第六章微生物生长代谢与遗传变异课件

第六章微生物生长代谢与遗传变异第一节微生物的代谢第二节微生物的生长、繁殖第三节微生物的遗传与变异第四节菌种的保藏第六章微生物生长代谢与遗传变异第一节微生物的代谢第二1微生物代谢：微生物细胞所进行的化学反应的总和。微生物合成代谢：小分子合成复杂大分子的过程；（教材Ｐ70同化作用）营养物质合成细胞物质的过程——吸收能量微生物分解代谢：细胞物质或营养物质降解形成简单产物的过程。（教材70异化作用）第一节微生物的代谢新陈代谢=分解代谢+合成代谢

分解代谢酶系合成代谢酶系(有机物)复杂分子简单分子+ATP+[H]微生物代谢：微生物细胞所进行的化学反应的总和。第一节微生21857年,巴斯德等提出酒精发酵是细胞活动的结果。1878年，提出“酶”的名称；Liebig等提出发酵现象是由于溶解于细胞液中的酶引起的；1897年，Büchner兄弟用不含细胞的酵母汁实现了发酵，证明了发酵与细胞无关；1913年，Michaelis等提出了酶促动力学原理；1926年，Sumner第一次从刀豆中提出了脲酶结晶，并证明其具有蛋白质性质；20世纪30年代，Northrop又分离出结晶的蛋白酶、胰蛋白酶及胰凝乳蛋白酶，确立了酶的蛋白质本质。……………..一、酶1857年,巴斯德等提出酒精发酵是细胞活动的结果。1878年3一、酶分类特性影响酶活力得因素一、酶分类4按所催化的反应类型氧化还原酶转移酶水解酶裂解酶合成酶同分异构酶按所催化的反应类型氧化还原酶5催化大分子有机物水解成小分子反应式可以表示为：AB+H2OAOH+BH如：水解细胞壁的？酶（1）水解酶类催化大分子有机物水解成小分子（1）水解酶类6催化氧化还原反应的酶反应式为：AH2+BA+BH2（2）氧化还原酶类这类酶按照供氢体又可分为氧化酶和脱氢酶氧化酶：A、催化底物脱氢，氢由辅酶（FAD或FMN）传递给活化氧，两者结合生成H2O2，反应式①：B、催化底物脱氢，活化氧和氢结合生成H2O，反应式②

：脱氢酶：催化底物脱氢，氢由中间受体NAD接受，反应式③

：催化氧化还原反应的酶（2）氧化还原酶类这类酶按照供氢体又可分7①②③AH2+O2AH2O2+AH2+½O2AH2O+如：多酚氧化酶催化含酚基的有机物脱氢，氧化为醌类和水CH3CH2OH+NADCH3CHONADH2+①AH2+O2AH2O2+AH2+½O2AH2O+如：多酚氧8催化底物的集团转移到另一有机物上的酶反应式：AR+BA+BR如：谷丙转氨酶催化谷氨酸的氨基转移到丙酮酸上，生成丙氨酸和α-酮戊二酸。实际上为取代反应（3）转移酶类催化底物的集团转移到另一有机物上的酶（3）转移酶类9催化同分异构分子内的集团重新排列如：6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。

（4）异构酶催化同分异构分子内的集团重新排列（4）异构酶10（5）裂解酶催化有机物裂解成小分子有机物反应式：ABA+B（5）裂解酶催化有机物裂解成小分子有机物反应式：ABA+B11催化底物的合成反应蛋白质和核酸的生物合成都需要合成酶参加，需要消耗ATP以获得能量。（6）合成酶反应式：A+BATPABADPPi+++或A+BATPABAMPPPi+++催化底物的合成反应（6）合成酶反应式：A+BATPABADP12酶在细胞的不同部位：可分为胞外酶、胞内酶和表面酶。按酶作用的底物不同，可分为淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、核糖核酸酶等。一种酶可以有多个名字，如：淀粉酶也属于水解酶，还属胞外酶其他分类酶在细胞的不同部位：可分为胞外酶、胞内酶和表面酶。其他分类13特性高效性专一性温和性可逆性可调节性不能说所有蛋白质都是酶，只是具有催化作用的蛋白质，才能称为酶特性高效性不能说所有蛋白质都是酶，只是具有催化作用的蛋白质，14米－门公式（酶促反应速度方程）影响酶活力的因素ν=K3[E][S]Km+[S](Km=K2+K3K1)米氏常数Km表示反应速度为最大速度一半时的底物浓度。Km值越小，表示酶与底物的反应越趋于完全；Km值越大，表明酶与底物的反应越不完全。酶浓度、底物浓度、温度、PH、激活剂、抑制剂米－门公式（酶促反应速度方程）影响酶活力的因素ν=K3[E]15当有多余的酶没与底物结合，随着底物浓度的增加，反应速度也迅速增加。当酶全部与底物结合成中间产物，随着底物浓度的增加，反应速度的增加也减缓。

（1）酶浓度对酶促反应速度的影响

底物分子浓度足够时，酶分子越多，底物转化的速度越快。（2）底物浓度对酶促反应速度的影响当有多余的酶没与底物结合，随着底物浓度的增加，反应16（3）温度对酶反应速度的影响（4）ＰＨ对酶反应速度的影响（3）温度对酶反应速度的影响（4）ＰＨ对酶反应速度的影响17凡是能提高酶活性的物质，都称为激活剂(activator)，其中大部分是离子或简单有机化合物。如K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Zn2+、Cl-、Br-等。作用机理是稳定改变中心、提高亲和力。（5）激活剂对酶反应速度的影响凡是能提高酶活性的物质，都称为激活剂(activator)，18能减弱、抑制甚至破坏酶活性的物质称为酶的抑制剂。可分为两种形式：竞争性抑制：抑制剂与底物竞争，从而阻止底物与酶的结合。非竞争性抑制：酶可以同时与底物及抑制剂结合，两者都没有竟争作用

（6）抑制剂对酶反应的影响能减弱、抑制甚至破坏酶活性的物质称为酶的抑制剂。（6）抑制剂19二、微生物的呼吸作用（一）微生物呼吸作用的本质生物体内的物质经过一系列连续的氧化还原反应分解并释放能量的过程。A—H2A辅酶辅酶－H2受氢体受氢体－H2脱氢酶氧化酶第一节微生物的代谢生物体内的物质以脱氢方式被氧化分解，并释放能量的过程。微生物以O2或其它无机物为电子最终受体进行有机物氧化的过程。变为热，散失；供合成反应和生命的其他活动；贮存在ATP（三磷酸腺苷）中。二、微生物的呼吸作用（一）微生物呼吸作用的本质生物体内的物质20高能键化合物高能键化合物的共性：高能键的形成和断开可逆，沟通了微生物两个代谢类型——光能光能营养型微生物化能营养型微生物化学能耗能代谢合成代谢和分解代谢ATPADP二、微生物的呼吸作用第一节微生物的代谢微生物的呼吸作用产生能量变为热，散失；供合成反应和生命的其他活动；贮存在ATP（三磷酸腺苷）中。高能键化合物高能键化合物的共性：光能光能营养型微生物化学能耗21（二）微生物的主要呼吸类型有氧呼吸无氧呼吸发酵光能转换（光合磷酸化）产能方式共同点：氧化还原反应区别点：电子最终受体氧化基质二、微生物的呼吸作用第一节微生物的代谢呼吸类型（二）微生物的主要呼吸类型有氧呼吸产能方式共同点：氧化还原22二、微生物的呼吸作用第一节微生物的代谢2、无（厌）氧呼吸：最终电子受体：无机氧化物；NO3－SO4＝CO3＝硝酸还原、硫酸盐还原、碳酸盐还原底物：有机物。1、有氧呼吸：最终电子受体：分子氧；底物：有机物全部被氧化成CO2和H2O，并产生ATP。类型（据电子最终受体分）3、发酵：产能效率介于好氧呼吸和发酵之间二、微生物的呼吸作用第一节微生物的代谢2、无（厌）氧呼吸23葡萄糖糖酵解作用(EMP)丙酮酸发酵有氧无氧各种发酵产物三羧酸循环(TCA)被彻底氧化生成CO2和水，释放大量能量。

