水处理生物学 第六章 生理特性.ppt

第六章第六章 微生物的生理特性微生物的生理特性第一节第一节 微生物的营养微生物的营养 第二节第二节 酶及其作用酶及其作用 第三节第三节 微生物的代谢微生物的代谢 第四节第四节 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第一节第一节 微生物的营养微生物的营养营营养养：是是指指生生物物体体从从外外部部环环境境中中摄摄取取对对其其生生命命活活动动必必需需的的能能量量和和物物质质，以以满满足足正正常常生生长和繁殖需要的一种基本生理功能。长和繁殖需要的一种基本生理功能。一一、微生物细胞的化学组成及所需的营养物质微生物细胞的化学组成及所需的营养物质细细胞胞质质量量（湿湿重重）水水7090%干物质干物质1030%无机盐无机盐310%有机物有机物90 97%碳水化合物碳水化合物 蛋白质蛋白质 脂肪脂肪 DNA RNA等等组组成成微微生生物物细细胞胞（一）化学组成（一）化学组成（二）营养物质（二）营养物质可被微生物吸收利用的物质。可被微生物吸收利用的物质。1 碳源碳源 2氮源氮源 3 能源能源4 无机盐无机盐 5 生长因子生长因子 6 水水1碳源碳源 有机碳源有机碳源糖类糖类 蛋白质蛋白质 脂肪脂肪 有机酸有机酸无机碳源无机碳源CO2 CO32多数微生物最好的碳源多数微生物最好的碳源：葡萄糖、果糖、麦芽糖、淀粉：葡萄糖、果糖、麦芽糖、淀粉 生产中常见的碳源生产中常见的碳源：玉米粉、麸皮、米糠、酒糟。：玉米粉、麸皮、米糠、酒糟。提供细胞碳素来源的营养物质。提供细胞碳素来源的营养物质。最适碳源最适碳源 C-H-O型化合物型化合物2 氮源氮源提供细菌细胞氮素来源的营养物质。提供细菌细胞氮素来源的营养物质。有机氮源有机氮源蛋白质蛋白质 蛋白胨蛋白胨 氨基酸氨基酸无机氮源无机氮源NH4Cl NH4NO3 实验室常用氮源实验室常用氮源：牛肉膏、蛋白胨：牛肉膏、蛋白胨 生产上常用氮源生产上常用氮源：尿素、玉米浆：尿素、玉米浆异养微生物对氮源的利用顺序是：异养微生物对氮源的利用顺序是：NCH O (X)N HN ON3 能源能源提供微生物生命活动最初能量来源的营养提供微生物生命活动最初能量来源的营养物质和辐射能。物质和辐射能。能源种类能源种类化学物质化学物质（化能营养型）（化能营养型）辐射能辐射能（光能营养型）（光能营养型）有机物：化能异养型的能源有机物：化能异养型的能源 （同碳源）（同碳源）无机物：化能自养型的能源无机物：化能自养型的能源 （不同于碳源）（不同于碳源）：光能自养和光能异养型的能源：光能自养和光能异养型的能源4 生长因子生长因子概念：某些概念：某些微生物在生长过程中不能利用简单的碳、微生物在生长过程中不能利用简单的碳、氮源自身合成，同时又是正常代谢必需的有机物。氮源自身合成，同时又是正常代谢必需的有机物。氨基酸类氨基酸类 嘌呤、嘧啶类嘌呤、嘧啶类 维生素类维生素类实验室常用：实验室常用：酵母膏、蛋白胨酵母膏、蛋白胨作为作为综合生长素综合生长素 硫辛酸、硫辛酸、V VC C、V VK K是重要的生长因子是重要的生长因子。生长因子自养型微生物生长因子自养型微生物生长因子异养型微生物生长因子异养型微生物生长因子过量合成型微生物生长因子过量合成型微生物5 无机盐无机盐构成微生物细胞的各种组分；构成微生物细胞的各种组分；酶的组分及激活剂；酶的组分及激活剂；维持适宜的渗透压；维持适宜的渗透压；自养型细菌的能源。自养型细菌的能源。大量元素大量元素（生长所需浓度在（生长所需浓度在10103 310104 4 moLmoL/L/L之间）之间）：C、H、O、N、P、S 微量元素微量元素（生长所需浓度在（生长所需浓度在106108 moL/L之间）之间）：Mn、Co、Cu、Zn、Se6 水水 营养物质的溶剂，而后被吸收。营养物质的溶剂，而后被吸收。参与生物化学反应参与生物化学反应。运输物质的载体。运输物质的载体。维持和调节机体的温度。维持和调节机体的温度。作用作用:微生物利用营养的说明微生物利用营养的说明1.不同微生物对每一种营养元素需要的不同微生物对每一种营养元素需要的数量不同。并要求各营养元素有一定数量不同。并要求各营养元素有一定的比例。的比例。2.细细菌菌往往往往优优先先利利用用易易被被吸吸收收的的有有机机物物质。质。