第一篇：環(huán)境工程微生物教案

《環(huán)境工程微生物學》教案

課程名稱：主講教師：

環(huán)境工程微生物學

佘秋生

環(huán)境工程微生物學緒論

講 授 人: 佘秋生 學 時：2 教學方法: 講授

教學手段: 板書、多媒體 教學目的:

1、認識微生物

2、了解環(huán)境與環(huán)境工程面臨的問題、可持續(xù)發(fā)展與微生物

3、了解環(huán)境工程微生物學的研究對象與任務

4、微生物的發(fā)展史

重點難點: 建立環(huán)境工程微生物學的基本認識 教 學 內(nèi) 容:

第一節(jié)、微生物概述

一、微生物的概念

一類形態(tài)微小.結(jié)構(gòu)簡單.單細胞或多細胞的低等生物的通稱.包括病毒、細菌、真菌、原生動物和藻類等．其大小用微米(um)表示．

二、微生物的分類

為了識別和研究微生物，各種微生物按其客觀存在的生物屬性及它們的親緣關(guān)系，有次序地分門別類排列成一個系統(tǒng)，從大到小，按界、門、綱、目、科、屬、種等分類． 種

最小的分類單位，具有一定的自然分布區(qū)和一定的生理形態(tài)的生物類群，是生物進化和自然選擇的產(chǎn)物，同一種中的各個個體具有相同的遺傳性狀，而且彼此交配可以產(chǎn)生后代．

三、微生物的命名

命名原則：微生物的命名是采用生物學中的二名法，即用兩個拉丁文命名一個微生物的種． 命名方法：

這個種的名稱是由一個屬名和一個種名組成，屬名和種名都用斜體字表示，屬名在前，用拉丁文名詞表示，第一個字母大寫．種名在后，用拉丁文的形容詞表示，第一個字母小寫．

為了避免同物異名或同名異物，在微生物的名稱后面綴上命名人的姓． 如果只將細菌鑒定到屬而沒有到種，則該細菌的名稱只有屬名，沒有種名．

四、原核微生物

原核微生物的核很原始，發(fā)育不全，只是ＤＮＡ鏈高度折疊形成的一個核區(qū)，沒有核膜，核質(zhì)裸露與細胞質(zhì)沒有明顯的界限，稱為擬核或似核，也沒有細胞器，不進行有絲分裂．原核微生物包括細菌．古菌．放線菌．藍細菌．立克次氏體．支原體．衣原體和螺旋體等．

五、真核微生物

真核微生物有發(fā)育完好的細胞核，核內(nèi)有核仁和染色質(zhì)．有核膜將細胞核和細胞質(zhì)分開，使兩者有明顯的界限．有高度分化的細胞器，如線粒體．中心體．高爾基氏體．內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等．進行有絲分裂．包括除藍藻以外的藻類．酵母菌．霉菌．原生動物．微型后生動物等。

六、微生物的性質(zhì)

（一）體積小、面積大

（二）吸收多、轉(zhuǎn)化快

（三）生長旺、繁殖快

（四）適應強、易變異

（五）分布廣、種類多

第二節(jié) 環(huán)境與環(huán)境工程面臨的問題、可持續(xù)發(fā)展與微生物

５０億年前，地球是無氧環(huán)境，由于藍藻的作用，使地球變?yōu)橛醒醐h(huán)境，才有好氧生物的出現(xiàn)．

隨著人類的發(fā)展，社會的進步，環(huán)境污染越來越嚴重，已成為各國關(guān)注的問題． 八大公害

可持續(xù)發(fā)展觀念的提出：

１９８７年挪威首相布倫特蘭在其發(fā)表的文章“我們共同的未來”中提出．其意義是：當代人類的發(fā)展，應該是既滿足當代人的需求，又不危及后代人滿足其需求的發(fā)展。

第三節(jié) 環(huán)境工程微生物學的研究對象與任務

環(huán)境工程微生物學：在微生物學的基礎上，研究和環(huán)境有關(guān)的微生物學科。

一、研究對象

１ 微生物基礎

２ 不同環(huán)境中的微生物及其生態(tài)

３ 衛(wèi)生細菌學

４ 物質(zhì)循環(huán)與轉(zhuǎn)化

５ 生物凈化原理

二、研究任務

１ 充分利用有益微生物資源為人類造福；

２ 防止、控制、消除微生物的有害活動，化害為益。

第四節(jié) 人類對微生物世界的認識史一、一個難以認識的微生物世界

個體過于微小 2 群體外貌不顯 3 種間雜居混生

形態(tài)與作用后果間很難被人認識

二、微生物學發(fā)展史

朦朧階段（史前期:公元前8000-公元1676年）形態(tài)描述階段（初創(chuàng)期:公元1676-1860年）

生理水平研究階段（奠基期:公元1861-1897年）生化水平研究階段（發(fā)展期:公元1897-1953年）分子生物學發(fā)展階段（成熟期:公元1953年以后）

三、微生物學與其他學科

微生物與農(nóng)業(yè)

微生物飼料 農(nóng)用抗菌素 生物農(nóng)藥 生物菌肥 2微生物能源 3微生物飼料

菌體蛋白飼料

飼料酵母

維生素飼料

發(fā)酵飼料

青貯飼料 4農(nóng)用抗菌素

某些微生物能夠產(chǎn)生具有抑制或殺死植物病原菌的物質(zhì),該物質(zhì)稱農(nóng)用抗菌素。5 生物菌肥

主要是根瘤菌肥即含固氮菌活菌的肥料。6污水處理

高效微生物污水處理技術(shù)，其方法是通過化學或輻照的方法篩選出無毒、無致病性、“能吃污水”的高效微生物(HEM)、然后投放到污水處理現(xiàn)場，使污水得到凈化。該技術(shù)可用于處理城市污水、釀造廢水、屠宰廢水等各種可生物降解的污水。安全可靠、操作簡單，處理效率比傳統(tǒng)方法提高50%以上，投資及運行費用降低20-30%，特別適合經(jīng)費短缺的中小城市、鄉(xiāng)村及廠礦使用，并可用于改造老的污水處理設施，使之重新獲得新生。

