微生物的培养与应用范文
时间：2024-01-03 17:50:27
导语：如何才能写好一篇微生物的培养与应用，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
例1（2009年安徽理综卷）下列是关于“检测土壤中细菌总数”实验操作的叙述，其中错误的是（）
A．用蒸馏水配制牛肉膏蛋白胨培养基，经高温、高压灭菌后倒平板
B．取104、105、106倍的土壤稀释液和无菌水各0.1mL，分别涂布于各组平板上
C．将实验组和对照组平板倒置，37℃恒温培养24～48小时
D．确定对照组无菌后，选择菌落数在300以上的实验组平板进行计数
解析：确定对照组无菌后，选择菌落数在30～300的进行计数，求其平均值，再通过计算得出土壤中细菌总数。
点拨：配置培养基时，要用无菌水，不能用自来水，以防止杂菌污染，同时防止自来水中的其他物质影响培养基的成分。
例2（2009年宁夏理综卷）（1）在大肠杆菌培养过程中，除考虑营养条件外，还要考虑______、______和渗透压等条件。由于该细菌具有体积小、结构简单、变异类型容易选择、______、______等优点，因此常作为遗传学研究的实验材料。
（2）在微生物培养操作过程中，为防止杂菌污染，需对培养基和培养皿进行______（消毒、灭菌）；操作者的双手需要进行清洗和______；静止空气中的细菌可用紫外线杀灭，其原因是紫外线能使蛋白质变性，还能______。
（3）若用稀释涂布平板法计数大肠杆菌活菌的个数，要想使所得估计值更接近实际值，除应严格操作、多次重复外，还应保证待测样品稀释的______。
（4）通常，对获得的纯菌种还可以依据菌落的形状、大小等菌落特征对细菌进行初步的______。
（5）培养大肠杆菌时，在接种前需要检测培养基是否被污染。对于固体培养基应采用的检测方法是______。
（6）若用大肠杆菌进行实验，使用过的培养基及其培养物必须经过______处理后才能丢弃，以防止培养物的扩散。
解析：（1）大肠杆菌具有体积小、结构简单、变异类型容易选择、易培养、生活周期短等优点，培养过程中，除考虑营养条件外，还要考虑温度、酸碱度和渗透压等条件。
（2）灭菌是指使用强烈的理化因素杀死物体内外所有的微生物，对培养基和培养皿要进行灭菌。消毒是指使用较为温和的物理或化学方法仅杀死物体表面或内部一部分对人体有害的微生物，对操作者的双手需要进行清洗和消毒。紫外线能使蛋白质变性，还能损伤DNA的结构。
（3）稀释涂布平板法是将菌液进行一系列的梯度稀释，然后将不同稀释度的菌液分别涂布到琼脂固体培养基的表面，进行培养，应保证样品稀释的比例适合。
（4）对获得的纯菌种还可以依据菌落的形状、大小等菌落特征对细菌进行初步的鉴定。
（5）培养大肠杆菌时，在接种前需要检测培养基是否被污染。对于固体培养基应采用的检测方法是将未接种的培养基在适宜的温度下放置适宜的时间，观察培养基上是否有菌落产生。
（6）因为有的大肠杆菌会释放一种强烈的毒素，并可能导致肠管出现严重症状，使用过的培养基及其培养物必须经过灭菌处理后才能丢弃，以防止培养物的扩散。
点拨：注意区分消毒和灭菌，不能把消毒和灭菌的概念混淆。消毒一般只是消灭体表大部分微生物，而灭菌是杀灭所有的微生物及其孢子等。
三、综合考查微生物的应用
例3（2007年宁夏理综卷）某小组同学为了调查湖水中细菌的污染情况而进行了实验。实验包括制备培养基、灭菌、接种及培养、菌落观察计数。请回答与此实验相关的问题。
（1）培养基中含有蛋白胨、淀粉分别为细菌培养提供了______和______。除此之外，培养基还必须含有的基本成分是______和______。
（2）对培养基进行灭菌，应该采用的方法是______。
（3）为了尽快观察到细菌培养的实验结果，应将接种了湖水样品的平板置于______中培养，培养的温度设定在37℃。要使该实验所得结果可靠，还应该同时在另一平板上接种______作为对照进行实验。
（4）培养20小时后，观察到平板上有形态和颜色不同的菌落，这说明湖水样品中有______种细菌。一般说来，菌落总数越多，湖水遭受细菌污染的程度越______。
（5）如果提高培养基中NaCl的浓度，可以用于筛选耐______细菌，这种培养基被称为______。
篇2
关键词：微生物 自然界 分布 教学设计
《微生物学》是生物制药专业学生的专业基础课，为后续的《发酵技术》打基础，在教学中要注重与生产实践联系，与后续教学衔接。
《微生物学》开设在三年级，学生在校已经学习了两年多的时间。在这两年多的时间里，他们学习完成了《无机化学》《有机化学》等基础课程，还完成了《生物化学》专业基础课程，具备了基本知识，完全可以满足学习专业课程的需要。他们还学习了两年的《生物制药设备》课程，对生物制药设备，特别是发酵设备有了一定的认识，对于工厂中的清洁要求已有初步的了解。在学习“微生物在自然界的分布”一章节时，《微生物》课程已经学习了大半个学期，学生对纯种微生物的特点、培养、灭菌以及实验操作已经非常熟悉。虽然学生已经具备了相当多的理论、实验知识，但是他们欠缺的是如何将微生物的理论、实验知识灵活应用到实际的发酵生产中。同时学生的表达能力不强，没有养成勤于思考的好习惯。
一、主要教学内容及教学重点
（一）主要教学内容：微生物在自然界中的分布
（二）教学重点
1.土壤中的微生物在发酵中应用
2.空气中微生物对发酵的影响
3.如何防止人对发酵的污染
（三）教学难点
1.土壤中的微生物在发酵中的应用
2.树立无菌操作意识
3.将微生物的基本知识应用于发酵生产中
二、教学目标与要求
（一）知识与能力教学目标及要求
1.学习并了解在自然界中微生物无处不在
2.学习并掌握土壤微生物在发酵中的应用
3.学习并掌握空气中的微生物对发酵的影响
4.学习并熟悉如何控制饮用水的洁净度
5.学习并了解人体中的微生物，如何避免人对发酵的污染
（二）过程与方法教学目标及要求
1.通过设疑的方法，激发学生学习的主动性
2.通过探究的方法，培养学生的创新能力
3.通过交流的方法，培养学生语言表达能力
4.通过总结的方法，培养学生分析问题、解决问题和概括综合的能力
（三）情感态度与价值观教学目标及要求
1.通过学习微生物无处不在，树立学生的无菌操作意识
2.通过学习自然界中的微生物，培养生物与环境相适应的观点
3.通过将微生物理论知识与发酵生产实践相联系的方法，培养学生理论联系实际，然后理论指导专业学习和应用于实际的科学方法和科学态度
4.养成勤于思考的科学精神
三、板书设计
第七章 微生物生态
第一节 自然界中微生物的分布
一、土壤中的微生物
（一）土壤的生态条件
1.水分 2.营养 3.pH值 4.氧气 5.温度 6.保护层
（二）土壤微生物的种类、数量和分布
1.种类：细菌、防线菌、真菌、原生动物和藻类依次递减
举出几种可以在发酵中利用的微生物的例子
2.分布：包括水平分布和垂直分布
二、水中的微生物
（一）水体的生态条件
1.营养 2.温度 3.氧气 4.pH值
（二）水中微生物的来源
（三）水中微生物的种类、数量和分布
（四）饮用水卫生细菌学
1.大肠杆菌来衡量 2.饮用水的标准
三、空气中的微生物
1.来源 2.种类 3.分布 4.卫生标准 5.在发酵中的应用
四、人体中的微生物
1.种类 2.在发酵中如何防止污染
四、教学过程（见附表）
五、教学反思
“师者，传道授业解惑者也。”通过这次教学设计，我更深层次地理解了这句话的含义。
篇3
【关键词】 水处理 微生物絮凝剂 絮凝机理 影响因素
为满足水质标准和环境排放要求，在给水和污、废水处理过程中，一般向水中先加入一定量的絮凝或助凝剂，改变胶体颗粒的表面特性、破坏其稳定性，使分散的胶体颗粒相互聚集进而形成较大的颗粒物，最终从水中沉淀或上浮，以实现固液分离，达到水质净化的目的。
作为第三代絮凝剂，微生物絮凝剂是一种利用生物技术，通过细菌、真菌等微生物经发酵、抽提、精制而成的物质，主要成分为多糖、多肽、蛋白质、脂类及其复合物。按其来源进行分类，微生物絮凝剂大致可分为：（1）直接利用为生物细胞的絮凝剂，如大量存在于土壤、活性污泥中的细菌、真菌及发酵菌等；（2）以细胞壁提取物（如细胞壁中的甘露聚糖及蛋白质等）为主要成分的絮凝剂；（3）以微生物代谢产物（包括胞外代谢产物及胞内代谢产物）为主要成分的絮凝剂；（4）利用克隆技术所获得的絮凝剂[1]。
1 絮凝机理
1.1 吸附架桥机理
尽管微生物絮凝剂的性质各不想同，但它们对液体中固体悬浮物颗粒的絮凝作用却有相似之处，它们可通过离子键、氢键等作用与固体悬浮物相结合。电镜显微镜下显示：聚合细菌之间是由细胞外聚合物搭桥相连的，也正是这些使得微生物细胞削弱了胶体的絮凝稳定性，进而较为紧密地聚合成絮凝体从液体中沉淀分离出来。微生物絮凝剂的架桥机理如图1所示。