有氧呼吸：电子传递链；氧分子；(最终电子受体)葡萄糖糖酵解作用(EMP)丙酮酸发酵有氧无氧各种发酵产物三24好氧呼吸产能的代表途径；指由丙酮酸经过一系列循环反应而彻底氧化、脱羧，形成CO2、H2O和NADH2的过程。是广泛存在于各种生物体中的重要化学反应，在好氧微生物中普遍存在，也称为三羧酸循环；由诺贝尔奖获得者（1953）、德国学者H.A.Kerbs于1937年提出。TCA循环好氧呼吸过程中，葡萄糖的氧化分解为两阶段（1）葡萄糖经EMP途径酵解，不需要消耗氧，形成中间产物（2）丙酮酸的有氧分解（TCA循环）。好氧呼吸产能的代表途径；TCA循环好氧呼吸过程中，葡萄糖的氧25三羧酸循环图注意：能量、产物的产生三羧酸循环图注意：能量、产物的产生26从葡萄糖开始，能量统计EMP途径、TCA循环葡萄糖2个丙酮酸EMP2ATP+2NADH相当于8个ATP2丙酮酸2乙酰－SCoA脱羧2个NADH相当于6个ATP2乙酰－SCoATCA循环2草酸乙酰6NADH+2FADH+2ATP相当于24个ATP30个ATP从葡萄糖开始，能量统计EMP途径、TCA循环葡萄糖2个丙27定义：指一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化。氧化底物一般为有机物，如：葡萄糖、乙酸等，被氧化为CO2，生成ATP。根据呼吸链末端氢受体的不同，可有多种呼吸类型。无氧呼吸定义：指一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（少数为有机氧28（1）硝酸盐呼吸－－NO3-作为最终电子受体NO3-被还原成NO2-、N2O和N2，供氢体可以是葡萄糖、乙酸、甲醇等有机物，也可以是H2和NH3该过程叫脱氮作用，也叫反硝化作用或硝酸盐还原作用。能进行硝酸盐呼吸的都是兼性厌氧微生物－反硝化细菌。生物处理中，可除去含氮化合物中的氮。无氧呼吸的典型类型（1）硝酸盐呼吸－－NO3-作为最终电子受体无氧呼吸的典型类29（2）硫酸盐呼吸－－SO42-作为最终电子受体是一类称作硫酸盐还原菌的严格厌氧菌在无氧条件下获取能量的方式；特点：底物脱氢后，经呼吸链递氢，最终由末端氢受体受氢，在递氢过程中与氧化磷酸化作用相偶联而获得ATP。硫酸盐呼吸最终还原产物是H2S。石油管道中，厌氧微生物的硫酸盐呼吸产生的H2S使管道环境为酸性，易腐蚀管道；生物处理中，该呼吸产生的H2S可以和某些重金属离子结合形成硫化物沉淀，而除去水中重金属污染。无氧呼吸的典型类型（2）硫酸盐呼吸－－SO42-作为最终电子受体无氧呼吸的典型30（3）碳酸盐呼吸——CO2或CO作为最终电子受体产甲烷菌可利用甲醇、乙醇、乙酸等作为氢供体，将CO2还原为CH4。可以用来获得清洁能源－－甲烷气。有机废物的卫生填埋等需要考虑厌氧产生的甲烷气，可以收集来作为能源。无氧呼吸的典型类型（3）碳酸盐呼吸——CO2或CO作为最终电子受体无氧呼吸的典313、发酵（代谢发酵）有机物氧化的基质最终受氢体有机物氧化有机物(1)发酵的特点：工业发酵：利用微生物进行大规模生产的过程，均称发酵。微生物或细胞在不需要氧的条件下转化物质的形态并将底物中的化学能转移产生ATP的一种方式。二、微生物的呼吸作用第一节微生物的代谢底物氧化不彻底，释放部分能量。产能少3、发酵（代谢发酵）有机物氧化的基质32葡萄糖糖酵解作用(EMP)丙酮酸发酵有氧无氧各种发酵产物三羧酸循环(TCA)被彻底氧化生成CO2和水，释放大量能量。葡萄糖糖酵解作用(EMP)丙酮酸发酵有氧无氧各种发酵产物三33EMP途径产生2分子丙酮酸，获得2个ATP和2个NADH（或NADH+H+），NADH可在有氧条件下经呼吸链的氧化磷酸化产生6个ATP，在无氧条件下则可把丙酮酸还原成乳酸或乙醇。糖酵解的步骤步骤一步骤二发酵产物EMP途径产生2分子丙酮酸，获得2个ATP和2个NADH（或34两大步骤（1）两大步骤第一步：不涉及氧化还原反应的预备性反应，生成2分子中间产物3－磷酸甘油醛；第二步：发生氧化还原反应，合成ATP并形成两分子的丙酮酸。EMP途径两大步骤EMP途径35如：酿酒酵母进行的酵母菌同型酒精发酵；由德氏乳杆菌、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌进行的同型乳酸发酵。………..通过这些发酵，微生物可获得生命活动需要的能量，人类则可获得代谢产物由EMP途径中的丙酮酸出发的发酵，在不同微生物中可进入不同的发酵途径。如：酿酒酵母进行的酵母菌同型酒精发酵；由EMP途径中的36(2)乙醇发酵（1）氧化基质：葡萄糖（2）最终的受氢体：乙醛（3）丙酮酸脱羧酶发酵特点C6H12O6+2ADP+2Pi2CH3CH2OH+2CO2+2ATP葡萄糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸乙醇乙醛丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸

2NAD+2NADH2ATP2ADP2ADP2ATP2ADP2ATP[O][H]丙酮酸脱羧酶二、微生物的呼吸作用第一节微生物的代谢(2)乙醇发酵（1）氧化基质：葡萄糖发酵特点C6H12O637(3)乳酸发酵C6H12O6+2ADP+2Pi2CH3CHOHCOOH+2ATP葡萄糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸乳酸丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸

2NAD2NADH2ATP2ADP2ADP2ATP2ADP2ATP[O][H]（1）氧化基质：葡萄糖（2）最终的受氢体：丙酮酸发酵特点二、微生物的呼吸作用第一节微生物的代谢(3)乳酸发酵C6H12O6+2ADP+2Pi38(4)发酵类型的比较b.糖酵解过程是两发酵类型ATP产生的唯一来源。

