细菌的生理特征

关于细菌的生理特征2.2.1细菌的营养类型划分细胞重量（湿重）水70~90%干物质10~30%无机盐10%有机物90%碳水化合物蛋白质脂肪DNARNA等组成微生物细胞（一）化学组成第2页,共78页，2024年2月25日，星期天微生物的六种营养要素1碳源氮源能源4矿质元素5生长因素6水分（二）营养物质第3页,共78页，2024年2月25日，星期天1碳源

有机碳源无机碳源CO2CO32-（提供细胞碳素来源的物质）糖类蛋白质脂肪有机酸第4页,共78页，2024年2月25日，星期天2氮源（提供细菌细胞氮素来源的物质）有机氮源蛋白质蛋白胨氨基酸无机氮源NH4ClNH4NO3

第5页,共78页，2024年2月25日，星期天3能源（提供能量来源的营养物质和辐射能）能源化学物质（化能营养型）

辐射能：光能自养和光能异养微生物的能源（光能营养型）有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）无机物：化能自养微生物的能源（不同于碳源）第6页,共78页，2024年2月25日，星期天4生长因子概念：某些微生物生长过程中不能利用简单的碳、氮源自身合成，同时又是生长必需的有机物。主要包括维生素类碱基、卟啉等第7页,共78页，2024年2月25日，星期天5无机盐作用：构成细胞的组分成分，如H3PO4是DNA和RNA的重要组成成分。酶的组成成分，如蛋白质和氨基酸的—SH。酶的激活剂，如Mg2+、K+。维持适宜的渗透压，如Na+、K+、Cl-。自养型细菌的能源，如S，Fe2+。大量元素：C、H、O、N、P、S微量元素：Mn、Co、Cu、Zn、Mo第8页,共78页，2024年2月25日，星期天6水

营养物质的溶剂。运输物质的载体。生物化学反应的场所。维持一定的温度。作用:

除蓝细菌等少数微生物能利用水中的氢来还原CO2以合成糖类以外，其他微生物并非真正把水当作营养物。第9页,共78页，2024年2月25日，星期天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。微生物利用营养的说明第10页,共78页，2024年2月25日，星期天营养类型根据细菌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第11页,共78页，2024年2月25日，星期天1光能无机营养型又叫自养微生物。又称光能自养型微生物。如：藻类、蓝细菌、光合细菌（紫硫细菌、绿硫细菌）

碳源——以CO2

为惟一碳源能源——光转变为ATP

如：蓝细菌、藻类

CO2+H2O[CH2O]+O2↑

光能叶绿素第12页,共78页，2024年2月25日，星期天2化能无机营养型（chemolithotroph)又叫自养微生物。又称化能自养型微生物。如：氢细菌、硫化细菌、铁细菌、硝化细菌。分布在土壤、水域中，在自然界物质转化中作用重大。

碳源——以CO2为惟一碳源。能源——无机物氧化产生能量。如：硝化细菌2NH3

+2O2

CO2+4H+2HNO2+4H++ATP[CH2O]+H2O第13页,共78页，2024年2月25日，星期天3光能有机营养型（photorganotroph)又叫异养微生物。又称光能异养型微生物。如：紫色非硫细菌与绿色非硫细菌，属于这一营养类型的微生物种类很少

碳源——有机物作供氢体和碳源，要有CO2存在。能源——光第14页,共78页，2024年2月25日，星期天4化能有机营养型(chemoorganotroph)又叫异养微生物。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。碳源——有机物能源——有机物氧化获得。第15页,共78页，2024年2月25日，星期天2.2.2酶及影响酶活力的因素一酶及其命名和分类二酶的作用特性三酶促反应的影响因素第16页,共78页，2024年2月25日，星期天一

酶及其命名和分类1酶的概念：生物细胞自己合成的一种催化剂，其基本成分是蛋白质，催化效率比一般无机催化剂高得多。可分为：蛋白酶、核酸酶及抗体酶等。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简单酶结合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、裂解酶等第17页,共78页，2024年2月25日，星期天二

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

量少，催化效率高

专一性强

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。第18页,共78页，2024年2月25日，星期天2酶的活性与活性中心酶活性即是酶活力。指催化一定化学反应的能力。反应速度越快，酶活性越高。