在低浓度微生物絮凝剂环境中，呈链状结构的该类物质可同时附着在多个胶体微粒的表面，形成“胶粒-高分子物质-胶粒”的聚合物，在重力的作用下最终导致絮凝沉淀的出现。吸附架桥的必要条件是在胶体微粒表面存在空白空间。在通常情况下，微生物絮凝剂的絮凝效果随着该絮凝剂分子量的增加而加强，即分子量增加，絮凝效率亦随之提高；在架桥的过程中，倘若出现了微生物絮凝剂链段间的重叠，则亦会产生一定的排斥作用：在这种情况下，过高的絮凝剂分子量会削弱架桥作用，并最终降低絮凝剂的絮凝效果。相反，当用微生物絮凝剂处理相反电性的胶体颗粒时，则往往会加大微生物絮凝剂的解离程度，造成絮凝剂电荷密度的加大，有利于絮凝剂分子的扩展，进而促进了微生物絮凝剂的架桥作用。
1.2 电性中和机理
在使用微生物絮凝剂对水体进行处理的过程中，通过加入一定量的金属离子或对水体pH进行一定调节，可对该絮凝剂的处理效果产生一定的促进或抑制作用。实验研究[2]证明：该操作是通过改变胶体表面的带电性而起作用的。通常情况下，在水体中以絮凝稳定性存在的胶体粒子往往带有负电荷，当带有一定量正电荷的链状高分子微生物絮凝剂或其水解产物靠近这种胶体粒子时，在胶体表面上将会发生正负电荷的相互抵消，进而出现胶体脱稳的现象，使得胶粒之间、胶粒与絮凝剂之间的自由碰撞加剧，并在分子间的力作用下形成一个整体，最终依靠重力的作用从水中沉淀分离出来。
1.3 化学反应机理
絮凝效率与温度关系的研究实验[3]显示：在30℃条件下，微生物的絮凝效率可达到85.2%；相比之下，在15℃条件下，却只有42.1%的絮凝效果。实验研究表明：温度对微生物絮凝剂的作用主要是通过影响其活性基团，进而影响其化学反应，最终起到对微生物絮凝效果的促进或抑制作用。
高分子微生物絮凝剂中存在一定数量的活性基团，该基团在微生物絮凝过程中扮演着重要的角色。研究显示：微生物絮凝剂中的某些活性基团可与胶体表面上相应的基团产生化学反应，进而凝聚成体积较大的颗粒物质，最终从水体中沉淀分离出来。另有研究显示：通过对微生物絮凝剂进行一定的改性、处理，使其添加、减少或是改变某些活性基团，絮凝效果将会出现很大程度的变化。
2 絮凝效果影响因素
2.1 培养条件的影响
在营养充裕的培养基中，微生物絮凝剂的絮凝特性与培养时间及培养温度有关。实验结果[4]显示：微生物絮凝剂的絮凝活性随着培养时间的延长而有所提高，即在培养的初始阶段，微生物絮凝剂的絮凝活性随培养时间的延长而基本上呈线性增长的趋势，直到达到某一最佳培养时间后，微生物絮凝剂的絮凝活性增长速度开始减弱，最终趋近于某一极限值；此外，温度可影响蛋白质空间结构及化学特性，进而可促进或削弱以蛋白质为主体的微生物絮凝剂的絮凝特性，因而同一种微生物絮凝剂在不同的培养条件下，会产生不同的絮凝特性，但大部分微生物絮凝剂在30℃左右的温度条件下，往往会出现最佳的絮凝特性。
2.2 pH值的影响
pH值是影响微生物絮凝剂絮凝效果的重要因素。不同的pH不仅会影响到微生物絮凝剂的形态结构及电荷性质，而且对胶体颗粒表面物化性质也会产生中的影响。不同的微生物絮凝剂对pH值有不同的敏感程度。实验结果显示：酸性条件可降低、甚至消除微生物絮凝剂的絮凝特性；相比之下，在碱性条件下，不同微生物絮凝剂的絮凝活性却出现了不同程度的提高，例如在使用微生物絮凝剂MBF3-3处理石油化工废水的试验中，在pH>10的条件下微生物絮凝剂才会达到最佳的絮凝效果。
2.3 絮凝剂分子量及浓度的影响
絮凝剂分子量及浓度也会影响到微生物絮凝剂的絮凝特性。试验结果[8]显示：分子量越大，会使得絮凝剂中活性位点增多，进而微生物絮凝剂的处理效果；相反，分子量的减小会削弱微生物絮凝剂的絮凝特性。例如，微生物絮凝剂经蛋白酶或其他相关酶水解处理后，由于微生物絮凝剂分子量的减少，出现了絮凝活性的显著下降。
另外，与其他絮凝剂一样，微生物絮凝剂的处理效果受其浓度而影响，并存在微生物絮凝剂的最佳投加量：在低浓度条件下，微生物絮凝剂的絮凝特性随着絮凝剂投加量的增加而提高；当浓度达到一定程度后，再继续增加微生物絮凝剂，微生物的絮凝效果变化不大，甚至出现了絮凝效果降低的现象。实践证明：当投加量达到覆盖胶体颗粒1/2表面积时，微生物絮凝剂在胶体颗粒上架桥的机率最大，往往会出现最佳的处理效果。
2.4 金属离子的影响
金属离子的种类和浓度对微生物絮凝剂的处理效果也会产生一定的影响。研究结果[5]显示：一定浓度的金属离子可以促使微生物絮凝剂与胶体颗粒以离子键的形式结合，进而提高其絮凝特性。
另外，不同价位的金属离子对微生物絮凝剂的絮凝特性有不同程度的影响：以Na+、K+为代表的一价金属阳离子，对微生物絮凝剂几乎没有促进作用；而以Ca2+、Fe3+等为代表的高价金属离子对微生物絮凝剂均有明显的促进或抑制作用。
为充分发挥微生物絮凝剂的絮凝特性，在实际应用中，通常将微生物絮凝剂伴随一定量的CaCl2，或是将微生物絮凝剂与Al2（SO4）2按一定的比例混合加入，这样可在提高微生物絮凝剂絮凝效果的同时，减少微生物絮凝剂的用量。
3 微生物絮凝剂在实际水处理当中的应用
微生物絮凝剂主要成分是微生物菌体或其次级代谢产物，具有适用范围广、絮凝活性高、安全无害且易生物降解的特性，因此可广泛应用于给水及污、废水的处理。
3.1 在给水及饮用水方面的应用
由于人为或天然方面的原因，给水及饮用水中不可避免的会包含一定量的颗粒甚至是有毒有机物及病原菌。微生物絮凝剂在饮用水除浊及灭菌方面，要比传统的无机盐絮凝剂及有机高分子絮凝剂拥有更高的处理效果，且具有絮凝剂用量少、适用范围广、沉淀物过滤性能好及可生物降解，对人体不会产生毒害作用的特性。
3.2 在富营养化水体处理方面的应用
水体富营养化多年来一直是一个困扰水处理工作者的难题，目前对于该水体污染尚无一个行之有效的办法。然而，有研究显示：微生物絮凝剂对富营养化水体有一定的处理效果。
为了探究微生物絮凝剂对于水体浊度的去除效果，黄玉柳等[6]从食用菌废弃物土壤中分离并筛选出了一株絮凝剂高产菌，并将其应用到富营养化水体的絮凝沉淀试验中，结果显示：在最佳的絮凝条件下，微生物絮凝剂对于富营养化水体光密度OD653的去除率可达到70%，即相当于使水体的澄清度提高了70%；同时，微生物絮凝剂对固体悬浮物可达到的62%的去除效果。
3.3 在印染废水脱色方面的应用
COD浓度高、可生化性差、成分复杂且对环境危害严重，使得应用常规的废水处理技术不能对印染废水产生较为理想的处理效果。实验证明：微生物絮凝剂在印染废水脱色及COD去除方面都具有较好地处理效果。为了检验微生物絮凝剂在处理印染废水脱色方面的可行性，李风琴等[7]利用制的微生物絮凝剂MHXGS2对靛蓝印染废水进行了处理，结果显示：在最佳絮凝条件下，MHXGS2对废水色度的去除率可达到96.5%。
3.4 在消除污泥膨胀方面的应用
利用活性污泥法对工业废水进行处理的过程中，往往会出现污泥膨胀，进而降低废水的净化效果。有研究表明：如果在废水的处理过程中，加入一定量的微生物絮凝剂，就可消除污泥膨胀，最终取得较好地处理效果。如在甘草制药废水的生化处理过程[12]中，就会往往出现污泥膨胀，通过加入一定量的微生物絮凝剂NOC-1，就可使得污泥容积指数SVI很快地由290降到50，即可消除污泥膨胀，最终恢复污泥活性。
4 结语
尽管目前对于微生物絮凝剂的研究，大部分还处于试验阶段，但自然界中天然存在着多种絮凝微生物，且该类微生物具有生长繁殖迅速、易于实现产业化的特点，因而对于微生物絮凝剂的研究正日益引起人们的重视。
目前我国对于微生物絮凝剂的研究尚处于初级阶段，为实现微生物絮凝剂在我国的快速工业化，可着重对以下方面进行研究。
（1）深入对微生物絮凝剂的结构、絮凝机理及影响因素的研究。只有对这些因素的深入研究，才能更好地开发和生产出高效的微生物絮凝剂。（2）着重对各微生物菌种生态位的研究。微生物生态为理论指出：不同微生物菌株共存时，微生物的絮凝特性将会有所提高，并对水质有很好的处理效果；但是并不是任何菌种的混合培养即可提高微生物的絮凝特性，当两菌株之间的生态位出现重叠时，将会导致絮凝活性的显著降低。（3）注重复合型微生物絮凝剂的开发。在废水的净化处理中，依靠单一的絮凝剂很难取得较为理想的处理效果，而通过对各种絮凝剂按一定比例的复配使用，不仅可以提高絮凝效果，而且对可以在一定程度上减少絮凝剂的用量。（4）加强对絮凝剂产生菌在基因控制上的研究。通过应用菌株诱变或现代分子生物学技术对微生物絮凝剂的遗传基因进行改造，构建新的微生物絮凝剂产生菌，以期获得同时具有较高生物活性及絮凝能力的超级工程菌。
随着对微生物絮凝剂研究的逐步深入，相信在不远的将来，将会在给水及工业污、废水处理中得到更为广泛的应用，并最终取代或部分的取代传统的无机盐及有机高分子絮凝剂。
参考文献：
[1]要玲.微生物絮凝剂的研究及其应用[J].河北化工，2010，33（10）：11-12.
[2]任文萍，柴涛.微生物絮凝剂的研究及在废水处理中的应用[J].广州化工，2011，12：34-35.
[3]程金平，郑敏，等.影响微生物絮凝剂产生的因素研究[J].环境能够科学与技术，2001，3（4）：28-31.
[4]徐放，李黎，等.微生物絮凝剂去除COD能力及影响因素研究[J].江苏农业科学，2011，3：512-514.
[5]徐长绘，张大明，等.微生物絮凝剂产生及絮凝特性影响因素的研究[J].现代农业科学，2008，18：330-331.