二二、微生物的营养类型微生物的营养类型根据微生物所需碳源和能源的不同，营养类型分四类：根据微生物所需碳源和能源的不同，营养类型分四类：自养型自养型光能光能无机无机营养型营养型化能化能无机无机营养型营养型异养型异养型光能光能有机有机营养型营养型化能化能有机有机营养型营养型1 光能无机营养型光能无机营养型(Photolithotroph)又称又称光能自养型微生物。光能自养型微生物。藻类、蓝细菌、光合细菌（紫硫细菌、绿硫细菌）藻类、蓝细菌、光合细菌（紫硫细菌、绿硫细菌）v 碳源碳源以以COCO2 2 为唯一碳源为唯一碳源 v 能源能源光光利用利用H2O或或H2S中的中的H来还原来还原CO2，合成有机物。，合成有机物。光合细菌：藻类和蓝细菌：2 化能无机营养型（化能无机营养型（chemolithotroph)又称又称化能自养型微生物化能自养型微生物。氢细菌、硫化细菌、铁细菌、硝化细菌氢细菌、硫化细菌、铁细菌、硝化细菌。分布在。分布在土壤、水域中，在自然界物质转化中作用重大。土壤、水域中，在自然界物质转化中作用重大。v碳源碳源以以 C OC O2 2为唯一碳源为唯一碳源。v能源能源无机物无机物氧化产生能量氧化产生能量。同时作为氢供体。同时作为氢供体。硝化细菌硝化细菌n2NH3+2O2 CO2+4H+2HNO2+4H+ATPCH2O+H2O3 光能有机营养型（光能有机营养型（photorganotroph)又称又称光能异养型微生物光能异养型微生物。v碳源碳源有机物有机物作为供氢体和碳源，作为供氢体和碳源，也可利用也可利用COCO2 2作为碳源作为碳源。v能源能源光光该类菌能利用低分子有机物迅速增殖，利用此菌该类菌能利用低分子有机物迅速增殖，利用此菌净化高浓度的有机废水。如果和活性污泥法合用，净化高浓度的有机废水。如果和活性污泥法合用，净化效率高。在废水处理中有重要的作用。净化效率高。在废水处理中有重要的作用。CO2 2 CH3CH3CHOHCH2O+2CH3COCH3+H2O 光能光能光合色素光合色素红螺菌红螺菌红螺菌红螺菌在湖泊、池塘、淤泥中含有，在缺氧时能利在湖泊、池塘、淤泥中含有，在缺氧时能利用用有机酸、醇有机酸、醇等有机物。同时该菌含有等有机物。同时该菌含有蛋白质蛋白质65%，和大量的，和大量的氨基酸、抗生素氨基酸、抗生素。常用工业废水和农业。常用工业废水和农业废弃物生产该菌，既保护了环境消除污染，又生产废弃物生产该菌，既保护了环境消除污染，又生产了单细胞蛋白变废为宝。了单细胞蛋白变废为宝。4 化能有机营养型化能有机营养型(chemoorganotroph)又称又称化能异养型微生物化能异养型微生物。绝大多数细菌、放线菌和全部真菌、病毒绝大多数细菌、放线菌和全部真菌、病毒。如如大肠杆菌，枯草杆菌，链霉菌，根霉，曲霉。大肠杆菌，枯草杆菌，链霉菌，根霉，曲霉。v 碳源碳源有机物有机物 v 能源能源有机物有机物氧化氧化获得获得。营养类型电子供体碳源能源举 例光能无机自养型H2、H2S、S、或H2OCO2光能着色细菌、蓝细菌、藻类光能有机异养型有机物CO2及有机物光能红螺细菌化能无机自养型H2、H2S、Fe2+、NH3、或NO-2CO2化学能(无机物氧化)氢细菌、硫杆菌、亚硝化单胞菌属、硝化杆菌属、甲烷杆菌属化能有机异养型有机物有机物化学能(有机物氧化)假单胞菌属、乳酸菌属、真菌、原生动物微生物营养类型三、培养基三、培养基实验中，常利用培养基来培养各种微生物进行研究。实验中，常利用培养基来培养各种微生物进行研究。1 1 概念概念：人工配制的适合于不同微生物生长繁殖：人工配制的适合于不同微生物生长繁殖 或积累代谢产物的营养基质。或积累代谢产物的营养基质。2 2 培养基的配制原则培养基的配制原则 根据不同需要配制不同的培养基根据不同需要配制不同的培养基 细菌细菌：牛肉膏蛋白胨培养基：牛肉膏蛋白胨培养基 真菌真菌：马铃薯糖培养基：马铃薯糖培养基 放线菌放线菌：高氏一号培养基：高氏一号培养基 理化条件适宜理化条件适宜（pHpH值、渗透压、氧化还原电位等条件）值、渗透压、氧化还原电位等条件）物美价廉物美价廉 营养协调营养协调（各营养物质的浓度及配比）（各营养物质的浓度及配比）牛肉膏蛋白胨培养基牛肉膏蛋白胨培养基（细菌）（细菌）牛肉膏牛肉膏 3g 3g 蛋白胨蛋白胨 10g 10g NaClNaCl 5g 5g 琼脂琼脂 18-20g 18-20g 水水 1000ml 1000ml pH 7.0-7.2 pH 7.0-7.2 马铃薯糖培养基马铃薯糖培养基（真菌）（真菌）马铃薯马铃薯 200g 200g 葡萄糖或蔗糖葡萄糖或蔗糖 20g 20g 琼脂琼脂 18-20g 18-20g 水水 1000ml 1000ml pH pH 自然自然3 3 培养基的分类培养基的分类(1)根据物理状态分类根据物理状态分类液体培养基液体培养基：不加凝固剂。