《微生物的生理》PPT课件.ppt

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1、第一节第一节 微生物的酶微生物的酶1酶的概念酶的概念：生物催化剂生物催化剂。细胞中自己制成，基。细胞中自己制成，基本成分是蛋白质。本成分是蛋白质。酶蛋白酶蛋白+辅助因子辅助因子全酶全酶传递电子等、激活剂传递电子等、激活剂 仅由酶蛋白组成仅由酶蛋白组成 。决定酶反应的专一性决定酶反应的专一性 , 加速反应加速反应单纯酶单纯酶结合酶结合酶此时才能发挥催化作用此时才能发挥催化作用一、酶的分子组成一、酶的分子组成金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物2二、二、酶的结构与功能的关系酶的结构与功能的关系(一)酶蛋白的结构酶蛋白的结构一级结构：一级结构：组成酶蛋白的氨基酸按组成酶蛋白的氨基酸按一定

2、顺序由肽键连接成多肽链；一定顺序由肽键连接成多肽链；二级结构：二级结构：多肽链回折或两条多肽多肽链回折或两条多肽链之间由氢键维持其稳定性；链之间由氢键维持其稳定性；三级结构：三级结构：多肽链进一步形成更复多肽链进一步形成更复杂的结构，由氢键及其它化学键维杂的结构，由氢键及其它化学键维持其稳定性。持其稳定性。四级结构：四级结构：多个具有三级结构的亚多个具有三级结构的亚基再次通过化学键连接。基再次通过化学键连接。3 在一级结构上可能相距遥远，但在空间结构在一级结构上可能相距遥远，但在空间结构上彼此靠近，组成具有上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域特定空间结构的区域，与与酶催化作用直接有关的部位称

3、为酶的活性中心。酶催化作用直接有关的部位称为酶的活性中心。( (二二) )酶的活性中心酶的活性中心活性部位包括：结合基团、催化基团活性部位包括：结合基团、催化基团4活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团结合基团结合基团( (binding group) )与底物相结合与底物相结合与底物相结合与底物相结合催化基团催化基团(catalytic group)催化底物转变成产物催化底物转变成产物 位于活性中心以外，维持酶活性中心应有位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需。的空间构象所必需。活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团5三、酶的分类三、酶的分类（一）按照酶所催化的的化学反应，

4、分为六大类：（一）按照酶所催化的的化学反应，分为六大类： 1水解酶：淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等 催化底物催化底物加水分解反应加水分解反应 2氧化还原酶：主要包括脱氢酶和氧化酶主要包括脱氢酶和氧化酶催化底物氧化还原反应催化底物氧化还原反应+A2H+BAB2H 3转移酶 催化分子间基团转移或交换催化分子间基团转移或交换6六大类酶六大类酶 4裂解酶 5异构酶 6合成酶 催化一个底物分解为两个化合物及其逆反应。催化一个底物分解为两个化合物及其逆反应。催化各种同分异构体之间相互转化催化各种同分异构体之间相互转化与与ATPATP偶联，催化两分子底物合成一分子化合物偶联，催

5、化两分子底物合成一分子化合物7胞内酶胞内酶:在细胞内部起作用，催化细胞的合成在细胞内部起作用，催化细胞的合成和呼吸和呼吸 胞外酶胞外酶 :能透过细胞，作用于细胞外的物质能透过细胞，作用于细胞外的物质（大分子）（大分子）（二二）存存在在部部位位(三三)按作用底物不同分按作用底物不同分 细菌无摄食器官，遇到的是细菌无摄食器官，遇到的是简单简单的溶解物质，的溶解物质，通过通过胞内酶胞内酶的作用；若遇到的是的作用；若遇到的是复杂复杂的固体物质，的固体物质，利用利用胞外酶胞外酶将吸附在细胞周围的大分子物质水解为将吸附在细胞周围的大分子物质水解为简单的小分子物质。简单的小分子物质。8酶与一般催化剂的共同点

6、酶与一般催化剂的共同点在反应前后没有质和量的变化；在反应前后没有质和量的变化；只能催化热力学允许的化学反应；只能催化热力学允许的化学反应；只能加速可逆反应的进程，而不改变只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。反应的平衡点。四、酶的催化特性四、酶的催化特性9绝对专一性绝对专一性立体异构专一性立体异构专一性相对专一性相对专一性一种酶作用于一种底物。如淀粉酶只能作用于一种酶作用于一种底物。如淀粉酶只能作用于淀粉，而不作用于纤维素。淀粉，而不作用于纤维素。 对底物的构象有特殊要求，往往只能催化对底物的构象有特殊要求，往往只能催化底物的一种立体化学结构。底物的一种立体化学结构。催化具有相同化学键

7、或基团的底物进行某种类型催化具有相同化学键或基团的底物进行某种类型的反应。如脂酶催化脂键，而对的反应。如脂酶催化脂键，而对R基团没有严格基团没有严格要求。要求。酶酶催催化化作作用用的的专专一一性性10锁锁- -钥学说钥学说刚性模式刚性模式 酶的构型与底物刚好相吻合，底物分子刚好嵌入酶的活性中心，与酶的构酶的构型与底物刚好相吻合，底物分子刚好嵌入酶的活性中心，与酶的构象互补，就和锁、钥一样。酶、底物是刚性的，其形状不会改变，它不能解释一象互补，就和锁、钥一样。酶、底物是刚性的，其形状不会改变，它不能解释一种酶催化两个反应的现象种酶催化两个反应的现象。 酶的构型与底物并不吻合，当底物和酶接触时，诱

8、导酶分子的构象变化，使酶的构型与底物并不吻合，当底物和酶接触时，诱导酶分子的构象变化，使活性部位上的有关基团正确排列和定向，进而使酶和底物契合而结合成中间产物，活性部位上的有关基团正确排列和定向，进而使酶和底物契合而结合成中间产物，引起底物发生反应引起底物发生反应。诱导契合学说诱导契合学说柔性学说柔性学说刚刚性性结结合合 柔柔性性结结合合 酶活性专一性的假说酶活性专一性的假说11高效性高效性 催化效率比普通催化剂高出催化效率比普通催化剂高出1071013倍，如倍，如 1克结晶的克结晶的淀粉酶，在淀粉酶，在65时，时，15分钟可使分钟可使2吨淀粉水解为糊精。吨淀粉水解为糊精。 酶酶和和一一般般催

9、催化化剂剂加加速速反反应应的的机机理理都都是是降降低低反反应应的的活活化化能能(activation energy)。酶酶比比一一般般催催化剂更有效地降低反应的活化能。化剂更有效地降低反应的活化能。 12反应总能量改变反应总能量改变 非催化反应活化能非催化反应活化能 酶促反应酶促反应 活化能活化能 一般催化剂催一般催化剂催化反应的活化能化反应的活化能 能能量量反反 应应 过过 程程 底物底物 产物产物 酶促反应活化能的改变酶促反应活化能的改变 活化能：活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的底物分子从初态转变到活化态所需的能量能量。p113p11313对环境敏感对环境敏感反应条件温和反应条件温

10、和催化活性受调节控制催化活性受调节控制 在常温、常压、接近中性的在常温、常压、接近中性的pH条件下发挥作用。条件下发挥作用。 酶的活力在体内受到多方面因素的调控。酶的活力在体内受到多方面因素的调控。机体通过调节酶的活性和酶量，控制代谢机体通过调节酶的活性和酶量，控制代谢速度，以满足生命的各种需要和适应环境速度，以满足生命的各种需要和适应环境的变化。的变化。 容易发生变性、失活容易发生变性、失活 。14五、酶促反应动力学五、酶促反应动力学 Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction 概念概念研究各种因素对研究各种因素对酶促反应速度酶促反应速度的影响，并的影响，并加

11、以定量的阐述。加以定量的阐述。影响因素包括有影响因素包括有酶浓度、底物浓度、酶浓度、底物浓度、pHpH、温度、温度、抑制剂、激活剂等。抑制剂、激活剂等。 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。151 1、酶促反应模式酶促反应模式-中间产物学说中间产物学说: : 19131913年前后年前后MichaelisMichaelis和和MentenMenten提出酶促反应动力学的基提出酶促反应动力学的基本原理本原理 酶的作用在于降低化学反应所需的活化能，而酶的作用在于降低化学反应所需的活化能，而 中间产物中间产物ESES的形成，使底物的活化能大大降低，从的形成

12、，使底物的活化能大大降低，从而使反应加速。而使反应加速。酶酶底物底物终产物终产物中间产物中间产物 不稳定极易分解不稳定极易分解16V =VmaxS/（S+Km）并归纳为一个数学式： 这一公式表示了底物浓度与反应速度的关系，这一公式表示了底物浓度与反应速度的关系，称为称为米氏方程，米氏方程，当底物浓度增加时，酶促反应速度当底物浓度增加时，酶促反应速度V趋近趋近Vmax 。 Km被称为米氏常数米氏常数,当V=1/2Vmax时，Km=S， 因因而而Km是酶促反应速度为最大速度一半时的底物浓度是酶促反应速度为最大速度一半时的底物浓度。 2. 2. 酶促反应动力学酶促反应动力学17 2）Km可表示酶与底

