水處理生物學第二章細菌的生理特性1

第二章細菌的生理特性生理特性2-1細菌的營養(yǎng)2-2酶及其作用2-3細菌的呼吸2-4其他環(huán)境因素對細菌生長的影響生理特性生理——生命活動機理（食、住）生命活動——營養(yǎng)、呼吸、環(huán)境條件營養(yǎng)物及其獲取方式——營養(yǎng)營養(yǎng)物質(zhì)的代謝（產(chǎn)能方式）——呼吸那些環(huán)境因素使細菌病、死？——環(huán)境條件營養(yǎng)物的種類、用途及營養(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？不同代謝類型的細菌分類光能—化能；好氧—厭氧；寄生—腐生！學會養(yǎng)細菌食（營養(yǎng)、呼吸）?。ōh(huán)境條件—環(huán)境因素對細菌的影響）溫度、電位、pH、滲透壓、光線、毒物學會養(yǎng)好細菌（其他微生物與之類似）第一節(jié)細菌的營養(yǎng)

提問：如何知道細菌所需的營養(yǎng)物種類呢？單因子或復合因子培養(yǎng)試驗、由細胞化學組成進行推斷。有機物：碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、DNA、RNA等。一、細菌營養(yǎng)物組成及生理功能

傳統(tǒng)上根據(jù)功能不同對營養(yǎng)物歸類水、無機鹽和碳源、氮源、能源、生長因子等。

（一）水提問：水對細菌有哪些作用？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）2)參與生化反應(如脫水、加水反應)3)運輸物質(zhì)的載體4）維持和調(diào)節(jié)一定的溫度（二）無機鹽

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的需求量較大同時還需要鋅、錳、鈷、鋁、銅、硼、釩、鎳等微量元素。

提問：無機鹽的功能是什么？1)構(gòu)成細胞的組成成分（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)特殊細菌的能源；鐵細菌、硫細菌分別以鐵和硫為產(chǎn)能物質(zhì)。（三）碳源和能源種類？有機物、無機碳化合物隨細菌不同，各有偏好細菌最喜好的碳源是？供碳元素來源的物質(zhì)細菌細胞中的碳素含量占干物質(zhì)質(zhì)量的50％左右。細菌對碳素的需求量最大。碳源作用—細胞的碳骨架、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)可作為細菌的氮源？有機氮（氨基酸和蛋白質(zhì)）、無機氮（N2、NH3、銨鹽、硝酸鹽）等。實驗室中有機氮源——蛋白胨工業(yè)投加的細菌氮源？——尿素、糞便（五）磷源和硫源磷源比較單一，主要是無機磷酸鹽或偏磷酸鹽。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)污水常補加磷酸三鈉等。（六）生長因子種類：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)細菌不存在生長因子問題。只有少數(shù)細菌需要外界提供現(xiàn)成的生長因子，才能生長，如乳酸菌需要多種維生素，因此只能生活在這些物質(zhì)供應充足的環(huán)境，如牛奶中、腸道?！匦?，但不能自身合成的有機物（七）在實際應用中應注意1.營養(yǎng)要求小范圍可改變指細菌對碳源等的種類、數(shù)量一定程度上可馴化適應（酶的誘導、易變異）2.“營養(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(有機固體廢物）生物處理要按碳氮磷比配給營養(yǎng)。城市生活污水不存在營養(yǎng)不足的問題。但有的工業(yè)廢水缺某種營養(yǎng)，當營養(yǎng)量不足時，應供給或補足。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養(yǎng)物供應是否比例平衡呢？先測、對比、試驗驗證煉油廢水？N、P但如果工業(yè)廢水不缺營養(yǎng)，就切勿盲目補充！提問：為什么？過猶不及——“嬌慣”細菌往往先利用這類現(xiàn)成的容易被吸收、利用的有機物質(zhì)，而不再利用工業(yè)廢水中難以吸收、利用的有機物，從而導致細菌分解特殊有機物的能力下降這與細菌馴化正好相反（反馴化）。留意！二、細菌的營養(yǎng)類型碳源——組成細菌細胞的骨架無機營養(yǎng)（自養(yǎng)）——利用無機碳源CO2、CO和CO32-有機營養(yǎng)（異養(yǎng)）——利用有機碳源葡萄糖等根據(jù)碳源不同分為能源細菌在生命活動中也需要能源，細菌的能源種類化學能、光能提問：哪些物質(zhì)可以產(chǎn)生化學能？有機碳源特殊的無機物（如S、Fe)提問：什么樣的細菌利用光能？含有光合色素細菌的營養(yǎng)類型碳源是微生物必須的營養(yǎng)物質(zhì)，微生物利用無機碳（CO2、CO32-）[或者有機碳（碳氫化合物）]作為合成細胞物質(zhì)來源的稱為自養(yǎng)[異養(yǎng)]。細菌在合成代謝過程中需要能量，能量來源于光能[氧化有機物或無機物]，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)細菌（無氧有光）只有紫硫細菌和綠硫細菌紫硫、綠硫細菌代謝方式

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)紫硫細菌湖中4m硫化物*這個深度紫硫細菌多?（2）化能自養(yǎng)細菌（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：硫細菌(硫化細菌和硫磺細菌)、（亞）硝化細菌及鐵細菌、氫細菌。例如，亞硝化細菌進行有機物合成反應如下2NH3

+2O2

HNO2

+4H+619千焦耳ATPCO2+4H[CH2O]+H2O提問：化能自養(yǎng)細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)菌以有機物作為碳源和能源的的細菌。絕大多數(shù)的細菌都屬于化能異養(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)細菌（無氧有光）

光能+色素

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

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

；優(yōu)勢生長時能抑制水族病原菌的生長三．培養(yǎng)基學以致用——養(yǎng)細菌

———水、碳源、氮源、無機鹽及生長因子等細菌及其它微生物營養(yǎng)物質(zhì)的合理配制物1.認識化能自養(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？氮源鹽也可補加一部分碳酸鈉。異養(yǎng)細菌的培養(yǎng)基中至少有一種有機物，實驗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”）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，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，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)基表面生長并形成獨立菌落；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)境下才能最佳生長的細菌。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——純化學試劑2）天然天然——？純生物制品(細胞提取物)如，常用的細菌肉湯培養(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——穩(wěn)定、選擇性缺點——很多細菌營養(yǎng)需求較為復雜，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——營養(yǎng)豐富、配制容易缺點？質(zhì)量不穩(wěn)定、選擇性差；3）半合成半——不純優(yōu)缺點介于前兩者之間，因而使用最廣。蛋白胨——動植物蛋白（大豆或動物骨粉等）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——？待選的細菌能優(yōu)勢生長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。例如欲分離古細菌，培養(yǎng)基中通常加入青霉素（由于古細菌的細胞壁不同于普通細菌，因而不會被對破壞普通細菌細胞壁結(jié)構(gòu)的青霉素殺死），古細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：它能選擇性生長那種細菌？革蘭氏陰性細菌毒——選擇性的抑制劑待選細菌有抗性②投其所好法（“邪—挖墻角”）好→→→營養(yǎng)、環(huán)境因子（1）專一性營養(yǎng)源培養(yǎng)法待選細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物的細菌篩選通常是以這類有機物為培養(yǎng)基中的唯一碳源，將目的細菌富集篩選下來。（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、嗜堿等的細菌，同時也被用于選擇性培養(yǎng)好氧或厭氧細菌。嗜冷菌嗜熱菌2）鑒別培養(yǎng)基鑒別——明查分別（細菌種類）提供培養(yǎng)環(huán)境外還同時具有類似于“驗鈔機”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