•１．形态：绒毛状或疏松的棉花状，孢子具有各种不同颜色•个体形态 霉菌是多细胞真菌的代表，菌体是由许多菌丝组成的菌丝体其菌丝有两部分：一部分伸入基质内部（即培养基内部）或漫生于培养基表面吸取营养的营养菌丝；另一部分是伸于基质上空称为气生菌丝，它可产生孢子，进行繁殖，包括无性繁殖和有性繁殖•无性繁殖──分裂出各种孢子：分生孢子、孢囊孢子、厚生孢子、节孢子•有性繁殖──两细胞质融合生出各种孢子•2. 菌落特征 与放线菌相似，菌落由分枝状菌丝组成菌丝较长形成的菌落为绒毛状絮状或蜘蛛网状，一般比细菌菌落大几倍到几十倍孢子可有不同形状的构造和颜色•3．工业上常用霉菌的形态及特点•⑴ 曲霉 Aspergillus•种类很多目前在发酵工业上应用的霉菌大都是曲霉•⑵ 根霉Rhizopus•菌丝向四周蔓延，形成密密的棉絮状的蔓丝而充满着整个基础表面，形成葡萄枝状（孢子是梨形），与此派生出与根霉相似的梨头霉用于甾体激素生产•⑶ 青霉、稻草霉、盘尼西林 Pcnicillum•青霉菌中的蓝青霉和黄青霉素的重要菌种孢子成扫帚状，青霉十分接近曲霉，在自然界中土壤里广泛存在•⑷ 毛霉 Mucor 形态与根霉相似，存在于腐败植物、果实、面包等。
•⑸ 木霉 Trichoderma 分布很广在腐烂木材、植物残体、种子、土壤、有机肥料均有存在分解木质素用以木代粮菌种的培育与生产 •绿色木霉是产生纤维素霉的主要菌种木霉菌丝由葡萄枝生出直立的分生孢子柄、孢子盘根错节，繁殖很快•⑹ 赤霉 Gibberllin 原是一种植物致病菌，又称水稻恶苗菌920”是它的代谢产物，又称赤霉素近年来“920”在医药上得到应用•菌体由有隔膜菌丝组成原始菌株能产生大量长椭圆形小分生孢子，有时也产生镰刀形大小分生孢子，又称镰刀菌通常用的生产菌种在固体培养基上，生成白色菌丝体绒毛状•2.1.2 酵母菌 yeast•是一种单细胞真菌，可看作是真菌中的特殊形态•１、形态和结构 酵母菌是一种适应于在碳水化合物、高糖份偏酸性环境中生存的微生物工业发酵就是用淀粉、蔬菜、糖作原料，在食品、化工、医药工业中得到广泛应用•酵母菌又分发酵型和氧化型两种发酵型的多用于发酵工业氧化型的用于石油加工工业，工艺过程中的脱蜡，降低石油凝固点，对石油炼制废水的去油降酚起积极作用•⑴大多数以单细胞状存在在特殊条件下，生成的芽体互相连接形成树枝状，芽体延长像菌丝（假丝），细胞大多数是卵圆形，细胞核有明显的核膜。
•⑵ 酵母菌的细胞结构与细菌相似，但比细菌细胞大得多一个椭圆形的酵母菌细胞长约7.2um，宽5.6nm(圆形直径1—5um)•⑶ 繁殖 分为无性繁殖、有性繁殖•芽殖 白芽母细胞的一端突起，进行分裂，芽长大，脱落•裂殖 菌体直接进行分裂繁殖 •有性繁殖 先形成子囊孢子、生子囊孢子及其数目是鉴定酵母菌的依据之一工业上可利用生子囊孢子进行杂交育种•⑷ 菌落特征 表面湿润、粘稠，大多数是乳白色，少数红色（红酵母），在固体培养基上生长时间长了，颜色变暗，呈绉缩状•⑸ 酵母的生理特性──发酵•工业发酵：食品、酿酒，面包、醋、酱、鱼露等•医药：菌体蛋白、凝血质、核糖核酸、酵母、细胞色素丙、辅酶甲、核苷酸、蛋白酶、维生素•化工：乙醇、甘油、甘露醇、有机酸、丙酮、乙醚、甲醛•环保：厌氧消化、垃圾无害化、堆肥技术•发酵过程主要是利用含糖、淀粉或碳水化合物作原料，不同种类的酵母菌对各种糖类的发酵能力不同，根据这一特性可以鉴别酵母中的不同种类•2.2 藻类 algae•是低等植物中的一大类群，与高等植物不同的是藻类细胞分化比较低级，大多数藻类个体微小属于微生物范畴•藻类具有叶绿素，有植物光合作用的功能，但无根、茎、叶的分化，生殖也比较低级。
个体又小必须借助于显微镜才能观察到菌落主要为水生生物，广泛存在于湖泊及海洋中•单细胞藻类主要存在于水的上层，浮游于水体中称浮游生物或浮游植物（phytoplankto）.在自然界水生生态系统中藻类是初级生产者，是水生食物链中的关键环节，促进或保持水体自然生态平衡但在N、P过剩时藻类异常繁殖又使水体恶化即造成富营养化形成赤潮或水华近年来由于西太平洋海域受副热带高压控制，气温升高造成的干旱、河流径流量大幅度减少，从东海、南海至大片海域形成大面积赤潮受害严重 •2.2.1 形态与构造•有单细胞、多细胞，具真核细胞微生物一般特性形态多种多样，单球藻、链球藻、丝状、堆球状等能运动，具有叶绿素a、b、c、d、β-胡萝卜素、叶黄素等•2.2.2 生理特征•具绿色植物特性的光合作用，以水作为供氢体并释放氧气光合作用必须有叶绿素a参与，这一特性与高等植物及蓝细菌（蓝藻）均属此类• • ••藻类原生质组成C106H263O110N16P以无机N、P的营养，除利用CO2外还需S、P、Mg等合成藻体蛋白质以N、P需求最多，属需氧微生物，有氧呼吸，白天产生光合作用产氧量大，夜间仅有呼吸作用，不产生光合作用，水体溶解氧不断下降。
由藻类原生质组成可知，水体中少量的NO-3-N(7.2gN)和磷(1gP)产生大量的藻类（115g）由于热力学作用，水体在高温季节呈现分层现象，即上层水暧比重小，下层水冷比重大，如果此时水体富含N、P的有机污水，则造成藻类暴长而形成赤潮（水华）；但当藻类代谢（即藻类生成的逆反应）时，要分解1个分子的藻却要消耗138个分子的氧可知藻类代谢耗氧是惊人的此时容易造成水体腐败发臭，水质恶化，产生的胺、酮、硫醇、吲哚等恶臭有害物质，使鱼、虾大量死亡，也危害人的健康•藻类生长pH=6～8，绝大多数藻类是中温性的，但有的在85℃的温泉中大量繁殖，有的在长年不化的冰上生长，生殖力是很强的 •2.2.3 藻类常见代表•1、绿藻 含叶绿素及少量胡萝卜素及叶黄素细胞呈草绿色，在水中浮附着在固体基质或动植物体上繁殖，有无性繁殖和有性繁殖在流动的和静止的水体，土壤中和树干上都能生长，有的与真菌共生形成地衣•绿藻中的栅藻属（又称螺旋藻），小球藻属的菌富含蛋白质可供人食用和作动物饲料，在生理生化、制药等有重要价值并可作宇航的供氧体，还可制藻胶在水体自净和污水处理中起净化和指示生物的作用•2、单细胞和单细胞群体，其细胞壁由硅质（SiO2·xH2O）和果胶质组成。
硅质在外层，细胞内有一个核和两个以上的色素体，含叶绿素和藻黄素，β-胡萝卜素硅藻呈黄绿色和黄褐色，贮存物为淀粉（用碘处理为棕色）和油类繁殖方式为纵分裂和有性生殖分布很广，受气候、盐度和酸、碱度的制约所以种属有明显的地域性，有的种可作土壤和水体盐度、腐殖质含量和酸碱度的指示生物浮流的硅藻是水中动物食料，是水体中的生产者，起最基底的食物链对水体的生产力起重要的作用代谢死亡沉积形成硅藻土作过滤剂和分子筛材料和其它化工原料•3、藻 多为单细胞的个体，呈三角形，球形前后端有突出的角，有的有鞭毛，多数有细胞壁，少数为裸型的，细胞核大，有核仁和核内体含叶绿素a，β-胡萝卜素，甲藻黄素，硅甲黄素，藻体呈黄绿色或棕黄色有的呈红色贮存物为淀粉和脂肪有裂殖和分生孢子裂殖在适宜的光照和水温下富含N、P的水体能使甲藻在短期内大量繁殖造成海洋“赤潮”和湖泊“水华”•甲藻是重要的浮游生物代谢产物沉积海底，经长期地质作用形成石油或油地层化石•甲藻喜酸性环境，当其大量繁殖时影响养殖业，甲藻产毒积于贝类使人体中毒•藻类的功过•藻类是地球远古生物之一，在生命演化地质地理环境的变迁，使早期地球还原性大气转变为富氧的大气变化中起重要作用。
