《環(huán)境微生物學(xué)》

1、環(huán)境微生物教學(xué)環(huán)境微生物教學(xué)環(huán)境微生物學(xué)環(huán)境微生物學(xué) 目錄第一章、緒論第二章、環(huán)境中微生物的主要類群第三章、微生物的營(yíng)養(yǎng)第四章、微生物生長(zhǎng)代謝與遺傳變異第五章、環(huán)境因子對(duì)微生物的影響第六章、環(huán)境中微生物的檢測(cè)第七章、微生物對(duì)環(huán)境的污染與危害第八章、微生物對(duì)化學(xué)物質(zhì)的降解與轉(zhuǎn)化第九章、微生物在水污染治理中的作用第三章、微生物的營(yíng)養(yǎng)第三章、微生物的營(yíng)養(yǎng)第一節(jié)、微生物的營(yíng)養(yǎng)第二節(jié)、第二節(jié)、微生物的生長(zhǎng)微生物的生長(zhǎng)第三節(jié)、第三節(jié)、微生物的代謝微生物的代謝第一節(jié)、微生物的營(yíng)養(yǎng)一、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成二、微生物必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)三、微生物的營(yíng)養(yǎng)類型四、微生物的培養(yǎng)基五、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收(或運(yùn)輸)一、微生物細(xì)胞的

2、化學(xué)組成nC、H、O、N、n大量元素：P、S、K、Ca、Mg、Na、Fen微量元素：Zn、Cu、Mn、Co、Mo有機(jī)物占90%-97%蛋白質(zhì)核酸糖類脂類水份占70%-90%干物質(zhì)占10%-90%細(xì)胞無機(jī)物占3%-10%二、微生物必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)1、水2、碳源3、氮源4、生長(zhǎng)因素5、礦質(zhì)元素（無機(jī)鹽）1、水：n細(xì)胞中的水分包括結(jié)合水和自由水 結(jié)合水：不易蒸發(fā)、結(jié)冰，是細(xì)胞組成部分。 自由水：呈游離狀態(tài)，是細(xì)胞生化反應(yīng)介質(zhì)。水的功能n維持滲透壓平衡n作為生化反應(yīng)介質(zhì)n調(diào)節(jié)細(xì)胞溫度n提供氫和氧2、碳源：能夠提供碳素營(yíng)養(yǎng)的物質(zhì)稱碳源。n主要作用：細(xì)胞含碳物質(zhì)和提供能源。碳源占干物質(zhì)50%。 碳源有機(jī)碳：

3、多數(shù)微生物可利用無機(jī)碳：少數(shù)微生物可利用 二氧 化碳和碳酸鹽。糖類有機(jī)酸類醇類脂類3、氮源：能夠提供氮素營(yíng)養(yǎng)的物質(zhì)稱氮源。n主要作用：組成細(xì)胞蛋白質(zhì)、核酸的重要成分。n自然界氮素存在形式：氮?dú)鉄o機(jī)氮化物有機(jī)氮化物銨鹽硝酸鹽氨基酸蛋白胨尿素4、礦質(zhì)元素（無機(jī)鹽）n是微生物生長(zhǎng)必需物質(zhì)，礦質(zhì)元素多以無機(jī)鹽形式存在。n大量元素：生長(zhǎng)濃度10-310-4mol / Ln微量元素：生長(zhǎng)濃度10-610-8mol / L，作為酶組份或激活劑。n生理功能： P、K組成、能量轉(zhuǎn)移；Fe、Mg、Mo是酶組成成分、激活劑；Ca 、Na、K調(diào)節(jié)PH 值、滲透壓、透性；S、Fe提供自養(yǎng)微生物能源。5、生長(zhǎng)因素：微生物

