微生物第六章微生物的生理特性课件

第6章 微生物的生理特性微生物的营养微生物的营养酶及其作用酶及其作用微生物的代谢微生物的代谢6.16.26.4环境因素对微生物生长的影响环境因素对微生物生长的影响6.3 第6章 微生物的生理特性微生物的营养酶及其作用微生物的代16.1 微生物的营养微生物的营养微生物要吃什么？微生物的微生物的营养要素营养要素碳源碳源氮源氮源能源能源生长因子生长因子无机盐无机盐水水6.1 微生物的营养微生物要吃什么？微生物的碳源氮源能源生2凡是能为微凡是能为微生物提供所生物提供所需碳元素的需碳元素的营养物质营养物质有机碳源有机碳源 糖类（糖类（葡萄糖葡萄糖）脂肪酸脂肪酸 花生粉饼、花生粉饼、石油等石油等1、微生物的碳源、微生物的碳源 哪些微生物可以利用无机碳源？哪些微生物可以利用无机碳源？思考思考 哪些微生物可以利用有机碳源？哪些微生物可以利用有机碳源？无机碳源无机碳源 COCO2 2 NaNa2 2CO3CO3、NaHCO NaHCO3 3等等凡是能为微生物提供所需碳元素的营养物质有机碳源1、微生物的碳3碳源碳源有机碳有机碳（糖类等有机物）糖类等有机物）无机碳无机碳（COCO2 2、碳酸盐碳酸盐及碳酸氢盐）及碳酸氢盐）异养型微生物异养型微生物异养型微生物异养型微生物自养型微生物自养型微生物自养型微生物自养型微生物不同生物的不同生物的碳源碳源同化类型同化类型自养型自养型异养型异养型CO2+H2O能量能量 酶酶（CH2O）只能利用现成的有机物只能利用现成的有机物（如蓝藻，硝化细菌）（如蓝藻，硝化细菌）（大部分微生物）（大部分微生物）碳源有机碳无机碳异养型微生物自养型微生物不同生物的碳源同化类4氮源氮源氮源：能为微生物提供所需氮元素的营养物质氮源：能为微生物提供所需氮元素的营养物质种类：无机氮源种类：无机氮源 N2、NH3、铵盐、硝酸盐、尿素铵盐、硝酸盐、尿素 有机氮源有机氮源 蛋白质、蛋白胨、氨基酸等蛋白质、蛋白胨、氨基酸等（1 1）常用的氮源：铵盐、硝酸盐）常用的氮源：铵盐、硝酸盐氮源氮源（2）含含“C、H、O、N”的化合物是异养微生物的的化合物是异养微生物的碳源兼氮源碳源兼氮源(如蛋白胨如蛋白胨)。氮源氮源：能为微生物提供所需氮元素的营养物质5 蛋白胨是将肉、大豆蛋蛋白胨是将肉、大豆蛋白等用酸、碱或蛋白酶水白等用酸、碱或蛋白酶水解后干燥而成的外观呈淡解后干燥而成的外观呈淡黄色的粉剂黄色的粉剂。一般来说，用于蛋白胨一般来说，用于蛋白胨生产的蛋白包括动物蛋白生产的蛋白包括动物蛋白（酪蛋白、肉类）和植物（酪蛋白、肉类）和植物蛋白（豆类）等两种。蛋白（豆类）等两种。蛋白胨富含有机氮化合蛋白胨富含有机氮化合物，也含有一些维生素和物，也含有一些维生素和糖类。它可以作为微生物糖类。它可以作为微生物培养基的主要原料培养基的主要原料 蛋白胨是将肉、大豆蛋白等用酸、碱或蛋白酶水解后6能源定义：能为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物质和辐射能。能源种类化学物质（化能营养型）辐射能（光能营养型）：光能自养和光能异养型微生物的能源有机物：化能异养型微生物的能源无机物：化能自养型微生物的能源能源定义：能为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物质和辐射7生长因子生长因子：微生物生长因子：微生物正常代谢所正常代谢所必需必需的的，微量微量，有机物有机物主要包括主要包括：维生素、氨基酸、碱基等：维生素、氨基酸、碱基等来源：酵母膏、蛋白胨、动植物组织提取液来源：酵母膏、蛋白胨、动植物组织提取液生长因子生长因子：微生物正常代谢所必需的，微量，有机物8无机盐无机盐是微生物生长不可缺少的营养物质作用作用：构成细胞的组成成分构成酶的组成成分，维持酶的活性调节渗透压调节pH值及氧化还原电位作为自养型细菌的能源无机盐无机盐是微生物生长不可缺少的营养物质9水水是良好的溶剂，能将多种物质溶解，以利于微生物对营养的吸收和利用。参与生化反应（如脱水、加水反应）运输物质的载体光合作用中的还原剂水水是良好的溶剂，能将多种物质溶解，以利于微生物对营养的吸收106.1.2 微生物的营养类型微生物的营养类型营养类型：根据微生物生长所需要的营养类型：根据微生物生长所需要的主要营养要素主要营养要素即即碳源碳源和和能源能源的不同而划分的微生物类型。的不同而划分的微生物类型。