真核细胞型微生物真菌.ppt

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1、第二章 真核细胞型微生物2.1真菌 Fungus,是属于微生物中的一大类群，菌体有多细胞分枝状和单细胞，个体比细菌个体大而复杂得多的真核微生物，具有核膜完备的细胞核，在细胞构造与繁殖方式上与藻类相似。真菌不含叶绿素，不能进行光合作用，靠腐生和寄生生活。它与原生动物主要区别在于：真菌有比较坚硬的细胞壁，而原生动物则无细胞壁。真菌的种类很多，约有12万余种，分别归于霉菌、酵母及蕈菇（伞菌、食用菌）中。蕈（xn徇）；覃(tn谭)；覃（qn秦姓）2.1.1霉菌Mold是一种真菌能利用无机氮作氮源适于在酸性环境中繁殖的多细胞微生物。它在医药、化学、纺织、食品等工业中都得到广泛应用。在发酵工业用霉菌生产酒

2、精、有机酸（柠檬、葡萄糖酸）、抗生素、酶制剂（淀粉酶、蛋白酶、纤维酶）、维生素及甾体激素等；有些霉菌又是动植物的病源菌，在潮湿的环境中可使棉、毛、丝、麻、皮革、布匹几乎所有的生活用品、工业品等多种物质发霉、腐烂、变质，祸害很大。霉菌能利用多种含N物质如铵盐、硝酸盐、氨基酸、胶胨及蛋白质作氮源；以淀粉、糖类、醇、脂肪、高级石腊等有机物作碳源。Fe、Zn、Cu、Mn、Mo促进霉生长也是必不可少的微量元素，是比较能耐酸、碱的微生物。,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

3、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。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。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

4、的梨头霉用于甾体激素生产。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。毛霉 Mucor 形态与根霉相似，存在于腐败植物、果实、面包等。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。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

5、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。、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。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

6、长像菌丝（假丝），细胞大多数是卵圆形，细胞核有明显的核膜。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15um)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。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。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

7、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

8、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、-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

9、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13

10、8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=68，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

11、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（SiO2xH2O）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，-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

12、，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，-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C

13、O2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10300um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

14、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

15、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

16、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0.044mm.多数在0.5mm左右。卵生。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

17、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38mm，肉眼可见，多为红色，

18、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2528。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

19、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45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 非细胞结构的超微生物病毒,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

20、。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100200300nm；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75012nm，最小的南瓜花叶病毒 squash mosaic virus 22nm。3.2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

21、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

22、 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

23、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101000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5565 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

24、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，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。

25、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

26、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

27、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9599,4.1 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

28、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。,第四章 微生物的生理,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3050超过60失活（4）适宜pH 68，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.

29、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

30、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。

31、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

32、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

33、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

34、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

35、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

36、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

37、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-

38、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

39、）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

40、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，CoCl2H2O 2mg，CaCl2 0.3g，FeSO47H2O 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

41、糖 20g，琼脂1520g，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7.27.4，加入葡萄糖，用于培养放线菌及芽孢杆菌。,4.3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（

42、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

43、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

44、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H2。,2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，

45、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CH4,4.3.3 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

46、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 25%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

47、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 2030 510 50中温型 455 2540 510高温型 7080 5060 30原生动物最适宜温度16250C放线菌最适宜温度23370C霉菌和酵母菌最适宜温度28320C,因环境变化而变异的八脚青蛙,5.1.2 pH 6.57.5PH6.5 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pH6.5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

48、位好氧微生物 0.30.4V兼性微生物 0.1V以下为厌氧呼吸 0.1V以上为有氧呼吸专性厌氧细菌 0.20.25专性产甲烷菌 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，使降低。5.1.4 溶解氧(DO)好氧型微生物 DO2mg/L(34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)200390nm，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-

49、0.10.01nm穿透力很强r-0.010.001nm低剂量 93465rad 照射有促进生长作用或引起微生物诱变。高剂量 9.3104rad 有杀灭作用。5.1.6 有害物质对微生物的影响（1）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）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 37%I2 溶于7083%乙醇碘酒以上都是消毒剂。（3）有机化合物醇脱水剂甲醛消毒剂、防腐剂溶液酚消毒剂、杀菌剂。季胺盐强力杀菌剂。染料抑制剂。,5.1.7 渗透压正常血液渗透压 37cm水柱 浓度23%蛋白质溶液 810cm水柱 海

50、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 0.50.85%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 0.950.99 微生物生长最好，aw 0.6