四、微生物的作用

微生物與糧食

糧食生產(chǎn)是全人類生存中至關(guān)重要的大事。微生物在提高土壤肥力、改進作物特性（如構(gòu)建固氮植物）、促進糧食增產(chǎn)、防治糧食作物的病蟲害、防止糧食霉腐變質(zhì)以及把多余糧食轉(zhuǎn)化為糖、單細胞蛋白、各種飲料和調(diào)味品等方面，都可大顯身手。2 微生物與能源

（1）把自然界蘊藏量極其豐富的纖維素轉(zhuǎn)化成乙醇；

（2）利用產(chǎn)甲烷菌把自然界蘊藏量最豐富的可再生資源轉(zhuǎn)化成甲烷；

（3）利用光合細菌、藍細菌或厭氧梭菌等微生物生產(chǎn)“清潔能源”--氫氣；

（4）通過微生物發(fā)酵產(chǎn)氣或其代謝產(chǎn)物來提高石油采收率；

（5）研制微生物電池使之實用化。3 微生物與資源

微生物能將地球上永無枯竭的纖維素等可再生資源轉(zhuǎn)化成各種化工、輕工和制藥等工業(yè)原料。

傳統(tǒng)的：乙醇、丙醇、丁醇、乙酸、甘油、乳酸、蘋果酸等；

現(xiàn)代的：水楊酸、烏頭酸、丙烯酸、已二酸、丙烯酸、長鏈脂肪酸、亞麻酸油和聚羥基丁酸酯（PHB）等；

另外，微生物在金屬礦藏資源的開發(fā)和利用上也有獨特的作用。4 微生物與環(huán)境保護

利用微生物肥料、微生物殺蟲劑或農(nóng)用抗生素來取代會造成環(huán)境惡化的各種化學肥料或化學農(nóng)藥；

利用微生物生產(chǎn)的PHB（聚羥基丁酸酯）制造易降解的醫(yī)用塑料制品以減少環(huán)境污染；

利用微生物來凈化生活污水和有毒工業(yè)污水；利用微生物技術(shù)來監(jiān)察環(huán)境的污染度，如用艾姆氏法檢測環(huán)境中的“三致”物質(zhì)；

利用EMB培養(yǎng)來檢查飲水的腸道病原菌等。5 微生物與人類健康

防治這類疾病的主要手段又是各種微生物產(chǎn)生的藥物：抗生素、干擾素和白細胞介素等高效藥物紛紛轉(zhuǎn)向由“工程菌”來生產(chǎn)。

與人類生殖、避孕等密切相關(guān)的甾體激素類藥物

此外，一大批與人類健康、長壽有關(guān)的生物制品，如疫苗、類毒素等均是微生物產(chǎn)品。學習本課程的主要參考書

周德慶.微生物學教程，北京：高等教育出版社，1993 沈萍主編.微生物學，北京：高等教育出版社，2000 李建政主編.水處理微生物學,北京:化工出版社,2003年 參考教學網(wǎng)站（課件）

1.武漢大學微生物學教學網(wǎng)站 2.江南大學微生物學教學網(wǎng)站

3.華中農(nóng)業(yè)大學微生物學微生物教學網(wǎng)站 4.長春師范學院微生物學網(wǎng)絡課程 5.華南師范大學微生物學教學網(wǎng)站 6.安徽科技學院微生物學網(wǎng)站 7.江西農(nóng)業(yè)大學精品課程

8.西北農(nóng)林科技大學微生物學教學網(wǎng)站 9.山東大學生命科學院微生物學教學網(wǎng)站

第一章 非細胞結(jié)構(gòu)的超微生物-病毒

講 授 人: 佘秋生 學 時：2 教學方法: 講授

教學手段: 板書、多媒體

教學目的: 了解非細胞結(jié)構(gòu)的超微生物-病毒的分類、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、復制 重點難點: 建立與環(huán)境工程微生物學有關(guān)病毒的基本認識 教 學 內(nèi) 容:

一、病毒定義

病毒是一類超顯微的非細胞生物，每一種病毒只含有一種核酸；它們只能在活細胞內(nèi)營專性寄生，靠其宿主代謝系統(tǒng)的協(xié)助來復制核酸、合成蛋白質(zhì)等組分，然后再進行裝配而得以增殖；在離體條件下，它們能以無生命的化學大分子狀態(tài)長期存在并保持其侵染活性。

二、病毒的特點

病毒在寄主細胞外，不能獨立地進行代謝和繁殖，它們是嚴格的寄生物，與其它生物相比有明顯不同，具有其本身的特點。形體極其微小，必須在電子顯微鏡下才能觀察，一般都可通過細菌濾器。2 沒有細胞構(gòu)造，故也稱分子生物。3 其主要成分僅有核酸和蛋白質(zhì)兩種。每一種病毒只有一種核酸，不是DNA就是RNA。5 既無產(chǎn)能酶系也無蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)。6 在宿主細胞的協(xié)助下，通過核酸的復制和核酸蛋白裝配的形式進行增殖，不存在個體的生長和二分裂法等細胞繁殖方式。在宿主的活細胞內(nèi)營專性寄生。在離體條件下，能以無生命的化學大分子狀態(tài)存在，并可形成結(jié)晶。9 經(jīng)提純的病毒結(jié)晶能保持侵染力。

人類傳染病中，約70—80%屬于病毒病，每一種植物至少有一種病毒引起的病害。引起人類疾病的病毒相當多，如肝炎，膽囊炎，狂犬病，愛滋病，風濕關(guān)節(jié)炎等，也有多種病毒可以致人癌癥。對一般抗生素不敏感，但對干擾素敏感。

