环境微生物学教学课件10微生物生长与代谢.ppt

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1、第三章第三章 微生物的生长与代谢微生物的生长与代谢生理特性生理特性生理生理生命活动机理（食、住）生命活动机理（食、住）生命活动生命活动营养、呼吸、环境卫生营养、呼吸、环境卫生营养物及其获取方式营养物及其获取方式营养营养营养物质的营养物质的代谢代谢 呼吸呼吸那些环境因素使细菌病、死？那些环境因素使细菌病、死？环境环境卫生卫生营养物的种类、用途及营养物的吸收方式营养物的种类、用途及营养物的吸收方式水、盐、水、盐、水、盐、水、盐、“粮食粮食粮食粮食”异养自养；吸收方式异养自养；吸收方式异养自养；吸收方式异养自养；吸收方式四种四种四种四种 如何代谢？不同代谢类型的细菌分类如何代谢？不同代谢类型的细菌分

2、类光能光能光能光能化能；好氧化能；好氧化能；好氧化能；好氧厌氧；寄生厌氧；寄生厌氧；寄生厌氧；寄生腐生腐生腐生腐生！学会养细菌！学会养细菌 食（营养、呼吸）住（环境卫生环境因素对细菌的影响）温度、电位、温度、电位、pH、渗透压、光线、毒物、渗透压、光线、毒物学会学会养好养好细菌细菌（其他微生物与之类似）（其他微生物与之类似）第一节第一节 细菌的营养细菌的营养 提问提问提问提问：如何知道细菌所需的营养物种类呢？：如何知道细菌所需的营养物种类呢？：如何知道细菌所需的营养物种类呢？：如何知道细菌所需的营养物种类呢？单单单单因因因因子子子子或或或或复复复复合合合合因因因因子子子子培培培培养养养养试试试

3、试验验验验、由由由由细细细细胞胞胞胞化化化化学学学学组组组组成成成成进进进进行行行行推推推推断。断。断。断。一、细菌营养物组成及生理功能一、细菌营养物组成及生理功能 传统上传统上根据功能不同对营养物归类根据功能不同对营养物归类水、无机盐和碳源、氮源、能源、生水、无机盐和碳源、氮源、能源、生长因子等长因子等。（一）水（一）水提问：提问：水对细菌有哪些作用？水对细菌有哪些作用？1)溶剂作用溶剂作用2)运输物质的载体运输物质的载体3)参与生化反应参与生化反应(如脱水、加水反应如脱水、加水反应)（二）无机盐（二）无机盐 阴离子盐阴离子盐：磷酸盐、硫酸盐、氯化物、碳酸盐、碳酸氢盐。：磷酸盐、硫酸盐、氯化

4、物、碳酸盐、碳酸氢盐。阳离子盐阳离子盐：氨、钾、钠、钙、镁、铁的盐：氨、钾、钠、钙、镁、铁的盐P和和S、Fe、Mg的需求量较大的需求量较大 同时还需要锌、锰、钴、铝、铜、硼、钒、镍等微量元素。同时还需要锌、锰、钴、铝、铜、硼、钒、镍等微量元素。许多微量元素是酶的组分，或是酶的激活剂。许多微量元素是酶的组分，或是酶的激活剂。许多微量元素是酶的组分，或是酶的激活剂。许多微量元素是酶的组分，或是酶的激活剂。一般培养基中微量元素的质量浓度为一般培养基中微量元素的质量浓度为一般培养基中微量元素的质量浓度为一般培养基中微量元素的质量浓度为0.1mg/L0.1mg/L0.1mg/L0.1mg/L左右左右左右

5、左右。过量的微量元素会引起微生物中毒。单独一种微量元素过量其过量的微量元素会引起微生物中毒。单独一种微量元素过量其过量的微量元素会引起微生物中毒。单独一种微量元素过量其过量的微量元素会引起微生物中毒。单独一种微量元素过量其毒性更大。毒性更大。毒性更大。毒性更大。提问：提问：无机盐的功能是什么？无机盐的功能是什么？1)1)构成细胞组成；构成细胞组成；构成细胞组成；构成细胞组成；2)2)酶的辅基和激活剂；酶的辅基和激活剂；酶的辅基和激活剂；酶的辅基和激活剂；3)3)特殊细菌的能源特殊细菌的能源特殊细菌的能源特殊细菌的能源；铁细菌、硫细菌分别以铁和硫为产能物质。铁细菌、硫细菌分别以铁和硫为产能物质。

