微生物学原理培训讲义.pptx

第二讲 微生物的营养、生长与生活环境营养物质营养物质营养类型营养类型营养物质吸收营养物质吸收培养基培养基微生物代谢微生物代谢微生物酶微生物酶1、微生物营养物质及其功能、微生物营养物质及其功能水水微微生生物物营营养养物物质质碳素化合物碳素化合物氮素化合物氮素化合物矿质元素矿质元素生长因子生长因子一、微生物营养物质及其功能一、微生物营养物质及其功能（2）大多数微生物的能源物质）大多数微生物的能源物质（1）构成微生物体有机分子的骨架）构成微生物体有机分子的骨架甘薯、玉米粉、麸皮、米糠、野生植物的淀粉、甘薯、玉米粉、麸皮、米糠、野生植物的淀粉、酒糟、造纸厂亚硫酸液酒糟、造纸厂亚硫酸液芳香族化合物、氰化物、低浓度染料芳香族化合物、氰化物、低浓度染料CO2有机物有机物葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉有机酸、醇类、脂类有机酸、醇类、脂类微生物可以利用的碳源种类微生物可以利用的碳源种类1、碳素化合物（碳源）、碳素化合物（碳源）2、氮素化合物（氮源）、氮素化合物（氮源）分子氮分子氮 N2（固氮菌、根瘤菌、少数放线菌和光合细菌、蓝细菌）（固氮菌、根瘤菌、少数放线菌和光合细菌、蓝细菌）无机氮无机氮 NH4、NO3、NO2（多数微生物）（多数微生物）有机氮有机氮 蛋白质、多肽、氨基酸（多数微生物）蛋白质、多肽、氨基酸（多数微生物）牛肉膏、蛋白胨、尿素、酵母高、玉米浆、饼粕牛肉膏、蛋白胨、尿素、酵母高、玉米浆、饼粕微生物可利用的氮素化合物微生物可利用的氮素化合物：氮素化合物的功能氮素化合物的功能：构成细胞物质，少数微生物的能源物质。构成细胞物质，少数微生物的能源物质。3、矿质元素、矿质元素(无机盐无机盐)为机体提供了必要的金属元素等为机体提供了必要的金属元素等 P、S、Fe、Mg、K、Ca (大量元素大量元素)Mn、Cu、Zn、Mo （微量元素）（微量元素）主要功能主要功能1）构成细胞组分；）构成细胞组分；2）构成酶的组分和维持酶的活性；）构成酶的组分和维持酶的活性；3）调节渗透压、氢离子浓度、氧化还原电位等；）调节渗透压、氢离子浓度、氧化还原电位等；4）供给自养微生物能源）供给自养微生物能源4、生长因子、生长因子 生长因子是指微生物生长必需的但本身不能合成，需要从外界吸收的且需生长因子是指微生物生长必需的但本身不能合成，需要从外界吸收的且需要量又很小的有机物质。要量又很小的有机物质。生长因子分类：生长因子分类：氨基酸氨基酸 核核 苷苷 维生素维生素 生长因子功能：生长因子功能：构成酶的辅基或辅酶构成酶的辅基或辅酶5、水分、水分 微生物水分含量：营养细胞微生物水分含量：营养细胞90%，孢子，孢子40%。水分在微生物生长代谢中的功能水分在微生物生长代谢中的功能：a.机体内生理生化反应的基础机体内生理生化反应的基础b.溶剂与运输介质溶剂与运输介质c.细胞内温度的缓冲剂作用细胞内温度的缓冲剂作用 从营养的角度分从营养的角度分 异养型生物异养型生物 自养型生物自养型生物 所需要营养物质所需要营养物质 有机物有机物 无机物无机物 生物种类生物种类 动物动物 植物植物二、微生物的营养类型二、微生物的营养类型微生物属于哪类生物，自养还是异养微生物属于哪类生物，自养还是异养？微生物微生物营养型营养型自养型自养型异养型异养型能能 源源碳碳 源源CO2有机化合物有机化合物光能型光能型化能型化能型光光 能能化学能化学能光能自养型光能自养型化能自养型化能自养型光能异养型光能异养型化能异养型化能异养型三、影响微生物对营养物质吸收的因素三、影响微生物对营养物质吸收的因素1、第一因素：细胞膜、第一因素：细胞膜 细胞膜细胞膜选择性透膜选择性透膜 细胞荚膜、粘液层以及细胞壁细胞荚膜、粘液层以及细胞壁2、第二因素：微生物细胞生活的环境、第二因素：微生物细胞生活的环境 pH值、温度值、温度3、第三因素：被吸收物质的特性。