微生物生理的學(xué)習(xí)課件

微生物生理的學(xué)習(xí)課件第1頁(yè)/共79頁(yè)三、微生物生理1.微生物的營(yíng)養(yǎng)2.微生物的生長(zhǎng)3.微生物的代謝與遺傳變異第2頁(yè)/共79頁(yè)第一節(jié)微生物的營(yíng)養(yǎng)一、微生物的化學(xué)組成微生物細(xì)胞的化學(xué)成分以有機(jī)物和無(wú)機(jī)物兩種形式存在。有機(jī)物包含蛋白質(zhì)、核酸、類(lèi)脂和糖類(lèi)，占細(xì)胞干重的99%，無(wú)機(jī)物包含各種離子，占干重1%。①C、H、O、N、P、S等元素，含量相對(duì)較多，占97%②K、Mg、Mn、Ca、Fe等，含量較少，占2%③Co、Cu、Zn、Mo、Ni等，為微量元素，占1%微生物所含十大元素為：C、O、H、N、S、P、K、Fe、Ca、Mg第3頁(yè)/共79頁(yè)生物物質(zhì)的分類(lèi)：1.多糖類(lèi)物質(zhì)2.蛋白質(zhì)3.核酸4.脂肪5.其它化合物6.水第4頁(yè)/共79頁(yè)二、微生物的營(yíng)養(yǎng)需求1.碳源在微生物生長(zhǎng)過(guò)程中為微生物提供碳素來(lái)源的物質(zhì)為碳源。注：大多數(shù)細(xì)菌，所有放線菌和真菌是以有機(jī)碳化合物作為碳源。微生物利用碳源極廣，從簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)碳化合物到復(fù)雜有機(jī)碳化合物都能被微生物所利用。最好的碳源是葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖和淀粉；其次是有機(jī)酸、醇和脂類(lèi)。注：?jiǎn)翁莾?yōu)于雙糖；己糖優(yōu)于戊糖；淀粉優(yōu)于纖維素。第5頁(yè)/共79頁(yè)自養(yǎng)型微生物只能利用co2或碳酸鹽為唯一碳源，所需能源來(lái)自光能或無(wú)機(jī)物氧化過(guò)程中釋放的化學(xué)能?？梢愿鶕?jù)微生物對(duì)碳源的利用情況作為分類(lèi)的依據(jù)。第6頁(yè)/共79頁(yè)2.氮源凡是可以被微生物用來(lái)構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)的或代謝產(chǎn)物中氮素來(lái)源的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)為氮源。氮源一般不提供能量注：微生物對(duì)氮源的利用具有選擇性。在自然界中，從分子態(tài)氮到復(fù)雜有機(jī)含氮化合物均可作為氮源。如：尿素、蛋白質(zhì)等及其降解物。第7頁(yè)/共79頁(yè)3.無(wú)機(jī)鹽P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe、Ni、Co、Cu、Mn等。濃度在10-4～10-3mol/L的為大量元素，如：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe等；濃度在10-8～10-6mol/L的為微量元素，如：Ni、Co、Cu、Mn、Mo、Zn等。第8頁(yè)/共79頁(yè)生理功能：1.提供微生物細(xì)胞化學(xué)組成中的重要元素，如P和S分別為核酸和含硫氨基酸的重要組成元素2.參與并穩(wěn)定微生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，如P參與磷脂雙分子層，Mg有穩(wěn)定核糖體和細(xì)胞膜的作用3.與酶的組成和活力有關(guān)，如Fe是細(xì)胞色素氧化酶的必要組分，Cu、Zn是許多酶的激活劑4.調(diào)節(jié)和維持微生物生長(zhǎng)過(guò)程中諸如滲透壓、氫離子濃度和氧化還原電位等生長(zhǎng)條件5.可作為某些化能自養(yǎng)細(xì)菌的能源物質(zhì)6.可作為呼吸鏈末端的氫受體第9頁(yè)/共79頁(yè)4.生長(zhǎng)因子（在培養(yǎng)基補(bǔ)充的微量有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)）生長(zhǎng)因子包括：維生素、嘌呤與嘧啶三大類(lèi)。主要作用：作為酶的輔基或輔酶參與新陳代謝。第10頁(yè)/共79頁(yè)5.水ⅰ.水是微生物細(xì)胞的主要化學(xué)成分，是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝的良好溶劑，是細(xì)胞中各種生化反應(yīng)的介質(zhì)。ⅱ.水比熱容高，良好導(dǎo)體，維持恒溫，且有利于生物大分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。ⅲ.微生物生長(zhǎng)的環(huán)境中水的有效性常以水活動(dòng)值表示（αw）指一定壓力下，溶液蒸氣壓力與同樣條件下純水蒸氣壓力之比，即αw=Pw/PwO式中：Pw-溶液蒸氣壓力PwO-純水蒸氣壓力純水αw=1.00，溶液中溶質(zhì)越多，αw越小，微生物一般在αw為0.60～0.99條件下生長(zhǎng)。第11頁(yè)/共79頁(yè)幾類(lèi)微生物生長(zhǎng)最適αw：一般細(xì)菌αw=0.91；酵母菌αw=0.88；霉菌αw=0.80；嗜鹽細(xì)菌αw=0.76；嗜鹽真菌αw=0.65；嗜高滲酵母αw=0.60第12頁(yè)/共79頁(yè)三、微生物的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型能源氫供體基本碳源微生物舉例光能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)（光能自養(yǎng)型）光無(wú)機(jī)物二氧化碳藍(lán)細(xì)菌、綠色硫細(xì)菌、藻類(lèi)光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)（光能異養(yǎng)型）光有機(jī)物二氧化碳及簡(jiǎn)單有機(jī)物紫色非硫細(xì)菌化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)（化能自養(yǎng)型）無(wú)機(jī)物無(wú)機(jī)物二氧化碳硝化細(xì)菌、氫細(xì)菌、硫化細(xì)菌化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)（化能異養(yǎng)型）有機(jī)物有機(jī)物有機(jī)物多數(shù)細(xì)菌、全部真菌、全部放線菌、全部原生動(dòng)物第13頁(yè)/共79頁(yè)1.光能自養(yǎng)型利用光作為能源，以二氧化碳作為基本碳源，以某些還原態(tài)的無(wú)機(jī)化合物（水、硫化氫等）作為供氫體還原二氧化碳的微生物。

