《环境工程微生物学》环境科学与工程学院.docx
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《环境工程微生物学》环境科学与工程学院
理论类课程大纲
课程名称:
环境工程微生物学
一、课程概况
所属专业：
环境工程
开课单位：
环境科学与工程学院
课程类型：
专业方向课程
课程代码：
13412040
开课学期：
4
学分：
3
学时：
51
核心课程：
是
拟使用教材：
1.周群英,王士芬.环境工程微生物学.高等教育出版社（第四版）.2015年。
国内（外）现有教材：
1.沈萍.微生物学.高等教育出版社.2006年；
2．王家玲.环境微生物学.高等教育出版社.2004年；
3.乐毅全,王士芬.环境微生物学（第二版）.化学工业出版社.2011年；
4.史家栋,徐亚同,张圣章.环境微生物学.华东师范大学出版社.1993年；
5.马文漪,杨柳燕.环境微生物工程.南京大学出版社.1998年。
学习参考资料：
1.专著教材类；
2.期刊类；
3.网络资源类以及实际工程案例。
二、课程描述
环境工程微生物学（EnvironmentalEngineeringMicrobiology）是在环境科学和环境工程事业快速发展的基础上应运而生的一门微生物学的分支学科。
它以普通微生物学为基础，在研究微生物学一般规律的同时，着重微生物和环境之间相互作用的规律、微生物活动对环境和人类产生的有益和有害影响以及在环境污染控制工程中有关微生物学原理的研究。
该门课程是环境工程专业本科生的专业方向课程，教学内容分为基本理论、基本应用和基本技能三个方面，学生通过学习掌握微生物的类型、基本形态、结构、生理特性、生长规律、遗传与变异及微生物在自然界物质转化中的作用、微生物在环境工程中的作用，为后续学习《水污染控制工程》和《固废处理与处置》等课程打下良好的基础。
三、课程目标
完成该门课程的学习后，学生应该掌握以下重点内容：
病毒的主要特点、形态特征及病毒的化学组成和结构、病毒的增殖过程；细菌的主要特点、细菌在固体培养基上的特征、细菌的染色原理及方法、放线菌和蓝细菌的主要特点；原生动物的特点和主要种类、真菌的基本特点、酵母菌和霉菌的主要特点和应用；酶的特点、酶的蛋白质本质和结构、酶的分类、生物氧化的特点、过程和分类；微生物的生长曲线各个时期的特点以及在废水生物处理中的应用、微生物生存所需的各种环境因子；微生物的主要遗传物质DNA的结构和复制过程、RNA的存在形态和在遗传过程中的作用、微生物发生变异的原因和类型；土壤生态系统的特点和微生物在土壤中的数量和分布、水体自净过程、应用指示生物划分污染水污化系统的主要特点；碳元素循环的特点和微生物的作用、微生物对主要含碳有机物的分解过程、氮元素循环的特点和微生物参与的含氮物质转化过程；废水生物处理的机理、活性污泥法和生物膜法处理废水的原理和主要微生物的种类及其作用；生物脱氮除磷的基本过程、参与的微生物种类和主要工艺流程；有机固体废弃物和废气生物处理的主要方法和微生物的作用。
四、教学要求
本门课程的教学内容主要包括微生物的类型、基本形态、结构、生理特性、生长规律、遗传与变异及微生物在自然界物质转化中的作用、微生物在环境工程中的作用等，教师的教学必须紧紧围绕这些教学重点和教学难点。
授课教师将按照学校本科教学工作有关要求做好课程教学各项工作，认真备课完成教案与讲稿编写等各项课前准备工作。
授课过程力求概念准确、思路清晰、逻辑性强、重难点突出；同时将结合课程目标要求，做好考核内容设计，并严格按照大纲要求做好出勤率统计、作业评价等各项工作。
为了有效掌握微生物学的基本理论和基础知识，要求学生应加强学业管理，严格自我要求，主动适应课程学习要求，上课不迟到、不早退，认真听讲、做好笔记，不做任何与课堂教学无关事宜，积极与授课教师进行教学互动，同时利用课余时间做好预习、复习、文献查询、文献阅读等工作，主动与同学开展合作学习，按时、独立、认真地完成任课教师布置的各项课程作业。