、第三因素：被吸收物质的特性。分子量、溶解度分子量、溶解度(影响物质的溶解度、细胞膜的流动性和运输系统的活性影响物质的溶解度、细胞膜的流动性和运输系统的活性)四、微生物对营养物质的吸收方式四、微生物对营养物质的吸收方式 是否消耗是否消耗能量能量 是否需要是否需要载体载体 是否发生被吸收物的是否发生被吸收物的化学变化化学变化 。单纯扩散单纯扩散促进扩散促进扩散主动运输主动运输基团转位基团转位根据微生物对物质的吸收过程：根据微生物对物质的吸收过程：五、微生物培养基五、微生物培养基培养基培养基:是人工配制的适合微生物生长繁是人工配制的适合微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养物质。殖或积累代谢产物的营养物质。配制培养基的基本原则配制培养基的基本原则1、适合不同微生物的营养特点。、适合不同微生物的营养特点。(1)从营养型的角度看从营养型的角度看生理特点不同生理特点不同细菌细菌放线菌放线菌霉菌霉菌营养要求不同营养要求不同牛肉膏蛋白胨培养基牛肉膏蛋白胨培养基高氏一号培养基高氏一号培养基马丁氏培养基或蔡氏培养基马丁氏培养基或蔡氏培养基(2)从类群的角度看从类群的角度看自养微生物自养微生物 合成能力强合成能力强 简单的无机物简单的无机物异养微生物异养微生物 合成能力弱合成能力弱 至少提供一种有机物至少提供一种有机物2、调配好培养基中各种营养成分的比例和浓度。、调配好培养基中各种营养成分的比例和浓度。(1)浓度适中原则浓度适中原则 大量元素大量元素 10-3-10-4 mol/L 微量元素微量元素 10-6-10-8 mol/L2、调配好培养基中各种营养成分的比例和浓度。、调配好培养基中各种营养成分的比例和浓度。(2)营养比例原则营养比例原则 a.C/Nb.其它营养的比例（矿质元素、氨基酸）其它营养的比例（矿质元素、氨基酸）同一种微生物在不同同一种微生物在不同C/N培养基培养时，表现不同。培养基培养时，表现不同。短棒杆菌的谷氨酸发酵培养基短棒杆菌的谷氨酸发酵培养基C/N=4:1，菌体繁殖；，菌体繁殖；C/N=3:1，谷氨酸形成，谷氨酸形成不同的微生物，所需营养物不同的微生物，所需营养物C/N不同。不同。细菌、酵母菌细胞的细菌、酵母菌细胞的C/N=5:1，而霉菌，而霉菌=10:1（？）（？）水处理中进水的BOD5NP 100:5:13、控制培养条件、控制培养条件pHO2CO2渗透压渗透压微生物生长繁殖微生物生长繁殖培养条件培养条件影响影响影响影响微生物培养体系微生物培养体系(1)培养基的培养基的pH值的控制。值的控制。a.根据各类微生物的特点来调节培养基的根据各类微生物的特点来调节培养基的pH值。值。霉菌、酵母菌适于酸性，霉菌、酵母菌适于酸性，(pH4.5-6.0左右左右)细菌、放线菌喜中性或偏碱性细菌、放线菌喜中性或偏碱性 (pH7.0-7.5左右左右)(1)培养基的培养基的pH值的控制。值的控制。磷酸盐、碳酸盐、蛋白胨、氨基酸磷酸盐、碳酸盐、蛋白胨、氨基酸(配制培养时加入配制培养时加入)磷酸盐缓冲作用的反应式为：磷酸盐缓冲作用的反应式为：H+(强酸强酸)+HPO 4=(弱碱弱碱)H2PO 4-(弱酸弱酸)OH-(强碱强碱)+H2PO4-(弱酸弱酸)HPO 4=(弱碱弱碱)+H2O 碳酸钙碳酸钙（配制培养基时加入）（配制培养基时加入）酸或碱酸或碱（培养过程中加入）（培养过程中加入）b.使用使用pH值缓冲剂值缓冲剂由微生物与氧气的关系形成了三类微生物：由微生物与氧气的关系形成了三类微生物：专性好氧性微生物专性好氧性微生物 专性厌氧性微生物专性厌氧性微生物 兼性厌氧的微生物兼性厌氧的微生物实践对策：实践对策：专性好氧性微生物：空气提供氧气、工业上采用通气装置。