光合作用還原劑可為H2O、H2S、Na2S2SO3、CH3CH2OH等藻類(lèi)、藍(lán)細(xì)菌：光能

CO2+H2O[CH2O]+O2

葉綠素第14頁(yè)/共79頁(yè)光合細(xì)菌：光能

CO2+2H2S[CH2O]+H2O+2S

菌綠素（厭氧）綠色硫細(xì)菌、紫色硫細(xì)菌光能自養(yǎng)型生物生命活動(dòng)受到環(huán)境中供氧水平、CO2、無(wú)機(jī)氮、S、磷化合物、微量元素濃度、光照強(qiáng)度、滲透壓、pH值等條件的控制。第15頁(yè)/共79頁(yè)2.化能自養(yǎng)型（細(xì)菌）

以二氧化碳為碳源，利用無(wú)機(jī)化合物如銨、亞硝酸鹽、硫化氫、鐵離子等氧化過(guò)程中釋放出的能量進(jìn)行生長(zhǎng)的微生物。

主要類(lèi)群有：硫細(xì)菌、硝化細(xì)菌、鐵細(xì)菌等。它們的生長(zhǎng)需要在有氧條件下進(jìn)行。產(chǎn)甲烷菌大多能自養(yǎng)生活，它們以氫氣作為能源，以二氧化碳作為碳源生長(zhǎng)，產(chǎn)物是甲烷，我們稱之為厭氧化能自養(yǎng)細(xì)菌。

化能自養(yǎng)菌的能源物質(zhì)有還原態(tài)的硫和氮化合物、Fe2+、氫及甲烷、甲醇等一碳化合物。以CO2為主要碳源，能氧化NH3、H2S等無(wú)機(jī)物。此類(lèi)微生物類(lèi)群有：硝化細(xì)菌、硫化細(xì)菌、氫細(xì)菌與鐵細(xì)菌。第16頁(yè)/共79頁(yè)3.光能異養(yǎng)型（紅螺屬）

以光為能源，以有機(jī)碳化合物（甲酸、乙酸、甲醇、異丙醇等）作為碳源和氫供體進(jìn)行光合作用而生長(zhǎng)繁殖的微生物。它們需要有機(jī)化合物，所以不同于利用無(wú)機(jī)化合物二氧化碳作為唯一碳源的自養(yǎng)型光合細(xì)菌。

