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1、第二章 细菌的生理特性,生理特性,生理生命活动机理（食、住） 生命活动营养、呼吸、环境卫生 营养物及其获取方式营养 营养物质的代谢 呼吸 那些环境因素使细菌病、死？环境卫生,营养物的种类、用途及营养物的吸收方式 水、盐、“粮食” 异养自养；吸收方式四种 如何代谢？不同代谢类型的细菌分类 光能化能；好氧厌氧；寄生腐生 ！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、pH、渗透压、光线、毒物 学会养好细菌 （其他微生物与之类似）,第一节 细菌的营养,提问：如何知道细菌所需的营养物种类呢？ 单因子或复合因子培养试验、由细胞化学组成进行推断。,一、细菌营养物组成及生理功
2、能,传统上根据功能不同对营养物归类 水、无机盐和碳源、氮源、能源、生长因子等。,（一）水 提问：水对细菌有哪些作用？ 1)溶剂作用 2)运输物质的载体 3)参与生化反应(如脱水、加水反应),（二）无机盐,阴离子盐：磷酸盐、硫酸盐、氯化物、碳酸盐、碳酸氢盐。 阳离子盐：氨、钾、钠、钙、镁、铁的盐 P和S、Fe、Mg的需求量较大 同时还需要锌、锰、钴、铝、铜、硼、钒、镍等微量元素。,提问：无机盐的功能是什么？ 1)辅基； 2)酶的激活剂； 3)特殊细菌的能源； 铁细菌、硫细菌分别以铁和硫为产能物质。 4）维持一定的渗透压。,考试1普遍问题,1.微生物大小? 0.1mm 2.微生物包括哪些生物？,（
3、三）碳源和能源,1）碳源,种类？ 有机物、无机碳化合物 随细菌不同，各有偏好 细菌最喜好的碳源是？,供碳元素来源的物质 细菌细胞中的碳素含量占干物质质量的50左右。细菌对碳素的需求量最大。 碳源作用 细胞的碳骨架、大多还是能源物质。,糖 尤其是葡萄糖及其多糖,2）能源,细菌的能源种类 化学能、光能,所有细菌细胞内能量传递体都是ATP 营养型细菌分类 根据碳源不同 分为无机营养有机营养 （或自养异养）,提问：哪些物质可以产生化学能？ 有机碳源 特殊的无机物（如S、Fe) 提问：什么样的细菌利用光能？ 含有光合色素, 无机营养细菌（自养菌）,无机（自养）CO2、CO和CO32- 提问：能否也利用有
4、机物呢？,绝大多数能，“能吃苦也能享福”，优先利用； 又根据能源不同 又分为光能自养型细菌和化能自养型细菌。,（1）光能自养细菌（无氧有光）,只有紫硫细菌和绿硫细菌,紫硫、绿硫细菌代谢方式 光照 CO2 + H2S CH2O（糖） + H2O + 2S 菌绿素（与叶绿素大同小异）,提问：在自然界的作用是什么呢？,早期无氧地球，清除H2S毒物,（H2S类似植物光合作用中的H2O）,较洁净的光照池塘无氧臭（H2S) 区,紫硫细菌,湖中4m,硫化物,*这个深度紫硫细菌多?,（2） 化能自养细菌（有氧）,提问：什么是化能自养菌？ 自养碳源CO3 化能以 ？物质氧化产能 S、H2S、H2、NH3、Fe,
5、种类：硫细菌(硫化细菌和硫磺细菌)、（亚）硝化细菌及铁细菌、氢细菌。,提问：化能自养细菌能用于污水处理吗？为什么？,能，脱氨、脱硫；条件容易, 有机营养细菌（异养菌）,有机（异养）以有机物为碳源 提问：自养、异养菌哪种繁殖快？ “吃砖头和吃粮食的区别” 异养菌是有机污水处理的主角,根据能源的不同,（1）光能异养与化能异养,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。,. 化能异养菌,不受氧气限制，尤其适于高浓度有机废水（食品行业）的高效处理(*红螺菌用于污水处理现状如何?),. 光能异养细菌（无氧有光） 光能+色素 有机物 + CO2 菌体 CH2O 小分子有机物碳源 主
