導語：如何才能寫好一篇微生物的培養(yǎng)與應用，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

例1（2009年安徽理綜卷）下列是關于“檢測土壤中細菌總數(shù)”實驗操作的敘述，其中錯誤的是（）

A．用蒸餾水配制牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，經(jīng)高溫、高壓滅菌后倒平板

B．取104、105、106倍的土壤稀釋液和無菌水各0.1mL，分別涂布于各組平板上

C．將實驗組和對照組平板倒置，37℃恒溫培養(yǎng)24～48小時

D．確定對照組無菌后，選擇菌落數(shù)在300以上的實驗組平板進行計數(shù)

解析：確定對照組無菌后，選擇菌落數(shù)在30～300的進行計數(shù)，求其平均值，再通過計算得出土壤中細菌總數(shù)。

點撥：配置培養(yǎng)基時，要用無菌水，不能用自來水，以防止雜菌污染，同時防止自來水中的其他物質(zhì)影響培養(yǎng)基的成分。

二、考查微生物的分離、培養(yǎng)

例2（2009年寧夏理綜卷）（1）在大腸桿菌培養(yǎng)過程中，除考慮營養(yǎng)條件外，還要考慮______、______和滲透壓等條件。由于該細菌具有體積小、結(jié)構簡單、變異類型容易選擇、______、______等優(yōu)點，因此常作為遺傳學研究的實驗材料。

（2）在微生物培養(yǎng)操作過程中，為防止雜菌污染，需對培養(yǎng)基和培養(yǎng)皿進行______（消毒、滅菌）；操作者的雙手需要進行清洗和______；靜止空氣中的細菌可用紫外線殺滅，其原因是紫外線能使蛋白質(zhì)變性，還能______。

（3）若用稀釋涂布平板法計數(shù)大腸桿菌活菌的個數(shù)，要想使所得估計值更接近實際值，除應嚴格操作、多次重復外，還應保證待測樣品稀釋的______。

（4）通常，對獲得的純菌種還可以依據(jù)菌落的形狀、大小等菌落特征對細菌進行初步的______。

（5）培養(yǎng)大腸桿菌時，在接種前需要檢測培養(yǎng)基是否被污染。對于固體培養(yǎng)基應采用的檢測方法是______。

（6）若用大腸桿菌進行實驗，使用過的培養(yǎng)基及其培養(yǎng)物必須經(jīng)過______處理后才能丟棄，以防止培養(yǎng)物的擴散。

解析：（1）大腸桿菌具有體積小、結(jié)構簡單、變異類型容易選擇、易培養(yǎng)、生活周期短等優(yōu)點，培養(yǎng)過程中，除考慮營養(yǎng)條件外，還要考慮溫度、酸堿度和滲透壓等條件。

（2）滅菌是指使用強烈的理化因素殺死物體內(nèi)外所有的微生物，對培養(yǎng)基和培養(yǎng)皿要進行滅菌。消毒是指使用較為溫和的物理或化學方法僅殺死物體表面或內(nèi)部一部分對人體有害的微生物，對操作者的雙手需要進行清洗和消毒。紫外線能使蛋白質(zhì)變性，還能損傷DNA的結(jié)構。

（3）稀釋涂布平板法是將菌液進行一系列的梯度稀釋，然后將不同稀釋度的菌液分別涂布到瓊脂固體培養(yǎng)基的表面，進行培養(yǎng)，應保證樣品稀釋的比例適合。

（4）對獲得的純菌種還可以依據(jù)菌落的形狀、大小等菌落特征對細菌進行初步的鑒定。

（5）培養(yǎng)大腸桿菌時，在接種前需要檢測培養(yǎng)基是否被污染。對于固體培養(yǎng)基應采用的檢測方法是將未接種的培養(yǎng)基在適宜的溫度下放置適宜的時間，觀察培養(yǎng)基上是否有菌落產(chǎn)生。

（6）因為有的大腸桿菌會釋放一種強烈的毒素，并可能導致腸管出現(xiàn)嚴重癥狀，使用過的培養(yǎng)基及其培養(yǎng)物必須經(jīng)過滅菌處理后才能丟棄，以防止培養(yǎng)物的擴散。

點撥：注意區(qū)分消毒和滅菌，不能把消毒和滅菌的概念混淆。消毒一般只是消滅體表大部分微生物，而滅菌是殺滅所有的微生物及其孢子等。

三、綜合考查微生物的應用

例3（2007年寧夏理綜卷）某小組同學為了調(diào)查湖水中細菌的污染情況而進行了實驗。實驗包括制備培養(yǎng)基、滅菌、接種及培養(yǎng)、菌落觀察計數(shù)。請回答與此實驗相關的問題。

（1）培養(yǎng)基中含有蛋白胨、淀粉分別為細菌培養(yǎng)提供了______和______。除此之外，培養(yǎng)基還必須含有的基本成分是______和______。

（2）對培養(yǎng)基進行滅菌，應該采用的方法是______。

（3）為了盡快觀察到細菌培養(yǎng)的實驗結(jié)果，應將接種了湖水樣品的平板置于______中培養(yǎng)，培養(yǎng)的溫度設定在37℃。要使該實驗所得結(jié)果可靠，還應該同時在另一平板上接種______作為對照進行實驗。

（4）培養(yǎng)20小時后，觀察到平板上有形態(tài)和顏色不同的菌落，這說明湖水樣品中有______種細菌。一般說來，菌落總數(shù)越多，湖水遭受細菌污染的程度越______。

（5）如果提高培養(yǎng)基中NaCl的濃度，可以用于篩選耐______細菌，這種培養(yǎng)基被稱為______。

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關鍵詞：微生物 自然界 分布 教學設計

《微生物學》是生物制藥專業(yè)學生的專業(yè)基礎課，為后續(xù)的《發(fā)酵技術》打基礎，在教學中要注重與生產(chǎn)實踐聯(lián)系，與后續(xù)教學銜接。

《微生物學》開設在三年級，學生在校已經(jīng)學習了兩年多的時間。在這兩年多的時間里，他們學習完成了《無機化學》《有機化學》等基礎課程，還完成了《生物化學》專業(yè)基礎課程，具備了基本知識，完全可以滿足學習專業(yè)課程的需要。他們還學習了兩年的《生物制藥設備》課程，對生物制藥設備，特別是發(fā)酵設備有了一定的認識，對于工廠中的清潔要求已有初步的了解。在學習“微生物在自然界的分布”一章節(jié)時，《微生物》課程已經(jīng)學習了大半個學期，學生對純種微生物的特點、培養(yǎng)、滅菌以及實驗操作已經(jīng)非常熟悉。雖然學生已經(jīng)具備了相當多的理論、實驗知識，但是他們欠缺的是如何將微生物的理論、實驗知識靈活應用到實際的發(fā)酵生產(chǎn)中。同時學生的表達能力不強，沒有養(yǎng)成勤于思考的好習慣。

一、主要教學內(nèi)容及教學重點

（一）主要教學內(nèi)容：微生物在自然界中的分布

（二）教學重點

1.土壤中的微生物在發(fā)酵中應用

2.空氣中微生物對發(fā)酵的影響

3.如何防止人對發(fā)酵的污染

（三）教學難點

1.土壤中的微生物在發(fā)酵中的應用

2.樹立無菌操作意識

3.將微生物的基本知識應用于發(fā)酵生產(chǎn)中

二、教學目標與要求

（一）知識與能力教學目標及要求

1.學習并了解在自然界中微生物無處不在

2.學習并掌握土壤微生物在發(fā)酵中的應用

3.學習并掌握空氣中的微生物對發(fā)酵的影響

4.學習并熟悉如何控制飲用水的潔凈度

5.學習并了解人體中的微生物，如何避免人對發(fā)酵的污染

（二）過程與方法教學目標及要求

1.通過設疑的方法，激發(fā)學生學習的主動性

2.通過探究的方法，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力

3.通過交流的方法，培養(yǎng)學生語言表達能力

4.通過總結(jié)的方法，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題和概括綜合的能力

（三）情感態(tài)度與價值觀教學目標及要求

1.通過學習微生物無處不在，樹立學生的無菌操作意識

2.通過學習自然界中的微生物，培養(yǎng)生物與環(huán)境相適應的觀點

3.通過將微生物理論知識與發(fā)酵生產(chǎn)實踐相聯(lián)系的方法，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際，然后理論指導專業(yè)學習和應用于實際的科學方法和科學態(tài)度

4.養(yǎng)成勤于思考的科學精神

三、板書設計

第七章 微生物生態(tài)

第一節(jié) 自然界中微生物的分布

一、土壤中的微生物

（一）土壤的生態(tài)條件

1.水分 2.營養(yǎng) 3.pH值 4.氧氣 5.溫度 6.保護層

（二）土壤微生物的種類、數(shù)量和分布

1.種類：細菌、防線菌、真菌、原生動物和藻類依次遞減

舉出幾種可以在發(fā)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）水體的生態(tài)條件

1.營養(yǎng) 2.溫度 3.氧氣 4.pH值

（二）水中微生物的來源

（三）水中微生物的種類、數(shù)量和分布

（四）飲用水衛(wèi)生細菌學

1.大腸桿菌來衡量 2.飲用水的標準

三、空氣中的微生物

1.來源 2.種類 3.分布 4.衛(wèi)生標準 5.在發(fā)酵中的應用

四、人體中的微生物

1.種類 2.在發(fā)酵中如何防止污染

四、教學過程（見附表）

五、教學反思

“師者，傳道授業(yè)解惑者也。”通過這次教學設計，我更深層次地理解了這句話的含義。

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【關鍵詞】 水處理 微生物絮凝劑 絮凝機理 影響因素

為滿足水質(zhì)標準和環(huán)境排放要求，在給水和污、廢水處理過程中，一般向水中先加入一定量的絮凝或助凝劑，改變膠體顆粒的表面特性、破壞其穩(wěn)定性，使分散的膠體顆粒相互聚集進而形成較大的顆粒物，最終從水中沉淀或上浮，以實現(xiàn)固液分離，達到水質(zhì)凈化的目的。

作為第三代絮凝劑，微生物絮凝劑是一種利用生物技術，通過細菌、真菌等微生物經(jīng)發(fā)酵、抽提、精制而成的物質(zhì)，主要成分為多糖、多肽、蛋白質(zhì)、脂類及其復合物。按其來源進行分類，微生物絮凝劑大致可分為：（1）直接利用為生物細胞的絮凝劑，如大量存在于土壤、活性污泥中的細菌、真菌及發(fā)酵菌等；（2）以細胞壁提取物（如細胞壁中的甘露聚糖及蛋白質(zhì)等）為主要成分的絮凝劑；（3）以微生物代謝產(chǎn)物（包括胞外代謝產(chǎn)物及胞內(nèi)代謝產(chǎn)物）為主要成分的絮凝劑；（4）利用克隆技術所獲得的絮凝劑[1]。

1 絮凝機理

1.1 吸附架橋機理

盡管微生物絮凝劑的性質(zhì)各不想同，但它們對液體中固體懸浮物顆粒的絮凝作用卻有相似之處，它們可通過離子鍵、氫鍵等作用與固體懸浮物相結(jié)合。電鏡顯微鏡下顯示：聚合細菌之間是由細胞外聚合物搭橋相連的，也正是這些使得微生物細胞削弱了膠體的絮凝穩(wěn)定性，進而較為緊密地聚合成絮凝體從液體中沉淀分離出來。微生物絮凝劑的架橋機理如圖1所示。

在低濃度微生物絮凝劑環(huán)境中，呈鏈狀結(jié)構的該類物質(zhì)可同時附著在多個膠體微粒的表面，形成“膠粒-高分子物質(zhì)-膠?！钡木酆衔铮谥亓Φ淖饔孟伦罱K導致絮凝沉淀的出現(xiàn)。吸附架橋的必要條件是在膠體微粒表面存在空白空間。在通常情況下，微生物絮凝劑的絮凝效果隨著該絮凝劑分子量的增加而加強，即分子量增加，絮凝效率亦隨之提高；在架橋的過程中，倘若出現(xiàn)了微生物絮凝劑鏈段間的重疊，則亦會產(chǎn)生一定的排斥作用：在這種情況下，過高的絮凝劑分子量會削弱架橋作用，并最終降低絮凝劑的絮凝效果。相反，當用微生物絮凝劑處理相反電性的膠體顆粒時，則往往會加大微生物絮凝劑的解離程度，造成絮凝劑電荷密度的加大，有利于絮凝劑分子的擴展，進而促進了微生物絮凝劑的架橋作用。

1.2 電性中和機理

在使用微生物絮凝劑對水體進行處理的過程中，通過加入一定量的金屬離子或?qū)λwpH進行一定調(diào)節(jié)，可對該絮凝劑的處理效果產(chǎn)生一定的促進或抑制作用。實驗研究[2]證明：該操作是通過改變膠體表面的帶電性而起作用的。通常情況下，在水體中以絮凝穩(wěn)定性存在的膠體粒子往往帶有負電荷，當帶有一定量正電荷的鏈狀高分子微生物絮凝劑或其水解產(chǎn)物靠近這種膠體粒子時，在膠體表面上將會發(fā)生正負電荷的相互抵消，進而出現(xiàn)膠體脫穩(wěn)的現(xiàn)象，使得膠粒之間、膠粒與絮凝劑之間的自由碰撞加劇，并在分子間的力作用下形成一個整體，最終依靠重力的作用從水中沉淀分離出來。

