第二章环境生物技术的生物学基础.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章环境生物技术的生物学基础,(一)绪论,微生物学与环境,在自然界,微生物得活动使有机物与无机物之间不断进行转化,这就是生物圈其她高等生物赖以生存得基础。,在环境工程中,对于废水与固体废弃物得生物处理,就就是利用微生物得作用去除污染物。,如自然界水体在接受污染物后,具有恢复其原来洁净状态得能力,这就是在微生物得参与下完成得,当进入水体得污染物量过高以致超过微生物自净能力得限度,就会引起严重污染。,微生物,(病毒),古生菌(,Archaea,),真细菌(,Eubacteria,),真菌(酵母、霉菌、蕈菌等)、,单细胞藻类、,原生动物等,非细胞型,细胞型,原核微生物,真核微生物,(,Eukarya,),微生物就是一群形体微小、结构简单得单细胞或没有分化得多细胞生物,有得甚至没有细胞结构。,微生物得类群,(二)原核、真核及非细胞型微生物,3、,非细胞型微生物,1、,原核细胞型微生物,细菌,丝状细菌,光合型原核生物,滑动细菌,2、,真核细胞型微生物,真菌,原生动物,藻类,微型后生动物,细菌(,Eubacteria,),(一)个体形态与排列,球状,杆状,螺旋状,基本形态,1、,原核型细胞微生物,1,、球状,细胞个体呈球形或椭圆形,不同种得球菌在细胞分裂时会形成不同得空间排列方式,常被作为分类依据。分为以下几种,:,单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌等。,金黄色葡萄球菌,单球菌:,细胞分裂沿一个平面进行,新个体分散而单独存在,、,如尿素微球菌,(,Micrococcus ureae),双球菌:,细胞沿一个平面分裂,新个体成对排列,、,如肺炎双球菌,(,Diplococcus pneumoniae,),链球菌:,细胞沿一个平面进行分裂,新个体不但可保持成对得样子,并可连成链状,、,如:,乳链球菌 (,Streptococcus lactis,),无乳链球菌(,Streptococcus agalactiae),溶血链球菌(,Streptococcus hemolyticus),四联球菌:,细胞分裂就是沿两个相垂直得平面进行,分裂后每四个细胞特征性地连在一起,呈田字形,、,如四联微球菌,(,Micrococcus tetragenus,),八叠球菌:,细胞按三个互相垂直得平面进行分裂后,每八个球菌特征性地连在一起成立方体形,、,如藤黄八叠球菌,(,Sarcina ureae,),大家有疑问的，可以询问和交流,可以互相讨论下，但要小声点,葡萄球菌:,细胞无定向分裂,多个新个体形成一个不规则得群体,犹如一串葡萄。,如:金黄色葡萄球菌,(,Staphylococcus aureus),白色葡萄球菌(,Staphylcoccus albus),2,、杆状,细胞呈杆状或圆柱形,一般其粗细(直径)比较稳定,而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。,杆状细菌得排列方式常因生长阶段与培养条件而发生变化,一般不作为分类依据。,枯草芽孢杆菌,地衣芽孢杆菌,3,、螺旋状,弧菌,螺旋菌,螺旋体菌,弧菌:,菌体只有一个弯曲,其程度不足一圈,形似“,C”,字或逗号,鞭毛偏端生。