6、要指红螺菌（有氧无光时可化能异养生存）,提问：在污水处理中的优势是什么？,问题：与水分离困难，光照问题,嗜盐红螺菌大量滋生时的红盐田,提问：人工投加光合细菌（PSB,红螺菌）有利于水产养殖，原因？,迅速转化毒物（水族排泄物被细菌分解后的氨、有机酸）为高蛋白的菌体，作为鱼的饲料，且不消耗氧 ； 优势生长时能抑制水族病原菌的生长,异养菌中有腐生菌与寄生菌之分 腐生分解腐烂的有机物生活 寄生寄居在其他生物体内生活 提问：致病细菌是属于什么类型？ 兼有，属于兼性寄生菌,肺结核杆菌 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，是水处理中需要监控和杀灭的对象。,（四）氮源,
7、提问：哪些物质可作为细菌的氮源？ 有机氮（氨基酸和蛋白质）、无机氮（ N2、 NH3、铵盐、硝酸盐）等。 实验室中有机氮源蛋白胨,工业投加的细菌氮源？,尿素、粪便,（五）磷源和硫源,磷源比较单一，主要是无机磷酸盐或偏磷酸盐。,硫源从还原性的S2-化合物、元素硫一直到最高氧化态的S042-化合物，都可以作为硫源。 通常不缺,工业污水常补加磷酸三钠等。,（六）生长因子,种类：嘌呤、嘧啶类、维生素类 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。 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，
8、如牛奶中、肠道。,必需，但不能自身合成的有机物,在实际应用中还应注意 1. 营养要求小范围可改变 指细菌对碳源等的种类、数量一定程度上可驯化适应（酶的诱导、易变异） 2. “营养要平衡”，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。,（七）碳氮磷比“营养平衡”,根瘤菌要求碳氮比为11.5：1 土壤中微生物混合群体要求碳氮比为25：1 污(废)水生物处理中好氧微生物群体(活性污泥)要求为BOD5：N：P100：5：1,厌氧生物处理中的厌氧微生物群体要求BOD5：N：P350500：5：1,为了保证污(废)水(有机固体废物）生物处理要按碳氮磷比配给营养 。,城市生活污水不存在
9、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，应供给或补足。 如酒精废水缺 ？ ；,洗涤剂废水 ？,N、P,缺N,P过剩,提问：如何知道所处理的废水中营养物供应是否比例平衡呢？ 先测、对比、试验验证,炼油废水 ？,N、P,但如果工业废水不缺营养，就切勿盲目补充！ 提问：为什么？ 过犹不及“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，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 这与细菌驯化正好相反（反驯化）。,留意！,二培养基,学以致用养细菌,水、碳源、氮源、无机盐及生长因子等细菌及其它微生物营养物质的合理配制物,1.认识,化能自
10、养菌氧化硫杆菌的培养基 粉末状硫 10g KH2PO4 4g MgSO4 0.5g CaCl2 0.5g (NH4)2SO4 0.4g FeSO4 0.01g 水 1000mL（自来水即可）,提问：其中各组分作用是什么？,空气中的CO2,能源,磷源、缓冲物,碳源是什么？,氮源,盐,也可补加一部分碳酸钠。,异养细菌的培养基中至少有一种有机物，实验室中通常是葡萄糖 如一种大肠杆菌培养基 葡萄糖 0.5g K2HPO4 1g MgSO4 0.2g NaCl 5g NH4H2PO4 0.4g 水 1000mL,2.配制,通常,加水,3分类,提问：根据哪些特性可以给培养基分类？ 物理状态、用途、组分组成