1.3 化學反應機理

絮凝效率與溫度關系的研究實驗[3]顯示：在30℃條件下，微生物的絮凝效率可達到85.2%；相比之下，在15℃條件下，卻只有42.1%的絮凝效果。實驗研究表明：溫度對微生物絮凝劑的作用主要是通過影響其活性基團，進而影響其化學反應，最終起到對微生物絮凝效果的促進或抑制作用。

高分子微生物絮凝劑中存在一定數(shù)量的活性基團，該基團在微生物絮凝過程中扮演著重要的角色。研究顯示：微生物絮凝劑中的某些活性基團可與膠體表面上相應的基團產(chǎn)生化學反應，進而凝聚成體積較大的顆粒物質(zhì)，最終從水體中沉淀分離出來。另有研究顯示：通過對微生物絮凝劑進行一定的改性、處理，使其添加、減少或是改變某些活性基團，絮凝效果將會出現(xiàn)很大程度的變化。

2 絮凝效果影響因素

2.1 培養(yǎng)條件的影響

在營養(yǎng)充裕的培養(yǎng)基中，微生物絮凝劑的絮凝特性與培養(yǎng)時間及培養(yǎng)溫度有關。實驗結(jié)果[4]顯示：微生物絮凝劑的絮凝活性隨著培養(yǎng)時間的延長而有所提高，即在培養(yǎng)的初始階段，微生物絮凝劑的絮凝活性隨培養(yǎng)時間的延長而基本上呈線性增長的趨勢，直到達到某一最佳培養(yǎng)時間后，微生物絮凝劑的絮凝活性增長速度開始減弱，最終趨近于某一極限值；此外，溫度可影響蛋白質(zhì)空間結(jié)構及化學特性，進而可促進或削弱以蛋白質(zhì)為主體的微生物絮凝劑的絮凝特性，因而同一種微生物絮凝劑在不同的培養(yǎng)條件下，會產(chǎn)生不同的絮凝特性，但大部分微生物絮凝劑在30℃左右的溫度條件下，往往會出現(xiàn)最佳的絮凝特性。

2.2 pH值的影響

pH值是影響微生物絮凝劑絮凝效果的重要因素。不同的pH不僅會影響到微生物絮凝劑的形態(tài)結(jié)構及電荷性質(zhì)，而且對膠體顆粒表面物化性質(zhì)也會產(chǎn)生中的影響。不同的微生物絮凝劑對pH值有不同的敏感程度。實驗結(jié)果顯示：酸性條件可降低、甚至消除微生物絮凝劑的絮凝特性；相比之下，在堿性條件下，不同微生物絮凝劑的絮凝活性卻出現(xiàn)了不同程度的提高，例如在使用微生物絮凝劑MBF3-3處理石油化工廢水的試驗中，在pH>10的條件下微生物絮凝劑才會達到最佳的絮凝效果。

2.3 絮凝劑分子量及濃度的影響

絮凝劑分子量及濃度也會影響到微生物絮凝劑的絮凝特性。試驗結(jié)果[8]顯示：分子量越大，會使得絮凝劑中活性位點增多，進而微生物絮凝劑的處理效果；相反，分子量的減小會削弱微生物絮凝劑的絮凝特性。例如，微生物絮凝劑經(jīng)蛋白酶或其他相關酶水解處理后，由于微生物絮凝劑分子量的減少，出現(xiàn)了絮凝活性的顯著下降。

另外，與其他絮凝劑一樣，微生物絮凝劑的處理效果受其濃度而影響，并存在微生物絮凝劑的最佳投加量：在低濃度條件下，微生物絮凝劑的絮凝特性隨著絮凝劑投加量的增加而提高；當濃度達到一定程度后，再繼續(xù)增加微生物絮凝劑，微生物的絮凝效果變化不大，甚至出現(xiàn)了絮凝效果降低的現(xiàn)象。實踐證明：當投加量達到覆蓋膠體顆粒1/2表面積時，微生物絮凝劑在膠體顆粒上架橋的機率最大，往往會出現(xiàn)最佳的處理效果。

2.4 金屬離子的影響

金屬離子的種類和濃度對微生物絮凝劑的處理效果也會產(chǎn)生一定的影響。研究結(jié)果[5]顯示：一定濃度的金屬離子可以促使微生物絮凝劑與膠體顆粒以離子鍵的形式結(jié)合，進而提高其絮凝特性。

另外，不同價位的金屬離子對微生物絮凝劑的絮凝特性有不同程度的影響：以Na+、K+為代表的一價金屬陽離子，對微生物絮凝劑幾乎沒有促進作用；而以Ca2+、Fe3+等為代表的高價金屬離子對微生物絮凝劑均有明顯的促進或抑制作用。

為充分發(fā)揮微生物絮凝劑的絮凝特性，在實際應用中，通常將微生物絮凝劑伴隨一定量的CaCl2，或是將微生物絮凝劑與Al2（SO4）2按一定的比例混合加入，這樣可在提高微生物絮凝劑絮凝效果的同時，減少微生物絮凝劑的用量。

3 微生物絮凝劑在實際水處理當中的應用

微生物絮凝劑主要成分是微生物菌體或其次級代謝產(chǎn)物，具有適用范圍廣、絮凝活性高、安全無害且易生物降解的特性，因此可廣泛應用于給水及污、廢水的處理。

3.1 在給水及飲用水方面的應用

由于人為或天然方面的原因，給水及飲用水中不可避免的會包含一定量的顆粒甚至是有毒有機物及病原菌。微生物絮凝劑在飲用水除濁及滅菌方面，要比傳統(tǒng)的無機鹽絮凝劑及有機高分子絮凝劑擁有更高的處理效果，且具有絮凝劑用量少、適用范圍廣、沉淀物過濾性能好及可生物降解，對人體不會產(chǎn)生毒害作用的特性。

3.2 在富營養(yǎng)化水體處理方面的應用

水體富營養(yǎng)化多年來一直是一個困擾水處理工作者的難題，目前對于該水體污染尚無一個行之有效的辦法。然而，有研究顯示：微生物絮凝劑對富營養(yǎng)化水體有一定的處理效果。

為了探究微生物絮凝劑對于水體濁度的去除效果，黃玉柳等[6]從食用菌廢棄物土壤中分離并篩選出了一株絮凝劑高產(chǎn)菌，并將其應用到富營養(yǎng)化水體的絮凝沉淀試驗中，結(jié)果顯示：在最佳的絮凝條件下，微生物絮凝劑對于富營養(yǎng)化水體光密度OD653的去除率可達到70%，即相當于使水體的澄清度提高了70%；同時，微生物絮凝劑對固體懸浮物可達到的62%的去除效果。

3.3 在印染廢水脫色方面的應用

COD濃度高、可生化性差、成分復雜且對環(huán)境危害嚴重，使得應用常規(guī)的廢水處理技術不能對印染廢水產(chǎn)生較為理想的處理效果。實驗證明：微生物絮凝劑在印染廢水脫色及COD去除方面都具有較好地處理效果。為了檢驗微生物絮凝劑在處理印染廢水脫色方面的可行性，李風琴等[7]利用制的微生物絮凝劑MHXGS2對靛藍印染廢水進行了處理，結(jié)果顯示：在最佳絮凝條件下，MHXGS2對廢水色度的去除率可達到96.5%。

3.4 在消除污泥膨脹方面的應用

利用活性污泥法對工業(yè)廢水進行處理的過程中，往往會出現(xiàn)污泥膨脹，進而降低廢水的凈化效果。有研究表明：如果在廢水的處理過程中，加入一定量的微生物絮凝劑，就可消除污泥膨脹，最終取得較好地處理效果。如在甘草制藥廢水的生化處理過程[12]中，就會往往出現(xiàn)污泥膨脹，通過加入一定量的微生物絮凝劑NOC-1，就可使得污泥容積指數(shù)SVI很快地由290降到50，即可消除污泥膨脹，最終恢復污泥活性。

4 結(jié)語

盡管目前對于微生物絮凝劑的研究，大部分還處于試驗階段，但自然界中天然存在著多種絮凝微生物，且該類微生物具有生長繁殖迅速、易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的特點，因而對于微生物絮凝劑的研究正日益引起人們的重視。

目前我國對于微生物絮凝劑的研究尚處于初級階段，為實現(xiàn)微生物絮凝劑在我國的快速工業(yè)化，可著重對以下方面進行研究。

（1）深入對微生物絮凝劑的結(jié)構、絮凝機理及影響因素的研究。只有對這些因素的深入研究，才能更好地開發(fā)和生產(chǎn)出高效的微生物絮凝劑。（2）著重對各微生物菌種生態(tài)位的研究。微生物生態(tài)為理論指出：不同微生物菌株共存時，微生物的絮凝特性將會有所提高，并對水質(zhì)有很好的處理效果；但是并不是任何菌種的混合培養(yǎng)即可提高微生物的絮凝特性，當兩菌株之間的生態(tài)位出現(xiàn)重疊時，將會導致絮凝活性的顯著降低。（3）注重復合型微生物絮凝劑的開發(fā)。在廢水的凈化處理中，依靠單一的絮凝劑很難取得較為理想的處理效果，而通過對各種絮凝劑按一定比例的復配使用，不僅可以提高絮凝效果，而且對可以在一定程度上減少絮凝劑的用量。（4）加強對絮凝劑產(chǎn)生菌在基因控制上的研究。通過應用菌株誘變或現(xiàn)代分子生物學技術對微生物絮凝劑的遺傳基因進行改造，構建新的微生物絮凝劑產(chǎn)生菌，以期獲得同時具有較高生物活性及絮凝能力的超級工程菌。

隨著對微生物絮凝劑研究的逐步深入，相信在不遠的將來，將會在給水及工業(yè)污、廢水處理中得到更為廣泛的應用，并最終取代或部分的取代傳統(tǒng)的無機鹽及有機高分子絮凝劑。

參考文獻：

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[2]任文萍，柴濤.微生物絮凝劑的研究及在廢水處理中的應用[J].廣州化工，2011，12：34-35.

[3]程金平，鄭敏，等.影響微生物絮凝劑產(chǎn)生的因素研究[J].環(huán)境能夠科學與技術，2001，3（4）：28-31.

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[5]徐長繪，張大明，等.微生物絮凝劑產(chǎn)生及絮凝特性影響因素的研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學，2008，18：330-331.

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【關鍵詞】環(huán)境工程微生物學 實驗教學 探索

環(huán)境工程微生物學是環(huán)境工程專業(yè)的專業(yè)基礎必修課。它是生命科學和環(huán)境科學與工程的交叉學科,具有極強的實踐性和應用性。環(huán)境工程微生物學實驗是加深學生對理論知識的理解,培養(yǎng)學生實驗技能、實驗思維和動手能力的一個重要途徑。同時,該實驗又是一門操作性很強的課程,需要大量的實驗儀器,以及老師手把手傳授實驗技能,如果沒有先進的教學方法做支持,掌握其中的操作技術是很困難的。下面提出幾點心得體會,將有利于提高實驗教學的質(zhì)量,深化學生對微生物的認識。

1 讓學生參與實驗準備的全過程

實驗室的前期準備工作是很重要,工作量要比實驗課程多許多。老師除了要認真?zhèn)湔n外,還需要對培養(yǎng)皿、試管、鑷子等消毒滅菌,配制各種試劑,最好還要進行預實驗,不但更加熟悉實驗步驟,而且能保證實驗課程的順利進行。

通過讓學生參與實驗準備過程,可以讓學生學習到完整微生物實驗操作技術,這樣一個完整流程學生完全參與下來,不但讓學生體會到實驗過程的艱辛,進而更加珍惜來之不易的實驗課程,還可以培養(yǎng)學生科研思維,提高科研能力,使他們在課堂上學到的知識在實驗操作中體會得更形象、更具體、更全面,從而激發(fā)他們學習興趣。在鞏固專業(yè)知識的同時,還培養(yǎng)了其發(fā)現(xiàn)問題、綜合分析和解決問題的能力。這些對于提高學生的實際動手能力都有很大的幫助。

2 更新實驗教學內(nèi)容, 加大新知識和新技術的傳授

微生物學和環(huán)境科學知識的更新推動著環(huán)境工程微生物學這門新興的邊緣學科不斷向前發(fā)展。特別是日新月異的分子生物學技術已滲透到環(huán)境工程應用的各個領域。為了緊跟時代和學科發(fā)展的步伐, 培養(yǎng)高質(zhì)量人才,讓學生熟悉和掌握學科前沿新的理論知識和操作技術, 為他們將來工作研究或是碩士博士階段的深造打下良好的基礎。