水处理中的废水。：不加凝固剂。水处理中的废水。发酵工业。发酵工业。半固体培养基半固体培养基：液体培养基中加入：液体培养基中加入0.5-1%0.5-1%的凝固剂。的凝固剂。观察细菌的运动状态等。观察细菌的运动状态等。固体培养基固体培养基：液体培养基中加入：液体培养基中加入2%2%左右的凝固剂。左右的凝固剂。分离、鉴定、计数、菌种保藏分离、鉴定、计数、菌种保藏。凝固剂凝固剂：琼脂琼脂、明胶、硅胶、明胶、硅胶（2 2）根据化学组成分类）根据化学组成分类天然培养基天然培养基：动、植物、细菌或它们的提取液。：动、植物、细菌或它们的提取液。如如酸奶、饮料酒、腐乳、酱类酸奶、饮料酒、腐乳、酱类的发酵生产的发酵生产 特点特点化学组分不知道，营养丰富，配制容易。化学组分不知道，营养丰富，配制容易。合成培养基合成培养基：完全以化学药品配制而成。：完全以化学药品配制而成。如如KHKH2 2POPO4 4、NaClNaCl 特点特点组分确定组分确定 半合成培养基半合成培养基：天然成分和化学药品都有。：天然成分和化学药品都有。（3 3）根据用途分类）根据用途分类鉴别培养基鉴别培养基：根据微生物的代谢反应或其产物的：根据微生物的代谢反应或其产物的 反应特性而设计的，可借助肉眼直反应特性而设计的，可借助肉眼直 接判断微生物种类的培养基。接判断微生物种类的培养基。选择培养基选择培养基：按照某种微生物特殊营养要求专门：按照某种微生物特殊营养要求专门 设计。分离的微生物由劣势种变为设计。分离的微生物由劣势种变为 优势种。优势种。加富培养基加富培养基：根据营养要求人为地强化投加多种：根据营养要求人为地强化投加多种 营养物质，以促进微生物大量生长。营养物质，以促进微生物大量生长。四、营养物质的吸收和运输四、营养物质的吸收和运输vv细胞膜的选择吸收细胞膜的选择吸收 分四种分四种分四种分四种情况情况情况情况1单纯扩散 蛋白质小孔蛋白质小孔细胞外细胞外 细胞膜细胞膜 细胞内细胞内 物质顺浓度差运输物质顺浓度差运输物质顺浓度差运输物质顺浓度差运输运动过程不耗能运动过程不耗能运动过程不耗能运动过程不耗能被运输物质的分子结构不发被运输物质的分子结构不发被运输物质的分子结构不发被运输物质的分子结构不发生变化生变化生变化生变化水、气体和甘油等的运输模水、气体和甘油等的运输模水、气体和甘油等的运输模水、气体和甘油等的运输模式式式式不是细胞主要的吸收途径不是细胞主要的吸收途径不是细胞主要的吸收途径不是细胞主要的吸收途径2促进扩散 载体蛋白载体蛋白载体蛋白载体蛋白 细胞外细胞外细胞外细胞外|细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜|细胞内细胞内细胞内细胞内与单纯扩散特点相似与单纯扩散特点相似细胞膜上蛋白做载体细胞膜上蛋白做载体对转运物质有选择性对转运物质有选择性3主动运输vv微生物吸收营养的最微生物吸收营养的最微生物吸收营养的最微生物吸收营养的最主要方式主要方式主要方式主要方式vv需要能量需要能量需要能量需要能量vv可以逆浓度差进行可以逆浓度差进行可以逆浓度差进行可以逆浓度差进行vv需要载体蛋白参与需要载体蛋白参与需要载体蛋白参与需要载体蛋白参与 载载体蛋白体蛋白 细胞外细胞外|细胞膜细胞膜|4.基团转位与主动运输非常相似与主动运输非常相似与主动运输非常相似与主动运输非常相似被被被被吸吸吸吸收收收收的的的的营营营营养养养养物物物物质质质质与与与与载载载载体体体体蛋蛋蛋蛋白白白白发发发发生生生生化化化化学学学学反应，因此物质结构有所改变反应，因此物质结构有所改变反应，因此物质结构有所改变反应，因此物质结构有所改变吸收和吸收和运输运输不通过膜上的载体蛋白：不通过膜上的载体蛋白：单纯扩散单纯扩散通过膜上的载体蛋白通过膜上的载体蛋白不耗能：不耗能：促进扩散促进扩散耗能耗能运送前后溶质分子不变：运送前后溶质分子不变：主动运输主动运输（主要方式）（主要方式）运送前后溶质分子改变：运送前后溶质分子改变：基团转位基团转位吸收和运输方式的异同吸收和运输方式的异同第二节第二节 酶及其作用酶及其作用一一 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一一、酶及其命名和分类酶及其命名和分类酶的概念酶的概念：由活细胞产生的具有由活细胞产生的具有高度催化专一性高度催化专一性 的特殊的特殊蛋白质蛋白质。