环境微生物实用、考试、学习知识点整理

真核与原核原核具有原核细胞的生物称为原核微生物。原核细胞：其细胞核发育不完善，仅有核质，没有定形的细胞核，无明显的核膜，没有特异的细胞器，不进行有丝分裂。典型的原核生物有细菌、放线菌、蓝细菌等真核真核细胞具有真核细胞的生物称为真核生物。真核细胞：细胞核发育完善，有定形的细胞核（核仁、染色体等），有明显的核膜，有特异的细胞器，进行有丝分裂。大多数生物，包括高等生物都是真核的，如酵母菌、霉菌等。革兰氏染色由于细胞壁化学组成的不同，可把细菌分成两大类G+菌和G-菌，革兰氏染色试验是一种复染色法，即通过多次染色达到区分不同细胞结构的目的不同：G+菌和G-菌的差异主要在于细胞壁组成和结构上的不同，革兰氏阳性菌含大量的肽聚糖，独含磷壁酸，不含脂多糖。革兰氏阴性菌含极少肽聚糖，独含脂多糖，不含磷壁酸。两者的不同还表现在各种成份的含量不同染色步骤：1.涂片固定2.初染—结晶紫染液第一次染色1min3.媒染—碘-碘化钾溶液浸湿1min4.95%乙醇溶液进行颜色洗脱5.复染—红色的蕃红染液第二次染色革兰氏阴性菌G+菌是紫色，G-菌是红色由表可知：革兰氏染色的机制有以下两点革兰氏染色与细菌等电点的关系：G+菌的等电点低于G-菌，所带负电荷更多，因此，它与结晶紫的结合力较大，不易被乙醇脱色革兰氏染色与细胞壁的关系;G+的细胞壁脂类少，肽聚糖多，G-则相反，故乙醇容易进入G-细胞，进行脱色。 细菌细菌的细胞结构可分为一般结构和特殊结构：一般结构（或基本结构）：如细胞壁、细胞质膜、细胞质、内含物及细胞核物质等。它们是所有细菌所共有的。特殊结构：如糖被、荚膜、鞭毛等。它们是某些细菌所特有的。所以特殊结构是细菌分类鉴定的依据。细菌细胞由外向里依次有鞭毛、菌（纤）毛、荚膜、细胞壁、细胞膜、细胞质，细胞质中又有液泡、储存性颗粒、核质等。细菌的细胞结构：①细胞壁：细胞最外面的坚韧而略有弹性的薄膜。化学组成：肽聚糖、蛋白质、脂类细胞壁的作用：①固定细胞外形；②保护细胞免受外力的损伤；③阻拦大分子物质进入④使某些细菌具有致病性及对噬菌体的敏感性；⑤为鞭毛提供支点，使鞭毛运动细胞壁之内，统称为原生质体，包括：细胞膜又称细胞质膜间体或称中间体，细胞质及其内含物，拟核与质粒②细胞质膜：在细胞壁和细胞质之间的一层半透性膜，它可以选择性吸收物质。化学组成：磷脂30－40％，蛋白质60－70％，约2％的多糖细胞质膜的结构结构为双层结构，两性的磷脂分子在水溶液中形成高度定向的分子双层，蛋白质分子镶嵌于磷脂双层中，细胞质膜的蛋白质：具运输作用的整合蛋白或内在蛋白和具酶促作用的周边蛋白或膜外蛋白细胞质膜的磷脂：脂类是磷脂，由磷酸、甘油、脂肪酸和含氮碱组成细胞膜的结构：液态镶嵌模型1972年，辛格和尼科尔森提出该模型①膜主体—磷脂双分子层，亲水基团在表面，疏水基团在内部②双分子层有流动性③蛋白镶嵌或贯穿或浮在表面④不对称性细胞膜的作用：1）选择运输，控制内外物质的交换（吸收营养和排泄废物）；2）维持渗透压3）合成细胞壁和糖被重要基地4）细胞产能场所5）鞭毛基体着生点和旋转供能不同种类细菌的膜在其结构和功能方面存在很大差异。这种差异非常巨大且具有特征性，因此膜化学可被用于对细菌进行鉴定。③细胞质及其内含物细胞质：位于细胞膜以内，除核物质以外的无色透明的粘稠物质，又称原生质。化学组成：由蛋白质、核酸、脂类、无机盐、水等物质组成。作用：含有各种酶系统，是进行新陈代谢的活动场所，内含物：1糖体——是蛋白质的合成场所。2贮藏颗粒——营养物质过剩（成熟细胞核糖体：(1)化学组成：由核糖核酸（RNA）和蛋白质两种化学成分组成。(2)染色特性：核糖体易被碱性染料染色。在光镜下细胞质中核糖体丰富的部位嗜碱性较强。(3)电镜结构：是近似球形的致密颗粒，直径为20nm(4)功能：合成蛋白质细胞内含物1．气泡（水生细菌）相当于鱼的鱼鳔—调节浮力作用。*特大的纳米比亚硫珍珠状菌的气泡可吸收和储藏硝酸盐作为最终的电子受体。2．异染颗粒蓝色浸染呈紫红色，化学本质——多聚偏磷酸盐。磷源和能源性贮藏物3．聚b-羟基丁酸（简称PHB）颗粒能量的贮存物;调节pH。4．糖原和淀粉粒:储藏碳源和能源5．硫粒某些化能自养型硫细菌，贮存的能源物质 通常，一种细菌只含有一种或两种内含颗粒内含物:1聚－ß－羟基丁酸（PHB）类脂性质的碳源贮藏物，不溶于水，溶于有机溶剂，可用尼罗兰或苏丹黑染色，具有贮藏能量、碳源和降低细胞内渗透压等作用。Bacillusmegaterium（巨大芽孢杆菌）在合适的条件下，其体内PHB可达细胞干重的60％左右。PHB是由生物合成的高聚物，具有无毒、可塑和易降解等特点，正在大力开发应用于医用塑料和快餐盒等的优质原料2异染粒由多聚偏磷酸、核糖核酸、蛋白质、脂类及Mg2+组成，可用甲苯胺或甲烯蓝染成紫红色。一般在含磷丰富的环境中形成，具有贮藏磷元素和能量以及降低细胞渗透压等作用。*聚磷菌富含异染颗粒，可用于废水中无机磷的处理3硫粒含硫粒的细菌能利用H2S做能源，氧化H2S为硫粒积累在菌体内。当缺乏营养时，氧化体内硫粒为SO42-，从中取得能量。硫粒具有强的折光性，在光学显微镜下极易看到。*含硫粒的细菌，可以处理含H2S类的污染物④核物质（拟核、核区）：原核生物所特有的原始细胞核。细菌的核质体是一个大型反复折叠高度缠绕的环状双链DNA分子，为细菌遗传物质。核区没有外膜（这是原核生物与真核生物一个主要的区别之处）细菌的特殊结构:常见的细菌特殊结构有：糖被、芽孢、鞭毛等糖被：在一定条件下，有些细菌可向细胞壁表面分泌一层松散、透明的粘液状或胶质状的多糖类物质即糖被。