6、铁细菌、硫细菌分别以铁和硫为产能物质。铁细菌、硫细菌分别以铁和硫为产能物质。4 4）维维维维持持持持一一一一定定定定的的的的渗渗渗渗透透透透压压压压、氢氢氢氢离离离离子子子子浓浓浓浓度度度度、氧氧氧氧化化化化还还还还原电位等原电位等原电位等原电位等。高浓度盐抑制微生物生长高浓度盐抑制微生物生长高浓度盐抑制微生物生长高浓度盐抑制微生物生长。（三）碳源和能源（三）碳源和能源1 1）碳源）碳源）碳源）碳源 种类？种类？种类？种类？有机物、无机碳水化合物有机物、无机碳水化合物有机物、无机碳水化合物有机物、无机碳水化合物 随细菌不同，各有偏好随细菌不同，各有偏好随细菌不同，各有偏好随细菌不同，各有偏好

7、细菌细菌细菌细菌最喜好的碳源是？最喜好的碳源是？最喜好的碳源是？最喜好的碳源是？供碳元素来源的物质供碳元素来源的物质供碳元素来源的物质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5050左右左右左右左右。细菌对碳素的需求量最大。碳源作用碳源作用碳源作用碳源作用 细细细细胞胞胞胞的的的的碳碳碳碳骨骨骨骨架架架架、大大大大多多多多还还还还是是是是能源物质能源物质能源物质能源物质。糖糖 尤其是葡萄糖及其多糖2）能源）能源细菌的能源种类细菌的能源种类细菌的能源种类细菌的能源种类化学能、光能化

8、学能、光能化学能、光能化学能、光能所有细菌细胞内能量所有细菌细胞内能量所有细菌细胞内能量所有细菌细胞内能量传递体都是传递体都是传递体都是传递体都是ATP营养型细菌分类营养型细菌分类营养型细菌分类营养型细菌分类根据根据根据根据碳源碳源碳源碳源不同不同不同不同分为分为分为分为无机营养无机营养无机营养无机营养有有有有机营养机营养机营养机营养（或（或（或（或自养自养自养自养异养异养异养异养）提问：提问：提问：提问：哪些物质可以产生化哪些物质可以产生化哪些物质可以产生化哪些物质可以产生化学能？学能？学能？学能？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

9、（如S、Fe)提问：提问：提问：提问：什么样的细菌利用光什么样的细菌利用光什么样的细菌利用光什么样的细菌利用光能？能？能？能？含有含有含有含有光合色素光合色素光合色素光合色素 无机营养细菌（无机营养细菌（自养菌自养菌）无机（自养）无机（自养）无机（自养）无机（自养）COCO2 2、COCO和和和和COCO3 32-2-提问：提问：提问：提问：能否也利用有机物呢？能否也利用有机物呢？能否也利用有机物呢？能否也利用有机物呢？绝绝大大多多数数能能，“能能能能吃吃吃吃苦苦苦苦也也也也能能能能享享享享福福福福”，优优优优先先先先利利利利用用用用；又根据又根据又根据又根据能源能源不同不同不同不同又分为光能

10、自养型光能自养型光能自养型光能自养型细菌和化能自养型化能自养型化能自养型化能自养型细菌。（1）光能自养细菌）光能自养细菌（无氧有光）（无氧有光）只有只有只有只有紫紫硫细菌硫细菌和和和和绿绿硫细菌硫细菌 紫硫、绿硫紫硫、绿硫紫硫、绿硫紫硫、绿硫细菌代谢方式细菌代谢方式细菌代谢方式细菌代谢方式 光照光照光照光照 CO2 +HH2 2S S CH2O（糖）+H2O +2S2S 菌绿素菌绿素（与叶绿素大同小异）（与叶绿素大同小异）（与叶绿素大同小异）（与叶绿素大同小异）提问：提问：在自然界的作用是什么呢？在自然界的作用是什么呢？早期无氧地球，清除早期无氧地球，清除早期无氧地球，清除早期无氧地球，清除H