因藻类具有植物光合作用功能，利用CO2吸收 •水分通过叶绿素的催化作用，接收水中的氢，并将水中的氧离子转化放出氧气，以补充大气中的氧；另方面因藻类，尤其绿藻，小球藻等所含的蛋白质在食品、制药、发酵工业、化学工业中具有宽广的开发，利用前景因此藻类在生态环境、生物工程、环境保护中具有重要意义但如果水体中N、P过剩，产生富营养化，导致藻类过旺繁殖，则形成赤潮水华，又会使海洋湖泊水体生态遭受破坏 •2.3 原生动物 Protozoa•原生动物是动物中最原始、最低等、结构最简单的单细胞动物──浮游生物因其体形微小，在10～300um之间，在光学显微镜下观察才可见微生物学把它归于微生物范畴•原生动物是在水体中细菌呈正常生长代谢，并在水体中保持一定的溶解氧的情况下才出现，所以在生化法处理废水时，若水体中出现原生动物，则标志着生化处理运行正常，而且意味着水质好转，水中溶解氧增加•2.3.1 形态与构造 •单细胞，没有细胞壁，有细胞膜、细胞质，有分化的细胞器，细胞核，具有核膜，属真核微生物，有独立生活的生命特征和生理功能如摄食、营养、呼吸、排泄、生长、繁殖、运动及对刺激的反应等•2.3.2 营养与繁殖•1、全动性营养型 吞食其它生物，如细菌、放线菌、酵母菌、霉菌、藻类，比自身小的原生动物和有机颗粒。
绝大多数原生动物为全动性营养性，是异养型微生物•2、植物性营养型 有色素的原生动物，如绿眼虫、衣滴虫含光合作用色素，能像植物一样合成有机物供自身营养•3、腐生性营养型 鞭毛虫和寄生的原生动物借助体表的原生质膜吸收环境和寄主中的可溶性的有机物为营养•原生动物的繁殖分为无性繁殖和有性繁殖 •2.3.3 常见代表（原生动物有15000余种）•1、肉足虫 肉足纲 变形虫 太阳虫 辐球虫•2、鞭毛虫 鞭毛纲 眼虫 油滴虫 粗袋鞭虫•3、纤毛虫 纤毛纲 草履虫 肾形虫 漫游虫•4、吸管虫 吸管纲 足吸管虫 壳吸管虫•5、钟虫 钟虫纲 大口钟虫 小口钟虫 念珠钟虫•在水的生化处理中，常以原生动物的群类比例作为污水净化指标，当水体中出现原生动物时，说明水质好转，可养鱼、养鸭•2.4 微形后生动物 Metozoa•后生动物是原生动物以外的多细胞动物的统称，原意是在原生动物之后，当在水体中溶解氧进一步升高时才出现的微生物在天然水体、废水生物处理构筑物的底泥中都能见到，主要的有：•1、轮虫 轮虫纲 长0.04～4mm.多数在0.5mm左右以细菌、霉菌、酵母菌、藻类、原生动物及有机颗粒为食。
在动物学中称杂食性，在水中组成食物链，它又是水生动物的食料•2、线虫 线虫纲 有寄生的和自由生活的体形小，在1mm以下，卵生其营养类型有腐生性以动、植物残体及细菌为食；植食性，以绿藻和蓝藻为食；肉食性，以轮虫或其它线虫为食有好氧和兼性厌氧型兼性厌氧的在缺氧时大量繁殖，是水净化程度的指示生物•3、浮游甲壳 数量大，种类多是鱼类基本食料，也是河流污染和水体自净的指示生物广泛存在于淡水和海洋中，以淡水种类为多•卵生而且血液中含血红素，生存需要溶解氧，在污水中溶解氧低血红素含量高，颜色深，清水中溶解氧高血红素含量低，颜色浅，是适应环境的表现 •4、寡毛类动物 属寡毛纲，比轮虫、线虫高级身体细长分节，每节两侧长有纤毛，靠爬行运动主要种群有瓢体虫、颤蚓虫及水丝蚓等属环节动物在污水生化处理二沉池出水中出现的多为红斑瓢体虫它的前端腹面有纤毛，是捕食器官杂食性，主要吞食污泥中有机碎片和细菌最适宜温度20℃，6℃以下活力降低并形成胞囊颤蚓和水丝蚓为河流湖泊底泥的指示生物当它们在水体中出现时，说明水质好转颤蚓、水丝蚓长3～8mm，肉眼可见，多为红色，形状很像蚯蚓，供鱼类食料•5、苔鲜虫 属苔鲜动物 种类很多，生活在海洋中，有菊皿苔虫、白藻苔虫和鞭须苔虫等。
它喜欢在较清洁，富含藻类，溶解氧充足的水体中生活，能适应各地带的温度，广泛分布在世界各地生长温度最适宜在25～28℃在生物滤池中，附着在填料上，与钟虫、聚缩虫、盖纤虫等有粘性尾柄的原生动物聚集在一起，具有一定的吸附作用，并吞食水中微型生物和有机物，对水体净化起积极作用，但若过度繁殖会阻塞管道，降低流速•6、羽苔虫 群体聚集成树枝状或固着于填料或构筑物水渠管网中，有许多分枝，每个分支是一个个体，呈圆柱形其前端由许多触手组成的触手冠，其后是类螅体形成肠体状，吸食水中藻类细菌和有机颗粒触手冠伸出虫室摄食，受刺激后缩进虫室内•羽苔虫多数雌雄同体，有性繁殖，也有无性繁殖和芽殖，由于外出芽而形成很多分支，在显微镜中可观察到4～5个分支羽苔虫有休眠芽，冬季母体死后休眠芽破壁而出，水中漂浮明年春季发育成新的羽苔虫个体，在污水生化处理中也起积极作用 第三章第三章 非细胞结构的超微生物非细胞结构的超微生物——病毒病毒 非细胞型微生物主要为病毒virus 病毒不具有细胞结构大多数是核酸与蛋白质组成的大分子而且 只含有DNA或RNA一种类型的核酸。
它们的体积极小能通过细胞过 滤器，须借助电子显微镜才能看见它们专性寄生，没有独立的代 谢活动只是在其寄生主体内才表现生命的特征因此病毒可以概 括为超显微的，不具细胞结构的专性细胞寄生的微生物3.1 病毒的形态和大小病毒的体积大小差别很大，大多数比细菌小得多，有球形、砖形、杆形、多面体形蝌蚪状等动物病毒以痘病毒 poxvius 最大为砖形100×200×300nm；口蹄病毒最小（foot-and-mouth disease virus）直径为22nm.植物病毒以马铃薯Y病毒 potato virus 最大750×12nm，最小的南瓜花叶病毒 squash mosaic virus 22nm3.2病毒的化学组成与结构 大多数病毒的化学组成为蛋白质和核酸少数几种叫大病毒含有脂类，多糖等 •3.2.1病毒的化学组成•（1） 蛋白质——它是病毒的主要成分，功能是构成病毒的外壳，保护病毒核酸决定病毒感染的特异性，使病毒与敏感细胞表面特定部位有特异亲和力使病毒牢固地吸附在敏感细胞上，病毒蛋白质还具有致病性，毒力及抗原。
•（2） 核酸——病毒核酸即核糖核酸和脱氧核糖核酸但一个病毒并不同时含有RNA和DNA而只含其中的一种，病毒的核酸是病毒遗传，变异和感染性的物质基础•（3） 病毒的其他成分——少数病毒还含有脂类（其中50%～60%为磷脂，其余为胆固醇），痘病毒含糖脂和糖蛋白，有的还含核酸多聚酶•3.2.2 病毒的结构• 病毒是非核不具有细胞结构的微生物但也有其特殊的结构具核酸内芯（core） 蛋白质衣壳（capsid）完整的具有感染性的病毒体称为病毒粒子（viron）•3.3 病毒的繁殖•1.吸附——病毒感染敏感细胞的第一步•2.侵入——入侵方式因宿主细胞的结构不同而不同，动物病毒是整个病毒粒子借细胞吞噬和胞饮的本能作用进入宿主细胞病毒一旦进入细胞其核酸和蛋白质外壳分开，进行复制，植物病毒是通过植物伤口或昆虫口器进入植物体内•病毒感染寄主细胞进行繁殖的方式不是裂殖而是接管宿主细胞的合成机构，使之按病毒的遗传特性合成病毒的核酸与蛋白质，然后生成新的病毒粒子•3.复制与聚集•病毒侵入宿主细胞后，立即引起宿主细胞的代谢改变蛋白质的合成均不受宿主细胞的支配，而改由病毒核酸所带的遗传信息控制。