基质（底物）水平的磷酸化

底物在其氧化过程中形成某些具有高能磷酸键的中间产物，这类中间产物，可将其高能键通过酶的作用转给ADP而形成ATP的过程。两个发酵类型的共同点：a.糖酵解途径(EMP)是发酵的主要途径。二、微生物的呼吸作用第一节微生物的代谢(4)发酵类型的比较b.糖酵解过程是两发酵类型ATP产生39巴斯德效应：一些兼性厌氧菌在无氧条件下进行发酵作用，而有氧条件下进行呼吸作用的现象。(4)发酵类型的比较不同点：丙酮酸丁酸丁醇发酵丙酸发酵混合酸发酵丁二醇发酵正型乳酸发酵酒精发酵二、微生物的呼吸作用第一节微生物的代谢巴斯德效应：一些兼性厌氧菌在无氧条件下进行发酵作用，而有氧条40第二节微生物生长、繁殖1.生长、繁殖生长：微生物细胞的增长。（单细胞、多细胞）繁殖：微生物个体数目的增加。群体生长：个体的进一步生长，就引起了群体的生长；群体的生长可以用重量、体积、个体浓度或密度指标来测定。群体生长＝个体生长+个体繁殖一般微生物的研究和应用中，只有群体的生长才有意义，所以通常讲的“生长”是指群体生长。一、微生物生长繁殖的概念第二节微生物生长、繁殖1.生长、繁殖一、微生物生长繁殖的41（1）概念两次细胞分裂的时间间隔，称为世代时间。（2）影响世代时间受培养环境的影响。不同的微生物，生长繁殖速度不同，世代时间也有不同2.世代时间第二节微生物生长、繁殖一、微生物生长繁殖的概念（1）概念2.世代时间第二节微生物生长、繁殖一、微生物生42二、微生物生长、繁殖的测定1、生长测定直接法间接法测体积称干重测含碳量其他2、繁殖测定直接法：显微镜直接计数法间接法平板计数法薄膜过滤计数法第二节微生物生长、繁殖二、微生物生长、繁殖的测定1、生长测定直接法测体积测含碳量2431、称重法用离心或过滤的方法将菌体从培养基中分离、冼净，称湿重或干重。优点：简单可靠。在活性污泥法中采用的指标：（1）混合液悬浮固体(MLSS)（粗放测定）

污泥—干燥----称重(W1)（2）挥发性悬浮固体(MLVSS)（相对准确）

上述已称重污泥-----马福炉(500度2小时)----冷却---称重(W2)二、微生物生长、繁殖的测定第二节微生物生长、繁殖1、称重法在活性污泥法中采用的指标：二、微生物生长、繁殖的测442、含氮量测定法

根据样品中菌体蛋白质含量计算微生物重量的方法。

原理：（1）微生物蛋白质含量稳定（2）氮是蛋白质的稳定成分(蛋白质量=6.25×总含N量)优点：测定准确。二、微生物生长、繁殖的测定第二节微生物生长、繁殖2、含氮量测定法原理：（1）微生物蛋白质含量稳定优点：测定准453、显微镜直接计数法使用细菌计数板或血球计数板在显微镜下直接计数。

优点：操作简便，计数直观。二、微生物生长、繁殖的测定第二节微生物生长、繁殖3、显微镜直接计数法二、微生物生长、繁殖的测定第二节微生464、平板计数法对样品稀释培养，据形成的菌落数计数。

优点：传统计数方法。对设备要求不高。10-310-510-410-6二、微生物生长、繁殖的测定第二节微生物生长、繁殖4、平板计数法10-310-510-410-6二、微生物生长471、培养方法分批培养：一定的环境下，微生物在一个有液体培养基的容器内生长繁殖。连续培养：流入新鲜培养基的同时不断流出培养物的培养方式。三、微生物的生长规律——生长曲线第二节微生物生长、繁殖1、培养方法三、微生物的生长规律——生长曲线第二节微生48将菌种接种在液体培养基中隔一定时间取样，计算菌数，以菌数的对数为纵坐标，生长时间为横坐标作图。2、典型生长曲线：三、微生物的生长规律——生长曲线第二节微生物生长、繁殖将菌种接种在液体培养基中隔一定时间取样，计算菌数，以49根据细菌生长繁殖速率将生长曲线分四个时期：适应期对数期稳定期衰亡期三、微生物的生长规律——生长曲线第二节微生物生长、繁殖根据细菌生长繁殖速率将生长曲线分四个时期：适50（1）适应期

又称停滞期或调整期。指少量微生物接种到新培养液中后，在开始培养的一段时间内细胞数目不增加的时期。特点：①生长速率常数等于零。②细胞形态变大或增长③细胞内RNA尤其是rRNA含量增高，原生质呈嗜碱性。④合成代谢活跃。⑤对外界不良条件反应敏感。（1）适应期特点：51①接种龄接种龄即“种子”的群体生长年龄，亦即它处在生长曲线上的哪一个阶段。实验证明，如果以对数期接种龄的“种子”接种，则子代培养物的适应期就短。②接种量接种量的大小明显影响适应期的长短。（基数大）③培养基成分接种到营养丰富的天然培养基中的微生物，要比接种到营养单调的组合培养基中的适应期短。影响适应期长短的因素：①接种龄接种龄即“种子”的群体生长年龄，亦即它处在52（2）对数期又称指数期，是指在生长曲线中，紧接着延滞期的一个细胞以几何级数速度分裂的一段时期。特点：①生长速率常数R最大，因而细胞每分裂一次所需的代时G或原生质增加一倍所需的倍增时间最短；②细胞进行平衡生长，菌体内各种成分最为均匀；③酶系活跃，代谢旺盛。对数期的微生物可作为代谢、生理等研究的良好材料，是发酵生产中用作“种子”的最佳种龄。

（2）对数期特点：对数期的微生物可作为代谢、生理等研究的良好53繁殖代数n：x2=x1·2n以对数表示：lgx2=lgx1+nlg2

生长速率常数R世代时间G对数生长期的三个参数繁殖代数n：x2=x1·2n世代时间G对数生长期的三个参数54（3）稳定期

又称静止期或最高生长期。特点：细胞数目不增加(R=0)，即处于新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等，或正生长与负生长相等的动态平衡之中。菌体产量达到了最高点，而且菌体产量与营养物质的消耗间呈现出一定的比例关系细胞长、大代谢旺盛(RNA含量增加)诱导酶迅速合成对不良条件敏感，抵抗力降低（3）稳定期55①营养物尤其是生长限制因子的耗尽；②营养物的比例失调，例如C／N比值不合适等；③有害代谢产物的累积；④pH、氧化还原势等物化条件越来越不适宜，等等。

稳定期到来的原因主要是：①营养物尤其是生长限制因子的耗尽；稳定期到来的原因主要是：56（4）衰亡期

特点：个体死亡的速度超过新生的速度(繁殖数<死亡数)，整个群体就呈现出负生长（R<0）。细胞形态多样，例如会产生很多膨大、不规则的退化形态；有的微生物因蛋白水解酶活力的增强就发生自溶；有的微生物在这时产生或释放对人类有用的抗生素等次生代谢产物；在芽孢杆菌中，芽孢释放往往也发生在这一时期（4）衰亡期57产生衰亡期的原因主要是外界环境对继续生长越来越不利，从而引起细胞内的分解代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体死亡。如：营养物耗尽，细菌利用贮存颗粒进行内源呼吸造成自身溶解；有毒代谢物积累，抑制细菌生长等。产生衰亡期的原因主要是外界环境对继续生长越来越不利，从而引起58活性污泥法的微生物的生长规律和纯菌种的一致，生长曲线也相似；一般划为三个阶段：生长上升阶段、生长下降阶段、内源呼吸阶段活性污泥法的微生物的生长规律和纯菌种的一致，生长曲线也相似；59什么时期菌体代谢产物最多什么时期细菌细胞代谢活性最强什么时候细菌细胞总数最多什么时期细菌细胞生长速度最快什么时期世代时间短而稳定对数生长期稳定期对数生长期对数生长期小结三、微生物的生长规律——生长曲线第二节微生物生长、繁殖稳定期什么时期菌体代谢产物最多什么时期细菌细胞代谢活性最强什么时候603.连续培养微生物的生长规律两种连续培养方式：恒浊连续培养：维持培养液中细菌的浓度恒定。恒化连续培养：维持进水中营养成分恒定。适合污水生物处理。连续培养装置示意图3.连续培养微生物的生长规律两种连续培养方式：连续培养装置61目前,污水连续生物处理法均类似于恒化连续培养；（流速不完全恒定）目前,污水连续生物处理法均类似于恒化连续培养；（流速不完全62

