第三章微生物的生長與代謝第三章微生物的生長與代謝1生理特性生理——生命活動機理（食、住）生命活動——營養、呼吸、環境衛生營養物及其獲取方式——營養營養物質的代謝

——呼吸那些環境因素使細菌病、死？——環境衛生生理特性生理——生命活動機理（食、?。?營養物的種類、用途及營養物的吸收方式水、鹽、“糧食”異養－自養；吸收方式—四種

如何代謝？不同代謝類型的細菌分類光能—化能；好氧—厭氧；寄生—腐生！學會養細菌

食（營養、呼吸）營養物的種類、用途及營養物的吸收方式

3?。ōh境衛生—環境因素對細菌的影響）溫度、電位、pH、滲透壓、光線、毒物學會養好細菌（其他微生物與之類似）?。ōh境衛生—環境因素對細菌的影響）溫度、電位、pH、滲透壓4第一節細菌的營養

提問：如何知道細菌所需的營養物種類呢？單因子或復合因子培養試驗、由細胞化學組成進行推斷。

第一節細菌的營養提問：如何知道細菌所需的營養物種類呢？5一、細菌營養物組成及生理功能

傳統上根據功能不同對營養物歸類水、無機鹽和碳源、氮源、能源、生長因子等。一、細菌營養物組成及生理功能

傳統上根據功能不同對營6

（一）水提問：水對細菌有哪些作用？1)溶劑作用2)運輸物質的載體3)參與生化反應(如脫水、加水反應)

（一）水7（二）無機鹽

陰離子鹽：磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽。陽離子鹽：氨、鉀、鈉、鈣、鎂、鐵的鹽P和S、Fe、Mg的需求量較大同時還需要鋅、錳、鈷、鋁、銅、硼、釩、鎳等微量元素。

許多微量元素是酶的組分，或是酶的激活劑。一般培養基中微量元素的質量濃度為0.1mg/L左右。過量的微量元素會引起微生物中毒。單獨一種微量元素過量其毒性更大。（二）無機鹽

陰離子鹽：磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物、碳酸鹽、碳酸8提問：無機鹽的功能是什么？1)構成細胞組成；2)酶的輔基和激活劑；3)特殊細菌的能源；鐵細菌、硫細菌分別以鐵和硫為產能物質。4）維持一定的滲透壓、氫離子濃度、氧化還原電位等。高濃度鹽抑制微生物生長。提問：無機鹽的功能是什么？9（三）碳源和能源1）碳源

種類？有機物、無機碳水化合物隨細菌不同，各有偏好細菌最喜好的碳源是？供碳元素來源的物質細菌細胞中的碳素含量占干物質質量的50％左右。細菌對碳素的需求量最大。

碳源作用—細胞的碳骨架、大多還是能源物質。

糖

尤其是葡萄糖及其多糖（三）碳源和能源1）碳源種類？供碳元素來源的物質糖102）能源細菌的能源種類化學能、光能所有細菌細胞內能量傳遞體都是ATP營養型細菌分類根據碳源不同分為無機營養——有機營養（或自養——異養）提問：哪些物質可以產生化學能？有機碳源特殊的無機物（如S、Fe)提問：什么樣的細菌利用光能？含有光合色素2）能源細菌的能源種類所有細菌細胞內能量傳遞體都是ATP提問11①

無機營養細菌（自養菌）無機（自養）—CO2、CO和CO32-提問：能否也利用有機物呢？絕大多數能，“能吃苦也能享?！保瑑炏壤?；又根據能源不同又分為光能自養型細菌和化能自養型細菌。①無機營養細菌（自養菌）無機（自養）—CO2、CO和CO312（1）光能自養細菌（無氧有光）只有紫硫細菌和綠硫細菌（1）光能自養細菌（無氧有光）只有紫硫細菌和綠硫細菌13