例如,過去研究環(huán)境中微生物的方法是建立在平板分離基礎上的,但迄今為止利用這種方法培養(yǎng)出的微生物只占總微生物種類的0.1％～10％。固體培養(yǎng)基其實是人類為微生物創(chuàng)造的人工培養(yǎng)環(huán)境,與微生物的實際生存環(huán)境有很大差異,用它來培養(yǎng)環(huán)境中的微生物相當于是對自然微生物群落進行了一次強制的人工篩選。所以,用平板分離的方法來研究自然環(huán)境的微生物生態(tài)時,往往不能準確反映微生物群落的實際組成和存在狀態(tài)。分子生物學、基因組學和生物信息學等學科的發(fā)展及其向微生物學領域的滲透,形成一個新的交叉學科分支——微生物分子生態(tài)學 (molecular microbial ecology),它為我們?nèi)婵陀^地研究微生物生態(tài)系統(tǒng)提供了新的技術手段。微生物分子生態(tài)學是以微生物基因組dna的序列信息為依據(jù),通過分析環(huán)境樣品中dna分子的種類、數(shù)量和分布特征來反映微生物區(qū)系組成和群落結(jié)構[2,3]。所以,這項技術就需要研究者掌握dna提取及純化技術、dna瓊脂糖凝膠電泳技術和pcr基因擴增技術。針對這一點,我們就可以給學生設計一個微生物大實驗,以活性污泥為樣品,從dna的提取、純化,凝膠電泳檢測,到細菌16s rdna基因擴增,都讓學生自己操作一遍。通過這一實驗的學習,使學生對當今環(huán)境工程微生物學的前沿技術都有一定的了解和掌握。

3 增強不同實驗間的連貫性,以及實驗和理論知識的連貫性

3.1 增強各實驗間的連貫性

過去實驗內(nèi)容多為孤立、連貫性不強的項目,各實驗之間的內(nèi)容重復較多,學生難以系統(tǒng)地把握微生物學實驗,既浪費了有限的實驗學時,又不利于培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。對此,我們調(diào)整了實驗內(nèi)容,將原來獨立設置的實驗內(nèi)容整合到一起,形成一個綜合實驗,通過一個綜合實驗就能使學生學到以前3-4個實驗項目的實驗技能。

3.2 增強實驗和理論知識的連貫性

環(huán)境工程微生物學是一門實踐性很強的學科,涉及到的內(nèi)容覆蓋面廣,要學好這門課,僅僅依靠理論教學是遠遠不夠的,實驗教學可以彌補理論教學的不足,將微生物學的基礎理論在實驗教學中延伸、深化,并通過實驗,加強基本技能的訓練。

4 實現(xiàn)多媒體實驗教學,更直觀展現(xiàn)實驗內(nèi)容

環(huán)境工程微生物學實驗中的各種微生物需要在光學顯微鏡甚至電子顯微鏡下放大才能看到。由于環(huán)境樣品中微生物的復雜性和多樣性,應用傳統(tǒng)的實驗教學方法不便于更好的展示微生物的形態(tài)結(jié)構、動態(tài)變化過程,多媒體教學與傳統(tǒng)教學相比,能更加生動形象、栩栩如生的展現(xiàn)微生物的特點,提高學生的學習興趣和參與度,從而使學生更好的掌握實驗知識。

首先,可以在多媒體課件中放入大量彩色的宏觀及微觀圖片、flash動畫,從而更直觀的反應微生物的形態(tài)特征,利于學生對新知識的吸收掌握,有了這些認識,才能在自己動手實驗中達到很好的實驗結(jié)果。

其次,也可以使用錄像教學。教學錄像具有較強的直觀性,它可以通過屏幕清晰形象準確地展現(xiàn)每一個步驟,使學生掌握實驗操作技能的關鍵所在。同時節(jié)約時間,提高實驗教學的效率。如配置培養(yǎng)基實驗,稱量-溶化-調(diào)ph-過濾-分裝-加塞-包扎-滅菌-擱置斜面-無菌檢查等步驟,如果沒有錄像,需要老師反復強調(diào)實驗順序及注意要點,才能保證大部分學生配好正確的培養(yǎng)基。但是,如果有錄像,老師只需要先播放一遍錄像,從旁作簡單介紹,播放完后再講一下原理及注意要點,然后再播放一遍錄像,學生就可以開始實驗了。

最后,還可以利用電視顯微鏡進行教學。老師將樣品放在顯微鏡下,找到微生物個體,讓學生先有感性認識,然后再觀察自己的樣品。該方法既明確了實驗目標,又能讓全班學生同時看到老師顯微鏡里樣品的特點,避免了以往同學們一個個排隊去老師顯微鏡目鏡里觀察樣品,提高了教學效率。

環(huán)境工程微生物學是一門來自實踐的科學,學生掌握了它之后也最終要應用于實踐。所以,實驗教學是培養(yǎng)學生具備從事科學實驗能力和嚴謹求實的科學素質(zhì)的重要途徑,許多問題還需要我們不斷探索、實施和進一步完善。

參考文獻

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[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

生物技術就是運用生物處理知識和生物體的特性來解決問題和制造有用的產(chǎn)品。能夠使用生物制劑（有機物、細胞、細胞器、分子）來獲得所需要的產(chǎn)品或者提供服務的知識稱為生物技術，包括基礎科學（分子生物學、微生物學、細胞生物學、遺傳性、基因組學、胚胎學），應用科學（免疫學、化學和生物化學技術）和其它技術（計算機技術、機器人技術和過程控制技術）。生物技術影響不同的生產(chǎn)領域，提供了新的就業(yè)機會，提供了植物抗病，生產(chǎn)生物降解塑料、生物燃料，對環(huán)境少污染的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境生物治理的方法。目前，在工業(yè)上使用生物技術方法（生物催化和生物轉(zhuǎn)化）有所增加。經(jīng)濟合作與發(fā)展組織研究也表明生物技術在工業(yè)上的應用增加。在案例研究中，70%以上使用了酶法工藝，從而使費用降低了9%~90%，并且節(jié)省了自然資源。

2酶

酶是有機物質(zhì)，一般稱為催化多種化學反應的生物催化劑的蛋白質(zhì)，酶廣泛應用于洗滌劑、食品、醫(yī)藥、精細化工等行業(yè)。它們是制得重視的物質(zhì)，其顯著的高效性和催化能力，明顯優(yōu)于合成催化劑。高特異性的酶取決于它的尺寸和產(chǎn)生與底物親和區(qū)的三維構象。從巴斯德以來的研究表明，盡管和其他物質(zhì)同樣受到自然法則的支配，酶在一些重要方面卻不同于普通化學催化劑，具體包括如下幾個方面：更快的反應速度，溫和的反應條件，特異性強和可調(diào)控能力。幾乎所有的細胞代謝反應都是在酶的催化下進行的，這些反應是所有生物體代謝的基礎，為工業(yè)生物催化更高效和經(jīng)濟提供了極大可能?，F(xiàn)有的酶種類估計有6000~7000種，其中3000種酶具有生物學功能，但是應用于工業(yè)中的酶僅有130種左右，或為游離酶，或作為細胞的一部分。由于微生物酶比同種來自植物或動物的酶更穩(wěn)定，因此大部分工業(yè)用酶源于微生物。至少有3000種酶是由嗜溫微生物分離得到的。酶的分類如表1所示。

2.1酶的應用

酶的應用與全球市場有明顯的關聯(lián)，可以分為工業(yè)用酶和醫(yī)用酶\分析酶和科技用酶。在生物科技領域內(nèi)，尤其是工業(yè)用酶作為最主要的應用酶。過去十年，與科學和技術密切相關的酶的應用變得包羅萬象很難對它準確定義。然而，如圖2所示，生物技術無疑包括微生物學、生物化學、基因工程以及材料的化學及生物化學處理過程。在這些使用的制劑中，酶常常用來改善工藝，并且使新原料得以使用，從而提高它們的物理和化學特性。酶的應用非常廣泛，在食品、農(nóng)業(yè)、造紙、皮革和紡織工業(yè)等行業(yè)的應用顯著節(jié)約了成本。有作者認為，酶的應用是工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。生物治療技術需要使用生物制劑（例如：活的微生物或酶）對被環(huán)境中污染物的污染進行去除、轉(zhuǎn)化或去毒，通過自然過程將污染物轉(zhuǎn)化為毒性較低的物質(zhì)形式。2.1.1酶在皮革清潔化生產(chǎn)中的應用生物技術在制革業(yè)的中應用已經(jīng)有很多年了，但是大部分酶制劑在這一領域沒有足夠的特異性。目前，生物方法在浸水、脫毛、軟化和脫脂過程中取得了一定的成功。在浸水、脫毛或浸灰過程中用酶取代化學品和電力這一小“投資”，能夠相當大的節(jié)約能源和減少二氧化碳的排放量。也選用生物技術處理廢水和固體蛋白廢物。在皮革生產(chǎn)過程中的浪費高達50%。最好的清理方法是恢復具有商業(yè)用途的蛋白質(zhì)的可溶性。酶可降解未鞣制的和鞣制的皮革固體廢棄物。酶在原料皮加工過程的應用如下：（1）蛋白酶蛋白酶是水解蛋白質(zhì)和肽的一類酶。堿性蛋白酶最初作為洗滌劑的添加劑，是具有生理和商業(yè)價值的一類酶。在蛋白質(zhì)的水解和裂解中扮演著特殊的角色。芽孢桿菌是堿性蛋白酶的主要來源，廣泛應用于各行業(yè)。堿性蛋白酶的生產(chǎn)一般采用液態(tài)培養(yǎng)。每種微生物在其特定的條件下有酶的最大產(chǎn)值。堿性蛋白酶能夠通過催化水解破壞蛋白質(zhì)的肽鍵和清除清蛋白和球蛋白等非纖維蛋白。目前已嘗試設計一種不浸酸環(huán)保型植物鞣法，使用蛋白水解酶來提高植物丹寧的利用率。這一方法使丹寧的利用率超過95%，比傳統(tǒng)的植物鞣法提高了10%。酸性蛋白酶用于幫助植物鞣劑擴散，達到更好的利用。在皮革的抗張強度和延伸性方面，傳統(tǒng)生產(chǎn)和酶法生產(chǎn)沒有明顯的區(qū)別。（2）角蛋白酶角蛋白是生皮、頭發(fā)、羊毛、指甲和羽毛的主要結(jié)構蛋白。在表皮和骨骼組織蛋白質(zhì)形成剛性纖維。羽毛中包含90%以上的角蛋白。角蛋白酶在生物技術工程中有很多應用：可用于原料皮脫毛，洗滌劑和肥料的生產(chǎn)，動物飼料和化妝品，工業(yè)廢棄物的降解和生產(chǎn)可生物降解的薄膜。動物和植物不能有效的水解角蛋白。角蛋白是一種非常穩(wěn)定蛋白質(zhì)，但是某些真菌、細菌和放線菌在細胞內(nèi)外產(chǎn)生的角蛋白酶可催化其水解。有關分析表明，角蛋白酶可作用許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來源于真菌和酵母菌，但是細菌脂肪酶和來自于其他微生物的脂肪酶在高溫和惡劣條件下更為穩(wěn)定而量在增長。主要來源于微生物的脂肪酶催化水解甘油三酸酯為游離脂肪酸和甘油。研究了用黑曲霉生產(chǎn)脂肪酶，并且測得了細胞外脂肪酶的特性（最佳pH和溫度，穩(wěn)定性和去除橄欖油的能力）。脂肪酶可溶于水并且在消化代謝中扮演著重要的角色。在皮革生產(chǎn)中，脂肪酶作用于脂肪、肉的脂類、油脂和皮腺產(chǎn)生的油。脂肪酶用于脫脂和脫毛過程。脂肪酶與表面活性劑使用脫脂效果更好。當脂肪酶和蛋白酶結(jié)合用于復鞣、去除油脂和污垢，皮革可能獲得更為均勻和鮮艷的顏色。使用脂肪酶能夠減少皮本身油脂脂肪帶來的色花，減少皺紋和其它類型的變色。（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廣。淀粉酶在工業(yè)上有很重要的生物技術應用，比如在紡織、紙漿和紙、皮革、洗滌劑、啤酒、面包、嬰幼兒谷類食品、飼料、化工和制藥業(yè)以及淀粉的液化和糖化等方面的應用。這些酶來源廣泛，可從植物、動物和微生物獲得，通常微生物酶的工業(yè)需求最大。大部分微生物淀粉酶可作為商業(yè)用途和水解淀粉。在皮革生產(chǎn)中，淀粉酶常常用來打開皮革的纖維結(jié)構。（5）膠原酶膠原酶來源廣泛，是一種金屬蛋白酶。膠原酶的動力學模型取決于它們的來源。在-Gly-Pro-X-Gly-Pro-X序列中，細菌膠原酶優(yōu)先打開Gly-X鍵（X是一種天然氨基酸）。鞣制后的膠原蛋白（用鞣劑交聯(lián)）有抗膠原酶的作用；這種酶不能水解鉻鞣皮革，但能打開皮革的纖維結(jié)構。已有研究表明膠原酶來源于幾種微生物，但對降解和水解主要由膠原蛋白組成的皮革很困難。細菌膠原酶應用于皮革染色。使用這種酶能夠獲得更柔軟的皮革，并且保持變皮革的強度不變。表2總結(jié)了一些酶在皮革生產(chǎn)中的應用。2.1.2在皮革生產(chǎn)中酶的活性評估在皮革生產(chǎn)過程中，除了掌握不同特性的酶在皮革生產(chǎn)多方面的應用，定量評估酶對原皮的作用也非常重要。最新文獻探討了用光學顯微鏡或/和電子顯微鏡對蛋白質(zhì)、原纖維蛋白（葡萄胺多糖和蛋白聚糖）、羥脯氨酸的定量測定，以及評估粒面質(zhì)量。酶促反應的效果決定成品革的力學強度。葡萄胺多糖又稱粘多糖，是由糖醛酸和六亞甲基四胺（葡萄糖胺或半乳糖胺）聚合而成的線性高分子碳水化合物。最常見的葡萄糖胺是透明質(zhì)酸。硫酸皮膚素在準備工段被部分去除，它與打開纖維結(jié)構密切相關。有效去除硫酸皮膚素有利于打開纖維結(jié)構便于化學品滲透，并提高得革率；但是過量的去除硫酸皮膚素會導致皮革松面和強度差。蛋白多糖是一種結(jié)合在葡萄糖胺上的細胞外蛋白。主要的蛋白多糖是核心蛋白聚糖，由單鏈的硫酸皮膚素和多肽鏈組成。有效的去除蛋白多糖對提高皮革的柔軟性和柔韌性非常重要。去除纖維間質(zhì)如蛋白多糖和氨基多糖是傳統(tǒng)制革浸灰和軟化過程的前提。用蛋白酶軟化皮革有利于去除纖維間質(zhì)。一些學者研制了一套方法來判定浸灰和軟化過程中這些蛋白質(zhì)的去除情況。這些方法包括根據(jù)標準濃度曲線，通過計算硫酸軟骨素的濃度來確定葡萄糖胺的濃度，由粘蛋白的量確定蛋白多糖的濃度。羥脯氨酸是膠原有的一種氨基酸，在其他蛋白質(zhì)中不曾發(fā)現(xiàn)。在膠原結(jié)構中最常見的氨基酸有羥脯氨酸（11.28%），脯氨酸（11.77%），甘氨酸（33.43%），丙氨酸（11.97%）和精氨酸（5.04%）。哺乳動物的皮中每100g膠原中含有13.45g羥脯氨酸，然而魚皮中每100g膠原中含有7~9g羥脯氨酸。基于此，在皮革生產(chǎn)過程中，根據(jù)羥脯氨酸的含量用來確定原料皮的膠原含量和生產(chǎn)過程中不希望釋放的膠原量。除了分析纖維間質(zhì)，還可通過皮革的抗張強度、延伸率和撕裂強度來評估酶在皮革生產(chǎn)中各工序的應用效果。

