環(huán)境工程微生物學(xué)講義

1、本課程是環(huán)境學(xué)院各專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課；與另一門課環(huán)境微生物學(xué)實驗相結(jié)合，構(gòu)成一個完整的體系；本課程強調(diào)每個學(xué)生要動手，通過實驗，加深對講課內(nèi)容的理解和記憶； 本課程內(nèi)容分兩大部分：一是微生物學(xué)的基礎(chǔ)知識；二是微生物學(xué)在環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用。緒論主要內(nèi)容：環(huán)境微生物學(xué)的研究對象和任務(wù) 研究對象 研究任務(wù) 微生物學(xué)概述 微生物的定義微生物的特點 原核微生物與真核微生物 微生物的命名與分類第一節(jié) 環(huán)境工程微生物學(xué)的研究對象和任務(wù)一、環(huán)境微生物學(xué)的研究對象定義：環(huán)境微生物學(xué)是研究與環(huán)境領(lǐng)域（包括環(huán)境工程、給水排水工程）有關(guān)的微生物及其生命活動規(guī)律。 其內(nèi)容包括：微生物個體形態(tài)、群體形態(tài)；細胞結(jié)構(gòu)功能、生

2、理特性、生長繁殖、遺傳變異等；微生物與環(huán)境的關(guān)系（尤其是微生物與污染環(huán)境之間的關(guān)系）；微生物對物質(zhì)的轉(zhuǎn)化分解作用（特別是應(yīng)用微生物來處理各種污染物質(zhì)，如廢水、廢氣和固體廢棄物）。二、環(huán)境工程微生物學(xué)的研究任務(wù)總的歸納起來有兩大方面的任務(wù)：（1）防止或消除有害微生物（2）充分利用有益的微生物資源三、微生物在環(huán)境污染治理（水處理）中的應(yīng)用） 在環(huán)境監(jiān)測方面（水污染的監(jiān)測）利用在環(huán)境中生存的生物的種類、數(shù)量、活性等特征，來判斷環(huán)境狀況的好壞。這些生物稱為指示生物。生物監(jiān)測的優(yōu)缺點： 生物監(jiān)測的主要優(yōu)越性： (a)長期性匯集了生物在整個生活時期中環(huán)境因素改變的情況，可以反映當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境變化； (b)綜合

3、性能反映環(huán)境諸因子、多成分對生物有機體綜合作用的結(jié)果； (c)直觀性直接把污染物與其毒性聯(lián)系起來； (d)靈敏性有時甚至具有比精密儀器更高的靈敏性，有助于提早發(fā)現(xiàn)環(huán)境污染。 生物監(jiān)測的主要缺點： (a)定量化程度不夠； (b)需要一定的專業(yè)知識和經(jīng)驗。） 在環(huán)境治理方面包括水、大氣、固體廢棄物處理方面其中特別在水處理方面，有著大量成功應(yīng)用的例子。第二節(jié) 微生物概述一、微生物的定義微生物是指所有形體微小，用肉眼無法看到，須借助于顯微鏡才能看見的，單細胞或個體結(jié)構(gòu)簡單的多細胞，或無細胞結(jié)構(gòu)的低等生物的統(tǒng)稱。Too small to be seen with naked eyes二、微生物的特點（1

4、）個體??；（2）分布廣、種類繁多；（3）繁殖快；（4）易變異。三、原核微生物和真核微生物具有原核細胞的生物稱為原核微生物。原核細胞：其細胞核發(fā)育不完善，僅有核質(zhì)，沒有定形的細胞核，無明顯的核膜，沒有特異的細胞器，不進行有絲分裂。 典型的原核生物有細菌、放線菌、藍細菌等。細菌細胞結(jié)構(gòu)模式圖P26具有真核細胞的生物稱為真核生物。 真核細胞：細胞核發(fā)育完善，有定形的細胞核（核仁、染色體等），有明顯的核膜，有特異的細胞器，進行有絲分裂。 大多數(shù)生物，包括高等生物都是真核的，如酵母菌。 見圖69四、微生物的分類與命名（一）微生物的分類在生物學(xué)上，對生物的分類采用按其生物屬性和它們的親緣關(guān)系有次序地分門別

5、類排列成一個系統(tǒng)，系統(tǒng)中有七個等級：界、門、綱、目、科、屬、種。每一種生物，包括微生物，都可在這個系統(tǒng)中找到相應(yīng)的位置。其中種(species)是分類的基本單位。必要時，還可以在這些等級之間再增設(shè)一些亞等級。微生物的分類有其分類系統(tǒng)，其中最常用的也是具有權(quán)威性的是伯杰氏手冊，是對原核微生物（細菌等）進行分類；另外，放線菌、真菌（包括絲狀真菌和酵母菌）等也有各自的分類系統(tǒng)。一般大家比較熟悉的生物分類是所謂的二界學(xué)說，即把生物分為動物界和植物界兩個界，這種分法已有很長的歷史。隨著人們認識的不斷進步，新的分類手段不斷被應(yīng)用，1969年，魏塔克提出“五界學(xué)說”，后經(jīng)Margulis修改，為較多的人所接

6、受：原核生物界、真核原生生物界、真菌界、動物界、植物界。我國學(xué)者提出的六界學(xué)說，在上述五界的基礎(chǔ)上再增加一個病毒界。六界學(xué)說：非細胞形態(tài)病毒界原核生物（細菌、放線菌、藍藻）原核生物界（原生動物、藻類） 真核原生生物界真核生物 （酵母菌、霉菌）真菌界（ 后生動物） 動物界（低、高等植物）植物界（二）微生物的命名雙名法：學(xué)名屬名種名（命名人姓氏）生物的學(xué)名都是用拉丁文書寫，屬名用名詞，第一個字母大寫，種名用形容詞，第一個字母小寫。如用電腦打印或印刷，應(yīng)該用斜體表示。例如我們所熟悉的大腸桿菌，其學(xué)名為Escherichia coli （大腸埃希氏桿菌），簡稱E.coli。 有時我們看到如Bacill

7、us sp.的表達方式，表明該菌株只鑒定到屬，未能確定其種名。第一章 病毒非細胞結(jié)構(gòu)的超微生物 由于病毒特殊的結(jié)構(gòu)和形態(tài)及其生活習(xí)性，按照六界學(xué)說，把病毒列為單獨的一個界，即病毒界。病毒個體極?。?lt;0.2µ），只有在電子顯微鏡下才能看見病毒的廬山真面目，而且病毒不具有細胞結(jié)構(gòu)。本章主要內(nèi)容第一節(jié) 病毒的一般特征及分類 病毒的特點；病毒的分類 第二節(jié) 病毒的形態(tài)與結(jié)構(gòu)病毒的形態(tài)大??；病毒的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu) 第三節(jié) 病毒的繁殖 病毒的繁殖過程；病毒的溶原性 第四節(jié) 病毒的培養(yǎng) 病毒的培養(yǎng)特征；病毒的培養(yǎng)基；病毒的培養(yǎng) 第五節(jié) 病毒的抵抗力和去除第一節(jié) 病毒的一般特征及其分類一、病毒的