篇4
【关键词】环境工程微生物学 实验教学 探索
环境工程微生物学是环境工程专业的专业基础必修课。它是生命科学和环境科学与工程的交叉学科,具有极强的实践性和应用性。环境工程微生物学实验是加深学生对理论知识的理解,培养学生实验技能、实验思维和动手能力的一个重要途径。同时,该实验又是一门操作性很强的课程,需要大量的实验仪器,以及老师手把手传授实验技能,如果没有先进的教学方法做支持,掌握其中的操作技术是很困难的。下面提出几点心得体会,将有利于提高实验教学的质量,深化学生对微生物的认识。
1 让学生参与实验准备的全过程
实验室的前期准备工作是很重要,工作量要比实验课程多许多。老师除了要认真备课外,还需要对培养皿、试管、镊子等消毒灭菌,配制各种试剂,最好还要进行预实验,不但更加熟悉实验步骤,而且能保证实验课程的顺利进行。
通过让学生参与实验准备过程,可以让学生学习到完整微生物实验操作技术,这样一个完整流程学生完全参与下来,不但让学生体会到实验过程的艰辛,进而更加珍惜来之不易的实验课程,还可以培养学生科研思维,提高科研能力,使他们在课堂上学到的知识在实验操作中体会得更形象、更具体、更全面,从而激发他们学习兴趣。在巩固专业知识的同时,还培养了其发现问题、综合分析和解决问题的能力。这些对于提高学生的实际动手能力都有很大的帮助。
2 更新实验教学内容, 加大新知识和新技术的传授
微生物学和环境科学知识的更新推动着环境工程微生物学这门新兴的边缘学科不断向前发展。特别是日新月异的分子生物学技术已渗透到环境工程应用的各个领域。为了紧跟时代和学科发展的步伐, 培养高质量人才,让学生熟悉和掌握学科前沿新的理论知识和操作技术, 为他们将来工作研究或是硕士博士阶段的深造打下良好的基础。
例如,过去研究环境中微生物的方法是建立在平板分离基础上的,但迄今为止利用这种方法培养出的微生物只占总微生物种类的0.1％～10％。固体培养基其实是人类为微生物创造的人工培养环境,与微生物的实际生存环境有很大差异,用它来培养环境中的微生物相当于是对自然微生物群落进行了一次强制的人工筛选。所以,用平板分离的方法来研究自然环境的微生物生态时,往往不能准确反映微生物群落的实际组成和存在状态。分子生物学、基因组学和生物信息学等学科的发展及其向微生物学领域的渗透,形成一个新的交叉学科分支——微生物分子生态学 (molecular microbial ecology),它为我们全面客观地研究微生物生态系统提供了新的技术手段。微生物分子生态学是以微生物基因组dna的序列信息为依据,通过分析环境样品中dna分子的种类、数量和分布特征来反映微生物区系组成和群落结构[2,3]。所以,这项技术就需要研究者掌握dna提取及纯化技术、dna琼脂糖凝胶电泳技术和pcr基因扩增技术。针对这一点,我们就可以给学生设计一个微生物大实验,以活性污泥为样品,从dna的提取、纯化,凝胶电泳检测,到细菌16s rdna基因扩增,都让学生自己操作一遍。通过这一实验的学习,使学生对当今环境工程微生物学的前沿技术都有一定的了解和掌握。
3 增强不同实验间的连贯性,以及实验和理论知识的连贯性
3.1 增强各实验间的连贯性
过去实验内容多为孤立、连贯性不强的项目,各实验之间的内容重复较多,学生难以系统地把握微生物学实验,既浪费了有限的实验学时,又不利于培养学生的科学素养。对此,我们调整了实验内容,将原来独立设置的实验内容整合到一起,形成一个综合实验,通过一个综合实验就能使学生学到以前3-4个实验项目的实验技能。
3.2 增强实验和理论知识的连贯性
环境工程微生物学是一门实践性很强的学科,涉及到的内容覆盖面广,要学好这门课,仅仅依靠理论教学是远远不够的,实验教学可以弥补理论教学的不足,将微生物学的基础理论在实验教学中延伸、深化,并通过实验,加强基本技能的训练。
4 实现多媒体实验教学,更直观展现实验内容
环境工程微生物学实验中的各种微生物需要在光学显微镜甚至电子显微镜下放大才能看到。由于环境样品中微生物的复杂性和多样性,应用传统的实验教学方法不便于更好的展示微生物的形态结构、动态变化过程,多媒体教学与传统教学相比,能更加生动形象、栩栩如生的展现微生物的特点,提高学生的学习兴趣和参与度,从而使学生更好的掌握实验知识。
首先,可以在多媒体课件中放入大量彩色的宏观及微观图片、flash动画,从而更直观的反应微生物的形态特征,利于学生对新知识的吸收掌握,有了这些认识,才能在自己动手实验中达到很好的实验结果。
其次,也可以使用录像教学。教学录像具有较强的直观性,它可以通过屏幕清晰形象准确地展现每一个步骤,使学生掌握实验操作技能的关键所在。同时节约时间,提高实验教学的效率。如配置培养基实验,称量-溶化-调ph-过滤-分装-加塞-包扎-灭菌-搁置斜面-无菌检查等步骤,如果没有录像,需要老师反复强调实验顺序及注意要点,才能保证大部分学生配好正确的培养基。但是,如果有录像,老师只需要先播放一遍录像,从旁作简单介绍,播放完后再讲一下原理及注意要点,然后再播放一遍录像,学生就可以开始实验了。
最后,还可以利用电视显微镜进行教学。老师将样品放在显微镜下,找到微生物个体,让学生先有感性认识,然后再观察自己的样品。该方法既明确了实验目标,又能让全班学生同时看到老师显微镜里样品的特点,避免了以往同学们一个个排队去老师显微镜目镜里观察样品,提高了教学效率。
环境工程微生物学是一门来自实践的科学,学生掌握了它之后也最终要应用于实践。所以,实验教学是培养学生具备从事科学实验能力和严谨求实的科学素质的重要途径,许多问题还需要我们不断探索、实施和进一步完善。
参考文献
[1] 周群英,高廷耀. 环境工程微生物学(第三版).北京高等教育出版社,2008.
[2] watanabe k,kodama y.molecular characterization of bacterial populations in petroleum-contaminated groundwaterdischarged from underground crude oil storage cavities [j].applied and environmental microbiology,2000,66: 4803-4809.
篇5
生物技术就是运用生物处理知识和生物体的特性来解决问题和制造有用的产品。能够使用生物制剂（有机物、细胞、细胞器、分子）来获得所需要的产品或者提供服务的知识称为生物技术，包括基础科学（分子生物学、微生物学、细胞生物学、遗传性、基因组学、胚胎学），应用科学（免疫学、化学和生物化学技术）和其它技术（计算机技术、机器人技术和过程控制技术）。生物技术影响不同的生产领域，提供了新的就业机会，提供了植物抗病，生产生物降解塑料、生物燃料，对环境少污染的工农业生产和环境生物治理的方法。目前，在工业上使用生物技术方法（生物催化和生物转化）有所增加。经济合作与发展组织研究也表明生物技术在工业上的应用增加。在案例研究中，70%以上使用了酶法工艺，从而使费用降低了9%~90%，并且节省了自然资源。
2酶
酶是有机物质，一般称为催化多种化学反应的生物催化剂的蛋白质，酶广泛应用于洗涤剂、食品、医药、精细化工等行业。它们是制得重视的物质，其显著的高效性和催化能力，明显优于合成催化剂。高特异性的酶取决于它的尺寸和产生与底物亲和区的三维构象。从巴斯德以来的研究表明，尽管和其他物质同样受到自然法则的支配，酶在一些重要方面却不同于普通化学催化剂，具体包括如下几个方面：更快的反应速度，温和的反应条件，特异性强和可调控能力。几乎所有的细胞代谢反应都是在酶的催化下进行的，这些反应是所有生物体代谢的基础，为工业生物催化更高效和经济提供了极大可能。现有的酶种类估计有6000~7000种，其中3000种酶具有生物学功能，但是应用于工业中的酶仅有130种左右，或为游离酶，或作为细胞的一部分。由于微生物酶比同种来自植物或动物的酶更稳定，因此大部分工业用酶源于微生物。至少有3000种酶是由嗜温微生物分离得到的。酶的分类如表1所示。
2.1酶的应用
酶的应用与全球市场有明显的关联，可以分为工业用酶和医用酶\分析酶和科技用酶。在生物科技领域内，尤其是工业用酶作为最主要的应用酶。过去十年，与科学和技术密切相关的酶的应用变得包罗万象很难对它准确定义。然而，如图2所示，生物技术无疑包括微生物学、生物化学、基因工程以及材料的化学及生物化学处理过程。在这些使用的制剂中，酶常常用来改善工艺，并且使新原料得以使用，从而提高它们的物理和化学特性。酶的应用非常广泛，在食品、农业、造纸、皮革和纺织工业等行业的应用显著节约了成本。有作者认为，酶的应用是工业可持续发展的重要组成部分。生物治疗技术需要使用生物制剂（例如：活的微生物或酶）对被环境中污染物的污染进行去除、转化或去毒，通过自然过程将污染物转化为毒性较低的物质形式。2.1.1酶在皮革清洁化生产中的应用生物技术在制革业的中应用已经有很多年了，但是大部分酶制剂在这一领域没有足够的特异性。目前，生物方法在浸水、脱毛、软化和脱脂过程中取得了一定的成功。在浸水、脱毛或浸灰过程中用酶取代化学品和电力这一小“投资”，能够相当大的节约能源和减少二氧化碳的排放量。也选用生物技术处理废水和固体蛋白废物。在皮革生产过程中的浪费高达50%。最好的清理方法是恢复具有商业用途的蛋白质的可溶性。酶可降解未鞣制的和鞣制的皮革固体废弃物。酶在原料皮加工过程的应用如下：（1）蛋白酶蛋白酶是水解蛋白质和肽的一类酶。碱性蛋白酶最初作为洗涤剂的添加剂，是具有生理和商业价值的一类酶。在蛋白质的水解和裂解中扮演着特殊的角色。芽孢杆菌是碱性蛋白酶的主要来源，广泛应用于各行业。碱性蛋白酶的生产一般采用液态培养。每种微生物在其特定的条件下有酶的最大产值。碱性蛋白酶能够通过催化水解破坏蛋白质的肽键和清除清蛋白和球蛋白等非纤维蛋白。目前已尝试设计一种不浸酸环保型植物鞣法，使用蛋白水解酶来提高植物丹宁的利用率。这一方法使丹宁的利用率超过95%，比传统的植物鞣法提高了10%。酸性蛋白酶用于帮助植物鞣剂扩散，达到更好的利用。在皮革的抗张强度和延伸性方面，传统生产和酶法生产没有明显的区别。（2）角蛋白酶角蛋白是生皮、头发、羊毛、指甲和羽毛的主要结构蛋白。在表皮和骨骼组织蛋白质形成刚性纤维。羽毛中包含90%以上的角蛋白。角蛋白酶在生物技术工程中有很多应用：可用于原料皮脱毛，洗涤剂和肥料的生产，动物饲料和化妆品，工业废弃物的降解和生产可生物降解的薄膜。动物和植物不能有效的水解角蛋白。角蛋白是一种非常稳定蛋白质，但是某些真菌、细菌和放线菌在细胞内外产生的角蛋白酶可催化其水解。有关分析表明，角蛋白酶可作用许多可溶性和不可溶性的蛋白底物。（3）脂肪酶目前大部分脂肪酶来源于真菌和酵母菌，但是细菌脂肪酶和来自于其他微生物的脂肪酶在高温和恶劣条件下更为稳定而量在增长。主要来源于微生物的脂肪酶催化水解甘油三酸酯为游离脂肪酸和甘油。研究了用黑曲霉生产脂肪酶，并且测得了细胞外脂肪酶的特性（最佳pH和温度，稳定性和去除橄榄油的能力）。脂肪酶可溶于水并且在消化代谢中扮演着重要的角色。在皮革生产中，脂肪酶作用于脂肪、肉的脂类、油脂和皮腺产生的油。