迄今，還未發(fā)現(xiàn)一種藥劑或抗菌素對人、動植物體內(nèi)病毒有效的藥物，也沒有一種藥劑能殺死細胞體內(nèi)的病毒而又不傷害寄主。經(jīng)提純分離在體外的病毒結(jié)晶，用不少的藥物都可殺死，但寄主細胞內(nèi)的病毒均不敏感。

三、病毒的分類 根據(jù)專性寄主分類：

植物病毒、動物病毒、細菌病毒（噬菌體）、放線菌病毒（噬放線菌體）、藻類病毒、真菌病毒。

動物病毒寄生在人體和動物體內(nèi)引起人和動物疾?。喝缌餍行愿忻?、水痘、麻疹、腮腺炎、乙型腦炎、脊髓灰質(zhì)炎、甲型肝炎、乙型肝炎、天花、愛滋病等。

植物病毒引起植物疾?。簾煵莼ㄈ~病、番茄叢矮病等。

噬菌體寄生在細菌體內(nèi)引起細菌疾病。用藍細菌噬菌體控制水華。2 根據(jù)核酸分類：DNA病毒和RNA病毒。

四、病毒形態(tài)結(jié)構(gòu)和化學組成 病毒的大小和形態(tài)

測量的單位是納米，多數(shù)病毒粒子的直徑在100nm左右。不同病毒大小差別較大。病毒的形態(tài)主要有球形、桿形、磚形等、蝌蚪形等。2 病毒的化學組成和結(jié)構(gòu)

由于病毒是非細胞生物，故單個病毒個體不能稱作“單細胞”，這樣，就產(chǎn)生了病毒粒子（virion）的名詞。病毒粒子有時也稱病毒顆粒（virus particle），是指成熟的、結(jié)構(gòu)完整的單個病毒。

病毒粒子的主要成分是核酸和蛋白質(zhì)。核酸位于病毒粒子的中心，構(gòu)成了它的核心（核酸內(nèi)芯）或基因組；蛋白質(zhì)包圍在核心周圍，構(gòu)成了病毒粒子的衣殼。

衣殼是病毒粒子的主要支架結(jié)構(gòu)和抗原成分，對核酸有保護作用。衣殼是由許多在電鏡下可辨別的形態(tài)學亞單位——衣殼粒所構(gòu)成。

核心和衣殼合在一起稱為核衣殼，它是任何病毒（真病毒）所必須具備的基本結(jié)構(gòu)。有些較復雜的病毒，在其核衣殼外還被一層由類脂或脂蛋白組成的被膜包裹著。有時，被膜上還長有刺突等附屬物。

病毒蛋白質(zhì)的功能：保護病毒使其免受環(huán)境因素的影響；決定病毒感染的特異性；使病毒與敏感細胞表面特定部位有特異親和力，病毒可牢固的附著在敏感細胞上；病毒蛋白質(zhì)還有致病性、毒力和抗原性。

動植物病毒核酸類型：dsDNA，ssDNA，dsRNA，ss RNA。病毒核酸含量占1-5%不等，如感冒病毒核酸占1%，蛋白質(zhì)占99%。TMV核酸占5%，蛋白質(zhì)占95%。核酸可用物理、化學方法分離出來，分離出的核酸仍具有侵染力。

病毒核酸的功能：決定病毒遺傳、變異和對敏感宿主細胞的感染力。由于衣殼粒的排列組合不同，使病毒有三種對稱性構(gòu)型。立體對稱型（主要是20面體）；螺旋對稱型；復合對稱型。

五、病毒的繁殖 以噬菌體為例。有如下四步：吸附、侵入、復制、聚集和釋放。

（1）吸附：是噬菌體與細菌表面受體發(fā)生特異性結(jié)合的過程，其特異性取決于噬菌體蛋白與宿主菌表面受體分子結(jié)構(gòu)的互補性。

（2）侵入：噬菌體吸附在細菌細胞壁的受體上以后，核酸注入細菌細胞中，蛋白質(zhì)殼體留在外面。從吸附到侵入，時間間隔很短，只有幾秒到幾分鐘。

（3）核酸復制：噬菌體核酸進入寄主細胞后，操縱寄主細胞的代謝機能，大量復制噬菌體核酸，但不形成帶殼體的粒子，稱為潛育期。

（4）聚集和釋放：寄主細胞合成噬菌體殼體形成完整的噬菌體粒子。噬菌體粒子成熟，引起寄主細胞的裂解釋放出病毒粒子。隨種類不同，一個寄主細胞釋放10～1000個噬菌體粒子。噬菌體的類型

根據(jù)噬菌體與宿主菌的相互關(guān)系，噬菌體可分為兩類： 毒性噬菌體(virulent phage)：能在宿主細胞內(nèi)復制增殖，產(chǎn)生許多子代噬菌體，并最終裂解細菌。

溫和噬菌體(temperate phage)：噬菌體基因與宿主染色體整合，不產(chǎn)生子代噬菌體，但噬菌體DNA能隨細菌DNA復制，并隨細菌的分裂而傳代。

溫和噬菌體的基因組能與宿主菌基因組整合，并隨細菌分裂傳至子代細菌的基因組中，不引起細菌裂解。整合在細菌基因組中的噬菌體基因組稱為前噬菌體(prophage)，帶有前噬菌體基因組的細菌稱為溶原性細菌(lysogenic bacterium).前噬菌體偶爾可自發(fā)地或在某些理化和生物因素的誘導下脫離宿主菌基因組而進入溶菌周期，產(chǎn)生成熟噬菌體，導致細菌裂解。溫和噬菌體這種產(chǎn)生成熟噬菌體顆粒和溶解宿主菌的潛在能力，稱為溶原性(lysogeny)。

