螺旋形外，还有一些并不多见的特殊形态

2细菌的大小

Um。

球菌的大小用菌体直径，杆菌和螺旋菌则以其宽度*直径表示。

球菌0.5-1.0.杆菌0.4-1.0

二）细菌细胞的构造与功能

三）细菌的繁殖及其群体特征

四）环境中常见的细菌

   第3章　微生物的生长与代谢

（一）课程内容

   本章主要介绍了微生物的生长与代谢。

（二）学习目的与要求

   了解微生物生长与代谢的营养类型、过程和影响因素。

   （三）考核知识点与考核要求

1、领会：

微生物生长与代谢的影响因素。

   2、掌握：

微生物生长与代谢的营养和营养类型。

   3、熟练掌握：

微生物生长与代谢的过程以及相关基本知识。

第三章微生物的生长与代谢

第一节微生物的营养与营养类型

一、微生物的化学组成与营养物质

1微生物的化学组成：

碳氢氧氮磷硫钾钙镁钠铁等大量元素外，

还有微量元素zn，cu，mn，钼钴等

2微生物的营养物质：

碳源，氮源，无机盐，生长因子与水等五大类，

大部分以无机或有机物的形式为微生物所利用，

也有一些以分子态气体方式供给

3培养基：

合成天然培养基，固体半固体液体，基础加富选择鉴别培养基

二、微生物的营养类型

光能自养型：

微生物体内含有光合色素，可以利用光作为能源，利用co2作为碳源，

以无机物作为电子供给使co2还原并合成菌体细胞有机物。

光能异样型：

微生物利用光作为能源，以有机质作为电子供体，碳源来自有机物，也可利用co2

化能自养型：

微生物生长需要无机物，在氧化无机物的过程中获取能源，

同时，无机物又作为电子供体，使co2还原为有机碳化物

化能异养型：

是微生物最普遍的代谢方式。

这类微生物的碳源与能源均来自有机物，

它们在分解有机物的过程中产生能量，利用其中一部分供给自己合成作用之需。

三、营养物质的摄取

1、影响营养物质透过细胞膜的因素：

1细胞壁与细胞膜的结构

2营养物质本身的性质

3微生物生活的环境

2、营养物质的运输机制：

1单纯扩散

2促进扩散

3主动运输

4基团转位

第二节微生物的代谢

一、酶

1酶的性质与作用特征：

1酶是蛋白质

2酶的专一性

3酶促作用的可逆性

4酶的作用条件

2酶的种类：

1单成分酶和双成分酶

2结构酶与诱导酶

3胞内酶和胞外酶

4水解酶和氧化还原酶和转移酶和同分异构酶和裂解酶和合成酶

二、微生物能量生成与转换

A底物水平磷酸化

B氧化磷酸化

C光合磷酸化

三、微生物呼吸作用类型

1有氧呼吸

2无氧呼吸

3发酵作用

四、微生物的同化作用

1co2的同化a异氧微生物的co2的同化

b自养微生物的co2的同化

2氮素的同化a氨的同化

b硝酸盐的同化

c分子氮的同化

3硫酸盐的同化

第三节微生物的生长繁殖

一、生长繁殖的概念

微生物细胞质量的增加和个体体积加大称为生长，即细胞组分与结构在量方面的增加。

当单个细胞个体生长到一定程度时，由一个亲代细胞分裂为两个大小、形状与亲代细胞相似的子代细胞，使得个体数目增加，称为单细胞微生物的繁殖。

在多细胞微生物中，菌丝的延长、分裂，产生同类细胞的过程仍属生长，，而通过形成无性孢子和有性孢子，孢子脱离母体菌丝再萌发产生子代菌体，使得个体数目增加才称为繁殖。

三、三分批培养

在细菌生长繁殖过程中定期取样进行菌数测定，以培养时间为横坐标，以细菌数目的对数为纵坐标，绘制出的曲线图，称为细菌的生长曲线。

分析细菌的生长曲线大致分为迟缓期、对数期、稳定期和衰亡期

四、连续培养

分批培养时由于营养物质的不断消耗和有害代谢产物的不断累积，使微生物不能长久的保持对数生长速率。

如果在细菌进入对数生长期时以一定的速度不断补充新鲜营养物质，同时以同样的速度排出培养物（包括菌体和代谢产物），就可以延长对数生长期，这种培养方法称为连续培养。

该方法有恒化培养和恒浊培养两种方式。

第四节环境因素对微生物生长的影响

1氧气和氧化还原电位

2温度

3水及其可供给性a水的活度；水的可供给性与水的活度有关，