2.2微生物酶的分離和篩選

搜索一種新的酶始于自然界中的微生物。研究者從熱帶森林到冰川地區(qū)收集不同氣候條件下的土壤樣品并對其進行檢測。酶的獲取途徑非常廣泛。大部分酶主要來源于動物、植物和微生物。大部分工業(yè)用酶來自于微生物。微生物酶比來自于動植物的酶在數(shù)量上更有優(yōu)勢。這些優(yōu)勢主要表現(xiàn)于：a.微生物比動物和植物生長更快。b.酶僅僅是動植物體很微小的一部分。因此，酶的大規(guī)模生產(chǎn)需要大片的土地和大量的動物。這種限制使得動植物酶非常昂貴。微生物酶不受這些方面的約束，想生產(chǎn)多少就能生產(chǎn)多少。c.微生物酶比動植物酶更穩(wěn)定。d.由于微生物在自然界中種類的多樣性，因此最大的優(yōu)勢就是能夠生產(chǎn)各種類型的酶。e.基于對微生物基因基礎的研究和了解從而控制其生理功能，可以人為操縱微生物產(chǎn)生某些代謝產(chǎn)物，包括酶。在酶的生產(chǎn)中，第一步就是分離和篩選微生物，也就是分離特定的菌株從而獲得所需要的酶，如圖3所示。為了達到要求，需要對不同的菌株進行精細選擇和測試以鑒定這些菌株，從而獲得所需特性的菌株。目前，已經(jīng)開始研究幾種新型酶。外來微生物（比如極端微生物）是酶的重要來源。生物體以pH值的不同而分布不同。眾所周知微生物接近中性的pH條件下繁殖。當偏離接近中性條件時，微生物的數(shù)量減少。標準做法就是將許多微生物置于大量含有培養(yǎng)基和瓊脂平板上培養(yǎng)，如圖4所示。分離微生物的典型方法就是使用后續(xù)金屬保護層，篩選理想特性的微生物。然后，微生物在特種媒介中生長，使用合適的基質(zhì)如脫脂牛奶或酪蛋白、淀粉、三丁酸甘油酯或黃油來測定蛋白的水解和脂肪的分解活力。選擇那些分離出來的具有很強活力的菌株，然后用恰當?shù)姆椒ū４鎮(zhèn)溆?。生產(chǎn)應用于皮革生產(chǎn)用酶（包括蛋白酶，角蛋白酶，膠原酶）的微生物，可根據(jù)各種微生物棲息地如制革廠的污泥、廢棄物和污水中分離出來。Ogino等分離出來的76種微生物能夠在中性pH條件下降解制革廢水，23種微生物能在堿性條件下降解制革廢棄物。文獻中通常使用含有瓊脂和蛋白質(zhì)的培養(yǎng)基來獲得蛋白水解酶。最常用的蛋白有酪蛋白，脫脂牛奶和磨碎的羽毛。蛋白水解活性檢測是通過底物消耗在周圍出現(xiàn)一個透明環(huán)，就表示有蛋白酶產(chǎn)生。

2.3酶的生產(chǎn)和微生物的營養(yǎng)大部分酶通過水中培養(yǎng)獲得，但有些酶通過半固體培養(yǎng)基生產(chǎn)。

2.3.1半固體培養(yǎng)基這種類型的培養(yǎng)基通常用于真菌微生物培養(yǎng)，在低濕度和通風性良好的條件下能夠獲得較高的酶產(chǎn)量。通過空氣循環(huán)的方式將溫度維持在30℃左右。生產(chǎn)周期一般為30~40h，但有時會持續(xù)長達7d。最佳產(chǎn)量取決于抽樣和對酶產(chǎn)量的評估。2.3.2水基培養(yǎng)大多數(shù)酶的生產(chǎn)是在生物反應器中通過水基培養(yǎng)來實現(xiàn)的。該培養(yǎng)基包含足夠的碳源、氮源、金屬和微量元素等微生物生長所必須的營養(yǎng)物。然而，在某些情況下適宜微生物生長的培養(yǎng)基并不有利于所需酶的生產(chǎn)。溫度和pH值必須適合每種生物體。酶的生長、酶的生產(chǎn)以及酶的穩(wěn)定性所需的溫度和pH值，每種酶都不盡相同。培養(yǎng)溫度通常由三個因素決定。如果微生物生產(chǎn)酶是需氧的，則氧氣需氧量較大，因此水基培養(yǎng)中需要通氣和攪拌。微生物必須在適宜條件下培養(yǎng)才能夠提高酶的產(chǎn)量。提高蛋白酶產(chǎn)量和有助于細胞生長的培養(yǎng)條件明顯不同。在堿性蛋白酶的工業(yè)化生產(chǎn)中，需要高濃度的復雜碳水化合物、蛋白質(zhì)和其他培養(yǎng)基組分。為了開發(fā)一種經(jīng)濟又切實可行的技術，研究者在以下幾個方面展開了研究：（a）提高堿性蛋白酶的利用率；（b）最佳生產(chǎn)條件；（c）使用廉價的培養(yǎng)基。在大多數(shù)生物體中，有機和無機氮源會代謝產(chǎn)生氨基酸、核酸、蛋白質(zhì)和其他細胞組分。堿性蛋白酶中氮含量高達15.6%，并且它們的生產(chǎn)取決于培養(yǎng)基中碳源和氮源的供應。雖然復雜的氮源通常用于堿性蛋白酶的生產(chǎn)，不同的生物體對氮源的需求量也不同。有研究者發(fā)現(xiàn)，當糖（如乳糖、麥芽糖、蔗糖和果糖）用于微生物的培養(yǎng)時，堿性蛋白酶的產(chǎn)量會提高。各種有機酸（如醋酸、乙酸甲酯、檸檬酸或檸檬酸鈉）有利于堿性蛋白酶的生產(chǎn)。在某些情況下，酶的生產(chǎn)需要二價金屬離子（鈣、鈷、硼、鐵、鎂、錳）。在大多數(shù)研究中，鉀的來源主要是磷酸鉀。磷酸鹽用作培養(yǎng)基的緩沖劑，但是過量會抑制細胞的生長和酶的產(chǎn)生?？傊?，微生物和其他生物一樣需要營養(yǎng)物質(zhì)。以下是影響微生物營養(yǎng)最重要的因素。真菌和大多數(shù)細菌均為化能自養(yǎng)型微生物，通過適宜底物的氧化反應來獲取能量。無機營養(yǎng)微生物氧化無機化合物來獲得營養(yǎng)，而有機營養(yǎng)菌氧化有機化合物獲得營養(yǎng)。第一組中包括氧化硫產(chǎn)生硫酸的細菌。第二組包括真菌和相當數(shù)量的細菌。2.3.3碳源對于自養(yǎng)型微生物來說，主要碳源是二氧化碳和碳酸氫鈉，能夠以此合成機體所需要的全部有機組分。大多數(shù)細菌為異養(yǎng)型，需要有機碳源；有機碳源一般有碳水化合物、氨基酸、脂類、醇類和淀粉及纖維素類聚合物。實際上，一些微生物能夠利用一些天然有機物和人工合成的化合物。微生物的多用途性非常重要，使微生物的應用更廣泛地向有利的方向轉(zhuǎn)變。2.3.4氮源微生物對氮的需求分為三類。一些細菌可直接吸收大氣中的氮并轉(zhuǎn)化為有機氮。許多真菌和細菌幾乎完全使用無機氮化合物特別是銨鹽，偶爾也使用硝酸鹽。真菌和一些細菌需要以各種氨基酸為代表的有機氮源的氮。通常，蛋白質(zhì)的水解或和氨基酸能夠促進大多數(shù)異養(yǎng)微生物的生長。2.3.5重要的無機離子除了碳和氮，微生物還需要大量無機化合物中的其他元素。一些稱為大量元素，機體需求量很大，另外一些稱為微量元素，機體需求量很少。大量元素中的磷一般以磷酸鹽形式存在，對機體的能量代謝和核酸的合成非常重要；硫是合成氨基酸（比如半胱氨酸）和維生素（比如維生素H和維生素B1）所必需的；鉀作為酶的激活劑和滲透壓的調(diào)節(jié)劑；鉀是孢子形成中重要的胞外酶的激活劑；鐵是合成某種細胞色素和顏料所必需的。由于微量元素的研究很困難，所以微量元素的作用并不確切。然而，在一些特例中證實銅、鈷、鋅、猛、鈉、硼以及其它微量元素是微生物生長所必需的元素。2.3.6生長因子生長因子是特殊生物體不可缺少的，且其自身不能合成的有機化合物。生長因子必須在培養(yǎng)基中才能促使有機體的生長。許多生長因子是維生素，尤其是維生素B類，也有些生長因子是氨基酸和脂肪酸。2.3.7水水不是營養(yǎng)物質(zhì)，但它對微生物生長是必須的。因為大部分營養(yǎng)物質(zhì)是在溶液中通過細胞質(zhì)的膜吸收的。由于水的比熱容高和熱調(diào)節(jié)性好，水對調(diào)節(jié)滲透壓有重要作用。3.3.8大氣中的氧和水一樣，大氣中的氧也不是營養(yǎng)物。微生物根據(jù)周圍游離氧的數(shù)目進行不同的生命活動；好氧菌需要游離氧，但是有些好氧菌是微需氧的，對氧的需求量很少，不能忍受正常大氣中的氧。相反，厭氧型微生物在游離氧條件下會很快死亡，然而兼性厭氧型微生物能同時在有氧和無氧條件下存活。

