Environmental Microbiology

课程编码：21A62007 学分：3.0 课程类别：专业基础课（必修）

计划学时：48 其中讲课：48 实验或实践：0 上机：0

适用专业：环境工程

推荐教材：周群英、王士芬编著，《环境工程微生物学》（第三版），高等教育出版社, 2008年

参考书目：

1、王家玲、李顺鹏编，《环境微生物学》（第二版），高等教育出版社, 2003年

2、周德庆编著，《微生物学教程》，高等教育出版社, 1999年

课程的教学目的与任务

通过课程教学，使学生掌握微生物学的基本理论和基础知识，重点关注对环境工程极有意义的古菌、极端环境微生物；掌握微生物及先进的分子生物学、分子遗传学技术在环境工程中的应用；能够应用微生物基础知识分析和解决工程中出现的各类问题。

课程的基本要求

1、通过本门课程的学习，要求学生掌握微生物的基本概念与特征；

2、掌握好氧菌、厌氧菌在水污染治理中的作用与微生物代谢中酶的作用；掌握微生物的生长繁殖及生长曲线在生态环境与污染物生化处理中的作用；

3、了解微生物的遗传和变异的初步知识；

4、熟悉微生物在自然界各类物质循环和转化中所起到的作用；

5、熟悉废水、废气和固废污染治理中的基本微生物学原理和主要微生物群落。

各章节授课内容、教学方法及学时分配建议（含课内实验）

绪论 建议学时：2

[教学目的与要求]掌握微生物及其类群、特点、分类命名；了解微生物的发展史和微生物在环境保护与环境处理之中的重要地位及作用。

[教学重点与难点] 使学生了解微生物在环境保护与环境处理之中的重要地位及作用。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 环境与环境工程面临的问题、可持续发展与微生物

第二节 环境工程微生物学的研究对象和任务

一、环境工程微生物学的研究对象

二、环境工微生物学的研究任务

第三节 微生物的概述

一、微生物的分类和命名

二、病毒和类病毒

三、原核微生物与真核微生物

四、微生物的特点

第一章 非细胞结构的超微生物——病毒 建议学时：2

[教学目的与要求] 掌握病毒的特点；了解病毒的形态和结构。

[教学重点与难点] 使学生了解掌握病毒繁殖过程；病毒对物理化学等因素的抵抗力；以及病毒危害与应用。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 病毒的一般特征及其分类

一、病毒的特点

二、病毒的分类

三、类病毒和朊病毒

第二节 病毒的形态和结构

一、病毒的形态和大小

二、病毒的化学组成和结构

第三节 病毒的繁殖

一、病毒的繁殖过程

二、噬菌体的溶原性

第四节 病毒的测定与培养

一、病毒的测定

二、病毒的培养特征

三、病毒的培养基

四、病毒的培养

第五节 病毒对物理、化学因素、抗生素的抵抗力及在污水处理过程中的去除效果

一、病毒对物理因素的抵抗力

二、病毒对化学因素的抵抗力

三、病毒对抗生素的抵抗力

四、病毒在环境中的存活和污水处理过程中对病毒的去除效果

第六节 病毒的危害、对策与应用

一、病毒的危害与对策

二、病毒的应用

第二章 原核微生物 建议学时：5

[教学目的与要求] 掌握细菌、蓝细菌、放线菌的个体形态与大小，细胞结构及培养特征。

[教学重点与难点] 细菌、蓝细菌的特点和研究意义。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 古菌域

一、古菌的特点

二、古菌的分类

三、环境保护和环境工程领域研究古菌的意义

第二节 细菌域

一、细菌的个体形态与大小

二、细菌的细胞结构

三、细菌的培养特征

四、细菌的物理化学特性

五、细菌的物理化学性质与污（废）水生物处理的关系

第三节 蓝细菌

一、蓝细菌的形态大小

二、蓝细菌的细胞结构及其功能

三、蓝细菌的繁殖

四、蓝细菌的生境

五、蓝细菌的代谢

六、蓝细菌的分类

七、蓝细菌与人类及环境的关系

第四节 放线菌

一、放线菌的形态、大小和结构

二、放线菌的菌落形态

三、放线菌的繁殖

四、放线菌的分类

第五节 其他原核微生物

一、立克次氏体

二、支原体

三、衣原体

四、螺旋体

第三章 真核微生物 建议学时：4

[教学目的与要求] 掌握原生动物的分类及各纲特征；了解轮虫、线虫等特征及应用。掌握藻类、酵母菌、霉菌、伞菌的分类及特征。

[教学重点与难点] 原生动物的特点和在污水处理中的应用。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 原生动物

