《環(huán)境微生物》教大綱

環(huán)境微生物學教學大綱一、基本信息課程名稱環(huán)境微生物學課程編號ENSE3124英文名稱Environmental Microbiology課程類型本專業(yè)推薦選修課總學時36理論學時36實驗學時0實踐學時0學分2預修課程基礎微生物學適用對象環(huán)境科學專業(yè)課程簡介200字左右環(huán)境微生物學是微生物學在環(huán)境領域的發(fā)展,作為一門橫跨現(xiàn)代微生物學與技術、環(huán)境科學、環(huán)境工程等眾多學科的新興綜合學科,其核心思想是通過環(huán)境中眾多微生物生命活動與環(huán)境和諧共存,達到環(huán)境生態(tài)和諧與可再生資源的合理開發(fā).本課程分為三部分,第一部分介紹有關環(huán)境微生物的基本概念和理論,包括環(huán)境微生物的分類和特征、生理和代謝、遺傳和進化以與生態(tài)規(guī)律和多樣性等；第二部分闡述微生物在環(huán)境污染治理中的作用,包括微生物在污水、廢氣、固體廢棄物與土壤污染的生物治理原理、方法和技術等；第三部分介紹環(huán)境微生物學最新研究進展以與新的技術方法等.二、教學目標與任務本課程是環(huán)境科學專業(yè)的一門重要的專業(yè)推薦選修課程.通過本課程的學習,學生應熟練掌握環(huán)境微生物學中常見術語的名稱和意義,掌握環(huán)境微生物的基礎知識、微生物生態(tài)與環(huán)境生態(tài)工程中的微生物作用原理；理解環(huán)境微生物在污水、廢氣和固體廢棄物處理以與土壤污染修復方面的作用；了解環(huán)境微生物學的最新研究進展以與微生物在環(huán)境工程領域應用的新工藝和新方法；并能利用所學的知識為后續(xù)課程的學習提供基礎.三、學時分配教學課時分配章節(jié)章節(jié)內容講課實驗實踐合計緒論環(huán)境微生物學的發(fā)展、重要概念和研究任務44第一章微生物的生長與其環(huán)境44第二章環(huán)境微生物生態(tài)學44第三章環(huán)境微生物在物質循環(huán)和污染物代謝中的作用66第四章污染控制的微生物學原理66第五章環(huán)境微生物學實驗方法44第六章環(huán)境微生物生物技術44第七章環(huán)境微生物學研究新進展和新技術44合計3636四、教學內容與教學要求緒論 環(huán)境微生物學的發(fā)展、重要概念和研究任務第一節(jié) 環(huán)境微生物學的歷史和發(fā)展1. 人類對環(huán)境微生物的認識；2. 環(huán)境微生物學的形成和發(fā)展；3. 微生物在環(huán)境工程中的應用；4. 環(huán)境微生物生物技術的應用.習題要點：微生物與環(huán)境的關系以與環(huán)境微生物生物技術的應用.第二節(jié) 環(huán)境微生物學的重要概念1. 環(huán)境微生物學的重要概念和專業(yè)術語；2. 環(huán)境微生物的分類；3. 環(huán)境微生物的多樣性；4. 微生物的環(huán)境適應性.習題要點：環(huán)境微生物的概念、分類以與主要特性.第三節(jié) 環(huán)境微生物學的研究任務和意義1. 環(huán)境微生物學的范疇；2. 環(huán)境微生物學的研究內容；3. 環(huán)境微生物學與相關學科的相互滲透和促進；4. 環(huán)境微生物學的研究意義.習題要點：環(huán)境微生物學的主要研究內容和發(fā)展趨勢. 本章重點、難點：重點是環(huán)境微生物學的重要概念和專業(yè)術語以與環(huán)境微生物學的研究內容和意義,難點是微生物在環(huán)境工程中的應用以與環(huán)境微生物生物技術在環(huán)境工程中的應用. 本章教學要求：了解環(huán)境微生物學的形成和發(fā)展,發(fā)展趨勢與研究意義；理解微生物的多樣性和適應性以與在環(huán)境工程中的應用；掌握環(huán)境微生物學相關的概念和術語以與基本特征.第一章 微生物的生長與其環(huán)境第一節(jié)微生物的生長1. 