在连续培养中，微生物的生长状态和规律与分批培养不同，往往是处在相当于分批培养中生长曲线的某一生长阶段。如：废水生物处理的连续运行过程中，活性污泥中的微生物处在相当于分批培养生长曲线的生长阶段：加速期或对数期，或静止期或衰亡期。连续培养微生物的生长规律在连续培养中，微生物的生长状态和规律与63进水对数期衰老期平推流式活性污泥法稳定期占优势进水对数期衰老期平推流式活性污泥法稳定期占优势64废水生物处理设计时，按废水的水质情况，可利用不同阶段的微生物处理废水。如：常规活性污泥法，稳定期生物吸附法，稳定期高负荷活性污泥法，对数期延时曝气法处理低浓度有机废水，衰老期4.生长曲线在污水生物处理中的应用废水生物处理设计时，按废水的水质情况，可利用不同阶段的微生物65第三节微生物的遗传与变异遗传和变异是一切生物体最本质的属性之一。第三节遗传和变异是一切生物体最本质的属性之一。66指上一代生物如何将自身的一整套遗传基因传递给下一代的行为或功能。遗传遗传具有保守性优点：保障优良性状稳定遗传；缺点：环境变化，无法适应而死亡。几个重要概念：指上一代生物如何将自身的一整套遗传基因传递给下一代的行为或功67遗传型又称基因型，指某一生物个体所含有的全部遗传因子即基因组所携带的遗传信息。是一种内在的可能性或潜力。表型指某一生物体所具有的一切外表特征和内在特性的综合，是其遗传性在合适环境条件下通过代谢和发育而得到的具体表现。是一种现实性。遗传型（可能性）+环境条件表型（现实性）代谢，发育遗传型又称基因型，指某一生物个体所含有的全部遗传因子即基因组68指生物体在某种外因或内因的作用下所引起的遗传物质结构或数量的改变，也是遗传型的改变。特点：出现几率低性状变化幅度大新性状稳定、可遗传变异指生物体在某种外因或内因的作用下所引起的遗传物质结构或数量的69饰变外表的修饰性改变，即一种不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录、转译水平上的表型变化。特点：群体中的个体几乎都同样变化性状变化的幅度小不遗传饰变外表的修饰性改变，即一种不涉及遗传物质结构改变而只发生在701.种瓜得瓜，种豆得豆；2.龙生龙，凤生凤，老鼠儿子会打洞；3.虎父无犬子；4.一母生九子，母子十不同。请大家想一想，与遗传变异有关的俗语或谚语有哪些？1.种瓜得瓜，种豆得豆；请大家想一想，与遗传变异有关的俗语或71微生物遗传变异的应用遗传是相对的，变异是绝对的。利用物理因素、化学药物处理微生物提高其变异频率，可获得具有优异特性的变异菌株。工业废水生物处理中，可以用含有某些污染物的废水筛选、培养菌种，使其适应并有高效降解其中污染物能力。驯化微生物遗传变异的应用遗传是相对的，变异是绝对的。驯化72一、遗传和变异的物质基础1866年－奧地利孟德尔发表论文《植物杂交实验》，提出分离律、自由配合律等遗传定律。1879年－德国生物学家弗来明在细胞核內发现了染色质1903年－美国细胞学家萨顿发现，细胞染色体的活动方式，与孟德尔所描述的遗传因子极为类似。1909年－丹麦的丹麦的植物遗传学家约翰逊开始以“基因”取代“遗传因子”1910年－美国遗传学家摩根通过果蝇的研究，证明了基因存在染色体上真正确立遗传物质：1944年后的3个著名实验。一、遗传和变异的物质基础1866年－奧地利孟德尔发表论文《植73哪些人用什么方法最终证明了遗传的物质基础？1.格里菲斯经典转化实验（1928）及埃弗里、麦克劳德、麦卡蒂等人的转化补充实验（1941）。2.赫西和蔡斯大肠杆菌T2噬菌体感染大肠杆菌实验。3.H.Fraenkel-Conrat植物病毒的重建实验1.格里菲斯经典转化实验（1928）及埃弗里、麦克劳德、麦卡74R型菌（粗糙、无毒性）S型菌（光滑、有毒性）多糖类荚膜格里菲斯——肺炎双球菌转化实验R型菌S型菌多糖类荚膜格里菲斯——肺炎双球菌转化实验75将R型活菌注入小鼠体内一段时间后将R型活菌注入小鼠体内一段时间后76将S型活菌注入小鼠体内一段时间后将S型活菌注入小鼠体内一段时间后77将灭活的S型菌注入小鼠体内一段时间后将灭活的S型菌注入小鼠体内一段时间后78将R型活菌与灭活的S型菌注入小鼠体内一段时间后细菌发生转化，性状的转化可以遗传。将R型活菌与灭活的S型菌注入小鼠体内一段时间后细菌发生转化，79埃弗里、麦克劳德、麦卡蒂转化补充实验

从S型肺炎球菌活体上取得蛋白质、荚膜、DNA、RNA，分别与R型肺炎球菌混合后注入到小白鼠体内结果被注入DNA的小白鼠死亡，其它小白鼠存活。埃弗里、麦克劳德、麦卡蒂转化补充实验从S型肺80DNA蛋白质多糖RNA只有DNA引起R型肺炎球菌转化，DNA是其遗传物质DNA蛋白质多糖RNA只有DNA引起R型肺炎球菌转化，DNA81赫西和蔡斯实验——噬菌体侵染细菌的实验（含S）（含P）赫西和蔡斯实验——噬菌体侵染细菌的实验（含S）（含P）82用放射性同位素35S标记外壳蛋白质细菌内无放射性用放射性同位素35S标记外壳蛋白质细菌内无放射性83用放射性同位素32P标记内部DNA细菌内有放射性表明DNA是遗传物质用放射性同位素32P标记内部DNA细菌内有放射性表明DNA是84植物病毒的重建试验H.Fraenkel-Conrat（1956）用含RNA的烟草花叶病毒（TMV）进行植物病毒重建实验：将TMV放在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就能将它的蛋白质外壳和RNA核心分离，发现裸露的RNA能感染烟草，而蛋白质不感染烟草。选用一株与TMV近缘的霍氏车前花叶病毒HRV进行实验。植物病毒的重建试验H.Fraenkel-Conrat（19585TMV重建试验红蓝箭头表示遗传信息的走向正常花叶病TMV重建试验红蓝箭头表示遗传信息的走向正常花叶病86

核酸是一切生物的遗传物质，核酸包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），绝大多数生物都是以DNA作为遗传物质的，因此DNA是主要的遗传物质。

