《环境微生物学与实验》教学大纲.docx

环境微生物学与实验教学大纲一、 课程及教师基本信息课程名称（中/英文）环境微生物学与实验/ Environmental Microbiology and Laboratory学分3总学时68是/否含实验（实践）教学环节是实验（实践）教学环节学时34课程编号21014969周学时3课程性质专业必修授课对象2016级环境工程本科授课教室2202授课时间周二18:00先修课程要求无任课教师信息姓名郑祥职称教授办公时间及地点:环境学院246办公室办公电话： 邮箱地址：助教信息姓名：无助教办公（答疑或辅导）时间：习题课地点、时间：助教联系电话、邮箱地址：考核方式平时考核占总考核比例（ 50 %）考核类型课程作业研讨交流期中考试占总考核比例25 %25 % %期末考核占总考核比例（ 50 %）请写明具体的考核形式，如开卷考试、闭卷考试、论文写作等。强调诚信考试。注1：平时考核（ %）课程作业（ %）+研讨交流（ %）+期中考核（ %）； 2：平时考核应占总成绩的40-70%。二、 任课教师简介郑祥，中国人民大学环境学院教授，博士生导师。研究领域：研究方向为膜分离技术与水环境系统的公共卫生安全研究，目前研究主要集中水处理系统中病原微生物的强化去除及其风险控制。先后主持国家自然科学基金、国家科技支撑计划子课题、国家水重大专项子课题、霍英东教育基金优选资助课题等多项课题。发表论文105篇，在Water Res.，J. Membr. Sci., Che. Eng. J等SCI期刊发表论文50余篇（其中第一/通讯作者26篇，最高影响因子10.597， H指数为13）。教学经历：自2005年在中国人民大学从教以来，本人先后承担了环境学基础、环境生物学与实验、微生物学与实验多门本科学科基础课程等。社会兼职：国际水协(IWA)中国青年委员会委员；国际水协(IWA)非常规水资源工作委员会委员；国际水协(IWA) 膜技术专家委员会中国分委会委员；全国膜分离标准化技术委员会委员；中国膜工业协会专家委员会委员；教育部膜与水处理技术工程研究中心技术委员会委员；中国环境科学学会水处理与回用专业委员会委员；中文核心期刊工业水处理、水处理技术编委。荣誉奖励：2008年入选北京科技新星，2012年入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”， 2016年入选环境保护部“青年拔尖人才”。在教学领域，2006年 荣获“嘉诚奖教金”；2010年荣获“中国人民大学教学优秀奖”，2015年荣获“中国人民大学教学标兵”等荣誉。三、课程简介课程梗概：微生物是地球上微小生物的总称, 对人类的生存和社会发展有着重大的影响。另一方面, 微生物是最简单的生命体而又具有高等生物的基本生命过程, 是研究生命现象的基本模式生物, 生命科学中的许多重大发现、重大理论和技术的突破和证实均来自对微生物的研究。因此,微生物学课程历来都是环境科学专业本科生的必修基础课。本课程内容主要包含微生物的形态结构、生理生化、生长繁殖、遗传变异、生态分布、传染免疫、分类鉴定以及微生物与其他生物的相互关系及其多样性。教学目标：了解微生物学科的发展前沿、热点和问题，使学生牢固掌握微生物学的基本理论和基础知识，了解微生物的基本特性及其生命活动规律，为学生今后的学习及工作实践打下宽厚的基础。课程特点：微生物学涉及的内容博大精深，学科的飞速进步也使得相关知识更新和积累的速度不断加快, 教学内容的更新贯穿教学全程而非个别章节。学生能够很快接触研究前沿, 自始至终感受到微生物在自然界中的中心作用以及在人类生活中的重要性, 增强学习的兴趣和求知欲。