微生物的生長繁殖特征；2. 研究微生物生長的方法；3. 微生物生長繁殖的測定；4. 環(huán)境因素對微生物生長的影響；5. 微生物在自然環(huán)境中的生長.習題要點：微生物的生長繁殖過程；純培養(yǎng)的概念與如何獲得；分批培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)的概念；微生物群體生長的規(guī)律；影響微生物生長的環(huán)境因素；可存活但不可培養(yǎng)微生物的概念.第二節(jié)陸地環(huán)境中的微生物1. 土壤作為微生物的一種環(huán)境；2. 土壤中的微生物；3. 根際微生物.習題要點：土壤中的微生物類群與分布規(guī)律；根際和根際效應的概念；主要的根際微生物類群.第三節(jié)大氣環(huán)境中的微生物1. 空氣中微生物的存活；2. 空氣是傳播微生物的介質；3. 室外空氣中的微生物；4. 室內空氣中的微生物；5. 空氣微生物的衛(wèi)生標準與檢測.習題要點：空氣中微生物的主要類群與檢測方法；闡述空氣不是微生物生存的有利環(huán)境的原因.第四節(jié) 水環(huán)境中的微生物1. 水環(huán)境中的微生物生境；2. 淡水環(huán)境中的微生物；3. 海水環(huán)境中的微生物；4. 河口微生物動態(tài)變化；5. 近海噬藻體的重要功能.習題要點：不同淡水環(huán)境中優(yōu)勢微生物的種類和數(shù)量；闡述自然界潔凈淡水中主要存在一些光能和化能自養(yǎng)微生物的原因；近海噬藻體的主要功能.第五節(jié) 極端環(huán)境中的微生物1. 高溫環(huán)境中的微生物；2. 低溫環(huán)境中的微生物；3. 高鹽環(huán)境中的微生物；4. 高酸環(huán)境中的微生物；5. 高堿環(huán)境中的微生物；6. 高壓環(huán)境中的微生物；7. 高輻射環(huán)境中的微生物.習題要點：極端微生物的概念與主要類群；研究極端微生物的意義. 本章重點、難點：重點是微生物的生長繁殖過程和群體生長的規(guī)律以與影響微生物生長的環(huán)境因素；難點是各種環(huán)境中的主要微生物類群. 本章教學要求：了解各種環(huán)境中的主要微生物類群和可存活但不可培養(yǎng)微生物的概念；理解極端微生物的概念和主要類群以與研究極端微生物的意義；掌握微生物的生長繁殖過程和群體生長的規(guī)律以與影響微生物生長的環(huán)境因素.第二章 環(huán)境微生物生態(tài)學第一節(jié)環(huán)境微生物生態(tài)學概述1. 微生物生態(tài)學的定義和研究內容；2. 生物種群和群落；3. 生態(tài)系統(tǒng)和生物圈；4. 生態(tài)平衡.習題要點：生物種群的概念和基本特征；生態(tài)系統(tǒng)的成分和功能.第二節(jié)微生物之間和與動植物之間的關系1. 濕地的典型微生物生態(tài)作用；2. 微生物與微生物之間的關系；3. 微生物與植物之間的關系；4. 微生物與人和動物之間的關系.習題要點：微生物之間的協(xié)同作用；不同微生物種群之間的關系；根際微生物對植物生長的影響；微生物與動物的關系.第三節(jié)環(huán)境微生物的生物多樣性1. 微生物多樣性；2. 可培養(yǎng)微生物和不可培養(yǎng)微生物.習題要點：微生物多樣性的概念.第四節(jié)環(huán)境微生物基因組信息所展示的生物進化規(guī)律1. 分子系統(tǒng)發(fā)育分析；2. DNA和蛋白質的進化；3. 基因組的生物多樣性；4. 環(huán)境微生物抗生素抗性的生態(tài)規(guī)律.習題要點：利用系統(tǒng)發(fā)育分析闡明物種間的進化關系；基因水平轉移的方式和特點.第五節(jié) 廢水處理中的微生物群落與其分子生態(tài)學分析1. 好氧活性污泥處理的微生物群落；2. 廢水深度處理中的微生物群落.習題要點：微生物脫氮的基本原理. 本章重點、難點：重點是微生物之間的協(xié)同作用,不同微生物種群之間的關系以與根際微生物對植物生長的影響；難點是利用系統(tǒng)發(fā)育分析闡明物種間的進化關系以與微生物脫氮的基本原理. 