一、原生动物的一般特征

二、原生动物的分类及各纲简介

三、原生动物的胞囊

第二节 微型后生动物

一、轮虫

二、线虫

三、寡毛类动物

四、浮游甲壳动物

五、苔藓虫、拟水螅

第三节 藻类

一、藻类的一般特征

二、藻类的分类及各门特征简介

三、 藻类的分布及用途

第四节 真菌

一、酵母菌

二、霉菌

三、 伞菌

第四章 微生物的生理 建议学时：7

[教学目的与要求] 掌握酶的分类及其催化特性；了解微生物的组成；掌握微生物的能量代谢和合成代谢的特征；了解其他代谢途径。

[教学重点与难点] 营养物进入微生物细胞的方式；几种能量代谢过程。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 微生物的酶

一、酶的组成

二、酶蛋白的结构

三、酶的活性中心

四、酶的分类与命名

五、酶的催化特性

六、影响酶促反应速率（或酶活力）的因素

第二节 微生物的营养

一、微生物细胞的化学组成

二、微生物的营养物及营养类型

三、碳氮磷比

四、微生物的培养基

五、营养物进入微生物细胞的方式

第三节 微生物的能量代谢

一、微生物的生物氧化和产能

二、生物氧化类型与产能代谢

三、三种生物氧化类型比较（以葡萄糖为例）

四、其他代谢途径

五、 微生物发光机制与其应用

第四节 微生物的合成代谢

一、产甲烷菌的合成代谢

二、化能自养型微生物的合成代谢

三、光合作用

四、异养微生物的合成代谢

第五章 微生物的生长繁殖与生存因子 建议学时：4

[教学目的与要求] 掌握细菌的生长曲线和生存因子的影响；了解研究微生物生长的方法；掌握不利生存因子对微生物的影响；了解微生物之间的六种关系。

[教学重点与难点] 细菌的生长曲线；各种不利生存因子对微生物的影响。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 微生物的生长繁殖

一、微生物的生长繁殖的概念

二、研究微生物生长的方法

三、细菌生长曲线在污（废）水生物处理中的应用

四、微生物生长量的测定方法

第二节 微生物的生存因子

一、温度

二、pH

三、氧化还原电位

四、溶解氧

五、太阳辐射

六、活度与渗透压

七、表面张力

第三节 其他不利环境因子对微生物的影响

一、紫外辐射和电离辐射对微生物的影响

二、超声波对微生物的影响

三、重金属对微生物的毒害

四、极端温度对微生物的影响

五、极端pH对微生物的影响

六、干燥对微生物的影响

七、一些有机物对微生物的影响

八、抗生素对微生物的影响

第四节 微生物与微生物之间的关系

一、竞争关系

二、原始合作关系

三、共生关系

四、偏害关系

五、捕食关系

六、寄生关系

第五节 菌种的退化、复壮与保藏

一、菌种的退化和复壮

二、 菌种的保藏

第六章 微生物的遗传和变异 建议学时：4

[教学目的与要求] 掌握DNA的结构与复制；DNA的变性与复性；了解微生物的遗传密码；掌握基因重组的三种方法；了解分子遗传学新技术的实际应用。

[教学重点与难点] DNA的结构与复制以及DNA的变性与复性；PCR技术在环境工程中的应用。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 微生物遗传

一、遗传和变异的物质基础——DNA

二、DNA的结构和复制

三、DNA的变性和复性

四、RNA

五、遗传密码

六、微生物生长与蛋白质合成、

七、微生物的细胞分裂

第二节 微生物的变异

一、变异的实质——基因突变

二、 突变的类型

第三节 基因重组

一、杂交

二、转化

三、转导

第四节 突变体的检测与筛选

一、突变体的检测

二、突变体的筛选

第五节 分子遗传学新技术在环境工程与环境保护中的应用

一、遗传工程在环境保护中的应用

二、基因工程技术在环境保护中的应用

三、PCR技术在环境工程中的应用

四、分子遗传学的综合技术用于环境微生物鉴定和种群动态分析

第七章 微生物的生态 建议学时：4

[教学目的与要求] 掌握生态系统的定义；熟悉土壤、空气、水体微生物生态。

[教学重点与难点] 土壤、空气、水体微生物生态。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 生态系统

一、生态系统和生物圈

二、生态平衡

三、 生态系统的分类

第二节 土壤微生物生态

一、土壤的生态条件

二、微生物在土壤中的种类、数量与分布

三、土壤自净和污染土壤的微生物生态

四、土壤污染与土壤生物修复

第三节 空气微生物生态

一、空气的生态条件

二、空气微生物的种类、数量和分布

三、空气微生物的卫生标准及生物洁净技术

四、空气微生物检测

五、军团菌病

第四节 水体微生物生态

一、水体中微生物的来源

二、水体的微生物群落

三、水体自净和污染水体的微生物生态

四、水体富营养化

第八章 微生物在环境物质循环中的作用 建议学时：4

[教学目的与要求] 掌握氧循环、碳循环、氮循环；了解硫循环、磷循环、铁循环、锰循环等。

[教学重点与难点] 硝化作用、反硝化作用、固氮作用等。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 氧循环