脂肪酶用于脱脂和脱毛过程。脂肪酶与表面活性剂使用脱脂效果更好。当脂肪酶和蛋白酶结合用于复鞣、去除油脂和污垢，皮革可能获得更为均匀和鲜艳的颜色。使用脂肪酶能够减少皮本身油脂脂肪带来的色花，减少皱纹和其它类型的变色。（4）淀粉酶淀粉酶可使淀粉分子降解并且在自然界中分布很广。淀粉酶在工业上有很重要的生物技术应用，比如在纺织、纸浆和纸、皮革、洗涤剂、啤酒、面包、婴幼儿谷类食品、饲料、化工和制药业以及淀粉的液化和糖化等方面的应用。这些酶来源广泛，可从植物、动物和微生物获得，通常微生物酶的工业需求最大。大部分微生物淀粉酶可作为商业用途和水解淀粉。在皮革生产中，淀粉酶常常用来打开皮革的纤维结构。（5）胶原酶胶原酶来源广泛，是一种金属蛋白酶。胶原酶的动力学模型取决于它们的来源。在-Gly-Pro-X-Gly-Pro-X序列中，细菌胶原酶优先打开Gly-X键（X是一种天然氨基酸）。鞣制后的胶原蛋白（用鞣剂交联）有抗胶原酶的作用；这种酶不能水解铬鞣皮革，但能打开皮革的纤维结构。已有研究表明胶原酶来源于几种微生物，但对降解和水解主要由胶原蛋白组成的皮革很困难。细菌胶原酶应用于皮革染色。使用这种酶能够获得更柔软的皮革，并且保持变皮革的强度不变。表2总结了一些酶在皮革生产中的应用。2.1.2在皮革生产中酶的活性评估在皮革生产过程中，除了掌握不同特性的酶在皮革生产多方面的应用，定量评估酶对原皮的作用也非常重要。最新文献探讨了用光学显微镜或/和电子显微镜对蛋白质、原纤维蛋白（葡萄胺多糖和蛋白聚糖）、羟脯氨酸的定量测定，以及评估粒面质量。酶促反应的效果决定成品革的力学强度。葡萄胺多糖又称粘多糖，是由糖醛酸和六亚甲基四胺（葡萄糖胺或半乳糖胺）聚合而成的线性高分子碳水化合物。最常见的葡萄糖胺是透明质酸。硫酸皮肤素在准备工段被部分去除，它与打开纤维结构密切相关。有效去除硫酸皮肤素有利于打开纤维结构便于化学品渗透，并提高得革率；但是过量的去除硫酸皮肤素会导致皮革松面和强度差。蛋白多糖是一种结合在葡萄糖胺上的细胞外蛋白。主要的蛋白多糖是核心蛋白聚糖，由单链的硫酸皮肤素和多肽链组成。有效的去除蛋白多糖对提高皮革的柔软性和柔韧性非常重要。去除纤维间质如蛋白多糖和氨基多糖是传统制革浸灰和软化过程的前提。用蛋白酶软化皮革有利于去除纤维间质。一些学者研制了一套方法来判定浸灰和软化过程中这些蛋白质的去除情况。这些方法包括根据标准浓度曲线，通过计算硫酸软骨素的浓度来确定葡萄糖胺的浓度，由粘蛋白的量确定蛋白多糖的浓度。羟脯氨酸是胶原有的一种氨基酸，在其他蛋白质中不曾发现。在胶原结构中最常见的氨基酸有羟脯氨酸（11.28%），脯氨酸（11.77%），甘氨酸（33.43%），丙氨酸（11.97%）和精氨酸（5.04%）。哺乳动物的皮中每100g胶原中含有13.45g羟脯氨酸，然而鱼皮中每100g胶原中含有7~9g羟脯氨酸。基于此，在皮革生产过程中，根据羟脯氨酸的含量用来确定原料皮的胶原含量和生产过程中不希望释放的胶原量。除了分析纤维间质，还可通过皮革的抗张强度、延伸率和撕裂强度来评估酶在皮革生产中各工序的应用效果。
2.2微生物酶的分离和筛选
搜索一种新的酶始于自然界中的微生物。研究者从热带森林到冰川地区收集不同气候条件下的土壤样品并对其进行检测。酶的获取途径非常广泛。大部分酶主要来源于动物、植物和微生物。大部分工业用酶来自于微生物。微生物酶比来自于动植物的酶在数量上更有优势。这些优势主要表现于：a.微生物比动物和植物生长更快。b.酶仅仅是动植物体很微小的一部分。因此，酶的大规模生产需要大片的土地和大量的动物。这种限制使得动植物酶非常昂贵。微生物酶不受这些方面的约束，想生产多少就能生产多少。c.微生物酶比动植物酶更稳定。d.由于微生物在自然界中种类的多样性，因此最大的优势就是能够生产各种类型的酶。e.基于对微生物基因基础的研究和了解从而控制其生理功能，可以人为操纵微生物产生某些代谢产物，包括酶。在酶的生产中，第一步就是分离和筛选微生物，也就是分离特定的菌株从而获得所需要的酶，如图3所示。为了达到要求，需要对不同的菌株进行精细选择和测试以鉴定这些菌株，从而获得所需特性的菌株。目前，已经开始研究几种新型酶。外来微生物（比如极端微生物）是酶的重要来源。生物体以pH值的不同而分布不同。众所周知微生物接近中性的pH条件下繁殖。当偏离接近中性条件时，微生物的数量减少。标准做法就是将许多微生物置于大量含有培养基和琼脂平板上培养，如图4所示。分离微生物的典型方法就是使用后续金属保护层，筛选理想特性的微生物。然后，微生物在特种媒介中生长，使用合适的基质如脱脂牛奶或酪蛋白、淀粉、三丁酸甘油酯或黄油来测定蛋白的水解和脂肪的分解活力。选择那些分离出来的具有很强活力的菌株，然后用恰当的方法保存备用。生产应用于皮革生产用酶（包括蛋白酶，角蛋白酶，胶原酶）的微生物，可根据各种微生物栖息地如制革厂的污泥、废弃物和污水中分离出来。Ogino等分离出来的76种微生物能够在中性pH条件下降解制革废水，23种微生物能在碱性条件下降解制革废弃物。文献中通常使用含有琼脂和蛋白质的培养基来获得蛋白水解酶。最常用的蛋白有酪蛋白，脱脂牛奶和磨碎的羽毛。蛋白水解活性检测是通过底物消耗在周围出现一个透明环，就表示有蛋白酶产生。
2.3酶的生产和微生物的营养大部分酶通过水中培养获得，但有些酶通过半固体培养基生产。
2.3.1半固体培养基这种类型的培养基通常用于真菌微生物培养，在低湿度和通风性良好的条件下能够获得较高的酶产量。通过空气循环的方式将温度维持在30℃左右。生产周期一般为30~40h，但有时会持续长达7d。最佳产量取决于抽样和对酶产量的评估。2.3.2水基培养大多数酶的生产是在生物反应器中通过水基培养来实现的。该培养基包含足够的碳源、氮源、金属和微量元素等微生物生长所必须的营养物。然而，在某些情况下适宜微生物生长的培养基并不有利于所需酶的生产。温度和pH值必须适合每种生物体。酶的生长、酶的生产以及酶的稳定性所需的温度和pH值，每种酶都不尽相同。培养温度通常由三个因素决定。如果微生物生产酶是需氧的，则氧气需氧量较大，因此水基培养中需要通气和搅拌。微生物必须在适宜条件下培养才能够提高酶的产量。提高蛋白酶产量和有助于细胞生长的培养条件明显不同。在碱性蛋白酶的工业化生产中，需要高浓度的复杂碳水化合物、蛋白质和其他培养基组分。为了开发一种经济又切实可行的技术，研究者在以下几个方面展开了研究：（a）提高碱性蛋白酶的利用率；（b）最佳生产条件；（c）使用廉价的培养基。在大多数生物体中，有机和无机氮源会代谢产生氨基酸、核酸、蛋白质和其他细胞组分。碱性蛋白酶中氮含量高达15.6%，并且它们的生产取决于培养基中碳源和氮源的供应。虽然复杂的氮源通常用于碱性蛋白酶的生产，不同的生物体对氮源的需求量也不同。有研究者发现，当糖（如乳糖、麦芽糖、蔗糖和果糖）用于微生物的培养时，碱性蛋白酶的产量会提高。各种有机酸（如醋酸、乙酸甲酯、柠檬酸或柠檬酸钠）有利于碱性蛋白酶的生产。在某些情况下，酶的生产需要二价金属离子（钙、钴、硼、铁、镁、锰）。在大多数研究中，钾的来源主要是磷酸钾。磷酸盐用作培养基的缓冲剂，但是过量会抑制细胞的生长和酶的产生。总之，微生物和其他生物一样需要营养物质。以下是影响微生物营养最重要的因素。真菌和大多数细菌均为化能自养型微生物，通过适宜底物的氧化反应来获取能量。无机营养微生物氧化无机化合物来获得营养，而有机营养菌氧化有机化合物获得营养。第一组中包括氧化硫产生硫酸的细菌。第二组包括真菌和相当数量的细菌。2.3.3碳源对于自养型微生物来说，主要碳源是二氧化碳和碳酸氢钠，能够以此合成机体所需要的全部有机组分。大多数细菌为异养型，需要有机碳源；有机碳源一般有碳水化合物、氨基酸、脂类、醇类和淀粉及纤维素类聚合物。实际上，一些微生物能够利用一些天然有机物和人工合成的化合物。微生物的多用途性非常重要，使微生物的应用更广泛地向有利的方向转变。2.3.4氮源微生物对氮的需求分为三类。一些细菌可直接吸收大气中的氮并转化为有机氮。许多真菌和细菌几乎完全使用无机氮化合物特别是铵盐，偶尔也使用硝酸盐。真菌和一些细菌需要以各种氨基酸为代表的有机氮源的氮。通常，蛋白质的水解或和氨基酸能够促进大多数异养微生物的生长。2.3.5重要的无机离子除了碳和氮，微生物还需要大量无机化合物中的其他元素。一些称为大量元素，机体需求量很大，另外一些称为微量元素，机体需求量很少。大量元素中的磷一般以磷酸盐形式存在，对机体的能量代谢和核酸的合成非常重要；硫是合成氨基酸（比如半胱氨酸）和维生素（比如维生素H和维生素B1）所必需的；钾作为酶的激活剂和渗透压的调节剂；钾是孢子形成中重要的胞外酶的激活剂；铁是合成某种细胞色素和颜料所必需的。由于微量元素的研究很困难，所以微量元素的作用并不确切。然而，在一些特例中证实铜、钴、锌、猛、钠、硼以及其它微量元素是微生物生长所必需的元素。2.3.6生长因子生长因子是特殊生物体不可缺少的，且其自身不能合成的有机化合物。生长因子必须在培养基中才能促使有机体的生长。许多生长因子是维生素，尤其是维生素B类，也有些生长因子是氨基酸和脂肪酸。2.3.7水水不是营养物质，但它对微生物生长是必须的。因为大部分营养物质是在溶液中通过细胞质的膜吸收的。由于水的比热容高和热调节性好，水对调节渗透压有重要作用。3.3.8大气中的氧和水一样，大气中的氧也不是营养物。微生物根据周围游离氧的数目进行不同的生命活动；好氧菌需要游离氧，但是有些好氧菌是微需氧的，对氧的需求量很少，不能忍受正常大气中的氧。相反，厌氧型微生物在游离氧条件下会很快死亡，然而兼性厌氧型微生物能同时在有氧和无氧条件下存活。
2.4酶动力学
酶动力学是酶学的一部分，主要研究酶促反应速率及其影响因素。酶动力学研究主要是评估酶的产量和单位时间内底物的消耗量。酶促反应可用方程（1）来表示，可分为两个反应，一个是生成酶和底物的复合物反应，另一个是进而生成产物和酶的反应。E+S圮ES圮P+EE、S、ES和P分别代表酶、底物、酶和底物的复合物和产物。根据这个模型，当底物浓度足够高时，酶全部转换为酶和底物复合物的形式，第二步会受到抑制，并且随着底物浓度的增加，反应速度不变。酶促反应速度取决于酶浓度和底物浓度。理论上，在催化、合成和裂解反应过程中同一种酶可反复利用多次。在实践中却受到了很多限制。酶是一种复杂而敏感的生物分子，酶所处环境的温度、酸碱性、微量金属离子或某些抑制剂都会影响酶活力。一些影响酶催化活力的因素如下：（1）pH值酶处于最佳pH值时，酶分子上的电荷分布和酶的催化位点都有助于酶的催化。（2）温度大多数酶都有其最适温度；最适温度取决于分离出酶的微生物。一些微生物的最适温度接近室温，这些微生物分离出来的酶在30~40℃活性最大。温度太低，分子移动减慢导致反应速率下降；温度太高，分子移动速度非常快，酶很难维持其空间结构并发生变性，从而导致酶失活。温度升高，反应速度加快，当达到最适温度后，反应速度减慢。（3）变性维持蛋白质功能的结构遭到破坏称为蛋白质变性。不仅仅高温导致蛋白质变性，其他能够破坏化学键的环境因素也会导致蛋白质变性。此外，极端pH值会使官能团质子化或去质子化，使酶活力丧失。洗涤剂和非极性溶剂能够改变蛋白质的结合和相互作用，进而引发变性。在大多情况下，变性是一个不可逆过程。（4）酶的抑制作用许多物质能够与酶可逆结合而改变其活力。众所周知，能降低酶活力的是抑制剂。1）抑制剂不同抑制剂的作用机理不同。一些酶抑制剂结构与酶相似，与酶不反应或反应很慢。这些类型的抑制剂可分为两类：①竞争性抑制剂这类抑制剂能竞相争夺酶分子上的活性结合位点，并且降低用于结合底物的游离酶浓度。当底物浓度升高，也就是游离酶抑制剂所占比例下降，会引发抑制活动的下降。这种抑制剂通常和底物与酶的特殊活性位点结合类似。然而，它和酶与底物结合大不同，它不发生反应。②非竞争性抑制剂非竞争性抑制剂能够改变酶分子上的活性位点，使酶丧失催化活性。非竞争性抑制剂和底物不一样，提高底物浓度并不能使抑制剂活性降低。2）变性假如一种抑制剂与酶不可逆结合，称之为灭活剂/变性剂。