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诱导酶的产生在废水生物处理中有重要意义。可以通过义。可以通过环境的诱导环境的诱导产生能处理相应产生能处理相应物质的细菌等微生物（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，作用于细胞外的物质（大分子）：能透过细胞，作用于细胞外的物质（大分子）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，的溶解物质，通过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的固体物质，利用质，利用胞外酶胞外酶将吸附在细胞周围的大分子物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。质水解为简单的小分子物质。二、二、酶的作用特性酶的作用特性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，催化效率，催化效率高高 专一性专一性强强 反反应条件条件温和温和。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 酶活力的酶活力的可调可调性。离体酶具活性。性。离体酶具活性。2 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。反应。指催化一定化学反应的能力。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 习惯酶活性单位习惯酶活性单位 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单酶活性单位数位数。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来判断不同来源污泥的活性大小污泥的活性大小三、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1 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 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。2 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。酶活性在特定的电荷状态下发挥。酶蛋白是两性电解质。酶活性在特定的电荷状态下发挥。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。酸碱都会降低酶酸碱都会降低酶活性甚至失活活性甚至失活最适最适PHPH值值：能保持最大酶活性的：能保持最大酶活性的PHPH值约在值约在6 69 9 中性居多。中性居多。3 基基质浓度度 酶促反应动力学酶促反应动力学米门公式：米门公式：=V V最大最大S SK Km m+S+S V V：反应速度；：反应速度；S S：基质浓度；：基质浓度；V V最大最大：最大反应速度；：最大反应速度；K Km m：米氏常数：米氏常数(酶催化反应中中间复合物酶催化反应中中间复合物ES分解分解速度与生成速度之比速度与生成速度之比)。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米米门门公公式式图图示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。4 酶的总浓度酶的总浓度E0=K3E0SKm+SV最大最大=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最大最大的大小。