水处理生物学_第六章1

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1、第六章 微生物的生理特性 第一节 微生物的营养 营养（物质）（ nutrient ）就是能够满足微生物生长、繁殖和 完成各种生理活动所需能量的物质，是微生物维持生命活动的基 本物质。 营养 （nutrition ）是微生物从外界吸收营养物质并在细胞内利 用营养物质的过程。 营养物质是微生物维持生命活动的物质基础，而营养是微生 物利用营养物质的生理过程，两者互相影响，互相依赖。 新陈代谢 （ Metabolism ） ：从外界不断的吸收适宜的营养物 质加以利用，在细胞内将其转化为新的细胞物质和储藏物资，并 从中获得生命活动所需的能量，同时排出代谢产物。 新陈代谢包括同化作用（物质合成，吸收能量）

2、和异化作用 （物质分解，释放能量）。两者是相辅相成的：异化作用为同化 作用提供物质基础和能量。同化作用为异化作用提供基质。 要了解微生物的营养及其所需营养物的种类和数量， 首先要了解微生物的化学组成、元素组成和生理特性 。 提问提问 ：如何知道微生物所需的营养物种类和数量呢？如何知道微生物所需的营养物种类和数量呢？ 根据对各类微生物细胞物质成分的分析，发现微生物细胞的化学组成和其他生 物相比较，没有本质上的差别。微生物细胞平均含水分80左右。其余20左右 为干物质，在干物质中有蛋白质、核酸、碳水化合物、脂类和矿物质等。这些干 物质是由碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、钙、镁、铁等主要化学元素组成，其

3、中 碳、氢、氧、氮是组成有机物质的四大元素，大约占干物质的9097 。其余的310是矿物质元素。除上述磷、硫、钾、钙、镁、铁外，还有 一些含量极微的钼、锌、锰、硼、钴、碘、镍、钒等微量元素。这些矿质元素对 微生物的生长也起着重要的作用。但微生物细胞的化学组成随种类、培养条件及 菌龄的不同在一定的范围内发生改变。 微生物的化学组成 微生物体内，70-90%为水分，10-30%为干物质 。 水：各类微生物细胞内均含有大量的水分。水是 生命活动不可缺少的重要物质，它是多种物质 的良好溶剂，各种生理活动都离不开水。 干物质：其中有机物占干重的90-97%，无机物 占3-10%；有机物主要是蛋白质、糖类

4、（碳水 化合物）、核酸、脂类等，无机物则是各类元 素。 元素组成： （1）C、H、O、N：为所有生物体的有机元素。在生物 体内大量存在，占90-97%，是组成有机体的主要元素 。 除此之外的元素为矿质元素，又可分为： （2）大量元素：包括P、S、K、Na、Ca、Mg、Cl等。 它们与细胞结构，物质组成，能量转移，原生质胶体 状的维持等有关。 （3）微量元素：包括Fe、Cu、Mn、B、Mo、Co、Si等 ，含量极微，但却是不可缺少的，具有一些特殊的功 能，如酶的激活等。 当然，微生物的化学组成并不是绝对不变的，它往往会 由于菌龄的不同和培养条件的改变而发生变化。 化学组成实验式：如细菌和酵母实验

5、式:C5H8（7）O2N霉菌 是C12H18O7N，原生动物:C7H14O3N 它们不是分子式，只是用来说明组成有机体的各种元素 之间的比例关系，可供在培养微生物时作为提供营养 的参考。 从实验所得数据可以求出化学组成实验式： 重量百分比摩尔百分比以氮为1，求出相对比值 四舍五入，最后得到化学组成实验式。 （P117思考题：17 ） 微生物细胞中几种主要元素的含量 （干重的百分数） 元素 细菌 酵母菌 霉菌 碳 50 49.8 47.9 氮 15 12.4 5.2 氢 8 6.7 6.7 氧 20 31.1 40.2 磷 3 硫 1 微生物细胞的化学组成 主要成分 细菌 酵母菌 霉菌 水分 7

6、585 7080 8590 （占细胞鲜重的%） 蛋白质 5080 3275 1415 占 细 碳水化合物 1228 2763 740 胞 干 脂肪 520 215 440 重 的 核酸 1020 6 8 1 % 无机盐 230 3.87 612 从微生物的化学组成中，我们可以看到：微生物 首先需要大量的水分；需要较多地供给构成有机物碳 架和含氮物质的碳元素和氮元素；另外，还需要一些 含P、Mg、K、Ca、Na、S等的盐类，及微量的Fe、 Cu、Zn、Mn等元素。因此，除了某些特殊要求的微 生物外，培养一般微生物必须提供上述这些营养物质 ，微生物才能正常地生长繁殖。 微生物生长所需要的营养物质主

7、要 是以有机物和无机物的形式提供的， 小部分由气体物质供给。微生物的营 养物质按其在机体中的生理作用可区 分为：碳源、氮源、能源、无机盐、生长 因子和水六大类。 微生物的营养物质及其生理功能 v在微生物生长过程中为微生物提供碳素来源的物质称 为碳源(source of carbon)。 v从简单的无机含碳化合物如CO2和碳酸盐到各种各样的 天然有机化合物都可以作为微生物的碳源，但不同的微 生物利用含碳物质具有选择性，利用能力有差异。 v碳源的生理作用 碳源物质通过复杂的化学变化来构成微生物自身的 细胞物质和代谢产物； 同时多数碳源物质在细胞内生化反应过程中还能为 机体提供维持生命活动的能量;