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1μmol底物的酶量

比酶活性是指单位重量酶蛋白所具有的酶活性单位数。（1）酶的活性第19页,共78页，2024年2月25日，星期天酶的活性中心是指酶蛋白肽链中由少数几个氨基酸残基组成的具有一定空间构象的与催化作用密切相关的区域。酶的活性中心分2个功能部位：结合部位和催化部位“诱导楔合”假说：当酶分子与基质分子接近时，酶蛋白受基质分子的的诱导，构象发生有利于基质结合的变化，并形成酶—基质中间复合物，在此基础上互补楔合进行反应，最终生成反应产物。（2）酶的活性中心第20页,共78页，2024年2月25日，星期天三

酶促反应的影响因素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2pH值3基质浓度4毒物或抑制剂第21页,共78页，2024年2月25日，星期天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.微生物体内酶的30～60℃1β-半乳糖苷酶2酰化氨基酸水解酶3葡萄糖异构酶第22页,共78页，2024年2月25日，星期天2pH值

★

大多数酶

pH6~7

废水生物处理保持pH6~9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。碱性系统，越倾向于碱，负电荷越多。酸碱都会降低酶活甚至失活最适pH值：能保持最大酶活性的PH值约在6～9中性居多。第23页,共78页，2024年2月25日，星期天3基质浓度

[S]★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，反应速度就与基质浓度无关了。第24页,共78页，2024年2月25日，星期天3基质浓度

[S]★υ：反应速度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)S：基质浓度米－门公式：υ=V最大SKm+S

第25页,共78页，2024年2月25日，星期天（1）当Km=S时，υ=，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，υ=，υ与S成正比，反应速度随S增大而增大。一级反应。

（3）当S》Km时，

υ=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2V最大SKm米－门公式：υ=V最大SKm+S

第26页,共78页，2024年2月25日，星期天4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）不可逆的与蛋白质化合形成不溶性盐类沉淀，破坏酶的作用。如重金属盐类Fe3+

、Hg2+

、Ag+与带负电的酶蛋白结合沉淀。第27页,共78页，2024年2月25日，星期天2.2.3细菌的呼吸类型及产物一微生物的新陈代谢二呼吸作用的本质三微生物的呼吸类型第28页,共78页，2024年2月25日，星期天一：微生物的新陈代谢新陈代谢：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。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。分解代谢：又称异化作用或分解作用，是微生物将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。第29页,共78页，2024年2月25日，星期天二：呼吸作用的本质1呼吸作用的本质★微生物在氧化分解基质的过程中，释放电子，生成水或其他还原性物质，并释放能量的过程。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。第30页,共78页，2024年2月25日，星期天2发生哪些生物学现象呢？

复杂的有机物变成简单的物质CO2、H2O等。发生能量的转换（合成物质、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：呼吸作用的本质第31页,共78页，2024年2月25日，星期天有机物分解和合成过程中都有电子转移;氧化，即为物质失去电子，同时伴随脱氢或加氧;还原，即为获得电子，同时可能伴随加氢或脱氧;大多数微生物代谢过程中电子来源与脱氢反应。因此电子供体又称供氢体，电子受体又称受氢体。基本概念：三：

微生物的呼吸类型第32页,共78页，2024年2月25日，星期天根据基质脱氢后，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）三：

微生物的呼吸类型第33页,共78页，2024年2月25日，星期天:好氧呼吸举例异养微生物大肠杆菌氧化葡萄糖（有机物）：C6H12O6+6O26CO2+6H2O+2872KJ葡萄糖好氧分解分为两个阶段：(1)糖酵解（EMP）途径，经过10步反应由1个六碳糖变为2个三碳糖（丙酮酸）(2)经过三羧酸(TCA)循环（柠檬酸循环，Kerb循环），10步反应，丙酮酸变为二氧化碳＋水。在好氧呼吸过程中，基质被氧化较彻底，获得的ATP多，最终产物积累少。二微生物的呼吸类型第34页,共78页，2024年2月25日，星期天厌氧呼吸主要种类：（1）硝酸盐呼吸无氧条件下，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二微生物的呼吸类型第35页,共78页，2024年2月25日，星期天厌氧呼吸主要种类：（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二微生物的呼吸类型第36页,共78页，2024年2月25日，星期天（3）发酵（狭义）最终电子受体：基质氧化后的中间产物

特点：氧化不彻底，产能底，可积累大量中间产物举例：以中间产物丙酮酸为受氢体，葡萄糖被还原成乳酸。二微生物的呼吸类型第37页,共78页，2024年2月25日，星期天根据微生物与氧气的关系，微生物可以分为：