水的活度是指在一定温度和压力条件下，溶液中的蒸汽压与纯水蒸气压之比。

b渗透压

c干燥

4氢离子浓度

5辐射a可见光

b紫外辐射

c电离辐射

d微波

6超声波

7压力a液体静压力

b机械压力

c气体压力：

氧气，二氧化氮，氮气

8化学物质：

化学物质对微生物影响可分为灭菌，消毒，防腐作用等，

灭菌作用是指杀死一切微生物及其孢子，作用最为彻底，

消毒作用是指杀死微生物的营养体，而难以灭火芽孢和孢子，是不完全的灭菌。

在医学上常用以杀死一般的病原微生物；防腐作用是一种抑菌二非杀灭作用

   4第5章　微生物在环境中的分布及其相互关系　

（一）课程内容

   本章主要介绍了微生物在环境中的分布及其相互关系。

（二）学习目的与要求

   了解微生物在环境中的分布及其相互关系。

   （三）考核知识点与考核要求

1、领会：

微生物在环境中的分布。

   2、掌握：

微生物在环境中的相互关系。

   3、熟练掌握：

微生物在环境中每种相互关系的特点。

第五章微生物在环境中的分布及其相互关系

第一节微生物在环境中的分布

一、微生物在土壤中的分布

1土壤是微生物良好的生活环境1养分

2水分及渗透压

3空气4pH5温度

2土壤中微生物的数量与分布

二、微生物在水体中的分布1大气水2江河水3湖泊与池塘水4地下水5海水

三、微生物在空气中的分布

四、微生物在食品上的分布1粮食2肉类3鱼类4乳类

五、极端环境中的微生物1嗜热微生物2嗜冷微生物3嗜酸微生物4嗜碱5嗜盐f嗜压微生物

第二节微生物间的相互关系

一、互生关系是一种微生物的生活（主要是代谢产物）创造或改善了另一种微生物的生活条件，这种有利作用可以是单方面的偏利共生，或是双方面的互惠共生

二、共生关系是指两种微生物共同生活在一起时在形态上形成了特殊共生体，在生理上产生一定的分工，互相有利，甚至互相依存，当一种生物脱离了另一种生物时便难以独立生存

三、寄生关系是一种对抗关系，是指一种微生物生活在另一种微生物体内，以另一种微生物为生活基质，在其中进行生长繁殖，并对后者带来或强或弱的危害作用

四、拮抗关系是一种微生物在其生命活动过程中，产生某种代谢产物或改变其他条件，从而抑制其他微生物的生长繁殖，甚至是杀死其他微生物的现象。

它也是一种普遍存在的现象。

寄生关系和非特异性拮抗关系与特异性拮抗关系。

   5第6章　微生物在物质循环中的作用。

（一）课程内容

   本章主要介绍了微生物在物质循环中的作用。

（二）学习目的与要求

   了解微生物在物质循环中的作用。

   （三）考核知识点与考核要求

1、领会：

碳素生物循环和其它无机元素的生物循环与转化。

   2、掌握：

微生物转化氮素物质的一般途径。

   3．熟练掌握：

氮素生物循环中的氨化作用、硝化作用、反硝化作用和生物固氮作用。

第六章微生物在物质循环中的作用

第一节碳素生物循环

一、微生物分解有机物的一般途径

1复杂有机物分解为简单有机物

2简单有机物的有氧分解

1完全氧化

2不完全氧化

3简单有机物的无氧分解及甲烷的生成

1简单有机物的无氧分解

2甲烷的生成a甲烷产生菌

b甲烷生成的基质

c甲烷生成的机制

4微生物分解有机物的总图式

二、微生物分解纤维素

三、分解半纤维素

四、分解果胶类物质

五、分解淀粉

六、分解脂质物质

七、分解木素及芳香族物质

八、分解烃类

第二节氮素生物循环

氮素是核酸和蛋白质的主要成分，是构成生物体的必需元素。

一、微生物转化氮素物质的一般途径：

自然界的氮素以3种主要形态存在：

分子态氮，无机态氮，有机态氮。

上述3种形态的氮素物质，在自然界中因生物的作用，不断地相互转化，进行着氮素循环。

其转化的一般途径如下：

1绿色植物和微生物的生命活动过程中，吸收硝态氮和铵态氮，组成蛋白质、核酸等含氮有机物质，使无态氮同化为有机态氮

2动植物和微生物遗体中的有机氮化物，经微生物的分解作用，使无机质化为氨态氮

3氨态氮在有氧条件下，经硝化细菌的作用氧化成硝态氮

