《環(huán)境微生物學(xué)》講義大綱

編號：時間：2021年x月x日書山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟頁碼：第21頁 共21頁環(huán)境微生物學(xué)講義   第一章 緒論   前言 1微生物學(xué)的形成和發(fā)展l         推測時期l         觀察時期l         培養(yǎng)時期巴斯德、科赫等的貢獻簡介l         生理學(xué)研究時期2環(huán)境微生物學(xué)的形成和發(fā)展  第一節(jié)、微生物的特點 一、個體小、種類多、分布廣、代謝類型多樣二、繁殖快三、代謝強度大：四、數(shù)量多五、易變異  第二節(jié)、環(huán)境微生物學(xué)的研究內(nèi)容 一、自然環(huán)境中的微生物生態(tài)學(xué)研究二、污染環(huán)境中的微生物生態(tài)學(xué)研究三、廢水、廢物的生物處理中的微生物學(xué)原理和方法研究四、環(huán)境監(jiān)測與評價的微生物方法和原理研究  第三節(jié)、學(xué)習(xí)環(huán)境微生物的意義  n         21世紀(jì)環(huán)境微生物學(xué)展望  重點：微生物、微生物的特點，環(huán)境微生物學(xué)的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法     第二章、環(huán)境中微生物的主要類群   前言   微生物的種類繁多，根據(jù)它們的形態(tài)、結(jié)構(gòu)以及生理性狀等特征，主要歸納如下：    微生物  細(xì)胞型原核微生物細(xì)菌、放線菌、立克次氏體、支原體、衣原體、螺旋體、粘細(xì)菌、鞘細(xì)菌、蛭弧菌、藍細(xì)菌等真核微生物酵母菌、霉菌（真菌）、原生動物、微型藻類等非細(xì)胞型  病毒、類病毒  原核微生物與真核微生物的主要區(qū)別  第一節(jié)、細(xì)菌   細(xì)菌是一大群單細(xì)胞原核微生物，是微生物學(xué)的主要研究對象，也是環(huán)境微生物學(xué)的討論重點。  一、細(xì)菌的形狀和大小1、  細(xì)菌的個體形態(tài)（三種主要形態(tài)）2、  菌落的形態(tài)（colony）固體培養(yǎng)基（1）    細(xì)菌在固體瓊脂（1.52.0）平板上的菌落特征（2）    在半固體瓊脂（0.30.5）試管培養(yǎng)基中穿刺接種所形成的培養(yǎng)特征（3）    在明膠試管培養(yǎng)基中穿刺接種所形成的培養(yǎng)特征  二、細(xì)菌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)模式圖1、細(xì)胞壁（1）功能：（2）結(jié)構(gòu)：（3）細(xì)胞壁與革蘭氏染色染色的歷史發(fā)展和染色原理染色方法可分為簡單染色法和復(fù)染色法之分。步驟和原理。革蘭氏染色的機理2、細(xì)胞膜（1）    細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)（2）    功能：3、細(xì)胞核：細(xì)菌的細(xì)胞核沒有核膜和核仁，沒有固定形態(tài)，結(jié)構(gòu)簡單。l                 細(xì)菌質(zhì)粒（plasmid），降解質(zhì)粒。  4、細(xì)胞質(zhì)及其內(nèi)含物 （1）細(xì)胞質(zhì)：（2）細(xì)胞質(zhì)內(nèi)含物：5、莢膜（1）類型：大莢膜、微莢膜、粘液層、粘接物、菌膠團（2）化學(xué)組成（3）     功能及意義6、鞭毛：運動器細(xì)菌的趨光性、趨化性等  7、芽孢：某些細(xì)菌在生長的一定階段，能形成對不良環(huán)境條件具有較強抗性的休眠體。（1）產(chǎn)芽孢的細(xì)菌（2）芽孢的形態(tài)（3）芽孢的特性，芽孢能耐受不良環(huán)境的原因。  