四、学习要求与建议包括预习、复习、课堂讨论（或实验（实践）操作）、课外交流、作业和文献阅读等自主学习、课堂（或实验（实践）教学环节）纪律、课程考核等方面的要求与建议。1. 按照课程教学进度提前进行相关材料的阅读，将有助于更准确有效地理解课堂讲授的内容，形成与教师的思维默契和课堂的良性互动。2. 及时复习每一堂课程的内容，不仅要回顾和消化该堂课的概念、知识、理论方法，还有与已学过的内容建立联系。3.同时课堂还会布置课外研读材料，它们都是教学要求范围，也会与后续教学内容有关，应及时完成课后学习，以免影响后续学习。课外自主学习内容将通过课堂抽查和研讨方式进入平时作业考核范畴。4. 在课堂中应积极提问、回答问题、参与研讨，学生在课堂互动研讨中的参与热情和参与深度，将作为研讨交流表现纳入平时成绩考核。讨论中的对错不重要，积极思考，勇于交流就是好的表现。5. 课程将布置若干案例作业，学生在课程学习期间自主选题，每个学生写篇小报告并在课题做15分钟的报告，纳入作业考核范围。6.课堂不会专门点名，但当你旷课时，会通过课堂表现和课堂中对课外学习的抽查等途径影响你的平时成绩。7.本课程期末考试按惯例，侧重于考核学生的综合掌握和应用能力，历史统计表明成绩偏低，如果要取得好的成绩，应按上述要求和建议完成相关学习内容和学习环节，争取好的平时成绩，否则可能将严重影响其课程总评成绩。五、教学进度、内容和要求按教学周进行描述。如：第一周：3学时第一讲：绪论1 微生物的发现【课堂教学内容与要求】：通过本章的课堂教学，引导学生走进微生物世界，了解微生物是什么？做什么？ 【课外学习内容与要求】：试根据微生物的特点，谈谈为什么说微生物既是人类的敌人，更是人类的朋友。【实验（实践）学习内容与要求】第二周：3学时第二讲 绪论2 微生物学的建立与发展【课堂教学内容与要求】：通过本章的课堂教学，引导学生了解微生物与人类的特殊关系；明确微生物学作为一门独立学科在生命科学发展中的重要作用和地位；展望未来，激发学生的学习兴趣和明确肩负的重任。【课外学习内容与要求】： 【实验（实践）学习内容与要求】第三周：3学时第三讲 纯培养和显微技术1 微生物的分离和纯培养【课堂教学内容与要求】：向学生介绍进行微生物学研究的基本技术，即无菌技术、纯种分离技术、培养技术，使他们了解微生物学的基本研究方法和研究手段，为后面介绍其他微生物学相关知识打下基础。【课外学习内容与要求】：为什么说Koch等建立的微生物纯培养技术是微生物学建立与发展的基石？一般可用哪些方法获得微生物的纯培养？【实验（实践）学习内容与要求】第四周：3学时第四讲 纯培养和显微技术2 显微镜和显微技术【课堂教学内容与要求】：向学生介绍进行微生物学研究的显微技术，使他们了解微生物学的基本研究方法和研究手段，为后面介绍其他微生物学相关知识打下基础。【课外学习内容与要求】：微生物的最显著特征就是个体微小，通常只能通过 显微镜进行观察。试列举在显微观察中通过改变样品的反差以改善观察效果的技术及方法。【实验（实践）学习内容与要求】第五周：3学时第五讲 微生物类群与形态1 真细菌【课堂教学内容与要求】：通过本章的课堂教学，学习细菌的基本结构特点和生活特性，了解微生物的多样性。【课外学习内容与要求】：试根据细菌细胞结构的特点，分析并举例说明为什么它们能在自然界中分布广泛。细菌在繁殖方式上各有什么特点？【实验（实践）学习内容与要求】第六周：3学时第六讲 微生物类群与形态2 古生菌【课堂教学内容与要求】：通过本章的课堂教学，学习古生菌的基本结构特点和生活特性，了解微生物的多样性。【课外学习内容与要求】：古生菌在繁殖方式上有什么特点？【实验（实践）学习内容与要求】第七周：3学时第七讲 微生物类群与形态3 真核微生物-霉菌【课堂教学内容与要求】：通过本章的课堂教学，学习真核微生物-霉菌的基本结构特点和生活特性，了解微生物的多样性。