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。5 毒物或抑制剂毒物或抑制剂（1 1）可逆的）可逆的 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，减少了酶与，减少了酶与正式基质结合的机会。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，破坏酶酶的作用。的作用。如重金属盐类如重金属盐类FeFe3+3+、HgHg2+2+、AgAg+与带负电的酶蛋白与带负电的酶蛋白结合沉淀。结合沉淀。微生物产生的酶的作用微生物产生的酶的作用微生物产生的具特殊功能的酶可用于洗微生物产生的具特殊功能的酶可用于洗衣粉等日用品的生产中；用于生物试剂衣粉等日用品的生产中；用于生物试剂生产（生产（Taq酶）。用于三废治理方面，脂酶）。用于三废治理方面，脂肪酶净化生活污水，多酚氧化酶检出酚肪酶净化生活污水，多酚氧化酶检出酚并可除去酚。并可除去酚。注意注意：将微生物和酶两者相区别。微生物的酶是微生物将微生物和酶两者相区别。微生物的酶是微生物机体合成的。机体合成的。有关微生物酶的几个概念：有关微生物酶的几个概念：酶制剂酶制剂：从微生物：从微生物体中分离体中分离出来制成的出来制成的水溶性水溶性酶。酶。固相酶固相酶：水溶性酶经过：水溶性酶经过理、化理、化处理与处理与载体结合载体结合形成。形成。稳定性增加，可反复使用多次，寿命长。稳定性增加，可反复使用多次，寿命长。固定化微生物细胞固定化微生物细胞：把微生物细胞：把微生物细胞直接固定直接固定在载体上，在载体上，免去酶分离提纯的工艺，提高酶的收率。免去酶分离提纯的工艺，提高酶的收率。第三节第三节 细菌的呼吸细菌的呼吸一一 呼吸作用的本质呼吸作用的本质 二二 细菌的呼吸类型细菌的呼吸类型 三三 细菌与氧气的关系细菌与氧气的关系 四四 细菌的呼吸类型在废水生物处理中的应用细菌的呼吸类型在废水生物处理中的应用v新陈代谢：新陈代谢：简称代谢，是推动一切生命活动的动简称代谢，是推动一切生命活动的动力源，通常指在活细胞中的各种合成代谢与分解力源，通常指在活细胞中的各种合成代谢与分解代谢的总和。代谢的总和。v合成代谢：合成代谢：又称同化作用或合成作用，是微生物又称同化作用或合成作用，是微生物不断从外界吸收营养物质，合成细胞物质的过程，不断从外界吸收营养物质，合成细胞物质的过程，在此过程中需要吸收能量。在此过程中需要吸收能量。v分解代谢：分解代谢：又称异化作用或分解作用，是微生物又称异化作用或分解作用，是微生物将自身或外来的各种复杂有机物分解为简单化合将自身或外来的各种复杂有机物分解为简单化合物的过程，在此过程中有能量释放。物的过程，在此过程中有能量释放。一一 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，呼吸基质即，在生物氧化中，呼吸基质脱下脱下的的氢氢和和电子电子经载体传经载体传递，最终递，最终交给受体交给受体的生物学过程。的生物学过程。2 发生的生物学现象（酶的催化）发生的生物学现象（酶的催化）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）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。二二 细菌的呼吸类型细菌的呼吸类型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 根据基根据基质脱脱氢后，最后，最终受受氢体（体（电子受体）的不同，子受体）的不同，微生物呼吸分微生物呼吸分为三三类：呼吸类型呼吸类型电子受体电子受体好氧呼吸好氧呼吸自由氧自由氧厌氧呼吸厌氧呼吸硝酸盐、硫酸盐等无机氧化物硝酸盐、硫酸盐等无机氧化物发酵发酵小分子有机物（基质氧化后的中间产物）小分子有机物（基质氧化后的中间产物）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）（2）反应模式）反应模式基质基质H2基质基质（葡萄糖）（葡萄糖）2e-2H+脱氢酶脱氢酶脱氢酶脱氢酶2H传递体传递体2H传递体传递体2e 2H+2e 2H+2e+2H+O2H2O等等 氧化酶氧化酶（3）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。