微生物的生理I.pptx

第四章第四章 微生物的生理微生物的生理本章重点本章重点为微生物的营养和产能代谢为微生物的营养和产能代谢本章难点本章难点为微生物的产能代谢为微生物的产能代谢 理解酶的物质基础与结构特点理解酶的物质基础与结构特点 理解营养物质进入细胞的方式理解营养物质进入细胞的方式 掌握微生物的营养类型和培养基掌握微生物的营养类型和培养基 理解微生物的产能形式理解微生物的产能形式 理解化能自养微生物的合成代谢理解化能自养微生物的合成代谢微生物的营养和代谢需在酶的微生物的营养和代谢需在酶的作用下才能正常进行。作用下才能正常进行。第一节第一节 微生物的酶微生物的酶酶的概念酶的概念 酶是由细胞产生的、能在体内或体外起催酶是由细胞产生的、能在体内或体外起催化作用的一类有活性中心和特殊构象的生物大化作用的一类有活性中心和特殊构象的生物大分子，包括蛋白质类酶和核酸类酶。分子，包括蛋白质类酶和核酸类酶。酶是生物催化剂酶是生物催化剂酶是生物催化剂酶是生物催化剂 生物体内一切生化反应都需要酶的催化才能生物体内一切生化反应都需要酶的催化才能生物体内一切生化反应都需要酶的催化才能生物体内一切生化反应都需要酶的催化才能进行进行进行进行 性能远远超过人造催化剂性能远远超过人造催化剂性能远远超过人造催化剂性能远远超过人造催化剂 绝大多数的酶是蛋白质绝大多数的酶是蛋白质绝大多数的酶是蛋白质绝大多数的酶是蛋白质 酶的种类繁多酶的种类繁多酶的种类繁多酶的种类繁多一、酶的组成一、酶的组成根据酶的组成情况，可以将酶分为两大类：根据酶的组成情况，可以将酶分为两大类：单成分酶：它们的组成为单一蛋白质。单成分酶：它们的组成为单一蛋白质。全全酶酶：某某些些酶酶分分子子中中除除了了蛋蛋白白质质外外，还还含含有有非非蛋蛋白组分。白组分。全全酶酶的的蛋蛋白白质质部部分分称称为为酶酶蛋蛋白白，非非蛋蛋白白质质部部分分包包括辅酶及金属离子括辅酶及金属离子(或辅助因子或辅助因子cofactor)cofactor)。酶酶蛋蛋白白与与辅辅助助因因子子组组成成的的完完整整分分子子称称为为全全酶酶。单单纯的酶蛋白无催化功能。纯的酶蛋白无催化功能。全酶有三种形式全酶有三种形式酶蛋白酶蛋白+非蛋白质小分子有机物：多种脱氢酶类非蛋白质小分子有机物：多种脱氢酶类酶蛋白酶蛋白+非蛋白质小分子有机物非蛋白质小分子有机物+金属离子：丙酮酸脱氢酶金属离子：丙酮酸脱氢酶酶蛋白酶蛋白+金属离子：细胞色素氧化物金属离子：细胞色素氧化物全酶各组分的功能全酶各组分的功能酶蛋白：催化生物化学反应加速进行酶蛋白：催化生物化学反应加速进行非蛋白质成分（辅基和辅酶）：传递电子、原子非蛋白质成分（辅基和辅酶）：传递电子、原子和化学基团和化学基团金属离子：传递电子；激活剂金属离子：传递电子；激活剂某些小分子物质与酶蛋白结合在一起并协同实施催化作用，某些小分子物质与酶蛋白结合在一起并协同实施催化作用，这类分子被称为辅助因子。这类分子被称为辅助因子。辅助因子包括辅酶、辅基和金属离子。辅助因子包括辅酶、辅基和金属离子。辅酶：某些为催化活性所必需的，与酶蛋白疏松结合的小辅酶：某些为催化活性所必需的，与酶蛋白疏松结合的小分子量的有机物质分子量的有机物质 ，用透析和其它方法很易将它们与酶，用透析和其它方法很易将它们与酶分开。许多辅酶是或维生素的衍生物。分开。许多辅酶是或维生素的衍生物。辅基：是与酶蛋白共价结合的金属离子或一类有机化合物，辅基：是与酶蛋白共价结合的金属离子或一类有机化合物，用透析法不能除去。辅基在整个酶促反应过程中始终与酶用透析法不能除去。辅基在整个酶促反应过程中始终与酶的特定部位结合。如细胞色素氧化酶的铁卟啉。的特定部位结合。如细胞色素氧化酶的铁卟啉。辅助因子辅助因子(1)(1)辅酶辅酶A(CoA)A(CoA)辅酶辅酶A A是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶。是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶。功能：传递酰基，是形成代谢中间产物的重要辅酶。功能：传递酰基，是形成代谢中间产物的重要辅酶。(2)NAD(2)NAD+和和NADPNADP+NADNAD+(烟烟酰酰胺胺-腺腺嘌嘌呤呤二二核核苷苷酸酸，又又称称辅辅酶酶I)I)和和NADPNADP+(烟酰胺烟酰胺-腺嘌呤磷酸二核苷酸腺嘌呤磷酸二核苷酸,又称辅酶又称辅酶II)II)功能：是多种重要脱氢酶的辅酶。