借宿主细胞的合成机构合成大量病毒蛋白质病毒核酸和蛋白质聚集合成新的病毒粒子这种繁殖方式称为病毒的复制 •4.成熟与释放•宿主细胞裂解和成熟病毒粒子的释放，是病毒繁殖最特异的功能，却是宿主遭受毁灭性打击，这也就是医学上的术语——扩散病毒噬菌体入侵细胞，接管宿主细胞的合成机构，合成新的病毒粒子，引起宿主细胞裂解，病毒新粒子释放出来它们又感染其它健康的宿主细胞一个受病毒感染的细胞可释放10～1000个病毒噬菌体可见病毒对机体细胞的破坏及危害有多大！•3.4 病毒对物理化学因素的抵抗作用•1. 温度 对病毒影响最大的物理因素是温度，光和干燥•病毒在宿主细胞外大多数在55～65 oC 1小时内灭活，而在宿主细胞内则有抗热变异而存活例如脊髓灰质炎病毒受热会产生抗热变异株，可在75 oC 温度下生存，并且抗热的病毒在衣壳破裂后有感染的RNA释放出来环境中的蛋白质和金属阳离子可保护病毒 免受热的破坏，粘土，矿物，土壤也有保护病毒免受热的破坏作用•高温对病毒蛋白质有灭活作用，由于高温使蛋白质的变性阻碍了病毒吸附到宿主细胞上，削弱了病毒的感染力•低温很难对病毒灭活，在-75 oC保存病毒，天花病毒在鸡胚膜中冰冻15年仍能存活。
•2. 光及其它辐射 紫外光具有灭活病毒作用使核酸中的嘧啶环受破坏，可见光对病毒也有一定灭活作用，X，γ射线灭活也具效果•3. 干燥是控制环境中病毒的重要因素•3.5 病毒对化学因素的抵抗力•体内灭活的化学物质有抗体和干扰素，抗体是病毒侵入机体后，由机体产生的一种特异蛋白质用以抵抗入侵的外来病毒，入侵病毒是抗原，而产生的特异蛋白质是抗体•干扰素是宿主抵抗入侵病毒而产生的一种糖蛋白它进而诱导宿主产生一种抗病毒蛋白将病毒灭活，干扰素起间接作用 •体外灭活是由化学物质的直接作用，主要的化学物质有：酚，甲醛， HNO2，NH3，醚类12烷基硫酸钠，CHCl3，氯系氧化剂，Br2， I2， O3， 乙醇，强酸，强碱，其他氧化剂•作用机理主要是破坏病毒蛋白质结构；破坏核酸使病毒颗粒裂解；破坏病毒的被膜因病毒被膜含有脂类所以溶脂性物质如醚，CHCl3，12烷基硫酸钠等，对被膜有溶脂作用，使病毒结构破坏•病毒对抗生素有抵抗力•链霉素 青霉素对病毒无灭活作用藻类产生的抗菌素如丙烯酸和多酚对病毒有灭活作用•枯草杆菌，大肠杆菌和铜绿假单胞菌等三种菌显示抗病毒的活性•3.6 病毒在环境中的存活和在污水处理中的去除效果•1. 水体中的存活 海水和淡水中，温度是影响因素。
温度升高繁殖加快，但水温高于50℃却可以灭活在水体淤泥中病毒吸附在固体颗粒上或有机颗粒中，会受到保护存活时间长•2. 在土壤中存活， 受土壤温度，湿度影响最大，低温和潮湿有利于病毒存活土壤毛细结构有一定滤毒作用•3. 在空气中存活 受空气干燥，相对湿度，光辐射，湿度和风速的影响生活污水灌溉和生物处理（曝气）都可使病毒溶胶化气溶胶进一步与空气的尘埃结合，随风漂浮于空气中，所以人类某些活动对病毒的迁移扩散也应予注意•4. 污水处理过程中病毒的去除效果•一级处理去除病毒效果最差只有30％左右•二级处理去除病毒的效果可达90％以上，•三级处理再配以消毒，杀菌（氯氧化，O3氧化，紫外光消毒等）病毒去除率达95～99％ •4.1 微生物的酶•微生物的营养和代谢只有在酶的参与下才能进行酶是人、动物、植物、微生物等体内合成，催化生物化学反应并传递电子、原子或化学基因的生物催化剂•生物化学变化几乎全部是由酶所催化而进行的一种酶催化一种或一类反应•4.1.1酶的组成：•单成分酶——蛋白酶 例：水解酶•全酶（双成分酶）——酶蛋白+有机物• 例：各种脱氢酶——酶蛋白+有机物+金属离子• 丙酮酸脱羧酶——蛋白酶+金属离子（Fe2+） • 细胞色素氧化酶•4.1.2 酶的性质与作用特征•1 酶是蛋白质 具有蛋白质的特征：分子量大，成胶体状态存在，为两性化合物，有等电点，高温凝固。
一切能引起蛋白质变性的因素都能破坏或阻抑酶促作用，易失活•2 酶催化作用的专一性一种酶催化一种反应•3 酶促作用的可逆性——但有例外，如水解酶促的水解反应是不可逆的 •4 酶的作用条件•（1）与酶的浓度成正比•（2）随底物（基质）浓度增加而增加•（3）适宜温度30—50℃超过60℃失活•（4）适宜pH 6—8，酶处于等电点时活性最大•（5）酶的抑制剂 重金属离子、杀菌剂、毒物•（6）酶的激活剂——一些金属离子 Cu2+、Zn2+、Mg2+、Co2+、Mo3+、Ni2+等 盐酸对胃蛋白酶是激活剂•4.1.3 酶的种类•1.按成分 有两大类：单成分酶、全酶•2.结构酶 存在于细胞中，参与细胞物质变化为细胞所固有的酶•非细胞所固有，在一定条件下能被另外一些物质诱导产生成为诱导酶•3.内酶和外酶 细胞内部不能排出体外的称内酶；由细胞体内可排出体外的称外酶•4.按催化反应的性质，酶可分为六大类• •（4）异构酶 催化同分异构分子重新排列• •（5）裂解酶 大分子被催化裂解为小分子• •（6）合成酶 在生化过程中参与催化合成蛋白质和核酸，也就是说蛋白质和核酸的合成都需要合成酶的参与，需要酶参与消化ATP以获取能量• • • 4.按催化反应的性质，酶可分为六大类 •磷酸腺苷是核糖蛋白结合磷酸后形成的高能键，在生物呼吸过程中起着能量转移的中间站的作用。
在有氧呼吸中，每摩尔葡萄糖被完全氧化成6个分子CO2和6个分子的水的过程中生成38个ATP，释放出2863.3k的能量其中有1826.7k的能量贮存在ATP中，其余以热的形式散出；在无氧呼吸中，每摩尔葡萄糖生成2个酒精分子和2个CO2分子大部分能量仍贮存在酒精分子中，释放225.7k的能量，由生成的2个ATP只截获96kj的能量，其余以热的形式散去•酶在蛋白质和核酸的合成中起重要生物酶的作用•4.1.4 在生物体内酶所催化的生物功能•在生物体内酶所催化的形形色色的化学反应按生物功能可归纳为4大类•（1）直接参与某种具体的生理功能 这类酶根据生命活动需要执行一定的生理功能例如神经传导是由神经末梢中的乙酰胆碱酯酶来传导神经冲动，肌纤-ATP酶与肌肉收缩有关，Na+、K+-ATP酶在细胞膜的主动运输中起“钠泵作用” •（2）担负保卫清除功能 在生物体内很多酶起这类作用典型的是能降解外来DNA的限制性核酸内切酶；能直接排除自由基O*防止毒性过氧化脂质生成的超氧化物歧化酶；还有凝血酶等参加这一工作的可以是单一酶，也可通过酶系统而起作用，如凝血酶系、溶血纤酶系、免疫系统中的补体系统等，它们是通过酶的级联系统而发挥作用的。
•（3）协同激素起生物调节放大作用 腺苷酸环化酶就是起这种作用当外界化学信号特异性地与细胞膜受体相应的调节部位结合，便可引起受体蛋白质构象的变化，使潜在的活性部位变为有活性的活性部位，这叫做受体被激活，同时连锁地使相邻的腺苷酸环化酶构象也发生变化被激活的腺苷酸环化酶催化ATP生成环化ATP，环化ATP作为第二信使激活蛋白激酶，从而引起细胞内部功能的一系列变化肝细胞内贮藏的糖原分解为葡萄糖的过程就是由腺苷酸环化酶协同肾上腺素起生物调节放大作用的一个典型例子•（4）催化和调节代谢反应 酶最主要，也是最基本的生物功能就是催化代谢反应，建成各种代谢途径，各种代谢体系，为生物机体的生存、发展，为形形色色的生命活动提供物质和能量的基础代谢途径、代谢系统多种多样，所以代谢过程有一个调节、控制的问题，生物机体不断进行代谢过程的调控，本身也在这种运动中得到发展，适应内外环境变化，得以生存•生物体代谢调节在三种水平上进行，即神经调节、激素调节和细胞内调节细胞代谢调节主要是通过酶的控制而实现的这种酶水平的调节机制，是最基本的调节方式，激素和神经调节也是通过酶水平的调节而发挥作用的所以，所有的代谢调节实际上就是酶的调节。
