环境微生物实验教程

实验是教学实践的重要组成部分，是提高学生动手能力及操作技能的主要教学形式。环境微生物学的研究对象是环境中的微生物，以微生物学的理论与技术为基础，研究自然环境中的微生物个体、群落结构与功能，研究微生物对不同环境中的物质转化以及能量变迁的作用与机理，进而考察其对环境质量的影响。同时，环境微生物学是一门实践性很强的学科，不仅需要掌握基本原理和操作技术，更重要的是有选择性地进行实践操作以及开展探究性实验技能训练。通过动手实践掌握环境微生物学实验的基本原理和操作技术，有助于提高学生独立思考、观察、分析以及解决问题的能力，达到将理论知识与教学实践相结合的目的。

《环境微生物实验教程》主要包括六章的内容，分别介绍了微生物实验室管理及操作要求、显微镜的使用及微生物形态观察、微生物分离纯化与培养保藏、环境微生物的培养、现代分子微生物学技术以及环境微生物的应用。实验部分的五章内容既有各自的特色又有其内在关联。针对一般环境微生物实验的教学要求，编者编写了基础的环境微生物实验，包括显微镜的使用、微生物细胞的染色、镜检及形态观察。无菌操作技术是环境微生物实验过程中最基本且最重要的操作，在培养基的配制与器皿的灭菌、微生物接种、纯培养和保藏过程中显得尤为突出，也为后续实验奠定了基础。环境微生物的培养需要掌握基本的微生物计数、生长特性以及化学消毒剂和培养条件对微生物生长的影响。同时，随着分子生物学的迅速发展，其在环境微生物中的研究得到了广泛关注。此外，环境微生物实验迫切需要创新科学实验手段的支持，因此本书增加了基础分子微生物实验，包括细菌真菌DNA的提取、凝胶电泳、PCR扩增、重组质粒的构建以及蓝白斑筛选实验，力求体现环境微生物学实验前沿性和创新性的特点。实验技术服务于实际应用，第五章设计了一些综合性的实验，体现环境微生物在环境治理中的应用，如微生物降解纤维素实验、淡水绿藻对重金属的吸附实验、苯酚降解菌的分离和性能测试实验以及固体废弃物的好氧堆肥处理等，旨在激发学生发现问题、提出问题，并提高分析问题和解决实际环境问题的能力，促进学生理论与实践的融会贯通、能力与素质的协调发展。本书内容由浅及深、由易到难、实验的综合水平、研究水平、技术水平和应用水平逐渐提高，结合微生物学、环境科学、环境工程等相关专业自身特点，努力实现学生在学习、掌握部分常用微生物实验基本操作的基础上，重点通过相关综合设计实验来达到提高实际操作能力的目的，可作为高等学校环境工程、环境科学、给排水和环境监测及相关专业本科生的基础环境微生物实验教材，也可为微生物专业研究人员和从事环境保护的科技人员提供参考。

本书由朱联东等编写，具体编写分工如下：微生物实验室管理及操作要求由朱联东和唐春明编写；实验一、实验三、实验五、实验八、实验十一、实验十三由朱联东和胡超珍编写；实验四、实验六由吕元飞编写；实验十二、实验十四、实验十五由尹志红编写；实验九、实验十六、实验十七、实验十八由刘东阳编写；实验十、实验二十一、实验二十四、实验二十五由宝剑锋编写；实验二、实验七、实验十九、实验二十、实验二十二、实验二十三由李双喜编写。

本书在编写过程中也参考了国内外相关优秀的实验教材和科研论文，在此表示感谢。由于编者理论与实践水平和编写时间的限制，书中疏漏和不妥之处在所难免，欢迎广大读者批评指正。