功能：是多种重要脱氢酶的辅酶。(3)FAD(3)FAD和和FMNFMNFAD(FAD(黄素黄素-腺嘌呤二核苷酸腺嘌呤二核苷酸)和和FMN(FMN(黄素单核苷酸黄素单核苷酸)。功能：在脱氢酶催化的氧化功能：在脱氢酶催化的氧化-还原反应中，起着电子和质还原反应中，起着电子和质子的传递体作用子的传递体作用(4)(4)辅酶辅酶Q(CoQ)Q(CoQ)辅酶辅酶Q Q又称为泛醌，其结构为：又称为泛醌，其结构为：辅酶辅酶Q Q的活性部分是它的醌环结构，主要功能是的活性部分是它的醌环结构，主要功能是作为线粒体呼吸链氧化作为线粒体呼吸链氧化-还原酶的辅酶，在酶与还原酶的辅酶，在酶与底物分子之间传递电子。底物分子之间传递电子。（5 5）硫辛酸）硫辛酸硫辛酸是少数不属于维生素的辅酶。硫辛酸是硫辛酸是少数不属于维生素的辅酶。硫辛酸是6,8-6,8-二硫辛酸，有两种形式，即硫辛酸（氧化二硫辛酸，有两种形式，即硫辛酸（氧化型）和二氢硫辛酸（还原型）。型）和二氢硫辛酸（还原型）。功能：参与丙酮酸和功能：参与丙酮酸和-酮戊二酸的氧化脱羧酮戊二酸的氧化脱羧反应，起反应，起传递酰基和氢的作用传递酰基和氢的作用(6)(6)焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素(TPP)(TPP)焦磷酸硫胺素是脱羧酶的辅酶。焦磷酸硫胺素是脱羧酶的辅酶。功能：催化酮酸的脱羧反应功能：催化酮酸的脱羧反应(7)(7)磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。磷磷酸酸吡吡多多素素是是转转氨氨酶酶的的辅辅酶酶，转转氨氨酶酶通通过过磷磷酸酸吡吡多多醛醛和和磷酸吡多胺的相互转换，起转移氨基的作用。磷酸吡多胺的相互转换，起转移氨基的作用。(8)(8)生物素生物素生物素是羧化酶的辅酶。生物素是羧化酶的辅酶。生物素的功能是作为生物素的功能是作为COCO2 2的递体，在生物合成中起传递和的递体，在生物合成中起传递和固定固定COCO2 2的作用。的作用。(9)(9)四氢叶酸四氢叶酸(FH(FH4 4或或THFA)THFA)四四氢氢叶叶酸酸是是合合成成酶酶的的辅辅酶酶，其其前前体体是是叶叶酸酸(又又称称为为蝶蝶酰酰谷氨酸，维生素谷氨酸，维生素B11)B11)。四四氢氢叶叶酸酸的的主主要要作作用用是是作作为为一一碳碳基基团团，如如-CH-CH3 3,-CH-CH2 2-,-,-CHO CHO 等的载体，参与多种生物合成过程。等的载体，参与多种生物合成过程。二、酶蛋白的结构二、酶蛋白的结构大多数酶是蛋白质，具有蛋白质的一切特性。大多数酶是蛋白质，具有蛋白质的一切特性。酶蛋白由酶蛋白由2020种氨基酸组成，有一、二、三、四级种氨基酸组成，有一、二、三、四级结构。结构。变性、复性变性、复性三、酶的活性中心三、酶的活性中心酶蛋白肽链中由少数几个氨基酸残基组成的、具酶蛋白肽链中由少数几个氨基酸残基组成的、具有一定空间构象的与催化作用密切相关的区域。有一定空间构象的与催化作用密切相关的区域。酶的活性中心分二个功能部位：结合部位和催化酶的活性中心分二个功能部位：结合部位和催化部位。部位。缬缬 天天 天天天天天天赖赖异异异异甘甘 组组SS丝丝丝丝缬缬SS活性中心活性中心活性中心活性中心胰蛋白酶活性中心胰蛋白酶活性中心活性部位四、酶的分类与命名四、酶的分类与命名1.1.酶的分类酶的分类 根据酶所催化的反应类型，把酶划分为根据酶所催化的反应类型，把酶划分为6 6类：水解酶类、氧化类：水解酶类、氧化-还原酶还原酶 类、转移酶类类、转移酶类 、裂解酶类、异构酶类和合成酶类、裂解酶类、异构酶类和合成酶类水解酶催化底物的加水分解反应。水解酶催化底物的加水分解反应。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶例如，脂肪酶(Lipase)(Lipase)催化脂的水解反应：催化脂的水解反应：(1)(1)水解酶水解酶 hydrolasehydrolase氧化氧化-还原酶催化氧化还原酶催化氧化-还原反应。还原反应。主要包括脱氢酶主要包括脱氢酶(dehydrogenase)(dehydrogenase)和氧化酶和氧化酶(Oxidase)(Oxidase)。