上述三个实验可以证明核酸是遗传物质基础。含DNA的生物：以DNA为遗传物质如真核生物、原核生物和只含DNA的病毒等如流感病毒、爱滋病病毒、烟草花叶病毒等以RNA为遗传物质仅含RNA的生物：核酸是一切生物的遗传物质，核酸包括脱氧核糖核87DAN的结构与复制（一）DNA结构最经典的结构：双螺旋结构。沃森、克里克1953年提出。T——胸腺嘧啶A——腺嘌呤G——鸟嘌呤C——胞嘧啶碱基配对原则：A=T,C≡G.碱基之间一一对应，顺序固定，可以保证遗传的稳定性。如果受到干扰，个别碱基排列顺序发生变化，会导致微生物死亡或变异。（二）DAN复制边解旋边复制；半保留复制DAN的结构与复制（一）DNA结构T——胸腺嘧啶A—88AGCT脱氧核糖磷酸碱基AGCT脱氧磷酸碱基89ATGCATGC碱基配对原则：A=T,C≡G.ATGCATGC碱基配对原则：A=T,C≡G.90細胞染色體DNA蛋白質基因細胞染色體DNA蛋白質基因91基因特別是指在DNA序列上，能够表現出功能的部分存在染色体上，是一切生体内储存遗传信息的、有自我复制能力的遗传功能单位。基因按功能可分三类：结构基因、操纵区、调控基因在人类的所有染色体上，约存在30,000个基因有时单一个基因便能控制一种性狀的表現，然而，大部分的生理性狀，都是由一系列相关的基因一同调控而表現基因基因特別是指在DNA序列上，能够表現出功能的部分基因92遗传信息的传递遗传信息的传递93二、微生物的变异一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变基因突变：二、微生物的变异一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变94基因突变的类型自发突变诱变环境因素的影响，DNA复制过程的偶然错误等而导致，一般频率较低。某些物理、化学因素对生物体的DNA进行直接作用，突变以较高的频率产生。基因突变的类型自发突变诱变环境因素的影响，DNA复制过程的偶951、特点1）非对应性2）稀有性3）规律性4）独立性5）遗传和回复性6）可诱变性基因突变的特点1、特点1）非对应性基因突变的特点96证明突变的性状与引起突变的原因间无直接对应关系！如何证明基因突变的非对应性？三个经典实验变量实验、涂布实验、影印实验2、实验证据如何证明基因突变的非对应性？三个经典实验变量实验、涂布实验、97变量实验（fluctuationanalysis）SalvadorLuriaandMaxDelbruck（1943）SalvadorLuriaMaxDelbruckTheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1969变量实验（fluctuationanalysis）Salv98Newcombe的涂布实验（1949）Newcombe的涂布实验（1949）99影印实验（replicaplating）JoshuaLederbergandEstherLederberg（1952）JoshuaLederbergJ.LederbergisawardedtheNoblePrizeinMedicineandPhysiologyin1958影印实验（replicaplating）JoshuaL100突变育种从生产中选育定向培育——驯化诱变育种突变育种从生产中选育101第四节菌种保藏性状稳定的菌种是微生物学工作最重要的基本要求，否则生产或科研都无法正常进行。影响微生物菌种稳定性的因素：a）变异；b）污染；c）死亡；菌种保藏目的：保持优良性状，利于生产和科研的应用。一、菌种保藏第四节菌种保藏性状稳定的菌种是微生物学工作最重要的基本要102在一定时间内使菌种不死、不变、不乱基本要求：基本方法：生活态休眠态培养基传代培养寄主传代培养冷冻干燥斜面、平板液氮、低温冰箱沙土管、冷冻真空干燥在一定时间内使菌种不死、不变、不乱基本要求：基本方法：生活态103衰退的原因：衰老、变异衰退的表现：生长缓慢优良性状的丧失抗逆性下降衰退的预防：二、菌种的退化衰退的原因：衰老、变异衰退的表现：生长缓慢衰退的预防：二、菌1041）减少传代次数；2）创造良好的培养条件；3）利用不同类型的细胞进行接种传代采用有效的菌种保藏方法二、菌种的退化防止菌种退化的措施：1）减少传代次数；2）创造良好的培养条件；3）利用不同类型的105三、菌种的复壮纯种分离通过寄主进行复壮淘汰已衰退的个体稀释平板法平板划线法方法三、菌种的复壮纯种分离稀释平板法方法106基本过程：（1）梯度稀释过程；（2）分离培养过程涂布倾注梯度稀释过程10-110-210-310-410-510-6稀释平板法：倾注平板法和涂布平板法基本过程：（1）梯度稀释过程；（2）分离培养过107用接种环沾少许待分离的材料，在培养基表面进行多次平行划线，使微生物细胞分开生长以获得微生物纯培养的过程平板划线法用接种环沾少许待分离的材料，在培养基表面进行多次平行划线，使108第六章微生物生长代谢与遗传变异第一节微生物的代谢第二节微生物的生长、繁殖第三节微生物的遗传与变异第四节菌种的保藏第六章微生物生长代谢与遗传变异第一节微生物的代谢第二109微生物代谢：微生物细胞所进行的化学反应的总和。微生物合成代谢：小分子合成复杂大分子的过程；（教材Ｐ70同化作用）营养物质合成细胞物质的过程——吸收能量微生物分解代谢：细胞物质或营养物质降解形成简单产物的过程。（教材70异化作用）第一节微生物的代谢新陈代谢=分解代谢+合成代谢

分解代谢酶系合成代谢酶系(有机物)复杂分子简单分子+ATP+[H]微生物代谢：微生物细胞所进行的化学反应的总和。第一节微生1101857年,巴斯德等提出酒精发酵是细胞活动的结果。1878年，提出“酶”的名称；Liebig等提出发酵现象是由于溶解于细胞液中的酶引起的；1897年，Büchner兄弟用不含细胞的酵母汁实现了发酵，证明了发酵与细胞无关；1913年，Michaelis等提出了酶促动力学原理；1926年，Sumner第一次从刀豆中提出了脲酶结晶，并证明其具有蛋白质性质；20世纪30年代，Northrop又分离出结晶的蛋白酶、胰蛋白酶及胰凝乳蛋白酶，确立了酶的蛋白质本质。……………..一、酶1857年,巴斯德等提出酒精发酵是细胞活动的结果。1878年111一、酶分类特性影响酶活力得因素一、酶分类112按所催化的反应类型氧化还原酶转移酶水解酶裂解酶合成酶同分异构酶按所催化的反应类型氧化还原酶113催化大分子有机物水解成小分子反应式可以表示为：AB+H2OAOH+BH如：水解细胞壁的？酶（1）水解酶类催化大分子有机物水解成小分子（1）水解酶类114催化氧化还原反应的酶反应式为：AH2+BA+BH2（2）氧化还原酶类这类酶按照供氢体又可分为氧化酶和脱氢酶氧化酶：A、催化底物脱氢，氢由辅酶（FAD或FMN）传递给活化氧，两者结合生成H2O2，反应式①：B、催化底物脱氢，活化氧和氢结合生成H2O，反应式②

：脱氢酶：催化底物脱氢，氢由中间受体NAD接受，反应式③

：催化氧化还原反应的酶（2）氧化还原酶类这类酶按照供氢体又可分115①②③AH2+O2AH2O2+AH2+½O2AH2O+如：多酚氧化酶催化含酚基的有机物脱氢，氧化为醌类和水CH3CH2OH+NADCH3CHONADH2+①AH2+O2AH2O2+AH2+½O2AH2O+如：多酚氧116催化底物的集团转移到另一有机物上的酶反应式：AR+BA+BR如：谷丙转氨酶催化谷氨酸的氨基转移到丙酮酸上，生成丙氨酸和α-酮戊二酸。实际上为取代反应（3）转移酶类催化底物的集团转移到另一有机物上的酶（3）转移酶类117催化同分异构分子内的集团重新排列如：6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。