微生物的营养类型微生物的营养类型参阅教材参阅教材87页页 表表6-1光能无机营养型光能无机营养型 光能有机营养型光能有机营养型化能无机营养型化能无机营养型化能有机营养型化能有机营养型自养自养 异养异养6.1.2 微生物的营养类型光能无机营养型 自养 11新月藻新月藻空球藻空球藻团藻团藻间生藻间生藻鼓藻鼓藻光能无机营养型光能无机营养型微生物微生物新月藻空球藻团藻间生藻鼓藻光能无机营养型微生物12化能自养型硝化细菌铁细菌化能自养型硝化细菌铁细菌136.1.3 培养基培养基概念：由人工配制的、适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的混合营养物质。任何培养基都应该具有微生物生长所需的六大营养元素，且它们之间的比例是适当的。给微生物做饭吃6.1.3 培养基概念：由人工配制的、适合微生物生长繁殖或产14、目的要明确、目的要明确根据所培养的微生物的种类、培养的目的配制根据所培养的微生物的种类、培养的目的配制、营养要协调、营养要协调注意各种营养物质的浓度和比例注意各种营养物质的浓度和比例,最重要为碳源最重要为碳源和氮源的比，和氮源的比，水处理中水处理中BOD5BOD5：N N：P=100:5P=100:5：1 1、理化条件适宜（理化条件适宜（pHpH、渗透压、水活度和氧、渗透压、水活度和氧化还原电位等）化还原电位等）细菌细菌 pH pH7.07.07.5 7.5 放线菌放线菌 pH7.58.5 pH7.58.5 真菌真菌 pH pH4 4.06.0.06.0、经济节约经济节约培养基的配制原则培养基的配制原则调节方法？调节方法？、目的要明确培养基的配制原则调节方法？15培培养养基基的的种种类类按按物理性质物理性质分分固体培养基（固体培养基（2%琼脂琼脂或天然固体状基质如或天然固体状基质如马铃薯片、大米、纤维马铃薯片、大米、纤维）（）（普通的微生物研普通的微生物研究，酿造或食用菌培养等。究，酿造或食用菌培养等。）半固体培养基（半固体培养基（0.5%1.0%琼脂）（琼脂）（观观察运动察运动、厌氧菌的培养、分离和计数、菌种厌氧菌的培养、分离和计数、菌种的保藏的保藏）液体培养基液体培养基 （污水处理厂的污水污水处理厂的污水）按按化学成分化学成分分分合成培养基合成培养基（化学成分明确化学成分明确，精细，常，精细，常用于用于分类分类、鉴定、实验鉴定、实验等）等）天然培养基天然培养基（天然物质配制，（天然物质配制，成分不明确成分不明确，常用于常用于工业生产工业生产）按按 用用 途途 分分选择培养基（用于从多种微生物中选择培养基（用于从多种微生物中选出选出需需要的种类）要的种类）鉴别培养基（用于鉴别培养基（用于判定判定某一微生物的某一微生物的存在存在）培养基的培养基的分类分类加富加富培养基（用于培养基（用于微生物分离前的富集微生物分离前的富集）培养基的种类按物理性质分固体培养基（2%琼脂或天然固体状基质161.1.液体培养基（液体培养基（liquid mediumliquid medium）未加任何凝固剂、呈液态的培养基未加任何凝固剂、呈液态的培养基用途：大规模工业生产和实验室微生物生理代谢等研究用途：大规模工业生产和实验室微生物生理代谢等研究优点优点：组分均匀，发酵率高，操作方便：组分均匀，发酵率高，操作方便1.液体培养基（liquid medium）未加任何凝固剂、17 一些由天然固体基质制成的培养基也属于固体培养基，如由马铃薯块、一些由天然固体基质制成的培养基也属于固体培养基，如由马铃薯块、胡萝卜条、小米、米糠等胡萝卜条、小米、米糠等常用凝固剂：常用凝固剂：琼脂琼脂（agaragar）、）、硅胶硅胶（silica gelsilica gel）、）、明胶明胶（gelatingelatin）菌落菌落2.2.固体培养基固体培养基 一些由天然固体基质制成的培养基也属于固体培养18液体培养基中加入少液体培养基中加入少量（量（0.0.5 51 1.0 0）的琼脂制成的培养基的琼脂制成的培养基半固体培养基（半固体培养基（semisolid mediumsemisolid medium）用途：观察细菌的运动用途：观察细菌的运动特征、菌种保藏、厌氧特征、菌种保藏、厌氧菌培养、菌种鉴定和噬菌培养、菌种鉴定和噬菌体效价的测定等菌体效价的测定等液体培养基中加入少量（0.51.0）的琼脂制成的培养基19（2 2）根据培养基的成分划分根据培养基的成分划分 1.1.天然培养基（天然培养基（complex mediumcomplex medium）利用动物、植物或微生物体或其提取液制成的培利用动物、植物或微生物体或其提取液制成的培养基养基优点：优点：配制方便、营养丰富、价格便宜，适宜工业化生产配制方便、营养丰富、价格便宜，适宜工业化生产缺点：缺点：成分不清楚、难控制，精细科学实验结果重复性差成分不清楚、难控制，精细科学实验结果重复性差 牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基 （2）根据培养基的成分划分 1.