,(,寄生性弧菌,-,蛭弧菌,),霍,乱,弧,菌,螺旋菌:,菌体回转如螺旋,螺旋,数目与螺距大小因种而,异。鞭毛二端生。细胞,壁坚韧,菌体较硬。,螺旋体菌:,菌体柔软,用于运动得类似鞭毛得轴丝位于细胞外鞘内。,梅毒密螺旋体,(二)大小,最小:,与无细胞结构得病毒相仿(,50 nm,),最大:,肉眼可见(,0、75 mm,),测量方法:,显微镜测微尺,显微照相后根据放大倍数进行测算,球菌大小以直径来表示,多为,0、5-2m,。,杆菌及螺旋菌得大小以长度与宽度来表示。,杆菌一般长,1-5m,宽,0、5-1m,。,螺旋菌得长度就是菌体空间得长度,一般为,5-15m,宽,0、5-5m,。,细菌细胞主要由细胞壁、细胞质膜、细胞质、核及内含物等构成。有得细菌还可能有荚膜、芽孢或鞭毛等特殊结构。,细菌一般进行无性繁殖,表现为细胞得横分裂,称为裂殖。,在分裂前先延长菌体,染色体复制为二,然后垂直于长轴分裂,细胞赤道附近得细胞质膜凹陷生长,直至形成横隔膜,同时形成横隔壁,这样便产生两个子细胞。,大量细菌聚集起来,形成肉眼可见得群体,通称为菌落,在固体培养基上培养,几天内即可由一个或几个细胞分裂繁殖成千万个细胞。,在液体培养基中生长,可表现为培养液由清至浊。,环境中常见得细菌主要包括普通化能异养细菌与普通化能自养细菌,化能异养细菌:有机物得主要降解者,广泛分布于有机质丰富得土壤、水域、动植物残骸中,一些寄生于人、动物与植物体内。,化能自养细菌:能源来自无机物氧化产生得化学能,碳源就是,CO,2,(或碳酸盐)。这类微生物主要就是硝化细菌、硫化细菌、氢细菌、铁细菌及产甲烷菌等。,产甲烷得细菌,球菌类:微球菌属葡萄球菌属链球菌属 明串珠菌属,化能异养细菌,无芽孢杆菌类,埃希氏菌属:好氧或兼性厌氧。代表种为大肠杆菌。,假单胞菌属:专性好氧。就是好氧生物处理中常见菌。,动胶菌属:专性好氧。在活性污泥工艺中,对形成絮状活性污泥贡,献最大,常见得有生枝与悬丝动胶菌种。,产碱杆菌属与黄杆菌属,不动杆菌属:好氧与缺氧条件下均可生长。好氧下在细胞内积累磷,酸盐。厌氧下释放出细胞内积累得磷酸盐。,棒状杆菌属与节杆菌属,乳酸杆菌属:,固氮菌属,根瘤菌属,产芽孢杆菌:芽孢杆菌属好氧到兼性厌氧,梭状芽孢杆菌属严格厌氧菌,丝状细菌:,主要属于放线菌纲与鞘细菌纲,放线菌:,放线菌为细菌中得一个特殊类群。没有核膜与核仁得分化。,多数为腐生菌,可以分解许多有机物,如烃类、氰化物等。,放线菌为具有分枝得丝状菌,菌丝无隔膜。通过无性孢子及菌丝片段等进行繁殖,其中以分生孢子为主。少数放线菌还能以子囊孢子进行繁殖。,放线菌得菌落介于霉菌与细菌之间,菌丝及孢子常具有色素,多数好氧,能产生抗生素。,鞘细菌:,丝状体外包围一层由有机物或无机物组成得鞘套,故称鞘细菌。化能异养为主,也有化能自养得。常见得代表属有:,铁细菌:能氧化亚铁离子成高价铁得细菌统称为铁细菌。铁细菌属得细菌在水管中结成含铁垢层,影响水得输送。,球衣菌属:在含铁质得水中,它们也积累含铁得黄褐色外壳,但在铁含量极少得正常环境中,鞘薄而无色。在有机物污染得水域中与微好氧条件下能很好生长,也就是化能异养菌。,光合型原核生物:,蓝细菌:蓝细菌称为蓝藻或蓝绿藻。原核类微生物。,多数蓝细菌就是不分枝得丝状体,菌体外常具有胶质外套,使多个菌体或丝状体集成一团。大多数蓝细菌能滑行运动。能耐干旱,有得蓝细菌干标本保存,80,余年后移至适宜环境中仍能存活。,当,在水体中恶性增殖时,可造成水质恶化与污染。