水处理生物学第六章生理特性

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1、第 六 章 微 生 物 的 生 理 特 性 第 一 节 微 生 物 的 营 养营 养 ： 是 指 生 物 体 从 外 部 环 境 中 摄 取 对 其 生 命活 动 必 需 的 能 量 和 物 质 ， 以 满 足 正 常 生长 和 繁 殖 需 要 的 一 种 基 本 生 理 功 能 。 一 、 微 生 物 细 胞 的 化 学 组 成 及 所 需 的 营 养 物 质细胞质量（湿重） 水7090%干 物 质1030% 无 机 盐3 10%有 机 物90 97% 碳 水 化 合 物 蛋 白 质 脂 肪 DNA RNA等 组成微生物细胞（ 一 ） 化 学 组 成 （ 二 ） 营 养 物 质可 被 微 生

2、 物 吸 收 利 用 的 物 质 。1 碳 源 氮 源 3 能 源4 无 机 盐 5 生 长 因 子 6 水 碳 源 有 机 碳 源 糖 类 蛋 白 质 脂 肪 有 机 酸 无 机 碳 源 CO2 CO32多 数 微 生 物 最 好 的 碳 源 ： 葡 萄 糖 、 果 糖 、 麦 芽 糖 、 淀 粉 生 产 中 常 见 的 碳 源 ： 玉 米 粉 、 麸 皮 、 米 糠 、 酒 糟 。 提 供 细 胞 碳 素 来 源 的 营 养 物 质 。最 适 碳 源 C-H-O型 化 合 物 2 氮 源 提 供 细 菌 细 胞 氮 素 来 源 的 营 养 物 质 。有 机 氮 源 蛋 白 质 蛋 白 胨

3、氨 基 酸 无 机 氮 源 NH4Cl NH4NO3 实 验 室 常 用 氮 源 ： 牛 肉 膏 、 蛋 白 胨 生 产 上 常 用 氮 源 ： 尿 素 、 玉 米 浆异 养 微 生 物 对 氮 源 的 利 用 顺 序 是 ： NCH O (X)N HN ON 3 能 源 提 供 微 生 物 生 命 活 动 最 初 能 量 来 源 的 营 养物 质 和 辐 射 能 。能 源 种 类 化 学 物 质（ 化 能 营 养 型 ）辐 射 能（ 光 能 营 养 型 ） 有 机 物 ： 化 能 异 养 型 的 能 源 （ 同 碳 源 ）无 机 物 ： 化 能 自 养 型 的 能 源 （ 不 同 于 碳 源

4、 ）： 光 能 自 养 和 光 能 异 养 型 的 能 源 4 生 长 因 子概 念 ： 某 些 微 生 物 在 生 长 过 程 中 不 能 利 用 简 单 的 碳 、氮 源 自 身 合 成 ， 同 时 又 是 正 常 代 谢 必 需 的 有 机 物 。氨 基 酸 类 嘌 呤 、 嘧 啶 类 维 生 素 类 实 验 室 常 用 ： 酵 母 膏 、 蛋 白 胨 作 为 综 合 生 长 素 硫 辛 酸 、 V C、 VK是 重 要 的 生 长 因 子 。生 长 因 子 自 养 型 微 生 物生 长 因 子 异 养 型 微 生 物生 长 因 子 过 量 合 成 型 微 生 物 5 无 机 盐 构 成

5、 微 生 物 细 胞 的 各 种 组 分 ；酶 的 组 分 及 激 活 剂 ；维 持 适 宜 的 渗 透 压 ；自 养 型 细 菌 的 能 源 。大 量 元 素 （ 生 长 所 需 浓 度 在 10 3 10 4 moL/L之 间 ） ： C、 H、 O、 N、 P、 S 微 量 元 素 （ 生 长 所 需 浓 度 在 10 6 10 8 moL/L之 间 ） ： Mn、 Co、 Cu、 Zn、 Se 6 水 营 养 物 质 的 溶 剂 ， 而 后 被 吸 收 。 参 与 生 物 化 学 反 应 。 运 输 物 质 的 载 体 。 维 持 和 调 节 机 体 的 温 度 。作 用 : 微 生

6、物 利 用 营 养 的 说 明 不 同 微 生 物 对 每 一 种 营 养 元 素 需 要 的数 量 不 同 。 并 要 求 各 营 养 元 素 有 一 定的 比 例 。 细 菌 往 往 优 先 利 用 易 被 吸 收 的 有 机 物质 。 二 、 微 生 物 的 营 养 类 型根 据 微 生 物 所 需 碳 源 和 能 源 的 不 同 ， 营 养 类 型 分 四 类 ：自 养 型 光 能 无 机 营 养 型化 能 无 机 营 养 型异 养 型 光 能 有 机 营 养 型化 能 有 机 营 养 型 1 光 能 无 机 营 养 型 (Photolithotroph) 又 称 光 能 自 养 型