注：用此類(lèi)生物處理高濃度有機(jī)廢水效果好。第17頁(yè)/共79頁(yè)4.化能異養(yǎng)型（多數(shù)細(xì)菌、全部真菌、全部放線菌、全部原生動(dòng)物）它們以有機(jī)碳化合物作為碳源和能源。如果微生物的食物是來(lái)自死亡或腐爛的動(dòng)植物尸體，就稱其為腐生微生物。如果其生長(zhǎng)必須從活細(xì)胞或組織中獲得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的，則稱之為寄生微生物，例如病毒、衣原體、立克次氏體等。有些微生物是腐生、寄生兼而有之，例如結(jié)核桿菌就是一種以腐生為主，兼營(yíng)寄生的細(xì)菌。

注：是自然環(huán)境中有機(jī)污染物最重要的凈化者第18頁(yè)/共79頁(yè)四、微生物的培養(yǎng)基培養(yǎng)基是人工配制的適合于不同微生物生長(zhǎng)繁殖或積累代謝產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。無(wú)論是以微生物為材料的研究，還是利用微生物生產(chǎn)生物制品，都必須進(jìn)行培養(yǎng)基的配制，它是微生物學(xué)研究和微生物發(fā)酵生產(chǎn)的基礎(chǔ)。第19頁(yè)/共79頁(yè)1.配制培養(yǎng)的原則①根據(jù)各種微生物的營(yíng)養(yǎng)需要，配置不同的培養(yǎng)基；②各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度及配比要適當(dāng)；第20頁(yè)/共79頁(yè)③理化條件要適宜；控制pH值：一般細(xì)菌和放線菌適于在pH值為7.0～7.5范圍生長(zhǎng)，而酵母菌和霉菌在pH值為4.5～6.0范圍內(nèi)生長(zhǎng)。為了維持培養(yǎng)基中pH值相對(duì)穩(wěn)定，應(yīng)加入緩沖劑，常用的緩沖劑有K2HPO4和KH2PO4。乳酸菌大量產(chǎn)酸，緩沖系統(tǒng)難以起作用，可加CaCO3加以調(diào)節(jié)。第21頁(yè)/共79頁(yè)控制氧化還原電位（Φ）：好養(yǎng)性微生物Φ>+0.1V，0.3～0.4V為宜。厭氧性微生物Φ<+0.1V兼性厭氧微生物在+0.1V以上時(shí)為好養(yǎng)呼吸，在+0.1V以下為厭氧呼吸。在pH值相對(duì)穩(wěn)定條件下：ⅰ.增加通氣量（如振蕩培養(yǎng)、攪拌）提高培養(yǎng)基的氧分壓，或加入氧化劑，從而增加Φ值；ⅱ.在培養(yǎng)基中加入抗壞血酸、H2S等還原性物質(zhì)降低Φ值；第22頁(yè)/共79頁(yè)④應(yīng)用價(jià)格低廉、來(lái)源豐富的原料；⑤培養(yǎng)基應(yīng)無(wú)菌。高壓蒸氣滅菌，1.05㎏/㎝2，121.3℃，15～30min（20分鐘左右最佳）注：在配制培養(yǎng)基過(guò)程中，泡沫的存在對(duì)滅菌不利，因泡沫中的空氣形成隔熱層，使泡沫中微生物難以被殺死。因而應(yīng)加入消泡劑減少泡沫的產(chǎn)生，或適當(dāng)提高滅菌溫度。第23頁(yè)/共79頁(yè)2.培養(yǎng)基的類(lèi)型①按培養(yǎng)基組分來(lái)源分：天然培養(yǎng)基：細(xì)菌培養(yǎng)基（牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基）合成培養(yǎng)基：放線菌培養(yǎng)基（高氏1號(hào)培養(yǎng)基）②按物理狀態(tài)分：液體培養(yǎng)基、固體培養(yǎng)基、半固體培養(yǎng)基。瓊脂熔點(diǎn)、凝固點(diǎn)、pH第24頁(yè)/共79頁(yè)③按用途分：基礎(chǔ)培養(yǎng)基、加富培養(yǎng)基、

