微生物課件濟(jì)南課程概述課程目標(biāo)掌握環(huán)境微生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)內(nèi)容微生物基礎(chǔ)及其環(huán)境應(yīng)用考核方式第一章：緒論1環(huán)境現(xiàn)狀工業(yè)化帶來(lái)污染挑戰(zhàn)2環(huán)境生物工程利用生物修復(fù)受損環(huán)境3可持續(xù)發(fā)展綠色技術(shù)促進(jìn)生態(tài)平衡環(huán)境生物工程的研究方法分離鑒定分離培養(yǎng)特定功能微生物分子生物學(xué)基因測(cè)序分析群落結(jié)構(gòu)生物反應(yīng)器模擬放大實(shí)驗(yàn)研究代謝數(shù)據(jù)分析多組學(xué)數(shù)據(jù)整合分析第二章：環(huán)境微生物基礎(chǔ)細(xì)菌單細(xì)胞原核生物，多樣形態(tài)廣泛分布于各種環(huán)境中真菌包括酵母和霉菌分解復(fù)雜有機(jī)物原生動(dòng)物單細(xì)胞真核生物在水處理系統(tǒng)中常見(jiàn)微生物的合成與分解代謝同化作用合成細(xì)胞物質(zhì)異化作用分解獲取能量初級(jí)代謝維持生長(zhǎng)必需次級(jí)代謝產(chǎn)生特殊功能物質(zhì)碳代謝過(guò)程詳解糖酵解葡萄糖分解為丙酮酸2檸檬酸循環(huán)產(chǎn)生還原力和能量光合作用利用光能固定二氧化碳化能自養(yǎng)利用無(wú)機(jī)物氧化產(chǎn)生能量第三章：微生物在環(huán)境中的分布土壤微生物豐富多樣的微生物群落每克含數(shù)十億微生物分解有機(jī)物質(zhì)參與養(yǎng)分循環(huán)水體微生物水質(zhì)凈化的關(guān)鍵力量浮游生物與固著生物參與自?xún)暨^(guò)程指示水體健康狀況空氣中的微生物主要類(lèi)型細(xì)菌孢子、真菌孢子、花粉傳播方式氣溶膠形式隨氣流擴(kuò)散清除機(jī)制降雨、沉降吸附減少數(shù)量環(huán)境意義影響大氣化學(xué)、生物地理分布微生物的相互作用類(lèi)型共生互利互惠關(guān)系協(xié)同共同完成降解過(guò)程拮抗產(chǎn)生抑制性物質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)和空間第四章：微生物在環(huán)境物質(zhì)循環(huán)中的作用光合作用放氧生物固定碳呼吸作用消耗氧氣釋放能量有機(jī)物氧化分解有機(jī)碳化合物氮循環(huán)固氮作用將大氣氮轉(zhuǎn)化為氨硝化作用氨轉(zhuǎn)化為硝酸鹽反硝化作用硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)獍被饔糜袡C(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨磷循環(huán)微生物礦化有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)磷溶解作用分泌有機(jī)酸溶解磷酸鹽生物吸收磷酸鹽被生物利用沉淀固定形成難溶性磷酸鹽硫循環(huán)硫酸鹽還原厭氧條件下硫酸鹽轉(zhuǎn)化為硫化物硫化物氧化硫桿菌將硫化物氧化為單質(zhì)硫硫氧化單質(zhì)硫氧化為硫酸鹽有機(jī)硫礦化有機(jī)硫化合物分解釋放硫第五章：微生物對(duì)污染物的降解有機(jī)污染物石油烴類(lèi)農(nóng)藥類(lèi)染料類(lèi)無(wú)機(jī)污染物重金屬氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽放射性物質(zhì)新型污染物微塑料藥物殘留個(gè)人護(hù)理品微生物對(duì)重金屬的降解1吸附作用細(xì)胞表面結(jié)合重金屬離子2胞內(nèi)富集主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)3氧化還原改變價(jià)態(tài)降低毒性4生物沉淀形成難溶性化合物微生物對(duì)石油的降解菌種多樣性銅綠假單胞菌等多種菌參與降解機(jī)制產(chǎn)生特異性酶系統(tǒng)影響因素溫度、氧氣、營(yíng)養(yǎng)條件應(yīng)用技術(shù)原位修復(fù)與異位處理第六章：好氧廢水處理技術(shù)基本原理微生物利用氧氣降解污染物2微生物種類(lèi)好氧細(xì)菌為主代謝過(guò)程有機(jī)物轉(zhuǎn)化為二氧化碳與水影響生物降解的主要因素溫度、pH值、溶解氧、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和抑制劑是影響微生物降解效率的關(guān)鍵因素活性污泥的組成12345細(xì)菌主要降解者原生動(dòng)物捕食游離細(xì)菌輪蟲(chóng)指示污泥狀態(tài)絲狀菌影響污泥沉降性胞外聚合物促進(jìn)微生物聚集主要工藝參數(shù)4-8小時(shí)水力停留時(shí)間廢水在反應(yīng)器中停留時(shí)間5-15天污泥齡微生物在系統(tǒng)中平均停留時(shí)間2-4mg/L溶解氧維持好氧條件所需氧濃度0.3-0.5食微比進(jìn)水有機(jī)物與微生物量比值常用好氧廢