(5)--5-1 微生物生长与代谢环境微生物学绪论.ppt

第五章 微生物营养与代谢第一节第一节微生物营养和吸收微生物营养和吸收营养类型及培养基营养类型及培养基对营养物的吸收方式对营养物的吸收方式与废水处理的关系与废水处理的关系第二节第二节微生物代谢微生物代谢分解（产能）代谢、合成代谢分解（产能）代谢、合成代谢第一节第一节微生物营养和营养类型微生物营养和营养类型微生物营养微生物营养微生物吸收必要的物质以获得能量并合成细胞物质的过程。微生物吸收必要的物质以获得能量并合成细胞物质的过程。微生物吸取生长所需的各种物质并进行代谢生长的过程。微生物吸取生长所需的各种物质并进行代谢生长的过程。微生物代谢微生物代谢微生物体内化学反应的总和。微生物体内化学反应的总和。一、微生物的化学组成与营养物质u（一）化学组成化学组成u蛋白质、核酸、多糖和脂质这四类生物大分子，占到细胞干重的96。其余就是组成它们的单体以及无机盐等。u水也是微生物细胞的重要组成成分，通常微生物细胞的7090%是水。u此外还有机酸、维生素、激素等有机化合物。u这些形形色色的化学物质均由碳、氢、氧、氮、磷、硫以及其他为数不多的化学元素构成。u（1）水）水u占占90%90%左右。一般说低等微生物含水量大于高等左右。一般说低等微生物含水量大于高等微生物微生物,幼龄菌含水量大于老龄菌。幼龄菌含水量大于老龄菌。u提问：提问：水有哪些作用？水有哪些作用？u微微生生物物机机体体重重要要组组成成;直直接接参参加加各各种种代代谢谢反反应应;是是微微生生物物代代谢谢反反应应的的中中间间介介质质;调调节节微微生生物物细细胞温度胞温度;水维持细胞膨压。水维持细胞膨压。u微生物需要的营养物质有水、碳素营养源、微生物需要的营养物质有水、碳素营养源、氮素营养源、无机盐及生长因子。氮素营养源、无机盐及生长因子。（二）微生物的营养物微生物的营养物（2）碳源和能源）碳源和能源u1）碳源）碳源 u种类？种类？有机物、无机碳化合物有机物、无机碳化合物u随随微微生生物物种种类类不不同同，各各有有偏好偏好u微生物最喜好的碳源是？微生物最喜好的碳源是？提供碳元素来源的物质提供碳元素来源的物质提供碳元素来源的物质提供碳元素来源的物质 细菌细胞中的碳素含量占细菌细胞中的碳素含量占细菌细胞中的碳素含量占细菌细胞中的碳素含量占干物质质量的干物质质量的干物质质量的干物质质量的5050左右左右左右左右。碳源作用碳源作用碳源作用碳源作用细胞的细胞的细胞的细胞的碳骨架碳骨架碳骨架碳骨架、大多还是大多还是大多还是大多还是能源能源能源能源物质。物质。物质。物质。糖类物质糖类物质 尤其是葡萄糖及其多糖（2）大多数微生物的能源物质）大多数微生物的能源物质微生物细胞中碳的功能微生物细胞中碳的功能：（1）构成微生物体有机分子的骨架）构成微生物体有机分子的骨架甘薯、玉米粉、麸皮、米糠、野生植物的淀粉、甘薯、玉米粉、麸皮、米糠、野生植物的淀粉、酒糟、造纸厂亚硫酸液酒糟、造纸厂亚硫酸液CO2有机物有机物葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉有机酸、醇类、脂类、烃类、碳酸盐有机酸、醇类、脂类、烃类、碳酸盐微生物可以利用的碳源种类微生物可以利用的碳源种类甲烷氧化菌：甲烷氧化菌：甲烷、甲醇甲烷、甲醇根据不同微生物对碳素利用的情况，可以做什么工作？根据不同微生物对碳素利用的情况，可以做什么工作？不同的微生物利用碳素的情况不同的微生物利用碳素的情况洋葱假单胞菌：洋葱假单胞菌：九十多种碳素化合物九十多种碳素化合物纤维素分解菌（部分）：纤维素分解菌（部分）：只利用纤维素只利用纤维素2）能源）能源u微生物的能源种类？微生物的能源种类？化学能、光能化学能、光能u所有微生物细胞内能所有微生物细胞内能量传递体都是量传递体都是ATP 可以产生化学能的物质？可以产生化学能的物质？可以产生化学能的物质？可以产生化学能的物质？有机碳源有机碳源有机碳源有机碳源 特殊的无机物：（如特殊的无机物：（如特殊的无机物：（如特殊的无机物：（如S S2-2-、FeFe2+2+、NHNH3 3)利用光能的细菌？含有光合色利用光能的细菌？含有光合色利用光能的细菌？含有光合色利用光能的细菌？含有光合色素素素素（3）氮素化合物（氮源）氮素化合物（氮源）分子氮分子氮：N2（固氮菌、根瘤菌、少数放线菌和光合细菌、蓝细菌固氮菌、根瘤菌、少数放线菌和光合细菌、蓝细菌固氮微生物固氮微生物）无机氮无机氮：NH4、NO3、NO2（多数微生物）多数微生物）-无机氮微生物无机氮微生物有机氮：有机氮：蛋白质、多肽、氨基酸（多数微生物）蛋白质、多肽、氨基酸（多数微生物）-有机氮微生物、氨基酸异养微生物有机氮微生物、氨基酸异养微生物牛肉膏、蛋白胨、尿素、酵母膏、玉米浆、饼粕牛肉膏、蛋白胨、尿素、酵母膏、玉米浆、饼粕-有机氮微生物有机氮微生物微生物可利用的氮素化合物微生物可利用的氮素化合物：p37氮素化合物的功能氮素化合物的功能：构成细胞物质，少数微生物的能源物质。