（4）异构酶催化同分异构分子内的集团重新排列（4）异构酶118（5）裂解酶催化有机物裂解成小分子有机物反应式：ABA+B（5）裂解酶催化有机物裂解成小分子有机物反应式：ABA+B119催化底物的合成反应蛋白质和核酸的生物合成都需要合成酶参加，需要消耗ATP以获得能量。（6）合成酶反应式：A+BATPABADPPi+++或A+BATPABAMPPPi+++催化底物的合成反应（6）合成酶反应式：A+BATPABADP120酶在细胞的不同部位：可分为胞外酶、胞内酶和表面酶。按酶作用的底物不同，可分为淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、核糖核酸酶等。一种酶可以有多个名字，如：淀粉酶也属于水解酶，还属胞外酶其他分类酶在细胞的不同部位：可分为胞外酶、胞内酶和表面酶。其他分类121特性高效性专一性温和性可逆性可调节性不能说所有蛋白质都是酶，只是具有催化作用的蛋白质，才能称为酶特性高效性不能说所有蛋白质都是酶，只是具有催化作用的蛋白质，122米－门公式（酶促反应速度方程）影响酶活力的因素ν=K3[E][S]Km+[S](Km=K2+K3K1)米氏常数Km表示反应速度为最大速度一半时的底物浓度。Km值越小，表示酶与底物的反应越趋于完全；Km值越大，表明酶与底物的反应越不完全。酶浓度、底物浓度、温度、PH、激活剂、抑制剂米－门公式（酶促反应速度方程）影响酶活力的因素ν=K3[E]123当有多余的酶没与底物结合，随着底物浓度的增加，反应速度也迅速增加。当酶全部与底物结合成中间产物，随着底物浓度的增加，反应速度的增加也减缓。

（1）酶浓度对酶促反应速度的影响

底物分子浓度足够时，酶分子越多，底物转化的速度越快。（2）底物浓度对酶促反应速度的影响当有多余的酶没与底物结合，随着底物浓度的增加，反应124（3）温度对酶反应速度的影响（4）ＰＨ对酶反应速度的影响（3）温度对酶反应速度的影响（4）ＰＨ对酶反应速度的影响125凡是能提高酶活性的物质，都称为激活剂(activator)，其中大部分是离子或简单有机化合物。如K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Zn2+、Cl-、Br-等。作用机理是稳定改变中心、提高亲和力。（5）激活剂对酶反应速度的影响凡是能提高酶活性的物质，都称为激活剂(activator)，126能减弱、抑制甚至破坏酶活性的物质称为酶的抑制剂。可分为两种形式：竞争性抑制：抑制剂与底物竞争，从而阻止底物与酶的结合。非竞争性抑制：酶可以同时与底物及抑制剂结合，两者都没有竟争作用

（6）抑制剂对酶反应的影响能减弱、抑制甚至破坏酶活性的物质称为酶的抑制剂。（6）抑制剂127二、微生物的呼吸作用（一）微生物呼吸作用的本质生物体内的物质经过一系列连续的氧化还原反应分解并释放能量的过程。A—H2A辅酶辅酶－H2受氢体受氢体－H2脱氢酶氧化酶第一节微生物的代谢生物体内的物质以脱氢方式被氧化分解，并释放能量的过程。微生物以O2或其它无机物为电子最终受体进行有机物氧化的过程。变为热，散失；供合成反应和生命的其他活动；贮存在ATP（三磷酸腺苷）中。二、微生物的呼吸作用（一）微生物呼吸作用的本质生物体内的物质128高能键化合物高能键化合物的共性：高能键的形成和断开可逆，沟通了微生物两个代谢类型——光能光能营养型微生物化能营养型微生物化学能耗能代谢合成代谢和分解代谢ATPADP二、微生物的呼吸作用第一节微生物的代谢微生物的呼吸作用产生能量变为热，散失；供合成反应和生命的其他活动；贮存在ATP（三磷酸腺苷）中。高能键化合物高能键化合物的共性：光能光能营养型微生物化学能耗129（二）微生物的主要呼吸类型有氧呼吸无氧呼吸发酵光能转换（光合磷酸化）产能方式共同点：氧化还原反应区别点：电子最终受体氧化基质二、微生物的呼吸作用第一节微生物的代谢呼吸类型（二）微生物的主要呼吸类型有氧呼吸产能方式共同点：氧化还原130二、微生物的呼吸作用第一节微生物的代谢2、无（厌）氧呼吸：最终电子受体：无机氧化物；NO3－SO4＝CO3＝硝酸还原、硫酸盐还原、碳酸盐还原底物：有机物。1、有氧呼吸：最终电子受体：分子氧；底物：有机物全部被氧化成CO2和H2O，并产生ATP。类型（据电子最终受体分）3、发酵：产能效率介于好氧呼吸和发酵之间二、微生物的呼吸作用第一节微生物的代谢2、无（厌）氧呼吸131葡萄糖糖酵解作用(EMP)丙酮酸发酵有氧无氧各种发酵产物三羧酸循环(TCA)被彻底氧化生成CO2和水，释放大量能量。

有氧呼吸：电子传递链；氧分子；(最终电子受体)葡萄糖糖酵解作用(EMP)丙酮酸发酵有氧无氧各种发酵产物三132好氧呼吸产能的代表途径；指由丙酮酸经过一系列循环反应而彻底氧化、脱羧，形成CO2、H2O和NADH2的过程。是广泛存在于各种生物体中的重要化学反应，在好氧微生物中普遍存在，也称为三羧酸循环；由诺贝尔奖获得者（1953）、德国学者H.A.Kerbs于1937年提出。TCA循环好氧呼吸过程中，葡萄糖的氧化分解为两阶段（1）葡萄糖经EMP途径酵解，不需要消耗氧，形成中间产物（2）丙酮酸的有氧分解（TCA循环）。好氧呼吸产能的代表途径；TCA循环好氧呼吸过程中，葡萄糖的氧133三羧酸循环图注意：能量、产物的产生三羧酸循环图注意：能量、产物的产生134从葡萄糖开始，能量统计EMP途径、TCA循环葡萄糖2个丙酮酸EMP2ATP+2NADH相当于8个ATP2丙酮酸2乙酰－SCoA脱羧2个NADH相当于6个ATP2乙酰－SCoATCA循环2草酸乙酰6NADH+2FADH+2ATP相当于24个ATP30个ATP从葡萄糖开始，能量统计EMP途径、TCA循环葡萄糖2个丙135定义：指一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化。氧化底物一般为有机物，如：葡萄糖、乙酸等，被氧化为CO2，生成ATP。根据呼吸链末端氢受体的不同，可有多种呼吸类型。无氧呼吸定义：指一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（少数为有机氧136（1）硝酸盐呼吸－－NO3-作为最终电子受体NO3-被还原成NO2-、N2O和N2，供氢体可以是葡萄糖、乙酸、甲醇等有机物，也可以是H2和NH3该过程叫脱氮作用，也叫反硝化作用或硝酸盐还原作用。能进行硝酸盐呼吸的都是兼性厌氧微生物－反硝化细菌。生物处理中，可除去含氮化合物中的氮。无氧呼吸的典型类型（1）硝酸盐呼吸－－NO3-作为最终电子受体无氧呼吸的典型类137（2）硫酸盐呼吸－－SO42-作为最终电子受体是一类称作硫酸盐还原菌的严格厌氧菌在无氧条件下获取能量的方式；特点：底物脱氢后，经呼吸链递氢，最终由末端氢受体受氢，在递氢过程中与氧化磷酸化作用相偶联而获得ATP。硫酸盐呼吸最终还原产物是H2S。石油管道中，厌氧微生物的硫酸盐呼吸产生的H2S使管道环境为酸性，易腐蚀管道；生物处理中，该呼吸产生的H2S可以和某些重金属离子结合形成硫化物沉淀，而除去水中重金属污染。无氧呼吸的典型类型（2）硫酸盐呼吸－－SO42-作为最终电子受体无氧呼吸的典型138（3）碳酸盐呼吸——CO2或CO作为最终电子受体产甲烷菌可利用甲醇、乙醇、乙酸等作为氢供体，将CO2还原为CH4。可以用来获得清洁能源－－甲烷气。有机废物的卫生填埋等需要考虑厌氧产生的甲烷气，可以收集来作为能源。无氧呼吸的典型类型（3）碳酸盐呼吸——CO2或CO作为最终电子受体无氧呼吸的典1393、发酵（代谢发酵）有机物氧化的基质最终受氢体有机物氧化有机物(1)发酵的特点：工业发酵：利用微生物进行大规模生产的过程，均称发酵。微生物或细胞在不需要氧的条件下转化物质的形态并将底物中的化学能转移产生ATP的一种方式。二、微生物的呼吸作用第一节微生物的代谢底物氧化不彻底，释放部分能量。产能少3、发酵（代谢发酵）有机物氧化的基质140葡萄糖糖酵解作用(EMP)丙酮酸发酵有氧无氧各种发酵产物三羧酸循环(TCA)被彻底氧化生成CO2和水，释放大量能量。葡萄糖糖酵解作用(EMP)丙酮酸发酵有氧无氧各种发酵产物三141EMP途径产生2分子丙酮酸，获得2个ATP和2个NADH（或NADH+H+），NADH可在有氧条件下经呼吸链的氧化磷酸化产生6个ATP，在无氧条件下则可把丙酮酸还原成乳酸或乙醇。糖酵解的步骤步骤一步骤二发酵产物EMP途径产生2分子丙酮酸，获得2个ATP和2个NADH（或142两大步骤（1）两大步骤第一步：不涉及氧化还原反应的预备性反应，生成2分子中间产物3－磷酸甘油醛；第二步：发生氧化还原反应，合成ATP并形成两分子的丙酮酸。EMP途径两大步骤EMP途径143如：酿酒酵母进行的酵母菌同型酒精发酵；由德氏乳杆菌、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌进行的同型乳酸发酵。………..通过这些发酵，微生物可获得生命活动需要的能量，人类则可获得代谢产物由EMP途径中的丙酮酸出发的发酵，在不同微生物中可进入不同的发酵途径。如：酿酒酵母进行的酵母菌同型酒精发酵；由EMP途径中的144(2)乙醇发酵（1）氧化基质：葡萄糖（2）最终的受氢体：乙醛（3）丙酮酸脱羧酶发酵特点C6H12O6+2ADP+2Pi2CH3CH2OH+2CO2+2ATP葡萄糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸乙醇乙醛丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸

