水處理生物學(xué)第二章細(xì)菌的生理特性1

第二章細(xì)菌的生理特性生理特性2-1細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)2-2酶及其作用2-3細(xì)菌的呼吸2-4其他環(huán)境因素對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)的影響生理特性生理——生命活動(dòng)機(jī)理（食、?。┥顒?dòng)——營(yíng)養(yǎng)、呼吸、環(huán)境條件營(yíng)養(yǎng)物及其獲取方式——營(yíng)養(yǎng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝（產(chǎn)能方式）——呼吸那些環(huán)境因素使細(xì)菌病、死？——環(huán)境條件營(yíng)養(yǎng)物的種類、用途及營(yíng)養(yǎng)物的吸收方式水、鹽、“糧食”異養(yǎng)－自養(yǎng)；吸收方式—四種如何代謝？不同代謝類型的細(xì)菌分類光能—化能；好氧—厭氧；寄生—腐生！學(xué)會(huì)養(yǎng)細(xì)菌食（營(yíng)養(yǎng)、呼吸）?。ōh(huán)境條件—環(huán)境因素對(duì)細(xì)菌的影響）溫度、電位、pH、滲透壓、光線、毒物學(xué)會(huì)養(yǎng)好細(xì)菌（其他微生物與之類似）第一節(jié)細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)

提問：如何知道細(xì)菌所需的營(yíng)養(yǎng)物種類呢？單因子或復(fù)合因子培養(yǎng)試驗(yàn)、由細(xì)胞化學(xué)組成進(jìn)行推斷。有機(jī)物：碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、DNA、RNA等。一、細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)物組成及生理功能

傳統(tǒng)上根據(jù)功能不同對(duì)營(yíng)養(yǎng)物歸類水、無機(jī)鹽和碳源、氮源、能源、生長(zhǎng)因子等。

（一）水提問：水對(duì)細(xì)菌有哪些作用？1)溶劑作用（所有物質(zhì)都必須先溶于水，才能參與生化反應(yīng)）2)參與生化反應(yīng)(如脫水、加水反應(yīng))3)運(yùn)輸物質(zhì)的載體4）維持和調(diào)節(jié)一定的溫度（二）無機(jī)鹽

陰離子鹽：磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽。陽離子鹽：氨、鉀、鈉、鈣、鎂、鐵的鹽P和S、Fe、Mg的需求量較大同時(shí)還需要鋅、錳、鈷、鋁、銅、硼、釩、鎳等微量元素。

提問：無機(jī)鹽的功能是什么？1)構(gòu)成細(xì)胞的組成成分（DNA-磷）2)酶的組成成分（輔基）；3)酶的激活劑（Mg2+，K+）；4）維持一定的滲透壓。5)特殊細(xì)菌的能源；鐵細(xì)菌、硫細(xì)菌分別以鐵和硫?yàn)楫a(chǎn)能物質(zhì)。（三）碳源和能源種類？有機(jī)物、無機(jī)碳化合物隨細(xì)菌不同，各有偏好細(xì)菌最喜好的碳源是？供碳元素來源的物質(zhì)細(xì)菌細(xì)胞中的碳素含量占干物質(zhì)質(zhì)量的50％左右。細(xì)菌對(duì)碳素的需求量最大。碳源作用—細(xì)胞的碳骨架、大多還是能源物質(zhì)。糖尤其是葡萄糖及其多糖（四）氮源提問：哪些物質(zhì)可作為細(xì)菌的氮源？有機(jī)氮（氨基酸和蛋白質(zhì)）、無機(jī)氮（N2、NH3、銨鹽、硝酸鹽）等。實(shí)驗(yàn)室中有機(jī)氮源——蛋白胨工業(yè)投加的細(xì)菌氮源？——尿素、糞便（五）磷源和硫源磷源比較單一，主要是無機(jī)磷酸鹽或偏磷酸鹽。硫源—從還原性的S2-化合物、元素硫一直到最高氧化態(tài)的S042-化合物，都可以作為硫源。通常不缺工業(yè)污水常補(bǔ)加磷酸三鈉等。（六）生長(zhǎng)因子種類：嘌呤、嘧啶類、維生素類作用：？嘌呤和嘧啶參與合成核酸和輔酶；維生素，重要輔酶多數(shù)細(xì)菌不存在生長(zhǎng)因子問題。只有少數(shù)細(xì)菌需要外界提供現(xiàn)成的生長(zhǎng)因子，才能生長(zhǎng)，如乳酸菌需要多種維生素，因此只能生活在這些物質(zhì)供應(yīng)充足的環(huán)境，如牛奶中、腸道。——必需，但不能自身合成的有機(jī)物（七）在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意1.營(yíng)養(yǎng)要求小范圍可改變指細(xì)菌對(duì)碳源等的種類、數(shù)量一定程度上可馴化適應(yīng)（酶的誘導(dǎo)、易變異）2.“營(yíng)養(yǎng)要平衡”，存在一定比例搭配的現(xiàn)象主要是指碳氮磷的比例關(guān)系，通常稱碳氮磷比。碳氮磷比－“營(yíng)養(yǎng)平衡”根瘤菌要求碳氮比為11.5：1土壤中微生物混合群體要求碳氮比為25：1污(廢)水生物處理中好氧微生物群體(活性污泥)要求為BOD5：N：P＝100：5：1厭氧生物處理中的厭氧微生物群體要求BOD5：N：P＝100：2：0.3