2.5酶抑制剂在原皮保藏和皮革加工中的应用
浴液中盐和其他化学品的使用会干扰酶的活性，因此应在工业过程中避免此类损失。表3展示了不同化学品对酶活性的影响，由Dettmer等报导。硫酸钠和表面活性剂对部分酶产生抑制作用。EDTA、脂肪醇、纯碱和氢氧化钙对酶的活性的影响没有太大的差异。Dettmer等研究表明，皮革生产过程中传统脱毛与酶脱毛过程相比，酶脱毛技术是降低生产污水污染负荷的理想选择。酶解过程能够降低COD、BOD、氮和硫化物的水平并且能够大幅度的缩短加工时间，从之前的20h缩短到6h，但要准确把握酶脱毛的时间，避免对皮革造成损害。一些学者指出酶脱毛工艺能获得与传统脱毛工艺品质相同的皮革。这两个工艺的皮革产品的抗张强度、撕裂强度、铬含量与收缩温度都基本相同。Dettmer等通过定量测定去除纤维间质来评估酶脱毛过程中酶的效率，此外，通过测定废水中羟脯氨酸的含量评估酶对胶原蛋白的破坏作用。有人发现在脱毛过程中酶残余的活性可回收再利用。
3结论和展望
篇6
关键词：微生物，环境保护，治理技术
1.微生物技术治理污染水体的可行性及依据
环境中的污染物有些是作为微生物生长的能源和基质，在微生物酶的作用下被矿化;有些则是在多种微生物的共同作用下进行转化，这个过程可能会产生中间产物。进入水体的溶解性有机物，在有氧情况下被好氧微生物氧化分解，形成CO2、H02、N03-、P043-和S042-等无机物，水体得以净化。不溶性固体有机物及死亡的生物体沉到水体底部，在底泥微生物作用下转化成小分子的溶解性有机物进入上层水体，也可被厌氧细菌转化成甲烷和其他无机物。
水质恶化的水体中污染物难以降解的主要原因是环境体系中不存在或存在少量可降解污染物的微生物。即使存在少量可降解污染物的微生物，也会由于竞争和捕食作用等微生物的生态关系使其难以大量繁殖并发挥降解污染物的能力。水体的温度、pH值、盐度和溶解氧等外部环境条件不适的情况下也不利于微生物降解能力的发挥。加之在自然条件下微生物对水体的自净速度是很慢的，必须采取人为的强化措施才能加快这一进程。污染水体的微生物净化技术，本质上是利用微生物的新陈代谢能力及基因的多样性，把污染物转化成无污染的终产物，重新进入生物地球化学循环中。同时，微生物的引入可以增加水中的生物多样性，使水体的各级营养结构趋于稳定并保持平衡。
2.微生物技术的种类
微生物技术主要是利用微生物的代谢反应过程和生物合成产物(包括酶)对污染环境进行监测、评价、整治以及修复的单一或综合性的现代化人工技术系统。它不仅包含了生物技术所有的特点，还融合了环境污染防治以及其他工程技术，目前己逐渐发展成为一种经济效益和环境效益俱佳的、能解决日益严重的(尤其是水污染)环境问题的有效手段之一。。按照微生物的来源，主要分为接种微生物技术和培养土著微生物技术。
2.1接种微生物技术
这种技术适用于当水体中污染物的降解菌很少甚至没有，在现场富集培养降解菌存在一定难度时的情况。它是通过向水环境中引入菌种来实现的。。向水环境中引入的菌种既可以从待治理水体的土著微生物中富集而得，也可以从其它环境中分离得到，甚至可以使用基因工程菌。因此，按其来源可分为土著微生物、外来微生物和基因工程菌。CBS（集中式生物系统)，为美国CBS公司的科学家开发研制，并得到广泛应用。CBS系统是一个良性循环的微生物生态系统。含有多个属、几十种具备各种功能的微生物，主要包括光合菌、乳酸菌、放线菌，酵母菌等构成了功能强大的“菌团”。采用CBS治理重庆桃花溪河、成都府南河和重庆府川河都取得了很好的效果。例如，我们应用土著微生物培养液和BBL1菌液对富营养化人工景观湖水进行净化试验，分别考察了曝气、载体和底泥对净化效果的影响。试验结果表明，含有生物促生剂的土著微生物培养液和BBLI菌剂均能降低水中的CODMn、氨氮、总磷和浊度。在有载体的状态下，净化作用更为显著。底泥的存在强化了BBL1菌剂对氨氮的去除，去除率大于90%。又如，我们采用新型生物制剂Eclean治理北京动物园富营养化水体。试验结果表明，水体中的CODMn、TN、TP、浊度、叶绿素a和藻类浓度等各项指标均有明显下降，水质明显改善，藻类生长基本得到控制。应用优势菌剂处理城市湖泊水的试验表明，投加光合菌、硝化菌、复合菌的混合液对水中的浊度、叶绿素a有明显的去除效果，投菌后的第8d对浊度的去除率就达到了88%。水体中存在一些有益微生物菌群(EM菌)，包括光合细菌、硝化细菌、芽抱杆菌、乳酸菌、枯草杆菌、放线菌和酵母菌等，对污染水体的治理是非常有效的。在使用EM菌处理南水塘藻型富营养化源水的效果。在容器中按V(EM):V(源水)为1:10000的比例投加EM菌液并辅以低速间歇式曝气处理8d-9d，藻类生物量得到明显控制，叶绿素a、TN、TP及CODMn去除率分别达9.049%，45.25%，55.48%及8.237%，出水水质接近国家地表VI类水质标准。光合细菌可以通过光合作用，维持物质循环，降解废弃有毒物，起到净化水质的作用。例如从猪的污水池中分离得到一株紫色非硫菌株，此菌株通过光合作用能够使污水池中不稳定的有机化合物减少80%一93%，能够显著改善垃圾池的气味。
近年来，随着环境微生物技术的发展，基因工程菌(GEM)在污染水体的治理方面越发显示出优势。构建高效的基因工程菌可以显著提高污染物的降解效率。同时，环境微生物尤其是细菌中的污染物降解基因、降解途径等许多污染物降解机制的阐明为构建具有高效降解性能的污染物降解基因工程菌提供了可能。
2.2培养土著微生物技术
这是一种污染水体的微生物强化治理技术，它通过向水体中投加营养物质、无毒表面活性剂、电子受体或共代谢基质来激活水环境中本身具有降解污染物能力的微生物(即土著微生物)，充分发挥土著微生物对污染物的降解能力，从而达到水体修复的目的
2.2.1投加营养物(激活剂)
生物激活剂一般是由矿物质、有机酸、酶、维生素和营养物质混合而成的天然复合品。例如采用生物激活剂Bio oxidator TM(Bo)和Nutra complex TM(NC)对上海植物园兰室和牡丹园的湖水进行治理。这两种药剂主要含有生物刺激剂、酶、氨基酸、腐植酸和尿素等成分。结果表明，施用生物激活剂BO和NC对水体COD、BOD、TP和浊度等均有明显的去除效果，并可显著提升水体溶解氧。
2.2.2投加表面活性剂
由于表面活性剂可以改变有机污染物的某些性质，增加污染物与微生物细胞接触的几率，从而显著提高一些污染物的生物降解速度。近年对表面活性剂的研究有加强的趋势用吸附-浮选法去除工业废水中的Cr6+和Zn2+。。向废水投加针铁矿和氢氧化铁，吸附金属离子，然后用生物表面活性剂脂肽-105和地衣素-A作为浮选剂进行固液分离。加入表面活性剂可以减少吸附在非水相液体表面的细菌，使其在葱中生长。
2.2.3投加共代谢基质或电子受体
在污染水体的治理过程中，共代谢途径对于难降解有机物的生物降解也是非常重要的。在好氧条件下，利用葡萄糖诱导顺式1，2-二氯乙烯的生物降解，其降解效率、降解速率都明显高于厌氧条件，说明葡萄糖诱导的共代谢过程发挥了决定性的作用另外，也有研究表明，腐殖酸和醒类物质在有机物生物降解过程中，可起到电子受体的作用。在缺氧条件下，腐殖酸作为最终电子受体可作为三价铁的鳌合剂，从而提高铁离子的溶解度，强化水体底泥中苯的降解。
3.微生物技术的特点和优势
与物理和化学法相比，微生物技术具有一系列的特点和优势:(1)污染物的转化过程不需要高温、高压，在温和的条件下经过酶催化即可高效并相对彻底完成。处理费用低廉，仅为物理化学法的30%-50%。(2)微生物具有来源广、易培养、繁殖快、对环境适应性强和易实现变异等特性，适当地对其加以培养繁殖，特别是在一定条件下加以驯化，就能使之很好地适应各种有毒的工业废水、生活污水等环境。通过有针对性地对菌种进行筛选、培养和驯化，可以使大多数的有机物实现生物降解处理，应用面宽。(3)微生物处理不仅能去除有机物、病原体、有毒物质，还能去除臭味、提高透明度、降低色度等，处理效果良好。(4)对环境影响小，不产生二次污染，遗留问题少。(5)人类直接暴露在污染物下的机会减少。(6)就地处理，操作简便，可以避免铺设不雅观的机械设备。
4.微生物技术存在的问题
虽然微生物技术在污染水体的治理中取得了良好的应用效果，并具有广泛的应用前景，但在实际应用中还有许多问题有待解决。微生物技术一般在好氧条件下效果良好，在厌氧条件下效果往往不甚理想，如EM菌群在厌氧条件下对COD的去除不起促进作用;在重金属存在条件下，净水微生物制剂对水体中COD的去除率随着重金属浓度的升高而逐渐减少等等。微生物技术在污水治理上的不稳定性，一方面源于生活污水、工业废水成分更复杂，有机质种类及含量、微生物种群、溶氧条件、温度等千差万别，有毒有害物质如重金属离子、苯系化合物、氰化物、偶氮染料等较多，另一方面缺少理论研究和指导，尤其是应用生态学方面研究少。因此，研究人工投放的微生物在水体中的存活状态、作用状态、与土著微生物的相互作用关系等将有助于阐明微生物技术在污水治理上的应用前景，并为进一步的有效应用提供指导。
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篇7
关键词环境工程微生物学;实验课程教学;改革
AbstractAccording to the problems of environmental microbiology in traditional experiment teaching and social needs，a set of reforms had been explored and practiced，which included construction environmental microbiology knowledge system，concerning reality，using advanced technology，comprehensive experiments and flexible forms of examination，in order to improve students’ interest，research capacity and innovative ability.