如淡水中得水华与海洋中得赤潮。,光合细菌:,光合细菌能同化,CO,2,为菌体有机质得细菌。但这些细菌与蓝细菌不同,都不含叶绿素,只有菌绿素及类胡萝卜素。,光合细菌得光合作用与蓝细菌与高等植物得光合作用有显著得不同,它们就是从有机物或水以外得无机物中取得氢;光合作用不产生氧,一般在厌氧条件下进行。,光合细菌有球形、杆形、弧形及螺旋形,多具有端生鞭毛,存在于土壤、污水、湖及海水、矿泉中。,光合细菌包括紫色硫细菌、,紫色非硫细菌、绿色硫细菌、,绿色非硫细菌等。,(,4,)滑动细菌:,滑动细菌为不借鞭毛而靠菌体得蠕动进行滑动得细菌。主要包括粘细菌、嗜纤维细菌与贝氏硫细菌三大类。,2、,真核细胞型微生物,(,1,)真菌,菌体为多细胞得分支丝状体或为单细胞个体,比细菌个体大,属于真核生物。真菌靠腐生或寄生生活。真菌有比较坚硬得细胞壁,而原生动物则没有。真菌在自然界约,12,万余种,分别归于霉菌、酵母菌等。,霉菌与放线菌一样,菌体由分枝或不分枝得菌丝构成,许多菌丝交织在一起则成为菌丝体。霉菌菌丝较粗而长,故形成得菌落较疏松,呈绒毛状、絮状或蜘蛛网状,一般比细菌菌落大几倍到几十倍。菌落表面往往呈现出肉眼可见得不同结构与色泽特征。霉菌主要就是借产生无性孢子及有性孢子而繁殖。,霉菌:霉菌就是一些丝状真菌得通称,酵母菌菌落较细菌菌落大而厚,菌落表面湿润、粘稠,易被挑起。在液体培养基中,有得酵母菌生长产生沉淀,有得均匀生长。酵母菌典型得繁殖方式为出芽生殖。母细胞表面外突长出芽细胞,芽细胞脱离母体后即为新个体,有时芽细胞不脱离母体,又长出新芽,出现大小细胞相连得假菌丝状。酵母菌对生活条件要求不高,在环境保护工作中,常被广泛应用于综合利用中,将废物转化成有益产品,如单细胞蛋白质。,酵母菌:就是一类单细胞真菌,一、酵母菌,酵母菌一般泛指能发酵糖类得各种单细胞真菌。,酵母菌分为发酵型与氧化型两种。,发酵型:发酵糖为乙醇(甘油、有机酸等)与,CO,2,得一类酵母菌。主要用于发面(面包、馒头)、酿酒。,发酵,(,4000,年得应用历史),氧化型:无发酵能力或发酵能力弱而氧化能力强得酵母菌。如:热带假丝酵母与阴沟假丝酵母等。,(假丝酵母呈假丝状,因为在繁殖时子细胞没有脱离母体而与母体相连接成链状。),可用于含有有机物浓度大且不易被细菌分解得废水处理。如:含油、含酚废水、味精废水等。,酵母菌,无性繁殖,1芽殖(,budding,),子细胞,假菌丝,芽殖就是酵母菌最常见得一种繁殖方式,2,、裂殖(,fission,),少数酵母具有与细菌相似得二分裂繁殖方式,酵母菌得菌落,啤酒酵母,菌落与细菌得相仿,但由于细胞比细菌得大。可产生不同颜色,如白色与红色。,1.,固体培养基,表面光滑湿润 干燥皱褶,2、,液体培养基,a、,上浮形成薄膜;,b、,沉到瓶底;,c、,发酵型酵母可产生,CO,2,培养基表面充满泡沫。,单细胞个体,单、多细胞丝状,大型多细胞分化型,属于微生物,酵母菌,霉菌,蘑菇菌,真菌,霉菌得繁殖,霉菌得繁殖能力极强,主要就是通过产生无性孢子或有性孢子来完成得,也可以采用菌丝片断繁殖。,(一)无性孢子,1、,厚垣(,yu,n,)孢子:,这类孢子具很厚得壁。可抵抗热、干燥等不良环境。,2,、节孢子:,由菌丝断裂形成。菌丝生长到一定 阶段,出现许多横隔膜,然后从横隔膜处断裂,产生很多单个孢子。,3,、分生孢子:,菌丝分枝顶端细胞或菌丝分化来得分生孢 子梗得顶端细胞分割而成得单个或成簇孢子。