如乳酸如乳酸(Lactate)(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。(2)(2)氧化氧化-还原酶还原酶 OxidoreductaseOxidoreductaseCH3CHCOOHOHNAD+H+CH3CCOOHONADH转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。的基团或原子转移到另一个底物的分子上。例如，谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。例如，谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。(3)(3)转移酶转移酶 TransferaseTransferaseCH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOCCH2CH2CHCOOHNH2CH3CCOOHO裂解酶催化从底物分子中移去一个基团或原子裂解酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及逆反应。形成双键的反应及逆反应。主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。例如，例如，醛缩酶催化的反应醛缩酶催化的反应果糖果糖-1-1，6-6-二磷酸二磷酸 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 +甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸(4)(4)裂解酶裂解酶 LyaseLyase异构酶催化各种同分异构体的相互转化。异构酶催化各种同分异构体的相互转化。例如，例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。(5)(5)异构酶异构酶 IsomeraseIsomerase合成酶，又称为连接酶，能够催化合成酶，又称为连接酶，能够催化C-CC-C、C-OC-O、C-N C-N 以及以及C-S C-S 键的形成反应。这类键的形成反应。这类反应必须与反应必须与ATPATP分解反应相互偶联。分解反应相互偶联。A+B+ATP+H-O-H=A A+B+ATP+H-O-H=A B+ADP+Pi B+ADP+Pi如如CTPCTP合成酶可催化合成酶可催化UTPUTP合成合成CTPCTP。ATP+UTP+NHATP+UTP+NH3 3=ADP+Pi+CTP=ADP+Pi+CTP (6)(6)合成酶合成酶 Ligase or SynthetaseLigase or Synthetase(1)(1)习惯命名法习惯命名法:1 1、根据其催化底物来命名；如淀粉酶、蛋白酶。、根据其催化底物来命名；如淀粉酶、蛋白酶。2 2、根据所催化反应的性质来命名；如水解酶、转、根据所催化反应的性质来命名；如水解酶、转移酶、氧化酶等。移酶、氧化酶等。3 3、结合上述两个原则来命名。、结合上述两个原则来命名。4 4、有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特、有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点；如胃蛋白酶等。点；如胃蛋白酶等。5 5、根据酶在细胞的不同部位，分为胞外酶、胞内、根据酶在细胞的不同部位，分为胞外酶、胞内酶和表面酶。酶和表面酶。2.2.酶的命名酶的命名 按酶在细胞的不同部位，可把酶分为按酶在细胞的不同部位，可把酶分为胞外酶、胞内酶和表面酶；胞外酶、胞内酶和表面酶；胞外酶胞外酶表面酶表面酶胞内酶胞内酶(2)(2)国际系统命名法国际系统命名法系统名称包括底物名称、构型、反应性系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字。质，最后加一个酶字。例如：例如：习惯名称习惯名称:谷丙转氨酶谷丙转氨酶系统名称系统名称:丙氨酸：丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶酮戊二酸氨基转移酶催化的反应催化的反应:丙氨酸丙氨酸 +-酮戊二酸酮戊二酸 丙酮酸丙酮酸 +谷氨酸谷氨酸 五、酶的催化特性五、酶的催化特性催化剂的特点催化剂的特点A.A.