【课外学习内容与要求】：霉菌在繁殖方式上有什么特点？【实验（实践）学习内容与要求】第八周：3学时第八讲 微生物类群与形态4 真核微生物-酵母菌【课堂教学内容与要求】：通过本章的课堂教学，学习真核微生物-酵母菌的基本结构特点和生活特性，了解微生物的多样性。【课外学习内容与要求】：酵母在繁殖方式上有什么特点？ 【实验（实践）学习内容与要求】第九周：3学时第九讲 微生物的营养 微生物的营养要求,培养基【课堂教学内容与要求】：通过本章的课堂教学，使学生了解微生物营养类型的特点及多样性，以及根据不同微生物各自的营养要求，配制相应的培养基对微生物培养的理论知识，为今后对微生物的研究与利用打下基础。【课外学习内容与要求】：比较营养物质进入微生物细胞的几种方式的特点。 【实验（实践）学习内容与要求】第十周：3学时第十讲 微生物的代谢 生物产能代谢,微生物次级代谢【课堂教学内容与要求】：通过本章的课堂教学，使学生了解微生物代谢类型的特点及多样性。【课外学习内容与要求】：不同营养类型的微生物在不同条件下产生ATP和还原力的方式与特点。 【实验（实践）学习内容与要求】第十一周：3学时第十一讲 微生物的生长繁殖及其控制1 生物生长的测定,细菌的群体生长繁殖【课堂教学内容与要求】：通过本章的课堂教学，使学生了解微生物生长繁殖的规律，掌握微生物生长的测定方法。【课外学习内容与要求】：细菌的生长繁殖与高等动植物的有哪些异同？其典型生长曲线可分几期，其划分依据是什么？ 【实验（实践）学习内容与要求】第十二周：3学时第十二讲 微生物的生长繁殖及其控制2 微生物生长繁殖的控制【课堂教学内容与要求】：通过本章的课堂教学，使学生了解各种物理、化学因素对微生物生长的影响。【课外学习内容与要求】 【实验（实践）学习内容与要求】第十三周：3学时第十三讲 病毒1 发现和研究历史,毒粒的性质【课堂教学内容与要求】：通过本章的课堂教学，使学生了解病毒，包括噬菌体、动植物病毒等的生活周期。【课外学习内容与要求】 【实验（实践）学习内容与要求】第十四周：3学时第十四讲 病毒2 病毒的复制,病毒的非增殖性感染【课堂教学内容与要求】：通过本章的课堂教学，使学生掌握反映病毒生长繁殖规律的一步生长曲线的原理和实验方法，及有关病毒非增殖性感染特别是噬菌体溶原性反应的基本概念。【课外学习内容与要求】 ：结合一步生长曲线分析病毒的特点，并与细菌进行比较。【实验（实践）学习内容与要求】第十五周：3学时第十五讲 微生物遗传 遗传的物质基础,微生物的基因组结构【课堂教学内容与要求】：通过本章的课堂教学，使学生了解细菌的染色体基因组及染色体外的遗传因子（质粒和转座子）的结构和基本特点，掌握微生物基因突变、遗传的基本规律，并在此基础上了解微生物菌种保藏的基本理论和实验方法。【课外学习内容与要求】 ：自然遗传转化与人工转化之间有什么关系?为什么在一般情况下它们转化质粒的成功率有如此大的差别?【实验（实践）学习内容与要求】第十六周：3学时第十六讲 微生物与基因工程 基因工程工具酶,微生物与克隆载体【课堂教学内容与要求】：通过本章的课堂教学，使学生了解微生物学在基因工程技术的建立与发展中的重要意义，了解并掌握基因工程的基本过程和基本技术。【课外学习内容与要求】 ：基因工程的基本步骤是怎样的？其中哪些需涉及到微生物的参与？为什么说微生物学不仅为基因工程提供了理论基础，同时也提供了操作技术？【实验（实践）学习内容与要求】第十七周：3学时第十七讲 水处理微生物学 微生物在水处理中的应用【课堂教学内容与要求】：通过本章的课堂教学，使学生了解饮用水、废水生物处理的微生物学原理。【课外学习内容与要求】 ：试论微生物与水体富营养化作用，你认为对此类污染该如何进行防治？