五、考核方式及要求
为实现课程教学目标，本门课程考核方式：
每学期期末以笔试方式考试，占总评的60%，平时成绩占40%。
其中平时成绩的要求为：
出勤率占10%，点到不少于3次，其中缺席1次，按无成绩计算；随堂测验1次，测验成绩按10%折算后计入总成绩；课程作业1次，按批改成绩10%折算后计入总成绩；教师随堂检查学生课堂笔记记录情况并打分，按10%计入总成绩。
六、课程内容
绪论
（授课时间：
第四学期第一周）
教学目标：
通过绪论的学习，使学生了解环境工程微生物学的研究对象和研究内容；掌握微生物的定义、微生物分类和命名的基本方法、微生物的基本特点及其对环境保护的意义。
教学重点：
微生物的定义、微生物分类和命名的基本方法、微生物的基本特点及其对环境保护的意义。
教学难点：
微生物的定义、微生物分类和命名的基本方法。
学时：
课堂教学2学时。
教学方法：
讲授法。
主要内容：
⑴环境与环境工程面临的问题、可持续发展与微生物⑵环境工程微生物学的研究对象和任务⑶微生物的概述：
微生物的定义、分类和命名、病毒和类病毒、原核微生物与真核微生物、微生物的特点。
学习方法：
面授。
课后作业：
课本P81-6。
第一章：
非细胞结构的超微生物——病毒
（授课时间：
第四学期第一周至第二周）
教学目标：
通过对非细胞结构的超微生物——病毒的学习，了解病毒的形态结构、繁殖特点等基本特征，掌握病毒在水中的存活因素及其在水中的去除。
教学重点：
病毒的生命特征、典型病毒的形态结构、繁殖过程、病毒的溶原性、烈性噬菌体和温和噬菌体等的内涵，病毒的一步生长曲线。
教学难点：
病毒的溶原性、烈性噬菌体和温和噬菌体等的内涵。
学时：
课堂教学3学时。
教学方法：
讲授法。
主要内容：
⑴病毒的一般特征及其分类：
病毒的特点、病毒的分类、类病毒和朊病毒⑵病毒的形态和结构：
病毒的形态和大小、病毒的化学组成和结构⑶病毒的繁殖：
病毒的繁殖过程、噬菌体的溶原性（温和噬菌体、毒性噬菌体）⑷病毒的测定与培养：
病毒的测定、病毒的培养特征、病毒的培养、病毒的培养基⑸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；病毒对物理因素的抵抗力：
温度、光照、干燥程度；病毒对化学因素的抵抗力：
体内灭活、体外灭活、干扰素⑹病毒的危害、对策与应用。
学习方法：
面授。
课后作业：
课本P241-18。
第二章：
原核微生物
（授课时间：
第四学期第二周至第三周）
教学目标：
通过对原核微生物的学习，掌握原核微生物的定义和分类，掌握细菌的形态、大小、结构特点及繁殖、培养特征，了解放线菌、蓝细菌、古细菌等的生理生化特点，掌握原核微生物在环境工程中的作用。
教学重点：
原核微生物的基本特征，细菌的一般结构，革兰氏染色原理及方法，细菌的特殊结构及其在环境科学中的重要应用潜力；放线菌、蓝细菌的基本特征及其它们与细菌的重要区别等。
教学难点：
细菌的特殊结构及其在环境工程中的重要应用潜力；细菌与放线菌、蓝细菌的区别。
学时：
课堂教学5学时。
教学方法：
讲授法。
主要内容：
⑴古菌域：
古菌的形态、细胞结构、代谢、呼吸类型、繁殖方式、生活习性、古菌的分类⑵细菌域：
细菌的个体形态和大小、细胞结构、细菌的培养特征、细菌的物理化学特性、等电点、细菌的染色原理及染色方法、细菌的理化性质与污废水生物处理的关系⑶蓝细菌：
蓝细菌的形态大小、细胞结构及功能、繁殖、生境、代谢、分类、蓝细菌与人类及环境的关系⑷放线菌：
放线菌的形态大小及结构、菌落形态、繁殖、分类⑸其他原核微生物：
立克次氏体、支原体、衣原体、螺旋体。
学习方法：
面授。
课后作业：
课本P601-16。
第三章：
真核微生物
（授课时间：
第四学期第四周至第五周）
教学目标：
通过对真核微生物的学习，了解原生动物、微型后生动物、藻类、真菌等真核微生物的主要种类和基本特点，掌握真核微生物在环境工程中的作用。
教学重点：