Key wordsenvironmental microbiology;experimental teaching;reform
环境工程微生物学作为环境科学和环境工程专业重要的专业基础课程，是一门实验性和应用性很强的学科，是多学科相互交叉渗透而高速发展的前沿研究领域。其基本原理、研究技术已渗透到所有分支学科，是推动微生物技术发展和解决环境工程问题不可或缺的力量。实验课程是联系理论和实践的纽带，有助于加深学生对理论知识的理解，培养学生动手能力，开拓学生视野，提高学生创新思维和科研能力。在以往的实验课教学体系运行下，学生只能做一些类似“标准答案”的验证性实验，兴趣不高，缺乏思考。如何利用有限的的学时将环境工程微生物学实验技术和前沿进展传授给学生，使学生系统地掌握环境微生物学的知识体系，并灵活地运用知识解决实际问题，是21世纪综合型人才培养的关键。近年来，在环境工程微生物学实验课程教学过程中，本课题组以周群英、王士芬主编的《环境工程微生物学》(第3版)为主要教材(包含理论和实验课)，并参考黄秀莉、辛明秀主编的《微生物学实验》和王兰主编的《环境微生物学实验方法与技术》等多种实验课教材，进行了一系列改革和尝试，力求构建环境工程微生物实验课程新体系，以取得更好的教学效果[1-4]。
1环境微生物学实验课程改革的必要性
环境工程微生物学是西华师范大学生命科学学院开设环境工程专业以来的一门重要专业基础课，实验课教学体系参照生物科学专业的微生物学实验，增加了部分与环境工程相关的内容。首先，以验证性实验为主，不能充分锻炼学生的思维能力和创新能力。如细菌芽孢染色实验，利用细菌芽孢壁厚和细胞质浓厚而不易着色的特点，采用着色力强的染色剂和用加热等手段促使芽孢着色，并利用复染的方法对比原细菌菌体和芽孢，这只是简单的验证了理论知识，类似的实验还包括革兰氏染色、荚膜染色等。其次，各实验之间没有必然的联系。整个学期实验课结束以后，特别是毕业论文时，学生往往记不住以前做过的实验名称、药品和操作步骤，更不用说应用整体思维去思考。
实验课程的教学方法是按照设定的教学计划，由实验教师帮助学生完成很大一部分准备工作，学生在课堂上则只须花费很少的时间，按照教师讲解以及实验手册上的步骤和注意事项进行操作。学生一般是到了教室才关注实验的内容，对实验原理、研究背景和其他相关知识知之甚少。在整个实验进行过程中，学生被动听课和操作，几乎没有时间去思考该实验过程的来龙去脉。因此，传统的教学方法虽然在一定程度上能让学生学到一定的实验技能，巩固部分理论知识，但容易造成学生对实验原理理解不透彻，实验操作按部就班，对实验一知半解。
实验结束后大多数学生往往书写几近统一的实验报告，有的学生不忠实于真实的实验结果，无论实验成功还是失败都不太注重原因的分析。实验的考核也仅凭一纸实验报告。因此，容易忽略对学生真实的实验能力包括整体思维、实验态度、实验技能和创新能力的考核。
由此可见，这种教学方法难以培养学生对实验的兴趣，无法调动学生的主动性和积极性，不能真正培养学生的创造精神和创造能力。在课时逐渐减少，知识不断更新，环境问题日益突出和生物技术不断发展的今天，如何巧妙的安排实验课程，以提高学生实验的主动性和积极性，激发学生开放性思维，培养学生灵活运用知识分析问题和解决问题的能力，是非常值得思考的问题。围绕这个问题，笔者基于环境工程微生物学理论课和实验课教学，对当前环境工程微生物学实验课改革进行了一些探讨，以期达到提高实验课教学效果的目的。
2环境微生物学实验课教学改革的新举措
2.1优化实验内容，构建环境微生物学实验课程知识体系
环境工程微生物学涵盖的实验内容丰富，大纲要求具有一定的深度和广度，由于环境工程微生物学和其他的课程存在交叉重叠，有的内容和其他的课程有所重复，所以必须在内容的选择上有所取舍[5]。微生物学的基础操作，能验证一些重要的理论知识，所以要让学生牢固掌握这方面的技能，包括培养基的制备、微生物的接种、培养和保存、微生物的染色实验和微生物的观察实验。还要让学生明白，这些技能服务于所有实验，贯穿于整个实验体系。综合性实验包括环境微生物生态学的实验方法和技术、环境微生物的监测与评价、污染物的微生物处理技术和方法，比如环境因素对环境微生物生长和死亡的影响、富营养化湖泊中微生物的多样性的监测、污染物的微生物降解等。在这些综合性试验中，学生能够不断强化微生物的基础知识，融会贯通，加深对学科前沿发展状况的了解，培养科研意识，并开拓视野。
2.2贴近生活，激发学生的兴趣
环境工程微生物学和实际生活联系非常紧密，在教学过程中注意缩小理论和实际的差距，培养学生应用知识关注现实和改善环境问题的能力，做到学以致用。在课程中通过白色污染、水体污染、大气污染、重金属污染、固体废弃物污染、甲型H1N1流感病毒和能源危机等现实社会环境问题的讲解，让学生意识到专业的重要性和肩负的责任;让学生了解生活中污染环境的微生物，比如学校食堂厨余中的微生物类群，酸奶里的微生物种类，发生霉变的食物中主要的微生物种类，腐败水果蔬菜中微生物种类，校园人工湖的微生态系统，教室和医院微生物菌群等，使知识融入到生活中，让生活中的现象点燃学生学习和探索知识的激情。
2.3关注前沿科技，培养学生对尖端技术的操作能力
随着物理、化学和工程技术的发展，大大推动了生物科技的发展，新成就如雨后春笋，层出不穷。在微观方面，生物学已经从细胞水平进入到分子水平去探索生命的本质。以分子生物学为基础的生物技术促进了环境保护、农业、生态学和医学等各个领域的迅猛发展。在当代环境科学领域，DGGE和RFLP等技术已经成为研究环境中不可培养微生物有力的手段。可将一个班的同学分成4～6个小组，在老师的指导下，让各组同学独立设计，应用PCR-DGGE的方法研究污染河流不同河段的微生物区系，使学生接触前沿科学技术，并应用到解决环境问题中，能进一步把握微生物技术在环境工程领域发展的方向。这样的安排不仅使学生能掌握一些尖端技术的操作方法，也能增加学生的信息量，开拓学生的眼界，增加学习的兴趣。
2.4开设综合性实验，提高学生创新能力
环境工程微生物学实验课程的目的还在于学生能够利用自己掌握的基本实验技术，对于自己感兴趣的领域和课题独立自主地进行分析和研究，进一步提高学生的学习能力和科研能力。比如在综合实验阶段，本课题组开设极具环保和经济价值的“蟋蟀虫生真菌的分离鉴定和生长特性研究”综合性实验，学生试图通过学习的微生物分离鉴定技术去认识和研究这种真菌，从而为生物农药的开发奠定基础。这就使得学生在课后多做功课，查阅文献，展开调查研究，制定并提交实验方案。上课时学生分小组讨论，然后提出小组实验方案。教师可以使用提问的方法检查学生的方案，纠正错误。这种方法不仅能够大大提高学生做实验的积极性，而且能够让学生变成自主的研究型学习。通过学生查阅文献，在相互讨论和交流的过程中，学生除了提高文化知识，还能促进团队合作，促进沟通能力和创新能力的形成。另外，这种互动也能促进教师更加积极的备课。因而形成一种师生共同进步的良性循环。
2.5灵活制定考核机制，做好实验现场指导
实验课程的分数比重应该增大到30%，这样可以避免学生只会死记硬背，而不注重动手能力的培养。在实验过程中，进行现场指导，当场考核，不仅要看实验报告，更要依据出勤、现场实验操作和实验结果综合考核。比如除指导教师外，应有专门实验人员发放实验器材，进行出勤登记并纳入考核，占实验课成绩的10%。从制度上引起学生对实验课的重视。实验过程中，规范的操作和可靠的结果是考核的重点，各占实验课成绩的30%。对于实验报告，占实验课成绩的30%。应要求学生对实验过程和结果进行详细记录和分析，比如哪些操作步骤没有做好，或者在实验过程中容易出现什么问题，如何避免等，从而让学生养成一个善于分析问题和总结问题的好习惯。对于实验报告中的结果，要实事求是，严格杜绝相互抄袭现象。
在实验指导现场，对态度认真、操作规范的学生及时表扬，并号召其他学生观摩或欣赏，起到模范带头作用。有些操作较为繁琐的实验，个别学生总是失误，会产生厌烦心理，比如芽孢染色，要加以启发性的引导，帮助其顺利完成实验。由于学生经验不足，实验过程难免会有失误，实验结果有时不尽相同甚至会大相径庭。在这种情况下，不要急于批评学生，而要分析问题，找到原因。比如做细菌接种练习，一个班上总有1～2个学生平板上什么都没有长出来，这时候要鼓励学生勇于承认实验失误，还要让其回忆，实验失败是由于没有划线还是接了菌种以后再在火焰上灼烧而将微生物烧死。这样学生有深刻的印象，以后的操作也就不容易出现类似错误。有时候学生的失误，可能会出现一些意想不到的结果，这时候更要进行分析，帮助学生拓展思维。
3实施改革后取得的效果与思考
这些改革措施的实施，使学生做实验更加主动和用心，大大减少了盲目操作的现象，提高了综合运用知识、分析和解决问题的能力，培养了严谨、钻研、科学的学风。在新的课程改革实施后，95%以上的学生认为微生物学和生活联系非常紧密。部分本科生已经参与到一些教师的科学研究中去，有的学生还能够设计完整的实验进程，或通过合作完成一些小型课题。同时，实验课程改革也对实验课教师提出了新的要求，使教师不断学习新的实验课程管理理念，不断开发新的研究课题，同环境工程微生物学的发展同步。在以后的教学过程中，还要不断探索，以取得更好的成效。
4参考文献
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篇8
关键词：教学改革 环境微生物学
一、环境微生物学课程定位
环境微生物学是微生物学的知识和原理在环境工程方面应用的一门新兴的边缘学科，同时又是环境工程专业重要的专业基础课之一。它涉及面广，发展迅速，是一门具有很强实验性和应用性的学科。环境微生物学实验教学在理论联系实际，培养学生的观察能力、自学能力、探究和解决问题的能力，培养高素质的应用型人才方面具有重要作用。现阶段如何加强环境微生物教学，如何提高教学质量及把握改革的方向是摆在我们面前的严峻问题。笔者结合我校实际及教学经历，对该门课程的教学改革进行了初步设想。
二、教学过程存在的主要问题
1. 内容抽象、不易理解。