构成细胞物质，少数微生物的能源物质。（4）矿质元素矿质元素(无机盐无机盐)为机体提供了必要的金属元素等为机体提供了必要的金属元素等P、S、Fe、Mg、K、Ca(大量元素大量元素)Mn、Cu、Zn、Mo（微量元素）微量元素）（5）生长因子生长因子生长因子是指微生物生长必需的但本身不能合成，需要从外界吸收的且需生长因子是指微生物生长必需的但本身不能合成，需要从外界吸收的且需要量又很小的有机物质。要量又很小的有机物质。生长因子功能：生长因子功能：构成酶的辅基或辅酶构成酶的辅基或辅酶生长因子分类：生长因子分类：氨基酸氨基酸核核苷苷维生素维生素酶酶简单蛋白简单蛋白结合蛋白结合蛋白=蛋白蛋白+辅助因子辅助因子辅酶辅酶(与酶结合松驰与酶结合松驰)辅基辅基(与酶结合牢固与酶结合牢固)有关生长因子的注意点：有关生长因子的注意点：（1）不同的微生物，生长所需要的生长因子各不相同不同的微生物，生长所需要的生长因子各不相同克氏杆菌克氏杆菌生物素、对氨基苯甲酸生物素、对氨基苯甲酸肠膜明串珠菌肠膜明串珠菌十七种氨基酸十七种氨基酸（2）微生物生长需要的生长因子会随着外界条件的变化而变化微生物生长需要的生长因子会随着外界条件的变化而变化鲁毛霉：鲁毛霉：厌氧：需维生素厌氧：需维生素B与生物素与生物素好氧：无需生长因子好氧：无需生长因子（3）生长因子未知微生物的培养生长因子未知微生物的培养酵母膏、牛肉膏或动物、植物的组织液酵母膏、牛肉膏或动物、植物的组织液加入天然成分加入天然成分与废水处理的关系：与废水处理的关系：p38需要调节膳食 从营养的角度分从营养的角度分：异养型生物异养型生物自养型生物自养型生物所需营养物质所需营养物质：有机物有机物无机物无机物生物种类生物种类：动物动物植物植物第一节第一节微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型二、微生物的营养类型二、微生物的营养类型微生物属于哪类生物，自养还是异养微生物属于哪类生物，自养还是异养？微生物微生物营养型营养型自养型自养型异养型异养型能能源源碳碳源源CO2有机化合物有机化合物光能型光能型化能型化能型光光能能化学能化学能光能自养型光能自养型化能自养型化能自养型光能异养型光能异养型化能异养型化能异养型 微生物的营养类型微生物的营养类型 1、光能自养型（光能无机营养型）、光能自养型（光能无机营养型）能够利用光能并以能够利用光能并以CO2作为唯一或主要碳源进行生长的微生物。作为唯一或主要碳源进行生长的微生物。念珠蓝细菌念珠蓝细菌基本特点：基本特点：B、供氢体：还原性无机物，还原供氢体：还原性无机物，还原CO2A、光合色素（叶绿素、细菌叶绿素）光合色素（叶绿素、细菌叶绿素）光光叶绿素叶绿素H2OCO2(CH2O)+O2（蓝细菌）蓝细菌）光光菌绿素菌绿素2H2S+CO2(CH2O)+H2O+2S（绿硫细菌和紫硫细菌）绿硫细菌和紫硫细菌）实例：实例：u紫硫细菌紫硫细菌和和绿硫细菌绿硫细菌u紫硫、绿硫细菌代谢方式紫硫、绿硫细菌代谢方式 光照光照 CO2 +H2S CH2O（糖）+H2O +2S菌绿素菌绿素（与叶绿素大同小异）（与叶绿素大同小异）提问：提问：在自然界的作用是什么呢？在自然界的作用是什么呢？早期无氧地球，清除早期无氧地球，清除早期无氧地球，清除早期无氧地球，清除H2S毒物毒物（H2S类似类似植物光合作用植物光合作用中的中的H2O）条件苛刻，不是污水处理菌条件苛刻，不是污水处理菌较洁净的光照池塘无臭（较洁净的光照池塘无臭（较洁净的光照池塘无臭（较洁净的光照池塘无臭（HH2 2S)S)区区区区紫硫细菌紫硫细菌湖中湖中4 47m7m硫化物硫化物微生物的营养类型微生物的营养类型2、光能异养型、光能异养型(光能有机营养型）光能有机营养型）利用光能并以有机化合物作为唯一或主要碳源进行生长的一类微生物。利用光能并以有机化合物作为唯一或主要碳源进行生长的一类微生物。紫色非菌紫色非菌基本特点：基本特点：b.供氢体：供氢体：有机物有机物有机物有机物，还原，还原CO2或有机物形成细胞物质或有机物形成细胞物质a.光合色素，光合作用光合色素，光合作用光能异养型微生物在光能异养型微生物在C源利用上的特殊性：源利用上的特殊性：以有机质作为主要以有机质作为主要C源，源，能利用能利用CO2，但它不是唯一碳源。