2.4酶動力學

酶動力學是酶學的一部分，主要研究酶促反應速率及其影響因素。酶動力學研究主要是評估酶的產(chǎn)量和單位時間內(nèi)底物的消耗量。酶促反應可用方程（1）來表示，可分為兩個反應，一個是生成酶和底物的復合物反應，另一個是進而生成產(chǎn)物和酶的反應。E+S圮ES圮P+EE、S、ES和P分別代表酶、底物、酶和底物的復合物和產(chǎn)物。根據(jù)這個模型，當?shù)孜餄舛茸銐蚋邥r，酶全部轉(zhuǎn)換為酶和底物復合物的形式，第二步會受到抑制，并且隨著底物濃度的增加，反應速度不變。酶促反應速度取決于酶濃度和底物濃度。理論上，在催化、合成和裂解反應過程中同一種酶可反復利用多次。在實踐中卻受到了很多限制。酶是一種復雜而敏感的生物分子，酶所處環(huán)境的溫度、酸堿性、微量金屬離子或某些抑制劑都會影響酶活力。一些影響酶催化活力的因素如下：（1）pH值酶處于最佳pH值時，酶分子上的電荷分布和酶的催化位點都有助于酶的催化。（2）溫度大多數(shù)酶都有其最適溫度；最適溫度取決于分離出酶的微生物。一些微生物的最適溫度接近室溫，這些微生物分離出來的酶在30~40℃活性最大。溫度太低，分子移動減慢導致反應速率下降；溫度太高，分子移動速度非?？?，酶很難維持其空間結(jié)構并發(fā)生變性，從而導致酶失活。溫度升高，反應速度加快，當達到最適溫度后，反應速度減慢。（3）變性維持蛋白質(zhì)功能的結(jié)構遭到破壞稱為蛋白質(zhì)變性。不僅僅高溫導致蛋白質(zhì)變性，其他能夠破壞化學鍵的環(huán)境因素也會導致蛋白質(zhì)變性。此外，極端pH值會使官能團質(zhì)子化或去質(zhì)子化，使酶活力喪失。洗滌劑和非極性溶劑能夠改變蛋白質(zhì)的結(jié)合和相互作用，進而引發(fā)變性。在大多情況下，變性是一個不可逆過程。（4）酶的抑制作用許多物質(zhì)能夠與酶可逆結(jié)合而改變其活力。眾所周知，能降低酶活力的是抑制劑。1）抑制劑不同抑制劑的作用機理不同。一些酶抑制劑結(jié)構與酶相似，與酶不反應或反應很慢。這些類型的抑制劑可分為兩類：①競爭性抑制劑這類抑制劑能競相爭奪酶分子上的活性結(jié)合位點，并且降低用于結(jié)合底物的游離酶濃度。當?shù)孜餄舛壬?，也就是游離酶抑制劑所占比例下降，會引發(fā)抑制活動的下降。這種抑制劑通常和底物與酶的特殊活性位點結(jié)合類似。然而，它和酶與底物結(jié)合大不同，它不發(fā)生反應。②非競爭性抑制劑非競爭性抑制劑能夠改變酶分子上的活性位點，使酶喪失催化活性。非競爭性抑制劑和底物不一樣，提高底物濃度并不能使抑制劑活性降低。2）變性假如一種抑制劑與酶不可逆結(jié)合，稱之為滅活劑/變性劑。

2.5酶抑制劑在原皮保藏和皮革加工中的應用

浴液中鹽和其他化學品的使用會干擾酶的活性，因此應在工業(yè)過程中避免此類損失。表3展示了不同化學品對酶活性的影響，由Dettmer等報導。硫酸鈉和表面活性劑對部分酶產(chǎn)生抑制作用。EDTA、脂肪醇、純堿和氫氧化鈣對酶的活性的影響沒有太大的差異。Dettmer等研究表明，皮革生產(chǎn)過程中傳統(tǒng)脫毛與酶脫毛過程相比，酶脫毛技術是降低生產(chǎn)污水污染負荷的理想選擇。酶解過程能夠降低COD、BOD、氮和硫化物的水平并且能夠大幅度的縮短加工時間，從之前的20h縮短到6h，但要準確把握酶脫毛的時間，避免對皮革造成損害。一些學者指出酶脫毛工藝能獲得與傳統(tǒng)脫毛工藝品質(zhì)相同的皮革。這兩個工藝的皮革產(chǎn)品的抗張強度、撕裂強度、鉻含量與收縮溫度都基本相同。Dettmer等通過定量測定去除纖維間質(zhì)來評估酶脫毛過程中酶的效率，此外，通過測定廢水中羥脯氨酸的含量評估酶對膠原蛋白的破壞作用。有人發(fā)現(xiàn)在脫毛過程中酶殘余的活性可回收再利用。

3結(jié)論和展望

篇6

關鍵詞：微生物，環(huán)境保護，治理技術

 

1.微生物技術治理污染水體的可行性及依據(jù)

環(huán)境中的污染物有些是作為微生物生長的能源和基質(zhì)，在微生物酶的作用下被礦化;有些則是在多種微生物的共同作用下進行轉(zhuǎn)化，這個過程可能會產(chǎn)生中間產(chǎn)物。進入水體的溶解性有機物，在有氧情況下被好氧微生物氧化分解，形成CO2、H02、N03-、P043-和S042-等無機物，水體得以凈化。不溶性固體有機物及死亡的生物體沉到水體底部，在底泥微生物作用下轉(zhuǎn)化成小分子的溶解性有機物進入上層水體，也可被厭氧細菌轉(zhuǎn)化成甲烷和其他無機物。

水質(zhì)惡化的水體中污染物難以降解的主要原因是環(huán)境體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，也會由于競爭和捕食作用等微生物的生態(tài)關系使其難以大量繁殖并發(fā)揮降解污染物的能力。水體的溫度、pH值、鹽度和溶解氧等外部環(huán)境條件不適的情況下也不利于微生物降解能力的發(fā)揮。加之在自然條件下微生物對水體的自凈速度是很慢的，必須采取人為的強化措施才能加快這一進程。污染水體的微生物凈化技術，本質(zhì)上是利用微生物的新陳代謝能力及基因的多樣性，把污染物轉(zhuǎn)化成無污染的終產(chǎn)物，重新進入生物地球化學循環(huán)中。同時，微生物的引入可以增加水中的生物多樣性，使水體的各級營養(yǎng)結(jié)構趨于穩(wěn)定并保持平衡。

2.微生物技術的種類

微生物技術主要是利用微生物的代謝反應過程和生物合成產(chǎn)物(包括酶)對污染環(huán)境進行監(jiān)測、評價、整治以及修復的單一或綜合性的現(xiàn)代化人工技術系統(tǒng)。它不僅包含了生物技術所有的特點，還融合了環(huán)境污染防治以及其他工程技術，目前己逐漸發(fā)展成為一種經(jīng)濟效益和環(huán)境效益俱佳的、能解決日益嚴重的(尤其是水污染)環(huán)境問題的有效手段之一。。按照微生物的來源，主要分為接種微生物技術和培養(yǎng)土著微生物技術。

2.1接種微生物技術

這種技術適用于當水體中污染物的降解菌很少甚至沒有，在現(xiàn)場富集培養(yǎng)降解菌存在一定難度時的情況。它是通過向水環(huán)境中引入菌種來實現(xiàn)的。。向水環(huán)境中引入的菌種既可以從待治理水體的土著微生物中富集而得，也可以從其它環(huán)境中分離得到，甚至可以使用基因工程菌。因此，按其來源可分為土著微生物、外來微生物和基因工程菌。CBS（集中式生物系統(tǒng))，為美國CBS公司的科學家開發(fā)研制，并得到廣泛應用。CBS系統(tǒng)是一個良性循環(huán)的微生物生態(tài)系統(tǒng)。含有多個屬、幾十種具備各種功能的微生物，主要包括光合菌、乳酸菌、放線菌，酵母菌等構成了功能強大的“菌團”。采用CBS治理重慶桃花溪河、成都府南河和重慶府川河都取得了很好的效果。例如，我們應用土著微生物培養(yǎng)液和BBL1菌液對富營養(yǎng)化人工景觀湖水進行凈化試驗，分別考察了曝氣、載體和底泥對凈化效果的影響。試驗結(jié)果表明，含有生物促生劑的土著微生物培養(yǎng)液和BBLI菌劑均能降低水中的CODMn、氨氮、總磷和濁度。在有載體的狀態(tài)下，凈化作用更為顯著。底泥的存在強化了BBL1菌劑對氨氮的去除，去除率大于90%。又如，我們采用新型生物制劑Eclean治理北京動物園富營養(yǎng)化水體。試驗結(jié)果表明，水體中的CODMn、TN、TP、濁度、葉綠素a和藻類濃度等各項指標均有明顯下降，水質(zhì)明顯改善，藻類生長基本得到控制。應用優(yōu)勢菌劑處理城市湖泊水的試驗表明，投加光合菌、硝化菌、復合菌的混合液對水中的濁度、葉綠素a有明顯的去除效果，投菌后的第8d對濁度的去除率就達到了88%。水體中存在一些有益微生物菌群(EM菌)，包括光合細菌、硝化細菌、芽抱桿菌、乳酸菌、枯草桿菌、放線菌和酵母菌等，對污染水體的治理是非常有效的。在使用EM菌處理南水塘藻型富營養(yǎng)化源水的效果。在容器中按V(EM):V(源水)為1:10000的比例投加EM菌液并輔以低速間歇式曝氣處理8d-9d，藻類生物量得到明顯控制，葉綠素a、TN、TP及CODMn去除率分別達9.049%，45.25%，55.48%及8.237%，出水水質(zhì)接近國家地表VI類水質(zhì)標準。光合細菌可以通過光合作用，維持物質(zhì)循環(huán)，降解廢棄有毒物，起到凈化水質(zhì)的作用。例如從豬的污水池中分離得到一株紫色非硫菌株，此菌株通過光合作用能夠使污水池中不穩(wěn)定的有機化合物減少80%一93%，能夠顯著改善垃圾池的氣味。

近年來，隨著環(huán)境微生物技術的發(fā)展，基因工程菌(GEM)在污染水體的治理方面越發(fā)顯示出優(yōu)勢。構建高效的基因工程菌可以顯著提高污染物的降解效率。同時，環(huán)境微生物尤其是細菌中的污染物降解基因、降解途徑等許多污染物降解機制的闡明為構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培養(yǎng)土著微生物技術

這是一種污染水體的微生物強化治理技術，它通過向水體中投加營養(yǎng)物質(zhì)、無毒表面活性劑、電子受體或共代謝基質(zhì)來激活水環(huán)境中本身具有降解污染物能力的微生物(即土著微生物)，充分發(fā)揮土著微生物對污染物的降解能力，從而達到水體修復的目的

2.2.1投加營養(yǎng)物(激活劑)

生物激活劑一般是由礦物質(zhì)、有機酸、酶、維生素和營養(yǎng)物質(zhì)混合而成的天然復合品。例如采用生物激活劑Bio oxidator TM(Bo)和Nutra complex TM(NC)對上海植物園蘭室和牡丹園的湖水進行治理。這兩種藥劑主要含有生物刺激劑、酶、氨基酸、腐植酸和尿素等成分。結(jié)果表明，施用生物激活劑BO和NC對水體COD、BOD、TP和濁度等均有明顯的去除效果，并可顯著提升水體溶解氧。

2.2.2投加表面活性劑

由于表面活性劑可以改變有機污染物的某些性質(zhì)，增加污染物與微生物細胞接觸的幾率，從而顯著提高一些污染物的生物降解速度。近年對表面活性劑的研究有加強的趨勢用吸附-浮選法去除工業(yè)廢水中的Cr6+和Zn2+。。向廢水投加針鐵礦和氫氧化鐵，吸附金屬離子，然后用生物表面活性劑脂肽-105和地衣素-A作為浮選劑進行固液分離。加入表面活性劑可以減少吸附在非水相液體表面的細菌，使其在蔥中生長。

2.2.3投加共代謝基質(zhì)或電子受體

在污染水體的治理過程中，共代謝途徑對于難降解有機物的生物降解也是非常重要的。在好氧條件下，利用葡萄糖誘導順式1，2-二氯乙烯的生物降解，其降解效率、降解速率都明顯高于厭氧條件，說明葡萄糖誘導的共代謝過程發(fā)揮了決定性的作用另外，也有研究表明，腐殖酸和醒類物質(zhì)在有機物生物降解過程中，可起到電子受體的作用。在缺氧條件下，腐殖酸作為最終電子受體可作為三價鐵的鰲合劑，從而提高鐵離子的溶解度，強化水體底泥中苯的降解。

3.微生物技術的特點和優(yōu)勢

與物理和化學法相比，微生物技術具有一系列的特點和優(yōu)勢:(1)污染物的轉(zhuǎn)化過程不需要高溫、高壓，在溫和的條件下經(jīng)過酶催化即可高效并相對徹底完成。處理費用低廉，僅為物理化學法的30%-50%。(2)微生物具有來源廣、易培養(yǎng)、繁殖快、對環(huán)境適應性強和易實現(xiàn)變異等特性，適當?shù)貙ζ浼右耘囵B(yǎng)繁殖，特別是在一定條件下加以馴化，就能使之很好地適應各種有毒的工業(yè)廢水、生活污水等環(huán)境。通過有針對性地對菌種進行篩選、培養(yǎng)和馴化，可以使大多數(shù)的有機物實現(xiàn)生物降解處理，應用面寬。(3)微生物處理不僅能去除有機物、病原體、有毒物質(zhì)，還能去除臭味、提高透明度、降低色度等，處理效果良好。(4)對環(huán)境影響小，不產(chǎn)生二次污染，遺留問題少。(5)人類直接暴露在污染物下的機會減少。(6)就地處理，操作簡便，可以避免鋪設不雅觀的機械設備。

4.微生物技術存在的問題

雖然微生物技術在污染水體的治理中取得了良好的應用效果，并具有廣泛的應用前景，但在實際應用中還有許多問題有待解決。微生物技術一般在好氧條件下效果良好，在厭氧條件下效果往往不甚理想，如EM菌群在厭氧條件下對COD的去除不起促進作用;在重金屬存在條件下，凈水微生物制劑對水體中COD的去除率隨著重金屬濃度的升高而逐漸減少等等。微生物技術在污水治理上的不穩(wěn)定性，一方面源于生活污水、工業(yè)廢水成分更復雜，有機質(zhì)種類及含量、微生物種群、溶氧條件、溫度等千差萬別，有毒有害物質(zhì)如重金屬離子、苯系化合物、氰化物、偶氮染料等較多，另一方面缺少理論研究和指導，尤其是應用生態(tài)學方面研究少。因此，研究人工投放的微生物在水體中的存活狀態(tài)、作用狀態(tài)、與土著微生物的相互作用關系等將有助于闡明微生物技術在污水治理上的應用前景，并為進一步的有效應用提供指導。

