《环境微生物学》教案.docx
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《环境微生物学》教案
《环境微生物学》教案
第一章绪论
前言
1．微生物学的形成和发展
推测时期
观察时期
培养时期
巴斯德、科赫等的贡献简介
生理学研究时期
2．环境微生物学的形成和发展
第一节、微生物的特点
一、个体小、种类多、分布广、代谢类型多样
二、繁殖快
三、代谢强度大：
四、数量多
五、易变异
第二节、环境微生物学的研究内容
一、自然环境中的微生物生态学研究
二、污染环境中的微生物生态学研究
三、废水、废物的生物处理中的微生物学原理和方法研究
四、环境监测与评价的微生物方法和原理研究
第三节、学习环境微生物的意义
21世纪环境微生物学展望
重点：
微生物、微生物的特点，环境微生物学的主要学习内容和学习方法
第二章、环境中微生物的主要类群
前言
微生物的种类繁多，根据它们的形态、结构以及生理性状等特征，主要归纳如下：
微生物
细胞型
原核微生物
细菌、放线菌、立克次氏体、支原体、衣原体、螺旋体、粘细菌、鞘细菌、蛭弧菌、蓝细菌等
真核微生物
酵母菌、霉菌（真菌）、原生动物、微型藻类等
非细胞型
病毒、类病毒
原核微生物与真核微生物的主要区别
第一节、细菌
细菌是一大群单细胞原核微生物，是微生物学的主要研究对象，也是环境微生物学的讨论重点。
一、细菌的形状和大小
1、 细菌的个体形态（三种主要形态）
2、 菌落的形态（colony）
固体培养基
（1） 细菌在固体琼脂（1.5～2.0％）平板上的菌落特征
（2） 在半固体琼脂（0.3～0.5％）试管培养基中穿刺接种所形成的培养特征
（3） 在明胶试管培养基中穿刺接种所形成的培养特征
二、细菌细胞的结构
细菌细胞结构模式图
1、细胞壁
（1）功能：
（2）结构：
（3）细胞壁与革兰氏染色
染色的历史发展和染色原理
染色方法可分为简单染色法和复染色法之分。
步骤和原理。
革兰氏染色的机理
2、细胞膜
（1） 细胞膜的结构
（2） 功能：
3、细胞核：
细菌的细胞核没有核膜和核仁，没有固定形态，结构简单。
细菌质粒（plasmid），降解质粒。
4、细胞质及其内含物
（1）细胞质：
（2）细胞质内含物：
5、荚膜
（1）类型：
大荚膜、微荚膜、粘液层、粘接物、菌胶团
（2）化学组成
（3） 功能及意义
6、鞭毛：
运动器
细菌的趋光性、趋化性等
7、芽孢：
某些细菌在生长的一定阶段，能形成对不良环境条件具有较强抗性的休眠体。
（1）产芽孢的细菌
（2）芽孢的形态
（3）芽孢的特性，芽孢能耐受不良环境的原因。
三、环境中常见的细菌种类
细菌种类繁多，需依据形态、生理、生化特征及碱基组成百分数等性状加以分类。
根据“伯杰氏细菌鉴定手册”就环境中常见的细菌类群作一简介。
1、 球菌类
2、 杆菌类
3、螺旋菌类
第二节、放线菌
放线菌的发现
一、放线菌的特征
1、 菌体
2、 菌丝：
营养菌丝、气生菌丝、孢子丝
3、 菌落
4、 繁殖：
通过生成分生孢子或孢囊孢子繁殖
二、放线菌的主要类群
链霉菌属、诺卡氏菌属、放线菌属、小单孢菌属、链孢囊菌属。
抗生素
第三节、其它原核微生物
一、立克次氏体（Rickettsia）
二、1、衣原体（Chlamydia）
三、支原体
四、螺旋体
五、粘细菌
六、鞘细菌
缺位、游走子、假分支
七、蛭弧菌（Bdellovibrio）
G-，能攻击其他G-细菌，蛭弧菌在细胞壁和细胞膜之间的周质空间里增殖。
G
八、蓝细菌
第四节、真核微生物
真核微生物主要包括真菌中的酵母菌（yeast）、霉菌，动物中的原生动物和植物中的微型藻类。
一、酵母菌
1、形态：
大多数呈卵圆形，圆形，细胞宽1－5微米，长5－30微米，比细菌细胞大得多。
无性繁殖时，可形成假菌丝。
2、结构：
真核生物与原核生物的区别。
3、繁殖：
无性繁殖和有性繁殖两种方式。
无性繁殖又有芽殖和裂殖两种方式。
有性繁殖是产生子囊孢子。
4、利用
二、霉菌（mold）
主要特征
单细胞菌丝体：
菌丝内无横隔，整个分枝的菌丝体即为一个多核单细胞菌丝体。