8、特點 1. 沒有細胞結(jié)構(gòu)，大多數(shù)由蛋白質(zhì)和核酸組成，有的含有類脂質(zhì)、多糖等，只有一種核酸（DNA或RNA）。 2.專性寄生 病毒沒有合成蛋白質(zhì)的機構(gòu)核糖體，也沒有合成細胞物質(zhì)和繁殖所必備的酶系統(tǒng)，不具獨立的代謝能力，必須專性寄生在活的敏感宿主細胞內(nèi)，依靠宿主細胞合成病毒的化學(xué)組成和繁殖新個體。 3.體積極小，形態(tài)多樣二、病毒的分類 病毒有自己單獨的分類系統(tǒng)，其分類依據(jù)主要有：病毒的宿主、所致疾病、核酸種類、病毒粒子的大小、病毒的結(jié)構(gòu)、有無被膜等。 根據(jù)病毒不同的專性宿主，可把病毒分為： 動物病毒、植物病毒、細菌病毒（噬菌體）、放線菌病毒（噬放線菌體）、藻類病毒（噬藻類體）、真菌病毒（噬真菌體）

9、 也可以按照所致的疾病進行分類 按核酸分類，可把病毒分為：DNA病毒和RNA病毒。第二節(jié) 病毒的形態(tài)與結(jié)構(gòu)一、病毒的形態(tài)和大小 病毒的形狀多樣，依種類不同而不同 球狀，卵圓形，磚形，（動物病毒） 桿狀，絲狀，（植物病毒） 蝌蚪狀，絲狀，（噬菌體） 病毒的大小常用納米來表示（=10-9m）。如：痘病毒100nm×200nm×300nm，為磚形；口蹄疫病毒直徑為22nm。二、病毒的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu) （1）病毒的化學(xué)組成 （大多數(shù)病毒由蛋白質(zhì)和核酸組成，有的含有類脂質(zhì)、多糖等。 （2）病毒的結(jié)構(gòu) （病毒沒有細胞結(jié)構(gòu)，卻有其自身特有的結(jié)構(gòu)。整個病毒體分兩個部分：蛋白質(zhì)衣殼和核酸內(nèi)芯。

10、 （病毒粒子有兩類：一種是不具被膜（囊膜）的裸露病毒粒子；另一種有被膜包圍的病毒粒子。 （最簡單的病毒只有核酸，不具蛋白質(zhì)，如寄生在植物體內(nèi)的類病毒和擬病毒，只有RNA。病毒粒子結(jié)構(gòu)圖，大腸桿菌圖病毒的蛋白質(zhì)和核酸各有不同的功能： 蛋白質(zhì)：主要是保護作用、決定特異性及決定致病性、毒力和抗原性等。核酸：DNA 或RNA，決定遺傳、變異和對宿主細胞的感染力。 有些病毒具有被膜（囊膜），其中還含有類脂質(zhì)（磷脂、膽固醇等）第三節(jié) 病毒的繁殖一、病毒的繁殖 各類病毒的繁殖過程基本相似，以E.coli T系列噬菌體為例，可分成以下五步： 1. 吸附：病毒吸附于敏感細菌（E.coli細胞）表面的受體上（特定

11、部位） 2. 侵入：噬菌體通過水解破壞細胞壁，DNA進入。 3. 復(fù)制：細菌自身的DNA被破壞，病毒借助于細菌的合成機構(gòu)，為自己工作，即復(fù)制噬菌體的DNA和其他結(jié)構(gòu)。 4. 裝配（聚集）：病毒的DNA和蛋白質(zhì)等在細菌體內(nèi)裝配成一個完整的大腸桿菌噬菌體。 5.宿主細胞裂解和成熟噬菌體粒子的釋放：噬菌體粒子成熟后，導(dǎo)致宿主細胞破裂，釋放出噬菌體，101000個（平均為300個）。釋放出的新的病毒粒子又可去感染新的宿主細胞。大腸桿菌圖T系列噬菌體繁殖過程圖二、病毒的溶原性 噬菌體有毒（烈）性噬菌體和溫和噬菌體兩種類型。毒（烈）性噬菌體，侵入宿主細胞后立即引起宿主細胞破裂。溫和噬菌體，侵入宿主細胞后，

12、其核酸附著并整合在宿主染色體上，和其一起同步復(fù)制，宿主細胞不裂解而繼續(xù)生長。含有溫和噬菌體的宿主細胞稱為溶原細胞。在溶原細胞內(nèi)的溫和噬菌體核酸，稱為原噬菌體或前噬菌體。溶原性是遺傳的，一旦發(fā)生變異（自發(fā)或誘發(fā)），它會轉(zhuǎn)化成毒性噬菌體。(噬菌體受感染后的兩種反應(yīng))第四節(jié) 病毒的培養(yǎng)一、病毒的培養(yǎng)基 由于病毒的專性寄生的習(xí)性，所以其培養(yǎng)也較為困難，須提供活的敏感細胞，而且它能提供病毒附著的受體，不對侵入的病毒核酸進行破壞（沒有破壞特異性病毒限制性核酸內(nèi)切酶）。 二、病毒的培養(yǎng)特征 在液體培養(yǎng)基內(nèi)：原先渾濁的菌液 變成 透明的裂解溶液。在固體培養(yǎng)基上：宿主細菌菌落上出現(xiàn)空斑（噬菌斑）。三、病毒的培養(yǎng)

13、 動物病毒的培養(yǎng) 主要方法有：動物接種 雞胚接種 組織培養(yǎng) 其中組織培養(yǎng)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用 植物病毒的培養(yǎng) 噬菌體的培養(yǎng) 雙層瓊脂法第五節(jié) 病毒對物理、化學(xué)因素的抵抗力及在污水處理中的去除效果一、物理因素 溫度：高溫和低溫 光（輻射）： 干燥： 二、化學(xué)因素 環(huán)境中的各種化學(xué)因子，會對病毒產(chǎn)生影響。 三、抗菌物質(zhì) 由于病毒的非細胞結(jié)構(gòu)，一般情況下，作用于細胞結(jié)構(gòu)的抗生素對病毒是無效的。四、病毒的存活和在污水處理中的去除效果 環(huán)境中存在的各種因子會影響到病毒的生存，所以病毒在各種不同環(huán)境中的存活時間是不一樣的。污水處理的不同程度，對病毒的去除效果也是不同的。 一級處理：很低，最多30% 二級處理：

14、90-99% 三級處理：進一步減少第二章 原核微生物在生物分類中，屬于原核生物界，包括真細菌的細菌門和藍細菌門。 細菌門有衣原體、立克次氏體、支原體、螺旋體、粘細菌、古（生）細菌、細菌（真細菌）、放線菌。 藍細菌門有藍細菌。 我們重點介紹細菌（包括古細菌）、放線菌和藍細菌。本章主要內(nèi)容細菌：形態(tài)結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)特征、物理化學(xué)性質(zhì)； 古菌：特點、分類； 放線菌：形態(tài)、培養(yǎng)、應(yīng)用； 藍細菌：特點、分類。第一節(jié) 細菌一、細菌的個體形態(tài)和大小 細菌屬于原核生物，為單細胞，即一個細胞就是一個個體。 細菌的個體（也就是細胞）基本形態(tài)有三種：球狀、桿狀和螺旋狀。 1. 球菌細胞個體形狀為球形，其直徑約為0.52.