机理：降低反应活化能，提高反应速度，不机理：降低反应活化能，提高反应速度，不改变平衡点改变平衡点B.B.只起催化作用，本身不消耗。只起催化作用，本身不消耗。酶的特点酶的特点A.A.生物大分子生物大分子 除极个别除极个别RNARNA为催化自身反应的酶外，其为催化自身反应的酶外，其余所有的酶都是蛋白质。余所有的酶都是蛋白质。B.B.高效性高效性 反应速度是无酶催化或普通人造催化剂催反应速度是无酶催化或普通人造催化剂催化反应速度的化反应速度的10106 610101616倍倍；且绝无副反应。且绝无副反应。C.C.高度专一性高度专一性 一种酶只作用一种物质或一类物质，或催一种酶只作用一种物质或一类物质，或催化一种或一类化学反应。酶的底物专一性分为化一种或一类化学反应。酶的底物专一性分为结构专一性和立体异构专一性两种主要类型。结构专一性和立体异构专一性两种主要类型。例如：例如：羧肽酶（结构专一性；催化蛋白质羧肽酶（结构专一性；催化蛋白质C C端氨基酸水解端氨基酸水解脱落的酶）脱落的酶）-葡萄糖氧化酶（立体异构专一性；仅能将葡萄糖氧化酶（立体异构专一性；仅能将-D-D-葡萄糖转变成葡萄糖酸，而对葡萄糖转变成葡萄糖酸，而对-D-D-葡萄糖不起作用）葡萄糖不起作用）D.D.反应条件温和反应条件温和 常温、常压、中性常温、常压、中性E.E.酶对环境条件极为敏感酶对环境条件极为敏感 高温、强酸、强碱都能使酶丧失活性。高温、强酸、强碱都能使酶丧失活性。F.F.催化活力与辅助因子有关催化活力与辅助因子有关酶与底物作用假说酶与底物作用假说1.1.锁钥学说锁钥学说认为整个酶分子的天然构象是具有刚性认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样酶与底物作用假说酶与底物作用假说2.2.诱导契合学说诱导契合学说该学说认为酶表面并没有一种与底物互补该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状成了互补形状.酶活力：酶活性；是指催化一定的化学反应的能力。酶活力：酶活性；是指催化一定的化学反应的能力。酶活力大小可用在一定的条件下，酶催化某一化学反应的酶活力大小可用在一定的条件下，酶催化某一化学反应的反应速率来表示。反应速率来表示。反应速率：单位时间内底物的减少量或产物的生成量来表反应速率：单位时间内底物的减少量或产物的生成量来表示。示。酶活力的高低用酶活力单位来表示。酶活力的高低用酶活力单位来表示。酶活力单位：在最适条件下，每分钟转化酶活力单位：在最适条件下，每分钟转化1mol/L1mol/L底物的底物的酶为一个单位（酶为一个单位（IUIU）新的酶活力单位：催量（新的酶活力单位：催量（KatKat）Kat:Kat:在最适条件下，每秒钟内催化在最适条件下，每秒钟内催化1mol/L1mol/L底物转化为产物底物转化为产物所需的酶量定为所需的酶量定为1Kat1Kat单位。单位。六、影响酶活力的因素六、影响酶活力的因素外界条件外界条件 如温度、酸碱度等对生命活动的影响，在很如温度、酸碱度等对生命活动的影响，在很大程度上，是通过影响酶促反应速度实现的。因大程度上，是通过影响酶促反应速度实现的。因而，人们也常常通过对这些因素的控制，影响生而，人们也常常通过对这些因素的控制，影响生命机体内酶促反应的强度和方向，从而促使体内命机体内酶促反应的强度和方向，从而促使体内代谢的调节和控制朝着有益于人们需要的方向发代谢的调节和控制朝着有益于人们需要的方向发展。展。影响酶促反应速度的因素影响酶促反应速度的因素反应初速度随底物浓度变化曲线反应初速度随底物浓度变化曲线反应初速度随底物浓度变化曲线反应初速度随底物浓度变化曲线A.A.酶浓度：酶浓度：正比正比正比正比B.B.底物浓度底物浓度C.pHC.pH的影响的影响最适最适pH时的酶时的酶活力最大活力最大酶最适酶最适酶最适酶最适pHpHpHpH，因酶而异，大多数酶最适，因酶而异，大多数酶最适，因酶而异，大多数酶最适，因酶而异，大多数酶最适pHpHpHpH在在在在7.07.07.07.0左右。左右。左右。左右。