天然培养基（complex 20 在天然培养基的基础上适当加入已知成分的无机盐类，在天然培养基的基础上适当加入已知成分的无机盐类，或在合成培养基的基础上添加某些天然成分，如马铃薯蔗或在合成培养基的基础上添加某些天然成分，如马铃薯蔗糖培养基等糖培养基等2.2.合成培养基（合成培养基（synthetic mediumsynthetic medium）优点：优点：重复性重复性好好缺点：缺点：成本较高，生长速度较慢成本较高，生长速度较慢 按微生物的营养要求精确设计后，按微生物的营养要求精确设计后，由化学成分完全了由化学成分完全了解的物质配制而成的培养基解的物质配制而成的培养基。适于实验室进行微生物适于实验室进行微生物营养需求、代谢、分类鉴定、生营养需求、代谢、分类鉴定、生物量测定、菌种选育及遗传分析物量测定、菌种选育及遗传分析等方面的研究工作等方面的研究工作3.3.半合成培养基（半合成培养基（semi-synthetic mediumsemi-synthetic medium）在天然培养基的基础上适当加入已知成分的无机盐211 1.选择培养基（选择培养基（selective mediumselective medium）在培养基中加入特殊的营养物质或化学物质，在培养基中加入特殊的营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物生长的培养基抑制不需要的微生物生长的培养基 （3 3）根据培养基的根据培养基的用途用途划分划分 1.选择培养基（selective medium）222.2.加富培养基（加富培养基（enrichment mediumenrichment medium）在在基础培养基基础培养基中加入中加入某些特殊营养物质某些特殊营养物质（如血液、（如血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液等）制成的一类营养血清、酵母浸膏、动植物组织液等）制成的一类营养丰富的培养基。丰富的培养基。用途：培养营养要求比较苛刻的异养型微生物；用途：培养营养要求比较苛刻的异养型微生物；富集和分离某种微生物富集和分离某种微生物 加富培养基与选择培养基的区别加富培养基与选择培养基的区别加富培养基加富培养基是增加所要分离的微生物的数量，使其形是增加所要分离的微生物的数量，使其形成生长优势，从而分离到该种微生物；成生长优势，从而分离到该种微生物；选择培养基选择培养基是抑制不需要的微生物的生长，使所需要是抑制不需要的微生物的生长，使所需要的微生物增殖，从而达到分离所需微生物的目的的微生物增殖，从而达到分离所需微生物的目的2.加富培养基（enrichment medium）233 3.鉴别培养基（鉴别培养基（differential mediumdifferential medium）加入某种能与微生物产生的某种代谢产物发生特加入某种能与微生物产生的某种代谢产物发生特定化学反应的特殊化学物质，产生明显的特征性变定化学反应的特殊化学物质，产生明显的特征性变化，由此将不同微生物加以区别的培养基化，由此将不同微生物加以区别的培养基 用途：快速分类鉴定，分离和筛选某种代谢物的产生菌用途：快速分类鉴定，分离和筛选某种代谢物的产生菌 常用的鉴别培养基常用的鉴别培养基伊红伊红-美蓝（美蓝（EMBEMB）培养基）培养基区别大肠杆菌和产气杆菌区别大肠杆菌和产气杆菌明胶培养基明胶培养基检查微生物能否液化明胶；检查微生物能否液化明胶；硝酸盐肉汤培养基硝酸盐肉汤培养基检查是否具有硝酸盐还原作用；检查是否具有硝酸盐还原作用；醋酸铅培养基醋酸铅培养基检查微生物是否产生检查微生物是否产生H H2 2S S气体等气体等 3.鉴别培养基（differential medium）24培养基的配制1.1.计算称量计算称量2.2.加水溶解加水溶解3.3.调节调节pHpH4.4.过滤分装过滤分装5.5.加塞包扎加塞包扎6.6.加压灭菌加压灭菌培养基的配制1.计算称量256.2 酶及其作用一一 酶及其命名和分类酶及其命名和分类 二二 酶的作用特性酶的作用特性 三三 酶促反应的影响因素及动力学酶促反应的影响因素及动力学6.2 酶及其作用一 酶及其命名和分类 26一一 酶及其命名和分类酶及其命名和分类1 酶的概念酶的概念：生物催化剂生物催化剂。