4硝酸盐由于反硝化细菌的作用，还原为分子态氮，逸散到大气中

5空气中的分子态氮，通过固氮微生物的作用，还原为氨，进而合成有机氮化物

二、氨化作用

有机氮化物在微生物的分解作用中释放出氨的过程，称为氨化作用

A蛋白质的分解

蛋白质分子的氨化过程，首先在微生物分泌的蛋白酶的作用下进行水解生成多肽和二肽，然后由肽酶进一步水解为氨基酸。

微生物的蛋白酶都是胞外酶，肽酶多为胞内酶。

B核酸的分解

C其他含氮有机物的分解1尿素是分子结构简单的含氮有机物

2几丁质是氨基葡萄糖的缩聚物

3卵磷脂是含胆碱的磷酸酯，存在于细胞原生质中

三、硝化作用

氨经过微生物作用氧化成亚硝酸，再进一步氧化成硝酸的过程，称为硝化作用。

它是由两类细菌分两个阶段进行的：

A亚硝化作用

B硝化作用

四、反硝化作用

硝酸盐在通气不良情况下经微生物作用而还原的过程，称为反硝化作用。

反硝化作用由于还原的程度不同，可生成不同的还原态产物，如亚硝酸，次亚硝酸，一氧化氮和分子态氮等。

硝酸还原产生分子氮的作用，又称为脱氮作用或者狭义的反硝化作用。

五、生物固氮作用

微生物在常温常压下直接利用分子态氮，将之还原为氨的过程称为生物固氮作用

A固氮微生物：

能进行固氮作用的微生物叫做。

。

a共生固氮：

固氮微生物只有与特定植物共同生活在一起时才具有固氮特性，此时微生物与植物紧密结合，一起形成一种独特的组织结构，在生理上是互利互惠关系

b联合固氮：

固氮微生物生长在其他生物体内，如植物根表、叶面或动物肠道中才有固氮能力。

c自生固氮：

固氮微生物单独存在条件下即能进行固氮作用

B固氮酶：

固氮作用是在固氮酶的催化下进行的。

含有两个组分，组分I和组分II

C影响固氮作用的主要因素：

1c/n比与含氮化合物浓度

2氧气

第三节其他无机元素的生物循环与转化

一、无机元素循环与转化的一般途径

1无机物的有机质化

2含无机元素有机物的分解

3无机物的氧化和还原

4无机物的溶解与沉淀

二、硫素的生物循环与转化

A硫是生物同化

B含硫有机物的分解

C无机硫化物的氧化1无色硫细菌

硫杆菌和丝状硫磺细菌和其他氧化硫的无色细菌

2有色硫细菌

D硫酸盐还原

三、磷素的生物循环与转化

A磷的生物同化

B含磷有机物的分解

C不溶性磷矿物的溶解

D磷酸盐的还原

四、铁的生物循环与转化

A高铁化物的还原和溶解

B亚铁化物的氧化和沉淀

C含铁有机化合物的形成与分解

   第二篇 微生物治理环境

   6第7章 微生物对污染物的降解与转化

（一）课程内容

   本章主要介绍了微生物对污染物的降解与转化的概念、途径和类型。

（二）学习目的与要求

   了解微生物对污染物的降解与转化的概念、途径和类型。

   （三）考核知识点与考核要求

1、领会：

微生物对污染物的降解与转化类型。

   2、掌握：

微生物对污染物的降解与转化途径。

   3、熟练掌握：

微生物对污染物的降解与转化的概念。

第一节概述

一、生物降解与生物转化的概念

复杂有机化合物在微生物作用下转变成结构较简单化合物或被完全分解的过程称为生物降解。

通过微生物代谢导致有机或无机化合物的分子结构发生某种改变，生成新化合物的过程称转化

二．微生物降解转化污染物的巨大潜力

三、有机污染物的可生物降解性

1可生物降解性：

是指化合物被生物降解的可能性及其难易程度.分为可不难三种

2可生物降解性的测定

a基质的可生物氧化率：

以基质（待测的有机污染物）完全彻底氧化所应消耗的理论需氧量为分母，以在微生物作用下分解该基质所消耗的氧量为分子，二者的比值即为该基质的氧化率.常用华氏呼吸仪进行测定。

四、微生物降解污染物的一般途径

1矿化作用

是指有机污染物在一种或多种微生物的作用下彻底分解为co2和h2o和简单的无机化合物如含氮化合物，含磷化合物，含硫化合物和含氯化合物等的过程。

2共代谢作用是指一些难降解的有机化合物不能直接作为碳源或能源物质被微生物利用，当环境中存在其他科利用的碳源或能源时，难降解有机化合物才能被利用，这一的代谢过程称为共代谢作用