為了保證污(廢)水(有機(jī)固體廢物）生物處理要按碳氮磷比配給營(yíng)養(yǎng)。城市生活污水不存在營(yíng)養(yǎng)不足的問題。但有的工業(yè)廢水缺某種營(yíng)養(yǎng)，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)量不足時(shí)，應(yīng)供給或補(bǔ)足。如酒精廢水缺？

；洗滌劑廢水？N、P缺NP過剩提問：如何知道所處理的廢水中營(yíng)養(yǎng)物供應(yīng)是否比例平衡呢？先測(cè)、對(duì)比、試驗(yàn)驗(yàn)證煉油廢水？N、P但如果工業(yè)廢水不缺營(yíng)養(yǎng)，就切勿盲目補(bǔ)充！提問：為什么？過猶不及——“嬌慣”細(xì)菌往往先利用這類現(xiàn)成的容易被吸收、利用的有機(jī)物質(zhì)，而不再利用工業(yè)廢水中難以吸收、利用的有機(jī)物，從而導(dǎo)致細(xì)菌分解特殊有機(jī)物的能力下降這與細(xì)菌馴化正好相反（反馴化）。留意！二、細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)類型碳源——組成細(xì)菌細(xì)胞的骨架無機(jī)營(yíng)養(yǎng)（自養(yǎng)）——利用無機(jī)碳源CO2、CO和CO32-有機(jī)營(yíng)養(yǎng)（異養(yǎng)）——利用有機(jī)碳源葡萄糖等根據(jù)碳源不同分為能源細(xì)菌在生命活動(dòng)中也需要能源，細(xì)菌的能源種類化學(xué)能、光能提問：哪些物質(zhì)可以產(chǎn)生化學(xué)能？有機(jī)碳源特殊的無機(jī)物（如S、Fe)提問：什么樣的細(xì)菌利用光能？含有光合色素細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)類型碳源是微生物必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，微生物利用無機(jī)碳（CO2、CO32-）[或者有機(jī)碳（碳?xì)浠衔铮作為合成細(xì)胞物質(zhì)來源的稱為自養(yǎng)[異養(yǎng)]。細(xì)菌在合成代謝過程中需要能量，能量來源于光能[氧化有機(jī)物或無機(jī)物]，能量來源成為光能[化能]。光能自養(yǎng)化能自養(yǎng)光能異養(yǎng)化能異養(yǎng)（1）光能自養(yǎng)細(xì)菌（無氧有光）只有紫硫細(xì)菌和綠硫細(xì)菌紫硫、綠硫細(xì)菌代謝方式