2NAD+2NADH2ATP2ADP2ADP2ATP2ADP2ATP[O][H]丙酮酸脱羧酶二、微生物的呼吸作用第一节微生物的代谢(2)乙醇发酵（1）氧化基质：葡萄糖发酵特点C6H12O6145(3)乳酸发酵C6H12O6+2ADP+2Pi2CH3CHOHCOOH+2ATP葡萄糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸乳酸丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸

2NAD2NADH2ATP2ADP2ADP2ATP2ADP2ATP[O][H]（1）氧化基质：葡萄糖（2）最终的受氢体：丙酮酸发酵特点二、微生物的呼吸作用第一节微生物的代谢(3)乳酸发酵C6H12O6+2ADP+2Pi146(4)发酵类型的比较b.糖酵解过程是两发酵类型ATP产生的唯一来源。

基质（底物）水平的磷酸化

底物在其氧化过程中形成某些具有高能磷酸键的中间产物，这类中间产物，可将其高能键通过酶的作用转给ADP而形成ATP的过程。两个发酵类型的共同点：a.糖酵解途径(EMP)是发酵的主要途径。二、微生物的呼吸作用第一节微生物的代谢(4)发酵类型的比较b.糖酵解过程是两发酵类型ATP产生147巴斯德效应：一些兼性厌氧菌在无氧条件下进行发酵作用，而有氧条件下进行呼吸作用的现象。(4)发酵类型的比较不同点：丙酮酸丁酸丁醇发酵丙酸发酵混合酸发酵丁二醇发酵正型乳酸发酵酒精发酵二、微生物的呼吸作用第一节微生物的代谢巴斯德效应：一些兼性厌氧菌在无氧条件下进行发酵作用，而有氧条148第二节微生物生长、繁殖1.生长、繁殖生长：微生物细胞的增长。（单细胞、多细胞）繁殖：微生物个体数目的增加。群体生长：个体的进一步生长，就引起了群体的生长；群体的生长可以用重量、体积、个体浓度或密度指标来测定。群体生长＝个体生长+个体繁殖一般微生物的研究和应用中，只有群体的生长才有意义，所以通常讲的“生长”是指群体生长。一、微生物生长繁殖的概念第二节微生物生长、繁殖1.生长、繁殖一、微生物生长繁殖的149（1）概念两次细胞分裂的时间间隔，称为世代时间。（2）影响世代时间受培养环境的影响。不同的微生物，生长繁殖速度不同，世代时间也有不同2.世代时间第二节微生物生长、繁殖一、微生物生长繁殖的概念（1）概念2.世代时间第二节微生物生长、繁殖一、微生物生150二、微生物生长、繁殖的测定1、生长测定直接法间接法测体积称干重测含碳量其他2、繁殖测定直接法：显微镜直接计数法间接法平板计数法薄膜过滤计数法第二节微生物生长、繁殖二、微生物生长、繁殖的测定1、生长测定直接法测体积测含碳量21511、称重法用离心或过滤的方法将菌体从培养基中分离、冼净，称湿重或干重。优点：简单可靠。在活性污泥法中采用的指标：（1）混合液悬浮固体(MLSS)（粗放测定）

污泥—干燥----称重(W1)（2）挥发性悬浮固体(MLVSS)（相对准确）

上述已称重污泥-----马福炉(500度2小时)----冷却---称重(W2)二、微生物生长、繁殖的测定第二节微生物生长、繁殖1、称重法在活性污泥法中采用的指标：二、微生物生长、繁殖的测1522、含氮量测定法

根据样品中菌体蛋白质含量计算微生物重量的方法。

原理：（1）微生物蛋白质含量稳定（2）氮是蛋白质的稳定成分(蛋白质量=6.25×总含N量)优点：测定准确。二、微生物生长、繁殖的测定第二节微生物生长、繁殖2、含氮量测定法原理：（1）微生物蛋白质含量稳定优点：测定准1533、显微镜直接计数法使用细菌计数板或血球计数板在显微镜下直接计数。

优点：操作简便，计数直观。二、微生物生长、繁殖的测定第二节微生物生长、繁殖3、显微镜直接计数法二、微生物生长、繁殖的测定第二节微生1544、平板计数法对样品稀释培养，据形成的菌落数计数。

优点：传统计数方法。对设备要求不高。10-310-510-410-6二、微生物生长、繁殖的测定第二节微生物生长、繁殖4、平板计数法10-310-510-410-6二、微生物生长1551、培养方法分批培养：一定的环境下，微生物在一个有液体培养基的容器内生长繁殖。连续培养：流入新鲜培养基的同时不断流出培养物的培养方式。三、微生物的生长规律——生长曲线第二节微生物生长、繁殖1、培养方法三、微生物的生长规律——生长曲线第二节微生156将菌种接种在液体培养基中隔一定时间取样，计算菌数，以菌数的对数为纵坐标，生长时间为横坐标作图。2、典型生长曲线：三、微生物的生长规律——生长曲线第二节微生物生长、繁殖将菌种接种在液体培养基中隔一定时间取样，计算菌数，以157根据细菌生长繁殖速率将生长曲线分四个时期：适应期对数期稳定期衰亡期三、微生物的生长规律——生长曲线第二节微生物生长、繁殖根据细菌生长繁殖速率将生长曲线分四个时期：适158（1）适应期