根据糖被有无固定层次、层次薄厚可细分为荚膜;较厚（约200nm），分类特征之一粘液层菌胶团衣鞘荚膜荚膜：许多细菌能分泌一种粘性物质于细胞壁的表面，完全包围并封住细胞壁，使细菌和外界环境有明显的边缘，这层粘性物质称为荚膜。成分：主要是多糖和多肽。功能：（1）保护功能（抗干燥、抗吞食）；（2）贮藏物质（可作为细菌的碳源）；（3）在水处理中，荚膜能吸附废水中的有机物、无机固体物及胶体物，把它们吸附在细胞表面，有利于对其的吸收降解。细菌荚膜和负染色法（亦称衬托法）染色，单染后墨汁背景衬托法观察菌胶团：多个菌体外面的荚膜物质互相融合，连为一体，组成共同的荚膜，菌体包埋其中，即成为菌胶团。形成菌胶团的典型细菌为动胶菌属的细菌。［菌胶团＋吸附物（物质、其他微生物）＝活性污泥 形成菌胶团的生物作用：群体合作、阻挡原生动物的吞噬容易混淆的几个概念的区分粘液层：也是细胞壁表面的粘性物质，区别在于它与周围环境无明显的边缘；菌胶团：多个细菌个体排列在一起，由公共荚膜包藏形成一定形状的细菌集团；菌胶团的形成对于水处理有十分主要的意义，它是废水生物处理中常见的结构；鞘（衣鞘）：丝状菌形成时，在外面形成透明的硬质化的物质芽孢某些细菌在其生长发育后期或不良环境中，在细胞内形成的一个圆形或椭圆形、厚壁、折光性强、含水量低、抗逆性强的休眠构造，称为芽孢。特点：（1）壁厚，紧密结实；（2）含水量少（40％）；（3）含有DPA（2，6－吡啶二羧酸），可达干重的15％；（4）含有耐热性酶。在120－140℃还能生存几个小时。这些特征使芽孢能抵抗恶劣的环境条件，所以芽孢是抵抗外界不良环境的休眠体产芽孢细菌的种类：能否形成芽孢是细菌种的特征。能产生芽孢的细菌种类包括多种杆菌、一个属的球菌（芽孢八叠球菌）和一个属的弧菌（芽孢弧菌属）。最主要的是革兰氏阳性杆菌的两个属：好氧性的芽孢杆菌属；厌氧性的梭菌属芽孢形成的位置、形状、大小因菌种而异，在分类鉴定上有一定意义炭疽芽孢杆菌等的芽孢位于菌体中央，卵圆形、小于菌体宽度；肉毒梭菌等的芽孢位于菌体中央，椭圆形，直径比菌体大，使原菌体两头小中间大而呈梭形；破伤风梭菌的芽孢却位于菌体一端，正圆形，直径比菌体大，使原菌体呈鼓槌状芽孢的结构成熟的芽孢具有多层结构，由外到内依次为①芽孢外壁：主要成分是脂蛋白，透性差。②芽孢衣：主要含疏水性角蛋白，非常致密，通透性差。③皮层：皮层很厚，约占芽孢总体积的一半。赋予芽孢异常的抗热性。皮层的渗透压很高。④核心：由芽孢壁、芽孢膜、芽孢质和核区四部分构成，含水量极低芽孢功能（1）菌种鉴别的依据（芽孢的位置、形状、大小等）这一点在实际工作中十分有用。（2）抵抗不良环境的休眠体。由于芽孢的特点，它对不良环境，如高温、低温、干燥和有毒物质等具有较强的抗性，它处于不活动的休眠状态，一旦外界条件变好，它可萌发成为营养细胞（产芽孢细菌的保藏多用其芽孢）。由于芽孢的抗性最强，故我们在检查灭菌效果时，采用芽孢为指示，即以它作为灭菌效果是否彻底的标志。芽孢菌普遍存在于处理各类有毒废水中，并对水质净化起着十分重要的作用鞭毛：鞭毛是着生于某些细菌体表的细长、波浪形弯曲的丝状蛋白质附属物，其数目为1～10根，是细菌的运动器官主要化学成分为蛋白质，有少量的多糖或脂类鞭毛通过旋转而使菌体运动，鞭毛的运动速度很快，一般每秒可移动20～80μm鞭毛的着生方式和数目是细菌分类鉴定的重要指标鞭毛运动是趋性运动，如趋光性、趋氧性、趋磁性等污水、废水生物处理中的二沉池，沉淀效果与细菌悬液的稳定性密切相关；可采取投加强电解质等方式改善活性污泥的沉淀效果 放线菌;放线菌是具有菌丝、以孢子进行繁殖、革兰氏染色阳性的一类原核微生物，属于真细菌范畴。多数为腐生菌，少数为寄生菌在形态上具有分枝状菌丝、菌落形态与霉菌相似，以孢子进行繁殖介于细菌与丝状真菌之间又接近细菌的一类丝状原核生物放线菌实际上是属于细菌范畴内的原核微生物，只不过其细胞形态为分枝状菌丝放线菌特点;单细胞，大多由分枝发达的菌丝组成；菌丝直径与杆菌类似，约1mm；细胞壁组成与细菌类似，革兰氏染色阳性（少数阴性---枝动菌属）；细胞的结构与细菌基本相同。---菌丝体按形态和功能可分为营养、气生和孢子丝三种。分布特点以及与人类的关系放线菌常以孢子或菌丝状态极其广泛地存在于自然界，土壤中最多，其代谢产物使土壤具有特殊的泥腥味。能产生大量的、种类繁多的抗生素（其中90%由链霉菌产生）有的放线菌可用于生产维生素、酶制剂；此外，在甾体转化、石油脱蜡、烃类发酵、污水处理等方面也有应用。少数寄生型放线菌可引起人、动物（如皮肤、脑、肺和脚部感染）、植物（如马铃薯和甜菜的疮痂病）的疾病。特征：丝状分枝、多核、单细胞（细胞核之间没有分隔）Ppt图片:营养菌丝，气生菌丝，孢子丝各自的概念及位置孢子丝的形状和在气生菌丝上的排列方式，是种的特征，是分类鉴定的依据。分生孢子的颜色也是分类的依据放线菌的菌落形态放线菌的菌落是由一个分生孢子或一段营养菌丝生长繁殖而来的，许多菌丝相互缠绕，导致其菌落质地紧密，坚硬，表面呈绒状或密实、干燥、多皱。由于营养菌丝潜入培养基内，其菌落不易被挑起。诺卡氏菌由于其营养菌丝断裂成杆状或类球菌，其菌落质地松散，易挑取放线菌的繁殖：孢子繁殖→无性繁殖孢子是放线菌的“种子”（无性）。孢子对于不良的外界环境有较强的抵抗力。散落的孢子遇到适宜条件就萌发长出菌丝。菌丝分枝再分枝，最后形成网状的菌丝体放线菌在生产实际中的应用放线菌的分布：以在土壤中较多。