紫硫、綠硫細菌代謝方式

光照

CO2+

H2S

→[CH2O]（糖）

+H2O+2S↓

菌綠素（與葉綠素大同小異）提問：在自然界的作用是什么呢？早期無氧地球，清除H2S毒物（H2S類似植物光合作用中的H2O）較潔凈的光照池塘無氧臭（H2S)區紫硫、綠硫細菌代謝方式提問：在自然界的作用是什么呢14紫硫細菌湖中4m硫化物*這個深度紫硫細菌多?紫硫細菌湖中4m硫化物*這個深度紫硫細菌多?15（2）

化能自養細菌（有氧）提問：什么是化能自養菌？自養——碳源CO3－化能——以

？物質氧化產能S、H2S、H2、NH3、Fe種類：硫細菌(硫化細菌和硫磺細菌)、（亞）硝化細菌及鐵細菌、氫細菌。（2）化能自養細菌（有氧）提問：什么是化能自養菌？種類：硫16例如，亞硝化細菌進行有機物合成反應如下

2NH3

+2O2

HNO2

+4H+619千焦耳

ATPCO2+4H[CH2O]+H2O提問：化能自養細菌能用于污水處理嗎？為什么？能，脫氨、脫硫；條件容易例如，亞硝化細菌進行有機物合成反應如下提問：化能自養細菌能用17②

有機營養細菌（異養菌）有機（異養）——以有機物為碳源提問：自養、異養菌哪種繁殖快？“吃磚頭和吃糧食的區別”異養菌是有機污水處理的主角根據能源的不同②有機營養細菌（異養菌）有機（異養）——以有機物為碳源根18（1）光能異養與化能異養以有機物作為碳源和能源的的細菌。絕大多數的細菌都屬于化能異養菌。.Ⅰ化能異養菌以有機物作為碳源和能源的的細菌。.Ⅰ化能異養菌19不受氧氣限制，尤其適于高濃度有機廢水（食品行業）的高效處理(*紅螺菌用于污水處理現狀如何?)Ⅱ.光能異養細菌（無氧有光）

光能+色素

有機物

+CO2

→

菌體

[CH2O]小分子有機物碳源主要指紅螺菌（有氧無光時可化能異養生存）

提問：在污水處理中的優勢是什么？問題：與水分離困難，光照問題——嗜鹽紅螺菌大量滋生時的紅鹽田不受氧氣限制，尤其適于高濃度有機廢水（食品行業）的高效處理(20提問：人工投加光合細菌（PSB,紅螺菌）有利于水產養殖，原因？迅速轉化毒物（水族排泄物被細菌分解后的氨、有機酸）為高蛋白的菌體，作為魚的飼料，且不消耗氧

；優勢生長時能抑制水族病原菌的生長提問：人工投加光合細菌（PSB,紅螺菌）有利于水產養殖，原因21異養菌中有腐生菌與寄生菌之分腐生——分解腐爛的有機物生活寄生——寄居在其他生物體內生活提問：致病細菌是屬于什么類型？兼有，屬于兼性寄生菌

肺結核桿菌

痢疾志賀氏菌

以腐生為主兼營寄生的兼性寄生細菌，因而可以通過水源、食物傳播，是水處理中需要監控和殺滅的對象。異養菌中有腐生菌與寄生菌之分肺結核桿菌22各種營養型的比較營養類型能源氫供體基本碳源微生物舉例光能無機營養(光能自養型)光無機物二氧化碳藍細菌

綠色硫細菌

藻類光能有機營養(光能異養型)光有機物二氧化碳及簡單有機物紫色非硫細菌化能無機營養(化能自養型)無機物無機物二氧化碳硝化細菌

氫細菌化能有機營養(化能異養型)有機物有機物有機物大多數已知細菌和全部真核微生物各種營養型的比較營養類型能源氫供體基本碳源微生物舉例光能無機23（四）氮源氮源的作用：提供微生物合成蛋白質的原料提問：哪些物質可作為細菌的氮源？有機氮（氨基酸和蛋白質）、無機氮（