15、0µ。 各類球菌又可以根據(jù)其排列方式的不同，進一步分為： 單球菌 例：脲微球菌 雙球菌成對排列 例：肺炎雙球菌(肺炎鏈球菌) 鏈球菌成鏈條狀 例：乳鏈球菌 四聯(lián)球菌四個疊在一起成田字形 例：四聯(lián)微球菌 八疊球菌八個疊成立方體 例：甲烷八疊球菌 葡萄球菌不規(guī)則排成一串 例：金黃色葡萄球菌 2. 桿菌細胞個體形狀為桿狀，其大小為0.51×15 µ 桿菌有長、短之分，如枯草桿菌、大腸桿菌等，也可按細胞排列、雙桿菌、鏈桿菌。3. 螺旋菌細胞個體形狀呈螺旋卷曲狀，螺旋的數(shù)目和螺距隨菌的不同而不同。其大小約為：0.251.7×260 µ， 螺紋不滿一圈的稱

16、為弧菌，如逗號弧菌；螺紋在一圈以上的稱為螺菌，如紫硫螺旋菌和紅螺菌。另外，在環(huán)境工程中，我們經(jīng)常會遇到一種被稱為絲狀菌的形態(tài)，在水體、潮濕土壤及活性污泥中普遍存在，如球衣菌、發(fā)硫菌等。在我們的教材上將其列為第四種細菌形態(tài)。 所謂絲狀菌，其實是由柱狀或橢圓狀的細菌細胞一個一個連接而成的，外面有透明的硬質(zhì)化的粘性物質(zhì)包裹（稱為鞘）。 所以它實際上是一種細菌的群體形態(tài)，故從嚴格意義上來說，是不應(yīng)把它列為細菌的個體形態(tài)的，但從實際應(yīng)用的角度，這種分法也是具有價值的。細菌的各種形態(tài)圖在正常情況下，細菌的個體形態(tài)是相對穩(wěn)定的，故它也是細菌分類時的重要依據(jù)。但是，環(huán)境條件的變化，如營養(yǎng)條件、溫度、培養(yǎng)時間等

17、，會引起細菌個體形態(tài)的改變或畸形；不同的種類和菌齡，在個體發(fā)育過程中，細菌的大小有變化，剛分裂的新細菌小，隨發(fā)育逐漸變大，老齡細菌又變小；另外，有的細菌種，是多形態(tài)的，即在其生命的不同階段，會有不同的個體形態(tài)出現(xiàn)。 因此，在描述細菌的個體形態(tài)時，需要在給定條件下（給定的培養(yǎng)基、培養(yǎng)溫度、時間等）。二、細菌的細胞結(jié)構(gòu) 細菌的細胞結(jié)構(gòu)可分為一般結(jié)構(gòu)和特殊結(jié)構(gòu)： 一般結(jié)構(gòu)（或基本結(jié)構(gòu)）：如細胞壁、細胞質(zhì)膜、細胞質(zhì)、內(nèi)含物及細胞核物質(zhì)等。它們是所有細菌所共有的。 特殊結(jié)構(gòu)：如芽孢、莢膜、鞭毛等。它們是某些細菌所特有的。所以特殊結(jié)構(gòu)是細菌分類鑒定的依據(jù)。 細菌細胞的模式圖：(一）細菌的一般結(jié)構(gòu) 從細胞外

18、開始，由外向內(nèi)，依次有下列的細胞一般結(jié)構(gòu)： 1. 細胞壁 細胞最外面的堅韌而略有彈性的薄膜。 細胞壁的化學(xué)組成：肽聚糖、蛋白質(zhì)、脂類 革蘭氏染色： 由于細胞壁組成的不同，可把細菌分成兩大類：G+菌和G-菌。 這種分類法的起源是革蘭氏染色試驗，是由丹麥科學(xué)家Gram在1884年建立的。 革蘭氏染色試驗是一種復(fù)染色法，即通過多次染色達到區(qū)分不同細胞結(jié)構(gòu)的目的。 其主要步驟如下：見圖 細胞壁的作用：保護細胞 ；維持形態(tài) ；控制物質(zhì)進出 ；為鞭毛提供支點 細胞壁之內(nèi)，統(tǒng)稱為原生質(zhì)體。 2. 細胞質(zhì)膜（質(zhì)膜） 在細胞壁和細胞質(zhì)之間的一層半透性膜，它可以選擇性吸收物質(zhì)。 化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)： 磷脂3040，蛋

19、白質(zhì)6070，約2的多糖。 其結(jié)構(gòu)為雙層結(jié)構(gòu)，上下兩層磷脂分子層，蛋白質(zhì)鑲嵌在磷脂層中。見圖細胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)模式圖P28細胞膜的作用： （1）控制內(nèi)外物質(zhì)的交換（吸收營養(yǎng)和 排泄廢物）； （2）膜上有許多重要的酶（蛋白質(zhì)），是氧化和供能的場所；如：滲透酶、氧化磷酸化酶等； （3）細胞壁合成的場所； （4）鞭毛的附著點。3. 細胞質(zhì)及其內(nèi)含物 位于細胞膜以內(nèi)，除核物質(zhì)以外的無色透明的粘稠物質(zhì)，又稱原生質(zhì)。 化學(xué)組成：由蛋白質(zhì)、核酸、脂類、無機鹽、水等物質(zhì)組成。 作用：含有各種酶系統(tǒng)，是進行新陳代謝的活動場所。 內(nèi)含物：細胞質(zhì)內(nèi)存在各種顆粒和結(jié)構(gòu)，它們擔(dān)負著重要的生理功能。如核糖體和內(nèi)含顆粒。 核糖體

20、：分散在細胞質(zhì)中的亞微顆粒，由RNA和蛋白質(zhì)組成。它是合成蛋白質(zhì)的場所。 內(nèi)含顆粒：細胞在營養(yǎng)過剩時，會形成一些顆粒貯藏物，如：異染粒、聚b-羥基丁酸（PHB）、硫粒、淀粉粒等。內(nèi)含顆粒的產(chǎn)生，與環(huán)境條件有著十分密切的關(guān)系。 4. 核物質(zhì)（擬核、核區(qū)） 細菌是原核生物，沒有定形的細胞核（無核仁、核膜），但具有遺傳物質(zhì)DNA（脫氧核糖核酸），即核物質(zhì)，雙鏈DNA分子存在于核區(qū)，高度折疊纏繞而成。 如E.coli的 DNA分子總長可達1.1mm，環(huán)狀折疊盤繞在細胞質(zhì)內(nèi)。 功能：決定和傳遞遺傳性狀，是遺傳物質(zhì)。(二）細菌的特殊結(jié)構(gòu) 常見的細菌特殊結(jié)構(gòu)有：莢膜、芽孢、鞭毛等 1.  

