第四章 微生物的生理

第四章微生物的生理一、微生物的化學(xué)組成二、微生物的營(yíng)養(yǎng)物及營(yíng)養(yǎng)類型三、碳氮磷比四、微生物的培養(yǎng)基五、培養(yǎng)基的類別六、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入微生物細(xì)胞的方式第二節(jié)微生物的營(yíng)養(yǎng)一、微生物的化學(xué)組成2.干物質(zhì)（10%-30%）有機(jī)物：蛋白質(zhì)、核酸、糖類、脂類。無(wú)機(jī)物：包括P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe、Cl微量元素Cu、Mn、Zn、B、Mo、Co、Ni等。1.水分（70%-90%）

二微生物的營(yíng)養(yǎng)與營(yíng)養(yǎng)類型

一、水水在機(jī)體中的主要作用：（1）水是微生物細(xì)胞的重要組成成分（細(xì)胞含水量約占70%~90%）；（2）機(jī)體內(nèi)一系列生理反應(yīng)都離不開水；（3）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的分泌都通過(guò)水來(lái)完成的；（4）能有效的控制細(xì)胞內(nèi)溫度的變化。（二）碳源和能源1）碳源

種類？有機(jī)物、無(wú)機(jī)碳化合物隨細(xì)菌不同，各有偏好供碳元素來(lái)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)。2）能源細(xì)菌的能源種類化學(xué)能、光能營(yíng)養(yǎng)型細(xì)菌分類根據(jù)碳源不同分為無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)——有機(jī)營(yíng)養(yǎng)（或自養(yǎng)——異養(yǎng)）哪些物質(zhì)可以產(chǎn)生化學(xué)能？有機(jī)碳源特殊的無(wú)機(jī)物（如S、Fe)什么樣的細(xì)菌利用光能？含有光合色素①無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌（自養(yǎng)菌）無(wú)機(jī)（自養(yǎng)）—CO2、CO和CO32-能否也利用有機(jī)物呢？絕大多數(shù)能，優(yōu)先利用；又根據(jù)能源不同又分為光能自養(yǎng)型細(xì)菌和化能自養(yǎng)型細(xì)菌。（1）光能自養(yǎng)細(xì)菌（無(wú)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↓細(xì)菌葉綠素（與葉綠素大同小異）（H2S類似植物光合作用中的H2O）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(wèn)：什么是化能自養(yǎng)菌？自養(yǎng)——碳源CO2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②有機(jī)營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌（異養(yǎng)菌）有機(jī)（異養(yǎng)）——以有機(jī)物為碳源自養(yǎng)、異養(yǎng)菌哪種繁殖快？異養(yǎng)菌是有機(jī)污水處理的主角根據(jù)能源的不同（1）光能異養(yǎng)與化能異養(yǎng)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。.Ⅰ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Ⅱ.光能異養(yǎng)細(xì)菌（無(wú)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(wú)光時(shí)可化能異養(yǎng)生存）

在污水處理中的優(yōu)勢(shì)是什么？問(wèn)題：與水分離困難，光照問(wèn)題——嗜鹽紅螺菌大量滋生時(shí)的紅鹽田提問(wèn)：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)異養(yǎng)菌中有腐生菌與寄生菌之分腐生——分解腐爛的有機(jī)物生活寄生——寄居在其他生物體內(nèi)生活提問(wèn)：致病細(xì)菌是屬于什么類型？兼有，屬于兼性寄生菌

肺結(jié)核桿菌痢疾志賀氏菌

以腐生為主兼營(yíng)寄生的兼性寄生細(xì)菌，因而可以通過(guò)水源、食物傳播，是水處理中需要監(jiān)控和殺滅的對(duì)象。微生物的營(yíng)養(yǎng)類型

營(yíng)養(yǎng)類型主要（或唯一）碳源能源代表菌

光能自養(yǎng)型二氧化碳光能藍(lán)細(xì)菌光能異養(yǎng)型有機(jī)物光能紅螺細(xì)菌化能自養(yǎng)型二氧化碳無(wú)機(jī)物硫桿菌化能異養(yǎng)型有機(jī)物有機(jī)物大腸桿菌（三）氮源提問(wèn)：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(wú)機(jī)氮（N2、

NH3、銨鹽、硝酸鹽）等。根據(jù)對(duì)氮源的要求不同，將微生物分為四類：固氮微生物利用無(wú)機(jī)氮為氮源的微生物需要某種氨基酸作氮源的微生物從分解蛋白質(zhì)中取得銨鹽或氨基酸合成蛋白質(zhì)的微生物