•利用酶和细胞器等所具有的某些特异催化功能，借助工艺学手段和生物反应装置来生产人类所需要的产品的科学技术称为酶学工程，简称酶工程环境生物技术应用酶工程的目的，在于充分地发挥生物反应条件温和，专一性强，降解污染物效率高的特点它集中突出了生物所具有的净化功能 4.2 微生物的营养微生物的代谢 异化分解 同化分解外酶外酶微生物吸收营养、分解物质、放出能量 ——物质分解 将营养物合成新的原生质，吸收能量 —营养物质转变为机体组分4.2.1 微生物的化学组成（1）水分—占机体内70-90%（2）干物质占机体10-30%其中有机物占干物质重量的90-97%，包括蛋白质、核酸、糖类、脂类无机物占3-10%含P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe、Cl和微量元素Cu、Mn、Zn、B、Mo、Co、Ni等糖类C、H、O组成，蛋白质C、H、O、N、S组成，核酸C、H、O、N、P组成细菌和酵母实验式：C5H8O2N酶菌：C12H18O7H，原生动物：C7H14O3N •4.2.2 微生物的营养和营养类型•（一）微生物的营养• (1) 水——微生物主要组分，又是代谢过程中的溶剂。
• (2) 碳 源•供给微生物碳素营养的物质包括糖，脂肪，氨基酸，蛋白质，淀粉，纤维，醇，醛，烷烃，芳烃，氰，染料等• (3) 氮源•供给微生物含氮素营养的物质•有机氮，蛋白质，氨基酸，硝酸盐，NH3• (4) 无机盐——P、S、Mg、Fe、Ca、K 微量元素Mn、Co、Cu、Zn等• (5) 生长素——维生素B、C、氨基酸、烟酸•（二）微生物的营养类型• (1) 光能自氧型(photoautotroph)•微生物体内含有光合色素，可以利用光作能源，利用无机碳（CO2、H2CO3、HCO3—）作碳源，以无机物作电子供体，使CO2还原合成细胞有机物，如藻类，蓝细菌，红硫菌，绿硫菌细菌的光合作用与高等绿色植物相似 • (2) 光能异氧菌(photoheteroph)•以光为能源，以有机碳作碳源，有机物作电子供体• • •(3) 化能自养菌(chemoautotroph)•以无机碳作碳源作电子供体产生的化学能作能源，以氨氮的硝化为代表• • • • • • •(4) 化能异氧菌(chemoheterotroph)• 是微生物最普遍的代谢方式• 以有机碳作碳源，有机物分解产生的化学能作能源进行代谢的微生物•4.2.3 微生物的培养基•培养基——根据各种微生物的营养需要，将水，营养物（碳源、氮源、无机盐、生长素）按一定比例配制而成的用于培养微生物的基础物质。
•1. 配制方法•(1)按配方称取各营养物，逐一加入烧杯中，待每一种成分充分溶解后方可加入第二种，以免形成沉淀•(2)各成份加入的顺序：• 1缓冲剂 2无机化合物 3微量元素化合物 4维生素及生长素•(3)根据需要加入螯合剂EDTA或NTA(氮川三乙酸)避免产生金属盐沉淀(加入浓度0.01%)•(4)缓冲剂 K2HPO4、KH2PO4、NaHCO3、Na2CO3•(5)调节pH值 可用HCl 10%、NaOH 10%•(6)放入高压蒸汽灭菌锅内杀菌，备用•2. 培养基的分类•（一）按培养基组成物质的性质•（1）合成培养基——用无机化合物配制而成•（2）天然培养基——用天然有机物配成•（3）复合培养基——用天然有机物和无机物配成•（二）按培养基的使用状态•（1）液体培养基——用灭菌水或纯水配成的溶液•（2）凝胶培养基，半固体状态(加0.3-0.5%琼脂)•（3）固体培养基，在溶液中加入琼脂，明胶，硅胶(加入1.5-3.0%琼脂)•（三）根据实验目的和用途•（1）基础培养基——由牛肉膏、蛋白胨，氯化钠配成一般微生物生长均适用•（2）选择培养基——利用微生物对各种化学物质的敏感程度的差异，在培养基中加入染料，胆汁酸盐，金属盐类，酸，碱，抗菌素抑制不需要的微生物并使所要分离的微生物生长繁殖的培养基。
•例如：胆汁酸盐可以抑制革兰氏阳性菌，而利于革兰氏阴性菌生长，乳糖发酵培养基适于大肠杆菌的选择培养•（3）鉴别培养基•几种细菌由于对培养基中某一成分的分解能力不同，其菌落通过指示剂显示出不同颜色而被区分开，这种起鉴别和区分不同细菌的培养基叫鉴别培养基•（4）富集培养基•由于样品中细菌数量少，采用特别的物质促使微生物快速生长，这种用特别物质配制的培养基称为富集（加富）培养基•有植物提取液，动物组织提取液，土壤浸出液，血和血清等•3.几种常用的培养基•（1）供测定细菌总数及细菌纯种分离的培养基•牛肉膏0.75g 蛋白胨1.5g NaCl 0.75g 琼脂3g 蒸馏水150mL pH=7.6 在1.05kg/cm2压力斧内，灭菌20min•（2）用于细菌繁殖的培养基 嘿嘿!马氏是咱家亲戚~~~ •4.豆芽汁培养基• 黄豆芽 100g• 蔗糖 20g• 琼脂 15-20g• 蒸馏水 1000mL•将黄豆芽洗净，加水煮沸半小时，过滤，加琼脂溶化，加糖，加足水搅匀，115OC高压灭菌20min• 此培养基自然pH条件下用于培养霉菌和酵母菌调pH 7.2-7.4 用于培养细菌或放线菌。
•（3）纤维素酶菌种筛选培养基•纤维素20g， K2HPO4 2g， (NH4)2SO4 1.4g， MgSO4.7H2O 0.3g， ZnCl2 1.7mg， CoCl2·H2O 2mg， CaCl2 0.3g ， FeSO4·7H2O 5g， MnSO4 1.6mg 水 1000mL pH 5.5 琼脂 20g •（4）石油发酵分离嗜石蜡菌株培养基•石蜡 20g， KH2PO4 4.7g， NH4NO3 4g， NaH2PO4 0.3g， 酵母膏 0.5g •水 1000mL pH=7.0•( 5 ) 马铃薯培养基•马铃薯 200g， 蔗糖 20g， 琼脂15～20g， 水1000mL ， 新鲜马铃薯去皮，切成薄片，称200g，加蒸馏水煮沸半小时，用纱布过滤，补充因蒸发而减少的水量，即制成20%的马铃薯汁，加入琼脂煮沸溶化，加糖拌匀，补足水分，115℃高压蒸气灭菌20分钟•自然pH，加入蔗糖用于培养霉菌，加入葡萄糖用于培养酵母菌；将pH调至7.2～7.4，加入葡萄糖，用于培养放线菌及芽孢杆菌 •4.34.3微生物产能代谢•微生物生长繁殖所需的能量是依赖产能代谢•4.3.14.3.1产能代谢与吸呼作用的关系：微生物呼吸作用的本质是氧化还原过程的统一，这过程中有能量的产生和能量的转移。
•微生物的呼吸有三个类型：•好氧呼吸——好氧微生物的代谢•无氧（缺氧）呼吸——厌氧菌，兼性菌的代谢•厌氧（发酵）呼吸——厌氧菌的代谢•氧化还原过程有电子的转移，有能量产生，而微生物的产能代谢是通过上述三种氧化还原反应来实现的，而微生物又从中获得能量维持生命活动•微生物产生能量的方式有多种形式•电能——电子移动•化学能 —— 氧化有机物和无机物产生的化学能•机械能 —— 细胞运动，鞭毛和纤毛的摆动，细胞质流动，叶绿体的流动等•光能——体内分泌物转换萤光• 所产生的能量一部分变为热散发；一部分供给合成反应和生命的活动所需的能量；另一部分贮存在ATP（三磷酸腺苷）中，以备生长，运动需要• 蛋白质是生命的基础，蛋白质合成与代谢中起重要作用的酶及其辅基辅酶磷酸腺苷起到贮存能量的作用• AMP——一磷酸腺苷 ADP——二磷酸腺苷•ATP——三磷酸腺苷 ATP含二个高能磷酸键• 它们都是能量的载体，通过磷酸基的转移进行能量的转换，所以在产能代谢中，ATP是能量转移中心• • • •ATP只是一种短期的贮能物质，若长期贮能还需要转换形式，如形式淀粉，糖，聚ß—羟基丁酸（PHB）等。