好氧活性污泥法好氧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 厌氧呼吸厌氧呼吸（anaerobic respiration)anaerobic respiration)最终电子受体最终电子受体：无机物（：无机物（NO3-、NO2-、SO42-、CO32-）基质基质H2基质基质（葡萄糖）（葡萄糖）2e-2H+脱氢酶脱氢酶脱氢酶脱氢酶2H传递体传递体2H传递体传递体2e2e+2eNO3-NO2-+H2O 特殊氧化酶特殊氧化酶厌氧呼吸主要种类：厌氧呼吸主要种类：（1）硝酸盐呼吸）硝酸盐呼吸无氧条件下，微生物利用硝酸盐作为最终电子受体，将其无氧条件下，微生物利用硝酸盐作为最终电子受体，将其还原为还原为NO2、NO、N2O，直至，直至N2的过程的过程反硝化细菌：反硝化细菌：C6H12O6+4NO3-6CO2+2N2+6H2O+1758KJ（2）碳酸盐呼吸）碳酸盐呼吸以以CO2或碳酸盐作为最终电子受体的无氧呼吸或碳酸盐作为最终电子受体的无氧呼吸产甲烷菌：产甲烷菌：CO2+4H2 CH4+2H2O+135.6KJ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3 发酵发酵最终电子受体最终电子受体：基质氧化后的中间产物：基质氧化后的中间产物 特点：特点：氧化不彻底，产能低，可积累大量中间产物氧化不彻底，产能低，可积累大量中间产物v 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。三三 细菌与氧气的关系（微生物与氧气的关系）细菌与氧气的关系（微生物与氧气的关系）v 1 1 需氧（好气）菌需氧（好气）菌 v 2 2 厌氧（嫌气）菌厌氧（嫌气）菌 v 3 3 兼性厌氧菌兼性厌氧菌1 好氧菌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2 厌氧菌厌氧菌呼吸类型呼吸类型厌氧呼吸和发酵，在无氧气的环境生长厌氧呼吸和发酵，在无氧气的环境生长 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 为什么有氧气不能生活？为什么有氧气不能生活？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，该类微生物，该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3 兼性厌氧菌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），人及很多动物的病原菌。：肠道细菌（大肠杆菌），人及很多动物的病原菌。呼吸类型呼吸类型 水中水中DO DO 0.2-0.3mg/L0.2-0.3mg/L，发酵、厌氧呼吸发酵、厌氧呼吸水中水中DO DO 0.2-0.3mg/L0.2-0.3mg/L，有氧呼吸有氧呼吸四四 细菌的呼吸类型在废水生物处理中的应用细菌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。第四节第四节 其它环境因素对细菌（微生物）其它环境因素对细菌（微生物）生长的影响生长的影响1 灭菌灭菌(sterilization)(sterilization)：用理化方法杀死物体：用理化方法杀死物体 表面及内部表面及内部所有所有微生物（包括芽孢）的过程微生物（包括芽孢）的过程 灭菌剂灭菌剂 2 消毒消毒（disinfection)disinfection)：用理化方法杀死：用理化方法杀死病原病原微生微生 物的措施物的措施 消毒剂消毒剂 3 防腐防腐（antisepsis)antisepsis)：用理化方法抑制：用理化方法抑制霉腐霉腐微生物微生物 生长的措施生长的措施(理化因素）。理化因素）。防腐剂（抑菌剂）防腐剂（抑菌剂）4 无菌操作无菌操作：防止防止微生物微生物进入进入物体的技术。物体的技术。