13、物的亲和力。 Km越小，酶与底物的亲和力越大。 同一种酶有几种底物就有几个Km，其中Km最小的底物一般称为该酶的天然底物或最适底物。如：己糖激酶对葡萄糖的如：己糖激酶对葡萄糖的Km 1.5mmol/L 对果糖的对果糖的Km 28mmol/L 所以葡萄糖为最适底物所以葡萄糖为最适底物 1）Km为酶的特征常数。只与酶的性质有关只与酶的性质有关，而与酶的浓度无关。183.影响酶促反应（酶活力）的因素有：影响酶促反应（酶活力）的因素有：1）酶的总浓度）酶的总浓度E2）基质浓度）基质浓度3）温度温度4）pH值值5）激活剂）激活剂6）毒物或抑制剂）毒物或抑制剂201)1)酶的总浓度酶的总浓度E E=K3E

14、SKm+S 在水处理中为了加快反应速度，往往需要培在水处理中为了加快反应速度，往往需要培养尽可能多的细菌用以提高酶的总浓度。从而增养尽可能多的细菌用以提高酶的总浓度。从而增加反应器的处理能力和速率。加反应器的处理能力和速率。 当当SSEE，酶酶可可被被底底物物饱饱和和的的情情况况下下，反反应应速速度与酶浓度度与酶浓度成正比成正比。关系式为：关系式为：V = KV = K3 3 E E21v 在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈速度的影响呈矩形双曲线关系矩形双曲线关系。2）底物浓度对酶反应速度的影响）底物浓度对酶反应速度的影响22当底物浓度较低

15、时当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比；反反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。应为一级反应。SSV VVmaxVmax23随着底物浓度的增高随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例加速；反应反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。为混合级反应。SSV VVmaxVmax24当底物浓度高达一定程度当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加反应速度不再增加, ,达最大速度达最大速度; ;反应为零级反应反应为零级反应SSV VVmaxVmax酶酶被被 底底 物物 饱饱 和和253 3） 温度温度最适反应温度最适反应温度：能形成能形成最大反应速度最大反应速度的温度的温度. .酶酶活活性性温度温

16、度最适温度q双重影响双重影响温温度度升升高高，酶酶促促反反应应速速度度升升高高；温温度度升升高高1010o oC, C, 反反应应速度增加一倍速度增加一倍由由于于酶酶的的本本质质是是蛋蛋白白质质，温温度度升升高高，可可引引起起酶酶的的变变性性，从而反应速度从而反应速度降低降低 。 低温的作用低温的作用低温的作用低温的作用 : :贮存生物制品、菌种等贮存生物制品、菌种等 低温时由于活化分子数目减少，反应速度降低，低温时由于活化分子数目减少，反应速度降低，但温度升高后，但温度升高后，酶活性又可恢复酶活性又可恢复。264 4） pHpH对酶反应速度的影响对酶反应速度的影响pH最适pH随酶的纯度、种类

17、、底物的种类、性质而改变。 pH可影响必需基团和催化基团的解离程度，也可影响底物和辅酶的解离程度，从而影响酶与底物的结合。275 5）激活剂对反应速度的影响）激活剂对反应速度的影响 非必需激活剂非必需激活剂： 有些激活剂不存在时，酶仍有一定的催化活性。 凡是能提高酶活性的物质都称为酶的激活剂。其中大多为金属离子，如Mg2+、K+、Mn2+ ，少数为阴离子如Cl- ，也有的为有机化合物，如维生素。 必需激活剂必需激活剂：对酶促反应不可缺少，与酶、底物结合参加反应。286 6）抑制剂对酶反应速度的影响）抑制剂对酶反应速度的影响 凡能凡能使酶的催化活性下降甚至完全丧失，使酶的催化活性下降甚至完全丧失

18、，但但不引起酶蛋白变性不引起酶蛋白变性的物质称为酶的抑制剂。的物质称为酶的抑制剂。 区别于酶的变性区别于酶的变性 抑制剂对酶有一定选择性抑制剂对酶有一定选择性 引起变性的因素对酶没有选择性引起变性的因素对酶没有选择性29( (一一) ) 不可逆性抑制作用不可逆性抑制作用* * 概念概念抑抑制制剂剂通通常常以以共共共共价价价价键键键键与与酶酶活活性性中中心心的的必必需需基团基团相结合，使酶失活。相结合，使酶失活。 * * 举例举例有机磷化合物有机磷化合物 羟基酶羟基酶解毒解毒 - - - - - - 解磷定解磷定(PAM)(PAM)重金属离子及砷化合物重金属离子及砷化合物 巯基酶巯基酶解毒解毒

19、- - - - - - 二巯基丙醇二巯基丙醇(BAL)(BAL) 30（二）（二） 可逆性抑制作用可逆性抑制作用* * 概念概念抑抑制制剂剂通通常常以以非非共共价价键键与与酶酶或或酶酶- -底底物物复复合合物物可可逆逆性性结结合合，使使酶酶的的活活性性降降低低或或丧丧失失；抑抑制剂可用透析、超滤等方法除去。制剂可用透析、超滤等方法除去。竞争性抑制竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制 * * * * 类型类型类型类型31l竞争性抑制作用竞争性抑制作用反应模式反应模式 抑抑制制剂剂与与底底物物的的结结构构相相似似，能能与与底底物物竞竞争争酶酶的的活活性性中中心心，从从而而阻阻

20、碍碍酶酶底底物物复复合合物物的的形形成成，使使酶酶的的活活性性降降低低。这这种种抑抑制制作作用用称称为为竞竞争争性性抑抑制作用。制作用。 磺胺类药物磺胺类药物的抑菌机制的抑菌机制与与对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸竞争竞争二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶32特点：特点： 竞争性竞争性I往往是酶的往往是酶的底物结构类似物；底物结构类似物； 抑制剂与酶的抑制剂与酶的结合部位结合部位与底物与酶的与底物与酶的结合结合部位相同部位相同 酶的活性中心酶的活性中心 抑制作用可以被高浓度的底物减低以致消抑制作用可以被高浓度的底物减低以致消除除；33l 非竞争性抑制非竞争性抑制* * 反应模式反应模式E+SE+SESESE

21、+PE+P+ S S S S+ S S S S+ESIESIEIEIE EESESE EP P+ +I IE EI I+S +S E EI IS S + +I II I与酶的活性中心与酶的活性中心外外的位点结合的位点结合34v非竞争性抑制的特点：非竞争性抑制的特点： 非非竞竞争争性性抑抑制制剂剂的的化化学学结结构构不不一一定定与与底底物物的的分分子结构类似；子结构类似； 抑制剂与酶的活性中心外的位点结合；抑制剂与酶的活性中心外的位点结合； 抑抑制制剂剂对对酶酶与与底底物物的的结结合合无无影影响响，故故底底物物浓浓度度的改变对抑制程度无影响；的改变对抑制程度无影响； 抑制程度取决于抑制剂的浓度抑

22、制程度取决于抑制剂的浓度35l反竞争性抑制反竞争性抑制* * 反应模式反应模式E+SE+SE+P E+P ESES+ +I IESESI I+E ES SESESESIESIE EP Pv 抑抑制制剂剂不不能能与与游游离离酶酶结结合合，但但可可与与ESES复复合物结合合物结合36v 反竞争性抑制的特点：反竞争性抑制的特点： 反反竞竞争争性性抑抑制制剂剂的的化化学学结结构构不不一一定定与与底底物物的的分子结构类似；分子结构类似； 抑制剂与底物可抑制剂与底物可同时同时与酶的不同部位结合；与酶的不同部位结合； 必必须须有有底底物物存存在在，抑抑制制剂剂才才能能对对酶酶产产生生抑抑制制作用；作用；抑制

23、程度随底物浓度的增加而增加；抑制程度随底物浓度的增加而增加； 抑制程度取决于抑制剂的浓度及底物的浓度抑制程度取决于抑制剂的浓度及底物的浓度37六、酶活性测定六、酶活性测定酶的活性酶的活性是指酶催化化学反应的能力，其衡量是指酶催化化学反应的能力，其衡量是指酶催化化学反应的能力，其衡量是指酶催化化学反应的能力，其衡量的标准是酶促反应速度。的标准是酶促反应速度。的标准是酶促反应速度。的标准是酶促反应速度。酶促反应速度酶促反应速度可在适宜的反应条件下，用单位可在适宜的反应条件下，用单位时间内底物的消耗或产物的生成量来表示时间内底物的消耗或产物的生成量来表示。 酶的活性单位酶的活性单位是衡量酶活力大小的

24、尺度，它反应是衡量酶活力大小的尺度，它反应在规定条件下，酶促反应在单位时间（在规定条件下，酶促反应在单位时间（s s、minmin或或h h）内生成一定量（内生成一定量（mgmg、gg、molmol等）的产物等）的产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。或消耗一定数量的底物所需的酶量。 38国际单位国际单位(IU)(IU)在特定的条件下（在特定的条件下（25最适最适pH及及底物浓底物浓度）度），每分钟催化，每分钟催化1 1molmol底物转化为产物所需底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位。的酶量为一个国际单位。 催量单位催量单位( (katalkatal) )催量催量(kat)(kat)是指在特