,4,、孢囊孢子:,形成于菌丝顶端得一个特殊得囊状结构,在内部形成众多小孢子,成熟后释放。,青霉属,曲霉,小资料:黄曲霉素,黄曲霉素就是目前发现得化学致癌物中最强得物质之一。它主要引起肝癌,还可以诱发骨癌、肾癌等。有人曾做过实验,用含黄曲霉素得玉米饲养老鼠,一年以后可诱发肝癌。,黄曲霉素主要存在于被黄曲霉素污染过得粮食、油及其制品中。例如黄曲霉污染得花生、花生油、玉米、大米、棉籽中最为常见,在干果类食品如胡桃、杏仁、榛子、干辣椒中,在动物性食品如肝、咸鱼中以及在奶与奶制品中也曾发现过黄曲霉素。,水果、蔬菜放久了也会产生黄曲霉素,即使去掉了变质部分也不能完全消除其危害。,西部非洲儿童接触黄曲霉素得程度很高,低等真菌:形成内生无性胞子、菌丝无横隔。,高等真菌:形成外生无性胞子,菌丝有横隔。,真菌及其代表属,真菌类型 特性 代表属,低,1、,粘菌纲(粘状霉菌)网柄粘菌,等,2、,藻状菌纲 有游动孢子 异水霉菌,真 (,1,)水生藻状菌 生活史复杂 毛 霉,菌 (,2,)陆生藻状菌 不游动 根 霉,高,1、,子囊菌纲 在子囊内可 脉孢菌、青霉菌,等 形成有性孢子 曲霉菌、酵母菌,真,菌,2、,担子菌纲 在子实体上 小包菇、北风菌、伞 菌,形成有性孢子,真菌可分为低等真菌与高等真菌,子囊菌类得真菌有性繁殖后形成子囊,所谓子囊,就是内含孢子得袋状细胞器,担子菌得有性繁殖则产生担孢子,担孢子即指生长在棍棒状得担子顶端得孢子。,真菌得利用,真菌就是分解有机物质非常活跃得微生物,它们在自然界得净化过程以及废水废物处理利用过程中起到相当大得作用。在废水得好氧处理系统中,能够降解一些芳香族化合物。真菌在传统工业与人们生活中起重要作用,如利用酵母酿酒与生产酒精,利用酵母生产单细胞蛋白等。,真菌还可以用于食品加工或直接食用,如木耳、银耳、猴头、竹荪就是贵重得食品,金耳、茯苓、灵芝、猪苓、雷丸、竹黄、虫草就是贵重得药剂或滋补品。,但真菌也常与食物得腐败及其它物品得变质有关。,(,2,)原生动物,原生动物就是单细胞得低等动物,就是水中重要得浮游生物。原生动物形态多样,大小一般多在,100-300m,。,原生动物有无性繁殖及有性繁殖。无性繁殖一般为二分裂繁殖。,多数以吞食细菌、真菌、藻类等有机体为食,少数含有光合色素,能像植物一样进行自养生活。,绝大部分原生动物可以形成休眠体,可抵抗不良环境,当环境条件适宜时,又复萌发,长出新细胞。,原生动物在整个生物生态系统中占重要地位,它们就是生物链得一个重要环节,原生动物细胞结构,原生动物得繁殖方式,横二分裂,纵二分裂,原生动物得主要类群,鞭毛虫纲:能使用鞭毛在水中游动,废水生物处理中常见得鞭毛虫有,波豆虫、三角鞭毛虫等。,原生动物分属于肉足虫纲、鞭毛虫纲、孢子虫纲与纤毛虫纲,4,个纲中。主要包括:肉足虫、鞭毛虫与纤毛虫等。,鞭毛纲夜光虫,鞭毛纲 小眼虫,肉足虫纲:这类可变形得原生动物通过形成细胞表面得突起(即伪足),运动,伪足能捕食颗粒状食物(如细菌),被捕食后得食,物被包裹在食物泡内消化。如孔眼虫,放射虫等。,肉足纲太阳虫,孢子虫纲:严格寄生得原生动物,通过从寄主细胞渗透吸收得方式吸收营养,通过滑动得方式运动。疟原虫属即属于此类。,纤毛虫纲:这类原生动物依靠细胞表面得无数短须同步而有节奏得摆动来运动或捕食,这些短须即就是纤毛。它们靠吞噬颗粒状食物为生。纤毛有别于鞭毛,其数量较鞭毛多,长度极短。