11、 (一)根据物理状态 固体培养基、半固体培养基和液体培养基 1）液体培养基（“汤”） 废水也可看作是一种广义的液体培养基,2）固体培养基（“团”）,人工做法(与果冻方法一样) 向液体培养基中加入2左右的琼脂，加热至100溶解，40下冷却并凝固。,石花菜(红藻）琼脂,琼脂主要成份半乳聚糖，分子量大，呈网状粘着力强，溶解分散（温度为96以上）,条状琼脂,粉末琼脂,琼脂特性,A.不能被绝大多数微生物利用、分解液化； 提问：有什么好处？ 不作为额外碳源，干扰试验，保持固体特性 B.高压灭菌结构不被破坏，且颜色透明不妨碍观察；,C.多数微生物在琼脂培养基表面生长并形成独立菌落；,提问：有何好处？ 易于纯
12、化分离,3）半固体培养基（“膏”）,半流动性介于固体与液体之间 提问：如何制作？ 在液体培养基中加入0.5%或更低浓度的琼脂 作用：？ 半固体培养基中可以融入少量的溶解氧，因此这种培养基常被用于培养在较低氧浓度环境下才能最佳生长的细菌。,天然的固体培养基土豆块、培养真菌的麸皮、大米、大麦等。,（二）根据培养基组分,天然培养基、合成培养基和半合成培养基。 1）合成 合成纯化学试剂,2）天然 天然？ 纯生物制品(细胞提取物) 如，常用的细菌肉汤培养基 牛肉膏 3g 蛋白胨 5g 水 1000mL pH 7.27.4 牛肉膏瘦牛肉经过加热浓缩抽提的膏状物（主要作碳源）,优点稳定、选择性 缺点很多细菌
13、营养需求较为复杂，配方获取较难,类似物如酵母膏、麦芽汁、土壤浸出液、牛奶、玉米粉,优点营养丰富、配制容易 缺点？ 质量不稳定、选择性差； 3）半合成 半不纯 优缺点介于前两者之间，因而使用最广。,蛋白胨动植物蛋白（大豆或动物骨粉等）经初步酶解形成的短肽（主要作氮源）,酵母膏,(三)根据培养基用途,普通型、选择型、鉴别型 普通普适,有两种制备思路：,？,肉汤培养基 牛肉膏 3g 蛋白胨 5g 水 1000mL pH 7.27.4,1）选择性培养基 选择性？ 待选的细菌能优势生长, 投毒法（“正考试”）,常用物质为染料、胆汁酸盐、金属盐类、酸、碱和抗生素。 例如欲分离古细菌，培养基中通常加入青霉素
14、（由于古细菌的细胞壁不同于普通细菌，因而不会被对破坏普通细菌细胞壁结构的青霉素杀死），古细菌就唯一分离并存活下来。,胆汁酸盐抑制革兰氏阳性菌 提问：它能选择性生长那种细菌？ 革兰氏阴性细菌,毒选择性的抑制剂 待选细菌有抗性,投其所好法（“邪挖墙角”）,好营养、环境因子 （1）专一性营养源培养法 待选细菌专门需要的某种碳源或氮源 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； 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源，将目的细菌富集筛选下来。,（2）理化因素控制法 理化因素特殊的温度、氧气、pH、盐度等环境条件 主要用于筛选极端环境微生物。如嗜盐、嗜热、嗜冷、嗜酸、嗜碱等的细菌，同时也被用于选择性培养好氧或厌氧细菌。,嗜冷菌,嗜热菌,2）鉴别培养基,鉴别明查分别（细菌种类） 提供培养环境外还同时具有类似于“验钞机”的作用,方法？ 鉴加入指示剂（“紫光灯”） 别不同菌落制造不同的代谢物（“有无荧光粉”），显色不一 水处理中常用的远藤氏培养基就是典型大肠菌群内不同种属细菌的鉴别培养基（第五章）。,