25、定条件下，每秒钟是指在特定条件下，每秒钟使使molmol底物转化为产物所需的酶量。底物转化为产物所需的酶量。 katkat与与IUIU的换算：的换算： 1 kat =61 kat =610107 7IUIU39u比活力（比活性）：每单位（一般是mg）酶液中的酶活力单位数（酶单位/mg蛋白）。 实际应用中也用每单位制剂中含有的酶活力数表示（如：酶单位/mL（液体制剂），酶单位/g（固体制剂）。对同一种酶来讲，比活力愈高则表示酶的纯度越高（含杂质越少），所以比活力是评价酶纯度高低的一个指标。40第二节第二节 微生物的营养微生物的营养 这这里里的的营营养养不不单单是是通通常常意意义义营营养养物物、营

26、营养养品品概概念念，在在这这里里指指微微生生物物吸吸取取生生长长所所需需的的各各种种物物质质以以进进行行新新陈陈代代谢谢的的过过程程。营营养养是是生生物物的的基基本本功功能能, ,微微生生物物是是有有生生命命的的个个体体，营营养养是是其其生生命命活活动的基础动的基础。41从从元素水平元素水平或或营养要素水平营养要素水平分析，微生物的营养要求分析，微生物的营养要求与摄食型的动物（包括人类）和光合自养型的绿色植与摄食型的动物（包括人类）和光合自养型的绿色植物十分接近，它们存在着物十分接近，它们存在着“营养上的统一性营养上的统一性”，但可，但可供其利用的食物种类要多得多。供其利用的食物种类要多得多。

27、pp元素水平：元素水平：元素水平：元素水平：都需要都需要都需要都需要2020种左右，且以种左右，且以种左右，且以种左右，且以C C、HH、OO、N N、S S、P P六种元素为主，约占细胞干重的六种元素为主，约占细胞干重的六种元素为主，约占细胞干重的六种元素为主，约占细胞干重的9595以上：以上：以上：以上：蛋白质由蛋白质由蛋白质由蛋白质由:C:C、HH、OO、N N、S S组成；核酸由组成；核酸由组成；核酸由组成；核酸由C C、HH、OO、N N、P P组成；糖类和脂类由组成；糖类和脂类由组成；糖类和脂类由组成；糖类和脂类由C C、HH、OO组成。组成。组成。组成。pp营养要素水平：营养要素

28、水平：营养要素水平：营养要素水平：则都在六大范围内，即碳源、氮源、则都在六大范围内，即碳源、氮源、则都在六大范围内，即碳源、氮源、则都在六大范围内，即碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。能源、生长因子、无机盐和水。能源、生长因子、无机盐和水。能源、生长因子、无机盐和水。 42一、一、 微生物的化学组成微生物的化学组成细细胞胞重重量量碳水化合物碳水化合物 蛋白质蛋白质 脂肪脂肪 DNA RNA等等（湿重）（湿重）水水(7090%)干物质干物质1030%无机盐无机盐310%有机物有机物90 97%组组成成微微生生物物细细胞胞同一种微生物在不同的生长阶段其化学成分同一种微生物在不同的生长阶段其化

29、学成分也有差异。但也有差异。但在正常情况下，各类微生物细胞在正常情况下，各类微生物细胞的成分是相对稳定的。的成分是相对稳定的。43二、二、微生物的六大营养要素微生物的六大营养要素要素要素：水、碳源、氮源、无机盐、生长因子和能源水、碳源、氮源、无机盐、生长因子和能源 营养物质按照它们在机体中的生理作用不同，营养物质按照它们在机体中的生理作用不同，可以将它们区分成六大类可以将它们区分成六大类: （一）水（一）水（一）水（一）水水对细菌有哪些作用？水对细菌有哪些作用？水对细菌有哪些作用？水对细菌有哪些作用？1) 1) 微生物的重要组成，微生物的重要组成，微生物的重要组成，微生物的重要组成，70%90

30、%70%90%；2) 2) 溶剂作用，运输物质的载体溶剂作用，运输物质的载体溶剂作用，运输物质的载体溶剂作用，运输物质的载体3) 3) 参与生化反应参与生化反应参与生化反应参与生化反应( (如脱水、加水反应如脱水、加水反应如脱水、加水反应如脱水、加水反应) ) l l4 4）足够的水分是细胞维持正常形态重要因素。）足够的水分是细胞维持正常形态重要因素。）足够的水分是细胞维持正常形态重要因素。）足够的水分是细胞维持正常形态重要因素。5 5）水的比热高，维持和调节一定的温度水的比热高，维持和调节一定的温度水的比热高，维持和调节一定的温度水的比热高，维持和调节一定的温度44（二）碳源（二）碳源 种类

31、？种类？种类？种类？ 有机物、无机碳化合有机物、无机碳化合有机物、无机碳化合有机物、无机碳化合物（物（物（物（ CO2 、CO32） 随随随随微微微微生生生生物物物物不不不不同同同同，各各各各有有有有偏好偏好偏好偏好 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？凡凡能能供供给给微微生生物物生生长长过过程中程中碳素营养碳素营养的物质的物质细菌细胞中的碳素含量细菌细胞中的碳素含量细菌细胞中的碳素含量细菌细胞中的碳素含量占干物质质量的占干物质质量的占干物质质量的占干物质质量的5050左左左左右右右右。碳源作用碳源作用碳源作用碳源作用细胞的细胞的细胞的细胞的碳骨架碳骨架碳骨架碳骨架

32、，对对于于异异养养型型微微生生物物，其其碳碳源源同同时时又又兼兼作作能能源源，这这种种碳碳源源又又称称为为双双功功能能营养物。营养物。 糖：糖：糖：糖：尤其是尤其是葡萄糖、葡萄糖、果糖果糖及其多糖及其多糖（麦芽（麦芽糖、淀粉糖、淀粉 ）生产中常见的碳源生产中常见的碳源：玉米粉、：玉米粉、麸皮、米糠、酒糟。麸皮、米糠、酒糟。 各种细菌利用各种细菌利用C源的能力有所不源的能力有所不同：假单胞菌属；同：假单胞菌属；废水处理废水处理：诺卡氏菌诺卡氏菌降解含氰的废水。降解含氰的废水。45（三）氮源（三）氮源（三）氮源（三）氮源氮占细菌干重的氮占细菌干重的12%15%作用：作用：氮是构成重要生命物质氮是构

33、成重要生命物质蛋白质和核酸等蛋白质和核酸等蛋白质和核酸等蛋白质和核酸等的的主要元素。在极端情况下（主要元素。在极端情况下（e.g.e.g.饥饿情况下）饥饿情况下）也可提供能量。也可提供能量。氮源种类氮源种类分子态氮分子态氮：固氮微生物以分子氮为唯一氮源：固氮菌、固氮微生物以分子氮为唯一氮源：固氮菌、固氮蓝藻固氮蓝藻无机态氮无机态氮：硝酸盐、铵盐几乎所有微生物能利用硝酸盐、铵盐几乎所有微生物能利用 有机态氮有机态氮：蛋白质及其降解产物蛋白质及其降解产物 不同种类微生物利用的氮源物质种类不同。不同种类微生物利用的氮源物质种类不同。微生物对氮源物质的利用具有选择性。微生物对氮源物质的利用具有选择性。

34、p12346（四）无机盐（四）无机盐无机盐无机盐(inorganic salt)是微生物生长必不可少是微生物生长必不可少的一类营养物质的一类营养物质.无无机机盐盐的的功功能能作为细胞组成成分：作为细胞组成成分：P、S等等生理调生理调节物质节物质维持渗透压维持渗透压:Na、K、Cl酶的激活剂：酶的激活剂： Mg2 、KpH的稳定剂：缓冲液的稳定剂：缓冲液化能自养菌的能源（化能自养菌的能源（S、Fe）大量元素大量元素微量元素微量元素酶的激活剂：酶的激活剂：Cu2、Mn2、Zn2特殊分子构成：特殊分子构成：Co、Mo注意：不同的微生物对无机盐的需求浓度也不同。注意：不同的微生物对无机盐的需求浓度也不

35、同。48（五）（五） 生长因子生长因子 某些微生物在生长过程中不能自身合某些微生物在生长过程中不能自身合成，同时又是生长必需的有机物质。成，同时又是生长必需的有机物质。最早发现的生长因子有三类有三类维生素类维生素类氨基酸类氨基酸类 嘌呤、嘧啶类嘌呤、嘧啶类 实验室常用：实验室常用：酵母膏、酵母膏、蛋白胨作为综合生长素蛋白胨作为综合生长素 硫辛酸、硫辛酸、VC、VK是重要的生长因子。是重要的生长因子。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。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，才只有少数细菌需要外界提供现成的生长因子，才

36、能生长，如乳酸菌需要多种维生素，因此只能生活在能生长，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。这些物质供应充足的环境，如牛奶中、肠道。49（六）能源（六）能源（六）能源（六）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、光能化学能、光能化学能、光能化学能、光能哪些物质可以产生化学能？哪些物质可以产生化学能？哪些物质可以产生化学能？哪些物质可以产生化学能？有机碳源有机碳源有机碳源有机碳源特殊的无机物（如特殊的无机物（如特殊的无机物（如特殊的无机物（如S S、Fe)Fe)什么样的细菌利用光能？什么样的细菌利用光能？什么样的细菌利用光能？什