7、微 生 物 。 藻 类 、 蓝 细 菌 、 光 合 细 菌 （ 紫 硫 细 菌 、 绿 硫 细 菌 ） v 碳 源 以 CO2 为 唯 一 碳 源 v 能 源 光利 用 H2O或 H2S中 的 H来 还 原 CO2， 合 成 有 机 物 。光 合 细 菌 ： SOHOCHSHCO 22 2222 菌 绿 素光 能藻 类 和 蓝 细 菌 ： 2222 OOCHOHCO 叶 绿 素光 能 2 化 能 无 机 营 养 型 （ chemolithotroph) 又 称 化 能 自 养 型 微 生 物 。 氢 细 菌 、 硫 化 细 菌 、 铁 细 菌 、 硝 化 细 菌 。 分 布 在土 壤 、 水

8、域 中 ， 在 自 然 界 物 质 转 化 中 作 用 重 大 。 v碳 源 以 C O2为 唯 一 碳 源 。 v能 源 无 机 物 氧 化 产 生 能 量 。 同 时 作 为 氢 供 体 。 硝 化 细 菌 n 2NH3 + 2O2 CO2 + 4H + 2HNO2 + 4H+ + ATPCH 2O + H 2O 3 光 能 有 机 营 养 型 （ photorganotroph) 又 称 光 能 异 养 型 微 生 物 。 v碳 源 有 机 物 作 为 供 氢 体 和 碳 源 ， 也 可 利 用 CO2作 为 碳 源 。 v能 源 光该 类 菌 能 利 用 低 分 子 有 机 物 迅 速

9、 增 殖 ， 利 用 此 菌净 化 高 浓 度 的 有 机 废 水 。 如 果 和 活 性 污 泥 法 合 用， 净 化 效 率 高 。 在 废 水 处 理 中 有 重 要 的 作 用 。 CO2 2 CH 3CH 3 CH OH CH2O +2CH 3COCH 3+H 2O 光 能光 合 色 素红 螺 菌红 螺 菌 在 湖 泊 、 池 塘 、 淤 泥 中 含 有 ， 在 缺 氧 时 能 利用 有 机 酸 、 醇 等 有 机 物 。 同 时 该 菌 含 有 蛋 白 质 65%，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

10、保 护 了 环 境 消 除 污 染 ， 又 生 产 了单 细 胞 蛋 白 变 废 为 宝 。 4 化 能 有 机 营 养 型 (chemoorganotroph) 又 称 化 能 异 养 型 微 生 物 。 绝 大 多 数 细 菌 、 放 线 菌 和 全 部 真 菌 、 病 毒 。 如 大 肠 杆 菌 ， 枯 草 杆 菌 ， 链 霉 菌 ， 根 霉 ， 曲 霉 。 v 碳 源 有 机 物 v 能 源 有 机 物 氧 化 获 得 。 营 养 类 型 电 子 供 体 碳 源 能 源 举 例光 能 无 机自 养 型 H2、 H2S、S、 或 H2O CO2 光 能 着 色 细 菌 、 蓝细 菌 、

11、藻 类光 能 有 机异 养 型 有 机 物 CO2及有 机物 光 能 红 螺 细 菌化 能 无 机自 养 型 H2、 H2S、Fe2+、NH 3、 或NO-2 CO2 化 学 能(无 机 物氧 化 ) 氢 细 菌 、 硫杆 菌 、 亚 硝化 单 胞 菌 属 、硝 化 杆 菌 属 、甲 烷 杆 菌 属化 能 有 机异 养 型 有 机 物 有机物 化 学 能(有 机 物氧 化 ) 假 单 胞 菌 属 、乳 酸 菌 属 、 真菌 、 原 生 动 物微生物营养类型 三 、 培 养 基实 验 中 ， 常 利 用 培 养 基 来 培 养 各 种 微 生 物 进 行 研 究 。 1 概 念 ： 人 工 配

12、制 的 适 合 于 不 同 微 生 物 生 长 繁 殖 或 积 累 代 谢 产 物 的 营 养 基 质 。 2 培 养 基 的 配 制 原 则 根 据 不 同 需 要 配 制 不 同 的 培 养 基 细 菌 ： 牛 肉 膏 蛋 白 胨 培 养 基 真 菌 ： 马 铃 薯 糖 培 养 基 放 线 菌 ： 高 氏 一 号 培 养 基 理 化 条 件 适 宜 （ pH值 、 渗 透 压 、 氧 化 还 原 电 位 等 条 件 ） 物 美 价 廉 营 养 协 调 （ 各 营 养 物 质 的 浓 度 及 配 比 ）牛 肉 膏 蛋 白 胨 培 养 基 （ 细 菌 ） 牛 肉 膏 3g 蛋 白 胨 10g

13、NaCl 5g 琼 脂 18-20g 水 1000ml pH 7.0-7.2 马 铃 薯 糖 培 养 基 （ 真 菌 ） 马 铃 薯 200g 葡 萄 糖 或 蔗 糖 20g 琼 脂 18-20g 水 1000ml pH 自 然 3 培 养 基 的 分 类(1) 根 据 物 理 状 态 分 类液 体 培 养 基 ： 不 加 凝 固 剂 。 水 处 理 中 的 废 水 。 发 酵 工 业 。 半 固 体 培 养 基 ： 液 体 培 养 基 中 加 入 0.5-1%的 凝 固 剂 。 观 察 细 菌 的 运 动 状 态 等 。 固 体 培 养 基 ： 液 体 培 养 基 中 加 入 2%左 右 的