在生物在生物细胞中自己合成细胞中自己合成，基本成分是蛋白质。基本成分是蛋白质。2 酶的命名和分类酶的命名和分类胞内酶胞内酶 胞外酶胞外酶 存在存在部位部位组成酶组成酶 诱导酶诱导酶存在存在 方式方式单成分酶单成分酶 双成分酶双成分酶组成组成 成分成分催化的反应类型催化的反应类型水解酶、氧化还原酶、转移酶、合成酶、裂解酶水解酶、氧化还原酶、转移酶、合成酶、裂解酶等等一 酶及其命名和分类1 酶的概念：生物催化剂。在生物细胞中27组成酶组成酶：与基质存在与否：与基质存在与否无关无关。在体内有相当的数量。在体内有相当的数量。诱导酶诱导酶：受到各种持续的物理化学因素影响，在体内：受到各种持续的物理化学因素影响，在体内 产生的产生的适应新环境的酶适应新环境的酶。诱导酶的产生在废水生物处理中有重要意义。可以通过诱导酶的产生在废水生物处理中有重要意义。可以通过环环境的诱导境的诱导产生能处理相应物质的细菌等微生物（产生能处理相应物质的细菌等微生物（驯化驯化）。）。胞内酶胞内酶：在细胞内部起作用，催化细胞的合成和呼吸。：在细胞内部起作用，催化细胞的合成和呼吸。胞外酶胞外酶：能透过细胞，：能透过细胞，消化非溶解性营养物质消化非溶解性营养物质（如纤如纤维素、蛋白质、淀粉等维素、蛋白质、淀粉等）细菌无摄食器官，遇到的是细菌无摄食器官，遇到的是简单简单的溶解物质，通过的溶解物质，通过胞内酶胞内酶的作用；若遇到的是的作用；若遇到的是复杂复杂的固体物质，利用的固体物质，利用胞外酶胞外酶将吸附将吸附在细胞周围的大分子物质水解为简单的小分子物质。在细胞周围的大分子物质水解为简单的小分子物质。组成酶：与基质存在与否无关。在体内有相当的数量。诱导酶的产28二 酶的作用特性1 酶的作用特点酶的作用特点 具有具有蛋白质的各种特性蛋白质的各种特性 分子量大、两性化合物、不耐高温、易被毒物破坏分子量大、两性化合物、不耐高温、易被毒物破坏 用用量量少少而而催化效率催化效率高高 专一性专一性强强 温和温和。常温、常压、接近中性就可以起作用。常温、常压、接近中性就可以起作用 二 酶的作用特性1 酶的作用特点 具有蛋白质的各种特性 292 酶的活性酶的活性酶活性即是酶酶活性即是酶活力活力。指催化一定化学反应的能力。指催化一定化学反应的能力。反应反应速度速度越越快快，酶，酶活性活性越越高高。如何确定酶活性的大小如何确定酶活性的大小？酶活性单位酶活性单位 比酶活性比酶活性v 国际酶学会议国际酶学会议1961条规定：条规定：1 1 酶活性单位酶活性单位是指在是指在 25最适最适pH及及底物浓度底物浓度等条件下，在等条件下，在1min内转化内转化1mol底物的酶量底物的酶量v 比酶活性比酶活性是指单位重量酶蛋白所具有的是指单位重量酶蛋白所具有的酶活性酶活性 单位数单位数。在水处理中，常采用在水处理中，常采用比酶活性比酶活性来判断不同来源污来判断不同来源污泥的活性大小泥的活性大小2 酶的活性酶活性即是酶活力。指催化一定化学反应的能力。30三 酶促反应的影响因素及动力学酶促反应与酶活力有关。酶促反应与酶活力有关。影响酶促反应（酶活力）的因素有：影响酶促反应（酶活力）的因素有：1 温度温度 2 pH值值 3 基质浓度基质浓度 4 酶的总浓度酶的总浓度E0 5 毒物或抑制剂毒物或抑制剂三 酶促反应的影响因素及动力学酶促反应与酶活力有关。1 311 温度温度要求要求：保证酶最适宜的温度条件。：保证酶最适宜的温度条件。每种酶都有自己的每种酶都有自己的最适温度最适温度。最适反应温度最适反应温度：能形成能形成最大反应速度最大反应速度的温度的温度.微生物体内微生物体内303060601-1-半乳糖苷酶半乳糖苷酶 2 2 酰化氨基酸水解酶酰化氨基酸水解酶 3 3 葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶1 温度要求：保证酶最适宜的温度条件。最适反应温度：能32 废水生物处理中的废水生物处理中的污泥消污泥消化法化法和和生物滤池法生物滤池法在设计时都在设计时都考虑了温度的因素。活性污泥考虑了温度的因素。活性污泥曝气池运行时影响因素复杂，曝气池运行时影响因素复杂，要综观考虑。要综观考虑。废水生物处理中的污泥消化法和生物滤池法在设计332 pH值值 大多数酶大多数酶 pH 67 废水生物处理保持废水生物处理保持pH 69（利用的是土壤（利用的是土壤微生物混合群）微生物混合群）为什么为什么pH值影响酶活力？值影响酶活力？酶蛋白是两性电解质。酶蛋白是两性电解质。