21、; 莢膜 許多細菌能分泌一種粘性物質(zhì)于細胞壁的表面，完全包圍并封住細胞壁，使細菌和外界環(huán)境有明顯的邊緣，這層粘性物質(zhì)稱為莢膜。 成分：主要是多糖和多肽。 功能：（1）保護功能（抗干燥、抗吞食）；（2）貯藏物質(zhì)（可作為細菌的碳源）；（3）在水處理中，莢膜能吸附廢水中的有機物、無機固體物及膠體物， 把它們吸附在細胞表面，有利于對其的吸收降解。 細菌莢膜和負染色法圖容易混淆的幾個概念，希望注意區(qū)分： 粘液層：也是細胞壁表面的粘性物質(zhì)，區(qū)別在于它與周圍環(huán)境無明顯的邊緣；菌膠團：多個細菌個體排列在一起，由公共莢膜包藏形成一定形狀的細菌集團；菌膠團的形成對于水處理有十分主要的意義，它是廢水生物處

22、理中常見的結(jié)構(gòu)； 鞘（衣鞘）：絲狀菌形成時，在外面形成透明的硬質(zhì)化的物質(zhì)。2. 芽孢 在一些種類的細菌體內(nèi)形成的一個圓形、橢圓形或圓柱形的內(nèi)生孢子。 能產(chǎn)生芽孢的細菌種類包括多種桿菌、一個屬的球菌（芽孢八疊球菌）和一個屬的弧菌（芽孢弧菌屬）。 芽孢的特點是：（1）壁厚，緊密結(jié)實； （2）含水量少（40）； （3）含有DPA（2，6吡啶二羧酸），可達干重的15； （4）含有耐熱性酶。在120140還能生存幾個小時。 這些特征使芽孢能抵抗惡劣的環(huán)境條件。細菌芽孢的各種類型圖芽孢的功能：（1）菌種鑒別的依據(jù)（芽孢的位置、形狀、大小等）；這一點在實際工作中十分有用。 （2）抵抗不良環(huán)境的休眠體。 由于

23、芽孢的特點，它對不良環(huán)境，如高溫、低溫、干燥和有毒物質(zhì)等具有較強的抗性，它處于不活動的休眠狀態(tài)，一旦外界條件變好，它可萌發(fā)成為營養(yǎng)細胞。由于芽孢的抗性最強，故我們在檢查滅菌效果時，采用芽孢為指示，即以它作為滅菌效果是否徹底的標(biāo)志。3. 鞭毛 絕大多數(shù)能運動的細菌具有鞭毛，鞭毛是細菌的運動胞器。鞭毛的著生位置、數(shù)量、排列方式等都與細菌的鑒定有關(guān)（它是細菌種的特征）。圖P32三、細菌的培養(yǎng)特征 培養(yǎng)基：人工配制的供給微生物營養(yǎng)物質(zhì)的基質(zhì)。固體培養(yǎng)基(加入約1.5%的瓊脂);半固體培養(yǎng)基(加入0.30.5%的瓊脂);液體培養(yǎng)基。在不同培養(yǎng)基上細菌會出現(xiàn)具有不同的培養(yǎng)特征。在固體培養(yǎng)基上，稱為菌落 菌

24、落：單個微生物接種在固體培養(yǎng)基上，在合適的條件下培養(yǎng)一段時間，生長繁殖形成一堆由無數(shù)個個體組成的肉眼可見的群體。 菌落特征主要有：大小、形狀、光澤、顏色、質(zhì)地軟硬、透明度等。細菌菌落圖P33四、細菌的物理化學(xué)性質(zhì) （一）細菌表面電荷和等電點 細菌表面帶負電荷 ；由細菌表面的蛋白質(zhì)（兩性電解質(zhì)）的等電點和外界的pH值所決定。 （二）細菌染色原理及染色方法 1. 染色原理 通過染色，可增加菌體與背景的反差，在顯微鏡下可清楚地看見菌體的形態(tài)。常用的染料是堿性染料（由于細菌表面經(jīng)常帶負電。 特殊的染色方法：如、鞭毛染色、負染色法等。 2. 染色方法 染色方法分兩大類：簡單染色和復(fù)合染色。3. 革蘭氏染

25、色法 革蘭氏染色的機制有以下兩點： (1) 革蘭氏染色與等電點的關(guān)系 G+菌的等電點低于G-菌，所帶負電荷更多，因此，它與結(jié)晶紫的結(jié)合力較大，不易被乙醇脫色。 (2) 革蘭氏染色與細胞壁的關(guān)系 G+的細胞壁脂類少，肽聚糖多，G-則相反，故乙醇容易進入G-細胞，進行脫色。 細菌的一些其他特性：比表面積、密度和重量 第二節(jié) 古菌過去，由于研究手段技術(shù)原因，對古菌的了解很少，一直將它列入細菌范疇內(nèi)。從1977年起，人們改進了研究方法，發(fā)現(xiàn)這類菌在細胞結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成及生存環(huán)境條件等方面的特殊性，所以將它從細菌中劃分出來，稱為古細菌（而細菌則稱為真細菌），或稱古菌?，F(xiàn)在已將它與細菌、真核生物并列。一、古

26、菌的特點 1.古菌的形態(tài) 細胞很薄，扁平。有精確的方角和垂直的邊構(gòu)成直角幾何形態(tài)的細胞。 2.古菌的細胞結(jié)構(gòu) 大多數(shù)古菌的細胞壁不含有二氨基庚二酸和胞壁酸。組合多為脂蛋白，蛋白質(zhì)為酸性的，脂類是非皂化性甘油二醚的磷脂和糖脂的衍生物。有內(nèi)含子。 3.古菌的代謝 代謝有多樣性。在代謝過程中有特殊的輔酶，如絕對厭氧的產(chǎn)甲烷菌有輔酶M、F420、F430等。4.古菌的呼吸類型 多為嚴格厭氧、兼性厭氧，少數(shù)為好氧。 5.古菌的繁殖 以細胞分裂的方式繁殖，但繁殖速度較慢。 6.古菌的生活習(xí)性 大多數(shù)生活在極端環(huán)境。如：高鹽分、極熱、極酸和絕對厭氧的環(huán)境中。它有特殊的代謝途徑。二、古菌的分類 按照古菌的生活

27、習(xí)性和生理特點，古菌可分為三大類型：產(chǎn)甲烷菌、嗜熱嗜酸菌、極端嗜鹽菌。 (一) 產(chǎn)甲烷菌 產(chǎn)甲烷菌與其他微生物（水解菌、產(chǎn)酸菌）協(xié)同作用，能使有機物甲烷化，產(chǎn)生具有經(jīng)濟價值的生物能物質(zhì) 甲烷。產(chǎn)甲烷菌是嚴格厭氧菌，現(xiàn)把它分為3目、7科、19屬、70種。產(chǎn)生菌種的各種形態(tài)圖P40培養(yǎng)方法：由于產(chǎn)甲烷菌是嚴格厭氧的，其分離和培養(yǎng)等要求特殊的環(huán)境和方法。如厭氧的培養(yǎng)條件、厭氧的操作條件（如厭氧手套箱）。在環(huán)境工程中，產(chǎn)甲烷菌具有特殊的意義。在厭氧條件下，產(chǎn)甲烷菌與其他菌（水解菌、產(chǎn)酸菌等）共同作用，將有機物轉(zhuǎn)化為甲烷，這就是所謂的“沼氣發(fā)酵”。  (二) 嗜熱嗜酸菌 包括古生硫酸還原菌和極