三、環(huán)境中常見的細(xì)菌種類 細(xì)菌種類繁多，需依據(jù)形態(tài)、生理、生化特征及堿基組成百分?jǐn)?shù)等性狀加以分類。根據(jù)“伯杰氏細(xì)菌鑒定手冊”就環(huán)境中常見的細(xì)菌類群作一簡介。1、  球菌類2、  桿菌類3、螺旋菌類  第二節(jié)、放線菌 放線菌的發(fā)現(xiàn)  一、放線菌的特征1、  菌體2、  菌絲：營養(yǎng)菌絲、氣生菌絲、孢子絲3、  菌落4、  繁殖：通過生成分生孢子或孢囊孢子繁殖  二、放線菌的主要類群鏈霉菌屬、諾卡氏菌屬、放線菌屬、小單孢菌屬、鏈孢囊菌屬?？股?#160; 第三節(jié)、其它原核微生物   一、立克次氏體（Rickettsia）二、1、衣原體（Chlamydia）三、支原體四、螺旋體五、粘細(xì)菌六、鞘細(xì)菌缺位、游走子、假分支 七、蛭弧菌（Bdellovibrio）G-，能攻擊其他G-細(xì)菌，蛭弧菌在細(xì)胞壁和細(xì)胞膜之間的周質(zhì)空間里增殖。G八、藍細(xì)菌  第四節(jié)、真核微生物   真核微生物主要包括真菌中的酵母菌(yeast)、霉菌，動物中的原生動物和植物中的微型藻類。一、酵母菌1、形態(tài)：大多數(shù)呈卵圓形，圓形，細(xì)胞寬15微米，長530微米，比細(xì)菌細(xì)胞大得多。無性繁殖時，可形成假菌絲。2、結(jié)構(gòu)：真核生物與原核生物的區(qū)別。3、繁殖：無性繁殖和有性繁殖兩種方式。無性繁殖又有芽殖和裂殖兩種方式。有性繁殖是產(chǎn)生子囊孢子。4、利用 二、霉菌（mold）主要特征²        單細(xì)胞菌絲體：菌絲內(nèi)無橫隔，整個分枝的菌絲體即為一個多核單細(xì)胞菌絲體。如根霉、毛霉、綿霉等²        多細(xì)胞菌絲體：菌絲內(nèi)有橫隔將長絲分成許多小段，每一段為一個細(xì)胞。每個細(xì)胞含一個或多個核。如：曲霉、青霉等。代表霉菌介紹：根霉、曲霉、青霉  教學(xué)錄像：“微生物在工業(yè)上的應(yīng)用”  三、原生動物1、 纖毛蟲類 l         游泳型l         匍匐型l         固著型2、  鞭毛蟲類3、  肉足蟲類4、  吸管蟲類  四、微型后生動物l         輪蟲l         線蟲l         瓢體蟲  五、微型藻類教學(xué)錄像：“常見淡水藻類”    第五節(jié)、病毒   一、病毒的特征二、病毒的基本結(jié)構(gòu)三、病毒的感染過程四、毒性噬菌體和溫和噬菌體五、病毒的培養(yǎng)和計數(shù)六、環(huán)境因子對病毒的影響七、類病毒最新進展：朊病毒  第三章、環(huán)境中微生物的生理特性   第一節(jié)、微生物的營養(yǎng)同化作用、異化作用  一、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成二、微生物必需的營養(yǎng)物質(zhì)1、水2、碳源：組成細(xì)胞蛋白質(zhì)的骨架，能量的來源。3、氮源：組成細(xì)胞蛋白質(zhì)、核酸的重要成分。4、生長因素：微生物生長所不可缺少的有機物成為生長因素。包括：維生素、氨基酸、嘌呤等。5、礦質(zhì)元素（無機鹽）  三、微生物的營養(yǎng)類型營養(yǎng)類型：光能自養(yǎng)型、光能異養(yǎng)型、化能自養(yǎng)型、化能異養(yǎng)型  四、微生物的培養(yǎng)基培養(yǎng)基是人工配置的、適于微生物生長繁殖或累積代謝產(chǎn)物的營養(yǎng)基質(zhì)。1、  配制原則：2、培養(yǎng)基類型及應(yīng)用：（1）按培養(yǎng)基的成分是否完全了解：合成培養(yǎng)基、天然培養(yǎng)基（2）根據(jù)培養(yǎng)基的物理狀態(tài)：固體培養(yǎng)基、半固體培養(yǎng)基、液體培養(yǎng)基（3）按培養(yǎng)基的特殊用途：選擇培養(yǎng)基、鑒別培養(yǎng)基、加富培養(yǎng)基  五、物質(zhì)的運輸營養(yǎng)物質(zhì)進入細(xì)胞的途徑：擴散、促進擴散、主動運輸、基團移位等。  