五、影响微生物降解转化的生态学因素

1物质的化学结构

2共代谢作用

3环境物理化学因素

4微生物降解或转化污染物后生成的中间体或终产物

第二节微生物对有机污染物的降解

一、石油

1微生物对石油的降解能力

2石油降解的生化途径

3石油降解微生物

4影响石油降解的生态因素a油的物理状态

B温度

C营养物质

D氧气

F共代谢作用及抑减效应

5石油降解微生物的实际应用a石油探查

b石油精炼脱腊，石油微生物的菌体利用

   7第8章　污水的生物处理

（一）课程内容

   本章主要介绍了污水生物处理的基本概念、途径和类型。

（二）学习目的与要求

   了解污水生物处理的基本概念、途径和类型。

   （三）考核知识点与考核要求

   1、领会：

污水生物处理的基本概念和其它无机污染物废水的生物处理。

   2、掌握：

有机污水的生物处理。

   3、熟练掌握：

氮磷污水的生物处理。

第一节概述

一、水体污染及其危害

二、污染物浓度指标及其意义

1全需氧量，TOD是指谁中全部有机物在被彻底氧化成水，co2，no3，so4等无机物过程中所消耗的氧

2化学需氧量COD，指用强氧化剂使污染物氧化说消耗的氧量，所有能被氧化剂氧化的有机物及无机物均包括在内

3生化需氧量或生物化学需氧量BOD，指微生物在足够溶解氧存在的条件下，分解有机物所消耗的氧量。

常用BOD5表示，即5日生化需氧量。

表示在20℃条件下培养5日时的氧的消耗量。

BOD20

4总有机碳TOC，指污水中有机物的总含碳量。

由于有机物都含有碳元素，总含量。

5总磷TP。

指污水中所以含磷化合物的总含磷量，是表示污水被磷污染的综合指标

三、污水排放标准及处理要求

四、污水处理的一般技术途径：

物理，化学生物化学和生物处理法

第二节有机污水的生物处理

一、有机污水生物处理的的基本原理

天然水体受到污染后，在没有人为干预的条件下，可借助水体自身的能力使之得到净化，这种现象称为水体自净。

水体自净过程主要包括稀释，沉降，扩散等物理作用，氧化还原分解絮凝等化学作用和生物降解作用，生物降解是主要动力。

二、好氧生物处理

一）活性污泥法：

是利用含有大量好氧性微生物的活性污泥，在强力通气的条件下使污水净化的生物学方法。

首要地位

1活性污泥的性质和生物相：

活性污泥是一种绒絮状小泥粒，由好氧菌为主体的微型生物群以及胶体、悬浮物等组成

A细菌：

活性絮凝体的作用：

有机物的吸附或粘附及其分解金属离子的吸附

防止原生动物对细菌的吞食

增强污泥的沉降性，有利于泥水分离

B原生动物：

促进絮凝，净化作用，提升作用

C其他微生物：

霉菌

2活性污泥法的工艺流程及微生物过程

第三节氮磷污水的生物处理

一、生物脱氮技术

一）生物脱氮的基本原理

二）硝化—反硝化菌的培养

三）影响硝化-反硝化的因素：

a影响硝化作用的因素：

1硝化菌及污泥龄

2溶解氧

3温度

4PH

5营养物质

6毒物

B影响反硝化作用的因素1营养物质

2溶解氧

3温度

4pH

四）生物脱氮工艺1传统工艺

2缺氧-好氧脱氮工艺（A-O）

3生物脱氮工艺的新进展

二、生物除磷技术

一）生物除磷的基本原理

二）生物除磷工艺中的微生物组成及其特点

三）聚磷菌的培养