28、端嗜熱古菌。這一類菌的特點：好氧、嚴格厭氧或兼性，G桿狀、絲狀或球狀，專性嗜熱（最適溫度在70105之間），嗜酸性和嗜中性，自養(yǎng)或異養(yǎng)。大多數(shù)是硫代謝菌。(三) 極端嗜鹽菌 這類菌對NaCL有特殊的適應(yīng)性和需要性。棲息在高鹽環(huán)境。通常極端嗜鹽菌的要求鹽濃度下限為1.5mol/L（約9），大多數(shù)為24mol/L（約1223），甚至高達5.5mol/L（32，達飽和狀態(tài)）。有的種也能在低鹽濃度下生長。第三節(jié) 放線菌放線菌因其在固體培養(yǎng)基上呈輻射狀生長而得名。它是原核生物，屬于原核生物界 一、放線菌的形態(tài)和大小 單細胞，由纖細分枝的菌絲組成的菌絲體。 菌絲分成兩類：1）營養(yǎng)菌絲，潛入固體培養(yǎng)基中，吸

29、取營養(yǎng)，直徑約為 0.8µ，長約50600 µ。 2）氣生菌絲，延伸在空氣中，較粗，直徑為11.4µ，氣生菌絲生長到一定階段，會在頂端分化出孢子絲，能產(chǎn)生分生孢子，孢子絲的排列方式、形狀、顏色等都是放線菌分類鑒定的重要特征。幾種放線菌孢子絲的形態(tài)圖P43二、放線菌的菌落形態(tài) 放線菌的菌落是由一個分生孢子或一段營養(yǎng)菌絲生長繁殖而來的，許多菌絲相互纏繞，導(dǎo)致其菌落質(zhì)地緊密，堅硬，表面呈絨狀或密實、干燥、多皺。由于營養(yǎng)菌絲潛入培養(yǎng)基內(nèi)，其菌落不易被挑起。 諾卡氏菌由于其營養(yǎng)菌絲斷裂成桿狀或類球菌，其菌落質(zhì)地松散，易挑取。三、放線菌的繁殖 放線菌的繁殖是通過無性繁殖的方式

30、進行的，通過分生孢子和胞囊孢子繁殖。 生活史 ： 孢子絲 分生孢子 萌發(fā) 氣生菌絲 營養(yǎng)菌絲 萌發(fā) 孢子囊 胞囊孢子 四、放線菌在生產(chǎn)實際中的應(yīng)用 放線菌的分布：以在土壤中較多。醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用：產(chǎn)生各種抗生素，如鏈霉素等。在環(huán)境治理上：在有機固體廢棄物堆肥發(fā)酵及水生物處理中有應(yīng)用。如將諾卡氏菌應(yīng)用于含CN-廢水的治理。第四節(jié) 藍細菌藍（綠）細菌在植物學(xué)和藻類學(xué)中屬于藍藻門，但它是原核細胞，結(jié)構(gòu)簡單，因此把它列入原核生物界中，又稱為藍藻。 一、藍細菌的特點 藍細菌的特點：原核細胞（不同于其他藻類）；具有光合色素（葉綠素a等），能進行放氧性的光合作 用（不同于其他細菌）藍細菌的個體為單細胞，也有的組

31、成群體，但不是多細胞。藍細菌的分布十分廣泛，并且能適應(yīng)較為惡劣的環(huán)境條件。二、藍細菌的分類 藍細菌的分類，分為兩個綱：色球藻綱和藻殖段綱。 見圖 P46 藻殖段綱各屬及色球藻各屬藍細菌（藻）在污水處理、水體自凈中起著積極的作用，可作為水體富營養(yǎng)化的指示生物。第三章 真核微生物主要內(nèi)容包括真核原生生物界、真菌界、動物界等中所涉及的微生物：真核原生生物界的原生動物、藻類；真菌界的霉菌、酵母菌及傘菌；動物界中的微型后生動物，如輪蟲、線蟲等。 由于這些微生物的數(shù)量和種類極其豐富，在課程中僅介紹與環(huán)境工程（水處理）有關(guān)的種類第一節(jié) 原生動物一、原生動物的一般特征 (一)原生動物的概念、細胞特點 原生動物

32、是動物中最原始、最低等、結(jié)構(gòu)最簡單的單細胞動物。 1.單細胞，形體微小10300，形態(tài)多樣，沒有器官分化，由分化的細胞器完成各種生理功能。2.在不利的環(huán)境條件下，會形成胞囊。 在正常的環(huán)境條件下，原生動物都能保持自己的形態(tài)特征。若環(huán)境條件變壞（如干燥、溫度或pH不宜、溶解氧不足、缺少食物等），原生動物會形成胞囊。胞囊是原生動物抵抗不良環(huán)境的一種休眠體。 原生動物的結(jié)構(gòu)圖P57(二)原生動物的營養(yǎng)類型 根據(jù)原生動物獲取營養(yǎng)的方式： 1.全動性營養(yǎng) 吞食其他生物或有機顆粒。絕大多數(shù)原生動物為全動性營養(yǎng). 2.植物性營養(yǎng) 依靠光合作用合成有機物。有色素的原生動物。 3.腐生性營養(yǎng) 依靠體表吸收可溶性

33、的有機物。某些無色鞭毛蟲和寄生的原生動物。 (三)原生動物的繁殖 其繁殖方式有無性方式和有性方式。P50繁殖方式 無性方式：主要為二分裂法，或出芽生殖（吸管蟲），或多分裂法（寄生的孢子蟲。） 有性方式：在環(huán)境條件差時出現(xiàn)。二、原生動物的分類及各綱簡介 存在于水體中的有三個綱：鞭毛綱、肉足綱和纖毛綱。 (一)鞭毛綱 具一根或多根鞭毛，作為運動胞器。個體自由生活或群體。P51圖在自然水體中，鞭毛蟲多在多污帶或a中污帶生活。在污水生物處理系統(tǒng)中，活性污泥培養(yǎng)初期或在處理效果差時鞭毛蟲大量出現(xiàn)，可作為污水處理的 指示生物。(二)肉足綱 具有偽足，作為攝食和運動的胞器。無色透明，大多數(shù)沒有固定形態(tài)。 圖

34、P52肉足蟲喜歡在a中污帶或b中污帶的自然水體中生活。在污水生物處理系統(tǒng)中，則在活性污泥培養(yǎng)中期出現(xiàn)。(三)纖毛綱 以纖毛作為運動和攝食的細胞器。 纖毛擺動使蟲體前端的水形成旋渦，有機顆粒和細菌被集中沉積至胞口處進入體內(nèi)，形成食物泡，食物泡隨細胞質(zhì)流動而移動，并逐漸被消化、吸收，這種“沉渣取食”的進食方式，在廢水生物處理中，對出水質(zhì)的澄清，起了一定的作用。蟲體內(nèi)具有伸縮泡，多余的水分及代謝產(chǎn)物不斷進入伸縮泡，并通過它的收縮而排出體外，起著維持體內(nèi)水分平衡的作用。分為游泳型和固著型兩種類型。 游泳型：這類纖毛蟲借助蟲體周圍長有的纖毛而自由游動。固著型：個體或群體，具有纖毛帶，多數(shù)有柄，營固著生活