37、么样的细菌利用光能？含有含有含有含有光合色素光合色素光合色素光合色素50微生物往往先利用现成的、易被吸收利用的化合微生物往往先利用现成的、易被吸收利用的化合物。如果这些物质量已满足了它们的要求，就不利用物。如果这些物质量已满足了它们的要求，就不利用其他物质了。其他物质了。有些微生物在利用易被吸收利用物质的同时，有些微生物在利用易被吸收利用物质的同时，能利用难降解的化合物能利用难降解的化合物共代谢。共代谢。各种营养元素之间往往有一定的比例关系。各种营养元素之间往往有一定的比例关系。e.g. 土壤中许多微生物要求 C：N=25：1废水生物处理中要求 好氧处理 BOD:N:P=100:5:1 厌氧消

38、化污泥 BOD:N:P=100:6:1有机固体废物堆肥要求有机固体废物堆肥要求有机固体废物堆肥要求有机固体废物堆肥要求C:N=30:1,C:P=75100:1C:N=30:1,C:P=75100:152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机营养有机营养有机营养有机营养（或（或（或（或自养自养自养自养异养）异养）异养）异养）三、微生物的营养类型三、微生物的营养类型三、微生物的营养类型三、微生物的营养类型53(1)(1)无机营养细菌（无机营养细菌（无机营养细菌（无机营养细菌（自养菌

39、自养菌自养菌自养菌）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-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？绝绝绝绝大大大大多多多多数数数数能能能能，“ “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” ”，但但但但以以以以无无无无机机机机C C为主要为主要为主要为主要C C源源源源又根据又根据又根据又根据能源能源能源能源不同不同不同不同又分为光能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。54光能自养细菌：这是一类能以光能自养细菌：这是一类能以

40、CO2为唯一碳源为唯一碳源或主要碳源或主要碳源并并利用光能利用光能进行生长的的微生物，它们进行生长的的微生物，它们能能以无机物如硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机化合以无机物如硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机化合物为供氢体，物为供氢体，使使CO2固定固定还原成细胞物质还原成细胞物质,并且伴并且伴随元素随元素氧（硫）的释放氧（硫）的释放。细菌只有细菌只有细菌只有细菌只有紫紫紫紫硫细菌硫细菌硫细菌硫细菌和和和和绿绿绿绿硫细菌硫细菌硫细菌硫细菌55 紫硫、绿硫细菌紫硫、绿硫细菌紫硫、绿硫细菌紫硫、绿硫细菌代谢方式代谢方式代谢方式代谢方式 光照光照光照光照 CO2 + HH2 2S S CH2O（糖） + H2

41、O + 2S2S 菌绿素菌绿素菌绿素菌绿素（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）在自然界的作用是什么呢？在自然界的作用是什么呢？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HH2 2S S毒物毒物毒物毒物较洁净的光照池塘无臭（较洁净的光照池塘无臭（H2S) 区区v 碳源碳源：以：以CO2 为惟一碳源为惟一碳源v 能源能源：光转变为光转变为 ATP蓝细菌蓝细菌从水中的光解水中的光解中获得氢，用于还原CO2。CO2+H2O光能叶绿素CH2O+O2放出氧56 化能自养细菌化能自养细菌

42、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COCO2 2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氧化产能氧化产能S S、HH2 2S S、HH2 2、NHNH3 3、FeFe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磺细细细细菌菌菌菌) )、（亚亚）硝硝化细菌化细菌及及及及铁细菌、氢细菌铁细菌、氢细菌。57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 2HNOHNO2 2 + 4 H + 619千焦耳 ATP CO2 + 4 H

43、CH2O + H2 O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？为什么？细菌能用于污水处理吗？为什么？能，脱氨、脱硫；条件容易能，脱氨、脱硫；条件容易化能自养微生物的专一性很强化能自养微生物的专一性很强，一种细菌往一种细菌往往只能氧化某一种特定的无机物。往只能氧化某一种特定的无机物。58 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：自养、异养菌哪种繁殖快？提问：自养、异养菌哪种繁殖快？提问：自养、异养菌哪种繁殖快？提问：自养、异养菌哪种繁殖快？“ “吃砖头和吃粮食的区别吃砖头

44、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59绝绝绝绝大大大大多多多多数数数数的的的的细细细细菌菌菌菌都都都都属属属属于于于于化化化化能能能能异异异异养养养养菌菌菌菌：绝绝大大多多数数的的细菌细菌、原生动物，原生动物，全部全部真菌真菌、以及、以及病毒病毒。. . 化能异养菌化能异养菌化能异养菌化能异养菌v 碳源碳源有机物，有机物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等v 能源能源有机物氧化有机物氧化获得。获得。 如果化能有机营养型微生物利用的有机物

45、不具如果化能有机营养型微生物利用的有机物不具有生命活性，则是有生命活性，则是腐生型腐生型；若是生活在生活细胞；若是生活在生活细胞内从寄生体内获得营养物质，则是内从寄生体内获得营养物质，则是寄生型寄生型。60 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 寄生细菌，可以通过水源、食物传播，是水处理中需要监控和杀灭的对象。61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. . 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

46、） 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？62CO2 2CH2O +2CH3COCH3+H2O光能光能光合色素光合色素CH3CH3CHOH 红螺菌在湖泊、池塘、淤泥中含有，在缺氧红螺菌在湖泊、池塘、淤泥中含有，在缺氧时能利用有机酸、醇

47、等有机物。同时该菌含有蛋时能利用有机酸、醇等有机物。同时该菌含有蛋白质白质65%，和大量的氨基酸、抗生素。常用工业，和大量的氨基酸、抗生素。常用工业废水和农业废弃物生产该菌，既保护了环境消除废水和农业废弃物生产该菌，既保护了环境消除污染，又生产了单细胞蛋白变废为宝。污染，又生产了单细胞蛋白变废为宝。 红螺菌：红螺菌：63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）

48、为高）为高蛋白的菌体，作为鱼蛋白的菌体，作为鱼的饲料，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64微生物的营养类型（小结）微生物的营养类型（小结）营养类型营养类型能源能源基本碳源基本碳源实例实例光能自养型光能自养型光光CO2紫硫细菌、绿硫紫硫细菌、绿硫细菌、蓝细菌、细菌、蓝细菌、藻类藻类光能异养型光能异养型光光CO2及简及简单有机物单有机物红螺菌科的细菌红螺菌科的细菌化能自养型化能自养型无机物无机物* *（ NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+等）等）CO2硝化细菌、硫化硝化细菌、硫化

49、细菌、铁细菌、细菌、铁细菌、氢细菌、硫磺细氢细菌、硫磺细菌等菌等化能异养型化能异养型有机物有机物有机物有机物绝大多数细菌和绝大多数细菌和全部真核微生物全部真核微生物65以上四种营养类型划分不是绝对的：以上四种营养类型划分不是绝对的：1.如红螺菌既可利用光能，也可利用化能如红螺菌既可利用光能，也可利用化能2.氢单胞菌是异养和自养的过渡型（称兼性自养氢单胞菌是异养和自养的过渡型（称兼性自养型）型） 自养与异养的区别不在于能否利用CO2，而在于是否以CO2或碳酸盐为唯一的碳源。自养型以无机碳化物为碳源，异养型虽然也可利用CO2，但必须在有机碳存在情况下。微生物的营养类型微生物的营养类型CO2 2CH

50、2O +2CH3COCH3+H2O光能光能光合色素光合色素CH3CH3CHOH 66四、培养基四、培养基l培养基培养基 (culture medium)是人工配制的，适是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。 任何培养基都应具备微生物所需要的六大营任何培养基都应具备微生物所需要的六大营养要素，且应比例适当。所以一旦配成必须立即养要素，且应比例适当。所以一旦配成必须立即灭菌。灭菌。671. 1. 培养基的配制原则培养基的配制原则 根据不同需要配制不同根据不同需要配制不同的培养基的培养基 细菌细菌：牛肉膏蛋白胨培养基：牛肉膏蛋白胨培养基

51、真菌真菌：马铃薯糖培养基：马铃薯糖培养基 调节不同调节不同pH值值各营养物质的浓度及配比。各营养物质的浓度及配比。 物美价廉物美价廉 牛肉膏蛋白胨培养基牛肉膏蛋白胨培养基牛肉膏牛肉膏 3g,蛋白胨蛋白胨10g ,NaCl 5g，琼脂，琼脂 18-20g,水水 1000ml , pH 7.0-7.2马铃薯糖培养基马铃薯糖培养基 马铃薯马铃薯 200g，葡萄糖或蔗糖葡萄糖或蔗糖 20g， 琼脂琼脂 18-20g， 水水1000ml，pH 自然自然682. 2. 培养基的分类培养基的分类(1) 根据物理状态分类根据物理状态分类液体培养基液体培养基：不加凝固剂。液体发酵、水处理中的：不加凝固剂。液体发

52、酵、水处理中的废水。废水。我们同样应按照培养基配制的原则分析废水营养成分，合理投加缺乏的营养物，使细菌等微生物能在最佳状态下大量生长，从而净化废水。 固体培养基固体培养基：液体培养基中加入：液体培养基中加入2%左右的凝固左右的凝固 剂。剂。分离、鉴定、计数、菌种保藏分离、鉴定、计数、菌种保藏。半固体培养基半固体培养基：液体培养基中加入：液体培养基中加入0.5-1%的凝固的凝固剂剂 。观察细菌的运动状态。观察细菌的运动状态。69细菌在半固体培养基中的生长现象有鞭毛的细菌，沿有鞭毛的细菌，沿穿剌线呈模糊穿剌线呈模糊羽羽毛状毛状生长。生长。无鞭毛的细菌，沿无鞭毛的细菌，沿穿剌线呈穿剌线呈清晰清晰的的