4、生長(zhǎng)所不可缺少的有機(jī)物成為生長(zhǎng)因素，即生長(zhǎng)素。 n包括：維生素、氨基酸、嘌呤與嘧啶。如：吡哆醇B6、葉酸、硫氨素B1、核黃素B2、煙酸B5、維生素B12、酵母膏、玉米漿、麥芽汁等。n主要功能： 提供細(xì)胞組份，如蛋白質(zhì)、核酸、脂類、輔酶和輔基。 參與代謝。三、微生物的營(yíng)養(yǎng)類型1.光能自養(yǎng)型光能自養(yǎng)型2.光能異養(yǎng)型光能異養(yǎng)型3.化能自養(yǎng)型化能自養(yǎng)型4.化能異養(yǎng)型化能異養(yǎng)型1. 光能自養(yǎng)型光能自養(yǎng)型n以光能為能源，以 CO2為碳源的微生物細(xì)胞含光合色素，利用日光進(jìn)行光合作用，以H2O或其他無機(jī)物(H2S、H2)作為供氫體。如：藍(lán)細(xì)菌、藻類(好氧環(huán)境下)CO2+H2CH2O+O2 (產(chǎn)生O2)綠色/紫

5、色硫細(xì)菌(厭氧環(huán)境下)CO2+2H2SCH2O+2S+H2O (不產(chǎn)生O2)光能葉綠素光能菌綠素2. 光能異養(yǎng)型光能異養(yǎng)型n以日光作為能源，以有機(jī)碳作為碳源的微生物，不能完全生活在無機(jī)環(huán)境中。種類很少，菌體含光合色素，能進(jìn)行光合作用。如紅螺菌(污泥、湖泊中)CO2+CH3CHOHCH3CH2O+CH3COCH3光能菌綠素甲基乙醇供氫體丙酮 培養(yǎng)此微生物需加VB12、生長(zhǎng)因子，可用來凈化高濃度的有機(jī)廢水，凈化環(huán)境，消除污染3. 化能自養(yǎng)型化能自養(yǎng)型n以無機(jī)碳為主要碳源，利用無機(jī)物氧化產(chǎn)生的化學(xué)能為能源的微生物。n無機(jī)物：NH3、NO2、H2S、H2、Fe2+如：亞硝酸細(xì)菌 2NH3+2O2HNO

6、2+4H+能量 CO2+4H+CH2O+H2O4. 化能異養(yǎng)型化能異養(yǎng)型n以有機(jī)物作為碳源和能源的微生物。種類很多，數(shù)量最大，分布最廣。n類群：絕大多數(shù)的細(xì)菌和放線菌、幾乎全部的真菌和原生動(dòng)物、所有的病毒。不能完全在無機(jī)環(huán)境下生存。n按生活方式分為：腐生菌：以無生命的有機(jī)物質(zhì)為養(yǎng)料寄生菌：在活的有機(jī)體內(nèi)生活兼生菌：能腐生，也能寄生自養(yǎng)微生物與異養(yǎng)微生物的主要區(qū)別：n自養(yǎng)微生物：利用CO2、碳酸鹽為唯一或主要碳源，能源為光能或無機(jī)物的氧化。n異養(yǎng)微生物：主要的碳源是有機(jī)碳化合物，能源為光能或有機(jī)物的氧化，不能完全生活在無機(jī)環(huán)境中。四、微生物的培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件n培養(yǎng)基是人工配置的、適于微生物生長(zhǎng)繁

7、殖或累積代謝產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。1. 配制原則2. 培養(yǎng)基類型及應(yīng)用3. 微生物的培養(yǎng)條件1.配制原則：(1)選擇適宜的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(2)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合適的濃度及配比(3)控制PH值的條件(4) 經(jīng)濟(jì)節(jié)約 (1) 選擇適宜的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)碳源、氮源、無機(jī)鹽、水、生長(zhǎng)因子自養(yǎng)微生物：不含有機(jī)物異養(yǎng)微生物：至少一種有機(jī)物(2) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合適的濃度及配比n營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合適的濃度才能生長(zhǎng)良好，過低或過高都不能滿足需要。n濃度配比要恰當(dāng)。最重要的是C/N比功C/N/P比。培養(yǎng)基中碳源中碳原子摩爾數(shù)與氮原子摩爾數(shù)之比，稱C/N比。碳不足，菌體易衰老。氮不足，菌體生長(zhǎng)過慢；氮過多，菌體徒長(zhǎng)，不利代謝產(chǎn)物的積累。合適的C/N比為2