第二節(jié)、微生物的生長   一、微生物生長的概念二、測定微生物群體生長的方法1、測定微生物的數(shù)量（1）顯微鏡直接計數(shù)（2）稀釋平板計數(shù)法（3）濾膜培養(yǎng)計數(shù)法（4）比濁法2、測定微生物的重量（1）稱重法（2）定氮法（3）DNA含量的測定  三、微生物群體生長的規(guī)律生長曲線1、遲緩期2、對數(shù)期3、穩(wěn)定期4、衰亡期  四、理化因子對微生物生長的影響l         溫度l         氧氣：好氧微生物、厭氧微生物、兼性厭氧微生物l         pH  五、消毒與滅菌1、  物理法2、  化學(xué)法  第三節(jié)、微生物的能量代謝   一、化能異養(yǎng)微生物通過對有機物的氧化，產(chǎn)生能量獲得ATP根據(jù)最終電子受體（或最終受H體）的不同，可把微生物的呼吸類型分為3類：發(fā)酵：最終電子受體為有機物，在無氧條件下進行有機物的氧化。好氧呼吸：最終電子受體為O2。無氧呼吸：最終電子受體為除了O2之外的無機物。  1、發(fā)酵：EMP途徑、乙醇發(fā)酵2、好氧呼吸：TCA循環(huán)、乙醛酸循環(huán)3、無氧呼吸：l         硝酸鹽還原l         硫酸鹽還原l         碳酸鹽還原  二、光能利用微生物轉(zhuǎn)化太陽能為化學(xué)能、產(chǎn)生ATP1、  非產(chǎn)氧型的環(huán)式光合磷酸化PSI2、  產(chǎn)氧型的非環(huán)式光合磷酸化PSII  三、無機物氧化產(chǎn)生ATP1氫細(xì)菌2硝化細(xì)菌l         亞硝化反應(yīng)l         硝酸化反應(yīng)3硫細(xì)菌  第四章、微生物生態(tài)   第一節(jié)、微生物生態(tài)研究中必須注意的幾個問題   一、微環(huán)境或微生境（Microhabitat）二、表面環(huán)境與附著三、營養(yǎng)四、生長速度五、影響生態(tài)系統(tǒng)的群體水平  第二節(jié)、環(huán)境中微生物群落的組成 一、空氣中的微生物1、室外空氣中微生物的數(shù)量和分布2、室內(nèi)空氣中微生物的數(shù)量和分布二、土壤中的微生物1、  常見類群2、  分布：團粒內(nèi)外分布、垂直分布、地理分布3、  土壤自凈作用三、陸地水域中的微生物1、生境2、特征和類群3、分布四、海洋中的微生物1、  海洋環(huán)境特點2、  海洋細(xì)菌特點3、  分布4、  微區(qū)系  第三節(jié)、微生物群落的發(fā)展和演替   一、演替及其類型1、  概念2、  類型二、微生物群落的演替實例1、可溶性有機物進入湖泊時發(fā)生的演替2、土壤形成過程及微生物的演替3、  落葉的分解及微生物的演替4、  水田土壤的還原過程5、  食品腐敗和發(fā)酵中的微生物演替6、 人與動物腸道中微生物類群的動態(tài)變化   第四節(jié)、微生物在自然界物質(zhì)循環(huán)中的作用 一、碳素循環(huán)1、  碳素循環(huán)的過程2、  微生物與含碳有機物的分解3、  水生環(huán)境中的碳素循環(huán)二、氮素循環(huán)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類型、固氮機理三、硫素循環(huán)1、硫素同化2、硫素礦化3、硫素的氧化作用四、磷素轉(zhuǎn)化1、  有機磷的礦化作用2、  難溶性無機磷的可溶化作用3、  磷的同化作用  第五節(jié)、微生物間以及它與其它生物間的相互關(guān)系   一、微生物間的相互關(guān)系1、  種間共處2、  互生3、  共生4、  拮抗5、  競爭6、  寄生7、  捕食二、微生物與高等植物間的相互關(guān)系1、  互生關(guān)系2、  共生關(guān)系根瘤菌 3、寄生關(guān)系三、微生物與人體及動物間的相互關(guān)系1  互生2  共生3  寄生  第六節(jié)、極端環(huán)境中的微生物 一、好熱菌現(xiàn)象，耐熱機制，多胺的作用二、對微生物的冷沖擊現(xiàn)象，機理的探討三、抗射線的細(xì)菌及其機理抗射線的細(xì)菌，機理的探討四、海洋細(xì)菌的鹽適應(yīng)機理  