但它不是唯一碳源。光能光能细菌叶绿细菌叶绿（红螺菌红螺菌）CH3CO2+2CHOHCH2O（甲醛）（甲醛）+2CH3COCH3+H2OCH3典型实例：典型实例：利用异丙醇利用异丙醇不受氧气限制不受氧气限制，尤其，尤其适于高浓度有机废水适于高浓度有机废水适于高浓度有机废水适于高浓度有机废水（食品（食品行业）的高效处理行业）的高效处理u光能异养微生物光能异养微生物（无氧、有光）（无氧、有光）u 光能光能+色素色素u 有机物 +CO2 菌体 CH2Ou小分子有机物碳源小分子有机物碳源u主要指红螺菌主要指红螺菌（有氧无光时可化能异养生存）（有氧无光时可化能异养生存）提问：在污水处理中的优势是什么？提问：在污水处理中的优势是什么？问题：与水分离困难，光照问题问题：与水分离困难，光照问题嗜盐红螺菌大量滋生时的红嗜盐红螺菌大量滋生时的红盐田盐田u提问：提问：人工投加光合人工投加光合细菌（细菌（PSB,红螺菌）红螺菌）有利于水产养殖，原有利于水产养殖，原因？因？迅速转化毒物（水族排泄迅速转化毒物（水族排泄物被细菌分解后的氨、有物被细菌分解后的氨、有机酸）；机酸）；为高蛋白的菌体，作为鱼为高蛋白的菌体，作为鱼的饲料，且的饲料，且不消耗氧不消耗氧；优势生长时能抑制水族病优势生长时能抑制水族病原菌的生长原菌的生长微生物的营养类型微生物的营养类型3、化能自养型、化能自养型(化能无机营养型）化能无机营养型）利用无机化合物氧化时释放的能量作为能源，利用利用无机化合物氧化时释放的能量作为能源，利用CO2或碳酸盐作为唯一或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长的一类微生物。或主要碳源进行生长的一类微生物。产甲烷细菌产甲烷细菌典型实例：典型实例：硫化细菌、硝化细菌硫化细菌、硝化细菌(亚硝酸菌和硝酸菌亚硝酸菌和硝酸菌)、产甲烷菌、铁细菌、产甲烷菌、铁细菌H2S、NO2、H2、Fe2+基本特点：基本特点：a.能源：无机物氧化能源：无机物氧化b.供氢体：无机物，还原供氢体：无机物，还原CO2u例如，亚硝化细菌亚硝化细菌进行有机物合成反应如下u2NH3 +2O2 HNO2+4 H+619千焦耳 u u ATPu CO2 +4 H CH2O +H2 O提问：提问：化能自养化能自养化能自养化能自养细菌能用于污水处理吗？细菌能用于污水处理吗？能，脱氨、脱硫；条件容易能，脱氨、脱硫；条件容易微生物的营养类型微生物的营养类型4、化能异养型（化能有机营养型）、化能异养型（化能有机营养型）以有机化合物为碳源，利用有机化合物氧化过程中产生的能量作为能源而以有机化合物为碳源，利用有机化合物氧化过程中产生的能量作为能源而生长的一类微生物。生长的一类微生物。苏云金杆菌苏云金杆菌基本特点：基本特点：a.能源：有机物氧化能源：有机物氧化b.碳源：有机物碳源：有机物化能异养型微生物的分类：化能异养型微生物的分类：（生活场所、获取养料方式）（生活场所、获取养料方式）兼性寄主菌：既营寄生又营腐生生活的。兼性寄主菌：既营寄生又营腐生生活的。(结核杆菌结核杆菌)寄生菌：只能在活寄主体吸收营养物生活的。寄生菌：只能在活寄主体吸收营养物生活的。腐生菌：利用无生命的有机物作为营养物质。腐生菌：利用无生命的有机物作为营养物质。三、三、培养基培养基培养基培养基:(教材教材39)是人工配制的适合微生物生长繁殖或是人工配制的适合微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养物质。积累代谢产物的营养物质。培养基的作用：培养基的作用：为微生物提供理想的人为微生物提供理想的人工培养环境，以进行微生物工培养环境，以进行微生物生命活动规律生命活动规律的研究和微生的研究和微生物物生物制品生物制品的生产。的生产。按培养基成分分按培养基成分分按培养基的用途分按培养基的用途分按物理性状分按物理性状分1.培养基的类型培养基的类型培养基类型培养基类型合成培养基合成培养基天然培养基天然培养基基本培养基基本培养基富集培养基富集培养基鉴别培养基鉴别培养基固体培养基固体培养基液体培养基液体培养基半固体培养基半固体培养基（1）按照培养基成分分：）按照培养基成分分：a.合成培养基合成培养基化学成分和浓度完全清楚的物质配制的培养基。化学成分和浓度完全清楚的物质配制的培养基。培养基的类型培养基的类型高氏一号合成放线菌培养基高氏一号合成放线菌培养基可溶性淀粉可溶性淀粉20.0克克KNO31.0克克K2HPO40.5克克MgSO47H2O0.5克克NaCl0.5克克FeSO47H2O溶液溶液2滴（滴（10%）蒸馏水蒸馏水1000毫升毫升培养基的类型培养基的类型b.