医学上的应用：产生各种抗生素，如链霉素等。在环境治理上：在有机固体废弃物堆肥发酵及水生物处理中有应用。如将诺卡氏菌应用于含CN-废水的治理 真核微生物真核原生生物界的原生动物、藻类；真菌界的霉菌、酵母菌及伞菌；动物界中的微型后生动物，如轮虫、线虫等。存在于水体中的原生动物有三个纲：鞭毛纲、肉足纲和纤毛纲原生动物的一般特征;原生动物概念细胞特点：原生动物是动物中最原始、最低等、结构最简单的单细胞动物。为单细胞，没有细胞壁，形体微小10～300μm，形态多样，没有器官分化，由高度分化的细胞器完成各种生理功能根据原生动物获取营养的方式:1.全动性营养吞食其他生物或有机颗粒。绝大多数原生动物为全动性营养2.植物性营养,依靠光合作用合成有机物。有色素的原生动物.3.腐生性营养依靠体表吸收可溶性的有机物。某些无色鞭毛虫和寄生的原生动物原生动物的繁殖：其繁殖方式有无性繁殖和有性繁殖两种方式:无性繁殖--原生动物的无性繁殖有几种不同方式：主要为二分裂法（大多数为横分裂，也有纵分裂(鞭毛虫类)）、出芽生殖（吸管虫）、多分裂法（寄生的孢子虫）。裂殖包括核分裂和细胞质分裂两种类型：核与细胞质同步分裂；核先于细胞质分裂。出芽生殖:一些有壳变形虫从壳内挤出一团裸露物质，类似发芽。裸露物离开母体后能产生新壳，从而发育成新的个体，这种过程称为生芽方式。多分裂法：有些多核原生动物靠原质团分割繁殖，原质团分割成两块或多块，细胞核几乎平均分配到两个或多个子细胞内有性繁殖--有性生殖分同配生殖与结合生殖两种方式。有性繁殖：在环境条件差时出现。草履虫有性生殖污水生物系统的分带和指示种类 当有机污染物排入河流后，在排污点的下游进行着正常的自净过程。沿着河流方向形成一系列连续的污化带，例如：多污带、α-中污带、β-中污带和寡污带，这是根据指示生物的种群、数量及水质划分的。(p261)1、多污带位于排污口之后的区段，水呈暗灰色，很浑浊，含大量有机物，为厌氧状态，水生生物的种类很少，但数量很大，细菌是这一带的主要生物2、α-中污带在多污带的下游，溶解氧少，有机物量减少，生物种类仍极有限，主要还是细菌，真菌也很多3、β-中污带在α-中污带之后，有机物较少，溶解氧浓度升高，细菌数量减少，生物种类极为多样。4、寡污带在β-中污带之后，它标志着河流自净过程已完成，有机物全部无机化，生物组成较β-中污带更为多样5、活性污泥就是由细菌、原生动物等微生物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起形成的具有强吸附分解有机物能力的絮状体颗粒存在于水体中的原生动物有三个纲：鞭毛纲、肉足纲和纤毛纲。鞭毛虫多在多污带或α－中污带生活在污水生物处理系统中，活性污泥培养初期或在处理效果差时鞭毛虫大量出现，可作为污水处理的指示生物。肉足虫喜欢在α－中污带或β－中污带的自然水体中生活。在污水生物处理系统中，则在活性污泥培养中期出现。吸管虫多在β－中污带出现，有的也能在α－中污带和多污带，在污水处理效果一般时出现。纤毛纲中的游泳型纤毛虫多数在α－中污带或β－中污带，少数在寡污带中生活。在污水生物处理中，在活性污泥培养中期或在处理效果较差时出现。固着型的纤毛虫，尤其是钟虫，喜欢在寡污带中生活，在β－中污带也能生活，它是水体自净程度高、污水生活处理效果好的指示生物。纤毛虫的生命特征：纤毛摆动使虫体前端的水形成旋涡，有机颗粒和细菌被集中沉积至胞口处进入体内，形成食物泡，食物泡随细胞质流动而移动，并逐渐被消化、吸收，这种“沉渣取食”的进食方式，在废水生物处理中，对出水水质的澄清，起了一定的作用。虫体内具有伸缩泡，多余的水分及代谢产物不断进入伸缩泡，并通过它的收缩而排出体外，起着维持体内水分平衡的作用。纤毛虫分为游泳型和固着型两种类型。游泳型：这类纤毛虫借助虫体周围长有的纤毛而自由游动。固着型：个体或群体，具有纤毛带，多数有柄，营固着生活，有肌丝，能收缩。有大核（营养核）和小核（生殖核）。如钟虫、累枝虫等群体钟虫：缩虫、盖虫、累枝虫另外有一类是吸管虫，幼体有纤毛，成虫纤毛消失，具有吸管作为捕食细胞器，靠一根柄固着生活，营全动性营养，生殖为有性生殖和出芽生殖原生动物孢囊：在正常的环境条件下，原生动物都能保持自己的形态特征。若环境条件变坏（如干燥、温度或pH不宜、溶解氧不足、缺少食物等），原生动物会形成胞囊。胞囊是原生动物抵抗不良环境的一种休眠体孢囊形成;先是虫体变圆，鞭毛、纤毛或伪足等细胞器缩入体内或消失，细胞水分陆续由伸缩泡排出，虫体缩小，最后伸缩泡消失，分泌一种胶状物质于体表，而后凝固形成胞壳。胞壳有两层，外层较厚，表面凸起，内层薄而透明所有原生动物在污水生物处理过程中都起指示生物的作用。一旦形成胞囊，就可判断污水处理不正常原生动物在污水生物处理中的作用： 净化作用：原生动物能吞食细菌和有机颗粒.絮凝作用：纤毛虫等能分泌一些有助于活性污泥絮凝的糖类物质等。指示作用：能指示污水生物处理的效果，反映构筑物运转情况的好坏。霉菌形态和大小：由分支和不分支的菌丝交织在一起形成菌丝体。菌丝分为营养菌丝和气生菌丝，气生菌丝上长出分生孢子梗和分生孢子。菌丝直径约3~10μ区别霉菌和放线菌：真核与原核、菌丝的粗细（放线菌为0.2~0.8μ）、孢子囊与孢子丝细胞结构：霉菌细胞由细胞壁、细胞质膜、细胞核、细胞质及内含物等组成。大多数霉菌的细胞壁含有几丁质，少数有纤维素。