溫和噬菌體可有三種存在狀態(tài)：A.游離的具有感染性的噬菌體顆粒；B.宿主菌胞質(zhì)內(nèi)類似質(zhì)粒形式的噬菌體核酸；C.前噬菌體。

某些前噬菌體可導致細菌基因型和性狀發(fā)生改變，這稱為溶原性轉(zhuǎn)換(lysogenic conversion)。

六、病毒的培養(yǎng) 病毒的培養(yǎng)特征 在細菌培養(yǎng)液中，細菌被噬菌體感染，細胞裂解，渾濁的菌懸液變成為透明的裂解溶液。在固體培養(yǎng)基上形成噬菌斑。將少量噬菌體與大量宿主細胞混合后，將此混合液與45℃左右的瓊脂培養(yǎng)基在培養(yǎng)皿中充分混勻，鋪平后培養(yǎng)。經(jīng)數(shù)小時至10余小時后，在平板表面布滿宿主細胞的菌苔上，可以用肉眼看到一個個透亮不長菌的小圓斑，這就是噬菌斑(plaque)。每一個噬菌斑一般是由一個噬菌體粒子形成的。

當一個噬菌體侵染一個敏感細胞后，隔不久即釋放出一群子代噬菌體，它們通過瓊脂層的擴散又侵染周圍的宿主細胞，并引起它們裂解，如此經(jīng)過多次重復，就出現(xiàn)了一個由無數(shù)噬菌體粒子構(gòu)成的群體-噬菌斑(plaque)。

噬菌斑的形成與細菌菌落的形成有點相似，所不同的只是噬菌斑更像一個“負菌落”。噬菌斑的形成可用于檢出、分離、純化噬菌體和進行噬菌體的計數(shù)。病毒的培養(yǎng)基：

病毒是專性寄生在活的敏感宿主細胞內(nèi)才能生長繁殖的微生物。因此病毒的培養(yǎng)基要求苛刻，專一性強。

敏感細胞要求具備以下條件：

（1）必須是活的敏感宿主或是活的敏感宿主組織細胞；（2）能夠提供病毒附著的受體；

（3）敏感細胞內(nèi)沒有破壞特異性病毒的限制性核酸內(nèi)切酶，病毒進入細胞就可生長繁殖。

不同種類的病毒培養(yǎng)基是不同的。

脊椎動物病毒的培養(yǎng)基：人胚組織細胞、人組織細胞、人腫瘤細胞、動物組織細胞、雞鴨胚細胞、敏感動物。

植物病毒的培養(yǎng)基：與之相應的敏感植株和敏感的植物組織。噬菌體的培養(yǎng)基：相應的敏感細菌。3 病毒的培養(yǎng)

動物病毒：動物接種、雞胚接種和組織培養(yǎng)技術(shù) 噬菌體：雙層瓊脂法培養(yǎng)

七、病毒對物理化學因素的抵抗力

物理因素：對病毒影響最大的物理因素是溫度、光和干燥。

溫度：在宿主細胞外的病毒大多數(shù)在55-65℃范圍內(nèi)不到1h滅活。高溫使病毒的核酸和蛋白質(zhì)衣殼受損傷，蛋白質(zhì)的變性作用阻礙了病毒吸附到宿主細胞上，削弱了病毒的感染力。低溫不會滅活病毒，通常在-75 ℃保存病毒。

紫外輻射：有滅活病毒的作用。滅活的部位是病毒的核酸，形成胸腺嘧啶二聚體。大多數(shù)腸道病毒對可見光很敏感而被殺死，稱為“光滅活作用”。X射線、r射線也有滅活作用。

干燥：干燥也是控制環(huán)境中病毒的重要因素。在土壤中，水分含量低于10％時，病毒會迅速滅活。

化學因素： 體內(nèi)滅活：抗體、干擾素 2 體外滅活：

破壞蛋白質(zhì)的化學物質(zhì)：酚、低離子強度環(huán)境 破壞核酸的化學物質(zhì)：甲醛、亞硝酸、氨

影響脂類的化學物質(zhì)：醚、SDS、氯仿、去氧膽酸

第二章

原核微生物

講 授 人: 佘秋生 學 時：4 教學方法: 講授

教學手段: 板書、多媒體 教學目的:

1、了解原核微生物的分類、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、生長及繁殖等特點

2、了解微生物觀察方法-顯微鏡、染色

重點難點: 原核微生物的分類、形態(tài)、結(jié)構(gòu)的基本認識

第一節(jié)

細 菌

一、細菌的個體形態(tài)、大小與染色

細菌的外形與大小

常見的三種細菌典型形態(tài):球菌、桿菌、螺旋菌。（1）球菌：球形的細菌，大小為0.5~2.0 μm 球菌有單球菌（脲微球菌）、雙球菌（肺炎鏈球菌）、鏈球菌（乳鏈球菌）、四聯(lián)球菌（四聯(lián)微球菌）、八疊球菌（甲烷八疊球菌）、葡萄球菌（金黃色葡萄球菌）。

（2）桿菌：細胞呈桿狀或圓柱狀，菌體直或稍彎，粗短或細長。末端鈍圓、尖、膨大或平裁狀。直徑在0.5～1um×1～5um（寬徑×長）。

桿菌有單桿菌、雙桿菌、鏈桿菌

（3）螺旋菌：細胞呈弧形的稱為弧菌，其中若菌體多于一個彎曲，其程度超過一圈，又稱為螺旋菌。直徑在0.5～5um，長度不等。

自然界中桿菌最常見，球菌次之，而螺旋菌最少。

（4）絲狀細菌：分布在水生境，潮濕土壤和活性污泥中。有鐵細菌、硫磺細菌、球衣細菌等。

細菌的染色

由于細菌的細胞極其微小又十分透明，因此用水浸片或懸滴觀察法在光學顯微鏡下進行觀察時，只能看到大體形態(tài)和運動情況。若要在光學顯微鏡下觀察其形態(tài)和主要構(gòu)造，一般都要對它們進行染色。