天然培养基天然培养基以动植物组织或微生物浸出液为原料配制的培养基。以动植物组织或微生物浸出液为原料配制的培养基。（牛肉膏蛋白胨）（牛肉膏蛋白胨）牛肉膏蛋白胨细菌培养基牛肉膏蛋白胨细菌培养基牛肉膏牛肉膏3.0克克蛋白胨蛋白胨10.0克克食盐食盐5.0克克蒸馏水（自来水）蒸馏水（自来水）1000毫升毫升酵母膏酵母膏（2）按照培养基的物理性状）按照培养基的物理性状b.液体培养基液体培养基未加凝固剂呈液态的培养基称为液体培养基。未加凝固剂呈液态的培养基称为液体培养基。c.半固体培养基半固体培养基在液体培养基中加入少量琼脂（在液体培养基中加入少量琼脂（0.2-0.5%）。a.固体培养基固体培养基在液体培养基中加入在液体培养基中加入凝固剂凝固剂使呈固体状态，称为固体培养基。使呈固体状态，称为固体培养基。(琼脂琼脂1.5-2%)（3）按照培养用途（）按照培养用途（4种）：种）：b.富集培养基富集培养基(加富培养基）加富培养基）为分离某种微生物配制出的适合它生长而不利于其他微生物生长的培为分离某种微生物配制出的适合它生长而不利于其他微生物生长的培养基。（用于营养要求苛刻的微生物）养基。（用于营养要求苛刻的微生物）c.鉴别培养基鉴别培养基根据微生物的代谢特点，通过指示剂的呈色反应，用以鉴别不同微生根据微生物的代谢特点，通过指示剂的呈色反应，用以鉴别不同微生物的培养基。（物的培养基。（伊红伊红-甲基蓝培养基甲基蓝培养基)鉴别大肠杆菌鉴别大肠杆菌(菌落小菌落小,绿色光泽绿色光泽)和产和产气肠杆菌气肠杆菌(菌落大菌落大,灰棕色灰棕色)）a.基础培养基基础培养基将多种微生物都需要的营养物质配而成培养基。将多种微生物都需要的营养物质配而成培养基。(如牛肉膏如牛肉膏-蛋白胨）蛋白胨）d.选择培养基选择培养基加入某种化学物质，抑制不需要的微生物；促进所需的微生物。加入某种化学物质，抑制不需要的微生物；促进所需的微生物。鉴别培养基鉴别培养基u鉴别鉴别明查分辨，核实有没有明查分辨，核实有没有（细菌种类）（细菌种类）u类似于类似于“验钞机验钞机”的作用的作用方法？方法？鉴鉴鉴鉴加入指示剂加入指示剂加入指示剂加入指示剂 别别别别不同菌落制造不同的代谢物，显色不同不同菌落制造不同的代谢物，显色不同不同菌落制造不同的代谢物，显色不同不同菌落制造不同的代谢物，显色不同水处理中常用的水处理中常用的EMB(伊红美蓝伊红美蓝EosinMethyleneBlue）琼脂培养基就是典型大肠琼脂培养基就是典型大肠菌群内不同种属细菌的鉴别培养基。菌群内不同种属细菌的鉴别培养基。投毒选择法投毒选择法u常用物质为染料、胆汁酸盐、常用物质为染料、胆汁酸盐、金属盐类、酸、碱和抗生素。金属盐类、酸、碱和抗生素。u例如欲分离古细菌，培养基例如欲分离古细菌，培养基中通常加入青霉素，古细菌中通常加入青霉素，古细菌就唯一分离并存活下来。就唯一分离并存活下来。u胆汁酸盐胆汁酸盐抑制革兰氏抑制革兰氏阳性菌阳性菌u能选择性生长革兰氏阴性能选择性生长革兰氏阴性细菌细菌毒毒选择性的抑制剂选择性的抑制剂选择性的抑制剂选择性的抑制剂待选细菌有抗性待选细菌有抗性选择培养基选择培养基 选择性选择性选择性选择性？待选的细菌能优势生长待选的细菌能优势生长待选的细菌能优势生长待选的细菌能优势生长投其所好法投其所好法u好好营养、环境因子营养、环境因子如专一性营养源培养法：如专一性营养源培养法：u待选细菌专门需要的待选细菌专门需要的某种碳源或氮源某种碳源或氮源u例例如如筛筛选选纤纤维维素素分分解解菌菌选选用用纤纤维维素素作作为为培培养养基基中中的的唯一碳源唯一碳源.u各各类类降降解解石石化化废废水水特特殊殊有有机机物物的的细细菌菌筛筛选选通通常常是是以以这这类类有有机机物物为为培培养养基基中中的的唯唯一一碳碳源源，将将目目标标细细菌菌富富集筛选下来。集筛选下来。uu理化因素控制法理化因素控制法u理化因素理化因素特殊的温特殊的温度、氧气、度、氧气、pH、盐度等盐度等环境条件环境条件u主要用于筛选极端环境微生主要用于筛选极端环境微生物。物。如嗜盐、嗜热、嗜冷、如嗜盐、嗜热、嗜冷、嗜酸、嗜碱等的细菌，嗜酸、嗜碱等的细菌，同时也被用于选择性培同时也被用于选择性培养好氧或厌氧细菌。养好氧或厌氧细菌。嗜冷菌嗜冷菌嗜热菌嗜热菌2.配制培养基的基本原则配制培养基的基本原则（1）适合不同微生物的营养特点。）适合不同微生物的营养特点。