N2、

NH3、銨鹽、硝酸鹽）等。實驗室中有機氮源——蛋白胨工業投加的細菌氮源？——尿素、糞便（四）氮源氮源的作用：提供微生物合成蛋白質的原料工業投加的細24（五）磷源和硫源磷源比較單一，主要是無機磷酸鹽或偏磷酸鹽。硫源—從還原性的S2-化合物、元素硫一直到最高氧化態的S042-化合物，都可以作為硫源。通常不缺工業污水常補加磷酸三鈉等。（五）磷源和硫源磷源比較單一，主要是無機磷酸鹽或偏磷酸鹽。硫25（六）生長因子種類：嘌呤、嘧啶類、維生素類作用：？嘌呤和嘧啶參與合成核酸和輔酶；

維生素，重要輔酶多數細菌不存在生長因子問題。只有少數細菌需要外界提供現成的生長因子，才能生長，如乳酸菌需要多種維生素，因此只能生活在這些物質供應充足的環境，如牛奶中、腸道?！匦?，但不能自身合成的有機物（六）生長因子種類：嘌呤、嘧啶類、維生素類——必需，但不能自26在實際應用中還應注意

1.

營養要求小范圍可改變指細菌對碳源等的種類、數量一定程度上可馴化適應（酶的誘導、易變異）2.

“營養要平衡”，存在一定比例搭配的現象主要是指碳氮磷的比例關系，通常稱碳氮磷比。

在實際應用中還應注意

27（七）碳氮磷比－“營養平衡”根瘤菌要求碳氮比為11.5：1土壤中微生物混合群體要求碳氮比為25：1污(廢)水生物處理中好氧微生物群體(活性污泥)要求為BOD5：N：P＝100：5：1厭氧生物處理中的厭氧微生物群體要求BOD5：N：P＝350～500：5：1

為了保證污(廢)水(有機固體廢物）生物處理要按碳氮磷比配給營養

。（七）碳氮磷比－“營養平衡”根瘤菌要求碳氮比為11.5：1厭28城市生活污水不存在營養不足的問題。但有的工業廢水缺某種營養，當營養量不足時，應供給或補足。如酒精廢水缺

？

；洗滌劑廢水

？N、P缺NP過剩提問：如何知道所處理的廢水中營養物供應是否比例平衡呢？先測、對比、試驗驗證煉油廢水

？N、P城市生活污水不存在營養不足的問題。但有的工業廢水缺某種營養，29但如果工業廢水不缺營養，就切勿盲目補充！提問：為什么？過猶不及——“嬌慣”細菌往往先利用這類現成的容易被吸收、利用的有機物質，而不再利用工業廢水中難以吸收、利用的有機物，從而導致細菌分解特殊有機物的能力下降這與細菌馴化正好相反（反馴化）。留意！但如果工業廢水不缺營養，就切勿盲目補充！留意！30環境微生物學教學課件-10微生物生長與代謝31第三章微生物的生長與代謝第三章微生物的生長與代謝32生理特性生理——生命活動機理（食、?。┥顒印獱I養、呼吸、環境衛生營養物及其獲取方式——營養營養物質的代謝

——呼吸那些環境因素使細菌病、死？——環境衛生生理特性生理——生命活動機理（食、住）33營養物的種類、用途及營養物的吸收方式水、鹽、“糧食”異養－自養；吸收方式—四種

如何代謝？不同代謝類型的細菌分類光能—化能；好氧—厭氧；寄生—腐生！學會養細菌

食（營養、呼吸）營養物的種類、用途及營養物的吸收方式

34?。ōh境衛生—環境因素對細菌的影響）溫度、電位、pH、滲透壓、光線、毒物學會養好細菌（其他微生物與之類似）住（環境衛生—環境因素對細菌的影響）溫度、電位、pH、滲透壓35第一節細菌的營養