大多数为多细胞（菌丝内有横隔膜），少数为单细胞（菌丝内没横隔膜）繁殖方式：有性生殖和无性生殖（产生分生孢子），也可借助菌丝的片段繁殖培养特征：在固体培养基上，霉菌的菌落呈圆形、绒毛状、絮状或蜘蛛网状。菌落大，有无限生长的能力（蔓延至整个平板）。菌落疏松，易挑取。色彩，孢子有不同形状、结构和颜色，可使各种霉菌菌落呈现不同结构和色泽。霉菌可产生水溶性色素和非水溶性(脂溶性)色素。偏酸型pH4.5~6.5，温度20~30℃，腐生（异养），好氧。分类;霉菌分属于藻菌纲、担子菌纲、子囊菌纲和半知菌纲单细胞霉菌且多细胞霉菌有6属1如何区分放线菌与霉菌的菌落？P76：4、53.霉菌包括哪些微生物？它们在环境保护中各起什么作用？4.有几种类型的酵母菌？在环境工程中各起什么作用？ 第四章酶酶是生物体内合成的一种具有催化性能的蛋白质，它是生物催化剂酶的组成有两类：单成分酶：只含蛋白质和全酶：由蛋白质和非蛋白成分组成。非蛋白成分可以是：有机物、金属离子、有机物和金属离子通常把非蛋白成分分为辅基和辅酶，与酶蛋白结合牢固的，称为辅基，与酶蛋白结合松弛的，称为辅酶。常见的辅酶辅基课本。专性厌氧菌特有的辅酶：辅酶M、F420（辅酶420）、F430（辅酶430）等。，酶蛋白的结构分一级、二级和三级结构，少数酶具有四级结构：一级结构指多肽链本身的结构。二级结构是由多肽链形成的初级空间结构，由氢键维持；三级结构是在二级结构的基础上，多肽链进一步弯曲盘绕形成更复杂的构型。四级结构是由几个或几十个亚基形成，亚基是由一条或几条多肽链在三级结构基础上形成的小单位。酶的活性中心：酶蛋白分子中与底物结合，并起催化作用的小部分氨基酸微区结合部位：酶分子中与底物结合的部位或区域一般称为结合部位催化部位:酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位。通常将酶的结合部位和催化部位总称为酶的活性部位或活性中心。结合部位决定酶的专一性。催化部位决定酶所催化反应的性质。酶的催化特性：各种生物包括细菌细胞内几乎所有生化反应都需要酶的催化。作为生物催化剂酶具有高效性、专一性、温和的催化条件等优点，同时由于酶的化学本质是蛋白质，因而也有容易失活的缺点。酶催化效率高的原因：降低反应的活化能，催化效率一般是无机催化剂的107~1013倍。酶催化的专一性：绝对专一性：只作用于一种底物，对其他物质不起作用。相对专一性：对底物要求不十分严格。可作用于一类结构相近的底物。立体异构专一性：底物具有立体异构体时，酶只能作用于其中一种。.酶催化作用的本质：降低反应活化能酶催化作用的中间产（络合）物学说：①在酶催化的反应中，第一步是酶与底物形成酶－底物中间复合物。当底物分子在酶作用下发生化学变化后，中间复合物再分解成产物和酶。E+S====E-S¾¾®P+E②许多实验事实证明了E－S复合物的存在。E－S复合物形成的速率与酶和底物的性质有关。.酶与底物结合形成中间络合物的方式（理论）：锁钥假说和诱导契合假说酶所催化的反应速度----单位时间内底物的消失量或产物的生成量酶活力----在温度25℃、最适pH、最适的缓冲溶液和最佳底物浓度等诸条件下，每分钟能使1微摩尔的底物转化的酶量为一个酶活力单位比活力----在固定条件下，每毫克酶蛋白或每毫升酶液所具有的酶活力酶促反应的动力学方程米氏方程影响酶活力的因素:底物浓度，酶浓度，PH，温度，激活剂，抑制剂酶催化的条件 微生物的营养营养物质:能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物质营养:微生物获得和利用营养物质的过程营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程新陈代谢过程：微生物从外界不断地摄取营养物质，经过一系列的生物化学反应，转变成细胞的组分，同时产生废物并排泄到体外，这个过程称为新陈代谢（简称代谢）。同化作用（物质合成，吸收能量）和异化作用（物质分解，释放能量。两者是相辅相成的：异化作用为同化作用提供物质基础和能量，同化作用为异化作用提供基质微生物化学组成:水：体内水是生命活动不可缺少的重要物质，它是多种物质的良好溶剂，各种生理活动都离不开水。干物质：其中有机物占干重的90-97%，无机物占3-10%；有机物主要是蛋白质、糖类（碳水化合物）、核酸、脂类等，无机物则是各类元素元素组成:C、H、O、N：为所有生物体的有机元素。在生物体内大量存在，占90-97%，是组成有机体的主要元素，除此之外的元素为矿质元素，又可分为：大量元素：包括P、S、K、Na、Ca、Mg、Cl等。它们与细胞结构，物质组成，能量转移，原生质胶体状的维持等有关。微量元素：包括Fe、Cu、Mn、B、Mo、Co、Si等，含量极微，但却是不可缺少的，具有一些特殊的功能，如酶的激活等。微生物的营养物及营养类型：五要素：水、碳素营养源、氮素营养源、无机盐、生长因子水：水是微生物机体的组成部分，同时又是微生物代谢过程中必不可少的水的功能：①起到溶剂与运输介质的作用②参与细胞内一系列化学反应③维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象④热的良好导体；⑤通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构结合水和游离水，不同细胞及不同细胞结构中游离水的含量有较大差别，碳源和氮源凡能供给微生物碳素营养的物质，称为碳源:分为无机含碳化合物，有机含碳化合物碳源的主要作用:是构成微生物细胞的含碳物质(碳架)和供给微生物生长、繁殖及运动所需要的能量，充当碳源的物质，往往同时又是能量的提供者（自然界中含碳的有机物，一般都含有较高的能量，在被分解时能释放出来，为微生物所利用）微生物最好的碳源是糖类，尤其是葡萄糖、蔗糖，它们最易被微生物吸收和利用。