又称停滞期或调整期。指少量微生物接种到新培养液中后，在开始培养的一段时间内细胞数目不增加的时期。特点：①生长速率常数等于零。②细胞形态变大或增长③细胞内RNA尤其是rRNA含量增高，原生质呈嗜碱性。④合成代谢活跃。⑤对外界不良条件反应敏感。（1）适应期特点：159①接种龄接种龄即“种子”的群体生长年龄，亦即它处在生长曲线上的哪一个阶段。实验证明，如果以对数期接种龄的“种子”接种，则子代培养物的适应期就短。②接种量接种量的大小明显影响适应期的长短。（基数大）③培养基成分接种到营养丰富的天然培养基中的微生物，要比接种到营养单调的组合培养基中的适应期短。影响适应期长短的因素：①接种龄接种龄即“种子”的群体生长年龄，亦即它处在160（2）对数期又称指数期，是指在生长曲线中，紧接着延滞期的一个细胞以几何级数速度分裂的一段时期。特点：①生长速率常数R最大，因而细胞每分裂一次所需的代时G或原生质增加一倍所需的倍增时间最短；②细胞进行平衡生长，菌体内各种成分最为均匀；③酶系活跃，代谢旺盛。对数期的微生物可作为代谢、生理等研究的良好材料，是发酵生产中用作“种子”的最佳种龄。

（2）对数期特点：对数期的微生物可作为代谢、生理等研究的良好161繁殖代数n：x2=x1·2n以对数表示：lgx2=lgx1+nlg2

生长速率常数R世代时间G对数生长期的三个参数繁殖代数n：x2=x1·2n世代时间G对数生长期的三个参数162（3）稳定期

又称静止期或最高生长期。特点：细胞数目不增加(R=0)，即处于新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等，或正生长与负生长相等的动态平衡之中。菌体产量达到了最高点，而且菌体产量与营养物质的消耗间呈现出一定的比例关系细胞长、大代谢旺盛(RNA含量增加)诱导酶迅速合成对不良条件敏感，抵抗力降低（3）稳定期163①营养物尤其是生长限制因子的耗尽；②营养物的比例失调，例如C／N比值不合适等；③有害代谢产物的累积；④pH、氧化还原势等物化条件越来越不适宜，等等。

稳定期到来的原因主要是：①营养物尤其是生长限制因子的耗尽；稳定期到来的原因主要是：164（4）衰亡期

特点：个体死亡的速度超过新生的速度(繁殖数<死亡数)，整个群体就呈现出负生长（R<0）。细胞形态多样，例如会产生很多膨大、不规则的退化形态；有的微生物因蛋白水解酶活力的增强就发生自溶；有的微生物在这时产生或释放对人类有用的抗生素等次生代谢产物；在芽孢杆菌中，芽孢释放往往也发生在这一时期（4）衰亡期165产生衰亡期的原因主要是外界环境对继续生长越来越不利，从而引起细胞内的分解代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体死亡。如：营养物耗尽，细菌利用贮存颗粒进行内源呼吸造成自身溶解；有毒代谢物积累，抑制细菌生长等。产生衰亡期的原因主要是外界环境对继续生长越来越不利，从而引起166活性污泥法的微生物的生长规律和纯菌种的一致，生长曲线也相似；一般划为三个阶段：生长上升阶段、生长下降阶段、内源呼吸阶段活性污泥法的微生物的生长规律和纯菌种的一致，生长曲线也相似；167什么时期菌体代谢产物最多什么时期细菌细胞代谢活性最强什么时候细菌细胞总数最多什么时期细菌细胞生长速度最快什么时期世代时间短而稳定对数生长期稳定期对数生长期对数生长期小结三、微生物的生长规律——生长曲线第二节微生物生长、繁殖稳定期什么时期菌体代谢产物最多什么时期细菌细胞代谢活性最强什么时候1683.连续培养微生物的生长规律两种连续培养方式：恒浊连续培养：维持培养液中细菌的浓度恒定。恒化连续培养：维持进水中营养成分恒定。适合污水生物处理。连续培养装置示意图3.连续培养微生物的生长规律两种连续培养方式：连续培养装置169目前,污水连续生物处理法均类似于恒化连续培养；（流速不完全恒定）目前,污水连续生物处理法均类似于恒化连续培养；（流速不完全170

在连续培养中，微生物的生长状态和规律与分批培养不同，往往是处在相当于分批培养中生长曲线的某一生长阶段。如：废水生物处理的连续运行过程中，活性污泥中的微生物处在相当于分批培养生长曲线的生长阶段：加速期或对数期，或静止期或衰亡期。连续培养微生物的生长规律在连续培养中，微生物的生长状态和规律与171进水对数期衰老期平推流式活性污泥法稳定期占优势进水对数期衰老期平推流式活性污泥法稳定期占优势172废水生物处理设计时，按废水的水质情况，可利用不同阶段的微生物处理废水。如：常规活性污泥法，稳定期生物吸附法，稳定期高负荷活性污泥法，对数期延时曝气法处理低浓度有机废水，衰老期4.生长曲线在污水生物处理中的应用废水生物处理设计时，按废水的水质情况，可利用不同阶段的微生物173第三节微生物的遗传与变异遗传和变异是一切生物体最本质的属性之一。第三节遗传和变异是一切生物体最本质的属性之一。174指上一代生物如何将自身的一整套遗传基因传递给下一代的行为或功能。遗传遗传具有保守性优点：保障优良性状稳定遗传；缺点：环境变化，无法适应而死亡。几个重要概念：指上一代生物如何将自身的一整套遗传基因传递给下一代的行为或功175遗传型又称基因型，指某一生物个体所含有的全部遗传因子即基因组所携带的遗传信息。是一种内在的可能性或潜力。表型指某一生物体所具有的一切外表特征和内在特性的综合，是其遗传性在合适环境条件下通过代谢和发育而得到的具体表现。是一种现实性。遗传型（可能性）+环境条件表型（现实性）代谢，发育遗传型又称基因型，指某一生物个体所含有的全部遗传因子即基因组176指生物体在某种外因或内因的作用下所引起的遗传物质结构或数量的改变，也是遗传型的改变。特点：出现几率低性状变化幅度大新性状稳定、可遗传变异指生物体在某种外因或内因的作用下所引起的遗传物质结构或数量的177饰变外表的修饰性改变，即一种不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录、转译水平上的表型变化。特点：群体中的个体几乎都同样变化性状变化的幅度小不遗传饰变外表的修饰性改变，即一种不涉及遗传物质结构改变而只发生在1781.种瓜得瓜，种豆得豆；2.龙生龙，凤生凤，老鼠儿子会打洞；3.虎父无犬子；4.一母生九子，母子十不同。请大家想一想，与遗传变异有关的俗语或谚语有哪些？1.种瓜得瓜，种豆得豆；请大家想一想，与遗传变异有关的俗语或179微生物遗传变异的应用遗传是相对的，变异是绝对的。利用物理因素、化学药物处理微生物提高其变异频率，可获得具有优异特性的变异菌株。工业废水生物处理中，可以用含有某些污染物的废水筛选、培养菌种，使其适应并有高效降解其中污染物能力。驯化微生物遗传变异的应用遗传是相对的，变异是绝对的。驯化180一、遗传和变异的物质基础1866年－奧地利孟德尔发表论文《植物杂交实验》，提出分离律、自由配合律等遗传定律。1879年－德国生物学家弗来明在细胞核內发现了染色质1903年－美国细胞学家萨顿发现，细胞染色体的活动方式，与孟德尔所描述的遗传因子极为类似。1909年－丹麦的丹麦的植物遗传学家约翰逊开始以“基因”取代“遗传因子”1910年－美国遗传学家摩根通过果蝇的研究，证明了基因存在染色体上真正确立遗传物质：1944年后的3个著名实验。一、遗传和变异的物质基础1866