提問：如何知道細菌所需的營養物種類呢？單因子或復合因子培養試驗、由細胞化學組成進行推斷。

第一節細菌的營養提問：如何知道細菌所需的營養物種類呢？36一、細菌營養物組成及生理功能

傳統上根據功能不同對營養物歸類水、無機鹽和碳源、氮源、能源、生長因子等。一、細菌營養物組成及生理功能

傳統上根據功能不同對營37

（一）水提問：水對細菌有哪些作用？1)溶劑作用2)運輸物質的載體3)參與生化反應(如脫水、加水反應)

（一）水38（二）無機鹽

陰離子鹽：磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽。陽離子鹽：氨、鉀、鈉、鈣、鎂、鐵的鹽P和S、Fe、Mg的需求量較大同時還需要鋅、錳、鈷、鋁、銅、硼、釩、鎳等微量元素。

許多微量元素是酶的組分，或是酶的激活劑。一般培養基中微量元素的質量濃度為0.1mg/L左右。過量的微量元素會引起微生物中毒。單獨一種微量元素過量其毒性更大。（二）無機鹽

陰離子鹽：磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物、碳酸鹽、碳酸39提問：無機鹽的功能是什么？1)構成細胞組成；2)酶的輔基和激活劑；3)特殊細菌的能源；鐵細菌、硫細菌分別以鐵和硫為產能物質。4）維持一定的滲透壓、氫離子濃度、氧化還原電位等。高濃度鹽抑制微生物生長。提問：無機鹽的功能是什么？40（三）碳源和能源1）碳源

種類？有機物、無機碳水化合物隨細菌不同，各有偏好細菌最喜好的碳源是？供碳元素來源的物質細菌細胞中的碳素含量占干物質質量的50％左右。細菌對碳素的需求量最大。

碳源作用—細胞的碳骨架、大多還是能源物質。

糖

尤其是葡萄糖及其多糖（三）碳源和能源1）碳源種類？供碳元素來源的物質糖412）能源細菌的能源種類化學能、光能所有細菌細胞內能量傳遞體都是ATP營養型細菌分類根據碳源不同分為無機營養——有機營養（或自養——異養）提問：哪些物質可以產生化學能？有機碳源特殊的無機物（如S、Fe)提問：什么樣的細菌利用光能？含有光合色素2）能源細菌的能源種類所有細菌細胞內能量傳遞體都是ATP提問42①

無機營養細菌（自養菌）無機（自養）—CO2、CO和CO32-提問：能否也利用有機物呢？絕大多數能，“能吃苦也能享福”，優先利用；又根據能源不同又分為光能自養型細菌和化能自養型細菌。①無機營養細菌（自養菌）無機（自養）—CO2、CO和CO343（1）光能自養細菌（無氧有光）只有紫硫細菌和綠硫細菌（1）光能自養細菌（無氧有光）只有紫硫細菌和綠硫細菌44

紫硫、綠硫細菌代謝方式

光照

CO2+

H2S

→[CH2O]（糖）

+H2O+2S↓

菌綠素（與葉綠素大同小異）提問：在自然界的作用是什么呢？早期無氧地球，清除H2S毒物（H2S類似植物光合作用中的H2O）較潔凈的光照池塘無氧臭（H2S)區紫硫、綠硫細菌代謝方式提問：在自然界的作用是什么呢45紫硫細菌湖中4m硫化物*這個深度紫硫細菌多?紫硫細菌湖中4m硫化物*這個深度紫硫細菌多?46（2）

化能自養細菌（有氧）提問：什么是化能自養菌？自養——碳源CO3－化能——以

？物質氧化產能S、H2S、H2、NH3、Fe種類：硫細菌(硫化細菌和硫磺細菌)、（亞）硝化細菌及鐵細菌、氫細菌。（2）化能自養細菌（有氧）提問：什么是化能自養菌？種類：硫47例如，亞硝化細菌進行有機物合成反應如下