许多碳源可同时作能源。微生物细胞中的碳素含量相当高，占干物质质量的50%左右。可见，微生物对碳素的需求量最大氮源凡是能够供给微生物氮素营养的物质称为氮源。分为无机氮，有机氮氮源的作用：1）提供合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸，以及含氮代谢物等的原料2）少数细菌可以铵盐、硝酸盐等氮源为能源根据对氮源要求的不同，将微生物分为4类：（1）固氮微生物：这类微生物能利用空气中的氮分子(N2)合成自身的氨基酸和蛋白质。如固氮菌、根瘤菌和固氮蓝藻（2）利用无机氮作为氮源的微生物：能利用氨(NH3)、铵盐(NH4+)、亚硝酸盐 (NO2-)、硝酸盐(NO3-)的微生物有亚硝化细菌、硝化细菌、大肠杆菌、产气杆菌、枯草杆菌、铜绿色假单胞菌、放线菌、霉菌、酵母菌及藻类等（1）需要某种氨基酸作为氮源的微生物：这类微生物叫氨基酸异养微生物。如乳酸细菌、丙酸细菌等。它们不能利用简单的无机氮化物合成蛋白质，而必须供给某些现成的氨基酸才能生长繁殖（2）从分解蛋白质中取得铵盐或氨基酸的微生物：这类微生物如氨化细菌、霉菌、酵母菌及一些腐败细菌，它们都有分解蛋白质的能力，产生NH3、氨基酸和肽，进而合成细胞蛋白质蛋白氮必须通过水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才能被机体利用，这种氮源叫迟效氮源无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有机氮源可以直接被菌体吸收利用，这种氮源叫做速效氮源。速效氮源，通常有利于机体的生长，迟效氮源有利于代谢产物的形成微生物利用氮的方式ppt无机盐：定义：为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的多种重要元素（包括大量元素和微量元素）的物质，多以无机盐的形式供给。大量元素，微量元素一般微生物生长所需要的无机盐有：硫酸盐、磷酸盐、氯化物以及含有钠、钾、镁、铁等金属元素的化合物无机盐的生理作用以及无机盐的生理作用ppt生长因子:定义:是一类对微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大，但微生物自身不能用简单的碳源或氮源合成，或合成量不足以满足机体生长需要的有机营养物质。不同微生物需求的生长因子的种类和数量不同生长因子包括：维生素，氨基酸，嘌呤、嘧啶等类物质最早发现的生长因子是维生素，目前已经发现许多维生素都能起生长因子的作用。维生素大部分是构成酶的辅基或辅酶，需要量很少，但是缺少维生素微生物不能正常生长第58，59张ppt微生物的营养类型1根据生长时能量的来源不同光能营养型生物：体内含有光合色素，能进行光合作用，得到能源化能营养型生物：不具色素，不能进行光合作用，依靠氧化化合物释放的能量进行生长动物和大部分微生物属于化能营养型生物，它们从物质的氧化过程中获得能量。植物和少部分微生物属于光能营养型生物2根据微生物对各种碳素营养物的同化能力的不同，可把微生物分为无机营养微生物和有机营养微生物两种凡是有光合色素的微生物，例如藻类、光合细菌及原生动物中的植物性鞭毛虫，均属于无机营养微生物自养型微生物又分为光能自养型微生物和化能自养型微生物光能自养型微生物：以C02作为唯一碳源或主要碳源，并利用光能，以无机物如硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机硫化物作为供氢体将CO2还原成细胞物质，同时产生元素硫。光能CO2＋H2S[CH2O]+2S+H2O 光合色素光能自养型微生物包括蓝细菌（含叶绿素）、红硫细菌和绿硫细菌等少数微生物（含细菌叶绿素），由于含有光合色素，因而能使光能转变成化学能（ATP），供机体直接利用化能自养型微生物以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源，合成有机物所需的能量来自于它们氧化S、H2S、H2、NH3、Fe等时，通过氧化磷酸化产生的ATP：这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌。它们在自然界物质转换过程中起着重要的作用。有机营养微生物也称为异养微生物这类微生物具有的酶系统不如自养微生物完备，它们只能利用有机碳化合物作为碳素营养和能量来源。糖类、脂肪、蛋白质、有机酸、醇、醛、酮及碳氢化合物、芳香族化合物等都可作为异养微生物的碳素营养异养微生物有腐生性和寄生性两种，前者占大多数。大部分细菌、放线菌、酵母菌、霉菌、病毒等属于有机营养微生物异养微生物又分为光能异养微生物和化能异养微生物光能异养型微生物：利用光为能源，以简单有机物（醇、有机酸等）为供氢体，同化CO2合成有机物。CH3│光能CO2+2CH2-CHOH----→[CH2O]+2CH3COCH3+H2O菌绿素例：红螺菌属（Rhodospirillum化能异养微生物：生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能；生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。