35、，有基絲，能收縮。有大核（營養(yǎng)核）和小核（生殖核）。如鐘蟲、累枝蟲等。 纖毛綱中的游泳型纖毛蟲多數(shù)在a中污帶或b中污帶，少數(shù)在寡污帶中生活。在污水生物處理中，在活性污泥培養(yǎng)中期或在處理效果較差時出現(xiàn)。固著型的纖毛蟲，尤其是鐘蟲，喜歡在寡污帶中生活，在b中污帶也能生活，它是水體自凈程度高、污水生活處理效果好的指示生物。 另外有一類是吸管蟲，幼體有纖毛，成蟲纖毛消失。具有吸管作為捕食細胞器。 吸管蟲多在b中污帶出現(xiàn)，有的也能在a中污帶和多污帶，在污水處理效果一般時出現(xiàn)。 三、原生動物在污水生物處理中的作用 1.凈化作用 原生動物能吞食細菌和有機顆粒。 2.絮凝作用 纖毛蟲等能分泌一些有助于活性污泥

36、絮凝的糖類物質(zhì)等。 3.指示作用 能指示污水生物處理的效果，反映構(gòu)筑物運轉(zhuǎn)情況的好壞。第二節(jié) 微型后生動物原生動物以外的 其他多細胞動物統(tǒng)稱為后生動物。微型后生動物是一些形體微小、需借助顯微鏡才能看見的后生動物。包括有：輪蟲、線蟲、寡毛蟲、浮游甲殼動物等。它們在天然水體、潮濕土壤、水體底泥和污水生物處理構(gòu)筑物中均有存在。 在這里為大家介紹幾種常見的微型后生動物：一、輪蟲 屬于擔(dān)輪動物門輪蟲綱。形體微小，長度約為44000（多為500左右）。身體長形，有頭部、軀干和尾部的區(qū)分。頭部有一個由12圈纖毛組成的子能轉(zhuǎn)動的輪盤，為運動和攝食的器官。自由生活或固著生活。地域分布十分廣泛，以底棲為多。大多數(shù)

37、輪蟲以細菌、霉菌、藻類、原生動物及有機顆粒為食。同時它自己又可作為水生動物的食料。輪蟲要求較高的溶解氧，故輪蟲是水體寡污帶和污水處理效果好的指示生物。二、線蟲 屬于線形動物門的線形綱。具有圓柱狀身體且不分節(jié)，長形，形體微小，多在1mm以下。寄生或自由生活，污水處理中出現(xiàn)的多是自由生活的。 線蟲有好氧和兼性厭氧的，兼性厭氧的在大量缺氧時出現(xiàn)。線蟲是污水凈化程度差的指示生物。 其他的微型后生動物包括：寡毛類、浮游甲殼動物、苔蘚蟲、羽苔蟲等。 第三節(jié) 藻類一、藻類的一般特征 真核生物（除藍藻外），單細胞或多細胞群體，大小和結(jié)構(gòu)差異很大，小的以計，只能在顯微鏡下才能看見；大的有紅藻（如紫菜）和褐藻（如

38、海帶）等。 真核藻類具有葉綠體，有葉綠素a、b、c、d，b胡蘿卜素、葉黃素等。光能自養(yǎng)，能進行光合作用。藻類生長要求有陽光，最適pH68（生長范圍pH410），多為中溫性的，極端的能在85溫泉或長年不化的冰上生長。二、藻類的分類及各門特征簡介 根據(jù)藻類的光合色素的種類、個體的形態(tài)、細胞結(jié)構(gòu)、生殖方式和生活史等，將藻類分為十個門（有的人分為八個門或十一個門）。 1.藍藻門 即藍細菌，見前。 2.裸藻門 因不具細胞壁而得名。顏色呈綠色。3.綠藻門 含有較多的葉綠素。 形態(tài)多樣，單細胞的個體、群體或絲狀體。4.輪藻門 具大型頂細胞，有節(jié)和節(jié)間，節(jié)上有輪生的分支。5.金藻門 葉黃素和b胡蘿卜素占優(yōu)勢，

39、呈金黃色和金棕色。6.黃藻門 細胞壁大多數(shù)由兩個半片套合組成，含果膠質(zhì)。7.硅藻門 單細胞，由上下兩個殼組成。細胞壁內(nèi)含有硅質(zhì)（SiO2·xH2O）和果膠質(zhì)。8.甲藻門 含有葉綠素a、c，b胡蘿卜素、硅甲黃素、甲藻黃素、 新甲藻黃素及環(huán)甲藻黃素9.褐藻門 較高級的藻類，呈橄欖色和深褐色。含有葉綠素a、c，b胡蘿卜素、葉黃素。后兩者的含量高于前兩者。含有褐藻淀粉、甘露糖、油類和還原糖。褐藻門植物中除一些淡水種類外，都是海洋中的藻類，它們在海洋中的溫帶及冷水帶大量發(fā)展。定生生活的，就是所謂底棲生物，藻體在構(gòu)造上極其多樣10.紅藻門 色素為紅藻藻紅素和紅藻藻藍素。紅藻主要是海生藻類，只有少

40、數(shù)出現(xiàn)在淡水中。海產(chǎn)的紅藻生活在所有海洋的近岸，是底棲的生物。注：分為八個門的，是將上述10個門中的金藻門、黃藻門、硅藻門歸入金藻門。分為十一個門的，是上述十個門，再加上一個隱藻門。三、藻類與環(huán)境保護 1.藻類的去除 在給水處理中，需要控制水中的藻類，否則會帶來顏色和氣味（青草味、魚腥味等）。常用的方法是加入藥劑，如CuSO4和氯。 2.水體富營養(yǎng)化 水體中營養(yǎng)物質(zhì)的過多，會引起水體中藻類的過度繁殖，造成水體富營養(yǎng)化，造成嚴重的環(huán)境問題（如赤潮等）。3.氧化塘 利用水體中的藻類處理污水，氧化塘中的藻類和菌類存在互生關(guān)系，藻類為菌類提供氧氣，菌類為藻類提供CO2及氮等營養(yǎng)物質(zhì)。 光照 二氧化碳、

41、氮、磷等 污水中的有機物 藻類 菌類 藻體 氧氣 菌體 第四節(jié) 真菌真菌屬于低等植物，分類上單獨列為真菌界。 常見的真菌有：酵母菌、霉菌和傘菌 一、酵母菌 1形態(tài)與結(jié)構(gòu) 單細胞真菌。有各種形態(tài)：卵圓形、圓形、圓柱形或假絲狀。直徑15，長約530或更長。 2. 細胞結(jié)構(gòu) 細胞具有細胞壁，細胞質(zhì)膜、細胞核及內(nèi)含物。酵母菌的細胞壁成分不同于細菌，含葡聚糖、甘露聚糖、蛋白質(zhì)及脂類。啤酒酵母還含有幾丁質(zhì)。細胞核具有核膜、核仁和染色體。細胞質(zhì)含大量RNA、核糖體、中心體、線粒體、中心染色質(zhì)、內(nèi)網(wǎng)質(zhì)膜、液泡等。內(nèi)含物豐富。 3繁殖 有無性生殖和有性生殖。無性生殖又分為出芽生殖和裂殖。有性生殖一般在條件不是很