1)从营养型的角度看从营养型的角度看生理特点不同生理特点不同细菌细菌放线菌放线菌霉菌霉菌营养要求不同营养要求不同牛肉膏蛋白胨培养基牛肉膏蛋白胨培养基高氏一号放线菌培养基高氏一号放线菌培养基马丁氏培养基或蔡氏培养基真菌马丁氏培养基或蔡氏培养基真菌2)从类群的角度看从类群的角度看自养微生物：合成能力强自养微生物：合成能力强简单的无机物简单的无机物异养微生物：异养微生物：合成能力弱合成能力弱至少提供一种有机物至少提供一种有机物（2）调配好培养基中各种营养成分的比例和浓度。）调配好培养基中各种营养成分的比例和浓度。1)浓度适中原则浓度适中原则大量元素大量元素10-3-10-4mol/L微量元素微量元素10-6-10-8mol/L2)营养比例原则营养比例原则a.C/Nb.其它营养的比例（矿质元素、氨基酸）其它营养的比例（矿质元素、氨基酸）同一种微生物在不同同一种微生物在不同C/N培养基培养时，表现不同。培养基培养时，表现不同。短棒杆菌的谷氨酸发酵培养基短棒杆菌的谷氨酸发酵培养基C/N=4:1，菌体繁殖；菌体繁殖；C/N=3:1，谷氨酸形成谷氨酸形成不同的微生物，所需营养物不同的微生物，所需营养物C/N不同。不同。细菌、酵母菌细胞的细菌、酵母菌细胞的C/N=5:1，而霉菌而霉菌=10:1（？）（？）水处理中进水的BOD5NP（3）控制培养条件）控制培养条件pHO2CO2渗透压渗透压微生物生长繁殖微生物生长繁殖培养条件培养条件影响影响影响影响微生物培养体系微生物培养体系1)培养基培养基pH值的控制。值的控制。a.根据微生物特点来调节根据微生物特点来调节霉菌、酵母菌适于酸性，霉菌、酵母菌适于酸性，(pH4.5-6.0左右左右)细菌、放线菌喜中性或偏碱性细菌、放线菌喜中性或偏碱性(pH7.0-7.5左右左右)b.使用使用pH值缓冲剂值缓冲剂磷酸盐、碳酸盐、蛋白胨、氨基酸磷酸盐、碳酸盐、蛋白胨、氨基酸(配制培养时加入配制培养时加入)磷酸盐缓冲作用的反应式为：磷酸盐缓冲作用的反应式为：H+(强酸强酸)+HPO4=(弱碱弱碱)H2PO4-(弱酸弱酸)OH-(强碱强碱)+H2PO4-(弱酸弱酸)HPO4=(弱碱弱碱)+H2O碳酸钙碳酸钙（配制培养基时加入）（配制培养基时加入）酸或碱酸或碱（培养过程中加入）（培养过程中加入）由微生物与氧气的关系形成了三类微生物：由微生物与氧气的关系形成了三类微生物：专性好氧性微生物专性好氧性微生物专性厌氧性微生物专性厌氧性微生物兼性厌氧的微生物兼性厌氧的微生物实践对策：实践对策：专性好氧性微生物：空气提供氧气、工业上采用通气装置。专性好氧性微生物：空气提供氧气、工业上采用通气装置。专性厌氧性微生物：采用理化方法除氧、向培养体系加入专性厌氧性微生物：采用理化方法除氧、向培养体系加入还原剂还原剂（胱氨酸、巯基乙酸钠、（胱氨酸、巯基乙酸钠、Na2S和抗坏血酸）和抗坏血酸）2)O2浓度的调节浓度的调节3）CO2的调节的调节对自养微生物来说，空气中只占容积的对自养微生物来说，空气中只占容积的0.03%的的CO2量意味着什么？量意味着什么？增加增加CO2供应的途径：供应的途径：紫硫细菌和绿硫细菌等厌氧性自养菌：培养基中加入紫硫细菌和绿硫细菌等厌氧性自养菌：培养基中加入NaHCO33.3.培养基灭菌培养基灭菌概念概念 灭菌：灭菌：杀死或消除杀死或消除全部全部的微生物的微生物 消毒：消毒：杀死、消除或降低杀死、消除或降低病源病源微生物微生物 防腐：防腐：防止或抑制微生物的生长防止或抑制微生物的生长（1）控制微生物的方法）控制微生物的方法 高温（干热灭菌、湿热灭菌和巴斯德消毒法）高温（干热灭菌、湿热灭菌和巴斯德消毒法）低温（冷藏法低温（冷藏法55和冷冻法和冷冻法-10-10）物理方法物理方法 辐射（紫外光、电离辐射和强见光）辐射（紫外光、电离辐射和强见光）干燥和渗透压干燥和渗透压 过滤过滤 消毒剂和防腐剂消毒剂和防腐剂化学方法化学方法 化学治疗剂化学治疗剂 微生物的抗药性微生物的抗药性1.1.化学试剂灭菌法化学试剂灭菌法 甲醛、乙醇或新洁尔灭、高锰酸钾等甲醛、乙醇或新洁尔灭、高锰酸钾等 适用范围：环境、皮肤及器械的表面消毒适用范围：环境、皮肤及器械的表面消毒2.2.射线灭菌射线灭菌法法3.3.干热灭菌法干热灭菌法 电磁波、紫外线或放射性物质电磁波、紫外线或放射性物质适用范围：无菌室、接种箱适用范围：无菌室、接种箱常用烘箱，灭菌条件：常用烘箱，灭菌条件：160160下保温下保温1h 1h 适用范围：金属或玻璃器皿适用范围：金属或玻璃器皿4.4.湿热灭菌法湿热灭菌法 利用饱和蒸汽灭菌，条件：利用饱和蒸汽灭菌，条件：121121，30min 30min 适用范围：生产设备及培养基灭菌适用范围：生产设备及培养基灭菌5.5.