它们包括绝大多数的细菌、放线菌及全部的真菌混合营养微生物混合营养微生物是既可以利用无机碳(CO2、CO32-等)作为碳素营养，又可以利用有机碳化合物作为碳素营养，即为兼性自养微生物。例如，氢细菌属、贝日阿托氏菌属、发硫菌属、亮发菌属、新型硫杆菌、反硝化硫杆菌，上述细菌既可以S、H2S为能源，也能以低浓度的乙酸钠、琥珀酸及葡萄糖为能源和碳源。据报导，硝化细菌的某些株能以乙酸为碳源。微生物往往首先利用现成的容易被吸收利用的有机物质氮磷比 物质运输的方式：营养物质进入微生物细胞的方式（跨膜运输）微生物没有专门的摄食器官或细胞器（原生动物、微型后生动物除外）。各种营养物质需要通过细胞质膜的功能进入细胞单纯扩散、促进扩散、主动运输、基团转位单纯扩散：物理过程，被输送的物质，靠细胞内外浓度差为动力，以透析或扩散的形式从高浓度区向低浓度区的扩散。特点：①扩散是非特异性的营养物质吸收方式：如营养物质通过细胞膜中的含水小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内扩散；②在扩散过程中营养物质的结构不发生变化：即既不与膜上的分子发生反应，本身的分子结构也不发生变化；③物质运输的速率较慢：速率与胞内外营养物质的浓度差有关，即随细胞膜内外该物质浓度差的降低而减小，直到胞内外物质浓度相同；④不需要载体参与，扩散是一个不需要代谢能的运输方式。因此，物质不能进行逆浓度运输。运送的养料有限：限于水、溶于水的气体，及分子量小，脂溶性、极性小的营养物质。促进扩散:营养物通过与细胞膜上载体蛋白（也称作渗透酶）的可逆性结合来加快其传递速度。特点：在促进扩散过程中：营养物质本身在分子结构上也不会发生变化不消耗代谢能量，故不能进行逆浓度运输运输的速率由胞内外该物质的浓度差决定需要细胞膜上的载体蛋白（渗透酶）参与物质运输被运输的物质与载体蛋白有高度的特异性养料浓度过高时,与载体蛋白出现饱和效应促进扩散的运输方式多见于真核微生物中，例如通常在厌氧生活的酵母菌中，某些物质的吸收和代谢产物的分泌是通过这种方式完成的前二种方式是被动运输方式主动运输：在代谢能的推动下，通过膜上特殊载体蛋白逆养料浓度梯度吸收营养物质的过程特点：物质在主动运输的过程中：需要消耗代谢能可以进行逆浓度运输的运输方式需要载体蛋白参与对被运输的物质有高度的立体专一性被运输的物质在转移的过程中不发生任何化学变化不同的微生物在主动运输过程中所需的能量的来源不同，好氧微生物中直接来自呼吸能，厌氧微生物主要来自化学能，光合微生物中则主要来自光能主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式。如：氨基酸、糖、Na+、K+、硫酸盐、磷酸盐及有机酸等基团转位；基团转位是一种特殊的主动运输，与普通的主动运输相比，营养物质在运输的过程中发生了化学变化（糖在运输的过程中发生了磷酸化）。其余特点与主动运输相同。基团转位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌中，也主要是用于单（或双）糖与糖的衍生物，以及核苷与脂肪酸的运输运送机制:是依靠磷酸转移酶系统包括非特异性的酶1、与糖特异性结合的酶2及高能磷酸的 载体——热稳定蛋白（HPr）.运送步骤:1.热稳载体蛋白(HPr)的激活细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的磷酸基团把HPr激活。酶1PEP+HPr丙酮酸+P-HPrHPr是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在细胞膜上，具有高能磷酸载体的作用。2、糖被磷酸化后运入膜内膜外环境中的糖先与外膜表面的酶2结合，再被转运到内膜表面。这时，糖被P-HPr上的磷酸激活，并通过酶2的作用将糖-磷酸释放到细胞内。酶2P-HPr+糖糖-P+HPr酶2是一种结合于细胞膜上的蛋白，它对底物具有特异性选择作用，因此细胞膜上可诱导出一系列与底物分子相应的酶2四种运送营养方式的比较比较项目单纯扩散促进扩散主动运输基团移位特异载体蛋白无有有有运送速度慢快快快溶质运送方向由浓至稀由浓至稀由稀至浓由稀至浓平衡时内外浓度内外相等内外相等内部高内部高运送分子无特异性特异性特异性特异性能量消耗不需要不需要需要需要运送前后溶质分子不变不变不变改变载体饱和效应无有有有与溶质类似物无竞争性有竞争性有竞争性有竞争性运送抑制剂无有有有运送对象举例水、O2糖、SO42-氨基酸、乳糖葡萄糖、嘌呤代谢产能代谢与生物氧化（呼吸作用）的关系生物氧化的概念:发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应的总称生物氧化（呼吸作用）的本质——氧化还原作用的统一过程，这过程中有能量的产生和转移微生物的生物氧化有三类：发酵、好氧呼吸和无氧呼吸。无论是哪一种类型，其本质都是氧化还原反应，即在化学反应中一种物质失去电子而被氧化，另一种物质得到电子而被还原，微生物从中获得生命活动需要的能量生物氧化还原过程不同于一般的化学氧化还原过程，有以下几个差别：在酶的作用下，常温常压的温和条件；复杂有机物被氧化成二氧化碳、水和其他简单的物质；多步反应，产生许多中间产物；同时吸收和同化各种营养物质； 产生能量供给生物（热能、合成、生命活动）。