原核微生物和真核微生物的主要区别，放线菌和霉菌的异同，原生动物和后生动物的区别，酵母、霉菌的概念和基本特征，真菌、藻类、原生动物和微型后生动物在废水生物处理中的作用，原生动物和微型后生动物作为指示生物的意义等。
教学难点：
放线菌和霉菌的异同，真菌、藻类、原生动物和微型后生动物在废水生物处理中的作用。
学时：
课堂教学4学时。
教学方法：
讲授法。
主要内容：
⑴原生动物：
原生动物的一般特征、细胞结构及功能、营养类型、繁殖、分类、各纲特点及在水体自净和污水生物处理中的作用、原生动物的胞囊⑵微型后生动物：
微型后生动物的典型代表种类（轮虫、线虫、浮游甲壳动物等）的特征及在水体自净和污水生物处理中的作用⑶藻类：
藻类一般特征、分类、各门特征及在水体自净和污水生物处理中的作用⑷真菌：
酵母菌、霉菌、伞菌的形态、结构、繁殖、培养特征、各自代表属。
学习方法：
面授。
课后作业：
课本P871-15。
第四章：
微生物的生理
（授课时间：
第四学期第五周至第七周）
教学目标：
通过对微生物生理的学习，掌握酶和酶促反应的基本知识，熟悉微生物的营养类型，掌握微生物物质代谢和能量代谢的基本知识及其在环境工程中的意义。
教学重点：
酶的概念、酶促反应的基本类型、影响酶促反应的因素，微生物细胞化学组成对微生物增殖代谢的指导意义，物质通过生物膜的主要方式和特点，微生物的主要营养类型，培养基的概念、作用、分类和应用，微生物物质代谢过程及代谢调节机制，微生物产能（呼吸）的主要方式及其特点。
教学难点：
酶促反应动力学，物质跨膜运输的主要方式和特点，无氧呼吸，糖酵解途径与常见产酸发酵类型形成机制。
学时：
课堂教学6学时。
教学方法：
讲授法。
主要内容：
⑴微生物的酶：
酶的组成，重要的辅基和辅酶，酶蛋白的结构，二、三、四级结构的含义，酶的活性中心，酶的分类与命名，酶的催化特性，酶作用专一性的假说，米氏方程，影响酶活力的因素⑵微生物的营养：
微生物细胞的化学组成、微生物的营养物质及营养类型、碳氮磷比、微生物的培养基、营养物进入微生物细胞的方式⑶微生物的能量代谢：
微生物的生物氧化和产能、ATP的生成方式、生物氧化类型与产能代谢、发酵、好氧呼吸，无氧呼吸⑷微生物的合成代谢：
产甲烷菌的合成代谢、化能自养型微生物的合成代谢、光合作用、异养微生物的合成代谢。
学习方法：
面授。
课后作业：
课本P1411-25。
第五章：
微生物生长繁殖与生存因子
（授课时间：
第四学期第七周至第九周）
教学目标：
通过对微生物生长繁殖与生存因子的学习，掌握微生物生长繁殖的基本概念，了解微生物的省行曲线各个时期的特点及其在废水生物处理中的应用，熟悉微生物生存所需要的各种环境因子，以及了解控制和杀灭微生物的方法。
教学重点：
微生物纯培养和混合培养的概念，微生物群体生长规律及其对污水生物处理的指导意义。
教学难点：
连续培养的工作原理，混合微生物群体生长规律及其对污水生物处理的指导意义。
学时：
课堂教学5学时。
教学方法：
讲授法。
主要内容：
⑴微生物的生长繁殖：
生长繁殖的概念、研究微生物生长的方法、分批培养和连续培养、细菌的生长曲线各阶段的特点及影响因素、生长曲线在污（废）水生物处理中的应用⑵微生物的生存因子：
温度、pH、氧化还原电位、溶解氧、太阳辐射、活度与渗透压⑶其它不利环境因子对微生物的影响：
紫外辐射和电离辐射、超声波、重金属、极端温度、灭菌和消毒、极端pH、干燥、有机物、抗生素⑷微生物与微生物之间的关系：
竞争、原始合作、共生、偏害、捕食、寄生⑸菌种的退化、复壮与保藏。
学习方法：
面授。
课后作业：
课本P1771-23。
第六章：
微生物的遗传与变异
（授课时间：
第四学期第九周至第十周）
教学目标：
通过对微生物遗传与变异的学习，了解微生物遗传和变异的基本概念及其意义，掌握微生物主要遗传物质DNA的结构和复制过程，了解DNA的变形和复性过程及其应用，掌握微生物发生变异的原因和变异种类，了解微生物的基因重组现象，了解现代基因工程的基本原理及其在环境工程领域的应用。