过氧化氢酶过氧化氢酶过氧化氢酶过氧化氢酶胃蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶精氨酸酶精氨酸酶精氨酸酶精氨酸酶延胡索酸酶延胡索酸酶延胡索酸酶延胡索酸酶RNARNARNARNA酶酶酶酶pHpH对酶活力产生影响对酶活力产生影响:改改变底物分子和酶分子的变底物分子和酶分子的带电状态，从而影响酶带电状态，从而影响酶和底物的结合；过高、和底物的结合；过高、过低的过低的pHpH都会影响酶的都会影响酶的稳定性，进而使酶遭到稳定性，进而使酶遭到不可逆的破坏。不可逆的破坏。D.D.温度的影响温度的影响产产物物累累积积量量 1.1.最适温度（高于该温度酶开始变性失活）最适温度（高于该温度酶开始变性失活）2.2.反应初速度随温度升高而上升，反应初速度随温度升高而上升，最适温度最适温度w动物酶动物酶 3540w植物酶植物酶 4050w微生物微生物 大部分大部分4050w个别高温菌个别高温菌 100以上以上E.激活剂的影响激活剂的影响能提高（酶）活性的能提高（酶）活性的物质物质-（酶）激活剂（酶）激活剂a.a.无机离子无机离子 阳离子阳离子 K K+、CaCa2+2+、NaNa+、MgMg2+2+、ZnZn2+2+等等 阴离子阴离子 ClCl-、BrBr-等等机理机理:1.1.与底物结合，使底物形状与底物结合，使底物形状更适合酶的活性中心更适合酶的活性中心2.2.与别构酶的别构中心结合，与别构酶的别构中心结合，使酶的构象变化，更适合使酶的构象变化，更适合与底物的结合。与底物的结合。b.b.中等大小的有机分子中等大小的有机分子 1.1.某些还原剂某些还原剂 如如VcVc、半胱氨酸、氰化物、半胱氨酸、氰化物 机理：还原酶活性中心的二硫键机理：还原酶活性中心的二硫键 -S-S-SH+-SH -S-S-SH+-SH 参与催化参与催化 2.EDTA2.EDTA（乙二胺四乙酸）（乙二胺四乙酸）机理：解除重金属抑制机理：解除重金属抑制F.F.抑制剂的影响抑制剂的影响使酶活性降低的物质。使酶活性降低的物质。抑制作用分可逆抑制抑制作用分可逆抑制与不可逆抑制。与不可逆抑制。可逆的依据：能否用可逆的依据：能否用透析、超滤等物理方透析、超滤等物理方法除去抑制剂，使酶法除去抑制剂，使酶复活。复活。不可逆抑制：不可逆抑制：活性区与之以牢固的共价键相连；均为剧毒物质，如重金属、有机磷、有机汞、有机砷、氰化物、青霉素、毒鼠强等。有机磷农药（敌百虫、沙林）有机磷农药（敌百虫、沙林）胆碱胆碱酯酶酯酶OHPOC2H5OC2H5S有机磷农药部分神经传导中毒神经传导中毒第二节第二节 微生物营养微生物营养一、微生物的化学组成一、微生物的化学组成蛋白质、核酸、多糖和脂质这四类生物大分子，蛋白质、核酸、多糖和脂质这四类生物大分子，占到细胞干重的占到细胞干重的9696。其余就是组成它们的单体。其余就是组成它们的单体以及无机盐等。以及无机盐等。水也是微生物细胞的重要组成成分，通常微生物水也是微生物细胞的重要组成成分，通常微生物细胞的细胞的707090%90%是水。是水。此外还有机酸、维生素、激素等有机化合物。此外还有机酸、维生素、激素等有机化合物。这些形形色色的化学物质均由碳、氢、氧、氮、这些形形色色的化学物质均由碳、氢、氧、氮、磷、硫以及其他为数不多的化学元素构成。磷、硫以及其他为数不多的化学元素构成。这些化学元素都来自于胞外环境。微生物细胞这些化学元素都来自于胞外环境。微生物细胞利用含这些化学元素的物质制造其细胞物质和利用含这些化学元素的物质制造其细胞物质和组分，并进一步将它们组织成为微生物细胞的组分，并进一步将它们组织成为微生物细胞的结构。结构。外界环境中可为细胞提供结构组分、能量、代外界环境中可为细胞提供结构组分、能量、代谢调节物质和良好生理环境的化学物质称为营谢调节物质和良好生理环境的化学物质称为营养物质或养料。养物质或养料。二二.微生物的营养物及营养类型微生物的营养物及营养类型微微生生物物需需要要的的营营养养物物质质有有水水、碳碳素素营营养养源源、氮素营养源、无机盐及生长因子。氮素营养源、无机盐及生长因子。（一）水（一）水各类微生物都含有大量水分各类微生物都含有大量水分,占占90%90%左右。一般低左右。一般低等微生物含水量大于高等微生物等微生物含水量大于高等微生物,幼龄菌含水量大幼龄菌含水量大于老龄菌。于老龄菌。