四、微生物無(wú)機(jī)鹽類營(yíng)養(yǎng)無(wú)機(jī)鹽類在細(xì)胞中的主要作用：構(gòu)成細(xì)胞的組成成分；作為酶的組成部分，維持酶的活性；調(diào)解細(xì)胞內(nèi)的滲透壓，pH和氧化還原電位；作為某些微生物的能源物質(zhì)。微量元素：銅、鋅、錳、鈷、鉬等大量元素：硫、磷、鉀、鈉、鈣、鎂等（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(wèn)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?！匦瑁荒茏陨砗铣傻挠袡C(jī)物（七）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＝100：6：1

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(wèn)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(guò)剩煉油廢水？N、P——尿素、糞便工業(yè)投加的細(xì)菌氮源？四．微生物的培養(yǎng)基學(xué)以致用——養(yǎng)細(xì)菌

———水、碳源、氮源、無(wú)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(lái)水即可）提問(wèn)：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

？加水3．分類提問(wèn)：根據(jù)哪些特性可以給培養(yǎng)基分類？物理狀態(tài)、組分組成、用途(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”）液體培養(yǎng)基不含任何凝固劑，菌體與培養(yǎng)基充分接觸，操作方便，常用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)以及在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行微生物生理代謝等基本理論的研究工作?？蓳?jù)培養(yǎng)后的濁度判斷微生物的生長(zhǎng)程度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(wèn)：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(wèn)：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(wèn)：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。（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(guò)加熱濃縮抽提的膏狀物（主要作碳源）優(yōu)點(diǎn)——組成成分精確、清楚，重復(fù)性強(qiáng)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）復(fù)合培養(yǎng)基在合成培養(yǎng)基的基礎(chǔ)上添加些天然成份，以更有效地滿足微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的需要.如馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基。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）(三)根據(jù)培養(yǎng)基用途選擇型、鑒別型、加富型有兩種制備思路：？1）選擇性培養(yǎng)基選擇性——？根據(jù)不同的微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的特殊要求，或?qū)ξ锢砘瘜W(xué)條件的抗性而設(shè)計(jì)的培養(yǎng)基，利用這一類培養(yǎng)基可以把需要微生物從混雜的其他微生物分離和確定。

待選的細(xì)菌能優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)①取其所抗常用物質(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(lái)。膽汁酸鹽——抑制革蘭氏陽(yáng)性菌它能選擇性生長(zhǎng)那種細(xì)菌？革蘭氏陰性細(xì)菌待選細(xì)菌有抗性②投其所好法好→→→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(lái)。（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)基在培養(yǎng)基中加入某種特殊化學(xué)物質(zhì),某種微生物在培養(yǎng)基中生長(zhǎng)后能產(chǎn)生某種代謝產(chǎn)物,而這種代謝產(chǎn)物可以與培養(yǎng)基中的特殊化學(xué)物質(zhì)發(fā)生特定的化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生明顯的特征性變化,根據(jù)這種特征性變化,可將該種微生物與其他微生物區(qū)分開來(lái)。水處理中常用的遠(yuǎn)藤氏培養(yǎng)基就是典型大腸菌群內(nèi)不同種屬細(xì)菌的鑒別培養(yǎng)基。加富培養(yǎng)基:由于樣品中細(xì)菌數(shù)量少，或是對(duì)營(yíng)養(yǎng)要求比較苛刻不易培養(yǎng)出來(lái)，故用特別的物質(zhì)或成分配制而成的培養(yǎng)基，稱為加富培養(yǎng)基。一般常加入血、血清或動(dòng)植物提取液等。3）加富培養(yǎng)基基礎(chǔ)培養(yǎng)基：滿足一般微生物生長(zhǎng)繁殖所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基是最常用的基礎(chǔ)培養(yǎng)基。

肉湯培養(yǎng)基牛肉膏3g蛋白胨5g水1000mLpH7.2~7.4培養(yǎng)基的類別1.按培養(yǎng)基的成份可分為：合成培養(yǎng)基天然培養(yǎng)基復(fù)合培養(yǎng)基2.按培養(yǎng)基的物理狀態(tài)可分為：液體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基3.按實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮陀猛究煞譃椋杭痈唬ǜ患┡囵B(yǎng)選擇培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基基礎(chǔ)培養(yǎng)基六、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：水溶性、脂溶性小分子、大分子分四種情況水、無(wú)機(jī)鹽、氣體、甘油等小分子1．單純擴(kuò)散?推動(dòng)力?推動(dòng)力—濃度梯度無(wú)載體蛋白不內(nèi)部能量消耗YorN?

2．促進(jìn)擴(kuò)散促進(jìn)——載體蛋白協(xié)助

載體蛋白

細(xì)胞外||細(xì)胞膜

||細(xì)胞內(nèi)糖、氨基酸、