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篇7

關鍵詞環(huán)境工程微生物學;實驗課程教學;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

環(huán)境工程微生物學作為環(huán)境科學和環(huán)境工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎課程，是一門實驗性和應用性很強的學科，是多學科相互交叉滲透而高速發(fā)展的前沿研究領域。其基本原理、研究技術已滲透到所有分支學科，是推動微生物技術發(fā)展和解決環(huán)境工程問題不可或缺的力量。實驗課程是聯(lián)系理論和實踐的紐帶，有助于加深學生對理論知識的理解，培養(yǎng)學生動手能力，開拓學生視野，提高學生創(chuàng)新思維和科研能力。在以往的實驗課教學體系運行下，學生只能做一些類似“標準答案”的驗證性實驗，興趣不高，缺乏思考。如何利用有限的的學時將環(huán)境工程微生物學實驗技術和前沿進展傳授給學生，使學生系統(tǒng)地掌握環(huán)境微生物學的知識體系，并靈活地運用知識解決實際問題，是21世紀綜合型人才培養(yǎng)的關鍵。近年來，在環(huán)境工程微生物學實驗課程教學過程中，本課題組以周群英、王士芬主編的《環(huán)境工程微生物學》(第3版)為主要教材(包含理論和實驗課)，并參考黃秀莉、辛明秀主編的《微生物學實驗》和王蘭主編的《環(huán)境微生物學實驗方法與技術》等多種實驗課教材，進行了一系列改革和嘗試，力求構建環(huán)境工程微生物實驗課程新體系，以取得更好的教學效果[1-4]。

1環(huán)境微生物學實驗課程改革的必要性

環(huán)境工程微生物學是西華師范大學生命科學學院開設環(huán)境工程專業(yè)以來的一門重要專業(yè)基礎課，實驗課教學體系參照生物科學專業(yè)的微生物學實驗，增加了部分與環(huán)境工程相關的內(nèi)容。首先，以驗證性實驗為主，不能充分鍛煉學生的思維能力和創(chuàng)新能力。如細菌芽孢染色實驗，利用細菌芽孢壁厚和細胞質(zhì)濃厚而不易著色的特點，采用著色力強的染色劑和用加熱等手段促使芽孢著色，并利用復染的方法對比原細菌菌體和芽孢，這只是簡單的驗證了理論知識，類似的實驗還包括革蘭氏染色、莢膜染色等。其次，各實驗之間沒有必然的聯(lián)系。整個學期實驗課結(jié)束以后，特別是畢業(yè)論文時，學生往往記不住以前做過的實驗名稱、藥品和操作步驟，更不用說應用整體思維去思考。

實驗課程的教學方法是按照設定的教學計劃，由實驗教師幫助學生完成很大一部分準備工作，學生在課堂上則只須花費很少的時間，按照教師講解以及實驗手冊上的步驟和注意事項進行操作。學生一般是到了教室才關注實驗的內(nèi)容，對實驗原理、研究背景和其他相關知識知之甚少。在整個實驗進行過程中，學生被動聽課和操作，幾乎沒有時間去思考該實驗過程的來龍去脈。因此，傳統(tǒng)的教學方法雖然在一定程度上能讓學生學到一定的實驗技能，鞏固部分理論知識，但容易造成學生對實驗原理理解不透徹，實驗操作按部就班，對實驗一知半解。

實驗結(jié)束后大多數(shù)學生往往書寫幾近統(tǒng)一的實驗報告，有的學生不忠實于真實的實驗結(jié)果，無論實驗成功還是失敗都不太注重原因的分析。實驗的考核也僅憑一紙實驗報告。因此，容易忽略對學生真實的實驗能力包括整體思維、實驗態(tài)度、實驗技能和創(chuàng)新能力的考核。

由此可見，這種教學方法難以培養(yǎng)學生對實驗的興趣，無法調(diào)動學生的主動性和積極性，不能真正培養(yǎng)學生的創(chuàng)造精神和創(chuàng)造能力。在課時逐漸減少，知識不斷更新，環(huán)境問題日益突出和生物技術不斷發(fā)展的今天，如何巧妙的安排實驗課程，以提高學生實驗的主動性和積極性，激發(fā)學生開放性思維，培養(yǎng)學生靈活運用知識分析問題和解決問題的能力，是非常值得思考的問題。圍繞這個問題，筆者基于環(huán)境工程微生物學理論課和實驗課教學，對當前環(huán)境工程微生物學實驗課改革進行了一些探討，以期達到提高實驗課教學效果的目的。

2環(huán)境微生物學實驗課教學改革的新舉措

2.1優(yōu)化實驗內(nèi)容，構建環(huán)境微生物學實驗課程知識體系

環(huán)境工程微生物學涵蓋的實驗內(nèi)容豐富，大綱要求具有一定的深度和廣度，由于環(huán)境工程微生物學和其他的課程存在交叉重疊，有的內(nèi)容和其他的課程有所重復，所以必須在內(nèi)容的選擇上有所取舍[5]。微生物學的基礎操作，能驗證一些重要的理論知識，所以要讓學生牢固掌握這方面的技能，包括培養(yǎng)基的制備、微生物的接種、培養(yǎng)和保存、微生物的染色實驗和微生物的觀察實驗。還要讓學生明白，這些技能服務于所有實驗，貫穿于整個實驗體系。綜合性實驗包括環(huán)境微生物生態(tài)學的實驗方法和技術、環(huán)境微生物的監(jiān)測與評價、污染物的微生物處理技術和方法，比如環(huán)境因素對環(huán)境微生物生長和死亡的影響、富營養(yǎng)化湖泊中微生物的多樣性的監(jiān)測、污染物的微生物降解等。在這些綜合性試驗中，學生能夠不斷強化微生物的基礎知識，融會貫通，加深對學科前沿發(fā)展狀況的了解，培養(yǎng)科研意識，并開拓視野。

2.2貼近生活，激發(fā)學生的興趣

環(huán)境工程微生物學和實際生活聯(lián)系非常緊密，在教學過程中注意縮小理論和實際的差距，培養(yǎng)學生應用知識關注現(xiàn)實和改善環(huán)境問題的能力，做到學以致用。在課程中通過白色污染、水體污染、大氣污染、重金屬污染、固體廢棄物污染、甲型H1N1流感病毒和能源危機等現(xiàn)實社會環(huán)境問題的講解，讓學生意識到專業(yè)的重要性和肩負的責任;讓學生了解生活中污染環(huán)境的微生物，比如學校食堂廚余中的微生物類群，酸奶里的微生物種類，發(fā)生霉變的食物中主要的微生物種類，腐敗水果蔬菜中微生物種類，校園人工湖的微生態(tài)系統(tǒng)，教室和醫(yī)院微生物菌群等，使知識融入到生活中，讓生活中的現(xiàn)象點燃學生學習和探索知識的激情。

2.3關注前沿科技，培養(yǎng)學生對尖端技術的操作能力

隨著物理、化學和工程技術的發(fā)展，大大推動了生物科技的發(fā)展，新成就如雨后春筍，層出不窮。在微觀方面，生物學已經(jīng)從細胞水平進入到分子水平去探索生命的本質(zhì)。以分子生物學為基礎的生物技術促進了環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)、生態(tài)學和醫(yī)學等各個領域的迅猛發(fā)展。在當代環(huán)境科學領域，DGGE和RFLP等技術已經(jīng)成為研究環(huán)境中不可培養(yǎng)微生物有力的手段。可將一個班的同學分成4～6個小組，在老師的指導下，讓各組同學獨立設計，應用PCR-DGGE的方法研究污染河流不同河段的微生物區(qū)系，使學生接觸前沿科學技術，并應用到解決環(huán)境問題中，能進一步把握微生物技術在環(huán)境工程領域發(fā)展的方向。這樣的安排不僅使學生能掌握一些尖端技術的操作方法，也能增加學生的信息量，開拓學生的眼界，增加學習的興趣。

2.4開設綜合性實驗，提高學生創(chuàng)新能力

環(huán)境工程微生物學實驗課程的目的還在于學生能夠利用自己掌握的基本實驗技術，對于自己感興趣的領域和課題獨立自主地進行分析和研究，進一步提高學生的學習能力和科研能力。比如在綜合實驗階段，本課題組開設極具環(huán)保和經(jīng)濟價值的“蟋蟀蟲生真菌的分離鑒定和生長特性研究”綜合性實驗，學生試圖通過學習的微生物分離鑒定技術去認識和研究這種真菌，從而為生物農(nóng)藥的開發(fā)奠定基礎。這就使得學生在課后多做功課，查閱文獻，展開調(diào)查研究，制定并提交實驗方案。上課時學生分小組討論，然后提出小組實驗方案。教師可以使用提問的方法檢查學生的方案，糾正錯誤。這種方法不僅能夠大大提高學生做實驗的積極性，而且能夠讓學生變成自主的研究型學習。通過學生查閱文獻，在相互討論和交流的過程中，學生除了提高文化知識，還能促進團隊合作，促進溝通能力和創(chuàng)新能力的形成。另外，這種互動也能促進教師更加積極的備課。因而形成一種師生共同進步的良性循環(huán)。

2.5靈活制定考核機制，做好實驗現(xiàn)場指導

實驗課程的分數(shù)比重應該增大到30%，這樣可以避免學生只會死記硬背，而不注重動手能力的培養(yǎng)。在實驗過程中，進行現(xiàn)場指導，當場考核，不僅要看實驗報告，更要依據(jù)出勤、現(xiàn)場實驗操作和實驗結(jié)果綜合考核。比如除指導教師外，應有專門實驗人員發(fā)放實驗器材，進行出勤登記并納入考核，占實驗課成績的10%。從制度上引起學生對實驗課的重視。實驗過程中，規(guī)范的操作和可靠的結(jié)果是考核的重點，各占實驗課成績的30%。對于實驗報告，占實驗課成績的30%。應要求學生對實驗過程和結(jié)果進行詳細記錄和分析，比如哪些操作步驟沒有做好，或者在實驗過程中容易出現(xiàn)什么問題，如何避免等，從而讓學生養(yǎng)成一個善于分析問題和總結(jié)問題的好習慣。對于實驗報告中的結(jié)果，要實事求是，嚴格杜絕相互抄襲現(xiàn)象。

在實驗指導現(xiàn)場，對態(tài)度認真、操作規(guī)范的學生及時表揚，并號召其他學生觀摩或欣賞，起到模范帶頭作用。有些操作較為繁瑣的實驗，個別學生總是失誤，會產(chǎn)生厭煩心理，比如芽孢染色，要加以啟發(fā)性的引導，幫助其順利完成實驗。由于學生經(jīng)驗不足，實驗過程難免會有失誤，實驗結(jié)果有時不盡相同甚至會大相徑庭。在這種情況下，不要急于批評學生，而要分析問題，找到原因。比如做細菌接種練習，一個班上總有1～2個學生平板上什么都沒有長出來，這時候要鼓勵學生勇于承認實驗失誤，還要讓其回憶，實驗失敗是由于沒有劃線還是接了菌種以后再在火焰上灼燒而將微生物燒死。這樣學生有深刻的印象，以后的操作也就不容易出現(xiàn)類似錯誤。有時候?qū)W生的失誤，可能會出現(xiàn)一些意想不到的結(jié)果，這時候更要進行分析，幫助學生拓展思維。

3實施改革后取得的效果與思考

這些改革措施的實施，使學生做實驗更加主動和用心，大大減少了盲目操作的現(xiàn)象，提高了綜合運用知識、分析和解決問題的能力，培養(yǎng)了嚴謹、鉆研、科學的學風。在新的課程改革實施后，95%以上的學生認為微生物學和生活聯(lián)系非常緊密。部分本科生已經(jīng)參與到一些教師的科學研究中去，有的學生還能夠設計完整的實驗進程，或通過合作完成一些小型課題。同時，實驗課程改革也對實驗課教師提出了新的要求，使教師不斷學習新的實驗課程管理理念，不斷開發(fā)新的研究課題，同環(huán)境工程微生物學的發(fā)展同步。在以后的教學過程中，還要不斷探索，以取得更好的成效。

4參考文獻

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篇8

關鍵詞：教學改革 環(huán)境微生物學

一、環(huán)境微生物學課程定位

環(huán)境微生物學是微生物學的知識和原理在環(huán)境工程方面應用的一門新興的邊緣學科，同時又是環(huán)境工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎課之一。它涉及面廣，發(fā)展迅速，是一門具有很強實驗性和應用性的學科。環(huán)境微生物學實驗教學在理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)學生的觀察能力、自學能力、探究和解決問題的能力，培養(yǎng)高素質(zhì)的應用型人才方面具有重要作用?，F(xiàn)階段如何加強環(huán)境微生物教學，如何提高教學質(zhì)量及把握改革的方向是擺在我們面前的嚴峻問題。筆者結(jié)合我校實際及教學經(jīng)歷，對該門課程的教學改革進行了初步設想。