•ATP只是一种短期的贮能物质，若长期贮能还需要转换形式，如形式淀粉，糖，聚ß—羟基丁酸（PHB）等•4.3.2 产能代谢•发酵 ——最终电子受体是氧化过程的中间产物为简单的有机物，最终产物为醇，有机酸，CO2，CH4 并放出能量•好氧呼吸——最终电子受体是O2•最终产物—— 完全氧化（O2充足）：CO2，H2O；• 不完全氧化：CO2，H2O，有机酸，H2 并放出能量•无氧呼吸——最终电子受体：NO3—，SO42—，CO32—等含氧酸根•最终产物：CO2，H2O，H2S，N2 并放出能量•1．发酵作用 ——是厌氧条件下进行的呼吸作用，是以有机质分解过程中的中间产物作为氢及电子受体，最终产物为中间产物的还原物，不再进行分解所以发酵是不彻底的氧化作用•（1）乳酸发酵：乳酸细菌以葡萄糖为呼吸基质，以中间产物丙酮酸为氢受体，使之还原生成乳酸• • • •（2）葡萄糖发酵制乙醇• • •（3）葡萄糖发酵制丁酸•丁酸菌在厌氧条件下分解葡萄糖发酵生产丁酸附产物有丁醇、丙酮、乙酸、CO2 及H22．好氧呼吸以分子氧作为氢及电子的最终受体的呼吸由微生物体内脱氢酶和氧化酶作催化剂，由细胞色素系统组成的呼吸链传递电子，并将电子转移过程中释放的能量合成ATP，此过程称作电子传递磷酸化或氧化磷酸化，分子氧经酶激活O2－与2H+结合成水，有氧呼吸，有机质可彻底氧化分解为CO2，H2O，例：3. 无氧呼吸 无氧呼吸不能以分子氧作为氢及电子受体，而是以某些无机氧化物SO42－，NO3－，CO2等作为H及电子受体，例如：（1）反硝化菌在无氧存在时，以NO3－为H受体 （2）硫酸还原菌在无氧存在时，以SO42－为H受体 （3）产甲烷菌以CO2为H受体生成CH44.3.3 微生物菌群由于在呼吸过程中，微生物需氧关系不同，可分成不同类群1.需氧（好氧）微生物——需在充足供氧的条件下生长繁殖，进行有氧呼吸，包括有细菌，放线菌，真菌类，污水处理占重要位置。
2.厌氧微生物——不需有分子氧存在下生长繁殖进行无氧呼吸，叫专性厌氧菌如芽孢杆菌（Clostridium），甲烷杆菌（Methanobacterium）3.兼性厌氧微生物——在有氧或无氧条件下生长，但在不同条件下呼吸代谢方式不同，如酵母在有氧时进行有氧呼吸，使葡萄糖彻底氧化为CO2，H2O；在无氧条件下，则进行酒精发酵，生成乙醇和CO2 . 有氧呼吸对基质利用率高，将所分解有机质中的碳 素约20-40%转入体内， 而发酵对基质利用率只有 2～5%转入菌体内，但发酵作用的厌氧菌需要转化 大量的基质才能满足其生命活动所需的能量，因而 其对基质的转化率较呼吸作用为高例如对乳酸细 菌每小时可分解的乳糖可以超过它本身体重的4000 倍。
这对于利用发酵制造产品提高产率有利 第五章 微生物的环境因素与生态 •5.1 微生物的环境因素•5.1.1 温度• 高温度 最适宜 最低温度•低温型 20～30 5～10 5～0•中温型 45～5 25～40 5～10•高温型 70～80 50～60 30•原生动物最适宜温度16～250C•放线菌最适宜温度23～370C•霉菌和酵母菌最适宜温度28～320C因环境变化而变异的八脚青蛙 •5.1.2 pH 6.5～7.5•PH＜6.5 酸性环境不利于细菌和原生动物生长，不利于形成菌胶团，使活性污泥上浮•霉菌和酵母菌，藻类在pH＜6.5繁殖较快，但使污泥结构松散凝聚性差•微生物新陈代谢过程pH会发生变化，培养基配制要加入缓冲剂•5.1.3 氧化还原电位•好氧微生物 ф ＋0.3～0.4V•兼性微生物 ф 0.1V以下为厌氧呼吸•ф 0.1V以上为有氧呼吸•专性厌氧细菌 ф －0.2～－0.25•专性产甲烷菌 ф －0.3～-0.6•在生物氧化过程中由于氧的消耗和还原性物质如:H2、H2S的产生，使ф降低。
•5.1.4 溶解氧(DO)•好氧型微生物 DO>2mg/L(3～4最合适)•厌氧型微生物无氧呼吸•氧对好氧微生物的作用•(1)在呼吸中O2作为最终电子受体•(2)在甾醇类和不饱和脂肪酸的生物合成中需要氧参加 •5.1.5 辐射•（1）紫外光(U.V) 200～390nm，其中以260nm杀菌能力最强，因此，紫外光应用•杀菌消毒•（2）电离辐射 x-、r-射线能使被照射的物质表面发生电离作用——电离辐射•x- 0.1～0.01nm穿透力很强•r- 0.01～0.001nm•低剂量 93～465rad 照射有促进生长作用或引起微生物诱变•高剂量 9.3×104rad 有杀灭作用•5.1.6 有害物质对微生物的影响•（（1 1）） 重金属重金属•pb、Hg、Ag、Cu及其化合物杀菌防腐作用，CuSO4对真菌、藻类有很强的杀灭作用•（（2 2）） 卤素及其它氧化剂均有很强的杀菌作用卤素及其它氧化剂均有很强的杀菌作用•自来水用液氯消毒余氯 0.5mg/L• 3～7%I2 溶于70～83%乙醇――碘酒•３％ Ｈ２Ｏ２ 以上都是消毒剂。
•（（3 3）） 有机化合物有机化合物•①醇——脱水剂．•②甲醛——消毒剂、防腐剂 ３７～４０％溶液•③酚——消毒剂、杀菌剂•④季胺盐——强力杀菌剂•⑤染料——抑制剂 •5.1.7 渗透压•正常血液渗透压 37cm水柱 浓度2～3%蛋白质溶液 8～10cm水柱• 海水 28大气压 咸水湖渗透压 200大气压•微生物在不同渗透压溶液中呈不同反应:•(1)在等渗溶液中生长良好，在 0.5～0.85% NaCl溶液中，红血球在0.9%NaCl溶液中生长良好，即为等渗溶液――生理盐水•(2)在低渗溶液（含0.01%NaCl）水分子大量渗入微生物体内，细胞膨胀，甚至胀裂•(3)在高渗溶液中（含20%NaCl）微生物体内的水分大量渗到体外，细胞失水死亡•实验室用0.85%NaCl生理盐水稀释菌液•5.1.8 其它因素对微生物的影响•（1）水的活度与干燥•生物水的活度用空气相对湿度表示aw•空气相对湿度75%，此刻水的活度为0.75 aw 0.95～0.99 微生物生长最好，aw 0.6～0.65 大多数微生物停止活动，干燥使微生物活力致死，干燥是保存食物的最好方法。
•（2）表面张力与表面活性剂•表面张力是作用在物体表面单位长度边上的收缩力，水的表面张力7.3×10-4牛顿• 一般培养基的表面张力 4.5×10-4～6.5×10-4牛顿适合微生物生长• 表面张力大，物体表面易润湿，有利于微生物生长• 肺类球菌，胸膜类球菌在表面张力低于5×104牛顿时不能生长，死亡•表面活性剂降低表面张力，醇、酮、脂、胺、萜、脂肪酸、肥皂等降低表面张力，有杀菌作用合成洗涤剂含大量表面活性剂在水中产生泡沫严重影响氧的供给，大大降低污水处理效率 •（3）超声波•声音频率在20000赫兹(次/秒或周/秒)，以下为人听觉听见；•在20000赫兹以上的声波称超声波，超声波对菌体有强烈破坏作用超声波破坏菌体制成细菌裂解液，供研究细菌结构、化学组成、酶活性等，利用超声波从病毒中提取病毒频率800～1000千赫的超声波治疗疾病，引起致病生物体组织发生破坏性改变•（4）抗菌素对微生物的影响• 对人体无毒或负作用小的抗菌素能杀死病源菌:•①青霉素抑制革兰氏阳性细菌•②破坏细胞质膜的正常渗透功能，使菌体内核酸泄出导致死亡•③抑制蛋白合成、氯霉素、金霉素、土霉素、链霉素、新霉素等都能与核糖蛋白结合抑制蛋白质合成•④干扰核酸的合成，干扰DNA复制 •5.2 微生物间的关系•5.2.1 互生关系• 是两种可以单独生活的生物共同生活在一起时，一方为另一方提供有利的生活条件，双方互利称为互生关系，也称原始共生关系。