第二节 碳循环

一、纤维素的转化

二、半纤维素的转化

三、果胶质的转化

四、淀粉的转化

五、脂肪的转化

六、木质素的转化

七、烃类物质的转化

第三节 氮循环

一、蛋白质水解与氨基酸转化

二、尿素的氨化

三、硝化作用

四、反硝化作用

五、固氮作用

六、其他含氮物质的转化

第四节 硫循环

一、含硫有机物的转化

二、无机硫的转化

第五节 磷循环

一、含磷化合物的转化

二、 无机磷化合物的转化

第六节 铁循环

第七节 锰循环

第八节 汞循环

第九章 水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理 建议学时：4

[教学目的与要求] 掌握好氧活性污泥法、好氧生物膜法；了解活性污泥丝状膨胀的成因。

[教学重点与难点] 好氧活性污泥法；控制活性污泥丝状膨胀的对策。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 污水生物处理中的生态系统

一、好氧活性污泥法

二、 好氧生物膜法

第二节 活性污泥丝状膨胀的成因及控制对策

一、活性污泥丝状膨胀的成因

二、 控制活性污泥丝状膨胀的对策

第三节 厌氧环境中活性污泥和生物膜的微生物群落

一、厌氧消化——甲烷发酵

二、光合细菌处理高浓度有机废水

三、 含硫酸盐废水的厌氧微生物处理

第十章 污（废）水深度处理和微污染水预处理中的微生物学原理 建议学时：4

[教学目的与要求] 掌握脱氮、除磷的原理及工艺；掌握水的消毒方法；了解人工湿地生态系统的基本特征。

[教学重点与难点] 脱氮、除磷的原理及工艺。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 污水深度处理——脱氮、除磷与微生物学原理

一、污（废）水脱氮、除磷的目的和意义

二、天然水体中氮、磷的来源

三、微生物脱氮原理、脱氮微生物及脱氮工艺

四、微生物除磷原理、除磷微生物及其工艺

第二节 微污染水源水预处理中的微生物学原理

一、微污染水源水预处理的目的和意义

二、水源水污染源和污染物

三、微污染水源水微生物预处理及微生物群落

第三节 人工湿地中微生物与水生植物净化污（废）水的作用

一、人工湿地生态系统

二、人工湿地净化污（废）水的基本原理

三、人工湿地各组成的功能

四、人工湿地生态系统处理污（废）水的效果

第四节 饮用水的消毒与其微生物学效应

一、水消毒的重要性

二、 水的消毒方法

第十一章 有机固体废物与废气的微生物处理及其微生物群落 建议学时：2

[教学目的与要求] 掌握堆肥法；了解固废处理系统微生物的基本特征。

[教学重点与难点] 堆肥法的类型和原理。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 有机固体废物与废气的微生物处理及其微生物群落

一、堆肥法

二、 垃圾和脱水污泥卫生填埋及其渗滤液处置

第二节 废气的生物处理

一、废气的处理方法

二、 几种典型废气的微生物处理方法

第十二章 微生物学新技术在环境工程中的应用 建议学时：2

[教学目的与要求] 掌握酶的提取、酶的纯化步骤、固定化酶和固定化微生物的固定化方法、微生物自身絮凝和沉淀作用；了解固定化酶和固定化微生物在环境工程中的应用及前景、微生物能源等。

[教学重点与难点] 固定化酶和固定化细胞等固定化方法

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 固定化酶和固定化细胞在环境工程中的应用

一、酶制剂剂型

二、酶的提取

三、酶的纯化步骤

四、固定化酶和固定化微生物的固定化方法

五、固定化酶和固定化微生物在环境工程中的应用及前景

第二节 微生物细胞外多聚物的开发与应用

一、生物表面活性剂和生物乳化剂的开发与应用

二、微生物自身絮凝和沉淀作用

三、微生物絮凝剂和沉淀剂的开发与应用

四、微生物絮凝剂和沉淀剂的作用原理

第三节 优势菌种与微生物制剂的开发与应用

一、优势菌种

二、优势菌种的筛选步骤和菌剂制备

三、微生物制剂的应用

四、微生物制剂的用法

第四节 微生物能源的开发与应用

一、微生物能源的种类

二、产生氢气的微生物

三、 微生物产氢燃料电池

撰稿人：韩雪梅 审核人：国伟林