二、教學過程存在的主要問題

1. 內(nèi)容抽象、不易理解。

微生物學不像其它課程那樣，其在學生頭腦中沒有直觀的印象，微生物個體比較微小，看不見摸不著，在日常生活中也沒有直觀的印象。細菌個體微小，肉眼只能看到群體的菌落特征，很難把個體拿出來在實驗室課堂上演示，只能借助工具來觀察，操作性難度大。由于細菌個體微生物較小，用顯微鏡要放大很多倍才能看到，所以有時候很難區(qū)別一些相似的菌種(如各種霉菌)，對于辨認其形態(tài)結(jié)構也比較困難，不易理解。

2. 課程內(nèi)容繁瑣、知識點多，教學課時不足。

環(huán)境微生物學的內(nèi)容主要微生物學基本原理、微生物生態(tài)、環(huán)境工程中微生物的作用和微生物學實驗等部分組成。當前，我國很多高校為了培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，大力壓縮基礎課課時，增開熱門的應用課程。我校環(huán)境微生物總學時數(shù)56學時，其中理論學時數(shù)40學時，實驗學時16學時。教學內(nèi)容過于集中在微生物形態(tài)、生長代謝等基礎內(nèi)容，使得人工生態(tài)系統(tǒng)等介紹篇幅壓縮，微生物在衛(wèi)生檢測及污染治理方面的應用等內(nèi)容不夠?qū)W時介紹，只能一帶而過。因此要使學生對該門課有深刻理解和掌握，并能熟練地將理論應用于實踐，按照現(xiàn)有的課時數(shù)，難度是比較大的。

3.學生基礎知識薄弱，理論聯(lián)系實際能力差。

當前，我國的中等教育正由應試教育轉(zhuǎn)向素質(zhì)教育，但轉(zhuǎn)變過程又必須緊跟高考的指揮棒。這就造成環(huán)境工程專業(yè)的學生在接觸環(huán)境微生物學課程之前，微生物學知識非常少，有些學生高中根本就沒接觸過微生物學。而越來越激烈的就業(yè)競爭和壓力使得學生對基礎課學習的興趣下降，越專業(yè)越實用，則越感興趣，這樣，教與學之間的互動顯得尤為重要。

4.實驗室條件不足。

實驗室條件不足是當前存在的一個主要問題之一。目前我院環(huán)境工程專業(yè)實驗室面積較小，微生物教學器材偏少，滅菌鍋和生物顯微鏡都只有2臺，很難滿足正常實驗需要。

三、課程教學方法的改革和途徑

1.開好頭，激發(fā)學生的興趣。

在緒論的講授中，授課教師須講明本課程在學科領域中的地位，特別是在社會經(jīng)濟發(fā)展中的地位與作用，尤其是目前環(huán)境微生物學在環(huán)境保護污染治理、資源利用、友好材料、清潔生產(chǎn)等領域的應用及研究熱點、難點，指出近期科學工作者在環(huán)境微生物學研究的貢獻，激發(fā)學生為科學獻身的精神。

2.提高教師的自身素質(zhì)，豐富教學內(nèi)容。

教師對教學的態(tài)度、業(yè)務水平、敬業(yè)精神、教學方法和手段都會影響著教學效果。一方面，教師需要不斷充實教學內(nèi)容，聯(lián)系當前社會熱點問題，應用到課堂教學。例如在講病毒時，補充講SARS病毒、艾滋病毒及瘋牛病毒的結(jié)構。另一方面，在學校的各項工作中，教學是基礎，科研是主導，任何教師決不能脫離科學研究而單純地搞教學工作。只有長期參加科研實踐的教師，才能使自己講課的內(nèi)容更加具有前沿性、獨創(chuàng)性和啟發(fā)性。教師應多參與工程實際，找到理論與實踐的結(jié)合點，并在教學中用工程中生動的例子講述概念，例如在講細胞工程和微生物在環(huán)境工程中應用時，教師結(jié)合自己的科研和工程實例進行講解，這樣貼近實際，通俗易懂，可大大激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。

3.運用多媒體技術，增強教學效果。

多媒體技術是20世紀末發(fā)展起來的主要的電化教育手段，是未來微生物學課堂教學的主要方向。與其它生物相比，微生物有著看不見、摸不著的獨特之處。如果教學方法不好，常常會造成很多錯覺。傳統(tǒng)的微生物教學手段可視化差，對微觀世界的動態(tài)變化顯得無能為力，眾多的圖表、照片無法展示，缺少生動形象的直觀教學效果，教學信息量小。而在環(huán)境微生物教學中，借助多媒體進行教學，可以向?qū)W生們展示許多精美的微生物圖片和微生物工程應用。例如，在講噬菌體侵染細菌時，采用多媒體技術，用動畫描述噬菌體吸附、入侵、復制、釋放過程；在講污泥膨脹時，運用多媒體技術，比較膨脹污泥與正常污泥的形態(tài)結(jié)構，增加認識；也可以通過網(wǎng)絡收集的信息，向?qū)W生們介紹微生物某方面應用的最新進展，激發(fā)學生們對環(huán)境微生物的興趣。

4.開展啟發(fā)式教學，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。

環(huán)境微生物學作為一門新興的邊緣學科，它的發(fā)展應隨著生物學、微生物學及環(huán)境科學的發(fā)展而不斷呈現(xiàn)出新的內(nèi)容。以往那種以教師為中心，學生上課記筆記、考前背筆記的教學模式及學習方式已不能適應對該學科的學習要求。教師在授課時，應注重提高信息的密度和質(zhì)量，盡量使之圖象化、表格化，這樣可將原來多而雜的信息整理為少而精的信息，使之相互聯(lián)系緊密、主線突出、層次清晰，成為學生易懂、易記的新信息。在教學方法上，要改變單一的注入式教學方法，采取講解式、提問式、啟發(fā)式、自學式等多種多樣的教學方法。對于基礎性知識，以講解式為主，并在講課時啟發(fā)學生思維；課前準備一些問題，講課過程中隨時向先生提問，在提高學生聽課精神的同時，激發(fā)學生思維，活躍課題氣氛；在講課過程中，經(jīng)常聯(lián)系最新研究進展，以作業(yè)的形式，讓學生通過網(wǎng)絡了解信息，培養(yǎng)學生的科技創(chuàng)新思想和能力，為今后的科研打下基礎。

5.改革實驗教學，調(diào)動學生積極性。

實驗教學在微生物理論教學中占很大比重，它可以培養(yǎng)學生獨立分析、解決問題的能力和動手能力。為此，要求學生每次實驗前必須預習，并寫出預習報告，上課時指導教師要檢查預習報告，了解預習情況，做到有的放矢，實驗課上注意基本操作技能的訓練，根據(jù)各實驗的具體要求，嚴格把關，認真指導。嚴格要求，規(guī)范操作，強化基本操作訓練，發(fā)現(xiàn)問題，耐心引導，力爭使學生自己找出問題并加以改正；課后適當增加開放性實驗，通過這些措施，端正學生的實驗態(tài)度。規(guī)范操作，寫好實驗報告，練好基本功，實驗報告中的分析與討論是很重要的內(nèi)容，通過對實驗問題和結(jié)果的分析、討論，可加強學生對理論知識的理解，大大提高學生分析問題和解決問題的能力。

環(huán)境微生物實驗目前有16學時，歸并到環(huán)境工程專業(yè)實驗A中，由于實驗學時和實驗條件的限制，我們目前只安排了培養(yǎng)基的配制與滅菌、細菌的分離與無菌操作技術、光學顯微鏡的使用、細菌形態(tài)觀察和細菌數(shù)量的測定五個實驗，每個實驗前后關聯(lián)，連續(xù)性強。實驗安排上盡量依據(jù)實驗室現(xiàn)有條件，少量多次安排實驗。在目前操作性和驗證性實驗的基礎上，我們計劃開出環(huán)境工程專業(yè)綜合性實驗，計劃學時10學時，擬利用現(xiàn)有氧化溝設備對污水生物降解，綜合環(huán)境微生物、環(huán)境監(jiān)測和水污染控制工程實驗內(nèi)容。形式安排上，采用開放實驗形式，該實驗所需時間較長，于是實驗室全天對學生開放，學生們都是自己安排時間，在課余時間來實驗室做實驗，實驗指導教師隨時進行指導。通過“綜合大實驗”，學生不僅可以掌握各個實驗的方法，也鞏固了以前所學的基本操作技術，更重要的是提高了學生的主動性、自覺性和實驗動手能力，把所學各門知識系統(tǒng)地貫穿起來用于實際工作中。

四、結(jié)語

環(huán)境微生物學在環(huán)境工程領域的應用越來越廣泛，對其教學的改革也是一個長期的、艱巨的任務。而社會對人才的要求越來越注重獨立工作能力、綜合能力以及創(chuàng)新精神，因此，環(huán)境微生物教學必須按照這一要求，不斷尋找適合的內(nèi)容，培養(yǎng)出綜合型、設計型、高素質(zhì)的人才，實現(xiàn)教學改革的目標。

參考文獻：

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關鍵詞：食品 檢測 全自動微生物定量分析儀 微生物 安全

中圖分類號：TS207.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-5336（2013）20-0035-02

1 引言

食品在生產(chǎn)、銷售以及運輸?shù)倪^程中，很容易受到污染，一旦食品受到污染，食品微生物就會不斷地繁殖，易使食品出現(xiàn)腐敗且變質(zhì)等問題，導致食物中毒或者食源性污染。針對這種情況，為有效地避免這一問題的發(fā)生，人們也加大了食品安全的檢測力度，在這種形勢下，出現(xiàn)了一種新的檢測儀器，即全自動微生物定量分析儀，該儀器是基于MPN法，借助于16管形式改造成的一種獨立耗材與最小化卡片，通過所產(chǎn)生的特殊酶反應來進行相對應熒光信號的檢測，以此完成食品微生物指標的判讀。文章就全自動微生物定量分析儀在食品檢測中的應用進行詳細地闡述。

2 全自動微生物定量分析儀的應用

2.1 檢測所需材料與儀器

在本次研究中，所用食品為海產(chǎn)品與烘干雞肉，其中烘干肌肉為一種寵物食品，所用儀器為全自動微生物檢測儀，所用的試劑和檢測卡片均為法國梅里埃公司所生產(chǎn)制造的，各試劑與培養(yǎng)基必須要在有效期內(nèi)應用。

2.2 食品檢測

（1）大腸桿菌。不管是人，還是動物，均存在著一個共同寄居菌，即大腸桿菌，這一種細菌在大量繁殖以后易導致食物中毒。在全自動微生物定量分析儀中，其所配套的這種試劑EC就是專用于大腸桿菌的檢測，在檢測中，當大腸桿菌的數(shù)量達到規(guī)范值時，基于44℃這一條件下，存有大腸桿菌的這一卡片就會將培養(yǎng)基中底物還原，且產(chǎn)生一種能夠被TEMPO這一讀數(shù)器所檢測的營養(yǎng)信號?；贛PN方法，按照陽性孔數(shù)目以及大小，由TEMPO系統(tǒng)將原始樣本中大腸桿菌實際數(shù)量推算出來，同時根據(jù)國家食品微生物關于大腸桿菌計數(shù)的標準來對樣品實施檢測，通過兩者結(jié)果的比較發(fā)現(xiàn)，其符合率86%，在準確度上沒有差異。緊接著在此基礎上再對不滿足要求的樣品進行重復檢測，從檢測結(jié)果來看，這種方法盡管符合實驗室批量檢測的要求，但是不適用于高酶活性樣品，特別是一些高酶活性水生軟體動物。此外，經(jīng)過多次試驗筆者還發(fā)現(xiàn)，在將稀釋倍數(shù)進行擴大以后，可使高酶活所產(chǎn)生的干擾與影響得到降低。

（2）菌落總數(shù)。菌落計數(shù)不僅可用于食品衛(wèi)生質(zhì)量的監(jiān)督，同時還是提示食品的新鮮度或者腐敗的重要指標之一。按照國家食品微生物關于菌落總數(shù)的規(guī)定，對同一樣品實施取樣與稀釋，接著進行檢測，在檢測過程中，把樣本接種至培養(yǎng)基，借助于TEMPO這一填充器將其傳輸至三種規(guī)格不同的卡片中，該卡片為48孔，且在此時充填器也會將卡片密封，以免在之后的處理中發(fā)生污染問題。把按照國標法所制作的這一平板與卡片儀器放于培養(yǎng)箱內(nèi)進行培養(yǎng)，其中卡片中所存微生物對培養(yǎng)基中底物進行分解，且產(chǎn)生一種可被TEMPO這一讀數(shù)器所檢測的熒光信號，在四十八小時以后，分別進行卡片與平板菌落數(shù)的讀取，按照陽性孔數(shù)目以及大小，由TEMPO系統(tǒng)來進行原始樣本中微生物總數(shù)的推算，從推算結(jié)果來看，其與平板計數(shù)符合率89%。最后對不符合的這些樣品再次進行檢測，通過檢測和分析結(jié)果來看，發(fā)現(xiàn)這些不符合的樣品均為水生軟體動物，這些動物的酶活力都相對較強，因這些物品對底物反應易造成影響，因此造成儀器所讀取的這些熒光信號發(fā)生變化。由此可見，該儀器雖然可實現(xiàn)批量菌落的檢測，但卻存在著一定的局限性。