11、2S毒物毒物（H H2 2S S类似类似植物光合作用植物光合作用中的中的H H2 2O O）较洁净的光照池塘无氧臭（较洁净的光照池塘无氧臭（H2S)区区紫硫细菌紫硫细菌湖中湖中4m4m硫化物硫化物*这个深度紫硫这个深度紫硫细菌多细菌多?（2）化能自养细菌化能自养细菌（有氧）（有氧）提问：提问：提问：提问：什么是化能自养菌？什么是化能自养菌？什么是化能自养菌？什么是化能自养菌？自养自养自养自养碳源碳源碳源碳源COCO3 3 化能化能化能化能以以以以？物质物质物质物质氧化产能氧化产能S、H2S、H2、NH3、Fe种种种种类类类类：硫硫细细菌菌(硫硫硫硫化化化化细细细细菌菌菌菌和和和和硫硫硫硫磺磺磺

12、磺细细细细菌菌菌菌)、（亚亚）硝硝化化细菌细菌及及及及铁细菌、氢细菌铁细菌、氢细菌。例如，亚硝化细菌亚硝化细菌进行有机物合成反应如下 2NH2NH3 3 +2O2 HNOHNO2 2 +4 H+619千焦耳 ATP CO2 +4 H CH2O +H2 O提问：提问：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吗？为什细菌能用于污水处理吗？为什么？么？能，脱氨、脱硫；条件容易能，脱氨、脱硫；条件容易 有机营养细菌（有机营养细菌（异养菌异养菌）有机（异养）有机（异养）有机（异养）有机（异养）以有机物为碳源以有机物为碳源以有机物为碳源以有机物为碳源提问：提问：提问：提问：自养、异养菌哪种繁殖快

13、？自养、异养菌哪种繁殖快？自养、异养菌哪种繁殖快？自养、异养菌哪种繁殖快？“吃砖头和吃粮食的区别吃砖头和吃粮食的区别吃砖头和吃粮食的区别吃砖头和吃粮食的区别”异养菌是异养菌是有机有机污水处理的主角污水处理的主角根据根据根据根据能源的不同能源的不同能源的不同能源的不同（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的细菌。以有机物作为碳源和能源的的细菌。以有机物作为碳源和能源的的细菌。以有机物作为碳源和能源的的细菌。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绝大多数的细菌都属于化能异养菌。.化能异养菌化能异养菌化能异养菌化能异养

14、菌不受氧气限制不受氧气限制，尤其，尤其适于高浓度有机废水适于高浓度有机废水适于高浓度有机废水适于高浓度有机废水（食品（食品行业）的高效处理行业）的高效处理(*(*(*(*红螺菌用于污水处理现状如红螺菌用于污水处理现状如红螺菌用于污水处理现状如红螺菌用于污水处理现状如何何何何?)?)?)?).光能异养细菌光能异养细菌光能异养细菌光能异养细菌（无氧有光）（无氧有光）光能光能+色素色素 有机物有机物有机物有机物 +CO+CO2 2 菌体菌体菌体菌体 CHCH2 2OO小分子有机物碳源小分子有机物碳源小分子有机物碳源小分子有机物碳源主要指主要指主要指主要指红螺菌红螺菌红螺菌红螺菌（有氧无光时可化能异养

15、生存）（有氧无光时可化能异养生存）提问：提问：提问：提问：在污水处理中的优势是什么？在污水处理中的优势是什么？在污水处理中的优势是什么？在污水处理中的优势是什么？问题：问题：与水分离困难，光照问题与水分离困难，光照问题嗜盐嗜盐红螺菌红螺菌大量滋生时的红盐田大量滋生时的红盐田提问：提问：人工投加人工投加光合光合细菌细菌（PSB,红螺菌红螺菌）有利于水产养殖，原有利于水产养殖，原因？因？迅速转化毒物（迅速转化毒物（水族水族水族水族排泄物被细菌分解后排泄物被细菌分解后排泄物被细菌分解后排泄物被细菌分解后的氨、有机酸的氨、有机酸的氨、有机酸的氨、有机酸）为高）为高蛋白的菌体，作为鱼蛋白的菌体，作为鱼的