鑒別培養(yǎng)基、選擇培養(yǎng)基④按生產(chǎn)目的分：種子培養(yǎng)基、發(fā)酵培養(yǎng)第25頁(yè)/共79頁(yè)Ⅰ.當(dāng)新陳代謝中同化作用的速度超過(guò)異化作用時(shí)，細(xì)胞原生質(zhì)總量不斷增加，體積不斷增大，這種現(xiàn)象為生長(zhǎng)。Ⅱ.但單細(xì)胞微生物生長(zhǎng)到一定程度時(shí)，母細(xì)胞開(kāi)始分裂，形成兩個(gè)基本相同的子細(xì)胞，導(dǎo)致微生物個(gè)體數(shù)目的增加，稱為繁殖。注：微生物生長(zhǎng)情況可通過(guò)測(cè)定單位時(shí)間里微生物數(shù)量的變化來(lái)評(píng)價(jià)。通過(guò)測(cè)定數(shù)量可以評(píng)價(jià)培養(yǎng)條件、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響，或客觀地反映微生物生長(zhǎng)的規(guī)律。第二節(jié)微生物的生長(zhǎng)第26頁(yè)/共79頁(yè)一、微生物生長(zhǎng)的測(cè)量1.測(cè)定微生物的總數(shù)①顯微鏡直接計(jì)數(shù)法：（包括活菌和死菌）用特定的細(xì)菌計(jì)數(shù)器或血球計(jì)數(shù)板在顯微鏡下直接計(jì)數(shù)。（常用于酵母菌）具體方法如下：載玻片制成計(jì)數(shù)板，上有一個(gè)1mm×1mm×1mm的計(jì)數(shù)室。在1mm2面積里刻劃25個(gè)（或16個(gè)）中格，每個(gè)中格劃分成16個(gè)（或25個(gè)）小格，計(jì)數(shù)室都是由400個(gè)小格組成。將稀釋樣品滴在計(jì)數(shù)板上，蓋上蓋玻片，計(jì)算4～5個(gè)小格細(xì)菌數(shù)，取平均值。每毫升原液所含細(xì)菌數(shù)=每小格平均細(xì)菌數(shù)×400×1000×稀釋倍數(shù)第27頁(yè)/共79頁(yè)②比濁法原理：在一定濃度范圍內(nèi)，菌懸液的微生物細(xì)胞濃度與渾濁度成正比，即與光密度成正比，與透光度成反比。菌數(shù)越多，光密度越大，透光量越低。因而可借助分光光度計(jì)，在一定波長(zhǎng)下，測(cè)定菌懸液的光密度。

由于細(xì)胞濃度盡在一定范圍內(nèi)與光密度成直線，因此待測(cè)均懸液的細(xì)胞濃度不易過(guò)高或過(guò)低，培養(yǎng)液的色調(diào)不易過(guò)深，顆粒性雜質(zhì)盡量減少。

注意：比濁法常用于觀察和控制在培養(yǎng)過(guò)程中微生物菌數(shù)的消長(zhǎng)情況，如細(xì)菌生長(zhǎng)曲線的測(cè)定和發(fā)酵罐中細(xì)菌生長(zhǎng)量的控制等第28頁(yè)/共79頁(yè)③Coulter計(jì)數(shù)法：利用細(xì)胞通過(guò)微孔時(shí)引起電流脈沖自動(dòng)計(jì)數(shù)。④膜過(guò)濾法：適用于細(xì)胞總數(shù)小于106個(gè)／ｍl情況第29頁(yè)/共79頁(yè)２．測(cè)定活菌總數(shù)通?；罹?jì)數(shù)是通過(guò)活的細(xì)胞在有利條件下產(chǎn)生出的菌落數(shù)來(lái)確定的。一個(gè)菌落通常由一個(gè)菌體生成。①平板計(jì)數(shù)法（準(zhǔn)確，但所需時(shí)間長(zhǎng)）第30頁(yè)/共79頁(yè)②薄膜過(guò)濾計(jì)數(shù)法（適用于檢測(cè)含菌量很少的液態(tài)樣品）以上兩種方法具體操作如下：

將待測(cè)樣品經(jīng)一系列10倍稀釋，然后選擇三個(gè)平行樣0.2mL放入無(wú)菌平皿，再倒入已熔化并冷至45℃左右的培養(yǎng)基，與菌液混勻，冷卻、待凝固后，放入培養(yǎng)箱培養(yǎng)每毫升原菌液活菌數(shù)=統(tǒng)一稀釋度三個(gè)以上重復(fù)平皿菌落平均數(shù)×稀釋倍數(shù)×5③最近似法（常用于食品和水的衛(wèi)生檢測(cè)）第31頁(yè)/共79頁(yè)3.測(cè)定細(xì)胞物質(zhì)量①稱量法：離心或過(guò)濾后收取菌體于105℃烘干測(cè)出干重②含N測(cè)定法：蛋白質(zhì)含氮量占16%，細(xì)菌中蛋白質(zhì)含量占細(xì)菌的50%～80%一般取65%