解离与解离与pHpH有关，解离形式不同，催有关，解离形式不同，催化性质也就不同。化性质也就不同。酸性系统酸性系统，越倾向于酸，正电荷越多越倾向于酸，正电荷越多。碱性系统碱性系统，越倾向于碱，负电荷越多越倾向于碱，负电荷越多。酸碱都会降低酸碱都会降低酶活甚至失活酶活甚至失活最适最适PHPH值值：能保持最大酶活性能保持最大酶活性 的的PHPH值约在值约在6 69 9 中性居多。中性居多。2 pH值 大多数酶 pH 67 为什343 基质浓度基质浓度 S ：反应速度反应速度 V V最大最大:最大反应速度最大反应速度 KmKm:米氏常数米氏常数 S S：基质浓度基质浓度米门公式：米门公式：=V V最大最大S SK Km m+S+S S浓度对反应速浓度对反应速度的影响是酶促反度的影响是酶促反应动力学的应动力学的重要内重要内容。容。S浓度浓度如何影响如何影响酶促酶促反应？反应？3 基质浓度 S ：反应速度 米门公式35米门公式：米门公式：=V V最大最大S SK Km m+S+S （1 1）当）当K Km m=S=S时时，=，当基质浓度等于米，当基质浓度等于米 氏常数时，酶促反应速度为最大反应速度氏常数时，酶促反应速度为最大反应速度 的一半。的一半。（2 2）当）当S SK Km m时，时，=，与与S S成正比，成正比，反应速度随反应速度随S S增大而增大。一级反应。增大而增大。一级反应。（3）当）当SKm时，时，=V=V最大最大，随基质浓度的增大，随基质浓度的增大，反应速度不变，为最大反应速度。零级反应反应速度不变，为最大反应速度。零级反应 V V最大最大2 2V V最大最大S SK Km m米门公式：=V最大SKm+S（1）当Km=S时，=36米门公式图示米门公式图示在一定范围内反应速度随基质浓度的提在一定范围内反应速度随基质浓度的提高而加快，但当基质浓度很大时，反应高而加快，但当基质浓度很大时，反应速度就与基质浓度无关了。速度就与基质浓度无关了。米门公式图示在一定范围内反应速度随基质浓度的提高而加快，但当374 酶的总浓度酶的总浓度E0=K3E0SKm+SV=K3E0酶的总浓度酶的总浓度E0影响米影响米-门方程中门方程中和和 V的大小。的大小。在水处理中为了加快反应速度，在水处理中为了加快反应速度，往往需要往往需要培养尽可能多的细菌培养尽可能多的细菌用以用以提高酶的总浓度提高酶的总浓度。从而增加反应器。从而增加反应器的处理能力和速率。的处理能力和速率。4 酶的总浓度E0=K3E0SKm+SV=K3385 毒物或抑制剂（1 1）可逆的）可逆的（竞争性抑制剂）（竞争性抑制剂）化学结构与化学结构与基质基质相似，相似，争先与酶结合争先与酶结合，减少了酶，减少了酶与正式基质结合的机会。与正式基质结合的机会。（2 2）不可逆的）不可逆的 与与蛋白质蛋白质化合形成化合形成不溶性盐类沉淀不溶性盐类沉淀，破坏，破坏酶酶的的作用。作用。如重金属盐类如重金属盐类FeFe3+3+、Hg Hg2+2+、Ag Ag+与带负电的酶蛋与带负电的酶蛋白结合沉淀。白结合沉淀。5 毒物或抑制剂（1）可逆的（竞争性抑制剂）（2）不可逆396.3 微生物的代谢一一 微生物的新微生物的新陈陈代代谢谢二二 呼吸作用的本质呼吸作用的本质 三三 微生物的呼吸类型微生物的呼吸类型 四四 微生物与氧气的关系微生物与氧气的关系 五五 微生物的呼吸类型在废水生物处理中的应用微生物的呼吸类型在废水生物处理中的应用6.3 微生物的代谢一 微生物的新陈代谢40一一 微生物的新陈代谢微生物的新陈代谢一 微生物的新陈代谢41二二 呼吸作用的本质呼吸作用的本质1 呼吸作用的本质呼吸作用的本质生物的生物的氧化氧化和和还原还原的统一过程。的统一过程。即，在生物氧化中，即，在生物氧化中，基质基质释放电子释放电子，生成水或其他，生成水或其他代谢产物，并代谢产物，并释放能量释放能量的过程。的过程。2 发生哪些生物学现象呢？发生哪些生物学现象呢？复杂的有机物变成简单的物质复杂的有机物变成简单的物质 CO2、H2O等。等。发生能量的转换（合成物质、维持生命活动发生能量的转换（合成物质、维持生命活动、热能、热能释放释放）产生中间产物（继续分解、作为原料合成机体物质。产生中间产物（继续分解、作为原料合成机体物质。吸收、同化各种营养。吸收、同化各种营养。二 呼吸作用的本质1 呼吸作用的本质生物的氧化和还原的统42三 微生物的呼吸类型1 好氧呼吸好氧呼吸 respirationrespiration （1）最终电子受体）最终电子受体：游离的氧气（游离的氧气（O2）脱下氢和电子脱下氢和电子氧化氧化 接受氢和电子接受氢和电子还原还原 最终接受电子的物质是谁？