本章教學要求：了解微生物多樣性的概念以與基因水平轉移的方式和特點；理解如何利用系統(tǒng)發(fā)育分析闡明物種間的進化關系以與微生物脫氮的基本原理；掌握微生物之間的協(xié)同作用,不同微生物種群之間的關系以與根際微生物對植物生長的影響.第三章 環(huán)境微生物在物質循環(huán)和污染代謝中的作用第一節(jié)微生物與物質循環(huán)1. 氧循環(huán)；2. 碳循環(huán)；3. 氮循環(huán)；4. 硫循環(huán)；5. 磷循環(huán)；6. 氫循環(huán)；7. 鐵、錳循環(huán)；8. 其他微量元素的營養(yǎng)學和毒性.習題要點：纖維素和淀粉的好氧和厭氧分解過程以與參與過程的微生物和酶；氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用的概念以與參與其中的微生物.第二節(jié)環(huán)境中微生物與化學物質的相互作用1. 化學不平衡的復雜環(huán)境；2. 微生物對環(huán)境中化學物質狀態(tài)的影響；3. 微生物細胞對環(huán)境中化學物質的響應.習題要點：微生物呼吸代謝的類型和特點.第三節(jié)環(huán)境中微生物與金屬的相互作用1. 環(huán)境中金屬的微生物可利用性；2. 金屬和類金屬的生物甲基化；3. 金屬對微生物細胞的毒性作用；4. 微生物對金屬的抗性和解毒機制；5. 微生物轉化金屬的有益效應和有害效應.習題要點：闡述環(huán)境中微生物對金屬汞的轉化作用.第四節(jié) 環(huán)境微生物的污染物代謝1. 污染物的結構、毒性與微生物降解性之間的關系；2. 影響污染物微生物降解的環(huán)境因素；3. 有機污染物的微生物降解途徑.習題要點：影響微生物對有機污染物降解轉化的因素. 本章重點、難點：重點是微生物在碳循環(huán)和氮循環(huán)中的作用以與微生物呼吸代謝的類型和特點；難點是微生物對金屬的抗性和解毒機制以與微生物對有機污染物的降解轉化過程. 本章教學要求：了解微生物在生態(tài)系統(tǒng)物質循環(huán)中的作用；理解微生物對金屬的抗性和解毒機制以與微生物對有機污染物的降解轉化過程；掌握微生物和酶在碳循環(huán)和氮循環(huán)中的作用以與微生物呼吸代謝的類型和特點.第四章 污染控制的微生物學原理第一節(jié)廢水生物處理的環(huán)境微生物學技術1. 廢水微生物處理的原理；2. 廢水的污染指標與測定方法；3. 活性污泥法；4. 生物膜法；5. 氧化塘法.習題要點：微生物處理污水的作用機理；常用的廢水污染指標與測定方法；活性污泥在結構組成和性質上的特點以與活性污泥法處理廢水的工藝流程；生物膜法處理廢水的工藝；氧化塘凈化污水的機理.第二節(jié)廢水脫氮除磷工藝與原理1. 脫氮除磷的意義；2. 脫氮除磷原理；3. 廢水脫氮除磷工藝；4. 生物脫氮除磷技術的發(fā)展趨勢.習題要點：生物脫氮和生物除磷的基本原理和主要工藝.第三節(jié)厭氧反應器1. 厭氧生物處理的原理；2. 厭氧生物處理法的發(fā)展；3. 升流式厭氧污泥床反應器；4. 厭氧折流反應器.習題要點：好氧處理與厭氧處理在微生物學上的差異；厭氧發(fā)酵的生物化學過程和特點；升流式厭氧污泥床反應器和厭氧折流反應器的工作原理.第四節(jié)微生物在廢氣治理中的應用1. 廢氣的微生物處理方法；2. 處理廢氣的微生物.習題要點：廢氣微生物處理的方法以與處理方法與廢水生物處理的異同.第五節(jié)有機固體廢棄物的生物處理1. 堆制法；2. 厭氧消化法沼氣發(fā)酵；習題要點：堆制處理的特點和與沼氣發(fā)酵的異同；堆制過程人為劃分的時期以與各個時期的特點和參與的微生物.第六節(jié) 微生物在土壤污染控制與修復中的作用1. 有機污染物微生物降解概述；2. 石油污染物的微生物降解；3. 農藥的微生物降解；4. 多氯聯(lián)苯的微生物降解；5. 三氯乙烯的微生物降解；6. 多環(huán)芳烴類化合物的微生物降解；7. 