第五章、微生物對環(huán)境污染和凈化的影響   第一節(jié)、微生物引起的環(huán)境污染問題 一、耗氧有機物對水體的污染二、耐酸細(xì)菌與酸性礦水的污染三、微生物引起的管道堵塞與厭氧銹蝕四、微生物引起的硝酸鹽還原對人體的影響1、  引起高鐵血紅蛋白癥2、  生成亞硝胺五、汞的生物甲基化六、砷的還原與甲基化七、微生物毒素與食品污染1、  霉菌毒素2、  細(xì)菌毒素3、  放線菌毒素4、  藻類毒素  第二節(jié)、污染物的微生物降解與轉(zhuǎn)化   一、微生物的化學(xué)作用二、有機污染物的生物降解性1、  巨大潛力2、 化學(xué)結(jié)構(gòu)與生物降解的相關(guān)性 主要規(guī)律三、有機污染物的生物降解性的測試方法1  測定生物氧化率2  測呼吸線3  測定相對耗氧速率曲線4  B/C比5  COD306  培養(yǎng)法四、污染物的微生物降解與轉(zhuǎn)化1、  生物組分的大分子有機物的降解多糖類、木質(zhì)素、脂類2、  烴類海洋油污的微生物降解及其生態(tài)學(xué)特點3、  農(nóng)藥4、  其他合成有機物的微生物降解與轉(zhuǎn)化  第六章、微生物在環(huán)境污染防治中的應(yīng)用   第一節(jié)、廢水處理與微生物 一、廢水處理的方法  二、廢水的污染指標(biāo)和凈化度指標(biāo)1、BODBOD測定過程的溶解氧變化2、CODCOD與BOD的關(guān)系  三、廢水生物處理的原理1、  天然水體的自凈作用2、  廢水生物處理的原理活性污泥及其特點   四、廢水生物處理的類型1、活性污泥法l         主要類型及基本流程l         活性污泥中的微生物 2、生物膜法l         生物膜微生物特征 l         凈化原理 l         微生物相l(xiāng)         主要處理類型3、  氧化塘法l         凈化原理l         氧化塘內(nèi)的生物4、  厭氧處理法l         產(chǎn)沼的生化過程l         影響因素l         主要構(gòu)筑物類型  五、廢水生物處理技術(shù)的新發(fā)展1、  PSB法l       PSB及其特點l       利用PSB處理高濃度有機廢水的方法2、 生物脫氮 l         生物脫氮的基本原理l         生物脫氮系統(tǒng)的基本流程3、生物除磷 l         基本原理l         生物除磷的工藝l         生物除磷系統(tǒng)中應(yīng)注意的問題4、污染物高效降解菌的分離和應(yīng)用5、土壤毛管凈化法  第二節(jié)、固體廢棄物處理與微生物   一、城市垃圾和剩余污泥處理概況二、城市垃圾和剩余污泥的生物處理1、  堆肥法l         好氧堆肥l         厭氧堆肥2、  沼氣發(fā)酵法  第三節(jié)、環(huán)境監(jiān)測與微生物   一、糞便污染的指示菌  l         大腸菌群的指示作用l         糞鏈球菌的指示作用l         產(chǎn)氣莢膜梭菌的指示作用  二、評價水質(zhì)的污水生物系統(tǒng)1、  水生物帶體系2、  污水優(yōu)勢群落生物體系  三、致癌物的微生物檢測Ames試驗的原理、方法和效果  四、環(huán)境毒物的發(fā)光細(xì)菌檢測法  教學(xué)實驗   實驗一、環(huán)境中微生物類群的觀察1、  活體染色2、  簡單染色3、  革蘭氏染色4、  壓滴法觀察酵母5、  青霉、曲霉的形態(tài)觀察6、  放線菌插片法觀察  實驗二、水質(zhì)的細(xì)菌學(xué)檢驗1、水中細(xì)菌總數(shù)的檢測2、水中大腸菌群數(shù)的檢測  實驗三、活性污泥和生物膜生物相的觀察1、活性污泥和生物膜生物微生物的顯微鏡觀察及微型動物的計數(shù)2、活性污泥和生物膜中絲狀微生物的的鑒別  參觀：1、城市生活污水處理廠2、工業(yè)廢水處理站第 21 頁 共 21 頁