最终接受电子的物质是谁？根据是否是氧气来分类根据是否是氧气来分类三 微生物的呼吸类型1 好氧呼吸 respiration 脱43（2）举例）举例自养微生物硫磺细菌氧化自养微生物硫磺细菌氧化H2S（无机物（无机物）：H2S+2O2H2SO4+ATP异养微生物大肠杆菌氧化异养微生物大肠杆菌氧化葡萄糖（有机物）葡萄糖（有机物）：C6H12O6+6O26CO2+6H2O+ATP在好氧呼吸过程中，基质被氧化较彻底，获得的在好氧呼吸过程中，基质被氧化较彻底，获得的ATP 多多，最终产物积累少。，最终产物积累少。活性污泥法活性污泥法处理有机废水，即采用处理有机废水，即采用好氧呼吸好氧呼吸。（2）举例自养微生物硫磺细菌氧化H2S（无机物）：H2S+442 厌氧呼吸（anaerobic respiration)最终电子受体：最终电子受体：除氧气除氧气以外的物质以外的物质？无机物无机物（NO3-、NO2-、SO4=、CO2=）有机物有机物（小分子）（小分子）（1）分子内无氧呼吸类型（又称发酵）分子内无氧呼吸类型（又称发酵）最终电子受体最终电子受体：小分子小分子有机物有机物 常见的发酵有常见的发酵有 乙醇发酵乙醇发酵 乳酸发酵乳酸发酵2 厌氧呼吸（anaerobic respiration)45v 乙醇发酵（生产酒精）乙醇发酵（生产酒精）葡萄糖葡萄糖3磷酸甘油醛磷酸甘油醛1，3二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸2NAD2NADH2丙酮酸丙酮酸脱羧酶脱羧酶乙醛乙醛乙醇乙醇ATP CO2底物底物：葡萄糖：葡萄糖 最终电子受体最终电子受体：乙醛（代谢的中间产物）：乙醛（代谢的中间产物）产能量少（产能量少（2 2个个ATP)ATP)，大部分储存在乙醇中。，大部分储存在乙醇中。乙醇发酵（生产酒精）葡萄糖3磷酸甘油醛1，3二磷酸甘油46（2）分子外无氧呼吸类型(无氧呼吸）最终电子受体最终电子受体：无机物（：无机物（NO3-、NO2-、SO4=、CO2=）（2）分子外无氧呼吸类型(无氧呼吸）最终电子受体：无机物（47四 微生物与氧气的关系v 1 1 需氧菌需氧菌 v 2 2 厌氧菌厌氧菌 v 3 3 兼性厌氧菌兼性厌氧菌四 微生物与氧气的关系 1 需氧菌 481 好氧菌呼吸类型呼吸类型有氧呼吸，生活时需要氧气有氧呼吸，生活时需要氧气 培养方式培养方式固体表面，液体浅层，通气，振荡。固体表面，液体浅层，通气，振荡。如如多数细菌（枯草杆菌等）、真菌、藻类。多数细菌（枯草杆菌等）、真菌、藻类。有机物有机物CO2+H2O 好氧分解好氧分解1 好氧菌呼吸类型有氧呼吸，生活时需要氧气 有机物CO2+492 厌氧菌呼吸类型呼吸类型无氧呼吸和发酵，在无氧气的环境生无氧呼吸和发酵，在无氧气的环境生长长 培养方式培养方式抽真空；在抽真空；在N N2 2、H H2 2条件下。条件下。如如：乳酸杆菌，梭状芽孢杆菌，产甲烷杆菌：乳酸杆菌，梭状芽孢杆菌，产甲烷杆菌 为为什么什么有氧气不能生活？有氧气不能生活？原因原因：有氧存在，代谢产生：有氧存在，代谢产生H H2 2O O2 2,H H2 2O O2 2有毒有毒，该，该类微生物类微生物没有没有分解分解H H2 2O O2 2的氧化酶的氧化酶2 厌氧菌呼吸类型无氧呼吸和发酵，在无氧气的环境生长？503 兼性厌氧菌培养方式培养方式具体实验要求而定。具体实验要求而定。如如：肠道细菌（大肠杆菌），人及很多动：肠道细菌（大肠杆菌），人及很多动物的病原菌。物的病原菌。呼吸类型呼吸类型 水中水中DODO0.2-0.3mg/L0.2-0.3mg/L，发酵、无氧呼吸发酵、无氧呼吸水中水中DODO0.2-0.3mg/L0.2-0.3mg/L，有氧呼吸有氧呼吸3 兼性厌氧菌培养方式具体实验要求而定。呼吸类型 水中D51五 微生物的呼吸类型在废水生物处理中的应用1 1活性污泥法和生物滤池活性污泥法和生物滤池 利用好氧微生物或兼性微生物进行利用好氧微生物或兼性微生物进行好氧呼吸好氧呼吸，分解物质彻底。产物是分解物质彻底。产物是没有异味没有异味的物质，不破坏正的物质，不破坏正常环境。常环境。供应氧气供应氧气，设备，设备复杂复杂。2 2厌氧消化法厌氧消化法 利用厌氧微生物和兼性微生物的利用厌氧微生物和兼性微生物的厌氧呼吸厌氧呼吸对有对有机污泥和高浓度有机废水进行发酵。分解物质不彻底，机污泥和高浓度有机废水进行发酵。分解物质不彻底，产物产物有臭味有臭味。没有氧气没有氧气，需要时间长，设备，需要时间长，设备简单简单。