14、 凝 固 剂 。 分 离 、 鉴 定 、 计 数 、 菌 种 保 藏 。凝 固 剂 ： 琼 脂 、 明 胶 、 硅 胶 （ 2） 根 据 化 学 组 成 分 类 天 然 培 养 基 ： 动 、 植 物 、 细 菌 或 它 们 的 提 取 液 。 如 酸 奶 、 饮 料 酒 、 腐 乳 、 酱 类 的 发 酵 生 产 特 点 化 学 组 分 不 知 道 ， 营 养 丰 富 ， 配 制 容 易 。 合 成 培 养 基 ： 完 全 以 化 学 药 品 配 制 而 成 。 如 KH2PO4、 NaCl 特 点 组 分 确 定 半 合 成 培 养 基 ： 天 然 成 分 和 化 学 药 品 都 有 。

15、（ 3） 根 据 用 途 分 类 鉴 别 培 养 基 ： 根 据 微 生 物 的 代 谢 反 应 或 其 产 物 的 反 应 特 性 而 设 计 的 ， 可 借 助 肉 眼 直 接 判 断 微 生 物 种 类 的 培 养 基 。 选 择 培 养 基 ： 按 照 某 种 微 生 物 特 殊 营 养 要 求 专 门 设 计 。 分 离 的 微 生 物 由 劣 势 种 变 为 优 势 种 。 加 富 培 养 基 ： 根 据 营 养 要 求 人 为 地 强 化 投 加 多 种 营 养 物 质 ， 以 促 进 微 生 物 大 量 生 长 。 四 、 营 养 物 质 的 吸 收 和 运 输 蛋 白 质 小

16、 孔细 胞 外 细 胞 膜 细 胞 内 | | 与 单 纯 扩 散 特 点 相 似细 胞 膜 上 蛋 白 做 载 体对 转 运 物 质 有 选 择 性 载 体 蛋 白 细 胞 外 | 细 胞 膜 | 吸 收 和运 输 不 通 过 膜 上 的 载 体 蛋 白 ： 单 纯 扩 散通 过 膜 上 的 载 体 蛋 白 不 耗 能 ： 促 进 扩 散耗 能 运 送 前 后 溶 质 分 子 不 变 ： 主 动 运 输 （ 主 要 方 式 ）运 送 前 后 溶 质 分 子 改 变 ： 基 团 转 位吸 收 和 运 输 方 式 的 异 同 第 二 节 酶 及 其 作 用一 酶 及 其 命 名 和 分 类 二

17、酶 的 作 用 特 性 三 酶 促 反 应 的 影 响 因 素 及 动 力 学 一 、 酶 及 其 命 名 和 分 类 酶 的 概 念 ： 由 活 细 胞 产 生 的 具 有 高 度 催 化 专 一 性 的 特 殊 蛋 白 质 。2 酶 的 命 名 和 分 类胞 内 酶 胞 外 酶 存 在部 位 组 成 酶 诱 导 酶存 在 方 式 单 成 分 酶 双 成 分 酶组 成 成 分催 化 的 反 应 类 型水 解 酶 、 氧 化 还 原 酶 、 转 移 酶 、 合 成 酶 、 裂 解 酶 等 组 成 酶 ： 与 基 质 存 在 与 否 无 关 。 在 体 内 有 相 当 的 数 量 。 诱 导 酶

18、 ： 受 到 各 种 持 续 的 物 理 化 学 因 素 影 响 ， 在 体 内 产 生 的 适 应 新 环 境 的 酶 。诱 导 酶 的 产 生 在 废 水 生 物 处 理 中 有 重 要 意义 。 可 以 通 过 环 境 的 诱 导 产 生 能 处 理 相 应物 质 的 细 菌 等 微 生 物 （ 驯 化 ） 。胞 内 酶 ： 在 细 胞 内 部 起 作 用 ， 催 化 细 胞 的 合 成 和 呼 吸 。 胞 外 酶 ： 能 透 过 细 胞 ， 作 用 于 细 胞 外 的 物 质 （ 大 分 子 ）细 菌 无 摄 食 器 官 ， 遇 到 的 是 简 单 的 溶 解 物 质 ，通 过 胞 内

19、 酶 的 作 用 ； 若 遇 到 的 是 复 杂 的 固 体 物质 ， 利 用 胞 外 酶 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 。 二 、 酶 的 作 用 特 性1 酶 的 作 用 特 点 具 有 蛋 白 质 的 各 种 特 性 分 子 量 大 、 两 性 化 合 物 、 不 耐 高 温 、 易 被 毒 物 破 坏 用 量 少 ， 催 化 效 率 高 专 一 性 强 反 应 条 件 温 和 。 常 温 、 常 压 、 接 近 中 性 就 可 以 起 作 用 酶 活 力 的 可 调 性 。 离 体 酶 具 活 性 。 2 酶 的 活

