《环境微生物学》课程教学大纲

教研室主任：王仁君 执笔人：曲晓华

一、课程基本信息

开课单位：生命科学学院

课程名称：环境微生物学

课程编号：092021

英文名称：Environmental Microbiology

课程类型：专业基础课（请按我校教学计划安排表中的课程类型进行规范填写，即填写公共基础课、学科基础课、专业基础课、专业方向限选课、专业任选课、公共选修课等）

总 学 时： 99 理论学时：54 实验学时：45

学 分： 3

开设专业：环境科学

先修课程：普通生物学

二、课程任务目标

（一）课程任务

环境微生物学是高等院校环境科学等专业本科生的一门重要专业基础课。学生学习该课程，可以掌握环境领域中的基本生物学原理，也可以掌握在其中起主要作用的微生物学知识，更可为毕业后在环境保护、环境治理等工作实践中不断提高业务能力提供必要的基础。

（二）课程目标

本课程的教学目的在于：

（1）使学生对微生物生命活动基本规律有比较全面、系统的认识，牢固掌握微生物学的基本概念、知识和原理；

（2）使学生学会环境微生物学的基本原理，在科学态度、实验技能、独立科研能力等方面获得初步的训练；

（3）使学生能初步运用所学的基本理论、知识和技能，分析和解决环境污染治理，污染监测等领域的基本微生物学过程。

三、教学内容和要求

（一）理论教学的内容及要求

第1 篇 环境微生物学基础

第一章 绪论

前言

1．微生物学的形成和发展

巴斯德、科赫等的贡献简介

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、环境中的微生物

第一节、细菌

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

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”

二、原生动物

1、纤毛虫类

2、鞭毛虫类

3、肉足虫类

4、吸管虫类

三、微型后生动物

四、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、微生物的生长与代谢

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：

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

2、测定微生物的重量

三、微生物群体生长的规律

生长曲线

四、理化因子对微生物生长的影响

五、消毒与灭菌

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：

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

3．硫细菌

第四章 微生物的遗传与变异

第一节 微生物的遗传

一、 微生物遗传的物质基础

二、 细胞中DNA的复制

三、 RNA与遗传表达

四、 微生物基因表达的调控

第二节 微生物的变异

一、 微生物的变异与基因突变

二、 突变类型

三、 基因突变的机理

四、 DNA损伤的修复

第三节 微生物基因重组

一、 原核微生物的基因重组

二、 真核微生物的基因重组

第四节 人工构建新菌株

一、 诱变育种

二、 原生质体融合

三、 基因工程

第五章、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

二、微生物与高等植物间的相互关系

三、微生物与人体及动物间的相互关系

第五节、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

第六章、微生物在自然界物质循环中的作用

一、碳素循环

二、氮素循环

固氮微生物的类型、固氮机理

三、硫素循环

四、磷素转化

第2篇 微生物治理环境

第七章、微生物对污染物的降解与转化

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

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

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

第八章、污水的生物处理

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

2、生物膜法

3、氧化塘法

4、厌氧处理法

五、废水生物处理技术的新发展

1、PSB法

2、生物脱氮

3、生物除磷

4、污染物高效降解菌的分离和应用

5、土壤毛管净化法

第3篇 微生物污染环境（自学）

环境中的致病微生物

第一节 空气的微生物污染

一、空气中的病原微生物及其传播

二、污水处理与污水灌溉引起的空气污染

三、空气微生物污染的防治措施

第二节 水体的微生物污染

一、水中的病原微生物

二、水中微生物的污染防治

三、医院污水的微生物污染

四、医院污水的无害化处理

五、饮水安全与消毒

第三节 土壤的微生物污染

一、土壤中的病原微生物及其传播

二、土壤生物性污染的预防

第四节 食品的微生物污染

一、几种典型的食品微生物污染

二、食品微生物污染的防治

第五节 医院内感染

一、葡萄球菌

二、链球菌

三、厌氧菌

四、幽门螺杆菌

第六节 血源性感染

一、乙型肝炎病毒

二、丙型肝炎病毒

三、人类免疫缺陷病毒

微生物的代谢产物与环境污染

第一节 微生物毒素的污染与危害

一、细菌毒素

二、放线菌毒素

三、真菌毒素

四、藻类毒素

第二节 微生物一般代谢产物的污染与危害

一、氨

二、硝酸与亚硝酸

三、氮氧化物

四、硫化氢

五、酸性矿水

六、甲基汞

七、羟胺

八、亚硝胺灰

九、腐殖质

十、农药代谢物

十一、气味代谢物

十二、材料的霉腐与损害

微生物与水体富营养化

第一节 概述

第二节 富营养微生物种群

一、富营养化微生物种群

二、富营养化时微生物的数量变化

第三节 水体富营养化的影响及危害

一、自然景观的危害

二、水体生态及生物的影响

第四节 富营养化成因及影响因素

一、水体富营养化的成因

二、富营养化形成的其他影响因素

第五节 富营养化监测指标与评价

一、富营养化指标

二、富营养化的评价

第4篇 微生物监测环境

第十章 环境污染的指示微生物

第一节 一般污染指示微生物

一、细菌总数

二、霉菌和酵母菌总数

第二节 粪便污染指示菌

一、总大肠菌群

二、粪大肠菌群

三、粪链球菌

四、产气荚膜梭菌

五、蛭弧菌

第三节 其他指示微生物

一、致病菌的指示菌

二、肠道病毒的指示微生物

污染物生物毒性的微生物学检测方法

第一节 原核生物检测法

一、发光细菌——细菌生物发光抑制试验

二、硝化细菌——硝化作用抑制试验

第二节 真核微生物检测法

一、藻类——生长抑制试验

二、原生动物——微尺度群落毒性试验

第三节 活性污泥毒性检测法

一、脱氢酶活性试验

二、呼吸抑制试验

第四节 微生物学检测法评价

污染物致突变性的微生物检测方法

第一节 基因突变试验

一、鼠伤寒沙门氏菌/哺乳动物微粒体酶试验

二、发光细菌试验

三、其他基因突变试验

第二节、DNA损伤复试验

一、SOS显色试验

二、聚合酶缺陷型菌株试验

三、重组缺陷型菌株试验

四、溶源性细菌试验

第三节 DNA重组试验

第四节 微生物致突变试验与致癌物的确定

参观：1、城市生活污水处理厂

2、工业废水处理站

（二）实践教学的内容及要求

详见《环境微生物学实验》教学大纲。

四、学时分配

（本项编写要求：按章节简要编写各教学环节的学时分配）

五、考核说明

本课程所采用的考核方法:闭卷考试；

本课程成绩评定的方法:期末考试70%+平时成绩30%。

六、主要教材及教学参考书目

（一）主要教材

本课程选择的教材是王家玲教授主编， 高等教育出版社出版的《环境微生物学》

（第2版），该教材内容不断更新补充，是目前国内较好的一本环境微生物学教材，被全国高等院校广泛采用。

（二）主要参考书目

推荐期刊杂志：《微生物学报》、《微生物学通报》《环境科学学报》