水的作用：水的作用：微生物机体重要组成微生物机体重要组成;直接参加各种代谢反应直接参加各种代谢反应;是微生物代谢反应的中间介质是微生物代谢反应的中间介质;调节微生物细胞温度调节微生物细胞温度;水维持细胞膨压。水维持细胞膨压。（二）碳源和能源（二）碳源和能源1 1）碳源）碳源 种种类类：有有机机物物、无无机机碳碳化合物化合物随随微微生生物物种种类类不不同同，各各有偏好有偏好微生物最喜好的碳源是微生物最喜好的碳源是糖类物质，糖类物质，糖类物质，糖类物质，尤其是葡萄尤其是葡萄糖及其多糖糖及其多糖 提供碳元素来源的物质提供碳元素来源的物质提供碳元素来源的物质提供碳元素来源的物质 细菌细胞中的碳素含量占细菌细胞中的碳素含量占细菌细胞中的碳素含量占细菌细胞中的碳素含量占干物质质量的干物质质量的干物质质量的干物质质量的50505050左右左右左右左右。碳源作用碳源作用碳源作用碳源作用细胞的碳骨架、细胞的碳骨架、细胞的碳骨架、细胞的碳骨架、大多还是能源物质。大多还是能源物质。大多还是能源物质。大多还是能源物质。2）能源）能源微生物的能源种类：微生物的能源种类：化学能、光能化学能、光能所有微生物细胞内能所有微生物细胞内能量传递体都是量传递体都是ATPATP可以产生化学能的物质可以产生化学能的物质可以产生化学能的物质可以产生化学能的物质有机碳源有机碳源有机碳源有机碳源特殊的无机物特殊的无机物特殊的无机物特殊的无机物（如（如（如（如S S S S2-2-2-2-、FeFeFeFe2+2+2+2+、NHNHNHNH3 3 3 3)利用光能的细菌：含有利用光能的细菌：含有利用光能的细菌：含有利用光能的细菌：含有光合色素光合色素光合色素光合色素微生物营养型分类微生物营养型分类根据碳源不同分为无机营养和有机营养根据碳源不同分为无机营养和有机营养根据碳源不同分为无机营养和有机营养根据碳源不同分为无机营养和有机营养（自养和异养）两种（自养和异养）两种（自养和异养）两种（自养和异养）两种 无机营养微生物（自养微生物）无机营养微生物（自养微生物）无机（自养）无机（自养）CO2、CO和和CO32-又又又又根根根根据据据据能能能能源源源源不不不不同同同同分分为为光光光光能能能能自自自自养养养养型型型型微微微微生生生生物物物物和和化化化化能能能能自自自自养型微生物养型微生物养型微生物养型微生物。（1 1）光能自养）光能自养微生物微生物紫硫细菌和绿硫细菌紫硫细菌和绿硫细菌 紫硫、绿硫细菌代谢方式紫硫、绿硫细菌代谢方式 光照光照 COCO2 2 +H +H2 2S CHS CH2 2OO（糖）（糖）+H+H2 2O +2SO +2S 菌绿素菌绿素在自然界的作用：早期无氧地球，清除在自然界的作用：早期无氧地球，清除在自然界的作用：早期无氧地球，清除在自然界的作用：早期无氧地球，清除H H H H2 2S S S S毒物毒物毒物毒物（H H2 2S S类似类似植物光合作用植物光合作用植物光合作用植物光合作用中的中的H H2 2O O）光能自养光能自养光能自养光能自养细菌不能用于污水处理：条件苛刻细菌不能用于污水处理：条件苛刻（2 2）化能自养微生物（有氧）化能自养微生物（有氧）自养自养碳源碳源COCO3 32 2化化能能以以 S S、H H2 2S S、H H2 2、NHNH3 3、FeFe2+2+等等无无机机物物氧氧化化产能产能种种种种类类类类：硫硫细细菌菌、（亚亚）硝硝化化细细菌菌及及及及铁铁细细菌菌、氢氢细细菌菌。化能自养化能自养化能自养化能自养细菌能用于污水处理：脱氨、脱硫；细菌能用于污水处理：脱氨、脱硫；条件容易条件容易 有机营养微生物（异养微生物）有机营养微生物（异养微生物）有机（异养）有机（异养）以有机物为碳源以有机物为碳源污水处理中异养产能率高、有机污染物充足，异污水处理中异养产能率高、有机污染物充足，异养菌是污水处理的主角养菌是污水处理的主角（1）光能异养与化能异养）光能异养与化能异养以有机物作为碳源和能源的微生物。以有机物作为碳源和能源的微生物。以有机物作为碳源和能源的微生物。以有机物作为碳源和能源的微生物。绝大多数的细菌都属于化能异养菌绝大多数的细菌都属于化能异养菌绝大多数的细菌都属于化能异养菌绝大多数的细菌都属于化能异养菌。化能异养化能异养化能异养化能异养微生物微生物微生物微生物不受氧气限制，尤其不受氧气限制，尤其适于高浓度有适于高浓度有适于高浓度有适于高浓度有机废水机废水机废水机废水（食品行业）的高效处理（食品行业）的高效处理.