过滤除菌法过滤除菌法 利用过滤方法阻留微生物利用过滤方法阻留微生物 适用范围：制备无菌空气适用范围：制备无菌空气 6.6.火焰灭菌法火焰灭菌法 火焰火焰 适用范围：接种针、玻璃棒、三角瓶口适用范围：接种针、玻璃棒、三角瓶口 附图：过滤灭菌附图：过滤灭菌 巴斯德消毒法巴斯德消毒法处理牛奶可采用处理牛奶可采用71.6 71.6 快速处理至少快速处理至少15s15s或或62.9 62.9 处理处理30min30min。紫外光杀菌作用紫外光杀菌作用是因为它可以被蛋白质（约是因为它可以被蛋白质（约280nm280nm）和核酸）和核酸（约（约260nm260nm）吸收，造成这些分子的变性失活。吸收，造成这些分子的变性失活。电离辐射电离辐射主要使用主要使用x x射线和射线和射线，形成离子和自由基分子。射线，形成离子和自由基分子。化学治疗剂化学治疗剂是能够特异性作用某些微生物并有选择性的化学是能够特异性作用某些微生物并有选择性的化学药剂，基本对人体无害。化学治疗剂有生长因子类似物（竞药剂，基本对人体无害。化学治疗剂有生长因子类似物（竞争性抑制剂）和抗生素两类。争性抑制剂）和抗生素两类。（2）培养基的湿热灭菌）培养基的湿热灭菌 湿热湿热灭菌原理灭菌原理灭菌条件灭菌条件灭菌不利方面灭菌不利方面蒸汽具有很强的穿透能力，而且在冷凝蒸汽具有很强的穿透能力，而且在冷凝时会放出大量的冷凝热，很容易使蛋白时会放出大量的冷凝热，很容易使蛋白质凝固而杀死各种微生物。质凝固而杀死各种微生物。121，30min。同时会破坏培养基中的营养成分，甚同时会破坏培养基中的营养成分，甚至产生不利于菌体生长的物质。至产生不利于菌体生长的物质。2416128时间（时间（min)050100150温度温度升温升温冷却冷却保温保温培养基间歇灭菌过程培养基间歇灭菌过程中的温度变化情况中的温度变化情况过程包括：过程包括：升温、保温和冷却三阶段。升温、保温和冷却三阶段。各阶段对灭菌的贡献：各阶段对灭菌的贡献：20%20%、75%75%、5%5%。1 1）间歇湿式灭）间歇湿式灭菌菌（实验室常用实验室常用）发酵罐发酵罐蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽冷却水冷却水无菌无菌培养基培养基配料罐配料罐泵泵加热塔加热塔维持罐维持罐冷却管冷却管2 2）连续灭菌（又称连消）连续灭菌（又称连消）将培养基在发酵罐外通过连续灭菌装置进行将培养基在发酵罐外通过连续灭菌装置进行加热、保温和冷却而进行灭菌。加热、保温和冷却而进行灭菌。连续灭菌的基本设备有哪些连续灭菌的基本设备有哪些？问题问题优优 点点缺缺 点点连连续续灭灭菌菌1.1.高温短时灭菌，培养基高温短时灭菌，培养基 营养成分损失少。营养成分损失少。2.2.发酵罐占用时间缩短，发酵罐占用时间缩短，利用率高。利用率高。1.1.设备复杂，操作麻烦设备复杂，操作麻烦,染菌机会多。染菌机会多。2.2.不适合含大量固体物不适合含大量固体物 料的灭菌。料的灭菌。间间歇歇灭灭菌菌1.1.设备要求低，不需另外设备要求低，不需另外 加热、冷却装置。加热、冷却装置。2.2.操作要求低，适合小批操作要求低，适合小批 量生产规模量生产规模3.3.适合含大量固体物料的适合含大量固体物料的 灭菌灭菌1.1.培养基的营养物质损培养基的营养物质损 失大，灭菌后培养基失大，灭菌后培养基 质量下降质量下降2.2.发酵罐的利用率较低发酵罐的利用率较低3.3.不适合大规模生产的不适合大规模生产的 灭菌灭菌3）间歇灭菌与连续灭菌的比较）间歇灭菌与连续灭菌的比较u火焰灭菌法火焰灭菌法直接在火焰中烧灼灭菌的方法。直接在火焰中烧灼灭菌的方法。特点：灭菌迅速、可靠、简便特点：灭菌迅速、可靠、简便适用范围：适用范围：耐火焰的物品：金属、玻耐火焰的物品：金属、玻璃等用具的灭菌；不适用药品的灭菌璃等用具的灭菌；不适用药品的灭菌（3）干热灭菌法u干热空气灭菌法干热空气灭菌法高温干热的空气中进行灭菌的方法。高温干热的空气中进行灭菌的方法。特点：灭菌温度较高，时间较长特点：灭菌温度较高，时间较长适用范围：适用范围：玻璃、金属制品，油脂类，部玻璃、金属制品，油脂类，部分固体药品等；不适用橡胶、塑料及大分固体药品等；不适用橡胶、塑料及大部分药品的灭菌部分药品的灭菌第一节第一节微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型微生物的营养类型微生物的营养类型小小结结1、微生物营养型划分的依据是什么？、微生物营养型划分的依据是什么？碳源碳源能源能源2、微生物营养划分的相对性、微生物营养划分的相对性同一微生物在不同培养条件下生长时，它们的营养型可能发生变化。