53、线状生长线状生长。70（2 2）根据化学组成分类）根据化学组成分类天然培养基天然培养基：动、植物、细菌或它们的提取液。：动、植物、细菌或它们的提取液。 如如酸奶、酒、腐乳、酱类酸奶、酒、腐乳、酱类的发酵生产的发酵生产 特点特点化学组分不知道，营养丰富，配制容易。化学组分不知道，营养丰富，配制容易。 合成培养基合成培养基：完全以化学药品配制而成。：完全以化学药品配制而成。 如如KH2PO4、NaCl 特点特点组分确定组分确定 半合成培养基半合成培养基：天然成分和化学药品都有。：天然成分和化学药品都有。分析分析 牛肉膏蛋白胨培养基牛肉膏蛋白胨培养基 马铃薯糖培养基马铃薯糖培养基 属于哪种培养基？属

54、于哪种培养基？71|基础培养基基础培养基(minimum medium)：是含有一：是含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基，如牛肉膏蛋白胨培养基养基，如牛肉膏蛋白胨培养基|选择培养基选择培养基(selective medium) 是用来将是用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基。离出来的培养基。 如胆汁酸盐培养基如胆汁酸盐培养基,用于大肠菌群的培养用于大肠菌群的培养,但抑制肠道中但抑制肠道中G+的生长，从而检出大肠菌群的生长，从而检出大肠菌群（3 3）根据用途分类）根据用途分类72 例如

55、筛选纤维素分解菌选用纤维素作为培例如筛选纤维素分解菌选用纤维素作为培养基中的唯一碳源；养基中的唯一碳源； 各类降解石化废水特殊有机物的细菌筛各类降解石化废水特殊有机物的细菌筛各类降解石化废水特殊有机物的细菌筛各类降解石化废水特殊有机物的细菌筛选通常是以这类有机物为培养基中的唯一碳选通常是以这类有机物为培养基中的唯一碳选通常是以这类有机物为培养基中的唯一碳选通常是以这类有机物为培养基中的唯一碳源，将目的细菌富集筛选下来。源，将目的细菌富集筛选下来。源，将目的细菌富集筛选下来。源，将目的细菌富集筛选下来。|加富培养基加富培养基： (enrichment medium)加入某些加入某些特殊营养物质制

56、成的一类营养丰富的培养基，特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基，用于微生物数量少或对营养要求苛刻的微生用于微生物数量少或对营养要求苛刻的微生物培养。如加入酵母浸膏等。物培养。如加入酵母浸膏等。水处理工程中水处理工程中水处理工程中水处理工程中各类具有特殊降解性能的细菌都是经过这种各类具有特殊降解性能的细菌都是经过这种各类具有特殊降解性能的细菌都是经过这种各类具有特殊降解性能的细菌都是经过这种选择性培养被筛选分离出来的选择性培养被筛选分离出来的选择性培养被筛选分离出来的选择性培养被筛选分离出来的。 73n鉴别培养基鉴别培养基(differential medium) ：在培养：在培养基中加入某种

57、特殊化学物质，某种微生物在培养基中加入某种特殊化学物质，某种微生物在培养基中生长后能产生某种代谢产物，而这种代谢产基中生长后能产生某种代谢产物，而这种代谢产物可以与培养基中的特殊化学物质发生特定的化物可以与培养基中的特殊化学物质发生特定的化学反应，产生明显的特征性变化，根据这种特征学反应，产生明显的特征性变化，根据这种特征性变化，可将该种微生物与其他微生物区分开来。性变化，可将该种微生物与其他微生物区分开来。 如水处理中常用：如水处理中常用：伊红美蓝培养基，远藤氏培养基伊红美蓝培养基，远藤氏培养基就是典型的鉴别培养基。被用于化验饮用水中是否含有大肠菌群，以及它们的种类。74五、营养物质进入微生

58、物细胞的方式五、营养物质进入微生物细胞的方式 细菌没有专门的摄食器官，只能通过细胞表面进细菌没有专门的摄食器官，只能通过细胞表面进行物质交换。细胞壁只能对大颗粒的物质起阻挡作用，行物质交换。细胞壁只能对大颗粒的物质起阻挡作用，而许多大分子的物质却可自由进出；而细胞膜是一种而许多大分子的物质却可自由进出；而细胞膜是一种半透膜，它可以控制大分子物质的进出，所以营养物半透膜，它可以控制大分子物质的进出，所以营养物质的运输主要与细胞膜有关。质的运输主要与细胞膜有关。实验表明：实验表明：有些小分子物质如有些小分子物质如CO2、H2O、乙醇等、乙醇等可很快通过膜上的小孔扩散入细胞；可很快通过膜上的小孔扩散

59、入细胞；许多菌体需要的物质，其胞内浓度远大于胞外环境许多菌体需要的物质，其胞内浓度远大于胞外环境目前，一般认为营养物质进入细胞的方式有以下四种：目前，一般认为营养物质进入细胞的方式有以下四种：751.简单扩散（单纯扩散、自由扩散、被动扩散）简单扩散（单纯扩散、自由扩散、被动扩散）原生质膜是一种半透性膜，营养物质通过原原生质膜是一种半透性膜，营养物质通过原生质膜上的小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度生质膜上的小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进行扩散。的胞内进行扩散。特点特点不不消耗能量；消耗能量；不能不能逆浓度运输逆浓度运输；运输速率与膜内外物质的运输速率与膜内外物质的浓度差浓度差成正比成正

60、比物质在扩散过程中物质在扩散过程中没有没有发生任何反应；发生任何反应；不不需要载体参与；需要载体参与；76水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子，脂水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子，脂肪酸、乙醇、甘油、一些气体（肪酸、乙醇、甘油、一些气体（O2、CO2）及某些氨及某些氨基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。 flows towards high salt concentrations77 单纯扩散模式图单纯扩散模式图细胞膜外细胞膜内细胞膜782 2促进扩散（协助扩散）促进扩散（协助扩散）促进扩散模式图促进扩散模式图细胞膜细胞膜外细胞膜

61、内恢复原构象恢复原构象移位移位环环循循再再构构象象改改变变结合结合结合结合79 通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。一般微生物通过专一的载单糖、维生素及无机盐等。一般微生物通过专一的载体蛋白运输相应的物质，但也有微生物对同一物质的体蛋白运输相应的物质，但也有微生物对同一物质的运输由一种以上的载体蛋白来完成。运输由一种以上的载体蛋白来完成。 特特点点不消耗能量不消耗能量参与运输的物质本身的分子结构不发生变化参与运输的物质本身的分子结构不发生变化不能进行逆浓度运输不能进行逆浓度运输运输速率与膜内外物质的浓度差成正比运输速率

62、与膜内外物质的浓度差成正比需要载体参与需要载体参与803 3主动运输主动运输主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式。质运输方式。主动运输模式图主动运输模式图细胞膜细胞膜外细胞膜内恢复原构象移位再循环结合构象改变ADP+PiADP+PiATPATP81 这是微生物最主要的运输方式。不同的微生物在这是微生物最主要的运输方式。不同的微生物在主动运输过程中所需的能量的来源不同，化能微生物主动运输过程中所需的能量的来源不同，化能微生物主要来自化学能，光合微生物中则主要来自光能主要来自化学能，光合微生物中则主要来自光能 。 需要消耗代谢能需要消耗代谢

63、能 可以进行逆浓度运输的运输方式可以进行逆浓度运输的运输方式 需要载体蛋白参与需要载体蛋白参与 对被运输的物质有高度的专一性对被运输的物质有高度的专一性 被运输的物质在转移的过程中不发生任被运输的物质在转移的过程中不发生任何化学变化何化学变化特点：特点：824 4基团移位基团移位 基因转位是一种特殊的主动运输，与普通的主基因转位是一种特殊的主动运输，与普通的主动运输相比，营养物质在运输的过程中发生了化学动运输相比，营养物质在运输的过程中发生了化学变化（糖在运输的过程中发生了磷酸化）。其余特变化（糖在运输的过程中发生了磷酸化）。其余特点与主动运输相同。点与主动运输相同。 主要是用于单（或双）糖与

64、糖的衍生物，以及核主要是用于单（或双）糖与糖的衍生物，以及核苷与脂肪酸的运输苷与脂肪酸的运输83基团移位基团移位模式图模式图细胞膜外细胞膜内S SS SS SS S细胞膜Enz2Enz2Enz2Enz2Enz2Enz2Enz2Enz2S SS SHPrHPrP P P PHPrHPr Enz1+ PEP丙酮酸i.膜内侧热稳蛋白（膜内侧热稳蛋白（HPr）在酶）在酶作用下形成作用下形成HPr-磷酸磷酸 （激活）。（激活）。ii.在膜外基质被渗透酶带到细胞膜内，在酶在膜外基质被渗透酶带到细胞膜内，在酶作用下，作用下，被被HPr-磷酸磷酸磷酸化形成磷酸化形成S-磷酸磷酸。84四种运输营养物质方式的比较