•固氮菌固定空气中的N2为纤维素分解菌提供氮源，纤维素分解纤维素的产物有机酸被固氮菌用作碳源和能源，也为纤维素分解菌解毒•废水处理中，含酚、H2S、NH3、等物质，食酚菌为硫细菌提供C源，硫细菌氧化H2S为H2SO4为食酚细菌提供S元素•氨化细菌分解含N有机物产生的NH3为硝化、亚硝化菌提供N源作营养，亚硝酸对多种细菌有害，硝化细菌将NO2-转化为NO3-，为其它微生物解毒 •5.2.2 共生关系•不能单独生活的两种微生物共同生活后，各自执行优势的生理功能，在营养上互为有利所组成的共同体，这两者之间的关系称为共生关系•地衣是藻类和真菌形成的一个共生体，藻类利用光能将CO2、H2O合成有机物供自身及真菌营养，真菌从基质吸收水分和无机盐供两者营养•根瘤菌与豆科植物的关系是共生的突出例子•5.2.3 拮抗关系（也称偏害关系）•一种微生物在代谢中产生代谢产物对另一种微生物有抑制或杀灭作用称拮抗作用•乳酸菌产生乳酸使pH下降抑制腐败细菌生长，原生动物吞食细菌及其它微生物•5.2.4 寄生关系•一种微生物需在另一种微生物体内生活•病毒没有独立的代谢能力，专性寄生在敏感细胞内，寄生的结果一般都是引起寄主细胞的损伤或死亡。
•5.2.5 竞争关系• 是指不同的微生物种群在同一环境中，对食物等营养、溶解氧、空间和其它共同要求的物质相互竞争，相互受到不利影响，种内和种间都存在竞争，如在好氧生物处理中，当溶解氧或营养成为限制因子时，菌胶团细菌和丝状细菌表现出明显的竞争关系•5.3 生态学的的知识•5.3.1生态系统•（1）生态系统和生物圈 •生态系统是生物与环境的综合体，包括自然界一定空间的生物（动植物、微生物的个体种类群落）与环境之间互相作用、相互制约、不断演变，达到动态平衡，相对稳定的统一整体它们之间不断地进行物质和能量交换，具有完整结构和功能的单位•在自然界中，任何生物群落与其环境组成的自然体都称生态系统，如森林、草原、河流、湖泊、海洋是一定范围的生态系统，这是自然的生态系统还有人工生态系统，如水库、运河、城市、乡村、农田等小生态系统构成大生态系统，简单生态系统构成复杂生态系统，形形色色、丰富多彩的生态系统组成生物圈•生存在地球陆地上和海洋以下各100米之间范围包括岩石圈、土壤圈、水圈和大气圈内所有各种生物群落及人与它们生存环境的总体构成生物圈，它本身是一个巨大的精密的生态系统，是地球上所有生态系统的总和。
草本植物种子 → 鹌鹑茎叶、种子 → 鼠猫头鹰 青草、植物叶子——昆虫——鸟——鹰 寄生性食物链 哺乳动物（或鸟）——跳蚤——原生动物——细菌——病毒 ③ 腐生性食物链 动、植物尸体——细菌、病毒、微生物——白蚁——雄鸡（4）生态系统的功能① 能量流（能量循环）生态系统中全部能量均来自太阳，太阳常数1.97卡/cm2·分其中：4%辐射，30%反射回太空，20%被大气吸收，46%到达地面，其中只有10%辐射到绿色植物上又有大部分被反身回太空，真正被绿色植物吸收只有1%绿色植物利用这一部分能量进行光合作用的有机物每年可达3000亿吨供地球生物消费② 物质流（物质循环） C、H、O、N、S、P构成生命有机体的主要物质，占原生质成分的97%Mn、Zn、Cu、Mo、Ca、Mg、Na、Cl、K等生物需要的微量元素与宏量元素构成生命中的物质循环，其中主要有三大循环：氧循环、碳循环、氮循环③ 信息流 生态系统的各个组成部分之间和各组成部分的内部，存在着各种形式的信息以这些信息把生态系统联系成为一个统一的整体1）营养信息草 本 植物种子 → 鹌鹑茎叶、种子 → 鼠猫头鹰吃啊吃啊鹌鹑——鼠互为信息2） 化学信息——生物在生长发育、性行为、生存与竞争过程分泌出某种化学物质为生物个体、群体提供传递信息。
蚂蚁、蜂、分泌物为个体、群体回归提供信息狗、鸽、雁、高等动物包括人类化学分泌物，性行为信息指导生物活动 3） 物理信息——表示惊慌、安全、恐吓、警告、嫌恶、有无食物、要求配偶等 •4） 行为信息——动物、植物通过自己本能的行为发出识别、威吓、求偶、挑战等信息孔雀开屏、雁落平沙、仙鹤起舞、猿啸哀鸣、杜鹃啼血、大雁南飞、鱼群回归、蜻蜓点水等都表示生物生存、求偶、环境变化发出的信息尽管现代科学水平对这些自然对话之谜尚未完全揭开，但这些信息对种群和生态系统调节的意义是完全可以肯定的•5.3.2 生态平衡•在生态系统中，能量流动、物质流动、信息流动按生态系统的内在规律，不断地进行着物质和能量的交换，在生产者、消费者和分解者之间相互作用、相互制约、不断演变，相对稳定达到动态平衡统一的整体，这种生态系统称为生态平衡•生态平衡失调小子 ！识相的就离我远点~~~~ •由于自然的或人为的（在当今工业高度发展时代主要是人为因素造成）活动导致生物种类数量和种类的消失食物链遭到破坏；环境污染，生产生活向环境排放污染物，能量流、物质流遭破坏，超过环境容量和自净自调能力，改变气候环流，气温异常，灾害频繁；生物信息流遭破坏，影响动植物生殖系统和遗传基因使生物生存发展受影响不能顺利进行物质、能量交换威胁生物生存这种现象称为生态平衡失调。
5.4 微生物在自然界物质循环中的作用5.4.1 碳素循环碳是构成生物体的主要元素，占生活物质总量的25%，没有碳就不会有生命自然界的碳循环主要包括CO2由光合作用形成有机物，而有机物又通过各种途径分解为CO2回到大气中，这是自然界最基本的循环1）微生物分解有机物的一般途径1）复杂有机物分解为简单（小分子）有机物微生物首先通过自身分泌出胞外酶使基质分解成可溶性有机物而吸入体内作营养完成代谢2）简单有机物的有氧分解 C6H12O6＋6O2 6CO2＋6H2O CH3CH2OH＋O2 CH3COOH＋H2O CH3COOH＋4O2 4CO2＋4H2O ① 完全氧化：好氧微生物和兼性厌氧菌吸收简单有机物进入细胞，在有氧呼吸中将有机物彻底氧化为CO2、H2O，包括一系列生物氧化反应；磷酸化、分解、水解、脱氢、氧化、脱羧等各种反应，每类反应都有相应的酶参加② 不完全氧化——生成有机酸或甲烷等 3）简单有机物的无氧分解在缺氧环境中，由厌氧菌或兼性厌氧菌通过发酵作用或无氧呼吸进行分解C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2 C6H12O6 2CH3CHOHCOOH＋H2O（乳酸） C6H12O6 CH3CH2CH2COOH＋2CO2＋2H2甲、乙、丙、丁酸在甲烷菌作用下发酵生成甲烷 CH3COOH CH4＋CO2 CH3OH 3CH4＋CO2＋H2O 复杂有机物胞外酶微生物简单有机物胞外酶厌氧微生物 胞外酶需O2微生物CO2＋H2OCO2、H2O、H2 CH4、H2S及未完全氧化产物5.4.2 氮素循环1. 微生物转化氮素的一般途径1）绿色植物和微生物在它们的生命活动中吸收硝态氮和铵氮，转化成蛋白质、核酸等含氮化合物。
2）动植物和微生物遗体中的有机氮化物经微生物分解转化为氨态氮 3）氨态氮在有氧条件下，经硝化细菌作用生成硝氮 4）硝态氮在反硝化菌作用下又还原为分子态氮，完成N在自然界中的循环 5）空气中分子态氮通过固氮菌作用合成有机氮化物2. 氨化作用1）氧化脱氨基作用产生酮酸和氨R－CHCOOH＋ NH212O2 脱氨基酶 RCOCOOH＋NH3 2)水解脱氨基作用产生含氧酸和氨 R－CHCOOH＋H2O NH2脱氨基酶RCHOHCOOH＋NH3 •3)还原脱氨基作用产生饱和酸和氨 R－CHCOOH＋2HNH2脱氨基酶RCOCOOH＋NH3`4）核酸的分解 核酸 核苷酸核酸酶 ＋H2O 核苷酸酶 核苷 磷酸 核酸 核酸酶 嘌呤或嘧啶 核糖或脱氧核糖 •3. 硝化作用• 1）亚硝化作用•亚硝菌 2NH3＋3O2 2HNO2＋2H2O＋能量• 2）硝化作用•硝化菌 2NHO2＋3O2 2HNO3＋能量•4. 反硝化作用•反硝化菌 C6H12O6＋6H2O 6CO2＋24H•反硝化菌 24H＋4NO2－ 12H2O＋2N2•反硝化菌 C6H12O6＋4NO2－ 6CO2＋6H2O＋2N2＋能量亚硝菌 硝化菌 反硝化菌 反硝化菌 反硝化菌 5.4.3 硫的循环1. 微生物转化矿物质的一般途径1）矿物质的有机质化P、S等通过生物合成作用组成菌体核酸、蛋白质，将Co吸收在菌体内组成维生素B12、有的菌分泌有机酸与金属离子鳌合生成金属有机物。