同一微生物在不同培养条件下生长时，它们的营养型可能发生变化。微生物微生物提供的环境条件提供的环境条件能源利用情况能源利用情况营养型营养型氢单胞菌氢单胞菌单纯的无机物环境单纯的无机物环境利用氢的氧化获得能量，利用氢的氧化获得能量，自养生活自养生活将将CO2还原成细胞物质还原成细胞物质提供有机物提供有机物利用有机物获得能量利用有机物获得能量异养生活异养生活红螺菌：红螺菌：光光照照利用光能作能源利用光能作能源光能异养光能异养暗处理暗处理利用有机物氧化产能利用有机物氧化产能化能异养化能异养（一）影响微生物对营养物质吸收的因素（一）影响微生物对营养物质吸收的因素1、第一因素：细胞膜、第一因素：细胞膜细胞膜细胞膜选择性透膜选择性透膜细胞荚膜、粘液层以及细胞壁细胞荚膜、粘液层以及细胞壁2、第二因素：微生物细胞生活的环境、第二因素：微生物细胞生活的环境pH值、温度值、温度3、第三因素：被吸收物质的特性。、第三因素：被吸收物质的特性。分子量、溶解度分子量、溶解度(影响物质的溶解度、细胞膜的流动性和运输系统的活性影响物质的溶解度、细胞膜的流动性和运输系统的活性)四、微生物对营养物质的吸收（二）微生物对营养物质的吸收方式（二）微生物对营养物质的吸收方式是否消耗是否消耗能量能量是否需要是否需要载体载体是否发生被吸收物的是否发生被吸收物的化学变化化学变化。单纯扩散单纯扩散促进扩散促进扩散主动运输主动运输基团转位基团转位根据微生物对物质的吸收过程：根据微生物对物质的吸收过程：微生物对营养物质的吸收方式微生物对营养物质的吸收方式1、单纯扩散（称被动扩散）、单纯扩散（称被动扩散）被吸收物质依靠其在细胞内外的浓度梯度为动力，从浓度高的地区向浓度低的被吸收物质依靠其在细胞内外的浓度梯度为动力，从浓度高的地区向浓度低的胞内扩散的过程。胞内扩散的过程。SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS胞外 胞膜 胞内SSS单纯扩散的特点：单纯扩散的特点：c.运输动力运输动力a.非特异性的非特异性的b.吸收过程不发生化学变化吸收过程不发生化学变化微生物对营养物质的吸收方式微生物对营养物质的吸收方式营养物质单纯扩散能力的影响因素：营养物质单纯扩散能力的影响因素：a.吸收营养物质的分子大小吸收营养物质的分子大小b.溶解性溶解性(脂溶性或水溶性脂溶性或水溶性)c.极性大小极性大小d.膜外膜外pHe.温度。温度。微生物对营养物质的吸收方式微生物对营养物质的吸收方式SSSSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外 胞膜 胞内2、促进扩散、促进扩散以细胞内外的浓度梯度为动力，在以细胞内外的浓度梯度为动力，在载体载体物质参与下，物质从浓度高的胞外向浓物质参与下，物质从浓度高的胞外向浓度低的胞内扩散。（度低的胞内扩散。（真核微生物）TSTST微生物对营养物质的吸收方式微生物对营养物质的吸收方式与单纯扩散的相同点：与单纯扩散的相同点：c.无需代谢能。无需代谢能。a.被动的扩散。被动的扩散。b.无化学变化。无化学变化。促进扩散独有的特点：促进扩散独有的特点：a.载体的专一性载体的专一性b.运输速率提高运输速率提高载体使营养物质的扩散加快，它会影响该营载体使营养物质的扩散加快，它会影响该营养物质在膜内外建立浓度的动态平衡状态吗？养物质在膜内外建立浓度的动态平衡状态吗？3、主动运输、主动运输以代谢能以代谢能(ATP)为动力，在载体参与下，将物质从胞外向胞内转运。为动力，在载体参与下，将物质从胞外向胞内转运。SSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外 胞膜 胞内TSTST4、基团转位：、基团转位：被吸收物质以微生物的代谢能为动力，通过一个复杂的运输系统从胞外转运到被吸收物质以微生物的代谢能为动力，通过一个复杂的运输系统从胞外转运到胞内，并发生化学变化。胞内，并发生化学变化。（厌氧细菌和兼性厌氧细菌）大肠杆菌磷酸转移酶体系与葡萄糖的运输磷酸化磷酸化自由能升自由能升自由能升自由能升高，能量级别、位高，能量级别、位高，能量级别、位高，能量级别、位置的升高。置的升高。置的升高。置的升高。