革蘭氏染色法：該染色法由丹麥醫(yī)生C.Gram于1884年創(chuàng)立。分為初染、媒染、脫色和復染四步。

革蘭氏染色的意義：（1）通過這一染色，可把幾乎所有的細菌分成革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌兩個大類。因此是分類鑒定的重要指標。

（2）這兩類細菌在細胞結(jié)構(gòu)、成分、形態(tài)、生理、生化、遺傳、免疫、生態(tài)和藥物敏感性等方面都呈現(xiàn)出明顯的差異，因此任何細菌只要先通過很簡單的革蘭氏染色，即可提供不少其他重要的生物學特性方面的信息。

二、細菌的結(jié)構(gòu)

細菌是單細胞的，所有的細菌都有如下結(jié)構(gòu)：細胞壁、細胞質(zhì)膜、細胞質(zhì)及其內(nèi)含物、細胞核物質(zhì)。部分細菌有特殊結(jié)構(gòu)：芽孢、鞭毛、莢膜、粘液層、菌膠團、衣鞘及光合作用層片等。1細胞壁

細胞壁是包圍在細菌體表最外層的、具有堅韌而帶有彈性的薄膜。它約占菌體的10％－25％。

(1)細胞壁的化學組成和結(jié)構(gòu) 細菌分為革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌兩大類，兩者的化學結(jié)構(gòu)和組成不同。革蘭氏陽性菌的細胞壁厚，其厚度為20～80nm，結(jié)構(gòu)較簡單，含肽聚糖、磷壁酸少量蛋白質(zhì)和脂肪。革蘭氏陰性菌的細胞壁較薄，厚度為1nm。其結(jié)構(gòu)復雜，分外壁層和內(nèi)壁層，外壁層又分三層：最外層是脂多糖，中間是磷脂層，內(nèi)層為脂蛋白。內(nèi)壁層含脂多糖，不含磷壁酸。

(2)細胞壁的功能

①保護原生質(zhì)體免受滲透壓引起的破裂作用； ②維持細菌的細胞形態(tài)；

③細胞壁是多孔結(jié)構(gòu)的分子篩，阻攔某些分子進入和保留蛋白質(zhì)在間質(zhì)； ④使細胞具有致病性及對噬菌體的敏感性； ⑤為鞭毛提供支點，使鞭毛運動。(3)革蘭氏染色機理

①與細菌等電點有關(guān)：革蘭氏陽性菌的等電點為pH2~3，革蘭氏陰性菌的為pH4~5?？梢?，革蘭氏陽性菌的等電點比革蘭氏陰性菌低，說明革蘭氏陽性菌帶的負電荷比革蘭氏陰性菌多。它與草酸銨結(jié)晶紫的結(jié)合力大，用碘-碘化鉀媒染后，兩者的等電點均得到降低，但革蘭氏陽性菌的等電點降低的多，故與草酸銨結(jié)晶紫結(jié)合得更牢固，對乙醇脫色的抵抗力更強。它的菌體與草酸銨結(jié)晶紫、碘-碘化鉀的復合物不被乙醇提取，呈紫色。而革蘭氏陰性菌與草酸銨結(jié)晶紫的結(jié)合能力弱，其菌體與草酸銨結(jié)晶紫、碘-碘化鉀的復合物很容易被乙醇提取而呈現(xiàn)無色。

②與細胞壁有關(guān)：革蘭氏陽性菌的脂類物質(zhì)的含量很低，肽聚糖的含量高。革蘭氏陰性菌相反，它的脂類含量高，肽聚糖含量低。用乙醇脫色時，革蘭氏陰性菌的脂類物質(zhì)被乙醇溶解，增加細菌細胞壁的孔徑及其通透性，乙醇容易進入細胞內(nèi)將草酸銨結(jié)晶紫和碘-碘化鉀復合物提取出來，使菌體呈現(xiàn)無色。革蘭氏陽性菌由于脂類物質(zhì)含量極低，而肽聚糖含量高，乙醇既是脫色劑又是脫水劑，使肽聚糖脫水縮小細胞壁的孔徑，降低細胞壁的通透性，阻止乙醇分子進入細胞，草酸銨結(jié)晶紫和碘-碘化鉀的復合物被截留在細胞內(nèi)而不被脫色，仍呈現(xiàn)紫色。2原生質(zhì)體

包括細胞質(zhì)膜（原生質(zhì)膜）、細胞質(zhì)及其內(nèi)含物、細胞核物質(zhì)。(1)細胞質(zhì)膜

① 細胞質(zhì)膜及其化學組成

細胞質(zhì)膜是緊貼在細胞壁的內(nèi)側(cè)而包圍細胞質(zhì)的一層柔軟而富有彈性的薄膜。它是半滲透膜。它的重量占菌體的10％，含有60％～70％的蛋白質(zhì)，含30%～70%的脂類和約20％的多糖。

② 細胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)

細胞質(zhì)膜由上、下兩層致密的著色層，中間夾一個不著色層組成。不著色層是由具有正、負電荷，有極性的磷脂雙分子層組成，是兩性分子。親水基朝著膜的內(nèi)、外表面的水向，疏水基在不著色區(qū)域。蛋白質(zhì)主要結(jié)合在膜的表面，有的位于均勻的雙層磷脂層中，疏水基占優(yōu)勢。膜表面的蛋白質(zhì)還有多糖。①②③④⑤

③ 細胞質(zhì)膜的生理功能 細胞質(zhì)膜的生理功能有：①維持滲透壓的梯度和溶質(zhì)的轉(zhuǎn)移；②細胞質(zhì)膜上有合成細胞壁和形成橫膈膜組分的酶，故可在膜的外表面合成細胞壁；③膜內(nèi)陷形成的中間體含有細胞色素，可參與呼吸作用；④可在細胞質(zhì)膜上進行物質(zhì)代謝和能量代謝；⑤為鞭毛提供附著點。