1好氧（好气）微生物

2厌氧（嫌气）微生物

3兼性微生物三：

微生物的呼吸类型第38页,共78页，2024年2月25日，星期天第四节环境因素对微生物生长的影响

一温度二氢离子浓度三氧化还原电位四干燥五渗透压六光及辐射七化学药剂第39页,共78页，2024年2月25日，星期天1灭菌(sterilization)

：用理化方法杀死物体表面及内部所有微生物（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）存在概念第40页,共78页，2024年2月25日，星期天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第41页,共78页，2024年2月25日，星期天（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。煮沸法第42页,共78页，2024年2月25日，星期天1干热灭菌1）火焰灭菌：常用酒精灯、接种环

特点：彻底、迅速。第43页,共78页，2024年2月25日，星期天1干热灭菌2）干燥热空气箱灭菌

用法：160-170℃,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。

第44页,共78页，2024年2月25日，星期天2湿热灭菌1）煮沸法方法原理：煮沸100℃，5分钟，能杀死一般细菌的繁殖体。许多芽胞需经煮潮5～6小时才死亡。水中加入2%碳酸钠，可提高其沸点达105℃。既可促进芽胞的杀灭，又能防止金属器皿生锈。适用：用于饮水和一般器械（刀剪、注射器等）的消毒。第45页,共78页，2024年2月25日，星期天2湿热灭菌2）巴斯德消毒法（巴氏消毒法）原理：利用热力杀死液体中的病原菌或一般的杂菌，同时不致严重损害其质量的消耗方法。一般方法：加热至一定温度(一般为60℃～85℃),持续15秒到30分钟,然后迅速冷却。牛奶消毒法：1）63℃加热30秒；

2）72℃下15秒，然后立即冷却。第46页,共78页，2024年2月25日，星期天2湿热灭菌3）间歇灭菌法原理：各种微生物的营养体在100℃温度下半小时即可被杀死。而其芽孢和孢子在这种条件下却不会失去生活力。一般方法：用100℃、30分钟杀死培养基内杂菌的营养体，然后将这种含有芽孢和孢子的培养基在温箱内或室温下放置24小时，使芽孢和孢子萌发成为营养体。这时再以100℃处理半小时，再放置24小时。如此连续灭菌3次，即可达到完全灭菌的目的第47页,共78页，2024年2月25日，星期天2湿热灭菌4）高压蒸气灭菌说明：在专门的压力蒸汽灭菌器中进行的，是热力灭菌中使用最普遍、效果最可靠的一种方法。优点是穿透力强，灭菌效果可靠，能杀灭所有微生物。。方法：一般121℃（1kg/cm2或15磅/英寸2），20-30min。适用：耐高温物品如培养基，无菌水第48页,共78页，2024年2月25日，星期天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)

实验室常用4摄氏度左右保存菌种第49页,共78页，2024年2月25日，星期天二

氢离子浓度

（pH值）微生物生活的pH在4.0～9.0之间细菌：pH7.0-7.6;酵母、霉菌:pH5-6;放线菌:pH7.6-8pH对微生物影响影响细胞膜蛋白及胞外水解酶的活性，从而影响营养物的正常吸收与转运2.影响营养物的解离与吸收。主要影响一些极性营养物如脂肪酸、氨基酸第50页,共78页，2024年2月25日，星期天三

氧化还原电位（Eh值）V氧化还原电位与氧气多少有关。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厌氧生活第51页,共78页，2024年2月25日，星期天四干燥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。烘干、晒干、薰干。第52页,共78页，2024年2月25日，星期天五

渗透压渗透压定义：为维持只允许溶剂通过的膜所隔开的溶液与溶剂之间的渗透平衡而需要的超额压力单位:Pa或kPa。渗透压第53页,共78页，2024年2月25日，星期天五

渗透压微生物的细胞膜是半透性。细菌体外水溶液的渗透压=细胞内的渗透压

正常生活。生理盐水的浓度0.85％生活在高渗压液中，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。第54页,共78页，2024年2月25日，星期天六

光及辐射日光中的紫外线杀菌。1杀菌波长范围：

¤240～300nm。最强作用波长265～266nm。

2杀菌原理：

¤

（1）直接作用于菌体，引起DNA结构变形，从而造成菌的变异或死亡.（光复活酶可修复，避光操作）

¤

（2）有氧时，使氧变为新生态氧－[O]杀菌。3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。第55页,共78页，2024年2月25日，星期天七