細(xì)菌總量=(含氮量÷16%)÷65%=蛋白質(zhì)總量×1.54③DNA測(cè)定法第32頁(yè)/共79頁(yè)二、微生物群體生長(zhǎng)規(guī)律1.細(xì)菌的生長(zhǎng)個(gè)體生長(zhǎng)：微生物個(gè)體小，不容易研究。個(gè)體生長(zhǎng)包括：細(xì)胞結(jié)構(gòu)的復(fù)制與再生；細(xì)胞的分裂與控制；DNA的復(fù)制和分離。培養(yǎng)方法：連續(xù)培養(yǎng)、分批培養(yǎng)第33頁(yè)/共79頁(yè)①連續(xù)培養(yǎng)：在微生物的整個(gè)培養(yǎng)期間，通過(guò)一定的方式使微生物能以恒定速率生長(zhǎng)并持續(xù)下去的一種培養(yǎng)方法。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗和代謝產(chǎn)物的積累是導(dǎo)致微生物生長(zhǎng)停止的原因。在微生物培養(yǎng)過(guò)程中不斷的補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和以同樣的速率移出培養(yǎng)物是實(shí)現(xiàn)微生物連續(xù)培養(yǎng)的基本原則。第34頁(yè)/共79頁(yè)②分批培養(yǎng)：將少量的微生物接種到一定體積的新鮮液體培養(yǎng)基中，在適宜條件下，微生物生長(zhǎng)、繁殖。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)越來(lái)越少，而代謝產(chǎn)物不斷積累，直到最后養(yǎng)分耗盡導(dǎo)致生長(zhǎng)停止和機(jī)體的死亡。第35頁(yè)/共79頁(yè)2.細(xì)菌生長(zhǎng)曲線（以細(xì)菌純種培養(yǎng)為例）將少量細(xì)菌接種到一定量的新鮮液體培養(yǎng)基中，在適宜的條件下培養(yǎng)，定時(shí)取樣測(cè)定細(xì)菌數(shù)目，以培養(yǎng)時(shí)間為橫坐標(biāo)，以細(xì)菌數(shù)目對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo)，繪制成曲線圖，即為細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線。第36頁(yè)/共79頁(yè)①延遲期產(chǎn)生原因：微生物接種到新環(huán)境中，暫時(shí)缺乏足夠能量和必需生長(zhǎng)因子；“種子”老化或未充分活化，接種時(shí)造成損傷等。特點(diǎn)：不立即分裂、細(xì)菌數(shù)目維持恒定，可能減少，但個(gè)體較大，RNA和蛋白質(zhì)含量增加，易產(chǎn)生誘導(dǎo)酶，細(xì)胞內(nèi)合成代謝活躍，對(duì)外界不良環(huán)境抵抗力有所下降。延遲期長(zhǎng)短隨菌種特性、接種量、菌齡和培養(yǎng)條件的不同而不同。第37頁(yè)/共79頁(yè)采取如下措施縮短延遲期：ⅰ.通過(guò)遺傳學(xué)方法改變種的遺傳特性使之縮短；ⅱ.利用對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期細(xì)胞作為種子；ⅲ.調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的理化性質(zhì)，接種前后培養(yǎng)基成分不要相差太大；ⅳ.擴(kuò)大接種量使之縮短。第38頁(yè)/共79頁(yè)②對(duì)數(shù)期（獲取菌種和科研材料）特點(diǎn)：以最大速率分裂（分裂最快）、個(gè)體整齊、健壯、代謝作用旺盛，酶活性高而穩(wěn)定，大小一致，生活力強(qiáng)，廣泛地在生產(chǎn)上作“種子”和在科研上作為理想試驗(yàn)材料。第39頁(yè)/共79頁(yè)③穩(wěn)定期（發(fā)酵產(chǎn)物的最佳收獲期）特點(diǎn)：細(xì)胞由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗、代謝產(chǎn)物積累和pH等環(huán)境變化，繁殖速度逐漸下降，細(xì)胞死亡數(shù)目逐漸上升，當(dāng)細(xì)胞繁殖增加數(shù)目和死亡數(shù)目相等時(shí)，生物群體達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，細(xì)菌數(shù)目不在增加，這時(shí)細(xì)菌總數(shù)達(dá)到最大值并恒定一段時(shí)間。

備注：可通過(guò)連續(xù)培養(yǎng)來(lái)延長(zhǎng)穩(wěn)定期在此階段，細(xì)菌存儲(chǔ)營(yíng)養(yǎng)物。穩(wěn)定期的長(zhǎng)短與菌種和環(huán)境條件有關(guān)第40頁(yè)/共79頁(yè)④衰亡期（內(nèi)源呼吸階段或內(nèi)源代謝階段）特點(diǎn)：由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏，代謝產(chǎn)物和有毒物質(zhì)的積累，細(xì)胞分裂由緩慢而停止，細(xì)胞死亡率增加。第41頁(yè)/共79頁(yè)3.理化因子對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響①溫度最適溫度、最低溫度、最高溫度、致死溫度（10min）嗜冷菌、嗜中溫菌、嗜熱菌、嗜超熱菌②pH值（4.0～9.0）不同微生物要求不同微生物代謝活動(dòng)會(huì)改變環(huán)境pH值，所以培養(yǎng)基中往往需要加入緩沖劑