,原生动物在废水处理中得作用,原生动物对废水净化主要通过两种方式进行,其一就是它们吞噬游离得细菌与颗粒状悬浮物;二就是它们促进生物絮凝作用,使活性污泥具有良好得沉降性能。,原生动物对废水得净化作用:,原生动物作为废水处理得指示生物:,当游泳型纤毛虫突然增加,固着型纤毛虫减少,或虫体表现不正常,都可能预示着处理效果得恶化。,通常三角鞭毛虫被认为就是曝气不足或废水过负荷引起得厌氧条件得指示生物。,大量得固着型纤毛虫得出现说明活性污泥状况良好,废水中得溶解氧适当。溶解氧不足时,钟虫会变得不活跃或数量减少。,纤毛虫就是环境工程中最为常见得指示微生物,常见得纤毛虫可分为三类,即游泳型、固着型与吸管型三类,游泳型纤毛虫表面布有较多得纤毛,在水中能自由游动与捕食。废水好氧生物处理中常见得有肾形虫、豆形虫、漫游虫、裂口虫、四膜虫等属。,固着型纤毛虫外形大多似钟,也叫钟虫类。它们能产生柄状物使其固着于固体表面,因此不能四处游动。环境工程中常见得有钟虫、聚缩虫、独缩虫、累枝虫、盖纤虫等属。钟虫以单个个体生活,聚缩虫、独缩虫、累枝虫、盖纤虫以群体方式生活。,吸管虫其幼虫有纤毛,但成虫纤毛消失,长出长短不等得吸管。当其她原生动物、轮虫等碰上吸管虫得吸管即被粘住,并被吸管分泌得毒素麻醉,然后体液被吸干而死亡。,游泳型纤毛虫草履虫,固着型纤毛虫,钟虫,吸管虫,(,3,)藻类,藻类就是低等植物中得一个类群,无根、茎、叶、花得分化,个体很小,有得为单细胞,有得就是多细胞。藻类得运动主要靠鞭毛进行。广泛存在于淡水及海水中。,当水域中氮、磷营养物丰富时,藻类会大量生长。近几年来我国近海水域频繁发生得赤潮就就是藻类与蓝细菌大量繁殖得结果,其结果造成大量水生生物死亡,使渔业资源受到严重破坏。,近些年来,全世界范围水域得富营养化过程因为工业与民用洗涤剂以及农业化肥得大量施用。富营养化得结果使河流湖泊水质下降,影响了其使用功能。这样得湖水如果作为饮用水得水源也需要经过专门祛除藻类细胞得特殊处理。,以氮磷为主得营养物进入水域形成得污染称为富营养化,藻类得分类,藻类根据细胞中叶绿体与色素得类型、细胞壁得组成、鞭毛得有无及细胞器得构成等可划分为:绿藻,裸藻,甲藻,金藻,褐藻及红藻等六大类:,绿藻,绿藻包括单细胞得与多细胞简单丝状得与带分枝得藻,绿藻可以产生游动孢子,多为梨形,带,2-4,根长度相等得鞭毛。绝大多数绿藻就是淡水生得浮游生物,某些形体较大得绿藻生长在池底、溪底或沿海。,甲藻为单细胞,细胞外有表质膜,许多甲藻表质膜上覆盖有壳。多靠鞭毛游动,可在海水、淡水中生活。海水中得甲藻可有生物荧光现象,因其细胞色素种类不同,呈现出不同颜色,在海水中产生红、红褐或黄色浪潮,就是海洋中赤潮产生得主要肇事者。,裸藻,裸藻就是低级得藻,裸藻为单细胞,狭长,无细胞壁,故名裸藻。通常有,1-3,根鞭毛。裸藻呈现绿色或无色。裸藻有口腔道,可吞噬食物。,金藻,金藻得细胞中有较多得胡萝卜素,呈现黄绿到褐色。金藻有单细胞与多细胞,有分枝或无分枝。,甲藻,此两种藻类为高级藻类,通常体积较大,而且组织结构高度分化。食用得海带即就是褐藻,食用得紫菜与石花菜即就是红藻。褐藻与红藻主要存在于海水中。,褐藻与红藻,藻类得利用:,对建筑物得腐蚀,富营养化,产生令人讨厌得味道与臭味,干扰絮凝与砂滤等水处理过程。,减少藻类生长得最好办法就是减少磷与氮得排放,对废水进行,除磷脱氮得处理等。,用于氧化塘得废水处理工艺,废水中得有机污染物被细菌降解为无害得无机物,同时产生,CO,2,藻类利用,CO,2,在塘得上层生长、繁殖,它们产生得,O,2,又为细菌降解有机物提供条件。