【实验（实践）学习内容与要求】六、推荐教材及阅读文献（包括按章节提供必读文献和参考文献）教材：（1）微生物学(第8版)，沈萍，陈向东，高等教育出版社，2016参考教材：（1）“Brocks Biology of Microorganism 14TH”， Michael T. Madigan John M. Martinko Jack Parker，Prentice Hall，2014（2） Brock微生物生物学（第11版） ，马迪根，马丁克，著，李明春，杨文博主译，科学出版社,2009（ 3）“Prescotts Microbiology, 10 TH”， Willey ，Sherwood LM ，Woolverton CJ， McGraw-Hill Higher Education，2016（ 4）“微生物学 中文版（第5版）Microbiology(fifth edition)（美）Lansing M. Prescott John P. Harley Donald A. Klein沈萍 彭珍荣 主译 高等教育出版社 2003年七、实验课教学环节：环境微生物学与实验本科生实验实验地点：环境学院红楼102实验室实验时间：20162017学年春季学期周二8:0011:30上课人数：20人。主要开展下列实验内容：实验序号实验名称实验一环境微生物的检测，灭菌器皿的准备，无菌操作技术实验二培养基的配制，灭菌的原理和应用实验三微生物的分离纯化实验四细菌染色的基本技术实验五微生物大小的测定与计数实验六噬菌体效价测定课程负责人（签字）： 基层教学组织（教研室）负责人（签字）： 学院（系）、部主管领导（签字）： 学院（系）、部（盖章） _年_月_日 环境微生物学与实验教学大纲一、课程基本信息课程名称（中文）环境微生物学与实验（英文）Environmental Microbiology and Laboratory课程编号21014969课程性质专业必修先修课程无授课对象2016级环境工程本科总学分（课时）68其中：理论教学课时51其中：实验教学课时34课程简介微生物是地球上微小生物的总称, 对人类的生存和社会发展有着重大的影响。另一方面, 微生物是最简单的生命体而又具有高等生物的基本生命过程, 是研究生命现象的基本模式生物, 生命科学中的许多重大发现、重大理论和技术的突破和证实均来自对微生物的研究。因此,微生物学课程历来都是环境科学专业本科生的必修基础课。环境微生物学实验主要任务是使学生掌握研究与应用环境微生物的主要方法与技术，包括经典的、常规的、以及现代的方法与技术。通过实验学习微生物的形态结构、生理生化、生长繁殖、遗传变异、生态分布、传染免疫、分类鉴定以及微生物与其他生物的相互关系及其多样性在环境领域的应用。教学目标了解微生物学科的发展前沿、热点和问题，使学生牢固掌握微生物学的基本理论和基础知识，了解微生物的基本特性及其生命活动规律。通过实验课程的学习，使学生具有适应于从事相关学科的基础理论研究与实际生产应用的微生物学实验技能；使学生将理性知识与感性认识有机地结合，将书本知识用于实验，在实验中更深地理解基础理论，提高学生的综合能力与创新意识；逐步使学生认识微生物的基本特性，比较它们与其它生物的相似和不同之处，知道如何研究微生物以及对研究中所出现的问题点样分析，并加以解决。二、教师基本信息教师信息姓名郑祥职称教授办公时间及地点：环境学院246办公室办公电话、邮箱地址：助教信息姓名助教办公（答疑或辅导）时间邮箱地址三、实验项目序号实验项目名称实验场所实验周次实验课时分组人数实验一 环境微生物的检测，灭菌器皿的准备，无菌操作技术环境学院红楼102实验室32人一组实验二 培养基的配制，灭菌的原理和应用3实验三 微生物的分离纯化3实验四 细菌染色的基本技术3实验五 微生物大小的测定与计数3实验六 噬菌体效价测定3四、实验安排实验一环境微生物的检测实验任务（目标）1. 