编者

2022年3月

本书主要分为微生物实验室管理及操作要求和实验两大部分,其中第一部分介绍了微生物实验室管理及操作要求;第二部分为5章，每章5个实验，包括显微镜的使用及微生物形态观察、微生物分离纯化与培养保藏、环境微生物的培养、现代分子微生物学技术和环境微生物的应用。 本书内容由浅及深，实验的综合水平、研究水平、技术水平和应用水平逐渐提高,可供高等学校环境科学与工程、给排水工程及相关专业本科师生作为基础专业课实验教材使用，也可供从事微生物培养、环境微生物应用等的科研人员和管理人员参考。

朱联东，博士，武汉大学教授，博士生导师，现任环境规划与环境生物学教研室主任、环境系工会主席；优秀自费留学生奖学金、芬兰CIMO奖学金和奥博学术奖获得者。在芬兰学习与工作多年，曾任瓦萨大学助理教授和瓦萨能源所研究科学家等职，入选“青年千人”计划和湖北省“百人”计划，于2018年全职引进武汉大学资源与环境科学学院。2016年以来先后受邀担任IEEE Access、IET Renew. Power Gener.、Energy Environ.、Front. Energy Res.等多本SCI期刊的Associate Editor。主要从事污染环境生态修复等相关研究，获湖北省优 秀科普作品、湖北省优 秀硕士学位论文、安徽省省科技进步三等奖等多项奖励。在国外期间，作为独立项目负责人，共主持各级项目6项，其中一项由欧盟专项资金资助（28.4万欧）并被芬兰国家广播电视网（Yle.fi）报道与宣传，研究成果曾多次被芬兰Pohjalainen、Ilkka等报纸头版专栏介绍。回国后，主持重点研发计划课题及子课题和海外高层次人才引进项目共4项。在Water Res.、Appl. Energy等刊物上发表SCI论文近50篇，出版英文专著1部，参编中英文专著5部。SCI论文总引用次数3400余次、H指数31（Google Scholar统计），多篇论文入选ESI高被引论文，1篇入选ESI热点论文，1篇入选封面论文，在生态修复领域取得了多项有创新性的成果。