8、025：1。水最多，碳占百分之幾，氮占千分之幾，磷和硫等占萬分之幾，生長(zhǎng)因子占百萬之幾。(3) 控制PH值的條件n細(xì)菌、放線菌PH值：7.08.0n酵母菌PH值：3.66.0n霉菌PH值：4.05.8n緩沖劑：用于調(diào)節(jié)培養(yǎng)過程中HP值的改變?？勺骶彌_劑的有K2HPO4、KH2PO4、CaCO3、Na2CO3、NaHCO3、蛋白胨、氨基酸等。如 n調(diào)節(jié)PH值6.47.2范圍內(nèi)效，同時(shí)磷酸鹽又作營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。產(chǎn)酸強(qiáng)的還應(yīng)加適當(dāng)?shù)腃aCO3，以不斷中和所產(chǎn)生的酸。酸堿呈堿性呈酸性K2HPO4KH2PO4CO3-2+2H+ HCO3-+H+ H2O+CO2(4) 經(jīng)濟(jì)節(jié)約n以粗代精，以廢代好，以簡(jiǎn)代繁，以

9、烴代糧，以纖代糖，以氮代朊，以野代家，以土代洋。2、培養(yǎng)基類型及應(yīng)用：（1）按對(duì)培養(yǎng)基成分的了解劃分：合成培養(yǎng)基、天然培養(yǎng)基、半合成培養(yǎng)基（2）根據(jù)培養(yǎng)基的物理狀態(tài)劃分：固體培養(yǎng)基、半固體培養(yǎng)基、液體培養(yǎng)基（3）按培養(yǎng)基的特殊用途劃分：選擇培養(yǎng)基、鑒別培養(yǎng)基、加富培養(yǎng)基 合成培養(yǎng)基n用已知成分的化學(xué)試劑配制的培養(yǎng)基。適合于某種定性和定量測(cè)定。如：高氏一號(hào)培養(yǎng)基(用于培養(yǎng)放線菌產(chǎn)孢)KNO3 1gK2HPO40.5gNaCL0.5g1%FeSO42滴MgSO47H2O0.5g水1000ml 半合成培養(yǎng)基(復(fù)合培養(yǎng)基)n在天然培養(yǎng)基中適當(dāng)添加一些無機(jī)鹽類或在合成培養(yǎng)基中添加少量天然有機(jī)物質(zhì)制成的培

10、養(yǎng)基。n如：馬鈴薯葡萄糖培養(yǎng)基馬鈴薯20%葡萄糖20 %KH2PO40.3 %MgSO40.05 %適合霉菌、酵母菌生長(zhǎng) 天然培養(yǎng)基n用天然有機(jī)物配制而成的培養(yǎng)基。如麥麩、酵母膏、牛肉膏、血清、秸桿、玉米粉等。n優(yōu)點(diǎn)：取材方便，營(yíng)養(yǎng)豐富，種類多樣、配制簡(jiǎn)單。n缺點(diǎn)：成分不穩(wěn)定，也不清楚，不適合做精細(xì)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。 固體培養(yǎng)基n在培養(yǎng)液中加入一定量的凝固劑使之凝固即成固體培養(yǎng)基。實(shí)驗(yàn)室用的凝固劑主要有：瓊脂、明膠、硅膠。n瓊脂：融點(diǎn)960C，凝固點(diǎn)400C，透明度好，粘著力強(qiáng)，能反復(fù)凝固、融化，不易被高溫滅菌破壞。是理想的凝固劑。常加入1.5%2.0%。n硅膠：適合做自養(yǎng)微生物培養(yǎng)基的凝固劑。n明