四）影响生物除磷的因素1溶解氧/氧化还原电位

2温度

3pH

4硝酸盐与亚硝酸盐浓度

5碳源

6污泥龄

五生物除磷的工艺1厌氧-好氧除磷工艺

2厌氧-缺氧-好氧脱氮除磷（AAO）

   第三篇 微生物污染环境

   8第13章 环境中的致病微生物

（一）课程内容

   本章主要介绍环境中致病微生物的传播、防治和预防。

（二）学习目的与要求

   了解环境中致病微生物的传播、防治和预防。

   （三）考核知识点与考核要求

   1、领会：

环境中致病微生物的预防。

   2、掌握：

环境中致病微生物的防治。

   3、熟练掌握：

环境中致病微生物的传播。

  9 第15章 微生物与水体富营养化

（一）课程内容

   本章主要介绍水体富营养化的基本知识、危害、成因、影响因素、监测指标与评价。

（二）学习目的与要求

   了解水体富营养化的基本知识、危害、成因、影响因素、监测指标与评价。

   （三）考核知识点与考核要求

1、领会：

水体富营养化的监测指标与评价。

   2、掌握：

水体富营养化的基本知识、危害。

   3、熟练掌握：

水体富营养化的成因和影响因素。

第15章

第一节概述

水体富营养化是大量氮，磷等营养物质进入水体，引起蓝细菌、微小藻类及其他浮游生物恶性增殖，最终导致水质急剧下降的一种污染现象。

第二节富营养化水体微生物的动态变化

一、富营养化微生物种群

二、富营养化时微生物的数量变化：

水华和赤潮

第三节水体富营养化的影响及危害

一、自然景观的危害1水体发臭难闻

2透明度降低

二、水体生态及生物的影响1影响水体的溶解氧

2对浮游生物和底栖生物的影响

3对整个生态系统结构和生物分布的影响

4破坏正常的海洋生态系统

5危害人体健康

第四节富营养化成因及影响因素

一、水体富营养化的成因

一般认为，缓流水体中的自养性生物，主要是藻类，通过光合作用，以太阳光能和有机物合成本身的原生质，着就是富营养化过程。

人为因素所致富营养化的主要原因是由于超过水体自净能力的大量有机或无机营养物进入水体。

有机物被微生物矿化分解成无机物，水体中的无机物成为藻类生长的良好营养，使藻类大量生长。

海洋中的富营养化主要有陆源的营养盐输入引起，所以富营养化一般出现在沿岸的浅海和海湾，尤其是河流入海口的海区。

引起富营养化的自然因素可能为能进行固氮作用的微生物，如氮蓝藻

二、富营养化形成的其他影响因素

1季节与气温

2光线

3ph（7-9）

4微生物作用的影响

第五节富营养化监测指标与评价

一、富营养化指标

1物理指标：

水体透明度和水体的营养状态指数

2化学指标：

氮磷

3生物指标

二、富营养化的评价

1富营养化的评价标准：

贫中富

2光合作用于呼吸作用评价水体健康与否

光合作用是指水中藻类原生质的合成作用，呼吸作用是指对藻类原生质的分解作用。

分别以P和R表示，P/R是评价水体健康与否的有用指标

3应用浮游植物群落结构指数评价海域富营养化

   第四篇 微生物环境监测

  10 第16章　环境污染的指示微生物

（一）课程内容

   本章主要介绍环境污染的指示微生物。

（二）学习目的与要求

   了解环境污染的指示微生物的意义。

   （三）考核知识点与考核要求