微生物实验室管理及操作要求1

一、微生物实验室管理制度1

二、实验室技术操作要求4

第一章显微镜的使用及微生物形态观察10

实验一显微镜的结构、原理及操作方法10

一、实验目的10

二、实验原理10

三、实验仪器13

四、实验步骤13

五、实验报告14

六、注意事项14

七、思考题15

实验二微生物个体形态观察16

一、实验目的16

二、实验原理16

三、实验材料与仪器17

四、实验步骤17

五、实验报告18

六、注意事项18

七、思考题19

实验三水体中藻类、原生动物及微型后生动物个体形态的观察20

一、实验目的20

二、实验原理20

三、实验材料与仪器21

四、实验步骤21

五、实验报告22

六、注意事项22

七、思考题23

实验四常用染色液的配制及微生物染色24

一、实验目的24

二、实验原理24

三、实验材料与仪器24

四、实验步骤25

五、实验报告27

六、注意事项27

七、思考题27

实验五微生物革兰氏染色法28

一、实验目的28

二、实验原理28

三、实验材料与仪器29

四、实验步骤29

五、实验报告30

六、注意事项30

七、思考题30

第二章微生物分离纯化与培养保藏31

实验六微生物培养基的配制31

一、实验目的31

二、实验原理31

三、实验材料与器具32

四、实验步骤32

五、实验报告35

六、注意事项35

七、思考题35

实验七培养基及器皿的消毒与灭菌36

一、实验目的36

二、实验原理36

三、实验材料与仪器37

四、实验步骤37

五、实验报告38

六、注意事项38

七、思考题39

实验八生态环境中微生物检测与分离40

一、实验目的40

二、实验原理40

三、实验材料与器具41

四、实验步骤41

五、实验报告42

六、注意事项42

七、思考题42

实验九微生物接种与纯培养43

一、实验目的43

二、实验原理43

三、实验材料与器具44

四、实验步骤44

五、实验报告47

六、注意事项47

七、思考题47

实验十微生物菌种保藏48

一、实验目的48

二、实验原理48

三、实验材料与仪器48

四、实验步骤49

五、实验报告52

六、注意事项52

七、思考题52

第三章环境微生物的培养53

实验十一水中细菌的采集与测定及计数53

一、实验目的53

二、实验原理53

三、实验材料与仪器54

四、实验步骤54

五、实验报告54

六、注意事项55

七、思考题55

实验十二大肠杆菌生长曲线的绘制56

一、实验目的56

二、实验原理56

三、实验材料与仪器57

四、实验步骤57

五、实验报告58

六、注意事项58

七、思考题58

实验十三化学消毒剂对微生物的影响59

一、实验目的59

二、实验原理59

三、实验材料与仪器59

四、实验步骤60

五、实验报告60

六、注意事项60

七、思考题61

实验十四发光细菌的生物毒性检测62

一、实验目的62

二、实验原理62

三、实验材料与器具63

四、实验步骤63

五、实验报告64

六、注意事项64

七、思考题64

实验十五培养条件对微生物生长的影响65

一、实验目的65

二、实验原理65

三、实验材料与器具66

四、实验步骤66

五、实验报告68

六、注意事项69

七、思考题69

第四章现代分子微生物学技术70

实验十六环境微生物DNA的提取技术70

一、实验目的70

二、实验原理70

三、实验材料与器具71

四、实验步骤72

五、实验报告74

六、注意事项74

七、思考题74

实验十七琼脂糖凝胶电泳技术75

一、实验目的75

二、实验原理75

三、实验材料与仪器75

四、实验步骤76

五、实验报告76

六、注意事项76

七、思考题77

实验十八聚合酶链式反应（PCR）技术78

一、实验目的78

二、实验原理78

三、实验材料与器具78

四、实验步骤79

五、实验报告79

六、注意事项79

七、思考题79

实验十九重组质粒的构建实验80

一、实验目的80

二、实验原理80

三、实验材料与器具82

四、实验步骤82

五、实验报告84

六、注意事项84

七、思考题85

实验二十蓝白斑筛选技术86

一、实验目的86

二、实验原理86

三、实验试剂与器具87

四、实验步骤87

五、实验报告88

六、注意事项88

七、思考题88

第五章环境微生物的应用89

实验二十一微生物降解纤维素实验89

一、实验目的89

二、实验原理89

三、实验材料与器具90

四、实验步骤90

五、实验报告90

六、注意事项91

七、思考题91

实验二十二淡水绿藻对重金属的吸附实验92

一、实验目的92

二、实验原理92

三、实验材料与仪器93

四、实验步骤93

五、实验报告95

六、注意事项95

七、思考题95

实验二十三微藻光合色素含量测定96

一、实验目的96

二、实验原理96

三、实验材料与仪器97

四、实验步骤98

五、实验报告98

六、注意事项98

七、思考题99

实验二十四苯酚降解菌的分离及其性能测定100

一、实验目的100

二、实验原理100

三、实验材料与仪器100

四、实验步骤101

五、实验报告102

六、注意事项103

七、思考题103

实验二十五固体废弃物的好氧堆肥处理104

一、实验目的104

二、实验原理104

三、实验材料与器具105

四、实验步骤105

五、实验报告106

六、注意事项107

七、思考题107

附录108

附录1实验室经典的手工准备工作108

附录2环境微生物实验常用培养基110

附录3常用化学消毒液与杀菌剂114

附录4染色液的配制117

参考文献119

（1）环境微生物学基础实验系统全面，内容从显微镜的使用、微生物的镜检及形态观察到环境微生物的分离纯化与培养均有涉及。 （2）增加了基础分子微生物学实验，包括细菌真菌DNA的提取、凝胶电泳、PCR扩增、重组质粒的构建以及蓝白斑筛选实验。 （3）设计了一些综合性的实验，体现环境微生物在环境治理中的应用。