16、饲料，的饲料，且且不消耗氧不消耗氧不消耗氧不消耗氧；优势生长时能优势生长时能抑制水抑制水抑制水抑制水族病原菌族病原菌族病原菌族病原菌的生长的生长异养菌中有异养菌中有异养菌中有异养菌中有腐生菌与寄生菌之分腐生菌与寄生菌之分腐生腐生腐生腐生分解腐烂的有机物生活寄生寄生寄生寄生寄居在其他生物体内生活提问：提问：提问：提问：致病细菌是属于什么类型？致病细菌是属于什么类型？兼有，属于兼性寄生菌兼有，属于兼性寄生菌兼有，属于兼性寄生菌兼有，属于兼性寄生菌 肺结核杆菌肺结核杆菌肺结核杆菌肺结核杆菌 痢疾志贺氏菌痢疾志贺氏菌痢疾志贺氏菌痢疾志贺氏菌 以腐生为主兼营寄生的兼性寄生细菌，因而可以通过水源、食物传播

17、，是水处理中需要监控和杀灭的对象。各种营养型的比较营养类型营养类型营养类型营养类型能源能源能源能源氢供体氢供体氢供体氢供体基本碳源基本碳源基本碳源基本碳源微生物举例微生物举例微生物举例微生物举例光能无机营养光能无机营养光能无机营养光能无机营养(光能自养型光能自养型光能自养型光能自养型)光光光光无机物无机物无机物无机物二氧化碳二氧化碳二氧化碳二氧化碳蓝细菌蓝细菌蓝细菌蓝细菌绿色硫细菌绿色硫细菌绿色硫细菌绿色硫细菌藻类藻类藻类藻类光能有机营养光能有机营养光能有机营养光能有机营养(光能异养型光能异养型光能异养型光能异养型)光光光光有机物有机物有机物有机物二氧化碳及简二氧化碳及简二氧化碳及简二氧化碳及

18、简单有机物单有机物单有机物单有机物紫色非硫细菌紫色非硫细菌紫色非硫细菌紫色非硫细菌化能无机营养化能无机营养化能无机营养化能无机营养(化能自养型化能自养型化能自养型化能自养型)无机物无机物无机物无机物无机物无机物无机物无机物二氧化碳二氧化碳二氧化碳二氧化碳硝化细菌硝化细菌硝化细菌硝化细菌氢细菌氢细菌氢细菌氢细菌化能有机营养化能有机营养化能有机营养化能有机营养(化能异养型化能异养型化能异养型化能异养型)有机物有机物有机物有机物有机物有机物有机物有机物有机物有机物有机物有机物大多数已知细大多数已知细大多数已知细大多数已知细菌和全部真核菌和全部真核菌和全部真核菌和全部真核微生物微生物微生物微生物（四）

19、氮源（四）氮源氮源的作用：氮源的作用：氮源的作用：氮源的作用：提供微生物合成蛋白质的原料提供微生物合成蛋白质的原料提供微生物合成蛋白质的原料提供微生物合成蛋白质的原料提问：提问：提问：提问：哪些物质可作为细菌的氮源？哪些物质可作为细菌的氮源？有有有有机机机机氮氮氮氮（氨氨基基酸酸和和蛋蛋白白质质）、无无无无机机机机氮氮氮氮（N2、NH3、铵盐、硝酸盐）等铵盐、硝酸盐）等。实验室中实验室中实验室中实验室中有机氮源有机氮源有机氮源有机氮源蛋白胨蛋白胨蛋白胨蛋白胨工业投加的细菌氮源？工业投加的细菌氮源？工业投加的细菌氮源？工业投加的细菌氮源？尿素、粪便尿素、粪便（五）磷源和硫源（五）磷源和硫源磷源比