微生物学不像其它课程那样，其在学生头脑中没有直观的印象，微生物个体比较微小，看不见摸不着，在日常生活中也没有直观的印象。细菌个体微小，肉眼只能看到群体的菌落特征，很难把个体拿出来在实验室课堂上演示，只能借助工具来观察，操作性难度大。由于细菌个体微生物较小，用显微镜要放大很多倍才能看到，所以有时候很难区别一些相似的菌种(如各种霉菌)，对于辨认其形态结构也比较困难，不易理解。
2. 课程内容繁琐、知识点多，教学课时不足。
环境微生物学的内容主要微生物学基本原理、微生物生态、环境工程中微生物的作用和微生物学实验等部分组成。当前，我国很多高校为了培养创新型人才，大力压缩基础课课时，增开热门的应用课程。我校环境微生物总学时数56学时，其中理论学时数40学时，实验学时16学时。教学内容过于集中在微生物形态、生长代谢等基础内容，使得人工生态系统等介绍篇幅压缩，微生物在卫生检测及污染治理方面的应用等内容不够学时介绍，只能一带而过。因此要使学生对该门课有深刻理解和掌握，并能熟练地将理论应用于实践，按照现有的课时数，难度是比较大的。
3.学生基础知识薄弱，理论联系实际能力差。
当前，我国的中等教育正由应试教育转向素质教育，但转变过程又必须紧跟高考的指挥棒。这就造成环境工程专业的学生在接触环境微生物学课程之前，微生物学知识非常少，有些学生高中根本就没接触过微生物学。而越来越激烈的就业竞争和压力使得学生对基础课学习的兴趣下降，越专业越实用，则越感兴趣，这样，教与学之间的互动显得尤为重要。
4.实验室条件不足。
实验室条件不足是当前存在的一个主要问题之一。目前我院环境工程专业实验室面积较小，微生物教学器材偏少，灭菌锅和生物显微镜都只有2台，很难满足正常实验需要。
三、课程教学方法的改革和途径
1.开好头，激发学生的兴趣。
在绪论的讲授中，授课教师须讲明本课程在学科领域中的地位，特别是在社会经济发展中的地位与作用，尤其是目前环境微生物学在环境保护污染治理、资源利用、友好材料、清洁生产等领域的应用及研究热点、难点，指出近期科学工作者在环境微生物学研究的贡献，激发学生为科学献身的精神。
2.提高教师的自身素质，丰富教学内容。
教师对教学的态度、业务水平、敬业精神、教学方法和手段都会影响着教学效果。一方面，教师需要不断充实教学内容，联系当前社会热点问题，应用到课堂教学。例如在讲病毒时，补充讲SARS病毒、艾滋病毒及疯牛病毒的结构。另一方面，在学校的各项工作中，教学是基础，科研是主导，任何教师决不能脱离科学研究而单纯地搞教学工作。只有长期参加科研实践的教师，才能使自己讲课的内容更加具有前沿性、独创性和启发性。教师应多参与工程实际，找到理论与实践的结合点，并在教学中用工程中生动的例子讲述概念，例如在讲细胞工程和微生物在环境工程中应用时，教师结合自己的科研和工程实例进行讲解，这样贴近实际，通俗易懂，可大大激发学生的学习兴趣，培养学生解决实际问题的能力。
3.运用多媒体技术，增强教学效果。
多媒体技术是20世纪末发展起来的主要的电化教育手段，是未来微生物学课堂教学的主要方向。与其它生物相比，微生物有着看不见、摸不着的独特之处。如果教学方法不好，常常会造成很多错觉。传统的微生物教学手段可视化差，对微观世界的动态变化显得无能为力，众多的图表、照片无法展示，缺少生动形象的直观教学效果，教学信息量小。而在环境微生物教学中，借助多媒体进行教学，可以向学生们展示许多精美的微生物图片和微生物工程应用。例如，在讲噬菌体侵染细菌时，采用多媒体技术，用动画描述噬菌体吸附、入侵、复制、释放过程；在讲污泥膨胀时，运用多媒体技术，比较膨胀污泥与正常污泥的形态结构，增加认识；也可以通过网络收集的信息，向学生们介绍微生物某方面应用的最新进展，激发学生们对环境微生物的兴趣。
4.开展启发式教学，培养学生创新能力。
环境微生物学作为一门新兴的边缘学科，它的发展应随着生物学、微生物学及环境科学的发展而不断呈现出新的内容。以往那种以教师为中心，学生上课记笔记、考前背笔记的教学模式及学习方式已不能适应对该学科的学习要求。教师在授课时，应注重提高信息的密度和质量，尽量使之图象化、表格化，这样可将原来多而杂的信息整理为少而精的信息，使之相互联系紧密、主线突出、层次清晰，成为学生易懂、易记的新信息。在教学方法上，要改变单一的注入式教学方法，采取讲解式、提问式、启发式、自学式等多种多样的教学方法。对于基础性知识，以讲解式为主，并在讲课时启发学生思维；课前准备一些问题，讲课过程中随时向先生提问，在提高学生听课精神的同时，激发学生思维，活跃课题气氛；在讲课过程中，经常联系最新研究进展，以作业的形式，让学生通过网络了解信息，培养学生的科技创新思想和能力，为今后的科研打下基础。
5.改革实验教学，调动学生积极性。
实验教学在微生物理论教学中占很大比重，它可以培养学生独立分析、解决问题的能力和动手能力。为此，要求学生每次实验前必须预习，并写出预习报告，上课时指导教师要检查预习报告，了解预习情况，做到有的放矢，实验课上注意基本操作技能的训练，根据各实验的具体要求，严格把关，认真指导。严格要求，规范操作，强化基本操作训练，发现问题，耐心引导，力争使学生自己找出问题并加以改正；课后适当增加开放性实验，通过这些措施，端正学生的实验态度。规范操作，写好实验报告，练好基本功，实验报告中的分析与讨论是很重要的内容，通过对实验问题和结果的分析、讨论，可加强学生对理论知识的理解，大大提高学生分析问题和解决问题的能力。
环境微生物实验目前有16学时，归并到环境工程专业实验A中，由于实验学时和实验条件的限制，我们目前只安排了培养基的配制与灭菌、细菌的分离与无菌操作技术、光学显微镜的使用、细菌形态观察和细菌数量的测定五个实验，每个实验前后关联，连续性强。实验安排上尽量依据实验室现有条件，少量多次安排实验。在目前操作性和验证性实验的基础上，我们计划开出环境工程专业综合性实验，计划学时10学时，拟利用现有氧化沟设备对污水生物降解，综合环境微生物、环境监测和水污染控制工程实验内容。形式安排上，采用开放实验形式，该实验所需时间较长，于是实验室全天对学生开放，学生们都是自己安排时间，在课余时间来实验室做实验，实验指导教师随时进行指导。通过“综合大实验”，学生不仅可以掌握各个实验的方法，也巩固了以前所学的基本操作技术，更重要的是提高了学生的主动性、自觉性和实验动手能力，把所学各门知识系统地贯穿起来用于实际工作中。
四、结语
环境微生物学在环境工程领域的应用越来越广泛，对其教学的改革也是一个长期的、艰巨的任务。而社会对人才的要求越来越注重独立工作能力、综合能力以及创新精神，因此，环境微生物教学必须按照这一要求，不断寻找适合的内容，培养出综合型、设计型、高素质的人才，实现教学改革的目标。
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篇9
关键词：食品 检测 全自动微生物定量分析仪 微生物 安全
中图分类号：TS207.4 文献标识码：A 文章编号：1672-5336（2013）20-0035-02
1 引言
食品在生产、销售以及运输的过程中，很容易受到污染，一旦食品受到污染，食品微生物就会不断地繁殖，易使食品出现腐败且变质等问题，导致食物中毒或者食源性污染。针对这种情况，为有效地避免这一问题的发生，人们也加大了食品安全的检测力度，在这种形势下，出现了一种新的检测仪器，即全自动微生物定量分析仪，该仪器是基于MPN法，借助于16管形式改造成的一种独立耗材与最小化卡片，通过所产生的特殊酶反应来进行相对应荧光信号的检测，以此完成食品微生物指标的判读。文章就全自动微生物定量分析仪在食品检测中的应用进行详细地阐述。
2 全自动微生物定量分析仪的应用
2.1 检测所需材料与仪器
在本次研究中，所用食品为海产品与烘干鸡肉，其中烘干肌肉为一种宠物食品，所用仪器为全自动微生物检测仪，所用的试剂和检测卡片均为法国梅里埃公司所生产制造的，各试剂与培养基必须要在有效期内应用。
2.2 食品检测
（1）大肠杆菌。不管是人，还是动物，均存在着一个共同寄居菌，即大肠杆菌，这一种细菌在大量繁殖以后易导致食物中毒。在全自动微生物定量分析仪中，其所配套的这种试剂EC就是专用于大肠杆菌的检测，在检测中，当大肠杆菌的数量达到规范值时，基于44℃这一条件下，存有大肠杆菌的这一卡片就会将培养基中底物还原，且产生一种能够被TEMPO这一读数器所检测的营养信号。基于MPN方法，按照阳性孔数目以及大小，由TEMPO系统将原始样本中大肠杆菌实际数量推算出来，同时根据国家食品微生物关于大肠杆菌计数的标准来对样品实施检测，通过两者结果的比较发现，其符合率86%，在准确度上没有差异。紧接着在此基础上再对不满足要求的样品进行重复检测，从检测结果来看，这种方法尽管符合实验室批量检测的要求，但是不适用于高酶活性样品，特别是一些高酶活性水生软体动物。此外，经过多次试验笔者还发现，在将稀释倍数进行扩大以后，可使高酶活所产生的干扰与影响得到降低。
（2）菌落总数。菌落计数不仅可用于食品卫生质量的监督，同时还是提示食品的新鲜度或者腐败的重要指标之一。按照国家食品微生物关于菌落总数的规定，对同一样品实施取样与稀释，接着进行检测，在检测过程中，把样本接种至培养基，借助于TEMPO这一填充器将其传输至三种规格不同的卡片中，该卡片为48孔，且在此时充填器也会将卡片密封，以免在之后的处理中发生污染问题。把按照国标法所制作的这一平板与卡片仪器放于培养箱内进行培养，其中卡片中所存微生物对培养基中底物进行分解，且产生一种可被TEMPO这一读数器所检测的荧光信号，在四十八小时以后，分别进行卡片与平板菌落数的读取，按照阳性孔数目以及大小，由TEMPO系统来进行原始样本中微生物总数的推算，从推算结果来看，其与平板计数符合率89%。最后对不符合的这些样品再次进行检测，通过检测和分析结果来看，发现这些不符合的样品均为水生软体动物，这些动物的酶活力都相对较强，因这些物品对底物反应易造成影响，因此造成仪器所读取的这些荧光信号发生变化。由此可见，该仪器虽然可实现批量菌落的检测，但却存在着一定的局限性。