光照

CO2+

H2S

→[CH2O]（糖）+H2O+2S↓

菌綠素（與葉綠素大同小異）提問：在自然界的作用是什么呢？早期無氧地球，清除H2S毒物（H2S類似植物光合作用中的H2O）較潔凈的光照池塘無氧臭（H2S)區(qū)紫硫細(xì)菌湖中4m硫化物*這個(gè)深度紫硫細(xì)菌多?（2）化能自養(yǎng)細(xì)菌（有氧）提問：什么是化能自養(yǎng)菌？自養(yǎng)——碳源CO3－化能——以？物質(zhì)氧化產(chǎn)能S、H2S、H2、NH3、Fe種類：硫細(xì)菌(硫化細(xì)菌和硫磺細(xì)菌)、（亞）硝化細(xì)菌及鐵細(xì)菌、氫細(xì)菌。例如，亞硝化細(xì)菌進(jìn)行有機(jī)物合成反應(yīng)如下2NH3

+2O2

HNO2

+4H+619千焦耳ATPCO2+4H[CH2O]+H2O提問：化能自養(yǎng)細(xì)菌能用于污水處理嗎？為什么？能，脫氨、脫硫；條件容易（3）化能異養(yǎng)菌以有機(jī)物作為碳源和能源的的細(xì)菌。絕大多數(shù)的細(xì)菌都屬于化能異養(yǎng)菌。不受氧氣限制，尤其適于高濃度有機(jī)廢水（食品行業(yè)）的高效處理(*紅螺菌用于污水處理現(xiàn)狀如何?)（4）光能異養(yǎng)細(xì)菌（無氧有光）

光能+色素

有機(jī)物+CO2→菌體[CH2O]小分子有機(jī)物碳源主要指紅螺菌（有氧無光時(shí)可化能異養(yǎng)生存）

提問：在污水處理中的優(yōu)勢(shì)是什么？問題：與水分離困難，光照問題——嗜鹽紅螺菌大量滋生時(shí)的紅鹽田提問：人工投加光合細(xì)菌（PSB,紅螺菌）有利于水產(chǎn)養(yǎng)殖，原因？迅速轉(zhuǎn)化毒物（水族排泄物被細(xì)菌分解后的氨、有機(jī)酸）為高蛋白的菌體，作為魚的飼料，且不消耗氧

；優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)時(shí)能抑制水族病原菌的生長(zhǎng)三．培養(yǎng)基學(xué)以致用——養(yǎng)細(xì)菌

———水、碳源、氮源、無機(jī)鹽及生長(zhǎng)因子等細(xì)菌及其它微生物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的合理配制物1.認(rèn)識(shí)化能自養(yǎng)菌氧化硫桿菌的培養(yǎng)基粉末狀硫10gKH2PO44gMgSO40.5gCaCl20.5g(NH4)2SO40.4gFeSO40.01g水1000mL（自來水即可）提問：其中各組分作用是什么？空氣中的CO2能源磷源、緩沖物碳源是什么？氮源鹽也可補(bǔ)加一部分碳酸鈉。異養(yǎng)細(xì)菌的培養(yǎng)基中至少有一種有機(jī)物，實(shí)驗(yàn)室中通常是葡萄糖如一種大腸桿菌培養(yǎng)基葡萄糖0.5gK2HPO41gMgSO40.2gNaCl5gNH4H2PO40.4g水1000mL2.配制

通常？加水3．分類提問：根據(jù)哪些特性可以給培養(yǎng)基分類？物理狀態(tài)、用途、組分組成(一)根據(jù)物理狀態(tài)