如根霉、毛霉、绵霉等
多细胞菌丝体：
菌丝内有横隔将长丝分成许多小段，每一段为一个细胞。
每个细胞含一个或多个核。
如：
曲霉、青霉等。
代表霉菌介绍：
根霉、曲霉、青霉
教学录像：
“微生物在工业上的应用”
三、原生动物
1、纤毛虫类
游泳型
匍匐型
固着型
2、 鞭毛虫类
3、 肉足虫类
4、 吸管虫类
四、微型后生动物
轮虫
线虫
瓢体虫
五、微型藻类
教学录像：
“常见淡水藻类”
第五节、病毒
一、病毒的特征
二、病毒的基本结构
三、病毒的感染过程
四、毒性噬菌体和温和噬菌体
五、病毒的培养和计数
六、环境因子对病毒的影响
七、类病毒
最新进展：
朊病毒
第三章、环境中微生物的生理特性
第一节、微生物的营养
同化作用、异化作用
一、微生物细胞的化学组成
二、微生物必需的营养物质
1、水
2、碳源：
组成细胞蛋白质的骨架，能量的来源。
3、氮源：
组成细胞蛋白质、核酸的重要成分。
4、生长因素：
微生物生长所不可缺少的有机物成为生长因素。
包括：
维生素、氨基酸、嘌呤等。
5、矿质元素（无机盐）
三、微生物的营养类型
营养类型：
光能自养型、光能异养型、化能自养型、化能异养型
四、微生物的培养基
培养基是人工配置的、适于微生物生长繁殖或累积代谢产物的营养基质。
1、 配制原则：
2、培养基类型及应用：
（1）按培养基的成分是否完全了解：
合成培养基、天然培养基
（2）根据培养基的物理状态：
固体培养基、半固体培养基、液体培养基
（3）按培养基的特殊用途：
选择培养基、鉴别培养基、加富培养基
五、物质的运输
营养物质进入细胞的途径：
扩散、促进扩散、主动运输、基团移位等。
第二节、微生物的生长
一、微生物生长的概念
二、测定微生物群体生长的方法
1、测定微生物的数量
（1）显微镜直接计数
（2）稀释平板计数法
（3）滤膜培养计数法
（4）比浊法
2、测定微生物的重量
（1）称重法
（2）定氮法
（3）DNA含量的测定
三、微生物群体生长的规律
生长曲线
1、迟缓期
2、对数期
3、稳定期
4、衰亡期
四、理化因子对微生物生长的影响
温度
氧气：
好氧微生物、厌氧微生物、兼性厌氧微生物
pH
五、消毒与灭菌
1、 物理法
2、 化学法
第三节、微生物的能量代谢
一、化能异养微生物通过对有机物的氧化，产生能量获得ATP
根据最终电子受体（或最终受H体）的不同，可把微生物的呼吸类型分为3类：
发酵：
最终电子受体为有机物，在无氧条件下进行有机物的氧化。
好氧呼吸：
最终电子受体为O2。
无氧呼吸：
最终电子受体为除了O2之外的无机物。
1、发酵：
EMP途径、乙醇发酵
2、好氧呼吸：
TCA循环、乙醛酸循环
3、无氧呼吸：
硝酸盐还原
硫酸盐还原
碳酸盐还原
二、光能利用微生物转化太阳能为化学能、产生ATP
1、 非产氧型的环式光合磷酸化－PSI
2、 产氧型的非环式光合磷酸化－PSII
三、无机物氧化产生ATP
1．氢细菌
2．硝化细菌
亚硝化反应
硝酸化反应
3．硫细菌
第四章、微生物生态
第一节、微生物生态研究中必须注意的几个问题
一、微环境或微生境（Microhabitat）
二、表面环境与附着
三、营养
四、生长速度
五、影响生态系统的群体水平
第二节、环境中微生物群落的组成
一、空气中的微生物
1、室外空气中微生物的数量和分布
2、室内空气中微生物的数量和分布
二、土壤中的微生物
1、 常见类群
2、 分布：
团粒内外分布、垂直分布、地理分布
3、 土壤自净作用
三、陆地水域中的微生物
1、生境
2、特征和类群
3、分布
四、海洋中的微生物
1、 海洋环境特点
2、 海洋细菌特点
3、 分布
4、 微区系
第三节、微生物群落的发展和演替
一、演替及其类型
1、 概念
2、 类型
二、微生物群落的演替实例
1、可溶性有机物进入湖泊时发生的演替
2、土壤形成过程及微生物的演替
3、 落叶的分解及微生物的演替
4、 水田土壤的还原过程
5、 食品腐败和发酵中的微生物演替
6、人与动物肠道中微生物类群的动态变化
第四节、微生物在自然界物质循环中的作用
一、碳素循环
1、 碳素循环的过程