生物能量的转移中心——ATP：在微生物的生物氧化过程中，底物的氧化分解产生能量；同时，微生物将能量用于细胞组分的合成。在这两者之间存在能量转移的中心，即ATP。ATP是在发酵、好氧呼吸及无氧呼吸中生成的。微生物（包括各种生物）的能量的产生和转移都是通过ATP进行的。ATP中的能量，通过与ADP的转换吸收或释放：ADP+Pi→ATP和AMP+2Pi→ATPPi：H3PO4分子由反应式可知：ADP是能量的载体，ATP是能量库。ATP含高能磷酸键，它水解释放出高能键，每一个高能键含31.4KJ的能量。ATP只是一种短期的贮能物质。若要长期贮能，还需转换形式。如果有过剩的ATP，大多数微生物会将其能量转化到储能物中去，如PHB(聚β-烃基丁酸)、异染粒、淀粉、肝糖、糖原及硫粒等，以备缺乏营养和能源时用生物氧化的内容在微生物体系中，能量的释放、ATP的生成都是通过生物氧化实现的。根据最终电子受体（或最终受氢体），可划分为3种类型：发酵--以分解过程中的中间代谢产物(低分子有机物)为最终电子受体好氧呼吸--以O2为最终电子受体无氧呼吸--以除O2外的无机化合物，如NO2-、NO3-、SO42-、CO32-及CO2等作为最终电子受体发酵：在无外在电子受体时，微生物氧化一些有机物。有机物仅发生部分氧化，以它的中间代谢产物(即分子内的低分子有机物)为最终电子受体，释放少量能量，其余的能量保留在最终产物中以葡萄糖的酵解为例，葡萄糖的逐步分解称糖酵解(即EMP途径或E-M途径)。糖酵解几乎是所有具有细胞结构的生物所共有的主要代谢途径以葡萄糖的乙醇发酵为例，可分为两大步（1）不涉及氧化还原反应的预备性反应：葡萄糖（C6H12O6）→→→3-磷酸甘油醛；（2）有氧化还原的反应：→→丙酮酸（CH3COCOOH）→乙醛（CH3CHO）、（二氧化碳）→乙醇（CH3CH2OH）。通过底物磷酸化，得到ATP。1mol的葡萄糖，可以得到2mol的ATP、2mol的乙醇和2mol的二氧化碳 从丙酮酸开始，通过各种微生物不同的发酵作用，产生各种不同的产物。如：混合酸发酵、丁二醇发酵、丙酸发酵等好氧呼吸：在分子氧存在的条件下，以O2为最终电子受体，底物被全部氧化成CO2和H2O，并产生ATP。底物氧化释放的电好氧呼吸能否进行，取决于O2的体积分数能否达到0.2%（为大气中O2的体积分数21%的1%）。O2的体积分数低于0.2%，好氧呼吸不能发生子首先转移给NAD，使之成为NADH2，然后再转移给电子传递体系，最终到达分子氧O2。以葡萄糖为例，葡萄糖的氧化分解分两阶段（1）经EMP途径，形成中间产物——丙酮酸。C6H12O6→→→2CH3COCOOH。产生2NADH2和4ATP，并消耗2ATP。此步同在发酵中的过程（2）丙酮酸的有氧分解，经过三羧酸（TCA）循环得到分解丙酮酸→乙酰辅酶A和1mol的NADH2，然后进入TCA循环，被彻底氧化分解，产生NADH2和CO2等糖、蛋白质和脂肪水解及三羧酸循环的关系课本呼吸链（电子传递体系）：有氧呼吸中传递电子的一系列偶联反应，由NAD或NADP、FAD或FMN、辅酶Q、细胞色素等组成其功能是传递电子和产生ATP。其在细胞中的位置：真核细胞是线粒体，原核细胞是细胞质膜在好氧呼吸中，由EMP和TCA途径产生的H（NADH2和FADH2），通过电子传递体系（呼吸链），最终到达分子氧，形成H2O。在这一传递过程中，产生ATP。（称为氧化磷酸化好氧呼吸中的电子传递体系（呼吸链） 总反应过程：C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+38ATP=38（mol）ATP释放的总能量约2876KJ，能量利用效率为31.4×38/2876=42%。其余的能量变成热能耗散，所以好氧呼吸氧化彻底，能量利用效率高无氧呼吸：在电子传递体系中，氧化NADH2时的最终电子受体不是氧气，而是除O2外的无机化合物，如NO2-、NO3-、SO42-、CO32-及CO2等。无氧呼吸的氧化底物一般为有机物，如葡萄糖、乙酸和乳酸等，它们被氧化为CO2，有ATP产生反硝化作用，或硝酸盐还原作用：以NO3-为最终电子受体的情况C6H12O6+6H2O→6CO2+24H24H+4NO3-→12H2O+2N2，总反应：C6H12O6+4NO3-→6CO2+2N2+6H2O+能量，释放总能量为1756kJ,得到2ATP以其他无机氧化物为最终电子受体的情况：以SO42-为最终电子受体如：2CH3CHOHCOOH+H2SO4----2CH3COOH+2CO2+H2S+2H2O+1125kJ以CO2和CO为最终电子受体：如：2CH3CH2OH+CO2----CH4+2CH3COOH4H2+CO2----CH4+2H2O3H2+CO----CH4+H2O微生物的合成代谢pptP161：3酶的催化作用有哪些特性，并解释酶作用专一性机理？P161：6简述微生物的营养类型及其区别？什么叫培养基？简述培养基的配制原则。营养物质进入微生物细胞的方式有哪些？它们有什么区别？ 微生物的生长繁殖：生长：单个生物个体由小到大的增长，即表现为细胞组分与结构在量方面的增加繁殖：个体数目增加单细胞生物的生长和繁殖：在单细胞微生物中，生长繁殖的速度很快，而且两者始终交替进行，个体生长与繁殖的界限难以划清，因此实际上常以群体生长作为衡量微生物生长的指标群体生长的实质包含着个体细胞生长与繁殖交替进行的过程单细胞生物的繁殖：裂殖、芽殖、孢子繁殖等多细胞生物的生长和繁殖：多细胞微生物的生长只是细胞数目增加，不伴随个体数目增加。