20、较单一，主要是无机磷酸盐或偏磷酸盐无机磷酸盐或偏磷酸盐无机磷酸盐或偏磷酸盐无机磷酸盐或偏磷酸盐。硫源从还原性的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S0S04 42-2-化合化合化合化合物物物物，都可以作为硫源。通常不缺通常不缺通常不缺通常不缺工业污水常补加工业污水常补加磷酸三钠磷酸三钠等。等。（六）生长因子（六）生长因子种类：种类：嘌呤、嘧啶类、维生素类嘌呤、嘧啶类、维生素类嘌呤、嘧啶类、维生素类嘌呤、嘧啶类、维生素类作用：？作用：？作用：？作用：？嘌呤和嘧啶参与合成核酸和辅酶；维生素，重要辅酶多数细菌不存在生长因子问题。多数细菌不存在生长因子问题

21、。多数细菌不存在生长因子问题。多数细菌不存在生长因子问题。只有少数细菌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，因此只能生活在这些物质供应充足的环境，如牛奶中、肠道。必需，但不能自身合成的有机物必需，但不能自身合成的有机物必需，但不能自身合成的有机物必需，但不能自身合成的有机物在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营养要求小范围可改变营养要求小范围可改变指细菌对碳源等的种类、数量指细菌对碳源等的种类、数量指细菌对碳源等的种类、数量指细菌对碳源等的种类、数量一定程度上可驯化一定程度上可驯化一定程度上可驯化一定程度上可驯化适适适适应（酶的诱导、易

22、变异）应（酶的诱导、易变异）应（酶的诱导、易变异）应（酶的诱导、易变异）2.2.“营养要平衡营养要平衡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，存在一定比例搭配的现象，存在一定比例搭配的现象主要是指碳氮磷的比例关系，通常称碳氮磷比碳氮磷比碳氮磷比碳氮磷比。（七）碳氮磷比（七）碳氮磷比“营养平衡营养平衡营养平衡营养平衡”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污污污污(废废废废)水水水水生生生生物物物物处处处处理理理理中中中中好好好好氧氧氧氧微微微微生生生生物物物物群

23、群群群体体体体(活活活活性性性性污污污污泥泥泥泥)要求为要求为要求为要求为BODBODBODBOD5 5 5 5：N N N N：P P P P100100100100：5 5 5 5：1 1 1 1厌厌厌厌氧氧氧氧生生生生物物物物处处处处理理理理中中中中的的的的厌厌厌厌氧氧氧氧微微微微生生生生物物物物群群群群体体体体要要要要求求求求BODBODBODBOD5 5 5 5：N N N N：P P P P350350350350500500500500：5 5 5 5：1 1 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

24、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。如酒精废水缺如酒精废水缺如酒精废水缺如酒精废水缺？；洗涤剂废水洗涤剂废水洗涤剂废水洗涤剂废水？N、P缺缺缺缺N NP P过剩过剩过剩过剩 提问：提问：提问：提问：如何知道所处理的废水中营养物供应是否比例如何知道所处理的废水中营养物供应是否比例如何知道所处理的废水中营养物供应是否比例如何知道所处理的

25、废水中营养物供应是否比例平衡呢？平衡呢？平衡呢？平衡呢？先测、对比、试验验证先测、对比、试验验证先测、对比、试验验证先测、对比、试验验证 炼油废水炼油废水炼油废水炼油废水？N、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！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！提问：提问：提问：提问：为什么？为什么？为什么？为什么？过犹不及过犹不及过犹不及过犹不及“娇惯娇惯”细菌往往先利用这类现成的容易被吸收、利用的有机物质，细菌往往先利用这类现成的容易被吸收、利用的有机物质，而不再利用工业废水中难以吸收、利用的有机物，从而导而不再利用工业废水中难以吸收、利用的有机物，从而导致细菌分解特殊有机物的能力下降致细菌分解特殊有机物的能力下降这与细菌驯化正好相反（反驯化）。这与细菌驯化正好相反（反驯化）。留意！留意！