固體培養(yǎng)基、半固體培養(yǎng)基和液體培養(yǎng)基1）液體培養(yǎng)基（“湯”）——廢水也可看作是一種廣義的液體培養(yǎng)基2）固體培養(yǎng)基（“團(tuán)”）人工做法——(與果凍方法一樣)向液體培養(yǎng)基中加入2％左右的瓊脂，加熱至100℃溶解，40℃下冷卻并凝固。石花菜(紅藻）→瓊脂瓊脂主要成份—半乳聚糖，分子量大，呈網(wǎng)狀粘著力強(qiáng)，溶解分散（溫度為96℃以上）條狀瓊脂粉末瓊脂瓊脂特性A.不能被絕大多數(shù)微生物利用、分解液化；提問：有什么好處？不作為額外碳源，干擾試驗(yàn)，保持固體特性B.高壓滅菌結(jié)構(gòu)不被破壞，且顏色透明不妨礙觀察；C.多數(shù)微生物在瓊脂培養(yǎng)基表面生長(zhǎng)并形成獨(dú)立菌落；提問：有何好處？易于純化分離3）半固體培養(yǎng)基（“膏”）半——流動(dòng)性介于固體與液體之間提問：如何制作？在液體培養(yǎng)基中加入0.5%或更低濃度的瓊脂作用：？半固體培養(yǎng)基中可以融入少量的溶解氧，因此這種培養(yǎng)基常被用于培養(yǎng)在較低氧濃度環(huán)境下才能最佳生長(zhǎng)的細(xì)菌。天然的固體培養(yǎng)基——土豆塊、培養(yǎng)真菌的麩皮、大米、大麥等。（二）根據(jù)培養(yǎng)基組分天然培養(yǎng)基、合成培養(yǎng)基和半合成培養(yǎng)基。1）合成合成——純化學(xué)試劑2）天然天然——？純生物制品(細(xì)胞提取物)如，常用的細(xì)菌肉湯培養(yǎng)基牛肉膏3g蛋白胨5g水1000mLpH7.2~7.4牛肉膏——瘦牛肉經(jīng)過加熱濃縮抽提的膏狀物（主要作碳源）優(yōu)點(diǎn)——穩(wěn)定、選擇性缺點(diǎn)——很多細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)需求較為復(fù)雜，配方獲取較難類似物如酵母膏、麥芽汁、土壤浸出液、牛奶、玉米粉優(yōu)點(diǎn)——營(yíng)養(yǎng)豐富、配制容易缺點(diǎn)？質(zhì)量不穩(wěn)定、選擇性差；3）半合成半——不純優(yōu)缺點(diǎn)介于前兩者之間，因而使用最廣。蛋白胨——?jiǎng)又参锏鞍祝ù蠖够騽?dòng)物骨粉等）經(jīng)初步酶解形成的短肽（主要作氮源）酵母膏(三)根據(jù)培養(yǎng)基用途普通型、選擇型、鑒別型普通——普適有兩種制備思路：？肉湯培養(yǎng)基牛肉膏3g蛋白胨5g水1000mLpH7.2~7.41）選擇性培養(yǎng)基選擇性——？待選的細(xì)菌能優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)①投毒法（“正－考試”）常用物質(zhì)為染料、膽汁酸鹽、金屬鹽類、酸、堿和抗生素。例如欲分離古細(xì)菌，培養(yǎng)基中通常加入青霉素（由于古細(xì)菌的細(xì)胞壁不同于普通細(xì)菌，因而不會(huì)被對(duì)破壞普通細(xì)菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的青霉素殺死），古細(xì)菌就唯一分離并存活下來。膽汁酸鹽——抑制革蘭氏陽性菌提問：它能選擇性生長(zhǎng)那種細(xì)菌？革蘭氏陰性細(xì)菌毒——選擇性的抑制劑待選細(xì)菌有抗性②投其所好法（“邪—挖墻角”）好→→→營(yíng)養(yǎng)、環(huán)境因子（1）專一性營(yíng)養(yǎng)源培養(yǎng)法待選細(xì)菌專門需要的某種碳源或氮源例如篩選纖維素分解菌選用纖維素作為培養(yǎng)基中的唯一碳源；各類降解石化廢水特殊有機(jī)物的細(xì)菌篩選通常是以這類有機(jī)物為培養(yǎng)基中的唯一碳源，將目的細(xì)菌富集篩選下來。（2）理化因素控制法理化因素——特殊的溫度、氧氣、pH、鹽度等環(huán)境條件主要用于篩選極端環(huán)境微生物。如嗜鹽、嗜熱、嗜冷、嗜酸、嗜堿等的細(xì)菌，同時(shí)也被用于選擇性培養(yǎng)好氧或厭氧細(xì)菌。嗜冷菌嗜熱菌2）鑒別培養(yǎng)基鑒別——明查分別（細(xì)菌種類）提供培養(yǎng)環(huán)境外還同時(shí)具有類似于“驗(yàn)鈔機(jī)”的作用

方法？鑒—加入指示劑（“紫光燈”）別—不同菌落制造不同的代謝物