2、 微生物与含碳有机物的分解
3、 水生环境中的碳素循环
二、氮素循环
1、 氮素同化
2、 氨化作用
3、 硝化作用
4、 反硝化作用
5、 固氮作用
固氮微生物的类型、固氮机理
三、硫素循环
1、硫素同化
2、硫素矿化
3、硫素的氧化作用
四、磷素转化
1、 有机磷的矿化作用
2、 难溶性无机磷的可溶化作用
3、 磷的同化作用
第五节、微生物间以及它与其它生物间的相互关系
一、微生物间的相互关系
1、 种间共处
2、 互生
3、 共生
4、 拮抗
5、 竞争
6、 寄生
7、 捕食
二、微生物与高等植物间的相互关系
1、 互生关系
2、 共生关系
根瘤菌
3、寄生关系
三、微生物与人体及动物间的相互关系
1． 互生
2． 共生
3． 寄生
第六节、极端环境中的微生物
一、好热菌
现象，耐热机制，多胺的作用
二、对微生物的冷冲击
现象，机理的探讨
三、抗射线的细菌及其机理
抗射线的细菌，机理的探讨
四、海洋细菌的盐适应机理
第五章、微生物对环境污染和净化的影响
第一节、微生物引起的环境污染问题
一、耗氧有机物对水体的污染
二、耐酸细菌与酸性矿水的污染
三、微生物引起的管道堵塞与厌氧锈蚀
四、微生物引起的硝酸盐还原对人体的影响
1、 引起高铁血红蛋白症
2、 生成亚硝胺
五、汞的生物甲基化
六、砷的还原与甲基化
七、微生物毒素与食品污染
1、 霉菌毒素
2、 细菌毒素
3、 放线菌毒素
4、 藻类毒素
第二节、污染物的微生物降解与转化
一、微生物的化学作用
二、有机污染物的生物降解性
1、 巨大潜力
2、化学结构与生物降解的相关性
主要规律
三、有机污染物的生物降解性的测试方法
1． 测定生物氧化率
2． 测呼吸线
3． 测定相对耗氧速率曲线
4． B/C比
5． COD30
6． 培养法
四、污染物的微生物降解与转化
1、 生物组分的大分子有机物的降解
多糖类、木质素、脂类
2、 烃类
海洋油污的微生物降解及其生态学特点
3、 农药
4、 其他合成有机物的微生物降解与转化
第六章、微生物在环境污染防治中的应用
第一节、废水处理与微生物
一、废水处理的方法
二、废水的污染指标和净化度指标
1、BOD
BOD测定过程的溶解氧变化
2、COD
COD与BOD的关系
三、废水生物处理的原理
1、 天然水体的自净作用
2、 废水生物处理的原理
活性污泥及其特点
四、废水生物处理的类型
1、活性污泥法
主要类型及基本流程
活性污泥中的微生物
2、生物膜法
生物膜微生物特征
净化原理
微生物相
主要处理类型
3、 氧化塘法
净化原理
氧化塘内的生物
4、 厌氧处理法
产沼的生化过程
影响因素
主要构筑物类型
五、废水生物处理技术的新发展
1、 PSB法
PSB及其特点
利用PSB处理高浓度有机废水的方法
2、生物脱氮
生物脱氮的基本原理
生物脱氮系统的基本流程
3、生物除磷
基本原理
生物除磷的工艺
生物除磷系统中应注意的问题
4、污染物高效降解菌的分离和应用
5、土壤毛管净化法
第二节、固体废弃物处理与微生物
一、城市垃圾和剩余污泥处理概况
二、城市垃圾和剩余污泥的生物处理
1、 堆肥法
好氧堆肥
厌氧堆肥
2、 沼气发酵法
第三节、环境监测与微生物
一、粪便污染的指示菌
大肠菌群的指示作用
粪链球菌的指示作用
产气荚膜梭菌的指示作用
二、评价水质的污水生物系统
1、 水生物带体系
2、 污水优势群落生物体系
三、致癌物的微生物检测
Ames试验的原理、方法和效果
四、环境毒物的发光细菌检测法
教学实验
实验一、环境中微生物类群的观察
1、 活体染色
2、 简单染色
3、 革兰氏染色
4、 压滴法观察酵母
5、 青霉、曲霉的形态观察
6、 放线菌插片法观察
实验二、水质的细菌学检验
1、水中细菌总数的检测
2、水中大肠菌群数的检测
实验三、活性污泥和生物膜生物相的观察
1、活性污泥和生物膜生物微生物的显微镜观察及微型动物的计数
2、活性污泥和生物膜中丝状微生物的的鉴别
参观：
1、城市生活污水处理厂
2、工业废水处理站
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