65、四种运输营养物质方式的比较比较项目比较项目单纯扩散单纯扩散 促进扩散促进扩散 主动运输主动运输基团转位基团转位特异载体蛋白特异载体蛋白运输速度运输速度物质运输方向物质运输方向胞内外浓度胞内外浓度运输分子运输分子能量消耗能量消耗运输后物质的结构运输后物质的结构无无慢慢由浓至稀由浓至稀相等相等无特异性无特异性不需要不需要不变不变有有快快由浓至稀由浓至稀相等相等特异性特异性不需要不需要不变不变有有快快由稀至浓由稀至浓胞内浓度高胞内浓度高特异性特异性需要需要不变不变有有快快由稀至浓由稀至浓胞内浓度高胞内浓度高特异性特异性需要需要改变改变85代谢概论分解代谢分解代谢合成代谢合成代谢:代谢代谢(metab

66、olism)(metabolism)是指微生物将外部环境摄取是指微生物将外部环境摄取的能量和物质，经过一系列的生物化学反应，的能量和物质，经过一系列的生物化学反应，转变为细胞的组分，同时产生废物排泄到体外，转变为细胞的组分，同时产生废物排泄到体外，这个过程称为这个过程称为代谢，即细胞内生物化学反应的代谢，即细胞内生物化学反应的总称总称86分解代谢（catabolism）分解代谢指细胞将大分子物质降解成小分子分解代谢指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在这个过程中产生能量。物质，并在这个过程中产生能量。一般可将分解代谢分为三个阶段：一般可将分解代谢分为三个阶段：蛋白质蛋白质 多糖多糖 脂类脂类

67、氨基酸氨基酸 单糖单糖 甘油，脂肪酸甘油，脂肪酸 丙酮酸丙酮酸/乙酰辅酶乙酰辅酶A CO2 ，H20，能量（三羧酸循环）能量（三羧酸循环）87合成代谢（anabolism）合成代谢指细胞利用小分子物质合成复杂大分合成代谢指细胞利用小分子物质合成复杂大分子的过程，并在这个过程中消耗能量。子的过程，并在这个过程中消耗能量。合成代谢所利用的小分子物质来源于分解合成代谢所利用的小分子物质来源于分解代谢过程中产生的中间产物或环境中的小代谢过程中产生的中间产物或环境中的小分子营养物质。分子营养物质。88在代谢过程中，微生物通过分解作用产生化学能。在代谢过程中，微生物通过分解作用产生化学能。这些能量用于：这

68、些能量用于：1 合成代谢合成代谢 2微生物的运动和运微生物的运动和运输输 3 热和光热和光无论是分解代谢还是合成代谢，代谢途径都是由无论是分解代谢还是合成代谢，代谢途径都是由一系列连续的酶反应构成的，前一部反应的产物一系列连续的酶反应构成的，前一部反应的产物是后续反应的底物。是后续反应的底物。细胞能有效调节相关的反应，生命活动得以正常细胞能有效调节相关的反应，生命活动得以正常进行。进行。某些微生物还会产生一些次级代谢产物。这些物某些微生物还会产生一些次级代谢产物。这些物质除有利于微生物生存外，还与人类生产生活密质除有利于微生物生存外，还与人类生产生活密切相关。切相关。89第四节第四节 微生物的

69、产能代谢微生物的产能代谢-生物氧化生物氧化90一、产能代谢与呼吸作用的关系一、产能代谢与呼吸作用的关系1 1 呼吸作用的本质呼吸作用的本质 生物的生物的氧化氧化和和还原还原的统一过程的统一过程. .即，在生物氧化即，在生物氧化中，呼吸基质中，呼吸基质脱下脱下的的氢氢和和电子电子经载体传递，最终经载体传递，最终交给交给受体受体的生物学过程。的生物学过程。2 2 发生哪些生物学现象呢？（酶的催化）发生哪些生物学现象呢？（酶的催化） 复杂的有机物变成简单的物质复杂的有机物变成简单的物质 CO2、H2O等。等。 发生能量的转换（合成物质、生命活动、以热释放）发生能量的转换（合成物质、生命活动、以热释放

70、） 产生中间产物（继续分解、作为原料合成机体物质。产生中间产物（继续分解、作为原料合成机体物质。) 这些生物过程都需要酶的参与。这些生物过程都需要酶的参与。这些生物过程都需要酶的参与。这些生物过程都需要酶的参与。91通常根据通常根据通常根据通常根据基质脱氢后，传递氢的过程尤其是受氢体的不同基质脱氢后，传递氢的过程尤其是受氢体的不同基质脱氢后，传递氢的过程尤其是受氢体的不同基质脱氢后，传递氢的过程尤其是受氢体的不同来划分呼吸类型：来划分呼吸类型：来划分呼吸类型：来划分呼吸类型：分子外无氧呼吸（无氧呼吸：分子外无氧呼吸（无氧呼吸：分子外无氧呼吸（无氧呼吸：分子外无氧呼吸（无氧呼吸：自养自养微生物微

71、生物）：）：）：）：最终电子受体是最终电子受体是最终电子受体是最终电子受体是OO2 2以外以外以外以外的无机氧化物，如的无机氧化物，如的无机氧化物，如的无机氧化物，如NONO3 3- -、SOSO4 42-2-无任何外援电子受体，基质失去无任何外援电子受体，基质失去无任何外援电子受体，基质失去无任何外援电子受体，基质失去氢被氧化，其产物又接受氢被还氢被氧化，其产物又接受氢被还氢被氧化，其产物又接受氢被还氢被氧化，其产物又接受氢被还原，从而形成新的发酵产物原，从而形成新的发酵产物原，从而形成新的发酵产物原，从而形成新的发酵产物无氧呼吸：无氧呼吸：无氧呼吸：无氧呼吸：有氧呼吸：有氧呼吸：有氧呼吸：

72、有氧呼吸：最终电子和氢的受体最终电子和氢的受体最终电子和氢的受体最终电子和氢的受体是是是是OO2 2，产物：，产物：，产物：，产物：COCO2 2+H+H2 2O+O+能量能量能量能量自养微生物自养微生物异养微生物异养微生物分子内无分子内无分子内无分子内无氧呼吸：氧呼吸：氧呼吸：氧呼吸：异养微生异养微生物物）二、呼吸类型二、呼吸类型呼呼吸吸发酵：发酵：发酵：发酵：921 1、发酵（又称、发酵（又称分子内分子内无氧呼吸类型）无氧呼吸类型）同一物质同一物质同一物质同一物质（如葡萄糖）（如葡萄糖）（如葡萄糖）（如葡萄糖）分解产物再结合分解产物再结合分解产物再结合分解产物再结合？不存在外在的电子受体，

73、底物进行部分氧化，不存在外在的电子受体，底物进行部分氧化，最终电子受体最终电子受体：小分子小分子有机物有机物 这个过程，能量有少量释放，多数仍保留在产这个过程，能量有少量释放，多数仍保留在产物中。物中。所有发酵过程都以葡萄糖为起始底物，首先进所有发酵过程都以葡萄糖为起始底物，首先进入糖酵解过程，也叫入糖酵解过程，也叫EMP过程。过程。93 EMP途径（Embden-Meyerhof pathway） EMP途径意义：为细胞生命活动提供ATP 和 NADH丙酮酸丙酮酸ADPATPaa :预备预备性性反应反应bb :氧化还原反应氧化还原反应底物水平磷酸化底物水平磷酸化葡萄糖葡萄糖葡糖葡糖-6-磷酸

74、磷酸果糖果糖-6-磷酸磷酸果糖果糖-1，6- 二磷酸二磷酸1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸ATPADPATPADPADPATP2NAD+ 2NADH+H+底物水平磷酸化底物水平磷酸化失去两个电子失去两个电子+2+2-1-1？94底物水平磷酸化：底物水平磷酸化：底物水平磷酸化：底物水平磷酸化：在某种化合物氧化过程中，在某种化合物氧化过程中，在某种化合物氧化过程中，在某种化合物氧化过程中，可形成一种含有高能磷酸键的化合物，可通过可形成一种含有高能磷酸键的化合物，可通过可

75、形成一种含有高能磷酸键的化合物，可通过可形成一种含有高能磷酸键的化合物，可通过相应的酶的作用把高能磷酸根转移给相应的酶的作用把高能磷酸根转移给相应的酶的作用把高能磷酸根转移给相应的酶的作用把高能磷酸根转移给ADPADP而生而生而生而生成成成成ATPATP，此过程，此过程，此过程，此过程不需要不需要不需要不需要OO2 295 这是一个基本的代谢途径，产能效率低，但是可这是一个基本的代谢途径，产能效率低，但是可这是一个基本的代谢途径，产能效率低，但是可这是一个基本的代谢途径，产能效率低，但是可提供多种中间代谢产物作为合成代谢的原料。在有氧提供多种中间代谢产物作为合成代谢的原料。在有氧提供多种中间代