教学重点：
遗传信息的传递与表达，基因突变的原因和机制，基因重组的类型，基因工程及其在环境科学与工程中的应用等。
教学难点：
基因突变的原因和机制，基因工程菌的构建。
学时：
课堂教学4学时。
教学方法：
讲授法。
主要内容：
⑴微生物的遗传：
经典转化实验、DNA的结构、基因、遗传信息的传递、DNA的半保留复制、DNA的变性与复性、RNA的结构、遗传密码、蛋白质的合成⑵微生物的变异：
基因突变、突变类型⑶基因重组：
转化、转导、杂交⑷突变体的检测与筛选⑸分子遗传学新技术在环境工程和环境保护中的应用：
遗传工程、基因工程、PCR技术。
学习方法：
面授。
课后作业：
课本P2061-18。
第七章：
微生物的生态
（授课时间：
第四学期第十周至第十一周）
教学目标：
通过生态系统的学习，使学生了解生态系统研究内容；掌握生态系统的定义、生态系统的基本特点及其对环境保护的意义。
教学重点：
水体中微生物的来源、水体的微生物群落、水体自净过程及变化规律、衡量水体自净的指标、污化系统特征、水体有机污染指标、水体富营养化的成因、评价方法与潜在生产力。
教学难点：
水体的微生物群落、水体自净过程及变化规律、衡量水体自净的指标。
学时：
课堂教学4学时。
教学方法：
讲授法。
主要内容：
⑴生态系统⑵土壤微生物生态：
土壤的生态条件，微生物在土壤中的种类、分布及数量，土壤自净、污染土壤的微生物生态、土壤污染与土壤生物修复⑶空气微生物生态：
空气的生态条件，空气微生物的种类、分布及数量，空气的卫生标准及生物洁净技术、空气微生物检测、军团菌⑷水体微生物生态：
水体中微生物的来源、水体的微生物群落、水体自净过程及变化规律、衡量水体自净的指标、污化系统特征、水体有机污染指标、水体富营养化的成因、评价方法与潜在生产力。
学习方法：
面授。
课后作业：
课本P2361-13。
第八章：
微生物在环境物质循环中的作用
（授课时间：
第四学期第十一周至第十三周）
教学目标：
通过微生物在环境物质循环的作用学习，使学生掌握污染物质在环境中循环研究内容；掌握碳循环、氧循环以及硫循环的规律与基本特点及其对环境保护的意义。
教学重点：
碳循环、氧循环及硫循环的过程。
教学难点：
纤维素、半纤维素等物质的转化过程及中间产物。
学时：
课堂教学4学时。
教学方法：
讲授法。
主要内容：
⑴氧循环⑵碳循环：
纤维素、半纤维素、果胶质、淀粉、脂肪、木质素、烃类的转化过程及微生物在其中的作用，脂肪酸的B-氧化⑶氮循环：
蛋白质水解、氨基酸转化（脱氨作用、脱羧作用）、尿素的氨化、硝化作用、反硝化作用、固氮作用⑷硫循环：
含硫有机物的转化、无机硫的转化（硫化作用、反硫化作用）⑸磷循环、铁循环、锰循环和汞循环。
学习方法：
面授。
课后作业：
课本P2681-19。
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
（授课时间：
第四学期第十三周至第十四周）
教学目标：
通过水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理的学习，使学生了解水环境污染控制研究对象和研究内容；掌握污（废）水生物处理工艺，好氧活性污泥的基本概念、处理工艺基本特点。
教学重点：
污（废）水生物处理中的生态系统、活性污泥丝状膨胀的成因及控制对策、厌氧环境中活性污泥和生物膜的微生物群落。
教学难点：
厌氧环境中活性污泥和生物膜的微生物群落。
学时：
课堂教学5学时。
教学方法：
讲授法。
主要内容：
⑴污（废）水生物处理中的生态系统：
好氧活性污泥的组成及性质、好氧性活性污泥中的微生物群落、好氧性活性污泥中微生物的浓度和数量、好氧活性污泥净化废水的作用机理、菌胶团及其作用、原生动物和微型后生动物的作用、好氧活性污泥的培养、好氧生物膜中的微生物群落及其功能、好氧生物膜的净化机理、好氧生物膜的培养、水体自净过程、应用指示生物划分污染水污化系统⑵活性污泥丝状膨胀的成因及控制对策：