20、性酶 活 性 即 是 酶 活 力 。 指 催 化 一 定 化 学 反 应 的 能 力 。 反 应 速 度越 快 ， 酶 活 性 越 高 。如 何 确 定 酶 活 性 的 大 小 ？ 酶 活 性 单 位 习 惯 酶 活 性 单 位 比 酶 活 性 v 国 际 酶 学 会 议 1961条 规 定 ： 1 酶 活 性 单 位 是 指 在 25 最 适 pH及 底 物 浓 度 等 条 件 下 ， 在 1min内 转 化 1mol底 物 的 酶 量v 比 酶 活 性 是 指 单 位 重 量 酶 蛋 白 所 具 有 的 酶 活 性 单位 数 。在 水 处 理 中 ， 常 采 用 比 酶 活 性 来 判 断

21、 不 同 来 源污 泥 的 活 性 大 小 三 、 酶 促 反 应 的 影 响 因 素 及 动 力 学酶 促 反 应 与 酶 活 力 有 关 。 影 响 酶 促 反 应 （ 酶 活 力 ） 的 因 素 有 ：1 温 度 2 pH值 3 基 质 浓 度 4 酶 的 总 浓 度 E 0 5 毒 物 或 抑 制 剂 1 温 度 要 求 ： 保 证 酶 最 适 宜 的 温 度 条 件 。 每 种 酶 都 有 自 己 的 最 适 温 度 。最 适 反 应 温 度 ： 能 形 成 最 大 反 应 速 度 的 温 度 .微 生 物 体 内 30 601 -半 乳 糖 苷 酶 2 酰 化 氨 基 酸 水 解

22、酶 3 葡 萄 糖 异 构 酶 废 水 生 物 处 理 中 的 污 泥 消化 法 和 生 物 滤 池 法 在 设 计 时 都考 虑 了 温 度 的 因 素 。 活 性 污 泥曝 气 池 运 行 时 影 响 因 素 复 杂 ，要 综 观 考 虑 。 2 pH值 大 多 数 酶 pH 67 废 水 生 物 处 理 保 持 pH 69（ 利 用 的 是 土 壤微 生 物 混 合 群 ）为 什 么 pH值 影 响 酶 活 力 ？ ？酶 蛋 白 是 两 性 电 解 质 。 酶 活 性 在 特 定 的 电 荷 状 态 下 发 挥 。酸 性 系 统 ,越 倾 向 于 酸 ， 正 电 荷 越 多 。 碱 性

23、系 统 ,越 倾 向 于 碱 ， 负 电 荷 越 多 。 酸 碱 都 会 降 低 酶活 性 甚 至 失 活最 适 PH值 ： 能 保 持 最 大 酶 活 性 的 PH值 约 在 6 9 中 性 居 多 。 3 基 质 浓 度 酶 促 反 应 动 力 学米 门 公 式 ： = V最 大 SKm+S V： 反 应 速 度 ； S： 基 质 浓 度 ；V 最 大 ： 最 大 反 应 速 度 ； Km： 米 氏 常 数 (酶 催 化 反 应 中 中 间 复 合 物 ES分 解 速度 与 生 成 速 度 之 比 ) 。 米 门 公 式 ： = V最 大 SKm+S （ 1） 当 Km=S时 ， = ，

24、当 基 质 浓 度 等 于 米 氏 常 数 时 ， 酶 促 反 应 速 度 为 最 大 反 应 速 度 的 一 半 。 （ 2） 当 S Km时 ， = ， 与 S成 正 比 ， 反 应 速 度 随 S增 大 而 增 大 。 一 级 反 应 。 （ 3） 当 S K m时 ， =V最 大 ， 随 基 质 浓 度 的 增 大 ， 反 应 速 度 不 变 ， 为 最 大 反 应 速 度 。 零 级 反 应 V最 大2 V最 大 SKm 米门公式图示在 一 定 范 围 内 反 应 速 度 随 基 质 浓 度 的 提高 而 加 快 ， 但 当 基 质 浓 度 很 大 时 ， 反 应速 度 就 与 基

25、质 浓 度 无 关 了 。 4 酶 的 总 浓 度 E0= K3E0SKm+S V最 大 =K3E0酶 的 总 浓 度 E0影 响 米 -门 方 程 中 和 V最 大 的 大 小 。 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 加 反 应 器的 处 理 能 力 和 速 率 。 5 毒 物 或 抑 制 剂（ 1） 可 逆 的 化 学 结 构 与 基 质 相 似 ， 争 先 与 酶 结 合 ， 减 少 了 酶 与正 式 基 质 结 合 的 机 会 。（ 2） 不 可 逆 的 与 蛋 白

26、质 化 合 形 成 不 溶 性 盐 类 沉 淀 ， 破 坏 酶 的 作 用 。 如 重 金 属 盐 类 Fe 3+ 、 Hg2+ 、 Ag+与 带 负 电 的 酶 蛋 白结 合 沉 淀 。 微 生 物 产 生 的 酶 的 作 用微 生 物 产 生 的 具 特 殊 功 能 的 酶 可 用 于 洗衣 粉 等 日 用 品 的 生 产 中 ； 用 于 生 物 试 剂生 产 （ Taq酶 ） 。 用 于 三 废 治 理 方 面 ， 脂肪 酶 净 化 生 活 污 水 ， 多 酚 氧 化 酶 检 出 酚并 可 除 去 酚 。注 意 ： 将 微 生 物 和 酶 两 者 相 区 别 。 微 生 物 的 酶 是