11、膠：因凝固點(diǎn)太低，又容易被一些細(xì)菌和真菌液化，現(xiàn)在很少做凝固劑。n用于菌種分離、鑒定菌落計(jì)數(shù)、與菌種保藏。 半固體培養(yǎng)基n在培養(yǎng)液中加入0.2%0.5%的瓊脂即可。用于觀察細(xì)菌運(yùn)動(dòng)及研究生理特性。 液體培養(yǎng)基n將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)溶解于定量的水中即成。用于觀察菌種培養(yǎng)特征、檢查雜菌、繁殖種子、研究生理代謝等。n生產(chǎn)上淺盤發(fā)酵和深層發(fā)酵均用此培養(yǎng)基。 選擇培養(yǎng)基n向培養(yǎng)基中加入一些其他菌不能的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或加入抑制其他菌生長(zhǎng) 的物質(zhì)，只利于某種微生物生長(zhǎng)的培養(yǎng)基。常用于菌種分離。n如：加入纖維素粉，分離纖維素分解菌；加入石蠟油，分離石油酵母，加入精氨酸，只有放線菌能利用(PH為9.0)。n常用的抑制劑：染色劑

12、、抗菌素、脫氧膽酸鈉。n染料：結(jié)晶紫、亮綠、伊紅、美藍(lán)等。 鑒別培養(yǎng)基n加入能與某種微生物的代謝產(chǎn)物發(fā)生顯色反應(yīng)的指示劑或化學(xué)藥品，使某種微生物生長(zhǎng)后，引起特殊的生理變化，從而達(dá)到鑒別的目的。n如：鑒別細(xì)菌對(duì)糖分解能力及產(chǎn)酸情況，就在牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基中加入溴甲酚紫指示劑。培養(yǎng)液紫色產(chǎn)酸發(fā)酵黃色 加富培養(yǎng)基n加入某種特殊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以促使一些營(yíng)養(yǎng)要求苛刻的微生物快速生長(zhǎng)的培養(yǎng)基。n特殊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：如血清、血液、酵母浸膏、動(dòng)植物提取液土壤浸出液等。3. 微生物的培養(yǎng)條件 生長(zhǎng)溫度 PH值 O2 光照(5)濕度生長(zhǎng)溫度n最低生長(zhǎng)溫度：低溫下，代謝作用緩慢，甚至停止。n最高生長(zhǎng)溫度：高溫下凝固蛋白，破壞酶

13、的活性。n最適生長(zhǎng)溫度：生長(zhǎng)發(fā)育最快的溫度。n致死溫度：10分鐘殺死菌體所需的最低溫度。n致死時(shí)間：一定溫度下，殺死菌體所需的最短時(shí)間。 生長(zhǎng)溫度：溫度是微生物的重要生存因子。細(xì)菌最低生長(zhǎng)溫度 (0C)最適生長(zhǎng)溫度(0C)最高生長(zhǎng)溫度(0C)嗜冷菌-505102030嗜中溫菌51025404550 嗜熱菌3050607080嗜超熱菌5570105110113 根據(jù)溫度劃分，微生物可分：n低溫型：深水、冷藏物中，-1030Cn中溫型：大多數(shù)環(huán)境中，2040Cn高溫型：土壤、堆肥、溫泉中，5060C 工業(yè)廢水生物處理過程中，溫度控制在30C左右。 PH值n主要影響菌體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的吸收、酶的活性及代謝

14、物的形成。不適宜PH值對(duì)生長(zhǎng)起抑制作用。極高或極低的PH值直接殺死菌體。大多數(shù)生活在PH5.09.0環(huán)境中。大多數(shù)放線菌PH7.08.0大多數(shù)細(xì)菌、藻類PH6.57.5大多數(shù)真菌PH5.06.0培養(yǎng)過程中主意調(diào)節(jié)PH值。污水、廢水處理過程中，PH調(diào)到7.0左右以適合各類微生物生長(zhǎng)，一般加石灰、廢堿液、廢酸液調(diào)節(jié)PH值。 O2(空氣)n大多數(shù)好氧微生物：培養(yǎng)時(shí)要求通氣良好。n兼性微生物：對(duì)氧氣無特殊要求。n厭氧微生物：隔絕空氣，以免產(chǎn)生毒害作用?？刹捎玫姆椒ǎ赫婵张囵B(yǎng)培養(yǎng)器加入焦性沒食子酸 吸去氧氣深層靜止培養(yǎng) 光照與射線n絕大多數(shù)微生物都不需要光線，在黑暗中生長(zhǎng)良好，直射光能殺死微生物，散射光