专性好氧性微生物：空气提供氧气、工业上采用通气装置。专性厌氧性微生物：采用理化方法除氧、向培养体系加入专性厌氧性微生物：采用理化方法除氧、向培养体系加入还原剂还原剂 （胱氨酸、巯基乙酸钠、（胱氨酸、巯基乙酸钠、Na2S和抗坏血酸）和抗坏血酸）(2)O2浓度的调节浓度的调节（3）CO2的调节的调节 对自养微生物来说，空气中只占容积的对自养微生物来说，空气中只占容积的0.03%的的CO2量意味着什么？量意味着什么？增加增加CO2供应的途径：供应的途径：紫硫细菌和绿硫细菌等厌氧性自养菌：培养基中加入紫硫细菌和绿硫细菌等厌氧性自养菌：培养基中加入NaHCO3微生物代谢：微生物细胞所进行的化学反应的总和。微生物代谢：微生物细胞所进行的化学反应的总和。微生物合成代谢：小分子合成复杂大分子的过程；微生物合成代谢：小分子合成复杂大分子的过程；微生物分解代谢：细胞物质或营养物质降解形成简单产物的过程。微生物分解代谢：细胞物质或营养物质降解形成简单产物的过程。微微生生物物的的代代谢谢物质代谢物质代谢能量代谢能量代谢产能代谢产能代谢耗能代谢耗能代谢分解代谢分解代谢合成代谢合成代谢六、六、微生物的代谢微生物的代谢 根据细菌生长繁殖速率将生长曲线分四个阶段：根据细菌生长繁殖速率将生长曲线分四个阶段：缓慢期缓慢期 对数期对数期 稳定期稳定期(静止期静止期)衰亡期衰亡期七、细菌分批培养群体生长规律七、细菌分批培养群体生长规律特点：分裂迟缓特点：分裂迟缓 代谢活跃代谢活跃原因原因 1.接种机械损伤接种机械损伤2.细胞分裂因子缺乏细胞分裂因子缺乏特点：特点：（1）代谢活性）代谢活性 （2）世代时）世代时特特 点：点：1、细菌数量增加率为、细菌数量增加率为02、积累代谢产物、积累代谢产物特点：菌体活性降低、大量死亡特点：菌体活性降低、大量死亡 细胞畸变、自溶细胞畸变、自溶八、微生物的生活环境八、微生物的生活环境极端环境条件对微生物的影响极端环境条件对微生物的影响 死死 亡亡环境条件一定范围的变化，影响环境条件一定范围的变化，影响形态形态生理生理生长生长繁殖繁殖温度温度O2氧化还原电位氧化还原电位水分水分辐射辐射化学药物化学药物pH影响微生物生长的主要环境因子影响微生物生长的主要环境因子1、温度对微生物生长的影响、温度对微生物生长的影响微生物的生长温度类型微生物的生长温度类型低低 温温 型型(嗜冷菌嗜冷菌 适温低于适温低于10)中中 温温 型型(嗜中温菌嗜中温菌 适温适温10-40)高高 温温 型型(嗜热菌、嗜超热菌嗜热菌、嗜超热菌 适温高于适温高于40)温度对微生物生长的影响温度对微生物生长的影响高温：蛋白质变性高温：蛋白质变性 酶失活酶失活 核糖体解体核糖体解体 致死时间、致死温度致死时间、致死温度低温：酶活性下降、新陈代谢缓慢低温：酶活性下降、新陈代谢缓慢微生物的三种基本温度微生物的三种基本温度最低生长温度最低生长温度最高生长温度最高生长温度最适生长温度最适生长温度2、氧化还原电位、氧化还原电位Eh好气性微生物好气性微生物 Eh0.1V，而以，而以0.3-0.4v为宜为宜兼性厌气微生物兼性厌气微生物Eh0.1v行好气呼吸行好气呼吸专性厌气性微生物专性厌气性微生物 Eh值值0.2V以下以下 自然环境氧化还原电位范围自然环境氧化还原电位范围上限：上限：+820mV 高浓度的高浓度的O2，无耗氧系统存在，无耗氧系统存在下限：下限：-400mV 充满充满H2的环境的环境好氧活性污泥法系统好氧活性污泥法系统 Eh 0.20.6V高负荷生物滤池出水高负荷生物滤池出水Eh 0.3V 0.04V二次沉淀池（二次沉淀池（H2S）Eh -0.09V 描述某一特定环境中氧化性和还原性的相对程度。描述某一特定环境中氧化性和还原性的相对程度。