42、好的情況下進行，產(chǎn)生有性孢子。 4培養(yǎng)特征 在固體培養(yǎng)基上的菌落，表面濕潤而光滑，有粘性，與細菌菌落大小差不多，顏色為白色或紅色。培養(yǎng)時間久后菌落表面轉(zhuǎn)為干燥。pH在4.56.5，溫度2030，兼性厭氧，喜歡高糖環(huán)境。5分類 酵母菌分為39個屬，372種。常見的有：酵母菌屬、裂殖酵母屬、假絲酵母屬、紅酵母屬等。 6應(yīng)用 酵母菌有發(fā)酵型和氧化型兩種。發(fā)酵型的發(fā)酵能力強（發(fā)酵糖類成為乙醇和二氧化碳，適用于發(fā)面做面包、饅頭和釀酒。氧化型則是無發(fā)酵能力或發(fā)酵能力弱而氧化能力強，可以應(yīng)用于環(huán)境治理，如在石油脫蠟、廢水處理等都有應(yīng)用的實例。二、霉菌 1形態(tài)與大小 由分支和不分支的菌絲交織在一起形成菌絲體。

43、菌絲分為營養(yǎng)菌絲和氣生菌絲，氣生菌絲上長出分生孢子梗和分生孢子。菌絲直徑約310。區(qū)別霉菌和放線菌：真核與原核、菌絲的粗細（放線菌為0.20.8）。 2細胞結(jié)構(gòu) 霉菌細胞由細胞壁、細胞質(zhì)膜、細胞核、細胞質(zhì)及內(nèi)含物等組成。大多數(shù)霉菌的細胞壁含有幾丁質(zhì)，少數(shù)有纖維素。大多數(shù)為多細胞，少數(shù)為單細胞。區(qū)別單細胞和多細胞（顯微鏡下）：細胞核的數(shù)目、橫隔。 3繁殖方式 有性生殖和無性生殖（產(chǎn)生分生孢子），也可借助菌絲的片段繁殖。 4培養(yǎng)特征 在固體培養(yǎng)基上，霉菌的菌落呈圓形、絨毛狀、絮狀或蜘蛛網(wǎng)狀。菌落大，有無限生長的能力（蔓延至整個平板）。菌落疏松，易挑取。正反面顏色不同。偏酸型pH4.56.5，溫度2

44、030，腐生（異養(yǎng)），好氧。 5分類 霉菌分屬于藻菌綱、擔(dān)子菌綱、子囊菌綱和半知菌綱。常見的有：單細胞的毛霉、根霉等，多細胞的青霉、曲霉、木霉、鐮刀霉等6應(yīng)用 在生產(chǎn)實際中，霉菌的應(yīng)用很多，如生產(chǎn)抗生素、酶制劑、維生素等。在環(huán)境治理中，有報道利用鐮刀霉處理含氰化物的廢水，利用青霉處理造紙廠含纖維素的廢水等。 三、傘菌 屬于傘菌目，有性繁殖生成擔(dān)子和擔(dān)孢子?？尚纬勺訉嶓w。有食用菌、藥用菌和毒菌。第四章 微生物生理主要內(nèi)容： 生物的酶微生物的營養(yǎng)微生物的能量代謝微生物的合成代謝第一節(jié) 酶一、酶的概念催化劑在化學(xué)中，能改變化學(xué)反應(yīng)的速度而其本身在反應(yīng)前后沒有發(fā)生變化的物質(zhì)稱為催化劑。例如：蔗糖葡萄糖

45、+果糖，少量鹽酸（HCL）可以大大促進該反應(yīng)的速度，即為催化劑。由催化劑加速反應(yīng)速度的現(xiàn)象稱為催化作用。一般的化學(xué)催化劑作用往往要求一定的條件，如高溫、高壓等。 如在合成氨工業(yè)中，使用以鐵為主體的多成分催化劑（鐵觸媒），反應(yīng)條件要求：500、2×107 5×107 Pa(約200500atm)，這就對反應(yīng)的容器等提出較高的要求。在生物體內(nèi)不斷地進行著大量而復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)（生物化學(xué)反應(yīng)），這些反應(yīng)要求以極快的速度進行，而且要求十分精確，才能適應(yīng)生物體生理活動的要求。另外，生物體內(nèi)的條件是溫和的。為了滿足生物體內(nèi)生物化學(xué)反應(yīng)的要求，必須由特別的催化劑酶來催化。定義：酶是生物體內(nèi)

46、合成的一種具有催化性能的蛋白質(zhì)，它是生物催化劑。二、酶的催化特性1酶積極參與生物化學(xué)反應(yīng)，加速反應(yīng)速度，但不能改變反應(yīng)平衡點，在反應(yīng)前后無變化；2酶的催化作用具有專一性；一種酶只能作用于一種物質(zhì)或一類物質(zhì)，或者說只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)；3酶的催化作用條件溫和；在常溫、常壓和近中性的水溶液中進行（生物體內(nèi)環(huán)境）；4酶對環(huán)境條件極為敏感；高溫、強酸、強堿、重金屬離子等會能使酶喪失活性；由于酶是蛋白質(zhì)，容易失活5酶具有極高的催化效率；如過氧化氫酶的催化效率比鐵離子Fe3+（一般催化劑）要高1010倍。三、酶的組成酶的組成有兩類：（1）單成分酶：只有蛋白質(zhì)；（2）全酶：由蛋白質(zhì)和非蛋白成分組成。非

47、蛋白成分可以是：有機物、金屬離子、有機物和金屬離子。通常把它分為輔酶和輔基，與酶蛋白結(jié)合得牢的，稱為輔基，與酶蛋白結(jié)合得不牢的，稱為輔酶常見的輔酶和輔基有：輔酶A（CoA或CoASH）、NAD（輔酶I）和NADP（輔酶II）、FMN（黃素單核苷酸）和 FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸）、輔酶Q（CoQ）、磷酸腺苷及其他核苷酸類（包括AMP、ADP、ATP、GTP、UTP、CTP等）。 專性厭氧菌特有的輔酶：輔酶M、F420（輔酶420）、F430（輔酶430）等。四、酶蛋白的結(jié)構(gòu)在生物體中的酶蛋白，由20種氨基酸組成:Ala（丙氨酸） Arg（精氨酸） Asn（天門冬酰胺）Asp（天門冬氨酸） Cy