光能异养微生物光能异养微生物（无氧有光）（无氧有光）光能光能+色素色素 有机物 +CO2 菌体 CH2O小分子有机物碳源小分子有机物碳源主要指红螺菌（有氧无光时可化能异养生存）主要指红螺菌（有氧无光时可化能异养生存）在污水处理中的优势在污水处理中的优势嗜盐红螺菌大量滋生时嗜盐红螺菌大量滋生时的红盐田的红盐田人工投加光合细菌人工投加光合细菌（PSB,红螺菌）有利于红螺菌）有利于水产养殖：水产养殖：迅速转化毒物（水族排泄迅速转化毒物（水族排泄物被细菌分解后的氨、有物被细菌分解后的氨、有机酸）；机酸）；为高蛋白的菌体，作为鱼为高蛋白的菌体，作为鱼的饲料，且不消耗氧的饲料，且不消耗氧 ；优势生长时能抑制水族病优势生长时能抑制水族病原菌的生长原菌的生长绝大多数细菌和全部真绝大多数细菌和全部真菌菌（三）氮源（三）氮源哪些物质可作为微生物的氮源？哪些物质可作为微生物的氮源？有有机机氮氮（氨氨基基酸酸和和蛋蛋白白质质）、无无机机氮氮（N2、NH3、铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐）等。、铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐）等。实验室中有机氮源实验室中有机氮源蛋白胨蛋白胨工业投加的微生物氮源？工业投加的微生物氮源？尿素、粪便尿素、粪便（四）无机盐（四）无机盐阴离子盐：磷酸盐、硫酸盐、氯化物、碳酸盐、碳酸氢阴离子盐：磷酸盐、硫酸盐、氯化物、碳酸盐、碳酸氢盐。盐。阳离子盐：氨、钾、钠、钙、镁、铁的盐阳离子盐：氨、钾、钠、钙、镁、铁的盐P P和和S S、FeFe、MgMg的需求量较大的需求量较大同时还需要锌、锰、钴、铝、铜、硼、钒、镍等微量元同时还需要锌、锰、钴、铝、铜、硼、钒、镍等微量元素。素。磷源和硫源磷源和硫源磷源比较单一，主要是无机磷酸盐或偏磷酸盐。磷源比较单一，主要是无机磷酸盐或偏磷酸盐。硫源硫源从还原性的从还原性的S S2-2-化合物化合物化合物化合物、元元元元素硫素硫素硫素硫一直到最高氧化态的一直到最高氧化态的S0S04 42-2-化合化合化合化合物物物物，都可以作为硫源。，都可以作为硫源。工业污水常补加磷酸三钠等。工业污水常补加磷酸三钠等。无机盐的功能是什么？无机盐的功能是什么？细胞的组成成分细胞的组成成分;酶的组成成分，维持酶的活性酶的组成成分，维持酶的活性;调节细胞渗透压、调节细胞渗透压、pHpH、Eh;Eh;某些矿质元素作为化能自养菌的能源。某些矿质元素作为化能自养菌的能源。（五）生长因子（五）生长因子种类：嘌呤、嘧啶类、维生素类种类：嘌呤、嘧啶类、维生素类作用：作用：嘌呤和嘧啶参与合成核酸和辅酶嘌呤和嘧啶参与合成核酸和辅酶;维生素，重要辅酶维生素，重要辅酶多数微生物不存在生长因子问题。多数微生物不存在生长因子问题。只有少数微生物需要外界提供现成的生长因子，只有少数微生物需要外界提供现成的生长因子，才能生长，如乳酸菌需要多种维生素，因此只能才能生长，如乳酸菌需要多种维生素，因此只能生活在这些物质供应充足的环境，如牛奶中、肠生活在这些物质供应充足的环境，如牛奶中、肠道。道。是一类调节微生物正常代谢所必需，但不能用是一类调节微生物正常代谢所必需，但不能用简单的碳、氮源自行合成的有机物。简单的碳、氮源自行合成的有机物。在环境工程实际应用中还应注意在环境工程实际应用中还应注意 1.1.营养要求小范围可改变营养要求小范围可改变指微生物对碳源等的种类、数量一定程度上指微生物对碳源等的种类、数量一定程度上可驯化适应（酶的诱导、易变异）可驯化适应（酶的诱导、易变异）2.“2.“营养要平衡营养要平衡”，存在一定比例搭配的现象，存在一定比例搭配的现象主主要要是是指指碳碳氮氮磷磷的的比比例例关关系系，通通常常称称碳碳氮氮磷磷比。比。三、碳氮磷比三、碳氮磷比根瘤菌要求碳氮比为根瘤菌要求碳氮比为11.511.5：1 1土壤中微生物混合群体要求碳氮比为土壤中微生物混合群体要求碳氮比为2525：1 1污污(废废)水水生生物物处处理理中中好好氧氧微微生生物物群群体体(活活性性污污泥泥)对碳氮磷比要求为对碳氮磷比要求为BODBOD5 5：N N：P P100100：5 5：1 1厌厌氧氧消消化化污污泥泥中中的的厌厌氧氧微微生生物物群群体体对对碳碳氮氮磷磷比要求比要求BOD5BOD5：N N：P P100100：6 6：1 1 为了保证污为了保证污为了保证污为了保证污(废废废废)水水水水(有机固体废物）生物处理有机固体废物）生物处理有机固体废物）生物处理有机固体废物）生物处理要按碳氮磷比配给营养要按碳氮磷比配给营养要按碳氮磷比配给营养要按碳氮磷比配给营养 。