五 微生物的呼吸类型在废水生物处理中的应用活性污泥法和生物52微生物第六章微生物的生理特性课件53第四节 环境因素对微生物生长的影响专业术语专业术语本节主要内容本节主要内容 一一 温度温度 二二 氢离子浓度氢离子浓度 三三 氧化还原电位氧化还原电位 四四 水分水分 五五 渗透压渗透压 六六 光线光线 七七 化学药剂化学药剂第四节 环境因素对微生物生长的影响专业术语本节主要内容 54一一 温度温度所有的微生物生长有三种基本温度所有的微生物生长有三种基本温度最低生长温度最低生长温度 最适生长温度最适生长温度 最高生长温度最高生长温度下限下限上限上限最适温最适温温度温度一定时间内的生长量一定时间内的生长量一 温度所有的微生物生长有三种基本温度最低生长温度 下限上55是否所有的微生物的生活温度都一样呢？是否所有的微生物的生活温度都一样呢？不不（一）根据最适生长温度分类细菌（微生物）（一）根据最适生长温度分类细菌（微生物）1 1 低温型微生物低温型微生物 psychrophiles psychrophiles（嗜冷微生物）（嗜冷微生物）2 2 中温型微生物中温型微生物 mesophiles mesophiles（嗜温微生物）（嗜温微生物）3 3 高温型微生物高温型微生物 thermophiles thermophiles（嗜热微生物）（嗜热微生物）是否所有的微生物的生活温度都一样呢？不（一）根据最适生长温561 低温型微生物低温型微生物 psychrophiles（-5+30）雪藻雪藻n专性专性：环境温度不超过：环境温度不超过2020。两极地区极端嗜冷微生物。两极地区极端嗜冷微生物。兼性兼性：河流、湖泊，适温：河流、湖泊，适温10102020。1 低温型微生物 psychrophiles（-5+30572 2 中温型微生物中温型微生物 mesophiles mesophiles（5-505-50）n最适温范围最适温范围25253030。分布：土壤、植物、温血动物及人体中分布：土壤、植物、温血动物及人体中的微生物大部分属于该类型。的微生物大部分属于该类型。大肠杆菌、伤寒杆菌、痢疾杆菌大肠杆菌、伤寒杆菌、痢疾杆菌等等2 中温型微生物 mesophiles（5-50）最适583 高温型微生物高温型微生物 thermophiles（25 25 8080）热泉中的细菌热泉中的细菌污泥消化污泥消化的高温厌氧处的高温厌氧处理利用该类菌理利用该类菌最适温度最适温度50 50 6060。极端嗜热微生物最适温度。极端嗜热微生物最适温度70709090（温泉、火山喷口）（温泉、火山喷口）分布：堆肥、沼气、发酵池。分布：堆肥、沼气、发酵池。3 高温型微生物 thermophiles（25 8059（二）高温灭菌、低温抑菌（二）高温灭菌、低温抑菌高温灭菌高温灭菌干热灭菌干热灭菌湿热灭菌湿热灭菌火焰灭菌火焰灭菌烘箱内干燥热空气灭菌烘箱内干燥热空气灭菌巴斯德消毒法巴斯德消毒法间歇灭菌法间歇灭菌法高压蒸汽灭菌法高压蒸汽灭菌法高温灭菌高温灭菌：高温高温蛋白质凝固变性，酶失活。蛋白质凝固变性，酶失活。（二）高温灭菌、低温抑菌高温灭菌干热灭菌湿热灭菌火焰灭菌烘60 湿热灭菌较干热灭菌效果好湿热灭菌较干热灭菌效果好1)1)特点特点：温度低、时间短、灭菌效果好。：温度低、时间短、灭菌效果好。2)2)灭菌效果好的原因灭菌效果好的原因：菌体内含水量越高凝固温度越低。菌体内含水量越高凝固温度越低。蒸汽冷凝会放出潜热。蒸汽冷凝会放出潜热。饱和水蒸汽穿透力强。饱和水蒸汽穿透力强。湿热易破坏细胞内蛋白质大分子的稳定湿热易破坏细胞内蛋白质大分子的稳定 性，主要破坏氢键结构性，主要破坏氢键结构。湿热灭菌较干热灭菌效果好1)特点：温度低、时间短、灭菌61低温抑菌低温抑菌低温可低温可延缓延缓微生物的生理活动微生物的生理活动 (故采用低温故采用低温保藏微生物保藏微生物)。实验室中常用冰箱保存菌种，一般以实验室中常用冰箱保存菌种，一般以44为保存菌种的适宜温度。为保存菌种的适宜温度。注：注：温度的调整对工业废水生物处理意义重大。温度的调整对工业废水生物处理意义重大。低温抑菌低温可延缓微生物的生理活动 实验室中常用冰箱62二二 氢离子浓度氢离子浓度（pH值）值）微生物生活的微生物生活的PHPH在在4.04.01010.0.0之间之间微生物在酸性太强或碱性太强的环境里，一般不能生活。微生物在酸性太强或碱性太强的环境里，一般不能生活。工业废水的工业废水的pHpH值过高或过低应该加以值过高或过低应该加以中和中和，作适当调整。，作适当调整。二 氢离子浓度（pH值）微生物生活的PH在4.010.63三三 氧化还原电位（氧化还原电位（Eh值）值）V氧化还原电位与氧气多少有关。