（3）腸桿菌科。在食品工業(yè)中，腸桿菌科所產(chǎn)生的這種細菌為其一項重要的指標，由于其同時包含食物腐敗因子與腸道致病菌，因此被當作食品安全與衛(wèi)生的一個重要指標。在本次試驗中，所用腸桿菌科樣品是烘干雞肉，通過所用卡片在22-27小時區(qū)間且35±1℃這一條件下的變化來進行該食品污染的判斷。從檢測結(jié)果來看，其符合率97%，由此可知，其準確度沒有差異。

（4）金黃色葡萄球菌。這一細菌可造成細菌性食物中毒，且對水產(chǎn)品所造成的污染還會影響水產(chǎn)品的加工出口以及食品安全。在本次研究中，通過國家標準檢測和全自動微生物定量分析儀中TEMPO檢測的對比發(fā)現(xiàn)，其符合率97%，且準確度沒有差異，相對于傳統(tǒng)檢測方式而言，這種TEMPO法具備操作簡便且人為誤差小等優(yōu)勢，是非常重要的一種方式。

3 結(jié)語

綜上所述，通過這次研究發(fā)現(xiàn)，相對于國家標準檢測方式而言，全自動微生物定量分析儀不僅符合準確性需求，同時還省去了以往試驗方式中比較耗時且繁瑣的步驟，使得批量檢測更加輕松，且試驗以后的清理工作與滅菌也變得更加簡單。從上述應用情況來看，一些顏色相對較重或者高酶活性的樣品易對檢測結(jié)果造成影響，這也在另外一個角度說明了這種全自動微生物定量分析儀自身也存在這一定的局限性，盡管在實踐中，可通過稀釋度的擴大來降低這種干擾與影響，但卻不可將其消除。隨著信息技術的快速發(fā)展，這種全自動微生物定量分析儀也會逐步完善，盡管該儀器目前在檢測計數(shù)上還存在這一定的缺陷，但是隨著其不斷地完善與發(fā)展，筆者相信在未來食品檢測中，全自動微生物定量分析儀將會成為主要的檢測方式，具備更為廣泛的應用前景。

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篇10

【關鍵詞】環(huán)境工程微生物學 教學 體會

微生物技術是現(xiàn)代高技術之一,對經(jīng)濟建設與社會進步有著深遠的影響,它以低耗高效、副產(chǎn)物和副作用小、安全性好,而在解決生態(tài)和環(huán)境問題等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。在現(xiàn)代技術的交叉滲透過程中,將微生物技術的基本原理應用到環(huán)境工程中,為微生物技術從實驗室走向解決環(huán)境問題提供了理論基礎。在解決目前人類所遇到的人口、能源、廢物處理等環(huán)境問題中發(fā)揮了重要的作用,并顯示了可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。因此,國內(nèi)許多院校的環(huán)境工程專業(yè)開設了《環(huán)境工程微生物學》課程,并將課程的重點放在了介紹微生物的生態(tài)與微生物在解決環(huán)境問題的應用上。但同時《環(huán)境工程微生物學》在內(nèi)容與研究方法上和環(huán)境工程的其它課程又有較大的差別,所以該課程的教學有它的獨特性。

我校水資源與環(huán)境學院自開始招環(huán)境工程本科生以來,一直把《環(huán)境工程微生物學》作為環(huán)境工程專業(yè)的主要專業(yè)基礎課之一。目前,我有幸成為這門課程的主講老師。如何對待該課程的教學? 如何使環(huán)境工程專業(yè)微生物學教學緊跟學科發(fā)展步伐,使學生在系統(tǒng)學習和掌握微生物學基礎理論知識的同時,進一步理解防治環(huán)境污染、改善與提高環(huán)境質(zhì)量的微生物學原理、技術和方法? 經(jīng)過近兩年的教學工作,感受頗多,特將我對講授這門課的一些體會總結(jié)如下,請批評指正。

1 加強緒論部分的教學

有些人認為緒論沒有什么具體內(nèi)容,在教學上可有可無,有些老師往往是讓學生們自學緒論部分。但實際上緒論是一門課程的序曲,又是一門課程的縮影和向?qū)?。在緒論的講授中,授課教師應該介紹微生物的發(fā)現(xiàn)及其與人類和環(huán)境之間的關系,讓學生認識到微生物對于我們?nèi)祟惡铜h(huán)境的重要性;介紹微生物學的奠基、發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展方向,讓學生了解微生物學是在解決實際問題,是在認識自然和改造自然的過程中得到發(fā)展的;介紹顯微鏡的發(fā)明者列文虎克、青霉素的發(fā)現(xiàn)者弗萊明等為微生物學做出杰出貢獻的科學家,啟迪學生為科學獻身的精神[1];介紹環(huán)境工程微生物學當前的研究熱點和難點,激發(fā)學生的求知欲望。同時,在課程的講授過程中要多聯(lián)系生活和實踐,努力使抽象深奧的內(nèi)容變得具體簡單。例如,在講授微生物發(fā)酵時,聯(lián)系酸奶的制作,告訴學生各廠家生產(chǎn)的酸奶呈現(xiàn)不同的風味就是因為不同廠家選用的菌種不同,因而發(fā)酵產(chǎn)物不同所致,使學生深刻了解了發(fā)酵的不同類型。

2 更新教學內(nèi)容,加大新知識和新技術的傳授

環(huán)境微生物學作為一門新興的邊緣學科,隨著生物學、微生物學及環(huán)境科學的發(fā)展而不斷呈現(xiàn)出新的內(nèi)容。特別是日新月異的分子生物學技術已滲透到生物科學和技術的各個領域,尤其是與微生物學關系密切,這更加促進了微生物在環(huán)境工程中的應用。為了緊跟時代和學科發(fā)展的步伐,培養(yǎng)高質(zhì)量人才,教師需及時更新自己的知識結(jié)構,跟蹤學科前沿發(fā)展變化的動態(tài),將新的知識和新技術及時增加到教學中來,讓學生熟悉和掌握學科前沿性的理論知識和操作技術,為他們將來深入開展研究打下良好的基礎。例如,可以講解有關dna重組技術、基因擴增技術、dna測序技術等高新技術在環(huán)境工程中的應用現(xiàn)狀和發(fā)展前景[2,3],為學生將來開展創(chuàng)新性研究工作奠定理論基礎。同時還可以把一些和日常生活關系密切的知識,例如adis的傳播及預防,sars、禽流感的爆發(fā)與環(huán)境污染的關系等等,以科普形式介紹給學生,既活躍了課堂氣氛,又拓寬了學生的知識面,調(diào)動了學生的學習興趣,激發(fā)學生對科學研究的責任感和奉獻精神。另外,把一些有爭議的問題引入教學中,也可以開拓學生的專業(yè)視野,激發(fā)學生智力活動的積極性,培養(yǎng)學生的科研動機,幫助學生認識發(fā)現(xiàn)真理的過程,培養(yǎng)其攀登科學高峰的信心和勇氣。

3 改革教學模式,激發(fā)學生學習興趣

學習動機是一種內(nèi)驅(qū)力,學習興趣是學習的最佳動力。只有在充分激發(fā)學生的興趣,調(diào)動他們的想象力和參與能力的情況下才能最大限度地發(fā)揮效力。環(huán)境微生物學研究的對象是人們在通常情況下看不見的微小生物,其教學內(nèi)容是一些微觀的、抽象的、闡述性的內(nèi)容,并且涉及到遺傳學、生理學、生物化學、分子生物學等諸多前沿學科,具有較強的廣度與深度。如果不能及時調(diào)動學生的學習積極性,那么這些繁雜的內(nèi)容就會使學生感到味如嚼蠟,毫無興趣,直接影響學生的理解,最終導致學習效率低下,學習效果不佳。如果激發(fā)了學生對課程的學習興趣,就會增加學生課后查找、閱讀參考資料的主動性,這對學生后續(xù)內(nèi)容的學習也是一種鞭策和鼓勵。

學生在學習該課程之前,主要學習了數(shù)學、物理和基礎化學等課程,專業(yè)課程學習尚未展開,所以學生對環(huán)境工程專業(yè)學習微生物目的缺乏認識,在他們思想上有一種根深蒂固的想法,即解決環(huán)境問題必須用物理化學的方法。針對這種情況,就需要將工程實踐中一些有影響的或與學生生活比較貼近的實例,如:一般的城市二級污水處理廠、城市垃圾資源化系統(tǒng)等內(nèi)容引入課堂,讓學生明白微生物在處理環(huán)境問題中有著廣泛的應用,從而激發(fā)他們的學習熱情。

還有,《環(huán)境工程微生物學》的前幾個章節(jié)主要講述微生物的形態(tài)、結(jié)構及生化過程,具有概念多、微生物種類多且形態(tài)多變的特點,而且由于微生物形體小,無法從日常生活中得到直觀的印象,學生普遍感到“看不見,摸不著”。針對這種情況,應當采用多媒體教學的手段,利用一些典型微生物的圖片或三維動畫形式,描述其形態(tài)與生長發(fā)育過程,這樣既方便講解又生動活潑,利于學生理解,增加學生學習興趣,提高教學效果。同時,還要鼓勵學生自己動手采集微生物,利用實驗室開放時間,自己去觀察體會,并通過查資料,關注學科進展,采取互動形式,增加學生從課外獲得相關知識的能力。

4 加強實驗教學

微生物學是來源于實驗的科學,所以我們應著重加強實驗教學。環(huán)境工程微生物學實驗是一門原理性、概念性、實踐性、操作性難度較大的課程。比如顯微鏡技術、制片和染色技術、培養(yǎng)基的制備技術、無菌操作技術、純種分離培養(yǎng)技術、菌種保藏技術、大氣及水中微生物監(jiān)測技術等。這些都需要特殊的設備和獨立的訓練,如果沒有足夠的課時及儀器支持,掌握其中的操作技術是很困難的。環(huán)境工程微生物學實驗課前期準備工作是一項比較復雜、精細和繁瑣的工作,工作量大,連續(xù)性強,即使是微小的疏忽也可能造成實驗的失敗。在做實驗準備的過程中必須認真、細致才能保證實驗課的順利進行,這就對實驗室老師的素質(zhì)和教學態(tài)度提出嚴峻的考驗。

還有,實驗操作過程是培養(yǎng)學生獨立工作能力最好的過程。實驗中,我們應該采取學生獨立思考、自己動手、大膽探索,教師積極引導、注重啟發(fā)的實驗教學模式,充分發(fā)揮學生在實驗中的積極性和主動性。如在做“細菌革蘭氏染色”實驗時,我們要求每個學生至少完成3個不同類別典型細菌的正確鑒別染色片,從挑取菌種、涂片、固定、染色、調(diào)試顯微鏡,直到觀察到染色的微生物形態(tài),鑒別出正確的菌種為止,整個過程完全由學生自己操作,而且實驗的每一步都要非常認真仔細,稍不注意就得不到正確結(jié)果[4]。實驗中,學生對涂片后固定細菌時的溫度高低、洗片環(huán)節(jié)、酒精脫色的時間等精心分析,反復實驗摸索,并在教師的啟發(fā)下,找出問題癥結(jié),直到得出滿意的結(jié)果為止。實驗過程中,我們還應對學生操作時的習慣性問題和錯誤作重點提示和講解,并在學生操作過程中及時指導糾正動作,嚴格要求學生獨立完成。

實驗課的講授過程中,我們還應盡可能地開一些綜合性地實驗。綜合實驗是一個以學生為主體、學生與教師互動的教學過程,其特點是學生獨立自主進行實驗的設計、組織、實施和管理。演示性、驗證性實驗多,而綜合性、設計性實驗少是過去實驗教學中存在的問題,學生對實驗過程印象不深,理論掌握不牢,動手能力不強,不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。為此,我們針對學生比較感興趣的實驗課題,如水、室內(nèi)空氣、土壤和食品中的微生物種類、數(shù)量、分布等應用于實驗教學,學生通過查閱資料,設計實驗方案,由指導老師指導和小組討論,確定實驗方案,提高了學生的分析問題和解決問題的能力,這樣激發(fā)了學習興趣,鞏固了理論知識和實驗技術,也培養(yǎng)了學生的綜合運用能力。

微生物學博大精深,微生物在處理環(huán)境問題時的優(yōu)勢越來越明顯。作為環(huán)境工程專業(yè)的重要基礎課之一,《環(huán)境工程微生物學》在學科體系中的地位也越來越重要。如何使環(huán)境工程專業(yè)的微生物教學進行得更合理,如何使環(huán)境工程專業(yè)的學生具備較高的微生物學綜合素質(zhì),相信通過對教學經(jīng)驗的不斷總結(jié)和改革,通過主講老師地不斷學習提高,最終能夠使《環(huán)境工程微生物學》的教學工作適應時展要求,為培養(yǎng)具有綜合素質(zhì)的環(huán)境科學人才做出貢獻。

參考文獻

[1] 周德慶.微生物學教程(第二版).北京:高等教育出版社,2002.

[2] 張洪勛,王曉誼,齊鴻雁.微生物生態(tài)學研究方法進展[j].生態(tài)學報,2003,23(5): 988-993.