化学药剂：1重金属

细菌营养需微量的锰、锌、铜。但如果含量过高就成的细菌的抑制剂或杀菌剂。第56页,共78页，2024年2月25日，星期天石炭酸（苯酚）:0.1%，抑菌

1%，20min杀死菌

3~5%，几分钟杀死菌来苏尔：3~6%，消毒器械

2%，洗手酒精：60~75%，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。甲醛：福尔马林溶液,37-40%的甲醛溶液七

化学药剂：2有机化合物第57页,共78页，2024年2月25日，星期天七

化学药剂：3卤素及其化合物1碘

2氯气及氯化物

0.5~1%的漂白粉、液氯，饮水、游泳池水的消毒。

第58页,共78页，2024年2月25日，星期天七

化学药剂：4，5，64，氧化剂：高锰酸钾等5：表面活性剂：6：染料：1%龙胆紫液用于皮肤消毒。第59页,共78页，2024年2月25日，星期天第60页,共78页，2024年2月25日，星期天第一节微生物的生长及其特性一生长繁殖的基本概念生长：有机体的细胞组分与结构在量方面的增加繁殖：微生物个体数量的增加描述微生物生长往往用群体繁殖所表现出的特征来代表第61页,共78页，2024年2月25日，星期天二微生物生长的测定方法：计数法1显微镜直接计数法（不分死活菌）

（1）涂片染色法已知体积样品，均匀涂在载玻片上已知面积内，固定染色后计数。

（2）计数器计数法已知体积样品，放于计数器的已知体积的测定小室与载玻片之间，然后计数。（3）比例计数法等体积的样品与等体积的已知红血球数量的血液混合，涂片，测定微生物与红血球比例第62页,共78页，2024年2月25日，星期天二微生物生长的测定方法：计数法2荧光染色技术法

DAPI染料与微生物DNA结合产生荧光，然后利用荧光显微镜计数的方法。第63页,共78页，2024年2月25日，星期天二微生物生长的测定方法：计数法3活菌计数法（1）平板计数法原理：每个活的微生物能长出一个菌落做法：样品10倍梯度稀释，然后将稀释样品涂布到平板上，活与固体培养基混合，培养后观察并计菌落数。据此计算微生物浓度。注释：1）菌落数应在30－300之间

2）可加入TTC防治菌落蔓延

3）仅用于能在培养基上形成菌落的微生物

4）样品中微生物必须呈均匀分散的悬浮状态。第64页,共78页，2024年2月25日，星期天二微生物生长的测定方法：计数法3活菌计数法（2）液体计数法（最可能数法，MPN法）原理：统计学做法：样品10倍梯度稀释，然后将稀释样品接种到3管或5管一组的液体培养基上，培养后观察各组各管中微生物是否生长，记录结果后查MPN表或根据公式计算微生物量。注释：1）主要用于不能在平板培养基上形成菌落的微生物

2）可测硝化菌、反硝化菌等

3）样品中微生物必须呈均匀分散的悬浮状态。第65页,共78页，2024年2月25日，星期天二微生物生长的测定方法：计数法3活菌计数法（3）薄膜计数法原理：每个活的微生物能长出一个菌落做法：样品用滤膜过滤，之后将滤膜放于固体培养基上培养，然后同平板计数法计算微生物量。注释：1）主要用于微生物含量较低的样品

2）可以检测不能通过滤膜的微生物

3）样品中微生物必须呈均匀分散的悬浮状态。第66页,共78页，2024年2月25日，星期天二微生物生长的测定方法：计数法4特定生物计数法（FISH，荧光原位杂交）

原理：DNA序列的互补特性做法：根据已知某种微生物的特异的DNA序列（一般为16SrRNA），设计特异性的寡核苷酸探针，并用荧光标记。之后探针与微生物样品16SrRNA杂交，将未杂交的探针洗掉，然后将杂交的细胞在荧光显微镜下观察和计数注释：1）可原位杂交

2）可用于种群鉴定

3）可用于种群分布观测

4）快速、简便、安全、昂贵第67页,共78页，2024年2月25日，星期天1重量法（干重）离心法过滤法105℃~110℃干燥水处理构筑物内细菌生长量常采用该法。活性污泥法中采用的指标是：混合液悬浮固体（MLSS）混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）二微生物生长的测定方法：测生长量法第68页,共78页，2024年2月25日，星期天二微生物生长的测定方法：测生长量法2光密度法原理：微生物细胞是不透光的。在一定范围内透光度与溶液混浊度即细胞浓度成正比。方法：

用分光光度计测OD值（光密度值），绘制标准曲线，从标准曲线中查细菌含量。第69页,共78页，2024年2月25日，星期天二微生