2）有机质分解 金属有机化合物分解出金属离子3）氧化还原反应使金属离子的转化4）溶解与沉淀：产酸细菌生成的HNO3、H2SO4可使环境中产生的矿物质溶解，而硫细菌分解的有机物生成H2S又使某些金属离子生成硫化物沉淀2. 硫的转化 1）有机物分解产生H2S蛋白质、含硫氨基酸、磺氨酸等在硫细菌作用下经脱硫氢作用生成H2S，与此同时也产生NH3CH2- S- S- CH2腐生性菌 COOH COOHCHNH2 CHNH2＋3H2O＋1/2 O2 2CH3COOH＋2CO2＋2H2S＋2NH3硫细菌 硫细菌 硫细菌 2）硫化作用2H2S＋O2 2H2O＋S＋能量Na2S2O3＋H2O＋O2－ 5Na2SO2＋H2SO4＋4S＋能量 2S＋3O2 ＋2H2O 2H2SO4＋能量与此同时 CO2＋H2O （CH2O）＋O23）反硫化作用 硫酸还原菌 硫酸还原菌 在缺氧条件下硫酸还原菌将硫酸盐还原成H2SC6H12O6＋6H2SO4 6CO2＋24H＋24H＋＋3H2SO4 12H2O＋3H2S总式：C6H12O6＋3H2SO4 6CO2＋6H2O＋3H2S＋能量土壤中硫化氢的积累对于地下水管的腐蚀作用，在积水而富含有机物的淤泥中以及石油采钻地层硫细菌的作用造成的腐蚀性不容忽视。
硫酸还原菌 5.4.4 磷的转化1. 含磷有机物的分解磷是生物体内的重要元素，以有机磷化物形式存在主要存在于核酸、植酸、蛋白质、卵磷脂及磷酸脂中，细菌、真菌、放线菌都将能将有机磷化物分解 产酸菌细菌、真菌1. 不溶性磷矿物溶解Ca3(PO4)2＋H2CO3＋3H2O Ca(H2PO4)2﹒H2O＋2Ca(HCO3) 2. 磷酸盐还原在缺氧条件下，厌氧菌通过分解有机物使磷酸盐还原它与硝酸还原和硫酸还原作用相似丁酸梭状芽孢杆菌和大肠埃希氏菌可引起这种转化：H3PO4→H3PO3→H3PO2→PH3 在污水治理中，在缺氧条件下聚磷菌释放磷而在好氧条件下，聚磷菌又超大量吸收磷形成生物污泥汇集后对污泥再作处理 第六章 微生物的生长繁殖、遗传变异 •6.1 微生物的生长繁殖•在适宜的环境下，微生物不断吸取营养物质，按照自己的代谢方式进行新陈代谢，正常情况下，同化合成新细胞的速度大于异化分解的速度，微生物的细胞数不断迅速增加，这叫生长；由一个亲代细胞分裂为两个新细胞，使得个体数目增加，这是单细胞微生物的繁殖；从生长到繁殖这个由量变到质变的过程叫发育；细胞两次分裂之间的时间称为世代。
•多细胞微生物如果只是细胞数增加，个体数目不增加称为生长；如果不单细胞数增加，个体数目也增加称为繁殖•不同种微生物生长繁殖速度不同，大肠杆菌的世代时间为17min，其它有长有短，有长达几小时几天•6.2 微生物的生长曲线•微生物培养繁殖方法主要有分批培养和连续培养两种（有的又有流加培养之论）方式，但在环境保护、污水生化处理等过程中，这两种方式都是同时存在的，但如果从科学研究的角度还是分为两种方式来研究•6.2.1 分批培养•设初始培养时菌体浓度为ρC1（mg/L） 经一段时间培养后菌体浓度为ρC2（mg/L）•培养时间为t(min) 增长率为μ（%），试求细菌总量翻一番的时间？ 1、缓慢（停滞）期 lagphase培养的细菌刚接种并不立即繁殖，经一段适应期后才能在新环境中生长繁殖 2、对数生长期 logphase (logarithm 对数)细菌接种经一段时间适应后在丰富营养物的条件下进入对数生长期，增殖方式相当于对数方程 3、增殖衰减期（稳定期） stationary phase亦称静止期 由于对数生长期消耗了大量营养物，致使一定容积营养物浓度降低，代谢产物大量积累对菌体产生毒害，pH、氧化还原电位均有所改变，溶解氧供应不足等原因，使细菌繁殖速度下降，细菌生长与死亡数量接近平衡，静止期细菌总数达到最大值，若要获得菌体，此时是收获最佳时期。
导致细菌群进入静止期主要因素是营养物浓度降低，所以营养成了繁殖的限制因素4、内源呼吸期（衰亡期） decline phase营养物基本耗尽，微生物利用自身贮存营养甚至体内酶等作养料，进入内源呼吸（内源代谢）endogenous respiration.此时积累大量代谢产物对生长不利，细菌死亡数超过新生数 6.2.2 连续培养 在连续培养中，微生物的生长状态和规律与分批培养中的不同，它们一般处于相当分批培养中生长曲线的某一个生长阶段，连续培养对于现代发酵工业、污水生化处理具有现实意义 在连续培养中，新鲜的培养基连续地加入反应器中，同时排出发酵液，使培养环境如营养液浓度、产物浓度、微生物浓度及增长率等保持相对稳定，筛选优化培养最佳工艺技术条件 对于微生物繁殖增长曲线方程其科学性可信程度在生物学中有无普通性，这里探求一下人口增长曲线设初始人口数为NO，经t年后人口总数为N，若人口增长率 r=1.7%，问经若干年后人口总数翻一番？年增长率 r=(b-d+m)% b—出生率％ d—死亡率％ m—迁移率％（对于全球m＝０）这个问题的解，都是基于生物繁殖的共性，与微生物繁殖增长是一个道理，即人口总数翻一番时间取决于2个主要因素：人口基数（初始）和增长率越大，翻番时间越短。
41年41年 •地球在太阳系九大行星中质量，半径均排行第5位地球半径R=6378.140Km(平均半径)•地球表面陆地面积A=1.495×108Km2，每年地球表面陆地生长植物约3000亿t(吨)，维持每人每天生命活动最少热量2200千卡，1卡=418焦耳（J）3000亿吨植物（其中只有1%可供人类食用）转换成总能量约660×1015千卡，从以上所给参数可求出地球人口最大环境容量 求得地球人口最大环境容量是82.2亿若中国陆地（国土）面积960×104km2中国人口最大环境容量多少为最合适？连续培养从理论上的动力学研究是基于物流进出的物料平衡，即菌体细胞的数量，对于在恒定容器内，积累的菌体细胞和流出的菌体细胞，其物料平衡有如下关系：积累的细胞＝（进入－流出）的细胞＋（生长－死亡）的细胞即 ——表示菌体细胞生长速率qv——液体流入反应器的流量（Ｌ／h） ρc——反应器中菌体浓度（g/L）ρco——流入反应器液体的菌体浓度（g/L） μ——繁殖率ε——死亡率 Ｖ——培养液体积这个方程只有理论意义，积分式的求解是很难的，即使附加许多假设，也只能得到由于 •连续进料的最大稀释率 • • •ks——微生物对底物的半饱和常数•ρso——进入反应器的底物浓度（g/L） ρs——流出反应器的底物浓度（g/L）•用求得的稀释率对直接指导工艺运行无多大意义。