五氯酚的微生物降解；習題要點：微生物降解有機污染物的途徑以與降解條件. 本章重點、難點：重點是微生物處理污水的作用機理、常用的廢水污染指標與測定方法以與微生物降解有機污染物的途徑和降解條件；難點是廢水脫氮除磷過程中生物脫氮和生物除磷的基本原理和主要工藝以與厭氧發(fā)酵的生物化學過程和特點. 本章教學要求：了解廢氣微生物處理的方法和有機固體廢棄物堆制處理的特點以與與沼氣發(fā)酵的異同；理解廢水脫氮除磷過程中生物脫氮和生物除磷的基本原理和主要工藝以與厭氧發(fā)酵的生物化學過程和特點；掌握微生物處理污水的作用機理、常用的廢水污染指標與測定方法以與微生物降解有機污染物的途徑和降解條件.第五章 環(huán)境微生物學實驗方法第一節(jié)環(huán)境微生物取樣和富集1. 培養(yǎng)基的配置與選擇；2. 環(huán)境微生物的取樣；3. 從野外微生物群落到微生物純培養(yǎng)物；4. 活性污泥中細菌的分離和培養(yǎng)；5. 獲得環(huán)境微生物純培養(yǎng)的方法；6. 環(huán)境微生物數(shù)量和生物量的測定方法.習題要點：配制培養(yǎng)基的基本原則；從野外微生物群落獲得微生物純培養(yǎng)物的方法；常用的微生物分離和純化方法；稀釋平板計數(shù)的基本方法.第二節(jié)指示微生物1. 指示微生物的概念；2. 總大腸桿菌；3. 糞大腸菌；4. 糞鏈球菌；5. 產(chǎn)氣莢膜梭菌；6. 異養(yǎng)平板計數(shù)；7. 噬菌體；8. 其他指示微生物.習題要點：指示微生物的概念和常用的指示微生物種類.第三節(jié)顯微技術1. 顯微技術的原理；2. 微生物的形態(tài)和特殊結構的觀察；3. 細菌的簡單染色和革蘭氏染色；4. 應用分子探針和熒光探針顯微技術的原位檢測.習題要點：顯微計數(shù)的基本方法；革蘭氏染色反應的關鍵步驟；革蘭氏染色的重要理論和實踐意義.第四節(jié)生理學和免疫學方法1. 純培養(yǎng)微生物活性測定；2. 適于測定環(huán)境樣品活性方法的選擇；3. 碳呼吸；4. 放射性標記示蹤物摻入細胞大分子；5. 腺苷酸能荷；6. 酶分析.7. 抗體；8. 免疫檢測方法.習題要點：例舉常用的生理學檢測方法和免疫檢測方法. 本章重點、難點：重點是如何根據(jù)實際需要選擇合適的培養(yǎng)基并從野外微生物群落中獲得微生物純培養(yǎng)物以與利用革蘭氏染色鑒定陰性菌和陽性菌；難點是環(huán)境微生物的稀釋平板計數(shù)和顯微計數(shù)的原理和方法. 本章教學要求：了解指示微生物的概念和常用的指示微生物種類以與常用的生理學檢測方法和免疫檢測方法；理解環(huán)境微生物的稀釋平板計數(shù)和顯微計數(shù)的原理和方法；掌握如何根據(jù)實際需要選擇合適的培養(yǎng)基并從野外微生物群落中獲得微生物純培養(yǎng)物以與利用革蘭氏染色鑒定陰性菌和陽性菌.第六章 環(huán)境微生物生物技術第一節(jié)環(huán)境微生物的基因工程1. 基因工程工具酶；2. 環(huán)境微生物核酸的提??；3. 環(huán)境微生物功能基因的克隆與表達；4. 環(huán)境微生物基因工程菌的構建；5. 基因工程菌的環(huán)境污染控制應用.習題要點：從環(huán)境中提取微生物核酸并以此構建目的基因克隆的方法和流程.第二節(jié)環(huán)境微生物的蛋白質工程1. 固定化酶技術在環(huán)境治理中的應用；2. 基因工程抗體與其環(huán)境應用；3. 蛋白質工程疫苗與其環(huán)境意義.習題要點：固定化酶技術在環(huán)境治理中的應用；蛋白質工程疫苗的概念和環(huán)境意義.第三節(jié)環(huán)境微生物的細胞工程1. 細胞融合；2. 固定化微生物在環(huán)境治理中的應用；3. 環(huán)境微生物的單細胞蛋白技術；4. 農業(yè)生物控制中的環(huán)境微生物技術.習題要點：固定化微生物技術在環(huán)境治理中的應用；微生物農藥的概念和實例說明.第四節(jié)環(huán)境微生物的代謝工程1. 微生物胞外多聚物的開發(fā)與應用；2. 