76、谢产物作为合成代谢的原料。在有氧提供多种中间代谢产物作为合成代谢的原料。在有氧呼吸中它与呼吸中它与呼吸中它与呼吸中它与TCATCA循环连接，而在无氧时，丙酮酸被还循环连接，而在无氧时，丙酮酸被还循环连接，而在无氧时，丙酮酸被还循环连接，而在无氧时，丙酮酸被还原为多种发酵产物，如：乙醇、乳酸原为多种发酵产物，如：乙醇、乳酸原为多种发酵产物，如：乙醇、乳酸原为多种发酵产物，如：乙醇、乳酸。EMPEMP途径：途径：途径：途径：96乙醇发酵乙醇发酵整个过程，整个过程，1mol葡萄糖产生葡萄糖产生4molATP，用，用去去2mol，净剩，净剩2molATP，即产生能量，即产生能量231.4KJ62.8K

77、J。葡萄糖转化成乙醇应产能。葡萄糖转化成乙醇应产能238.3KJ，能量利用率为能量利用率为62.8/238.326，其余能量以热，其余能量以热量形式散失。量形式散失。没有外在的受没有外在的受氢体，受氢体氢体，受氢体是底物本身是底物本身97常识：高等动物有无发酵呢常识：高等动物有无发酵呢常识：高等动物有无发酵呢常识：高等动物有无发酵呢？酵解酵解酵解酵解发酵，但能量太低不发酵，但能量太低不发酵，但能量太低不发酵，但能量太低不足以维持其生存足以维持其生存足以维持其生存足以维持其生存982. 2.有氧呼吸有氧呼吸有氧呼吸有氧呼吸以葡萄糖的代谢为例：以葡萄糖的代谢为例：以葡萄糖的代谢为例：以葡萄糖的代谢

78、为例： 葡萄糖的好氧分解分为两个阶段：葡萄糖的好氧分解分为两个阶段：葡萄糖的好氧分解分为两个阶段：葡萄糖的好氧分解分为两个阶段：糖酵解阶段，糖酵解阶段，糖酵解阶段，糖酵解阶段，三羧酸循环：三羧酸循环：三羧酸循环：三羧酸循环：TCATCA循环。在循环。在循环。在循环。在TCATCA循环中，葡萄糖循环中，葡萄糖循环中，葡萄糖循环中，葡萄糖被彻底氧化分解为被彻底氧化分解为被彻底氧化分解为被彻底氧化分解为COCO2 2和和和和HH2 2O.O.有外在电子受体，以有外在电子受体，以分子氧分子氧为最终受体，底物可全部为最终受体，底物可全部被氧化为被氧化为CO2和和H2O，并产生大量，并产生大量ATP的生物

79、氧化过程的生物氧化过程.递氢体递氢体递氢递氢体体-H-H2 2还原态细胞色素还原态细胞色素-H-H2 2氧化态细胞色素氧化态细胞色素1/2O1/2O2 2H H2 2O O脱氢酶氧化酶2H+NAD FAD Q细胞色素细胞色素bca1a3基基质质-H-H2 2基质基质99丙酮酸在进入三羧丙酮酸在进入三羧酸循环之酸循环之先要脱羧先要脱羧生成乙酰生成乙酰CoA，乙乙酰酰CoA和草酰乙酸和草酰乙酸缩合成柠檬酸再进缩合成柠檬酸再进入入三羧酸循环。三羧酸循环。循环的结果是循环的结果是乙酰乙酰CoA被彻底氧化成被彻底氧化成CO2和和H2O，草酰草酰乙酸参与反应而本乙酸参与反应而本身并不消耗。身并不消耗。10

80、0TCA循环循环或柠檬酸循环。在绝大多数异养或柠檬酸循环。在绝大多数异养微生物的呼吸代谢中起关键作用。在物质代谢微生物的呼吸代谢中起关键作用。在物质代谢中的地位：枢纽位置中的地位：枢纽位置3CO24NADH+4H+12ATPFADH22ATPGTP( (底物水平）底物水平）ATPC3CH3COCoA呼吸链呼吸链呼吸链呼吸链氧化水氧化水平磷酸平磷酸化化氧化磷酸化：氧化磷酸化：氧化磷酸化：氧化磷酸化：通过呼吸链传递电子，将氧化通过呼吸链传递电子，将氧化通过呼吸链传递电子，将氧化通过呼吸链传递电子，将氧化过程中释放的能量传递给过程中释放的能量传递给过程中释放的能量传递给过程中释放的能量传递给ADPA

81、DP，形成，形成，形成，形成ATPATP，此过程需此过程需此过程需此过程需OO2 2，最终生产，最终生产，最终生产，最终生产HH2 2OO，这是产能的主，这是产能的主，这是产能的主，这是产能的主要方式。要方式。要方式。要方式。1011mol葡萄糖可在葡萄糖可在EMP途径形成途径形成2mol丙酮酸，则在丙酮酸，则在TCA循环中可形成循环中可形成:21530molATP;而在而在EMP途径，净剩途径，净剩2molATP，2mol的的NADH2,则则可换算成可换算成236molATP ,因此，因此， 1mol葡萄糖可产生：葡萄糖可产生：30+2+638molATP.好氧微生物氧化分解好氧微生物氧化分

82、解1 mol1 mol葡萄糖分子总共可生葡萄糖分子总共可生成有成有1193kJ1193kJ的能量转变为的能量转变为ATPATP。1mol1mol葡萄糖分子完全葡萄糖分子完全氧化产生的总能量大约为氧化产生的总能量大约为2876KJ2876KJ。这样，好氧呼吸。这样，好氧呼吸利用能量的效率大约是利用能量的效率大约是4242，其余的能量以热的形，其余的能量以热的形式散发掉。可见，进行发酵的厌氧微生物为了满足式散发掉。可见，进行发酵的厌氧微生物为了满足能量的需要，消耗的营养物要比好氧微生物多。能量的需要，消耗的营养物要比好氧微生物多。1023 3、无氧呼吸、无氧呼吸 ( (分子外无氧呼吸类型）分子外无

83、氧呼吸类型） 最终电子受体最终电子受体：无机物（：无机物（NO3-、NO2-、SO42-、CO2）基质基质H2基质基质（葡萄糖）（葡萄糖）2e- 2H+传递体传递体2H传递体传递体2e 2H+脱氢酶脱氢酶脱氢酶脱氢酶2H辅酶辅酶特殊氧化酶特殊氧化酶+2e +2H+NO3- (CO2)H2O+NO2-(CH4+H2O)该无氧呼吸过程是废水厌氧处理的微生物学基础。该无氧呼吸过程是废水厌氧处理的微生物学基础。该无氧呼吸过程是废水厌氧处理的微生物学基础。该无氧呼吸过程是废水厌氧处理的微生物学基础。103硝硝硝硝酸酸酸酸盐盐盐盐呼呼呼呼吸吸吸吸又又又又称称称称反反反反硝硝硝硝化化化化作作作作用用用用，它

84、它它它是是是是NONO3 3- -被被被被细细细细菌菌菌菌还还还还原原原原为为为为NONO2 2- -，再再再再逐逐逐逐步步步步还还还还原原原原为为为为NONO、N N2 2OO、N N2 2等等等等气气气气体体体体释释释释放放放放出出出出去去去去过过过过程程程程。供供氢氢体体可可以以是是葡葡萄萄糖糖、乙乙酸酸、甲甲醇醇等有机物，也可以是等有机物，也可以是H2、NH3,水中的反硝化细菌对于环境保护有着重大的意义，水中的反硝化细菌对于环境保护有着重大的意义，因为它可以去除水中的硝酸根，因为它可以去除水中的硝酸根，减少水体硝酸盐减少水体硝酸盐减少水体硝酸盐减少水体硝酸盐污染和富营养化的发生，从而保

85、护水生生物，因污染和富营养化的发生，从而保护水生生物，因污染和富营养化的发生，从而保护水生生物，因污染和富营养化的发生，从而保护水生生物，因而被用于高浓度硝酸盐废水的处理。而被用于高浓度硝酸盐废水的处理。而被用于高浓度硝酸盐废水的处理。而被用于高浓度硝酸盐废水的处理。（1 1）硝酸盐呼吸）硝酸盐呼吸）硝酸盐呼吸）硝酸盐呼吸104（2 2）硫酸盐呼吸）硫酸盐呼吸）硫酸盐呼吸）硫酸盐呼吸（硫酸盐还原）（硫酸盐还原）（硫酸盐还原）（硫酸盐还原） 严严严严格格格格地地地地说说说说是是是是异异异异化化化化硫硫硫硫酸酸酸酸盐盐盐盐还还还还原原原原，在硫酸还原酶的催化作用下，以有机物为氧化基质，使硫酸盐还原

86、成H2S （光光光光能能能能自自自自养养养养菌菌菌菌的的的的食食食食物）物）物）物） 。 他他他他们们们们广广广广泛泛泛泛分分分分布布布布在在在在土土土土壤壤壤壤、海海海海水水水水、污污污污水水水水、淤淤淤淤泥泥泥泥、温温温温泉泉泉泉、油油油油井井井井、以以以以及及及及动动动动物物物物和和和和人人人人体体体体肠肠肠肠道道道道中中中中。既既既既有有有有兼兼兼兼性性性性厌厌厌厌氧氧氧氧的的的的也也也也有有有有严严严严格格格格厌厌厌厌氧氧氧氧的的的的。以以以以脱脱脱脱硫硫硫硫弧弧弧弧菌菌菌菌最为常见。最为常见。最为常见。最为常见。利利利利厌氧污水中有机物厌氧污水中有机物厌氧污水中有机物厌氧污水中有机