水處理技術(shù)活性污泥法應(yīng)用最廣泛的生物處理方法氧化溝環(huán)形溝渠連續(xù)流動(dòng)處理序批式活性污泥法間歇運(yùn)行周期性處理生物接觸氧化法利用固定生物膜處理第七章：厭氧廢水處理技術(shù)水解階段復(fù)雜有機(jī)物分解為單體酸化階段形成揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)乙酸階段轉(zhuǎn)化為乙酸和氫氣產(chǎn)甲烷階段形成甲烷和二氧化碳厭氧微生物的特點(diǎn)產(chǎn)酸菌水解發(fā)酵作用產(chǎn)生有機(jī)酸生長(zhǎng)速率快產(chǎn)甲烷菌嚴(yán)格厭氧生長(zhǎng)緩慢環(huán)境敏感性高產(chǎn)乙酸菌中間轉(zhuǎn)化者與產(chǎn)甲烷菌協(xié)同對(duì)氫分壓敏感主要工藝參數(shù)最低值最適值最高值常用厭氧廢水處理技術(shù)UASB反應(yīng)器上流式厭氧污泥床厭氧濾池填料固定生物膜EGSB反應(yīng)器擴(kuò)展式污泥床ABR反應(yīng)器厭氧折流板反應(yīng)器第八章：生物膜法處理廢水初期吸附微生物附著于載體表面微生物增殖分泌胞外聚合物形成基質(zhì)3生物膜成熟形成立體結(jié)構(gòu)和水通道生物膜脫落老化部分脫落更新生物膜法的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)生物量高抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)不需污泥回流運(yùn)行管理簡(jiǎn)單缺點(diǎn)生物膜控制難易發(fā)生堵塞需定期反沖洗占地面積大常用生物膜法處理工藝生物濾池以砂礫為填料的傳統(tǒng)工藝有機(jī)負(fù)荷低，出水水質(zhì)好生物轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)上生長(zhǎng)生物膜能耗低，運(yùn)行簡(jiǎn)單移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器懸浮填料攜帶生物膜結(jié)合活性污泥與生物膜優(yōu)點(diǎn)第九章：生物脫氮除磷技術(shù)氨氮氧化硝化細(xì)菌將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮硝態(tài)氮還原反硝化菌將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈪捬醢毖趸瘏捬鯒l件下直接氧化氨氮為氮?dú)馍锍自韰捬踽屃譖AOs釋放磷酸鹽吸收有機(jī)物好氧吸磷超量攝取磷酸鹽合成多聚磷剩余污泥排放富含磷的污泥排出系統(tǒng)常用生物脫氮除磷工藝A2/O工藝厭氧-缺氧-好氧串聯(lián)UCT工藝改進(jìn)型多級(jí)回流系統(tǒng)SBR工藝序批式反應(yīng)器周期運(yùn)行第十章：廢渣廢氣的生物處理堆肥技術(shù)有機(jī)廢物生物降解穩(wěn)定化土地利用廢物農(nóng)用促進(jìn)土壤改良厭氧消化產(chǎn)沼氣回收能源利用廢渣生物處理工藝1預(yù)處理破碎分選調(diào)節(jié)物料性質(zhì)2主體處理微生物降解轉(zhuǎn)化穩(wěn)定化3后處理熟化篩分提高產(chǎn)品質(zhì)量4資源化利用制備肥料、土壤改良劑廢氣生物處理原理1吸附轉(zhuǎn)移氣相污染物轉(zhuǎn)移至液相微生物降解生物膜微生物分解污染物最終礦化轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水廢氣生物處理工藝生物濾床固體填料支持微生物生長(zhǎng)生物滴濾池連續(xù)液體循環(huán)噴淋生物洗滌塔吸收液與廢氣充分接觸植物凈化系統(tǒng)結(jié)合植物與微生物協(xié)同作用第十一章：環(huán)境污染的生物修復(fù)定義利用生物降解或轉(zhuǎn)化污染物恢復(fù)受污染環(huán)境的過(guò)程優(yōu)點(diǎn)環(huán)境友好，成本低可原位處理，干擾小局限性處理周期長(zhǎng)對(duì)環(huán)境條件依賴(lài)性強(qiáng)生物修復(fù)的原理34自然衰減依靠自然過(guò)程降解生物強(qiáng)化添加特定功能微生物植物修復(fù)利用植物吸收轉(zhuǎn)化生物刺激添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)促進(jìn)降解微生物環(huán)境修復(fù)的主要工藝原位修復(fù)土壤通氣生物通風(fēng)滲透反應(yīng)墻植物-微生物聯(lián)合修復(fù)異位修復(fù)土地堆置生物堆生物反應(yīng)器生物耕作法第十二章：環(huán)保生物制劑的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用復(fù)合微生物制劑多菌種協(xié)同作用酶制劑特異性降解特定污染物微生物農(nóng)藥生物防治害蟲(chóng)病原微生物肥料促進(jìn)植物生長(zhǎng)提高土壤肥力環(huán)保生物制劑的作用機(jī)制直接降解分泌特異性酶降解污染物競(jìng)爭(zhēng)抑制抑制有害微生