48、s（半胱氨酸）Gln（谷氨酰胺）Glu（谷氨酸） Gly（甘氨酸） His（組氨酸）Ile（異亮氨酸）Leu（亮氨酸） Lys（賴氨酸）Met（蛋氨酸） Phe（苯丙氨酸） Pro（脯氨酸）Ser（絲氨酸） Thr（蘇氨酸） Trp（色氨酸）Tyr（酪氨酸） Val（纈氨酸氨基酸之間通過肽鍵（- NH - CO -）連接成多肽鏈。多肽鏈之間或一條多肽鏈卷曲后相鄰的基團之間通過氫鍵、鹽鍵、酯鍵、疏水鍵、范德華引力及金屬鍵等相連接，形成蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)。一級結(jié)構(gòu)指多肽鏈本身的結(jié)構(gòu)；二級結(jié)構(gòu)是由多肽鏈形成的初級空間結(jié)構(gòu)，由氫鍵維持；三級結(jié)構(gòu)是在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，多肽鏈進一步彎曲盤繞形成更復(fù)雜的構(gòu)型；

49、四級結(jié)構(gòu)是由幾個或幾十個亞基形成，亞基是由一條或幾條多肽鏈在三級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形成的小單位。少數(shù)酶具有四級結(jié)構(gòu)（圖）。五、酶的活性中心酶的活性中心：酶蛋白分子中與底物結(jié)合，并起催化作用的小部分氨基酸微區(qū)。組成酶的活性中心，可以是蛋白質(zhì)多肽鏈上不同位置的氨基酸區(qū)域。活性中心可分為結(jié)合部位和催化部位。只有酶蛋白保持一定的空間構(gòu)型，酶的活性中心才能存在。如果酶蛋白發(fā)生變性，構(gòu)成酶活性中心的基團互相分開，酶與底物將無法形成結(jié)合，酶促反應(yīng)也就無法進行在酶（雙成分酶）的非蛋白成分上，具有催化功能的那一部分，稱為活性基，它決定著催化反應(yīng)的性質(zhì)，擔(dān)負著傳遞電子、原子或化學(xué)基團的功能。單獨的酶蛋白沒有酶活性或活性很

50、低，只有與活性基結(jié)合，才顯示出酶的高度專一性和強大催化效率。酶與底物結(jié)合的機理六、酶的分類與命名根據(jù)不同的標(biāo)準，有不同的分法：1按照酶所催化的化學(xué)反應(yīng)類型，可分為6大類，這也是國際上的標(biāo)準分法，由此進行編號：（因此其順序也是很重要的）（1）氧化還原酶類（氧化還原反應(yīng)）AH2+BA+BH2 還可進一步分為氧化酶和脫氫酶。（2）轉(zhuǎn)移酶類（底物的基團轉(zhuǎn)移到另一有機物上）A-R+BA+B-R R可以是氨基、醛基、酮基、磷酸基等（3）水解酶類(大分子有機物水解) A-B+HOHAOH+BH （4）裂解酶類（有機物裂解成小分子物質(zhì)） ABA+B （5）異構(gòu)酶類（同分異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)化） AA （6）合成酶類

51、（底物的合成反應(yīng)，需要能量） A+B+nATPAB+nADP+nP 根據(jù)催化反應(yīng)的性質(zhì)將酶分為六大類，在每一大類中又可分為若干亞類和亞亞類，并采取四位編號的系統(tǒng)。每種酶都有一個四位數(shù)字的號碼，每個酶用4個用圓點隔開的數(shù)字編號，編號前冠以EC（Enzyme Commission），其中第一位數(shù)代表大類；第二、三位數(shù)分別代表亞類和亞亞類，由前三位數(shù)就可確定反應(yīng)的性質(zhì)；第四位數(shù)則是酶在該亞亞類中的順序。例如，L-乳酸:NAD氧化還原酶（乳酸脫氫酶）的四位編號是。其中第一的1是指氧化還原酶大類；第二位的1是指該酶作用于底物的CHOH 基，使之脫氫；第三位的1表明受氫體是NAD+，第四位的27是這個酶的

52、序號。2按酶作用的部位，可分為：胞外酶、胞內(nèi)酶和表面酶。3按酶作用的底物的不同，可把酶分為淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶、核糖核苷酶等屬于習(xí)慣性的分類法）4按照酶在生物體內(nèi)存在的狀況,可分成固有酶和誘導(dǎo)酶：固有酶，也稱為組成酶（constitutive enzyme），無論培養(yǎng)基中有無它們的底物，這種酶都能形成。誘導(dǎo)酶，也稱為適應(yīng)酶（adaptive emzyme），只有在培養(yǎng)基中存在其底物時才能形成。如在E.coli中的利用乳糖的酶就是適應(yīng)酶誘導(dǎo)酶的意義： 誘導(dǎo)酶的產(chǎn)生，是一個十分復(fù)雜的過程，與外界物質(zhì)（底物）的存在有關(guān)，也與生物體內(nèi)基因的調(diào)控有關(guān)。這種適應(yīng)現(xiàn)象對生物來說是一種節(jié)約，在環(huán)境

53、工程領(lǐng)域具有其意義。因為在環(huán)境保護領(lǐng)域，經(jīng)常會遇到一些在自然界不常見的物質(zhì)，微生物的適應(yīng)能力，使對這些物質(zhì)的降解成為可能。七、酶的活性和影響酶活力的因素一般都是根據(jù)酶的催化效果來測定酶的含量，也就是測定酶所催化的反應(yīng)速度反應(yīng)速度-單位時間內(nèi)底物的消失量或產(chǎn)物的生成量。衡量酶的數(shù)量指標(biāo)：酶活力-在溫度25、最適pH、最適的緩沖溶液和最佳底物濃度等諸條件下，每分鐘能使1微摩爾的底物轉(zhuǎn)化的酶量為一個酶活力單位（IU或U）。比活力-在固定條件下，每毫克酶蛋白或每毫升酶液所具有的酶活力。酶反應(yīng)機理(反應(yīng)動力學(xué))中間產(chǎn)物學(xué)說Michaelis & Menten提出的中間反應(yīng)學(xué)說：米氏公式：由上述中

54、間反應(yīng)，根據(jù)質(zhì)量作用定律，導(dǎo)出酶促反應(yīng)速度方程式：（米-門公式）： V=VmaxS/(Km+S) Km=(k2+k3)/k1米氏常數(shù)Km的含義：（1）當(dāng)V=Vmax/2時，Km=S，故它是反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時的底物濃度；（2）Km=(k2+k3)/k1，表示酶與底物的反應(yīng)完全程度，Km越小，表明酶與底物的反應(yīng)越趨于完全，Km越大，表明酶與底物的反應(yīng)越不完全。對米氏公式作圖，可以看到下述關(guān)系：1酶濃度對酶促反應(yīng)的影響 酶促反應(yīng)速度與酶分子濃度成正比。當(dāng)?shù)孜锓肿訚舛茸銐驎r，酶分子越多，底物轉(zhuǎn)化的速度越快。2底物濃度對酶促反應(yīng)的影響在生化反應(yīng)中，若酶的濃度為定值，底物的起始濃度較低時，酶促反應(yīng)速度與底物濃度成正比，即隨底物濃度的增加而增加。當(dāng)所有的酶與底物結(jié)合生成ES后，即使再增加底物濃度，中間產(chǎn)物濃度ES也不會增加，酶促反應(yīng)速度也不增加在底物濃度相同的條件下，酶促反應(yīng)速度與酶的初始濃度成正比。