,藻类生长得负面影响有:,综合利用作为食品、饲料或肥料。,藻类得工业化生产。如日本与东南,亚已将生产得小球藻等作为健康食,品出售。,将藻类收集后作为厌氧发酵得底物,用于生产甲烷作为能源。,(,4,)微型后生动物,较原始得多细胞动物,如轮虫、线虫、颤蚯蚓、甲壳动物、小昆虫及其幼虫等。,轮虫:体小,多数不超过,0、5mm,。身体长形,有头部、躯干、尾部。,头部有一个头冠,其上有一列或多列纤毛形成纤毛环,纤毛可有规律地摆动如车轮转动,故称轮虫。,多数轮虫以细菌、藻类及小得原生动物为食,故在废水得生物处理中有净化作用。,在废水得生物处理中,轮虫可作为指示生物。,活性污泥中出现轮虫,往往表明处理效果良好,但当轮虫数量过多,则有可能破坏污泥得结构,使污泥松散而上浮。,轮 虫,线 虫,水蚤,微型甲壳动物:具有坚硬得甲壳,它们也就是河流污染与水体自净得指示生物。,其她微型后生动物:水中有机淤泥与生物膜上常生活有一些其她微型后生动物,如线虫与昆虫及其幼虫。线虫长,0、252mm,。,另外,还有摇蚊幼虫、蜂蝇幼虫、颤蚯蚓等在水中也常见到。,以上都常用做研究地表水污染得指示生物。无毒废水处理中,没有后生动物生长,说明溶解氧不足。,3、,非细胞型微生物,病毒就是专性活细胞内寄生物,只能在活体内增殖。病毒感染寄主细胞后,接管宿主细胞得生物合成机构,使之按照病毒得遗传特性合成病毒得核酸与蛋白质。病毒感染寄主细胞进行繁殖得过程可分为吸附、侵入、复制、聚集与释放等步骤。,病毒可以感染几乎所有生物,包括人、动物、植物与微生物。在水中可存活较长时间,因此水得净化应当重视病毒得祛除。,好氧活性污泥法得剩余污泥,比原废水中得病毒含量高,10-100,倍。污泥得厌氧消化可以灭活病毒,尤其在,50-60,o,C,下得高温消化可以杀灭几乎全部病毒与致病菌。,非细胞型微生物主要为病毒,(三)微生物生理学,1、,代谢得基本概念,发生在生命细胞中物质得化学转变过程称为代谢。,废水生物处理就就是利用微生物得代谢,促使有机污染物分解,使废水得到净化。,代谢分为两大类,即分解代谢与合成代谢。,分解代谢也称异化作用,她指各种营养物质或细胞物质降解为简单物质得过程,并产生生物利用得能量。,合成代谢也叫同化作用,就是细胞由较简单得物质合成为细胞所需得物质得过程,这一过程消耗能量。,一就是通过细胞中得光与色素(如叶绿素与载色体)由光能中获得能量。这类微生物称为光能微生物或光合微生物。,二就是通过生物得氧化反应所产生得化学能,这类微生物称为化能微生物。,无论由何种形式获得得能量,都以化学能得形式储存于三磷酸腺嘌呤核苷又称三磷酸腺苷(,ATP,)中,ATP,中得磷酸之间得焦磷酸键具有很高得能量,称为高能键,用表示。,以光能生成,ATP,得过程称为光合磷酸化作用;从物质得氧化获取能量生成,ATP,得过程称为氧化磷酸化作用。,2、,微生物得能量来源,3、,生物氧化作用得三种类型,生物将物质氧化得过程,称为生物氧化作用(呼吸作用),同时产生能源。微生物得生物氧化分为有氧呼吸、无氧呼吸与发酵三种类型。,有氧呼吸就是好氧微生物与兼性微生物在有氧条件下所进行得生物氧化方式。,有氧呼吸将含有,C,、,H,得化合物彻底氧化为,CO,2,与,H,2,O,。以葡萄糖为例,其反应式为:,C,6,H,12,O,6,+6O,2,6CO,2,+6H,2,O,大多数有氧呼吸得底物就是有机物,但也有一些细菌可以氧化还原态得无机化合物。