活性污泥丝状膨胀及其成因、机理、控制活性污泥丝状膨胀对策⑶厌氧环境中活性污泥和生物膜的微生物群落：
厌氧消化理论及机制、厌氧活性污泥的培养、光合细菌处理高浓度有机废水、含硫酸盐废水的厌氧微生物处理。
学习方法：
面授。
课后作业：
课本P2911-14。
第十章：
污（废）水深度处理和微污染水源水预处理中的微生物学原理
（授课时间：
第四学期第十五周）
教学目标：
通过污废水处理原理的学习，使学生掌握污（废）水深度处理——脱氮、除磷与微生物学原理，微污染水源水预处理中的微生物学原理以及人工湿地有关知识。
教学重点：
脱氮、除磷与微生物学原理，人工湿地中微生物与水生植物净化污（废）水的作用，饮用水的消毒及其微生物学效应。
教学难点：
微生物群落、消毒的有关机理。
学时：
课堂教学4学时
教学方法：
讲授法。
主要内容：
⑴污（废）水深度处理——脱氮、除磷与微生物学原理：
污（废）水脱氮、除磷的目的和意义，天然水体中氮、磷的来源，微生物脱氮、除磷原理及相关微生物群落⑵微污染水源水预处理中的微生物学原理：
微污染水源水预处理的目的和意义、水源水污染源和污染物、微污染水源水微生物预处理工艺及微生物群落、预处理的运行条件⑶人工湿地中微生物与水生植物净化污（废）水的作用：
人工湿地生态系统、人工湿地净化污（废）水的基本原理、人工湿地各组成的功能⑷饮用水的消毒及其微生物学效应：
加氯消毒、臭氧消毒、过氧化氢消毒、紫外辐射消毒、微电解消毒。
学习方法：
面授。
课后作业：
课本P3171-22。
第十一章：
有机固体废弃物与废气的微生物处理及其微生物群落
（授课时间：
第四学期第十六周至第十七周）
教学目标：
通过有机固体废弃物与废气微生物处理及微生物群落的学习，使学生了解有机废物的降解过程及微生物群落分布；掌握有机固体废弃物的降解机理、降解条件、工艺。
教学重点：
好氧堆肥法的机理、好氧堆肥发酵微生物、有机堆肥好氧分解要求的条件、堆肥工艺、厌氧堆肥、垃圾和脱水污泥卫生填埋及其渗滤液处置，含硫恶臭污染物的净化。
教学难点：
垃圾和脱水污泥卫生填埋及其渗滤液处置，废气中挥发性有机污染物的生物处理。
学时：
课堂教学3学时。
教学方法：
讲授法。
主要内容：
⑴有机固体废弃物的微生物处理方法及其微生物群落：
有机固体废弃物的来源、好氧堆肥法的机理、好氧堆肥发酵微生物、有机堆肥好氧分解要求的条件、堆肥工艺、厌氧堆肥、垃圾和脱水污泥卫生填埋及其渗滤液处置⑵废气的生物处理：
含硫恶臭污染物的净化，废气中NH3、CO2和CH4的净化、废气中挥发性有机污染物的生物处理。
学习方法：
面授。
课后作业：
课本P3281-8。
第十二章：
微生物学新技术在环境工程中的应用
（授课时间：
第四学期第十七周）
教学目标：
通过微生物学新技术在环境工程中的应用的学习，使学生了解微生物学新技术研究内容；以及新技术在环境工程中的应用及其对环境保护的意义。
教学重点：
固定化酶和固定化细胞在环境工程中的应用，微生物细胞外多聚物的开发与应用及优势菌种与微生物制剂的开发与应用。
教学难点：
酶制剂的剂型、酶的提取、酶的纯化步骤、固定化酶和固定化微生物的固定方法，优势菌种与微生物制剂的开发。
学时：
课堂教学2学时。
教学方法：
讲授法。
主要内容：
⑴固定化酶和固定化细胞在环境工程中的应用：
酶制剂的剂型、酶的提取、酶的纯化步骤、固定化酶和固定化微生物的固定方法、固定化酶和固定化微生物在环境工程中的应用及前景⑵微生物细胞外多聚物的开发与应用：
生物表面活性剂和生物乳化剂的开发与应用、微生物自身絮凝和沉淀作用、微生物絮凝剂和沉淀剂的开发和应用⑶优势菌种与微生物制剂的开发与应用⑷微生物能源的开发与利用。
学习方法：
面授。
课后作业：
课本P3431-11。
七、课程内容调整说明
1、“污水处理工艺流程”部分内容调整至专业核心课程水污染控制工程进行。
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