《环境微生物学》讲义大纲

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第21页 共21页环境微生物学讲义 第一章 绪论 前言 1微生物学的形成和发展l 推测时期l 观察时期l 培养时期巴斯德、科赫等的贡献简介l 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 n 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（1.52.0）平板上的菌落特征（2） 在半固体琼脂（0.30.5）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。l 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15微米，长530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 l 游泳型l 匍匐型l 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l 轮虫l 线虫l 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l 温度l 氧气：好氧微生物、厌氧微生物、兼性厌氧微生物l 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：l 硝酸盐还原l 硫酸盐还原l 碳酸盐还原 二、光能利用微生物转化太阳能为化学能、产生ATP1、 非产氧型的环式光合磷酸化PSI2、 产氧型的非环式光合磷酸化PSII 三、无机物氧化产生ATP1氢细菌2硝化细菌l 亚硝化反应l 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 COD306 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、BODBOD测定过程的溶解氧变化2、CODCOD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l 主要类型及基本流程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 净化原理 l 微生物相l 主要处理类型3、 氧化塘法l 净化原理l 氧化塘内的生物4、 厌氧处理法l 产沼的生化过程l 影响因素l 主要构筑物类型 五、废水生物处理技术的新发展1、 PSB法l PSB及其特点l 利用PSB处理高浓度有机废水的方法2、 生物脱氮 l 生物脱氮的基本原理l 生物脱氮系统的基本流程3、生物除磷 l 基本原理l 生物除磷的工艺l 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l 好氧堆肥l 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 l 大肠菌群的指示作用l 粪链球菌的指示作用l 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、工业废水处理站第 21 页 共 21 页