27、微 生 物机 体 合 成 的 。 有 关 微 生 物 酶 的 几 个 概 念 ： 酶 制 剂 ： 从 微 生 物 体 中 分 离 出 来 制 成 的 水 溶 性 酶 。 固 相 酶 ： 水 溶 性 酶 经 过 理 、 化 处 理 与 载 体 结 合 形 成 。稳 定 性 增 加 ， 可 反 复 使 用 多 次 ， 寿 命 长 。 固 定 化 微 生 物 细 胞 ： 把 微 生 物 细 胞 直 接 固 定 在 载 体 上 ，免 去 酶 分 离 提 纯 的 工 艺 ， 提 高 酶 的 收 率 。 第 三 节 细 菌 的 呼 吸一 呼 吸 作 用 的 本 质 二 细 菌 的 呼 吸 类 型 三 细

28、菌 与 氧 气 的 关 系 四 细 菌 的 呼 吸 类 型 在 废 水 生 物 处 理 中 的 应 用 v 新 陈 代 谢 ： 简 称 代 谢 ， 是 推 动 一 切 生 命 活 动 的 动力 源 ， 通 常 指 在 活 细 胞 中 的 各 种 合 成 代 谢 与 分 解代 谢 的 总 和 。v 合 成 代 谢 ： 又 称 同 化 作 用 或 合 成 作 用 ， 是 微 生 物不 断 从 外 界 吸 收 营 养 物 质 ， 合 成 细 胞 物 质 的 过 程 ，在 此 过 程 中 需 要 吸 收 能 量 。v 分 解 代 谢 ： 又 称 异 化 作 用 或 分 解 作 用 ， 是 微 生 物将

29、 自 身 或 外 来 的 各 种 复 杂 有 机 物 分 解 为 简 单 化 合物 的 过 程 ， 在 此 过 程 中 有 能 量 释 放 。 一 呼 吸 作 用 的 本 质1 呼 吸 作 用 的 本 质生 物 的 氧 化 和 还 原 的 统 一 过 程 。 即 ， 在 生 物 氧 化 中 ， 呼 吸 基 质 脱 下 的 氢 和 电 子 经 载 体 传递 ， 最 终 交 给 受 体 的 生 物 学 过 程 。2 发 生 的 生 物 学 现 象 （ 酶 的 催 化 ） 复 杂 的 有 机 物 变 成 简 单 的 物 质 CO 2、 H2O等 。 发 生 能 量 的 转 换 （ 合 成 物 质 、

30、 维 持 生 命 活 动 ） 产 生 中 间 产 物 （ 继 续 分 解 、 作 为 原 料 合 成 机 体 物 质 。 吸 收 、 同 化 各 种 营 养 。 二 细 菌 的 呼 吸 类 型脱 下 氢 和 电 子 氧 化 接 受 氢 和 电 子 还 原 根 据 基 质 脱 氢 后 ， 最 终 受 氢 体 （ 电 子 受 体 ） 的 不 同 ，微 生 物 呼 吸 分 为 三 类 ：呼 吸 类 型 电 子 受 体好 氧 呼 吸 自 由 氧厌 氧 呼 吸 硝 酸 盐 、 硫 酸 盐 等 无 机 氧 化 物发 酵 小 分 子 有 机 物 （ 基 质 氧 化 后 的 中 间 产 物 ） 1 好 氧 呼

31、 吸 respiration （ 1） 最 终 电 子 受 体 ： 游 离 的 氧 气 （ O2） （ 2） 反 应 模 式基 质 H 2基 质（ 葡 萄 糖 ） 2e- 2H + 脱 氢 酶脱 氢 酶 2H 传 递 体 2H传 递 体 2e 2H + 2e 2H + +2e +2H +O2H 2O等 氧 化 酶 （ 3） 举 例自 养 微 生 物 硫 磺 细 菌 氧 化 H2S（ 无 机 物 ） ：H2S+2O2 H2SO4+ATP异 养 微 生 物 大 肠 杆 菌 氧 化 葡 萄 糖 （ 有 机 物 ） ：C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+ATP在 好 氧 呼 吸 过 程 中 ，

32、 基 质 被 氧 化 较 彻 底 ， 获 得 的ATP 多 ， 最 终 产 物 积 累 少 。 好 氧 活 性 污 泥 法 处 理 有 机 废 水 ， 即 采 用 好 氧 呼 吸 。 2 厌 氧 呼 吸 （ anaerobic respiration) 最 终 电 子 受 体 ： 无 机 物 （ NO3-、 NO2-、 SO42-、 CO32-） 基 质 H 2基 质（ 葡 萄 糖 ） 2e- 2H + 脱 氢 酶脱 氢 酶 2H 传 递 体 2H传 递 体 2e 2e +2eNO3-NO2-+H 2O 特 殊 氧 化 酶 厌 氧 呼 吸 主 要 种 类 ：（ 1） 硝 酸 盐 呼 吸无 氧