(2)核糖體

核糖體是分散在細胞質(zhì)中的亞微顆粒，由RNA和蛋白質(zhì)組成，是合成蛋白質(zhì)的場所。其中RNA占60%，蛋白質(zhì)占40%。大腸桿菌可以分解出三種分子質(zhì)量不同的RNA，16SRNA、23SRNA和5SRNA。核糖體的沉降系數(shù)是70S（由50S和30S兩個亞基組成）。

(3)細胞內(nèi)含顆粒 氣泡（水生細菌）：相當于魚的魚漂

異染顆粒：可被甲苯胺染成紫紅色?；瘜W本質(zhì)—偏磷酸鹽的聚合物。功能：磷源和能源性貯藏物。

聚b-羥基丁酸（簡稱 PHB）顆粒：能量的貯存物；調(diào)節(jié)pH。糖原和淀粉粒：用作碳源和能源。硫粒：某些化能自養(yǎng)型硫細菌，貯存的能源物質(zhì) 通常，一種細菌只含有一種或兩種內(nèi)含顆粒。3 擬核

細菌無核膜和核仁，故稱原始核，亦稱細菌染色體，由DNA組成。由于高度緊密折疊，擬核只占菌體很小的一部分，在電子顯微鏡下看到的是一個透明的、不易著色的纖維狀區(qū)域。擬核攜帶全部或部分遺傳信息，它的功能是決定遺傳性狀和傳遞遺傳信息，是重要的遺傳物質(zhì)。

莢膜、粘液層和菌膠團

(1)莢膜：是一些細菌在其細胞表面分泌的一種粘性物質(zhì)，把細胞壁完全包圍住。莢膜能相對穩(wěn)定的附在細胞壁表面，使細菌與外界環(huán)境有明顯的邊緣。莢膜不易著色，一般采用負染色法。

成分：多糖、多肽和脂類，含水率在90％～98％。①②③④⑤ 功能：

① 保護作用：保護細菌免受干燥的影響，保護不受宿主吞噬細胞的吞噬。② 當缺乏營養(yǎng)時，莢膜可被用作碳源和能源。

③ 具莢膜的致病菌毒力強，失去莢膜的致病力下降。

④ 廢水生物處理中的細菌莢膜有生物吸附作用，將廢水中的有機物、無機物及膠體吸附在細菌體表面上。

(2)粘液層：有些細菌不產(chǎn)生莢膜，其細胞仍可分泌粘性的多糖，疏松地附著在細菌細胞壁表面，與外界沒有明顯的邊緣，則叫粘液層。在廢水生物處理過程中有生物吸附作用。

(3)菌膠團：有些細菌由于其遺傳特性決定，細菌之間按一定的排列方式粘集在一起，被一個公共的莢膜包圍成一定形狀的細菌集團叫做菌膠團。菌膠團的形成是由這類細菌遺傳特性所決定的。菌膠團的形狀 有球形、蘑菇形、橢圓形、分支狀、垂絲狀及不規(guī)則形。

(4)衣鞘：水生境中的絲狀菌，如球衣菌屬、纖發(fā)菌屬、發(fā)硫菌屬、亮發(fā)菌屬等絲狀體表面的粘液層或莢膜硬質(zhì)化，形成一個透明堅韌的空殼，叫衣鞘。5 芽孢

某些細菌生長到一定階段，在細胞內(nèi)形成一個圓形成圓柱形的對不良環(huán)境條件具有較強的抵抗逆休眠體。細菌的芽孢都生長在細胞內(nèi)，又稱內(nèi)生孢子(Endospora)，細菌中只有少數(shù)幾個屬具有芽孢。芽孢對干燥（在干燥下可存活幾年、幾十年）、紫外線，有毒化學物、熱、化學藥品抵抗力強，能使細菌渡過不良環(huán)境。所以，芽孢使抵御外界不良環(huán)境的休眠體。芽胞的大小、形狀、位置等隨菌種而異，有重要的鑒別意義。芽孢不是繁殖器官，只是休眠體，而且不易著色。

產(chǎn)芽孢細菌的種類：革蘭氏陽性桿菌芽孢桿菌屬、梭菌屬；球菌只有八疊球菌屬產(chǎn)生芽孢；螺菌中的孢螺菌屬也產(chǎn)生芽孢。

芽孢抗性強的原因：（1）含水量低。（2）有厚、致密的壁。（3）含與抗熱性有關(guān)的吡啶二羧酸。（4）芽孢內(nèi)具有抗熱性的酶。6鞭毛

由細胞質(zhì)膜上的鞭毛基粒長出穿過細胞壁伸向體外的一條纖細的波浪狀的絲狀物。直徑0.001~0.02um，長2~50um。具有鞭毛的細菌都能運動，不具有鞭毛的細菌不能運動，但有些細菌仍可運動，這種運動叫做滑動。

化學成分：鞭毛蛋白。

功能：運動，鞭毛的有無以及鞭毛著生的部位是菌種分類鑒定的重要指標。根據(jù)鞭毛數(shù)目與排列情況分：

一端單毛菌：菌體一端只有一條鞭毛。二端單毛菌：菌體二端各有一條鞭毛。叢毛菌：菌體一端或二端各有一叢鞭毛(偏端叢生鞭毛菌、二端叢生鞭毛菌)。周毛菌：在菌體四周都有鞭毛。實驗室可采用特殊染色，使染料的復合物附著并積累在鞭毛上，加粗其直徑，可用普通光學顯微鏡觀察。

-+7比鞭毛更細，較短，直硬，數(shù)量也較多的細絲。非運動器官G菌多有，G菌少數(shù)有。菌毛在普通光學顯微鏡下看不到，必須用電子顯微鏡觀察。

功能：菌毛分普通菌毛和性菌毛(有吸附作用)。有性菌毛的細菌叫雄性菌。雄性菌與雌性可通過性菌毛接合，沒有之不能接合。

三、細菌的培養(yǎng)特征

細菌在固體培養(yǎng)基上的培養(yǎng)特征： 菌落：將單個微生物細胞或一小堆同種微生物細胞接種在固體培養(yǎng)基的表面，當它占有一定的發(fā)展空前并給予適宜的培養(yǎng)條件時，該細胞就迅速進行生長繁殖。結(jié)果就會形成一個以母細胞為中心的一堆肉眼看見的、有一定形態(tài)構(gòu)造的子細胞集團，稱為菌落。