成正比。氧化还原电位与氧气多少有关。成正比。氧气含量高，氧气含量高，EhEh值高；氧气含量低，值高；氧气含量低，EhEh值低。值低。好氧微生物好氧微生物 大于大于0.1V 生长。生长。0.30.4V 最适宜最适宜 厌氧微生物厌氧微生物 低于低于0.1V 生长生长 兼性厌氧微生物兼性厌氧微生物 大于大于0.1V 好氧生活好氧生活 小于小于0.1V 厌氧生活厌氧生活三 氧化还原电位（Eh值）V氧化还原电位与氧气多少有关。成正64Eh值在废水处理中的作用值在废水处理中的作用1 氧化还原电位用来氧化还原电位用来探测探测有毒物质和工业废水是否有毒物质和工业废水是否存在存在 2 观察生物处理构筑物的工作情况（充氧是否正常）观察生物处理构筑物的工作情况（充氧是否正常）活性污泥法系统活性污泥法系统：Eh值值+200+600mv之间。之间。污泥消化法系统污泥消化法系统：Eh值值-100-200mv之间。之间。Eh值在废水处理中的作用1 氧化还原电位用来探测有毒物质65四四 干燥干燥微生物细胞含有大量水分。生活在水分大的环境中。微生物细胞含有大量水分。生活在水分大的环境中。过于干燥，细菌不能生长。但细菌的过于干燥，细菌不能生长。但细菌的芽孢芽孢和微生物和微生物的的孢子孢子耐干燥能力强，在干燥环境中可以保存几十耐干燥能力强，在干燥环境中可以保存几十年。年。用用干燥剂干燥剂保存食品，防止物品腐败。保存食品，防止物品腐败。烘干烘干、晒干晒干、薰干薰干。四 干燥微生物细胞含有大量水分。生活在水分大的环境中。过于干66五五 渗透压渗透压细菌的细胞膜是半透性。细菌的细胞膜是半透性。细菌体外水溶液的渗透压细菌体外水溶液的渗透压=细胞内的渗透压细胞内的渗透压 正常生活正常生活。生活在高渗压液中，失水、质壁分离生活在高渗压液中，失水、质壁分离 生活在低渗压液中，吸水膨胀。生活在低渗压液中，吸水膨胀。用盐腌或蜜饯保存食品。用盐腌或蜜饯保存食品。五 渗透压细菌的细胞膜是半透性。细菌体外水溶液的渗透压=细胞67六六 光光与辐射与辐射日光中的日光中的紫外线紫外线杀菌。杀菌。n除了光合细菌外，一般细菌都不喜欢光线。除了光合细菌外，一般细菌都不喜欢光线。n 杀菌波长范围杀菌波长范围：240300nm。最强作用波长。最强作用波长265266nm。六 光与辐射日光中的紫外线杀菌。除了光合细菌外，一般细菌都不68七七 化学药剂化学药剂1 强氧化剂强氧化剂 氧化细菌的氧化细菌的细胞物质细胞物质，正常，正常代谢代谢受阻，死亡受阻，死亡。0.1%KMnO4，公共茶具、水果，公共茶具、水果 0.51%的漂白粉、液氯，饮水、游泳池水的漂白粉、液氯，饮水、游泳池水的消毒。的消毒。1份生石灰份生石灰+4至至8份水制成石灰乳，粪便和份水制成石灰乳，粪便和排泄物消毒。排泄物消毒。七 化学药剂1 强氧化剂 0.1%KMnO4，公共茶具692 有机物有机物v石炭酸（苯酚）石炭酸（苯酚）:0.1%，抑菌抑菌 1%，20min杀死菌杀死菌 35%，几分钟杀死菌，几分钟杀死菌v来苏尔来苏尔：36%，消毒器械，消毒器械 2%，洗手洗手v酒精酒精：6075%，杀菌力最强，杀菌力最强 纯酒精无杀菌力纯酒精无杀菌力。纯酒精会使细胞表面很。纯酒精会使细胞表面很快脱水至硬化，阻止酒精分子继续渗入细胞。快脱水至硬化，阻止酒精分子继续渗入细胞。2 有机物石炭酸（苯酚）:0.1%，抑菌 来苏尔：3703 染料染料碱性染料比酸性染料杀菌力强。碱性染料比酸性染料杀菌力强。1%龙胆紫液用于皮肤消毒。龙胆紫液用于皮肤消毒。3 染料碱性染料比酸性染料杀菌力强。71复习思考题复习思考题1 细菌有哪几种营养类型？它们的碳源和能源分别是什么？细菌有哪几种营养类型？它们的碳源和能源分别是什么？2 细菌有哪几种呼吸类型？它们的最终电子受体分别是什么？细菌有哪几种呼吸类型？它们的最终电子受体分别是什么？3 微生物的呼吸类型在废水生物处理中如何应用？微生物的呼吸类型在废水生物处理中如何应用？4 影响酶促反应的因素有哪些？影响酶促反应的因素有哪些？5 环境因素如何影响细菌的生长（综合分析）？环境因素如何影响细菌的生长（综合分析）？6 紫外线杀菌的机理和适用范围是什么？紫外线杀菌的机理和适用范围是什么？7.何谓生长因子何谓生长因子?它包括哪几类的物质它包括哪几类的物质?它们的作用是什么它们的作用是什么?是是否任何微生物都需要生长因子？如何满足微生物对生长因素的否任何微生物都需要生长因子？如何满足微生物对生长因素的需要需要?复习思考题1 细菌有哪几种营养类型？它们的碳源和能源分别是什72