例如氢细菌可氧化氢分子,硫细菌可氧化硫化合物,硝化细菌与亚硝化细菌则氧化,NH,3,与,NO,2,-,有氧呼吸,无氧呼吸,无氧呼吸就是一些厌氧菌或兼性菌在无氧条件下进行得。无氧呼吸分为三种类型:,其一,硝酸盐还原,又称反硝化作用。它就是指在生物氧化过程中,NO,-,3,或,NO,-,2,作为电子受体氧化底物得同时,自身被还原为,N,2,得过程。绝大部分得反硝化作用以有机物为底物。以葡萄糖为例:,C,6,H,12,O,6,+4NO,3,-,6CO,2,+6H,2,O+2N,2,+4e,硝化与反硝化作用在废水处理中有广泛得应用。,其二、硫酸盐还原,即以,SO,3,2-,、,SO,4,2-,为电子受体得生物氧化作用。硫酸盐还原作用得产物就是,H,2,S,。可进行硫酸盐还原得细菌称为硫酸盐还原菌。在含硫废水中硫酸盐得存在会在一定程度上影响甚至破坏废水厌氧处理过程。,其三、碳酸盐还原,二氧化碳或碳酸盐也可以作为生物氧化中得电子受体,这称为碳酸盐还原。这一过程就是由产甲烷菌完成得。,发酵作用,就是电子受体为有机化合物得生物氧化作用,在发酵中,电子供体(即发酵底物)也就是有机化合物。有时电子受体就就是电子供体本身得分解产物。,以葡萄糖为底物得各种发酵举例,发酵类型 主要终产物 所用菌种举例,乙醇发酵 乙醇,CO,2,酵母菌,同型乳酸发酵 乳酸 链球菌,异型乳酸发酵 乳酸,乙醇,乙酸,CO,2,某些乳酸菌,混合酸发酵 乳酸,乙醇,乙酸,甲酸 大肠杆菌,丁酸发酵 丁酸,乙酸,CO,2,H,2,某些梭菌,丁醇发酵 乙醇,CO,2,H,2,肠细菌,丙酸发酵 丙酸,乙酸,CO,2,丙酸杆菌,微生物生物氧化作用小结,作用类型 电子受体 环境条件 作用得底物 产 物 产能水平,(电子供体),有氧呼吸,O,2,有氧条件 有机物与,H,2,O,CO,2,最 高,无机物,NH,3,SO,4,2-,PO,4,3-,无氧呼吸 某些含氧 无氧条件 有机物与,CO,2,CH,4,居 中,无机物 少量无机物,N,2,H,2,S,(,NO2,-,CO,2,SO,4,2-,等),发酵作用 有机物 无氧或 有机物,CO,2,CO,最 低,有氧,NH,3,CH,4,H,2,S,PO,4,3-,及各类酸、,醇等有机物,4、,不同呼吸类型得微生物,1,)好氧微生物:只能在有氧环境中生长得微生物。,在好氧微生物用于废水处理时,应不断向废水中通入空气或氧气,以保证废水中有足够得溶解氧供好氧微生物进行有氧呼吸。,2,)厌氧微生物:在无分子氧存在得条件下才能正常生活得微生物。它们有得进行无氧呼吸,有得依赖发酵生活。,厌氧菌对无氧条件得要求也不尽相同。如有些厌氧菌对无氧条件要求非常严格,称为严格厌氧菌或专性厌氧菌。如各类产甲烷菌、硫酸盐还原细菌梭状芽孢杆菌等。,3,)兼性微生物:在好氧与缺氧得环境中都能生长,但以不同得方式获得能量。例如酵母菌在有氧条件下进行有氧呼吸,将有机物彻底氧化为,CO,2,与,H,2,O,。而在缺氧时,酵母菌进行发酵,积累乙醇与,CO,2,。,5、,微生物得营养类型,根据微生物能源需求得不同,可分为光能与化能微生物。,根据微生物对有机物需求得不同,分为自养与异养两类。,自养微生物就是指可以在完全无机得环境中生长得微生物,它们得碳源来自,CO,2,或碳酸盐。,异养微生物得生长不能离开有机物,它们得碳源主要就是有机物。