证明实验室环境与体表存在微生物。2. 比较来自不同场所与不同条件下细菌的数量和类型。3. 观察不同类群微生物的菌落形态特征。4. 体会无菌操作的重要性。实验原理平板培养基含有细菌生长所需要的营养成分，当取自不同来源的样品接种于培养基上，在合宜温度下培养，1-2天内每一菌体即能通过很多次细胞分裂而进行繁殖，形成一个可见的细胞群体的集落，称为菌落。每一种细菌所形成的菌落都有它自己的特点，例如菌落的大小，表面干燥或湿润、隆起或扁平、粗糙或光滑，边缘整齐或不整齐，菌落透明或半透明或不透明，颜色以及质地疏松或紧密等。因此，可通过平板培养来检查环境中细菌的数量和类型。实验内容 实验室环境和人体表面微生物的检查放线菌形态的观察霉菌的形态观察酵母菌的形态观察及死活细胞的鉴别实验二 培养基的配制实验任务（目标） 1. 明确培养基的配制原理。2.通过对基础培养基的配制，掌握配制培养基的一般方法和步骤。3通过对高氏号培养基的配制、掌握配制合成培养基的一般方法。4通过对分离真菌的马丁氏(Martin)培养基配制、掌握选择培养基的配制方法，并确选择的原理。 实验原理牛肉膏蛋白胨培养基是一种应用最广泛和最普通的细菌基础培养基，有时又称为普通培养基，由于这种培养基中含有一般细菌生长繁殖所需要的最基本的营养物质，所以可供作微生物生长繁殖之用。基础培养基含有牛肉膏，蛋白胨和NaCl。其中牛肉膏为微生物提供碳源、能源、磷酸盐和维生素，蛋白胨主要提供氮源和维生素，而NaCl提供无机盐。由于这种培养基多用于培养细菌，因此要用稀酸或稀碱将其pH调至中性或微碱性，以利于细菌的生长繁殖。高氏号培养基是用来培养和观察放线菌形态特征的合成培养基。如果加入适量的抗菌药物(如各种抗生素、酚等)，则可用来分离各种放线菌。此合成培养基的主要特点是含有多种化学成分已知的无机盐，这些无机盐可能相互作用而产生沉淀。此外，合成培养基有的还要补加微量元素。马丁氏培养基是一种用来分离真菌的选择性培养基。这种培养基的特点是培养基中加入的孟加拉红和链霉素能有效的抑制细菌和放线功菌的生长，而对真菌无抑制作用，因而真菌在这种培养基上可以得到优势生长，从而达到分离真菌的目的。 实验内容牛肉膏蛋白胨培养基的制备高氏号培养基的制备马丁氏培养基的制备实验三 微生物的分离与纯化实验任务（目标）掌握倒平板的方法和几种常用的分离纯化微生物的基本操作技术。实验原理从混杂的微生物群体中获得只含有某一种或某一株微生物的过程称为微生物的分离与纯化。常用的方法有：1).简易单细胞挑取法; 2).平板分离法。 土壤是微生物生活的大本营，它所含微生物无论是数量还是种类都是极其丰富的。因此土壤是微生物多样性的重要场所，是发掘微生物资源的重要基地，可以从中分离、纯化得到许多有价值的菌株。实验内容微生物的分离与纯化实验四 细菌染色的基本技术（A）细菌的简单染色法实验任务（目标）1.学习微生物涂片、染色的基本技术，掌握细菌的简单染色法。2.初步认识细菌的形态特征。3.巩固显微镜(油镜)的使用方法和无菌操作技术。实验原理简单染色法是利用单一染料对细菌进行染色的一种方法。此法操作简便，适用于菌体一般形状和细菌排列的观察。常用碱性染料进行简单染色，这是因为：在中性、碱性或弱酸性溶液中，细菌细胞通常带负电荷，而碱性染料在电离时，其分子的染色部分带正电荷(酸性染料电离时，其分子的染色部分带正电荷)，因此碱性染料的染色部分很容易与细菌结合使细菌着。染色后的细菌细胞与背景形成鲜明的对比，在显微镜下更易于识别。常用作简单染色的染料有：美蓝、结晶紫、碱性复红等。当细菌分解糖类产酸使培养基pH下降