菌苔：如果將某一純種的大量細胞密集地接種在固體培養(yǎng)基表面，結(jié)果形成的各“菌落”相互聯(lián)結(jié)成一片，就是菌苔。

菌落的特征主要由各種微生物特殊的遺傳特性決定，同時也與培養(yǎng)基成分及培養(yǎng)條件有關(guān)，當固定培養(yǎng)基成分及培養(yǎng)條件相同時，不同種類微生物形成的菌落特征是固定的，可作為微生物鑒定的重要依據(jù)。

細菌在固體培養(yǎng)基上的菌落特征：濕潤、較光滑、較透明、較粘稠、易挑取、質(zhì)地均勻以及菌落正反面或邊緣與中央部位的顏色一致等。

細菌在液體培養(yǎng)基中的培養(yǎng)特征：

（1）多數(shù)細菌呈現(xiàn)均勻渾濁（表現(xiàn)均勻生長）。部分形成菌膜，在液體培養(yǎng)基表面上形成菌膜，液體透明明或者稍渾濁。

（2）在液體底部形成沉淀。菌落在微生物學工作中有很多應用，主要用于微生物的分離、純化、鑒定、計數(shù)等研究和選種、育種等實際工作中。

四、細菌的繁殖方式

細菌一般以二分裂法進行無性繁殖，少數(shù)細菌存在有性結(jié)合，但發(fā)生頻率極低。

第二節(jié) 古 菌

在過去相當長時間里，由于研究微生物的技術(shù)和研究手段落后的原因，對古菌的了解甚少，一直將古菌隸屬于細菌的范疇。1977年起，人們改進了研究方法，對細菌進行了深入研究。根據(jù)微生物的細胞結(jié)構(gòu)、化學組成以及它們的特殊生活環(huán)境作了細致的比較，發(fā)現(xiàn)細菌中有一類比較特殊的微生物。因此為區(qū)分開這類特殊菌，將細菌劃分為古細菌和真細菌，都屬于原核微生物。

1977年，美國學者Woese以16S rRNA序列比較為依據(jù)，提出的獨立于真細菌和真核生物之外的生命的第三種形式。

在分類地位上與真細菌和真核生物并列為三域，在進化譜系上更接近真核生物。在細胞構(gòu)造上與真細菌較為接近，同屬原核生物。多生活于一些生存條件十分惡劣的極端環(huán)境中，原名古細菌（Archaebacteria）；后改名古菌（Archaea）。

古菌種類：

產(chǎn)甲烷菌：嚴格厭氧菌，能夠在代謝過程中產(chǎn)生甲烷，培養(yǎng)方法有Hungate滾管法、厭氧手套箱法等。

嗜熱嗜酸菌：包括古生硫酸還原菌和極端嗜熱古菌。專性嗜熱、好氧、兼性厭氧、嚴格厭氧，革蘭氏陰性，最適生長溫度70~105℃。

極端嗜鹽菌：對NaCl有特殊的適應性和需要性。棲息在高鹽環(huán)境如曬鹽場、天然鹽湖或高鹽鹽漬食物。革蘭氏陰性或陽性，好氧或兼性厭氧、化能有機營養(yǎng)型。

第三節(jié) 放線菌

放線菌是指一類呈絲狀生長、主要以孢子繁殖和陸生性強的原核生物。放線菌一般分布在含水量較低、有機物豐富和呈微堿性的土壤環(huán)境中。為泥土所特有的“泥腥味”，主要是由放線菌產(chǎn)生的。在每克土壤中，放線菌的孢子數(shù)一般在107左右。除枝動菌屬為革蘭氏陰性外，其余全部放線菌均為革蘭氏染色陽性。

放線菌可以產(chǎn)生抗菌素1700種以上，放線菌還可產(chǎn)生維生素和酶類。弗蘭克菌科與多種非豆科植物形成根瘤固氮。放線菌有很強的分解纖維素、石蠟、瓊脂、角蛋白和橡膠等復雜有機物的能力，在自然界物質(zhì)循環(huán)和提高土壤肥力等方面有著重要的作用。

只有極少數(shù)的放線菌對人類構(gòu)成危害。1 放線菌的菌絲類型：

放線菌根據(jù)菌絲形態(tài)和功能分為三類： 基內(nèi)菌絲（營養(yǎng)菌絲）：菌絲無分隔，可以產(chǎn)生各種水溶性、脂肪性色素，使培養(yǎng)基著色。功能：吸收營養(yǎng)物質(zhì)。

氣生菌絲：由基內(nèi)營養(yǎng)菌絲長出培養(yǎng)基外，伸向空間的菌絲，直生或分枝絲狀，較基內(nèi)菌絲粗。功能：分化形成孢子絲。

孢子絲：當生長發(fā)育到一定階段，在其氣生菌絲上分化出可形成孢子的菌絲。功能：形成孢子，起繁殖作用。放線菌在固體培養(yǎng)基上的菌落特征 在固體培養(yǎng)基表面，放線菌的細胞有基內(nèi)菌絲和氣生菌絲的分化，氣生菌絲到成熟時會分化成孢子絲并產(chǎn)生成串的干粉壯孢子，這些氣生菌絲或孢子絲伸展在空氣中，菌絲間一般都不會存在毛細血管水。這就使放線菌獲得其特有的與細菌不同的菌落特征：干燥、不透明、表面呈致密的絲絨狀，上有一層色彩鮮艷的干粉；菌落和培養(yǎng)基的連接緊密，難以挑取；菌落的正反面顏色常常不一致，以及菌落邊緣培養(yǎng)基的平面有變形現(xiàn)象。放線菌的繁殖：通過分生孢子或孢囊孢子繁殖，也可以一段菌絲繁殖。