③氧好氧、厭氧、兼性好氧等三大群微生物。第42頁(yè)/共79頁(yè)4.消毒與滅菌兩者概念①物理法a.干熱滅菌火焰燒灼滅菌干熱滅菌b.濕熱滅菌高壓蒸汽滅菌應(yīng)用廣泛，缺點(diǎn)常壓蒸汽滅菌第43頁(yè)/共79頁(yè)c.消毒巴氏消毒法煮沸消毒法d.紫外線滅菌空氣消毒表面消毒第44頁(yè)/共79頁(yè)②化學(xué)法消毒劑具備的條件作用機(jī)理典型事例第45頁(yè)/共79頁(yè)第三節(jié)微生物的代謝與遺傳變異一、微生物的代謝（同化作用和異化作用）Ⅰ.新陳代謝：活細(xì)胞中進(jìn)行的所有生化反應(yīng)的總稱。Ⅱ.同化作用（合成代謝）：微生物把從環(huán)境中攝取的物質(zhì)，經(jīng)一系列的生物化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨砦镔|(zhì)的過(guò)程。儲(chǔ)存能量Ⅲ.異化作用（分解代謝）：微生物將自身的各種復(fù)雜有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)楹?jiǎn)單化合物的過(guò)程。釋放能量第46頁(yè)/共79頁(yè)分解代謝分為三個(gè)階段：第一階段：將蛋白質(zhì)、多糖及脂類(lèi)等大分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)降解為氨基酸、單糖及脂肪酸等小分子物質(zhì)。第二階段：將氨基酸、單糖及脂肪酸進(jìn)一步降解為更簡(jiǎn)單的丙酮酸及進(jìn)入三羧酸循環(huán)的某些中間產(chǎn)物，產(chǎn)生ATP、NADH、FADH2。第三階段：通過(guò)TCA循環(huán)將以上產(chǎn)物完全降解為CO2、并產(chǎn)生ATP、NADH、FADH2。