细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜细胞外细胞外细胞外细胞外细胞内细胞内细胞内细胞内酶酶1 1磷磷磷磷 酸酸酸酸 烯烯烯烯 醇醇醇醇 式式式式丙丙丙丙 酮酮酮酮 酸酸酸酸，提提提提供高能磷酸供高能磷酸供高能磷酸供高能磷酸酶酶2 2热稳热稳热稳热稳定蛋定蛋定蛋定蛋白白白白丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸转位转位葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖高能磷高能磷高能磷高能磷酸酸酸酸磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖基团转位（基团转位（磷酸转移酶系统）u基团基团被转运的营养物被转运的营养物（三）几种主要营养物质的吸收（三）几种主要营养物质的吸收1、糖：、糖：促进扩散、基团转位、主动运输。促进扩散、基团转位、主动运输。2、肽与氨基酸：、肽与氨基酸：主动运输（主要方式）、促进扩散（次要方式）主动运输（主要方式）、促进扩散（次要方式）3、离子：、离子：主动运输主动运输五、微生物营养与废水生物处理的关系污染物质污染物质 安全物质安全物质污水生物处理本质污染物质污染物质 安全物质安全物质微生物微生物降解降解2.微生物净化水质的方式u降解作用降解作用u共代谢共代谢u减毒减毒u营养物缺乏：营养物缺乏：与废水进水负荷有关，负荷过低，可能会使丝状菌繁殖、污泥絮体解体。其它微量元素也不能缺乏。u营养物质太多：营养物质太多：造成冲击负荷3.污水生物处理对水质的要求upHuTu营养uDOu毒物难点：难点：Monod方程方程废水处理中废水处理中微生物微生物生长量与底物浓度生长量与底物浓度之间的关系，之间的关系，p44微生物代谢微生物代谢：微生物细胞所进行的化学反应的总和。：微生物细胞所进行的化学反应的总和。微生物合成代谢微生物合成代谢：小分子合成复杂大分子的过程；（同化作用）：小分子合成复杂大分子的过程；（同化作用）微生物分解代谢微生物分解代谢：细胞物质或营养物质降解形成简单产物的过程。（异化作用）：细胞物质或营养物质降解形成简单产物的过程。（异化作用）微微生生物物的的代代谢谢物质代谢物质代谢能量代谢能量代谢产能代谢产能代谢耗能代谢耗能代谢分解代谢分解代谢合成代谢合成代谢第二节第二节微生物的代谢微生物的代谢u微生物的营养和代谢需在酶的作用下才能正常进行。（一）酶的组成（一）酶的组成u根根据据酶酶的的组组成成情情况况，可可以以将将酶酶分分为为两两大大类：类：u单成分酶：单成分酶：它们的组成为单一蛋白质它们的组成为单一蛋白质.u全全酶酶：某某些些酶酶分分子子中中除除了了蛋蛋白白质质（酶酶蛋蛋白白）外外，还还含含有有非非蛋蛋白白组组分分（辅辅酶酶及及金金属离子属离子(或辅助因子或辅助因子cofactor)cofactor)）。）。ww辅酶（维生素、辅酶（维生素、ATP，结合松散）结合松散）w辅助因子辅助因子w辅基（金属离子，结合紧密）辅基（金属离子，结合紧密）w全酶全酶=酶蛋白酶蛋白+辅助因子辅助因子几种重要的辅助因子几种重要的辅助因子u某某些些小小分分子子物物质质与与酶酶蛋蛋白白结结合合在在一一起起并并协协同同实实施施催催化化作作用用，这这类类分分子子被被称称为为辅辅助因子。助因子。u辅辅助助因因子子是是一一类类具具有有特特殊殊化化学学结结构构和和功功能能的的物物质质。参参与与的的酶酶促促反反应应主主要要为为氧氧化化-还原反应或基团转移反应。还原反应或基团转移反应。(1)(1)辅酶辅酶A(CoAA(CoA)辅酶辅酶A A是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶。是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶。功功能能：是是传传递递酰酰基基，是是形形成成代代谢谢中中间间产产物物的的重重要要辅辅酶酶。(2)NAD(2)NAD+和和NADPNADP+VitPP uNADNAD+(烟烟酰酰胺胺-腺腺嘌嘌呤呤二二核核苷苷酸酸，又又称称辅辅酶酶I)I)和和NADPNADP+(烟烟酰酰胺胺-腺腺嘌嘌呤呤磷磷酸酸二二核核苷苷酸酸,又又称称辅酶辅酶II)II)功功能能：是是多多种种重重要要脱脱氢氢酶酶的的辅辅酶酶。(3)FAD(3)FAD和和FMNFMN（V BV B2 2）u核核黄黄素素:在在体体内内的的活活性性形形式式为为FAD(FAD(黄黄素素-腺腺嘌呤二核苷酸嘌呤二核苷酸)和和FMN(FMN(黄素单核苷酸黄素单核苷酸)。功能：在在脱脱氢氢酶酶催催化化的的氧氧化化-还还原原反反应应中中，起起着着电电子子和和质质子子的的传传递递体体作作用用。(4)(4)辅酶辅酶Q(CoQQ(CoQ)u辅酶辅酶Q Q又称为泛醌，其结构为：又称为泛醌，其结构为：n辅酶辅酶