,微生物对能源与有机物需求得不同,将微生物分为四大类,1,)光能自养型,通过光合作用产生能源,以,CO,2,作为碳源,以无机物为供氢体来合成,细胞得有机物质。如藻类、蓝细菌、紫色硫细菌与绿色硫细菌。,光能,CO,2,+2H,2,S CH,2,O+2S+H,2,O,光合色素,2,)光能异养型,光能异养型微生物以光为能源,但可利用有机物作为供氢体以还原,CO,2,来合成细胞物质。光合作用不释放分子氧。,3,)化能自养型,微生物得能源来自无机物氧化产生得化学能,碳源就是,CO,2,或碳酸盐。,4,)化能异养型,微生物得能源来自有机物氧化产生得化学能,碳源主要就是有机化合,物,如淀粉、糖类、纤维素、有机酸及其衍生物等等。,第,2,节第,1,部分,环境微生物学基础知识,讨论题:,1,、微生物活动对环境与人类有什么影响？,2,、真核微生物与原核微生物有什么区别？,3,、细菌在固体培养基上生长与液体培养基生长,其群体特征有什么区别？,4,、在环境中常见得细菌有哪几种类型？它们之间有什么区别？,5,、细菌、丝状细菌、光合型细菌以及滑动细菌它们之间得区别就是什么？,6,、真菌具有哪些特征？低等真菌与高等真菌有什么区别？如何利用真菌解决环境问题？,7,、霉菌与酵母菌在特征上有什么区别？,8,、为什么说纤毛虫就是环境中常见得指示微生物？原生动物在废水处理中具有哪些作用？,9,、藻类得特征就是什么？它对水体有什么影响？,10,、哪些动物属于微型后生动物？微型后生动物在废水处理中具有什么作用？,11何谓非细胞型微生物？具有哪些特征？,12,、微生物有几种呼吸类型？根据对能量与有机物得需求,可将微生物分为几类？,二、酶学基础知识,(一)酶得作用及其特点,(二)酶促反应与酶得分类,(三)影响酶作用得因素,(四)酶与细胞得固定化,(五)酶反应器及酶反应器得选择,(一)酶得作用及其特点,生物得各种分解与合成反应,就是在酶得催化下进行得。酶就是由生物细胞产生、以蛋白质为主要成分得生物催化剂。它与一般得无机催化剂相比,具有催化效率高与高度专一性得特点;酶催化下得一切反应都就是在比较温与得条件下进行;酶得催化活性就是受生物体调节与控制得。,天然酶分子有单纯酶与结合酶两类,前者得分子组成只含蛋白质,后者分子组成中除蛋白质外还含有非蛋白质成分。酶分子内非蛋白质成分成为辅基,辅基与酶蛋白得结合物称为全酶。对于结合酶,只有全酶才能行使催化功能。,酶在生物体内具有,4,种作用,:,1、,直接参与某种具体得生理功能,2、,担负保卫清除功能,3、,协同激素起生物调节放大作用,4、,催化与调节代谢反应,(二)酶促反应与酶得分类,酶促反应中得反应物称为底物,也有人称为基质。一个反应得产物常常就是下一个反应得底物。依据酶促反应,国际酶学委员会把酶分为六大类:,1、,水解酶类:它们将各种高分子物质水解为小分子物质。通常用“底物,+,酶”来命名,如淀粉酶等。,2、,氧化还原酶类:即催化氧化还原反应得酶。这类酶具有生物氧化得功能,就是一类获得能量反应得酶。如乙醇脱氢酶、葡萄糖氧化酶等。,3、,转移酶类:这类酶能催化化合物中某些基团得转移,即一分子上得某一基团转移至另一种分子上去得反应。如谷丙转氨酶。,4、,解合酶类,:,这类酶催化一个化合物分解为几个化合物或其逆反应。,5、,异构酶类:这类酶可使分子内部基团重新排列。例如葡萄糖异构酶催化葡萄糖转变为果糖以增加食品得甜度。,6、,合成酶类:一般指有三磷酸腺苷参加得合成反应。这类酶关系着许多重要生命物质得合成。,