33、条 件 下 ， 微 生 物 利 用 硝 酸 盐 作 为 最 终 电 子 受 体 ， 将其 还 原 为 NO2、 NO、 N2O， 直 至 N2的 过 程反 硝 化 细 菌 ：C6H12O6+4NO3- 6CO2+2N2+6H2O+1758KJ （ 2） 碳 酸 盐 呼 吸以 CO2或 碳 酸 盐 作 为 最 终 电 子 受 体 的 无 氧 呼 吸产 甲 烷 菌 ：CO2+4H2 CH4+2H2O+135.6KJ 常 见 的 发 酵 有 乙 醇 发 酵 乳 酸 发 酵3 发 酵最 终 电 子 受 体 ： 基 质 氧 化 后 的 中 间 产 物 特 点 ： 氧 化 不 彻 底 ， 产 能 低 ，

34、可 积 累 大 量 中 间 产 物 v 乙 醇 发 酵 （ 生 产 酒 精 ）葡 萄 糖 3 磷 酸 甘 油 醛 1， 3 二 磷 酸 甘 油 酸2NAD 2NADH 2 丙 酮 酸脱 羧 酶乙 醛乙 醇 ATP CO2底 物 ： 葡 萄 糖 最 终 电 子 受 体 ： 乙 醛 （ 代 谢 的 中 间 产 物 ）产 能 量 少 （ 2个 ATP)， 大 部 分 储 存 在 乙 醇 中 。 三 细 菌 与 氧 气 的 关 系 （ 微 生 物 与 氧 气 的 关 系 ）v 1 需 氧 （ 好 气 ） 菌 v 2 厌 氧 （ 嫌 气 ） 菌 v 3 兼 性 厌 氧 菌 1 好 氧 菌呼 吸 类 型

35、有 氧 呼 吸 ， 生 活 时 需 要 氧 气 培 养 方 式 固 体 表 面 ， 液 体 浅 层 ， 通 气 ， 振 荡 。 如 多 数 细 菌 （ 枯 草 杆 菌 等 ） 、 真 菌 、 藻 类 。有 机 物 CO 2+H2O 好 氧 分 解 2 厌 氧 菌呼 吸 类 型 厌 氧 呼 吸 和 发 酵 ， 在 无 氧 气 的 环 境 生 长 培 养 方 式 抽 真 空 ； 在 N2、 H2条 件 下 。 如 ： 乳 酸 杆 菌 ， 梭 状 芽 孢 杆 菌 ， 产 甲 烷 杆 菌 为 什 么 有 氧 气 不 能 生 活 ？ 原 因 ： 有 氧 存 在 ， 代 谢 产 生 H2O2, H2O2有

36、 毒 ， 该 类 微 生 物没 有 分 解 H 2O2的 氧 化 酶 3 兼 性 厌 氧 菌培 养 方 式 具 体 实 验 要 求 而 定 。 如 ： 肠 道 细 菌 （ 大 肠 杆 菌 ） ， 人 及 很 多 动 物 的 病 原 菌 。呼 吸 类 型 水 中 DO 0.2-0.3mg/L， 发 酵 、 厌 氧 呼 吸水 中 DO 0.2-0.3mg/L， 有 氧 呼 吸 四 细 菌 的 呼 吸 类 型 在 废 水 生 物 处 理 中 的 应 用 活 性 污 泥 法 和 生 物 滤 池 利 用 好 氧 微 生 物 或 兼 性 微 生 物 进 行 好 氧 呼 吸 ，分 解 物 质 彻 底 。 产

37、 物 是 没 有 异 味 的 物 质 ， 不 破 坏 正常 环 境 。 供 应 氧 气 ， 设 备 复 杂 。 厌 氧 消 化 法 利 用 厌 氧 微 生 物 和 兼 性 微 生 物 的 厌 氧 呼 吸 对 有机 污 泥 和 高 浓 度 有 机 废 水 进 行 发 酵 。 分 解 物 质 不 彻 底 ，产 物 有 臭 味 。 没 有 氧 气 ， 需 要 时 间 长 ， 设 备 简 单 。 第 四 节 其 它 环 境 因 素 对 细 菌 （ 微 生 物 ）生 长 的 影 响 1 灭 菌 (sterilization) ： 用 理 化 方 法 杀 死 物 体 表 面 及 内 部 所 有 微 生 物

38、 （ 包 括 芽 孢 ） 的 过 程 灭 菌 剂 2 消 毒 （ disinfection)： 用 理 化 方 法 杀 死 病 原 微 生 物 的 措 施 消 毒 剂 3 防 腐 （ antisepsis)： 用 理 化 方 法 抑 制 霉 腐 微 生 物 生 长 的 措 施 (理 化 因 素 ） 。 防 腐 剂 （ 抑 菌 剂 ） 4 无 菌 操 作 ： 防 止 微 生 物 进 入 物 体 的 技 术 。 5 无 菌 ： 指 没 有 活 的 微 生 物 （ 包 括 芽 孢 ） 存 在概 念 本 节 主 要 内 容 一 温 度 二 氢 离 子 浓 度 三 氧 化 还 原 电 位 四 水 分 五