8、但有些以又CO2为唯一或主要碳源的微生物生长所需 的能源则不是来自CO2。 （1）碳源 微生物的碳源谱 类 型 元素水平 化合物水平 培养基原料水平 有 机 碳 CHONX复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉 等 CHON多数氨基酸、简单蛋白 质等 一般氨基酸、明胶等 CHO糖、有机酸、醇、脂类 等 葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、 糖蜜等 CH烃类天然气、石油及其不同馏份 、石蜡油等 无 机 碳 C(?) COCO2CO2 COXNaHCO3NaHCO3、CaCO3等 微生物利用的碳源物质 种类碳源物质备注 糖 葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉、 半乳糖、乳糖、甘露糖、纤维二糖、纤 维素、半纤

9、维素、甲壳素、木质素等 单糖优于双糖，己糖优于戊糖，淀粉优于 纤维素，纯多糖优于杂多糖。 有机酸 糖酸、乳酸、柠檬酸、延胡索酸、低级 脂肪酸、高级脂肪酸、氨基酸等 与糖类比效果较差，有机酸较难进入细胞 ，进入细胞后会导致pH下降。当环境中缺 乏碳源物质时，氨基酸可被微生物作为碳 源利用。 醇乙醇 在低浓度条件下被某些酵母菌和醋酸菌利 用。 脂脂肪、磷脂 主要利用脂肪，在特定条件下将磷脂分解 为甘油和脂肪酸而加以利用。 烃天然气、石油、石油馏分、石蜡油等 利用烃的微生物细胞表面有一种由糖脂组 成的特殊吸收系统，可将难溶的烃充分乳 化后吸收利用。 CO2CO2为自养微生物所利用。 碳酸盐NaHCO

10、3、CaCO3、白垩等为自养微生物所利用。 其他 芳香族化合物、氰化物 蛋白质、肋、核酸等 利用这些物质的微生物在环境保护方面有 重要作用。 当环境中缺乏碳源物质时，可被微生物作 为碳源而降解利用。 P198 微生物利用碳源物质的特点 不同种类微生物利用的碳源物质不同。 微生物对碳源物质的利用具有选择性葡萄糖 阻遏效应 选择性原则：结构简单相对分子量小的优先于结构 复杂相对分子量大的。 糖类一般是良好碳源和能源，对不同糖利用不同。 E.Coli在G和半乳糖培养基生长，G为速效碳源， 后者为迟效碳源。 （2）氮源 K2HPO4 1g MgSO4 0.5g NaCl 1g; FeSO47H2O 0

11、.5g 水 1000ml; pH 7.27.4 霉菌培养基查氏（zapek)培养基： 蔗糖 30g; KCl 0.5g; MgSO4.H2O 0.5g; FeSO4 0.5g 水 1000ml; K2HPO4 1g; NaNO3 3g; pH 6.7 理想凝固剂应具备的条件 1.不被微生物分解、利用、液化； 2.不因消毒灭菌而被破坏； 3.在微生物的生长温度内保持固态； 4.凝固点的温度对微生物无害； 5.透明度好，粘着力强 琼脂特性琼脂特性 A.A.不能被绝大多数微生物不能被绝大多数微生物 利用、分解液化利用、分解液化； 提问：有什么好处？提问：有什么好处？ 不作为额外碳源，干 扰试验，保持

12、固体特保持固体特 性性 B.B.高压灭菌结构不被破坏高压灭菌结构不被破坏 ，且颜色透明不妨碍观察颜色透明不妨碍观察 ； C.C.多数微生物在琼脂培养基多数微生物在琼脂培养基 表面生长并形成独立菌落表面生长并形成独立菌落； 提问提问：有何好处？有何好处？ 易于纯化分离 二、培养基的配制原则 （一）培养基组分满足微生物的需要（目的明确） （二）营养物的浓度与比例应恰当（营养协调） （三）物理化学条件适宜（条件适宜） （四）根据培养目的选择原料及其来源（经济节约 ） （一）培养基组分满足微生物的需要 即根据不同微生物的营养需要配制不同的培 养基。 不同营养类型的微生物，其对营养物的需求 差异很大。如

13、自养型微生物的培养基完全可以（ 或应该）由简单的无机物质组成。异养做生物的 培养基至少需要含有一种有机物质，但有机物的 种类需适应所培养菌的特点。 按微生物的主要类群来说，它们所需要的培养 基成分也不同： 细菌： 牛肉膏蛋白胨培养基 放线菌： 高氏一号培养基 真菌： 查氏合成培养基 酵母菌： 麦芽汁 当对试验菌营养需求特点不清楚的时候，可以 采用生长谱法进行测定。 （二）营养物的浓度与比例应恰当 浓度过高微生物的生长起抑制作用， 浓度过小不能满足微生物生长的需要。 碳氮比（C/N）直接影响微生物生长与繁殖及代 谢物的形成与积累，故常作为考察培养基组成时的 一个重要指标。 C/N比值= 碳源中的

14、碳原子的mol数 氮源中所含的氮原子的mol数 应注意各营养物质之间的浓度比；培养基中各 营养物质之间的浓度比直接影响微生物的生长与 繁殖和（或）代谢产物的形成与积累，尤其是碳 氮比（CN）的影响更为明显。 例：在谷氨酸生产中 C/N 4/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少； C/N 3/1 时，菌体生长受抑制，而谷氨酸大 量增加。 还应注意：速效性氮（或碳）源与迟效性氮（ 或碳）源的比例；各种金属离子间的比例（影响 营养物质的渗透和其他代谢活动）。 培养基中各种元素的比例需要平衡。 （三）物理化学条件适宜 1、pH:各类微生物的最适生长pH值各不相同： 细 菌：7.08.0 放线菌：7.58.5 酵母菌：3.86.0 霉 菌：4.05.8 在微生物的生长和代谢过程中，由于营养物 质的