• 比较有实际应用价值的还是分批培养推出的微生物生长曲线中所表述的四个阶段在废水生物处理工艺中，根据废水中的有机物浓度可分别选择处于对数生长期，静止期或内源呼吸期的微生物，所以真正对废水生化处理有实际指导意义的还是微生物生长曲线，即可通过控制入流污水浓度，使供给微生物的营养物与微生物数量达到所需的比例，则微生物就可以相应于生长曲线某一期段进行生长繁殖与代谢，达到污染物连续降解（消解）之目的 •通过物料平衡控制污水进水有机营养物浓度（Ｆ）与活性微生物浓度（Ｍ）之适当比例；从工艺上控制进水与排水污泥回流适当比例，使微生物生长处于某一生长曲线的阶段，达到污水处理连续运行•Ｓi——进水浓度，Ｓe——净化水浓度，１——调节池， ２——生化处理池， •３——二沉池 •6.3 微生物的遗传变异•遗传和变异性是一切生物的本质属性，生物将其生长发育所需要的营养类型和环境条件，以及对这些营养和外界环境条件产生的一定反应或表现的性状如形态、生理生化特性等传给后代，并相对稳定地一代一代传下去，这就是生物的遗传性•遗传有两面性，即遗传性和变异性，或保守性和变异性遗传性是相对稳定的，变异性是绝对的，遗传中有变异，变异中有遗传，从而使生物不断进化。
•当微生物从它适应的环境迁移到新的环境后，为了适应新环境，一部分以适者生存变异为新的种属而保存下来；不能适应新环境的种属则被淘汰，从而使生物得到进化•6.3.1 遗传和变异的物质基础——DNA•亲代生物如何将遗传性状传给子代？从分子遗传学角度看，是亲代通过脱氧核糖核酸DNA将决定各种遗传性状的遗传信息传给子代，子代有了一定结构的DNA便产生一定形态的蛋白质，由一定结构的蛋白质就可决定子代具有一定形态的结构和生理生化性质的遗传性质DNA是遗传的物质基础，是从实验中发现的•6.3.2 遗传与变异的基因子——DNA•1、DNA的组成与结构•DNA其本质也是一种蛋白质，是比普通蛋白质高一个层次的高分子化合物，分子量小的为2.3×104，最大的有1010，比一般蛋白质分子量5×103～106大 •一个DNA分子由许多单核苷酸组成，每个核苷酸由磷酸、脱氧核糖及碱基（腺嘌呤A、鸟嘌呤G、胞嘧啶C、胸腺嘧啶T）构成，据Watson-Crick理论认为，DNA分子是由两个多核苷酸链构成的双螺旋结构，一个链上的碱基总是与另一链上的碱基相配对而存在，具体地说，A必须与T固定配对，C与G固定配对，因此核酸分子链为：•﹉——A——A——C——C——C——G——C——A——T——T﹊• ﹕ ﹕ ﹕ ﹕ ﹕ ﹕ ﹕ ﹕ ﹕ ﹕•﹊——T——T——G——G——G——C——G——T——A——A﹊•这两条链组成双螺旋结构。
•为确保微生物体内DNA碱基顺序精确不变，从而保证微生物的所有属性都得到遗传，则在细胞分裂之前，DNA必须十分精确地进行复制，并保证了一切生物遗传性相对稳定•DNA自我复制过程：•首先是DNA分子中的两条多核苷酸链之间的氢键断裂彼此分开成两条单链，然后各自以原有的多核苷酸为模板，根据碱基配对的原则吸收细胞中游离的核苷酸，按照原有链上的碱基排列顺序，各自合成出一条新的双螺旋结构•DNA的碱基排列顺序决定了RNA核苷酸的排列顺序，这叫转录转录后的RNA的顺序又通过三联密码子的方式转录成相应的氨基酸排列顺序，产生具有不同生理特性的蛋白质，这样DNA上的遗传信息就完成新生命的历程RNA（核糖核酸）它的组成与结构与DNA相似，但发指令合成蛋白质的是DNA•6.3.3 微生物的变异• 1、基因突变（gene mutation）——变异的实质•由于外界环境因素引起微生物DNA链上A—T碱基配对发生错位，结果接上G，成了G—T，改变了基因内部原有的碱基排列顺序，从而引起其后代表现型的遗传性状改变称为基因突变 •2、突变的类型•（1）自发突变——自然条件引发的基因突变•这种突变几率较小对微生物来说，通常106～109个细菌分裂一次，可发生一次突变。
•I、多因素低剂量的诱变效应•由于一些不很确定的原因或环境中某些低剂量的物质产生诱变因素长期作用的综合效应，例如充满宇宙空间的电磁波和短波辐射•II、互变异构效应•在微生物生长繁殖过程中，个别基因自发改变碱基配对，改变原来A—T、C—G配对，变为G—T、C—A的配对方式称为互变异构效应，但这种几率很低，1万到一百万亿次裂殖中才出现一个个别基因的突变体（几率为1×10-4～1×10-10）•（2）诱发突变•I 物理诱变——利用物理因素引起的基因突变：•紫外线、x-——射线、r——射线、α——射线、β——射线、激光、快速中了等•II 化学诱变——化学物质基因突变或真核生物染色体畸变化学诱变对DNA的作用：•1）NO2-、硫酸二乙酯、甲基磺酸乙酯、硝酸胍、亚硝甲基脲等可与核酸碱基起化学反应，引起DNA复制时碱基配对的错位引起突变•2）5—尿嘧啶、5—氨基尿嘧啶、8—氮鸟嘌呤、2—氨基嘌呤等与天然碱基相似的物质掺入到DNA分子中引起突变•3）在DNA分子缺失或插入1～2个碱基引起全部遗传密码转录和翻译的错误，这种由遗传密码的移动引起的突变称为码组位移突变• （3）复合处理及协同效应•1）两种或多种诱变剂先后使用 •2）同一种诱变剂重复使用。
•3）两种或多种诱变剂同时使用复合处理比普通单独处理呈现协同效应•4）定向培育用人工方法选定某一特定环境长期对某一种微生物培育，同时不断将它们进行移种传代，以达到积累和选择合适的自发突变的一种育种方法例如在废水生化处理，选定 某一菌种（污泥）进行接种，然后逐渐引入污水，让细菌逐渐适应这种污水的环境，最后使这种细菌完全适应所要处理的污水水质•3、基因重组（gene recombination）•两个不同性状的个体细胞的DNA融合，使基因重新组合，从而发生遗传变异产生新品种，这过程称为基因重组•（1）杂交（hybridize）——通过双亲细胞的融合，使整套染色体的基因重组，在真核微生物和原核微生物中通过杂交获得有目的，定向的新品种例如通过杂交育种将固氮基因转移给不固氮的微生物，使它们具有固氮能力，这对于农业和缺氮工业废水的生化处理很有意义•（2）转化（transformation）——受体细胞直接吸收来自供体细胞的DNA（如来自研碎物），并把它整合到自己的基因组里，从而获得了供体细胞部分遗传性状的现象称为转化•（3）转导（transduction）——通过某种菌体（噬菌体）的媒介作用，把供体细胞由特定的基因DNA片段携至受体细胞中，使后者获得前者部分遗传性状的现象称为转导。
•（4）接合（conjugation）——两个完整的细胞直接接触，由供菌体传递大片段DNA遗传信息的过程•（5）溶原转变（lysogenic conversion）——当噬菌体感染其寄主细胞而使细胞溶入原来噬菌体中形成溶原化时，因噬菌体基因加入寄主的基因组织而使后者获得某些新性状的过程称为溶原转变 •6.4 菌种的退化，复壮与保藏•6.4.1 菌种的退化与复壮•微生物的遗传变异性一方面使各种微生物优良的遗传性得到延续，而另一方面的变异的正变性使微生物得到进化；负变性则使微生物的性能退化所以为了使微生物的优良性能持久延续下来，必须做好复壮工作，即在各种的性能没有退化之前进行纯种分离和性能测定•1、纯种分离——用稀释平板法、平板划线法、涂布法等方法，将仍保持原有典型的优良性状的单细胞分离出来，经扩大培养可恢复原来菌株的典型优良性能•2、通过寄主进行复壮——对寄生性微生物的退化菌株可接种到相应寄主体内以提高菌株的毒力•3、联合复壮——对退化菌株用物理和化学的两种方法同时进行处理使其复壮•6.4.2 菌种的保藏•1、定期移植法 此法是观察若发现所要保存的菌种有退化迹象，即将其移植例如将菌株移入斜面培养基或液体培养基中。
•2、干燥法 将菌种接种到适当的载体上，如河沙、土壤、硅胶、琼脂、滤纸上等•3、隔绝空气法 用液体石腊封住半固体培养基•4、蒸馏水悬浮法 将菌种悬浮于无菌水中，将容器密封参阅菌种保藏手册）•5、综合法 利用低温、干燥和隔绝空气综合作用。