39、 渗 透 压 六 光 线 七 化 学 药 剂 一 温 度所 有 的 微 生 物 生 长 有 三 种 基 本 温 度最 低 生 长 温 度 最 适 生 长 温 度 最 高 生 长 温 度 下限 上限最适温温 度一定时间内的生长量 是 否 所 有 的 微 生 物 的 生 活 温 度 都 一 样 呢 ？ ？ 不（ 一 ） 根 据 最 适 生 长 温 度 分 类 细 菌 （ 微 生 物 ）1 低 温 型 微 生 物 psychrophiles（ 嗜 冷 微 生 物 ） 2 中 温 型 微 生 物 mesophiles（ 嗜 温 微 生 物 ） 3 高 温 型 微 生 物 thermophiles（ 嗜

40、 热 微 生 物 ） 1 低 温 型 微 生 物 psychrophiles（ -5 +30 ）雪 藻n最 适 温 范 围 10 20 。分 布 ： 海 水 及 冷 藏 食 品 。 2 中 温 型 微 生 物 mesophiles（ 5 -50 ）n最 适 温 范 围 25 30 。 分 布 ： 土 壤 、 植 物 、 温 血 动 物 及 人 体 中的 微 生 物 大 部 分 属 于 该 类 型 。 大 肠 杆 菌 、 伤 寒 杆 菌 、 痢 疾 杆 菌 等 3 高 温 型 微 生 物 thermophiles （ 25 80 ）热 泉 中 的 细 菌污 泥 消 化 的 高 温 厌 氧 处理

41、利 用 该 类 菌最 适 温 度 50 60 。 极 端 嗜 热 微 生 物 最 适 温 度70 90 （ 温 泉 、 火 山 喷 口 ） 分 布 ： 堆 肥 、 沼 气 、 发 酵 池 。 （ 二 ） 高 温 灭 菌 、 低 温 抑 菌高温灭菌 干 热 灭 菌湿 热 灭 菌 火 焰 灭 菌 烘 箱 内 干 燥 热 空 气 灭 菌 巴 斯 德 消 毒 法间 歇 灭 菌 法高 压 蒸 汽 灭 菌 法 高 温 灭 菌 ： 高 温 蛋 白 质 凝 固 变 性 ， 酶 失 活 。 1 干 热 灭 菌 (dry heat sterilization) 2） 干 燥 热 空 气 箱 灭 菌 用 法 ： 1

42、60-170 ,2小 时 （ 利 用 热 空 气 灭 菌 ) 特 点 ： 由 于 空 气 传 热 穿 透 力 差 ， 菌 体 在 脱 水 状 态 下 不 易 杀 死 。 所 以 温 度 高 、 时 间 长 。 适 用 ： 玻 璃 器 皿 、 金 属 器 械 等 耐 高 温 的 固 体 物 。 1） 火 焰 灭 菌 ： 常 用 酒 精 灯 、 接 种 环 特 点 ： 彻 底 、 迅 速 。 2 湿 热 灭 菌 (moist heat sterilization) （ 主 讲 高 压 蒸 汽 灭 菌 法 ）利 用 水 的 沸 点 随 水 蒸 气 压 力 的 增 加 而 上 升 ， 以 达 到 高

43、温 灭 菌 目 的 的 方 法 。 a 方 法 ： 一 般 121 （ 1kg/cm2或 15磅 /英 寸 2） 20-30min。 b 适 用 ： 耐 高 温 物 品 如 培 养 基 ， 无 菌 水 ， 培 养 皿 。 湿 热 灭 菌 较 干 热 灭 菌 效 果 好1) 特 点 ： 温 度 低 、 时 间 短 、 灭 菌 效 果 好 。 2) 灭 菌 效 果 好 的 原 因 ： 菌 体 内 含 水 量 越 高 凝 固 温 度 越 低 。 蒸 汽 冷 凝 会 放 出 潜 热 。 饱 和 水 蒸 汽 穿 透 力 强 。 湿 热 易 破 坏 细 胞 内 蛋 白 质 大 分 子 的 稳 定 性 ，

44、主 要 破 坏 氢 键 结 构 。 低 温 抑 菌低 温 可 延 缓 微 生 物 的 生 理 活 动 (故 采 用 低 温 保 藏 微 生 物 ) 。 .酶 在 低 温 下 仍 起 作 用 .微 生 物 质 膜 中 不 饱 和 脂 肪 酸 含 量 高 (低 温 下 仍保 持 半 流 体 状 态 ) 低 温 下 微 生 物 为 什 么 能 生 存 ？ ？注 ： 温 度 的 调 整 对 工 业 废 水 生 物 处 理 意 义 重 大 。 二 氢 离 子 浓 度 （ pH值 ）1、 细 菌 ： pH 7.0 -7.6 2、 酵 母 、 霉 菌 : pH 5 -6 3、 放 线 菌 : pH 7.6