15、對(duì)其影響不大。n自養(yǎng)微生物需要光，進(jìn)行光合作用。n射線對(duì)微生物有殺傷作用。(5)濕度n水是基本要素，空氣相對(duì)濕度8090%，培養(yǎng)基含水量6065%，滲透壓300600Kpa適于微生物生長(zhǎng)，一般0.85%NaCL水溶液(生理鹽水)是等滲溶液。n少數(shù)在高滲透壓下存活的微生物：如嗜鹽細(xì)菌糖蜜餞酵母菌保存食品鹽漬：530%食鹽蜜餞：3080%糖五、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收(或運(yùn)輸) n微生物吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的種類和速度取決于：細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的特性(主要屏障)和細(xì)胞的代謝活動(dòng)。n營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的途徑(或吸收方式)：1.單純擴(kuò)散單純擴(kuò)散(被動(dòng)吸收被動(dòng)吸收)2.促進(jìn)擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散3.主動(dòng)運(yùn)輸主動(dòng)運(yùn)輸(主動(dòng)吸收主動(dòng)吸收)4.基

16、團(tuán)移位基團(tuán)移位1.單純擴(kuò)散單純擴(kuò)散(被動(dòng)吸收被動(dòng)吸收)n速度慢，不能逆向吸收。原動(dòng)力來自細(xì)胞內(nèi)外溶液的濃度差。溶質(zhì)由高濃度向低濃度擴(kuò)散。此類物質(zhì)不多，主要 是氧氣、二氧化碳、乙醇、氨基酸。吸收過程中不耗能量，不是主要獲取營(yíng)養(yǎng)方式。2.促進(jìn)擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散n速度稍快。原動(dòng)力也是細(xì)胞內(nèi)外濃度差，不耗能量，主要是靠蛋白載體的參與(滲透酶-位于細(xì)胞膜上的特異性蛋白質(zhì)，在胞外與一定營(yíng)養(yǎng)物可逆性結(jié)合，進(jìn)入胞內(nèi)釋放該物質(zhì)，自身不變，專一性強(qiáng)，只對(duì)生長(zhǎng)在高濃度下的微生物起作用。3.主動(dòng)運(yùn)輸主動(dòng)運(yùn)輸(主動(dòng)吸收主動(dòng)吸收)n速度快。是主要的吸收方式，需要載體蛋白和能量，逆濃度差吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使細(xì)胞內(nèi)積累某些物質(zhì)。細(xì)胞內(nèi) K+高Na+低稱鈉泵。是結(jié)合于膜上的Na+、K+激活的腺三磷酶系，是生物選擇性吸收。通常為滲透酶或傳遞酶，如乳糖、麥芽糖、半乳糖、氨基酸、P、K吸收。滲透酶大多是誘導(dǎo)酶，當(dāng)外界存在某些物質(zhì)時(shí)，才誘導(dǎo)形成某種誘導(dǎo)酶。4.基團(tuán)移位基團(tuán)移位n速度快。同樣需要特異性蛋白和能量，由低濃度向高濃度轉(zhuǎn)移。在運(yùn)送過程中改變了被運(yùn)輸基質(zhì)的性質(zhì)，溶質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞膜內(nèi)發(fā)生化學(xué)變化，使細(xì)胞內(nèi)該溶質(zhì)分子增加，所以養(yǎng)料可不阻礙地向細(xì)胞內(nèi)源源運(yùn)輸。n主要運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)；糖及其衍生物、核苷酸、腺嘌呤等