（3）肠杆菌科。在食品工业中，肠杆菌科所产生的这种细菌为其一项重要的指标，由于其同时包含食物腐败因子与肠道致病菌，因此被当作食品安全与卫生的一个重要指标。在本次试验中，所用肠杆菌科样品是烘干鸡肉，通过所用卡片在22-27小时区间且35±1℃这一条件下的变化来进行该食品污染的判断。从检测结果来看，其符合率97%，由此可知，其准确度没有差异。
（4）金黄色葡萄球菌。这一细菌可造成细菌性食物中毒，且对水产品所造成的污染还会影响水产品的加工出口以及食品安全。在本次研究中，通过国家标准检测和全自动微生物定量分析仪中TEMPO检测的对比发现，其符合率97%，且准确度没有差异，相对于传统检测方式而言，这种TEMPO法具备操作简便且人为误差小等优势，是非常重要的一种方式。
3 结语
综上所述，通过这次研究发现，相对于国家标准检测方式而言，全自动微生物定量分析仪不仅符合准确性需求，同时还省去了以往试验方式中比较耗时且繁琐的步骤，使得批量检测更加轻松，且试验以后的清理工作与灭菌也变得更加简单。从上述应用情况来看，一些颜色相对较重或者高酶活性的样品易对检测结果造成影响，这也在另外一个角度说明了这种全自动微生物定量分析仪自身也存在这一定的局限性，尽管在实践中，可通过稀释度的扩大来降低这种干扰与影响，但却不可将其消除。随着信息技术的快速发展，这种全自动微生物定量分析仪也会逐步完善，尽管该仪器目前在检测计数上还存在这一定的缺陷，但是随着其不断地完善与发展，笔者相信在未来食品检测中，全自动微生物定量分析仪将会成为主要的检测方式，具备更为广泛的应用前景。
参考文献
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篇10
【关键词】环境工程微生物学 教学 体会
微生物技术是现代高技术之一，对经济建设与社会进步有着深远的影响，它以低耗高效、副产物和副作用小、安全性好，而在解决生态和环境问题等方面发挥着越来越重要的作用。在现代技术的交叉渗透过程中，将微生物技术的基本原理应用到环境工程中，为微生物技术从实验室走向解决环境问题提供了理论基础。在解决目前人类所遇到的人口、能源、废物处理等环境问题中发挥了重要的作用，并显示了可观的经济效益和社会效益。因此，国内许多院校的环境工程专业开设了《环境工程微生物学》课程，并将课程的重点放在了介绍微生物的生态与微生物在解决环境问题的应用上。但同时《环境工程微生物学》在内容与研究方法上和环境工程的其它课程又有较大的差别，所以该课程的教学有它的独特性。
我校水资源与环境学院自开始招环境工程本科生以来，一直把《环境工程微生物学》作为环境工程专业的主要专业基础课之一。目前，我有幸成为这门课程的主讲老师。如何对待该课程的教学? 如何使环境工程专业微生物学教学紧跟学科发展步伐，使学生在系统学习和掌握微生物学基础理论知识的同时，进一步理解防治环境污染、改善与提高环境质量的微生物学原理、技术和方法? 经过近两年的教学工作，感受颇多，特将我对讲授这门课的一些体会总结如下，请批评指正。
1 加强绪论部分的教学
有些人认为绪论没有什么具体内容，在教学上可有可无，有些老师往往是让学生们自学绪论部分。但实际上绪论是一门课程的序曲，又是一门课程的缩影和向导。在绪论的讲授中，授课教师应该介绍微生物的发现及其与人类和环境之间的关系，让学生认识到微生物对于我们人类和环境的重要性;介绍微生物学的奠基、发展历史、现状及发展方向，让学生了解微生物学是在解决实际问题，是在认识自然和改造自然的过程中得到发展的;介绍显微镜的发明者列文虎克、青霉素的发现者弗莱明等为微生物学做出杰出贡献的科学家，启迪学生为科学献身的精神[1];介绍环境工程微生物学当前的研究热点和难点，激发学生的求知欲望。同时，在课程的讲授过程中要多联系生活和实践，努力使抽象深奥的内容变得具体简单。例如，在讲授微生物发酵时，联系酸奶的制作，告诉学生各厂家生产的酸奶呈现不同的风味就是因为不同厂家选用的菌种不同，因而发酵产物不同所致，使学生深刻了解了发酵的不同类型。
2 更新教学内容，加大新知识和新技术的传授
环境微生物学作为一门新兴的边缘学科，随着生物学、微生物学及环境科学的发展而不断呈现出新的内容。特别是日新月异的分子生物学技术已渗透到生物科学和技术的各个领域，尤其是与微生物学关系密切，这更加促进了微生物在环境工程中的应用。为了紧跟时代和学科发展的步伐，培养高质量人才，教师需及时更新自己的知识结构，跟踪学科前沿发展变化的动态，将新的知识和新技术及时增加到教学中来，让学生熟悉和掌握学科前沿性的理论知识和操作技术，为他们将来深入开展研究打下良好的基础。例如，可以讲解有关DNA重组技术、基因扩增技术、DNA测序技术等高新技术在环境工程中的应用现状和发展前景[2，3]，为学生将来开展创新性研究工作奠定理论基础。同时还可以把一些和日常生活关系密切的知识，例如ADIS的传播及预防，SARS、禽流感的爆发与环境污染的关系等等，以科普形式介绍给学生，既活跃了课堂气氛，又拓宽了学生的知识面，调动了学生的学习兴趣，激发学生对科学研究的责任感和奉献精神。另外，把一些有争议的问题引入教学中，也可以开拓学生的专业视野，激发学生智力活动的积极性，培养学生的科研动机，帮助学生认识发现真理的过程，培养其攀登科学高峰的信心和勇气。
3 改革教学模式，激发学生学习兴趣
学习动机是一种内驱力，学习兴趣是学习的最佳动力。只有在充分激发学生的兴趣，调动他们的想象力和参与能力的情况下才能最大限度地发挥效力。环境微生物学研究的对象是人们在通常情况下看不见的微小生物，其教学内容是一些微观的、抽象的、阐述性的内容，并且涉及到遗传学、生理学、生物化学、分子生物学等诸多前沿学科，具有较强的广度与深度。如果不能及时调动学生的学习积极性，那么这些繁杂的内容就会使学生感到味如嚼蜡，毫无兴趣，直接影响学生的理解，最终导致学习效率低下，学习效果不佳。如果激发了学生对课程的学习兴趣，就会增加学生课后查找、阅读参考资料的主动性，这对学生后续内容的学习也是一种鞭策和鼓励。
学生在学习该课程之前，主要学习了数学、物理和基础化学等课程，专业课程学习尚未展开，所以学生对环境工程专业学习微生物目的缺乏认识，在他们思想上有一种根深蒂固的想法，即解决环境问题必须用物理化学的方法。针对这种情况，就需要将工程实践中一些有影响的或与学生生活比较贴近的实例，如:一般的城市二级污水处理厂、城市垃圾资源化系统等内容引入课堂，让学生明白微生物在处理环境问题中有着广泛的应用，从而激发他们的学习热情。
还有，《环境工程微生物学》的前几个章节主要讲述微生物的形态、结构及生化过程，具有概念多、微生物种类多且形态多变的特点，而且由于微生物形体小，无法从日常生活中得到直观的印象，学生普遍感到“看不见，摸不着”。针对这种情况，应当采用多媒体教学的手段，利用一些典型微生物的图片或三维动画形式，描述其形态与生长发育过程，这样既方便讲解又生动活泼，利于学生理解，增加学生学习兴趣，提高教学效果。同时，还要鼓励学生自己动手采集微生物，利用实验室开放时间，自己去观察体会，并通过查资料，关注学科进展，采取互动形式，增加学生从课外获得相关知识的能力。
4 加强实验教学
微生物学是来源于实验的科学，所以我们应着重加强实验教学。环境工程微生物学实验是一门原理性、概念性、实践性、操作性难度较大的课程。比如显微镜技术、制片和染色技术、培养基的制备技术、无菌操作技术、纯种分离培养技术、菌种保藏技术、大气及水中微生物监测技术等。这些都需要特殊的设备和独立的训练，如果没有足够的课时及仪器支持，掌握其中的操作技术是很困难的。环境工程微生物学实验课前期准备工作是一项比较复杂、精细和繁琐的工作，工作量大，连续性强，即使是微小的疏忽也可能造成实验的失败。在做实验准备的过程中必须认真、细致才能保证实验课的顺利进行，这就对实验室老师的素质和教学态度提出严峻的考验。
还有，实验操作过程是培养学生独立工作能力最好的过程。实验中，我们应该采取学生独立思考、自己动手、大胆探索，教师积极引导、注重启发的实验教学模式，充分发挥学生在实验中的积极性和主动性。如在做“细菌革兰氏染色”实验时，我们要求每个学生至少完成3个不同类别典型细菌的正确鉴别染色片，从挑取菌种、涂片、固定、染色、调试显微镜，直到观察到染色的微生物形态，鉴别出正确的菌种为止，整个过程完全由学生自己操作，而且实验的每一步都要非常认真仔细，稍不注意就得不到正确结果[4]。实验中，学生对涂片后固定细菌时的温度高低、洗片环节、酒精脱色的时间等精心分析，反复实验摸索，并在教师的启发下，找出问题症结，直到得出满意的结果为止。实验过程中，我们还应对学生操作时的习惯性问题和错误作重点提示和讲解，并在学生操作过程中及时指导纠正动作，严格要求学生独立完成。
实验课的讲授过程中，我们还应尽可能地开一些综合性地实验。综合实验是一个以学生为主体、学生与教师互动的教学过程，其特点是学生独立自主进行实验的设计、组织、实施和管理。演示性、验证性实验多，而综合性、设计性实验少是过去实验教学中存在的问题，学生对实验过程印象不深，理论掌握不牢，动手能力不强，不利于培养学生的创新能力。为此，我们针对学生比较感兴趣的实验课题，如水、室内空气、土壤和食品中的微生物种类、数量、分布等应用于实验教学，学生通过查阅资料，设计实验方案，由指导老师指导和小组讨论，确定实验方案，提高了学生的分析问题和解决问题的能力，这样激发了学习兴趣，巩固了理论知识和实验技术，也培养了学生的综合运用能力。
微生物学博大精深，微生物在处理环境问题时的优势越来越明显。作为环境工程专业的重要基础课之一，《环境工程微生物学》在学科体系中的地位也越来越重要。如何使环境工程专业的微生物教学进行得更合理，如何使环境工程专业的学生具备较高的微生物学综合素质，相信通过对教学经验的不断总结和改革，通过主讲老师地不断学习提高，最终能够使《环境工程微生物学》的教学工作适应时展要求，为培养具有综合素质的环境科学人才做出贡献。
参考文献
[1] 周德庆.微生物学教程(第二版).北京:高等教育出版社，2002.
[2] 张洪勋，王晓谊，齐鸿雁.微生物生态学研究方法进展[J].生态学报，2003，23(5): 988-993.