2NH3

+2O2

HNO2

+4H+619千焦耳

ATPCO2+4H[CH2O]+H2O提問：化能自養細菌能用于污水處理嗎？為什么？能，脫氨、脫硫；條件容易例如，亞硝化細菌進行有機物合成反應如下提問：化能自養細菌能用48②

有機營養細菌（異養菌）有機（異養）——以有機物為碳源提問：自養、異養菌哪種繁殖快？“吃磚頭和吃糧食的區別”異養菌是有機污水處理的主角根據能源的不同②有機營養細菌（異養菌）有機（異養）——以有機物為碳源根49（1）光能異養與化能異養以有機物作為碳源和能源的的細菌。絕大多數的細菌都屬于化能異養菌。.Ⅰ化能異養菌以有機物作為碳源和能源的的細菌。.Ⅰ化能異養菌50不受氧氣限制，尤其適于高濃度有機廢水（食品行業）的高效處理(*紅螺菌用于污水處理現狀如何?)Ⅱ.光能異養細菌（無氧有光）

光能+色素

有機物

+CO2

→

菌體

[CH2O]小分子有機物碳源主要指紅螺菌（有氧無光時可化能異養生存）

提問：在污水處理中的優勢是什么？問題：與水分離困難，光照問題——嗜鹽紅螺菌大量滋生時的紅鹽田不受氧氣限制，尤其適于高濃度有機廢水（食品行業）的高效處理(51提問：人工投加光合細菌（PSB,紅螺菌）有利于水產養殖，原因？迅速轉化毒物（水族排泄物被細菌分解后的氨、有機酸）為高蛋白的菌體，作為魚的飼料，且不消耗氧

；優勢生長時能抑制水族病原菌的生長提問：人工投加光合細菌（PSB,紅螺菌）有利于水產養殖，原因52異養菌中有腐生菌與寄生菌之分腐生——分解腐爛的有機物生活寄生——寄居在其他生物體內生活提問：致病細菌是屬于什么類型？兼有，屬于兼性寄生菌

肺結核桿菌

痢疾志賀氏菌

以腐生為主兼營寄生的兼性寄生細菌，因而可以通過水源、食物傳播，是水處理中需要監控和殺滅的對象。異養菌中有腐生菌與寄生菌之分肺結核桿菌53各種營養型的比較營養類型能源氫供體基本碳源微生物舉例光能無機營養(光能自養型)光無機物二氧化碳藍細菌

綠色硫細菌

藻類光能有機營養(光能異養型)光有機物二氧化碳及簡單有機物紫色非硫細菌化能無機營養(化能自養型)無機物無機物二氧化碳硝化細菌

氫細菌化能有機營養(化能異養型)有機物有機物有機物大多數已知細菌和全部真核微生物各種營養型的比較營養類型能源氫供體基本碳源微生物舉例光能無機54（四）氮源氮源的作用：提供微生物合成蛋白質的原料提問：哪些物質可作為細菌的氮源？有機氮（氨基酸和蛋白質）、無機氮（

N2、

NH3、銨鹽、硝酸鹽）等。實驗室中有機氮源——蛋白胨工業投加的細菌氮源？——尿素、糞便（四）氮源氮源的作用：提供微生物合成蛋白質的原料工業投加的細55（五）磷源和硫源磷源比較單一，主要是無機磷酸鹽或偏磷酸鹽。硫源—從還原性的S2-化合物、元素硫一直到最高氧化態的S042-化合物，都可以作為硫源。通常不缺工業污水常補加磷酸三鈉等。（五）磷源和硫源磷源比較單一，主要是無機磷酸鹽或偏磷酸鹽。硫56（六）生長因子種類：嘌呤、嘧啶類、維生素類作用：？嘌呤和嘧啶參與合成核酸和輔酶；

維生素，重要輔酶多數細菌不存在生長因子問題。只有少數細菌需要外界提供現成的生長因子，才能生長，如乳酸菌需要多種維生素，因此只能生活在這些物質供應充足的環境，如牛