物生長(zhǎng)促進(jìn)生長(zhǎng)產(chǎn)生植物激素促進(jìn)生長(zhǎng)固氮解磷提高養(yǎng)分生物可利用性微生物農(nóng)藥蘇云金桿菌產(chǎn)生殺蟲(chóng)晶體蛋白白僵菌寄生害蟲(chóng)體內(nèi)生長(zhǎng)木霉菌抑制植物病原真菌微生物肥料根瘤菌固氮菌解磷菌叢枝菌根真菌其他第十三章：微生物與廢物資源化培養(yǎng)基制備利用廢水廢液作為基質(zhì)菌種培養(yǎng)酵母菌、螺旋藻等增殖細(xì)胞收集離心過(guò)濾濃縮生物量產(chǎn)品加工干燥滅菌制成蛋白飼料細(xì)菌冶金1微生物接觸嗜酸硫桿菌附著礦石表面氧化作用將不溶性金屬硫化物氧化金屬溶出金屬離子進(jìn)入溶液金屬回收沉淀、吸附回收金屬微生物與能源沼氣厭氧消化產(chǎn)生甲烷可替代天然氣使用生物氫發(fā)酵或光合作用產(chǎn)氫清潔能源載體生物燃料電池微生物氧化有機(jī)物直接轉(zhuǎn)化為電能生物柴油微藻積累油脂提取轉(zhuǎn)化為燃料生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展8000億產(chǎn)業(yè)規(guī)模生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模12%年增長(zhǎng)率近五年平均增速5000+企業(yè)數(shù)量全國(guó)相關(guān)企業(yè)總數(shù)10萬(wàn)+就業(yè)人數(shù)直接就業(yè)崗位技術(shù)創(chuàng)新方向基因工程改造微生物代謝途徑1發(fā)酵工程優(yōu)化放大培養(yǎng)條件2自動(dòng)化控制智能監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)分離提取高效率低能耗分離技術(shù)4合成生物學(xué)應(yīng)用基因元件標(biāo)準(zhǔn)化模塊化設(shè)計(jì)生物元件基因組編輯CRISPR精準(zhǔn)改造計(jì)算生物學(xué)預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)代謝網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用定制化微生物工廠高通量篩選技術(shù)自動(dòng)化篩選機(jī)器人高效挑選菌落微流控技術(shù)單細(xì)胞水平分析生物傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)代謝產(chǎn)物精密發(fā)酵和智能化制造傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)字孿生模擬、大數(shù)據(jù)分析、人工智能控制和自動(dòng)化取樣系統(tǒng)是精密發(fā)酵的核心技術(shù)微生物資源研發(fā)與利用資源發(fā)掘探索極端環(huán)境中功能菌資源保藏建立微生物資源庫(kù)功能評(píng)價(jià)篩選有應(yīng)用潛力的菌株4產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化開(kāi)發(fā)微生物產(chǎn)品腸道微生物與健康擬桿菌門(mén)厚壁菌門(mén)變形菌門(mén)放線菌門(mén)其他微生物組學(xué)技術(shù)1樣品采集環(huán)境或生物樣本收集保存2DNA提取高通量提取群落基因組3測(cè)序分析16S/宏基因組測(cè)序4數(shù)據(jù)處理生物信息學(xué)分析微生物組成濟(jì)南市生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策支持出臺(tái)專(zhuān)項(xiàng)扶持政策資金投入設(shè)立產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金平臺(tái)建設(shè)建設(shè)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)園人才引進(jìn)高層次人才特殊政策發(fā)展機(jī)遇500億產(chǎn)業(yè)規(guī)模濟(jì)南生物制造產(chǎn)業(yè)目標(biāo)200+重點(diǎn)企業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域龍頭企業(yè)50+科研平臺(tái)各類(lèi)研發(fā)機(jī)構(gòu)數(shù)量3000+專(zhuān)業(yè)人才高層次人才儲(chǔ)備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室介紹微生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室山東大學(xué)依托單位微生物基礎(chǔ)與應(yīng)用研究研究方向微生物資源挖掘微生物代謝工程生物活性物質(zhì)研究環(huán)境微生物技術(shù)科研成果國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)發(fā)表SCI論文500+