微生物能源；3. 微生物采油.習題要點：微生物胞外多聚體的開發(fā)和應用；微生物能源的優(yōu)點和實例說明. 本章重點、難點：重點是從環(huán)境中提取微生物核酸并以此構建目的基因克隆的方法和流程；難點是固定化酶和固定化微生物技術在環(huán)境治理中的應用. 本章教學要求：了解微生物農藥、胞外多聚體和微生物能源的開發(fā)和應用；理解固定化酶和固定化微生物技術在環(huán)境治理中的應用；掌握從環(huán)境中提取微生物核酸并以此構建目的基因克隆的方法和流程.第七章 環(huán)境微生物學研究新進展和新技術第一節(jié)污染物致突變性的微生物檢測方法1. 發(fā)光細菌監(jiān)測法；2. Ames試驗.習題要點：Ames試驗的原理、方法與應用.第二節(jié)環(huán)境微生物的分子生態(tài)技術1. 核酸雜交檢測技術；2. 微生物分子生態(tài)學方法.習題要點：PCR-DGGE與PCR-RFLP檢測功能基因組的異同；如何在屬的水平上鑒別從土壤中分離到的細菌菌株.第三節(jié)環(huán)境微生物傳感器1. 微生物傳感器的結構和功能；2. 微生物傳感器的類型；3. 微生物傳感器在環(huán)境中的應用實例.習題要點：以BOD傳感器為例說明微生物傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的特點.第四節(jié)生物芯片與環(huán)境微生物監(jiān)測1. 生物芯片的工作原理；2. 基因芯片檢測分析環(huán)境樣品的步驟；3. 基因芯片在環(huán)境微生物監(jiān)測中的應用.習題要點：基因芯片的工作原理、檢測分析步驟以與在環(huán)境微生物監(jiān)測中的應用.第五節(jié) 環(huán)境微生物基因組學與蛋白質組學1. 環(huán)境微生物基因組分析；2. #因組學；3. 環(huán)境微生物轉錄組學；4. 轉錄組學常用技術；5. 環(huán)境微生物蛋白質組學；6. 蛋白質組學常用技術.習題要點：基因組學、轉錄組學和蛋白質組學在環(huán)境微生物研究中的作用；土壤#因組文庫構建和分析篩選的方法和操作流程. 本章重點、難點：重點是如何利用PCR技術在屬的水平上鑒別從環(huán)境中分離到的細菌菌株以與利用PCR-DGGE技術分析環(huán)境微生物群落結構組成；難點是基因組學、轉錄組學和蛋白質組學在環(huán)境微生物研究中的作用以與土壤#因組文庫構建和分析篩選的方法和操作流程. 本章教學要求：了解微生物傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的特點和基因芯片的工作原理、檢測分析步驟以與在環(huán)境微生物監(jiān)測中的應用；理解基因組學、轉錄組學和蛋白質組學在環(huán)境微生物研究中的作用以與土壤#因組文庫構建和分析篩選的方法和操作流程；掌握如何利用PCR技術在屬的水平上鑒別從環(huán)境中分離到的細菌菌株以與利用PCR-DGGE技術分析環(huán)境微生物群落結構組成.五、考核方式與要求課堂出勤率、課堂表現(xiàn)與課后作業(yè)完成情況占總成績的40%；期末考試采用閉卷考試方法,題型包括選擇、填空、簡答以與論述題,側重考核學生利用所學知識綜合分析和解決實際問題的能力,考試成績占總成績的60%；總成績由平時成績和考試成績加成得出.六、推薦教材與教學參考書教材：環(huán)境微生物學,趙開弘主編,華中科技大學,2009年,標準書號：ISBN 978-7-5609-5402-8參考書：環(huán)境微生物學英文,Raina M. Maier等編著,劉和、陳堅導讀影印本,科學,2010年,標準書號：ISBN 978-7-03-026112-0環(huán)境生物學,李順鵬主編,中國農業(yè),2002年,標準書號：ISBN 7-109-07652-0環(huán)境微生物學,和文祥、洪堅平主編,中國農業(yè)大學,2002年,標準書號：ISBN 978-7-81117-137-2大綱修訂人：劉娟大綱審定人：修訂日期：2015年4月30日12 / 12