通過(guò)電子傳遞鏈被氧化，產(chǎn)生大量ATP第47頁(yè)/共79頁(yè)1.酶（活細(xì)胞內(nèi)合成的生物催化劑）各種污水和固體廢物的生物處理，實(shí)際上就是利用處理系統(tǒng)中的微生物，將污水中的各種污染物代謝、分解、從而凈化水體。微生物降解污染物是通過(guò)一系列生化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，這些反應(yīng)必須在各種酶的催化下才能完成。⑴酶催化特征催化效率高酶催化活性易受環(huán)境變化的影響酶催化作用具有高度專一性酶催化活性可被調(diào)節(jié)控制第48頁(yè)/共79頁(yè)⑵酶的分類(lèi)a.按酶蛋白的分子組成：?jiǎn)蚊负腿竼蚊钢缓鞍踪|(zhì)；全酶由酶蛋白和非蛋白質(zhì)的輔助因子組成。與酶蛋白結(jié)合較緊的輔助因子叫輔基；與酶蛋白結(jié)合較松的輔助因子叫輔酶。酶蛋白的作用：加速生物化學(xué)反應(yīng)輔基、輔酶的作用：起傳遞電子、原子、化學(xué)基團(tuán)的作用。第49頁(yè)/共79頁(yè)b.按催化反應(yīng)的類(lèi)型，酶分為六類(lèi)①氧化還原酶類(lèi)：催化底物氧化還原的酶；氧化酶類(lèi)脫氫酶類(lèi)②轉(zhuǎn)移酶類(lèi)：催化底物的基團(tuán)轉(zhuǎn)移到另一有機(jī)物上的酶；③水解酶類(lèi)：催化大分子有機(jī)物水解反應(yīng)的酶；④裂解酶類(lèi)：催化有機(jī)物裂解為小分子有機(jī)物的酶；⑤異構(gòu)酶類(lèi)：催化同分異構(gòu)分子內(nèi)的基團(tuán)重新排列的酶；⑥合成酶類(lèi)：催化底物的合成反應(yīng)。第50頁(yè)/共79頁(yè)c.按酶存在于細(xì)胞的不同部位可分為胞內(nèi)酶和胞外酶胞內(nèi)酶：固定在細(xì)胞內(nèi)部不能向外分泌的酶胞外酶：少數(shù)可分泌到細(xì)胞外的酶，如纖維素、蛋白、淀粉、脂肪水解酶第51頁(yè)/共79頁(yè)d.結(jié)構(gòu)酶和誘導(dǎo)酶結(jié)構(gòu)酶（固有酶）：絕大多數(shù)酶存在于細(xì)胞中的一定部位，推動(dòng)細(xì)胞的物質(zhì)變化誘導(dǎo)酶：并非細(xì)胞固有，但在一定條件下可誘導(dǎo)產(chǎn)生。馴化作用第52頁(yè)/共79頁(yè)⑶影響酶促反應(yīng)的因素凡在酶參與下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)均為酶促反應(yīng)酶濃度見(jiàn)圖底物濃度見(jiàn)圖溫度：中溫（25～60℃），溫度增加10℃，反應(yīng)速度提高1～2倍pH值：一般在6～8酶的抑制劑：凡能減弱、抑制甚至破壞酶活性的物質(zhì)；酶的激活劑：凡能加強(qiáng)、提高酶活性的物質(zhì)；（無(wú)機(jī)陽(yáng)離子、無(wú)機(jī)陰離子和有機(jī)化合物）第53頁(yè)/共79頁(yè)2.微生物的呼吸作用與產(chǎn)能代謝實(shí)質(zhì)：細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的分解、氧化和釋放能量的過(guò)程，是新陳代謝的異化作用。在呼吸過(guò)程中，釋放的能量主要儲(chǔ)存扎起ATP中，未被儲(chǔ)存的能量則以熱量的形式散發(fā)掉。備注：ATP是能量庫(kù)，ADP是能量載體。根據(jù)受氫過(guò)程中最終氫受體性質(zhì)的不同，呼吸類(lèi)型分為發(fā)酵、有氧呼吸和無(wú)氧呼吸。第54頁(yè)/共79頁(yè)⑴發(fā)酵（厭氧或兼性厭氧微生物在缺氧條件下獲得能量的方式）發(fā)酵是指在厭氧條件下，底物脫氫后所產(chǎn)生的H+不經(jīng)過(guò)呼吸鏈而直接交給中間代謝產(chǎn)物的一類(lèi)低效產(chǎn)能反應(yīng)，一般以有機(jī)物作為最終電子受體?？砂l(fā)酵的底物有糖類(lèi)、有機(jī)酸、氨基酸，葡萄糖最為重要第55頁(yè)/共79頁(yè)糖酵解：生物體內(nèi)葡萄糖被降解成為丙酮酸的過(guò)程途徑包括：EMP、HMP、ED、磷酸降酮酶等糖酵解途徑（EMP）可分為兩個(gè)階段：第一階段：生成兩分子中間代謝產(chǎn)物甘油醛-3-磷酸第二階段：合成ATP并形成兩分子丙酮酸C6H12O6+2ATP+2Pi+2NAD+CH3COCOOH+2ATP+2NADH+2H+第56頁(yè)/共79頁(yè)發(fā)酵類(lèi)型：1.乙醇發(fā)酵（酵母菌）根酶、曲霉和某些細(xì)菌C6H12O6+2ADP+2H3PO4

2C2H5OH+2ATP+2CO2+2H2O2.乳酸發(fā)酵（乳酸細(xì)菌和某些芽孢桿菌）C6H12O6+2ADP2C3H6O3+2ATP+2H2O3.丁酸發(fā)酵（某些專性厭氧菌）第57頁(yè)/共79頁(yè)⑵有氧呼吸（以O(shè)2作為最終電子受體）產(chǎn)能效率高有氧呼吸：以分子態(tài)氧（O2）作為最終電子受體，將底物全部氧化成CO2和H2O，并產(chǎn)生ATP的呼吸作用。以葡萄糖為例：1.在微生物有氧呼吸過(guò)程中，葡萄糖先經(jīng)過(guò)EMP途徑降解為丙酮酸；2.丙酮酸經(jīng)氧化脫羧生成乙酰輔酶A(CoA);3.CoA經(jīng)TCA循環(huán)被徹底氧化成CO2和H2O。C6H12O6+6O2+38H3PO46CO2+6H2O+38ATP第58頁(yè)/共79頁(yè)有養(yǎng)呼吸可分為：外源性呼吸：利用外界供給的能源進(jìn)行呼吸；內(nèi)源性呼吸：利用自身內(nèi)部貯存的能源物質(zhì)進(jìn)行呼吸；有氧呼吸能否進(jìn)行，取決于氧的濃度能否達(dá)到0.2%，當(dāng)氧濃度低于0.2%，有氧呼吸不能發(fā)生。第59頁(yè)/共79頁(yè)⑶無(wú)氧呼吸（以氧化型化合物作為電子受體）