5 无菌无菌：指指没有活没有活的微生物（包括芽孢）存在的微生物（包括芽孢）存在概概 念念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下限限上上限限最最适适温温温度温度一一定定时时间间内内的的生生长长量量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 psychrophilespsychrophiles（嗜冷微生物）（嗜冷微生物）2 2 中温型微生物中温型微生物 mesophilesmesophiles（嗜温微生物）（嗜温微生物）3 3 高温型微生物高温型微生物 thermophilesthermophiles（嗜热微生物）（嗜热微生物）1 低温型微生物低温型微生物 psychrophiles（-5+30）雪藻雪藻n最适温范围最适温范围10102020。分布：海水及冷藏食品。分布：海水及冷藏食品。2 中温型微生物中温型微生物 mesophiles（5-50）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3 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。（二）高温灭菌、低温抑菌（二）高温灭菌、低温抑菌高高温温灭灭菌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。1 干热灭菌干热灭菌(dry heat sterilization)(dry heat sterilization)2）干燥热空气箱干燥热空气箱灭菌灭菌 用法用法：160-170,2160-170,2小时小时（利用热空气灭菌（利用热空气灭菌 )特点特点：由于空气传热穿透力差，菌体在脱水状态：由于空气传热穿透力差，菌体在脱水状态 下不易杀死。所以温度高、时间长。下不易杀死。所以温度高、时间长。适用适用：玻璃器皿、金属器械等耐高温的固体物。：玻璃器皿、金属器械等耐高温的固体物。1）火焰灭菌）火焰灭菌：常用酒精灯、接种环常用酒精灯、接种环 特点特点：彻底、迅速。：彻底、迅速。2 2 湿热灭菌湿热灭菌(moist heat sterilization)(moist heat sterilization)（主讲高压蒸汽灭菌法）（主讲高压蒸汽灭菌法）利用水的沸点随利用水的沸点随水蒸气压力水蒸气压力的增加而上升，的增加而上升，以达到高温灭菌目的的方法。以达到高温灭菌目的的方法。a a 方法方法：一般：一般121121（1kg/cm1kg/cm2 2或或1515磅磅/英寸英寸2 2）20-30min20-30min。b b 适用适用：耐高温物品如：耐高温物品如培养基，无菌水，培养皿培养基，无菌水，培养皿。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。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)。.酶在低温下仍起作用酶在低温下仍起作用 .微生物质膜中不饱和脂肪酸含量高微生物质膜中不饱和脂肪酸含量高(低温下仍低温下仍保持半流体状态保持半流体状态)低温下微生物为什么能生存？低温下微生物为什么能生存？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。二二 氢离子浓度氢离子浓度（pH值）值）1 1、细、细 菌菌：pH 7.0-7.6 pH 7.0-7.6 2 2、酵母、霉菌、酵母、霉菌:pH 5-6:pH 5-6 3 3、放、放 线线 菌菌:pH 7.6-8:pH 7.6-8微生物生活的微生物生活的PHPH在在4.04.09.09.0之间之间微生物在酸性太强或微生物在酸性太强或碱性太强的环境里，碱性太强的环境里，一般不能生活。一般不能生活。工业废水的工业废水的pHpH值过高值过高或过低应该加以或过低应该加以中和中和，作适当调整。作适当调整。n1 配制培养基时配制培养基时调节好调节好PH，适于培养的微生物需要。，适于培养的微生物需要。n2 培养基中的培养基中的蛋白胨、氨基酸蛋白胨、氨基酸有一定的缓冲能力。有一定的缓冲能力。n3 加入缓冲物质加入缓冲物质磷酸盐、碳酸盐磷酸盐、碳酸盐等等三三 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Eh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