如果不但细胞数目增加，个体数目也增加，则称为多细胞微生物的繁殖世代时间：单细胞微生物的世代时间：两次细胞分裂之间的时间，多细胞生物的世代时间：两次繁殖之间的时间世代时间的大小反映了一种微生物繁殖速度的快慢，不同种的微生物，其生长繁殖速度不同。原核微生物的繁殖速度一般比真核微生物快研究微生物生长的方法：两种，连续和分批分批培养：将少量的细菌接种到一定体积的液体培养基中，在适宜的条件下培养，最后一次性收获的过程。生长曲线：在不补充营养物质或移去培养物，保持整个培养液体积不变条件下，以时间为横坐标，以菌数为纵坐标，根据不同培养时间时细菌数量的变化，可以作出一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线。生长曲线：细菌在新的适宜的环境中生长、繁殖、衰老、死亡的动态变化根据细菌生长繁殖速率，将生长曲线分四个阶段迟滞期:缓慢期（延迟期、滞留适应期）将少量菌种接入新鲜培养基后，在开始一段时间内菌数不立即增加，或增加很少，生长速度接近于零。迟缓期的特点：分裂迟缓、代谢活跃。产生原因：（1）接种时的机械损伤引起（2）细胞分裂必需因子的缺乏对数期：以最大的速率生长和分裂，细菌数量呈对数增加特点：（1）代谢活性强（2）世代时间短而稳定细菌内各成分按比例有规律地增加，表现为平衡生长。对数生长期的细菌个体形态、化学组成和生理等特性较一致，代谢旺盛、生长迅速、代时稳定，所以是研究微生物基本代谢的良好材料。它也常在生产上用作种子，使微生物发酵的迟缓期缩短，提高经济效益。n表示繁殖世代数；X1为对数期t1时的菌数；X2为对数期t2时的菌数，X2=2nX1稳定期:原因：由于营养物质消耗，代谢产物积累和pH等环境变化，逐步不适宜于细菌生长，导致生长速率降低直至零(即细菌分裂增加的数量等于细菌死亡数量)，结束对数生长期，进入稳定生长期。特点：（1）细菌数量增加率为0。（2）部分细菌大量积累代谢产物 获得更多的菌体物质或代谢产物采取措施：补充营养物质或取走代谢产物或改善培养条件，如对好氧菌进行通气、搅拌或振荡等。衰亡期：现象：细菌代谢活性降低，细菌衰老并出现自溶，产生或释放出一些产物，如氨基酸、转化酶、外肽酶或抗生素等。细胞呈现多种形态，有时产生畸形，细胞大小悬殊，有些革兰氏染色反应阳性菌变成阴性反应等。特点：（1）菌体活性降低、大量死亡；（2）细胞畸变、自溶（3）革兰氏染色不稳定该时期死亡的细菌以对数方式增加，但在衰亡期的后期，由于部分细菌产生抗性也会使细菌死亡的速率降低。连续培养：连续培养是在微生物的整个培养期间，通过一定的方式使微生物能以恒定的比生长速率生长并能持续生长下去的一种培养方法。连续培养的基本原则：以一定流速输入新鲜培养液并流出培养物，确保流出的老菌数等于新增殖数，使培养保持对数生长的过程。连续发酵的优点：缩短发酵周期，提高设备利用率；便于自动控制；降低动力消耗及体力劳动强度；产品质量较稳定。缺点：杂菌污染和菌种退化ppt连续培养类型：恒浊培养：保持细菌培养液浊度，恒化培养：保持细菌培养液营养物质浓度不同的废水处理方法中，按照废水的水质情况，可利用不同生长阶段的微生物加以处理。问：常规活性污泥法为什么选用静止期的微生物？1对数期微生物：生长繁殖快，代谢活力强，能大量去除废水中的有机物，相应的，要求进水有机物浓度高。由于进水有机物浓度高，出水有机物浓度也相应提高，且这时期微生物不易自行凝聚成菌胶团，沉淀性能差，导致出水水质差。2静止期微生物：代谢活力比对数期差，但仍有相当的代谢活力，且生物吸附能力强，泥水分离效果好，出水水质好问：延时曝气法为什么选用衰亡期的微生物？由于低浓度有机物满足不了静止期微生物的营养要求，处理效果不好。若采用延时曝气法，延长水力停留时间，适当增加进水量，提高有机负荷，满足微生物的营养要求，从而取得较好的处理效果。总结:常规活性污泥法：利用静止期；生物吸附法：静止期；高负荷活性污泥法：对数期和静止期；延时曝气法(氧化沟)：衰亡期。 古今名言敏而好学，不耻下问——孔子业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随——韩愈兴于《诗》，立于礼，成于乐——孔子己所不欲，勿施于人——孔子读书破万卷，下笔如有神——杜甫读书有三到，谓心到，眼到，口到——朱熹立身以立学为先，立学以读书为本——欧阳修读万卷书，行万里路——刘彝黑发不知勤学早，白首方悔读书迟——颜真卿书卷多情似故人，晨昏忧乐每相亲——于谦书犹药也，善读之可以医愚——刘向莫等闲，白了少年头，空悲切——岳飞发奋识遍天下字，立志读尽人间书——苏轼鸟欲高飞先振翅，人求上进先读书——李苦禅立志宜思真品格，读书须尽苦功夫——阮元非淡泊无以明志，非宁静无以致远——诸葛亮熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟——孙洙《唐诗三百首序》书到用时方恨少，事非经过不知难——陆游问渠那得清如许，为有源头活水来——朱熹旧书不厌百回读，熟读精思子自知——苏轼书痴者文必工，艺痴者技必良——蒲松龄 声明访问者可将本资料提供的内容用于个人学习、研究或欣赏，以及其他非商业性或非盈利性用途，但同时应遵守著作权法及其他相关法律的规定，不得侵犯本文档及相关权利人的合法权利。谢谢合作！