87、物及重金属污染处理及重金属污染处理及重金属污染处理及重金属污染处理弊弊弊弊H H H H2 2 2 2S S S S恶臭、腐蚀性和恶臭、腐蚀性和恶臭、腐蚀性和恶臭、腐蚀性和生物毒性生物毒性生物毒性生物毒性 有有有有臭鸡蛋气味臭鸡蛋气味臭鸡蛋气味臭鸡蛋气味的的的的硫硫硫硫化氢，化氢，化氢，化氢，或在周围环境有或在周围环境有或在周围环境有或在周围环境有铁离子存在时出现铁离子存在时出现铁离子存在时出现铁离子存在时出现黑色黑色黑色黑色的的的的FeSFeS沉淀出现沉淀出现沉淀出现沉淀出现。105、危害、危害A A腐蚀性腐蚀性腐蚀性腐蚀性硫硫硫硫酸酸酸酸盐盐盐盐还还还还原原原原菌菌菌菌释释释释放放放放的的

88、的的硫硫硫硫化化化化氢氢氢氢气气气气体体体体对对对对金金金金属属属属有有有有很很很很强强强强的的的的腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀性性性性，会会会会造造造造成成成成油油油油井井井井套套套套管管管管、地地地地下下下下管管管管线线线线、水水水水冷冷冷冷却却却却设设设设备备备备的的的的腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀穿穿穿穿孔孔孔孔，尤尤其其是是对对油油田田注注水水井井的的套套管管腐腐蚀蚀，可可以以使使套套管管的的使使用用寿寿命命缩缩短短一一半半，而而不不得得不不提提前前更更换换，同同时时腐腐蚀蚀产产生生的的FeS还还会会堵堵塞塞油油井井，这这些些都都给给油油田田系系统统造造成成了了十十分分巨巨大大的的经经济济损损失失，目目前前

89、通通通通常常常常采采采采用用用用向向向向注注注注水水水水中中中中投投投投加加加加杀杀杀杀菌菌菌菌剂剂剂剂防防防防治治治治，也也有有通通过过阴阴极极保保护护、紫紫外外杀杀菌菌等等方方法法，但但总总体体而而言言效效果果都都不不是是很很理理想想，不不是是费费用用太太高高，就就是是效效果果不不稳稳定定，我我国国这这方方面面的的研研究究刚刚刚起步。刚起步。106B B生物毒性生物毒性生物毒性生物毒性硫硫硫硫酸酸酸酸盐盐盐盐还还还还原原原原菌菌菌菌释释释释放放放放的的的的硫硫硫硫化化化化氢氢氢氢气气气气体体体体不不不不仅仅仅仅有有有有腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀性性性性，同同同同时时时时还还还还有有有有毒毒毒毒性性性

90、性。在在在在厌厌厌厌氧氧氧氧污污污污水水水水处处处处理理理理中中中中他他他他会会会会对对对对甲甲甲甲烷烷烷烷菌菌菌菌产产产产生生生生抑抑抑抑制制制制，尤尤其其是是当当水水中中硫硫酸酸根根浓浓度度较较高高时时，则则会会严严重重影影响响净净化化效效果果，降降低低甲甲烷烷转转化化率率。同同同同时时时时会会会会产产产产生生生生很很很很难难难难解解解解决决决决的的的的恶恶恶恶臭臭臭臭扰扰扰扰民民民民问问问问题题题题。由由于于硫硫酸酸盐盐还还原原菌菌与与甲甲烷烷菌菌生生理理条条件件类类似似，用用各各种种化化学学物物质质单单独独抑抑止止硫硫酸酸盐盐还还原原菌菌生生长长的的方方法法实实践践证证明明行行不不通通

91、，只只只只能能能能设设设设法法法法稀稀稀稀释释释释水水水水中中中中的的的的硫硫硫硫酸酸酸酸盐盐盐盐浓浓浓浓度度度度来来来来加以控制。加以控制。加以控制。加以控制。107、环保应用、环保应用硫硫酸酸盐盐还还原原菌菌的的特特点点在在某某些些环环保保领领域域不不是是缺缺点点而而是是优优点点。例例如如对对对对于于于于含含含含有有有有重重重重金金金金属属属属离离离离子子子子的的的的工工工工厂厂厂厂、矿矿矿矿山山山山废废废废水水水水，可可可可以以以以利利利利用用用用硫硫硫硫酸酸酸酸盐盐盐盐还还还还原原原原菌菌菌菌产产产产生生生生的的的的硫硫硫硫化化化化氢氢氢氢与与与与之之之之形成金属硫化物沉淀将重金属离子

92、去除形成金属硫化物沉淀将重金属离子去除形成金属硫化物沉淀将重金属离子去除形成金属硫化物沉淀将重金属离子去除。在在厌厌氧氧废废水水处处理理中中在在在在控控控控制制制制硫硫硫硫化化化化氢氢氢氢的的的的前前前前提提提提下下下下硫硫硫硫酸酸酸酸盐盐盐盐还还还还原原原原菌菌菌菌的的的的生生生生长长长长同同同同样样样样起起起起到到到到降降降降解解解解有有有有机机机机污污污污染染染染物物物物的的的的作作作作用用用用，也是具有利用价值的。也是具有利用价值的。108 碳酸盐呼吸 以以CO2、CO为最终电子受体为最终电子受体 产产甲甲烷烷菌菌能利用C1、C2等简单物质：甲醇、乙醇、乙酸、H2等作为供氢体，通过氧化

93、还原过程，把CO2还原成甲烷，这就是碳酸盐呼吸又称甲烷生成作用。 该过程释放的能量较低，远低于好氧呼吸。该过程释放的能量较低，远低于好氧呼吸。CO2+4H2CH4+2H2O+ATP109C6H12O6- -HA- -HHB- -HCA、B或或CAH2，BH2或或CH2- -H（发酵产物：乙醇、发酵产物：乙醇、CO2乳酸等）乳酸等）脱氢脱氢递氢递氢受氢受氢经呼吸链经呼吸链呼吸呼吸无氧无氧呼吸呼吸发酵发酵1/2O2H2ONO3-，SO42-，CO2NO2-，SO32-，CH4呼吸、无氧呼吸和发酵示意图呼吸、无氧呼吸和发酵示意图110呼吸作用与发酵作用呼吸作用与发酵作用的的根本区别在于：前者根本区别

94、在于：前者交给电子传递系统，逐步释放出能量后再交交给电子传递系统，逐步释放出能量后再交给最终电子受体。后者电子载体是将电子直给最终电子受体。后者电子载体是将电子直接传递给底物降解的中间产物。接传递给底物降解的中间产物。111三、微生物发光现象三、微生物发光现象 细菌、真菌、藻类能够发光。细菌、真菌、藻类能够发光。发光微生物有两种特殊成分：虫荧光素酶和长链脂肪发光微生物有两种特殊成分：虫荧光素酶和长链脂肪醛。醛。发光过程实际上就是电子的传递及能量转移过程：发光过程实际上就是电子的传递及能量转移过程：电子由电子由NADH2传给传给FMN，和虫荧光素酶，从而虫荧，和虫荧光素酶，从而虫荧光素酶得到激活

95、，在长链脂肪醛的催化下，有氧气存在光素酶得到激活，在长链脂肪醛的催化下，有氧气存在时就会发光。发光后，虫荧光素酶由激活态恢复到基态。时就会发光。发光后，虫荧光素酶由激活态恢复到基态。发光的微生物多为兼性厌氧菌，但有氧时才发光的微生物多为兼性厌氧菌，但有氧时才会发光。对氧气很敏感，黑暗中，在微量氧气存会发光。对氧气很敏感，黑暗中，在微量氧气存在下，发光菌的光清晰可见。在下，发光菌的光清晰可见。醛类基质醛类基质 + 氧气氧气 + FMNH2 酸类基质酸类基质 + FMN + 荧光荧光虫荧光素酶虫荧光素酶114病原菌侦测病原菌侦测将发光基因植入特定噬菌体内将发光基因植入特定噬菌体内, 再使噬菌体感再

96、使噬菌体感染病原菌染病原菌噬菌体专一性极高噬菌体专一性极高, 只感染特定病原菌只感染特定病原菌病原菌受到感染而发出荧光病原菌受到感染而发出荧光, 易于辨识易于辨识此方法也可以应用于其它细菌此方法也可以应用于其它细菌, 例如追踪细菌例如追踪细菌在环境中的变迁在环境中的变迁115Cncnc-micro 第四节 微生物的合成代谢产甲烷菌的合成代谢产甲烷菌的合成代谢化能自养型微生物的合成代谢化能自养型微生物的合成代谢光合作用：光能自养微生物光合作用：光能自养微生物异养微生物的合成代谢异养微生物的合成代谢116Vmax底物浓度初速度Km底物浓度对反应速度的影响 继续增加底物至酶被继续增加底物至酶被底物饱和时反应速度不再底物饱和时反应速度不再上升，而趋向一个极限。上升，而趋向一个极限。当底物浓度较低时，反应速度与底物浓度成正当底物浓度较低时，反应速度与底物浓度成正比关系；比关系； 随着底物浓度的随着底物浓度的增加，反应速度不再增加，反应速度不再按正比升高。按正比升高。117