厭氧或兼性厭氧微生物在無(wú)氧條件下進(jìn)行無(wú)氧呼吸。以NO3-作為最終電子受體（假單胞菌屬和某些芽孢桿菌屬）；以SO4-作為最終電子受體（普通脫硫弧菌）；以CO2和CO作為最終電子受體（產(chǎn)甲烷菌）。第60頁(yè)/共79頁(yè)二、微生物的遺傳變異遺傳性：在適宜的環(huán)境條件下，通過(guò)代謝和發(fā)育使其后代轉(zhuǎn)化為與親代相同的具體形狀。遺傳型：生物體所攜帶的全部遺傳因子或基因的總稱。遺傳：生物產(chǎn)生與自己相似的后代的現(xiàn)象。變異：生物的親代與子代之間，或子代各個(gè)體之間，無(wú)論在形態(tài)結(jié)構(gòu)或生理機(jī)能方面的差異現(xiàn)象。注：①遺傳是相對(duì)的，變異是絕對(duì)的②只有遺傳型的改變，即生物體遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)上發(fā)生的變化，才稱為變異。第61頁(yè)/共79頁(yè)1.遺傳與變異的物質(zhì)基礎(chǔ)微生物的遺傳物質(zhì)主要是DNA，少數(shù)病毒為RNA。a.DNA是由大量脫氧核糖核苷酸組成的線狀或環(huán)狀大分子，每個(gè)脫氧核糖核苷酸由一個(gè)脫氧核糖、磷酸和一種堿基（A、T、C、G）構(gòu)成。

DNA的可變部分是它的堿基順序，堿基攜帶遺傳信息DNA的復(fù)制是以原來(lái)的DNA鏈為模板，底物脫氧核糖核苷酸上的堿基和模板DNA分子上裸露的堿基之間互補(bǔ)配對(duì)（A-T,C-G），以決定哪種核苷酸加入到新合成的DNA鏈。（半保留復(fù)制）第62頁(yè)/共79頁(yè)b.基因：在生物體內(nèi)，一切具有自我復(fù)制能力的遺傳功能單位，它的物質(zhì)基礎(chǔ)為一個(gè)具有特定核苷酸順序的核酸片斷。一個(gè)基因分子量約為6.7×105，即含1000對(duì)核苷酸，每個(gè)細(xì)菌一般含有5000～10000個(gè)基因。c.遺傳密碼DNA鏈上特定核甘酸排列順序第63頁(yè)/共79頁(yè)2.基因突變（生物體內(nèi)遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)突然發(fā)生的可遺傳的變化）⑴基因突變的特點(diǎn)自發(fā)性稀有性：10-6～10-9不對(duì)應(yīng)性：突變性狀與引起突變?cè)蛑g無(wú)直接對(duì)應(yīng)關(guān)系。如：①細(xì)菌在青霉素的環(huán)境下，出現(xiàn)了抗青霉素的突變體；

②在紫外線的作用下，出現(xiàn)了抗紫外線的突變體，在較高的培養(yǎng)溫度下，出現(xiàn)了耐高溫的突變體。第64頁(yè)/共79頁(yè)誘變性：誘變劑（提高突變率作用）可提高10～105倍穩(wěn)定性獨(dú)立性可逆性：回復(fù)突變、正向突變第65頁(yè)/共79頁(yè)⑵基因突變的類(lèi)型自發(fā)突變：誘發(fā)突變：利用物理或化學(xué)因素，處理微生物群體，促使個(gè)體細(xì)胞的遺傳物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，基因內(nèi)部堿基配對(duì)發(fā)生差錯(cuò)，從而引起微生物的遺傳性狀發(fā)生變異。第66頁(yè)/共79頁(yè)誘變：ⅰ.物理誘變：紫外線、Χ射線、γ射線、激光ⅱ.化學(xué)誘變：亞硝酸、硫酸二乙酯、甲基磺酸乙酯ⅲ.定向培育（馴化）（污水處理系統(tǒng)中用來(lái)培育菌種）原理過(guò)程第67頁(yè)/共79頁(yè)3.基因重組凡把兩個(gè)不同性狀個(gè)體內(nèi)的遺傳基因轉(zhuǎn)移到一起，使基因重組，形成新的遺傳個(gè)體的方式。包括：轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、