城市生活污水不存在营养不足的问题。但有的工城市生活污水不存在营养不足的问题。但有的工业废水缺某种营养，当营养量不足时，应供给或业废水缺某种营养，当营养量不足时，应供给或补足。补足。洗涤剂废水：洗涤剂废水：缺缺缺缺N N N N，P P P P过剩过剩过剩过剩炼油废水：缺炼油废水：缺N N N N、P P P P 如酒精废水：缺如酒精废水：缺N N N N、P P P P 但如果工业废水不缺营养，就切勿盲目补充但如果工业废水不缺营养，就切勿盲目补充微生物往往先利用现成的容易被吸收、利微生物往往先利用现成的容易被吸收、利用的有机物质，而不再利用工业废水中难以吸用的有机物质，而不再利用工业废水中难以吸收、利用的有机物，从而导致微生物分解特殊收、利用的有机物，从而导致微生物分解特殊有机物的能力下降有机物的能力下降这与微生物驯化正好相反（反驯化）。这与微生物驯化正好相反（反驯化）。四培养基四培养基培培培培养养养养基基基基是是是是一一一一种种种种人人人人工工工工配配配配制制制制的的的的、适适适适合合合合微微微微生生生生物物物物生生生生长长长长繁繁繁繁殖殖殖殖或或或或产产产产生生生生代代代代谢谢谢谢产产产产物物物物用用用用的的的的营营营营养养养养基基基基质质质质。任任任任何何何何培培培培养养养养基基基基都都都都应应应应具具具具备备备备微微微微生生生生物物物物所所所所需需需需要要要要的的的的营营营营养养养养要要要要素素素素，且且且且其其其其间间间间的的的的比比比比例例例例是是是是合合合合适适适适的的的的。任任任任何何何何培培培培养养养养基基基基一一一一旦旦旦旦配配配配成成成成，必必必必须须须须立立立立即即即即进进进进行行行行灭灭灭灭菌菌菌菌，否否否否则则则则很很很很快快快快引引引引起起起起杂杂杂杂菌菌菌菌丛丛丛丛生生生生，并并并并破坏其固有成分和性质。破坏其固有成分和性质。破坏其固有成分和性质。破坏其固有成分和性质。培养基配制原则培养基配制原则 1.1.根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基。根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基。2.2.注注意意营营养养物物质质的的浓浓度度比比和和C/NC/N比比。一一般般微微生生物物适应适应C/NC/N是是25:125:1。3.3.调节适宜的调节适宜的pHpH值值微微生生物物在在培培养养过过程程中中会会引引起起pHpH变变化化,为为了了保保持持培培养养基基中中有有恒恒定定的的pHpH值值,要要加加入入一一些些缓缓冲冲剂或不溶性的碳酸盐。剂或不溶性的碳酸盐。4.4.根据培养微生物的目的决定成分的量。如培养根据培养微生物的目的决定成分的量。如培养目的是为了得到大量的菌体目的是为了得到大量的菌体,氮源要高氮源要高,有利于有利于菌体蛋白质合成。菌体蛋白质合成。化能自养菌氧化硫杆菌的培养基化能自养菌氧化硫杆菌的培养基粉末状硫（能源）粉末状硫（能源）10g 10g KHKH2 2POPO4 4（磷源、缓冲物）（磷源、缓冲物）4g 4g MgSOMgSO4 4（盐盐盐盐）0.5g0.5g；CaClCaCl2 2 （盐盐盐盐）0.5g 0.5g；FeSOFeSO4 4（盐）（盐）0.01g0.01g(NH(NH4 4)2 2SOSO4 4（氮源）（氮源）0.4g0.4g水水 1000mL1000mL碳源：碳源：碳源：碳源：空气中的空气中的COCO2 2，也可补加一部分碳酸钠。也可补加一部分碳酸钠。也可补加一部分碳酸钠。也可补加一部分碳酸钠。异养细菌的培养基中至少有一种有机物，实验异养细菌的培养基中至少有一种有机物，实验室中通常是葡萄糖室中通常是葡萄糖 如一种大肠杆菌培养基如一种大肠杆菌培养基葡萄糖葡萄糖 0.5g0.5g；K K2 2HPOHPO4 4 1g 1g；MgSOMgSO4 4 0.2g 0.2g；NaCl NaCl 5g5g；NHNH4 4H H2 2POPO4 4 0.4g 0.4g；水；水1000mL1000mL2.配制配制加水加水