45、-8微 生 物 生 活 的 PH在 4.0 9.0之 间 微 生 物 在 酸 性 太 强 或碱 性 太 强 的 环 境 里 ，一 般 不 能 生 活 。 工 业 废 水 的 pH值 过 高或 过 低 应 该 加 以 中 和 ，作 适 当 调 整 。 n 1 配 制 培 养 基 时 调 节 好 PH， 适 于 培 养 的 微 生 物 需 要 。 n 2 培 养 基 中 的 蛋 白 胨 、 氨 基 酸 有 一 定 的 缓 冲 能 力 。 n 3 加 入 缓 冲 物 质 磷 酸 盐 、 碳 酸 盐 等 三 氧 化 还 原 电 位 （ Eh值 ） V氧 化 还 原 电 位 与 氧 气 多 少 有 关

46、。 成 正 比 。 氧 气 含 量 高 ， Eh值 高 ； 氧 气 含 量 低 ， Eh值 低 。好 氧 微 生 物 大 于 0.1V 生 长 。 0.3 0.4V 最 适 宜 厌 氧 微 生 物 低 于 0.1V 生 长 兼 性 厌 氧 微 生 物 大 于 0.1V 好 氧 生 活 小 于 0.1V 厌 氧 生 活 Eh值 在 废 水 处 理 中 的 作 用1 氧 化 还 原 电 位 用 来 探 测 有 毒 物 质 和 工 业 废 水 是 否 存 在 2 观 察 生 物 处 理 构 筑 物 的 工 作 情 况 （ 充 氧 是 否 正 常 ）活 性 污 泥 法 系 统 ： Eh值 +200+6

47、00mv之 间 。 污 泥 消 化 法 系 统 ： Eh值 -100-200mv之 间 。 四 水 分微 生 物 细 胞 含 有 大 量 水 分 。 生 活 在 水 分 大 的 环 境 中 。过 于 干 燥 ， 细 菌 不 能 生 长 。 但 细 菌 的 芽 孢 和 微 生物 的 孢 子 耐 干 燥 能 力 强 ， 在 干 燥 环 境 中 可 以 保 存几 十 年 。用 干 燥 保 存 食 品 ， 防 止 物 品 腐 败 。 五 渗 透 压细 菌 的 细 胞 膜 是 半 透 性 。细 菌 体 外 水 溶 液 的 渗 透 压 =细 胞 内 的 渗 透 压 正 常 生 活 。生 活 在 高 渗 压

48、 液 中 ， 失 水 、 质 壁 分 离 生 活 在 低 渗 压 液 中 ， 吸 水 膨 胀 。用 盐 腌 或 蜜 饯 保 存 食 品 。 六 光 线日 光 中 的 紫 外 线 杀 菌 。n1 杀 菌 波 长 范 围 ： 240 300nm。 最 强 作 用 波 长 265 266nm。 2 应 用 ： 表 面 消 毒 或 空 气 灭 菌 、 浅 层 水 的 灭 菌 。 育 种 的 诱 变 剂 不 能 穿 透 玻 璃 。 七 化 学 药 剂1 强 氧 化 剂 氧 化 细 菌 的 细 胞 物 质 ， 正 常 代 谢 受 阻 ， 死 亡 。 0.1%KMnO4， 公 共 茶 具 、 水 果 0.5

49、1%的 漂 白 粉 、 液 氯 ， 饮 水 、 游 泳 池水 的 消 毒 。 1份 生 石 灰 +4至 8份 水 制 成 石 灰 乳 ， 粪 便 和排 泄 物 消 毒 。 2 有 机 物v石 炭 酸 （ 苯 酚 ） : 0.1%， 抑 菌 1%， 20min杀 死 菌 35%， 几 分 钟 杀 死 菌v来 苏 尔 ： 36%， 消 毒 器 械 2%， 洗 手v酒 精 ： 6075%， 杀 菌 力 最 强 纯 酒 精 无 杀 菌 力 。 纯 酒 精 会 使 细 胞 表 面 很 快脱 水 至 硬 化 ， 阻 止 酒 精 分 子 继 续 渗 入 细 胞 。 3 染 料碱 性 染 料 比 酸 性 染

50、料 杀 菌 力 强 。 1%龙 胆 紫 液 用 于 皮 肤 消 毒 。 复 习 思 考 题1 细 菌 有 哪 几 种 营 养 类 型 ？ 它 们 的 碳 源 和 能 源 分 别 是 什 么 ？ 2 细 菌 有 哪 几 种 呼 吸 类 型 ？ 它 们 的 最 终 电 子 受 体 分 别 是 什 么 ？ 3 微 生 物 的 呼 吸 类 型 在 废 水 生 物 处 理 中 如 何 应 用 ？ 4 对 米 -门 公 式 加 以 说 明 。 5 影 响 酶 促 反 应 的 因 素 有 哪 些 ？ 6 环 境 因 素 如 何 影 响 细 菌 的 生 长 （ 综 合 分 析 ） ？ 7 紫 外 线 杀 菌 的 机 理 和 适 用 范 围 是 什 么 ？ 8 灭 菌 、 消 毒 、 抑 菌 、 无 菌 操 作 的 概 念 。