第四節(jié) 藍細菌

藍細菌是一類含有葉綠素a，具有放氧性光合作用的原核生物。藍細菌亦稱籃藻，過去作為藻類的一群。

藍細菌生長在土壤、巖石上，在樹皮上也成片生長，亦有許多種類生長在池塘、湖泊和海洋中。

藍細菌在污水處理、水體自凈中起積極作用。在氮、磷豐富的水體中生長旺盛，可作為水體富營養(yǎng)化的指示生物。某些屬種在富營養(yǎng)化的海灣和湖泊中引起海灣的赤潮和湖泊的水華。

藍細菌特征：

分布廣。形態(tài)差異大。細胞中含有葉綠素a，進行產(chǎn)氧型光合作用。具有原核生物的典型細胞結(jié)構(gòu)。營養(yǎng)極為簡單，不需要維生素，以硝酸鹽或氨作為氮源，多數(shù)能固氮。分泌粘液層、莢膜或形成衣鞘，具有強的抗干旱能力。無鞭毛，但能在固體表面滑行，進行光趨避運動。許多種類細胞質(zhì)中有氣泡。

第五節(jié) 立克次氏體、支原體和衣原體

一、衣原體[Chlamydia]：具有細胞壁，只能生活在活的細胞內(nèi)，不能在人工培養(yǎng)基上培養(yǎng)。如引起人的沙眼病的沙眼衣原體。

二、支原體(枝原體)：沒有細胞壁，能進行人工培養(yǎng)的最小微生物，在人的唾液和口腔內(nèi)，支原體檢出率約50%-60%。引起人的非典型肺炎、豬氣喘病、植物黃化病。支原體是目前已知的可獨立生長和生活最簡單的生命形式。

三、立克次氏體：有細胞壁，桿、球狀，常多態(tài)，大小為0.3-1×0.2-0.5um, 只能在活細胞內(nèi)生長，在動物體外存活困難,對四環(huán)素、氯霉素等敏感。立克次醫(yī)生首先發(fā)現(xiàn)這類微生物。他在研究斑疹傷寒病時，不幸感染而犧牲，年僅39歲。他的學生范魯納澤克繼續(xù)研究，同樣不幸感染而犧牲。斑疹傷寒病在本世紀初曾引起幾萬人死亡，立克次氏體還引起Q熱、戰(zhàn)壕熱病等，可用廣譜性抗菌素治療。

四、螺旋體：有細胞壁，大小為0.09-0.75×3-500um。主要有鉤端螺旋體、梅毒螺旋體，可以引起毛細血管損害、內(nèi)臟損害。離開人體迅速死亡，90%靠接觸傳染5%靠輸血傳染，用青霉素等可治療。

第三章 真核微生物

講 授 人: 佘秋生 學 時：4 教學方法: 講授

教學手段: 板書、多媒體 教學目的:

1、了解真核微生物的分類、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、生長及繁殖等特點 重點難點: 真核微生物的分類

真核微生物的種類約占微生物總數(shù)的95%以上。從個體形態(tài)、群體形態(tài)、營養(yǎng)吸收、代謝類型、代謝產(chǎn)物、遺傳特性、和生態(tài)分布諸方面，真核微生物都展現(xiàn)出一幅多樣化的畫面。真核微生物包括原生生物界的原生生物、藻類、真菌界的霉菌、酵母菌、及傘菌還包括生物界的微型后生動物。

第一節(jié) 原生動物

一、原生動物的概念

動物中最原始、最低等、結(jié)構(gòu)最簡單的單細胞動物。形體微小，在10~300微米之間，光學顯微鏡下可觀察到。

原生動物是單細胞真核微生物，無細胞壁，有細胞質(zhì)、細胞膜，有分化的細胞器，細胞核具核膜。有獨立生活的生命特征和生理功能，如攝食、營養(yǎng)、呼吸、排泄、生長、繁殖、運動及對刺激的反應等，均由相應的細胞器執(zhí)行。

胞口、胞咽、食物胞、吸管—攝食、消化、營養(yǎng) 收集管、伸縮泡、胞肛— 排泄

鞭毛、纖毛、剛毛、偽足— 運動和捕食 眼點— 感覺

有的細胞器執(zhí)行多種功能，如偽足、鞭毛、纖毛、剛毛既能執(zhí)行運動功能，又能執(zhí)行攝食功能，甚至還有感覺功能。

二、原生動物的營養(yǎng)類型 全動性營養(yǎng)：以吞食其他生物和有機顆粒為食。絕大多數(shù)原生動物為全動性營養(yǎng)。2 植物性營養(yǎng)：有色素的原生動物如綠眼蟲、衣滴蟲和植物一樣，進行光合作用。3 腐生性營養(yǎng)：某些無色鞭毛蟲和寄生的原生動物，借助體表和原生質(zhì)膜吸收環(huán)境和寄主中的可溶性有機物為營養(yǎng)。

三、原生動物的繁殖

二分裂法是原生動物的主要繁殖方式，在環(huán)境條件差時出現(xiàn)有性生殖。

四、原生動物的各綱簡介 鞭毛綱

稱為鞭毛蟲，具有一根或幾根鞭毛。兼有三種營養(yǎng)類型。大小從幾微米到幾十微米。主要有眼蟲、粗袋鞭蟲等。

在自然水體中，鞭毛蟲喜在多污帶和a—中污帶生活。在污水生物處理中，活性污泥培養(yǎng)初期或在處理效果差時鞭毛蟲大量出現(xiàn)，可作為污水處理指示生物。肉足綱 稱為肉足蟲，形體小，無色透明，無固定形狀，全動性營養(yǎng)。分根足亞綱（可改變形狀）和輔足亞綱（球形），主要有變形蟲、太陽蟲和輻球蟲。以無性生殖為主。

變形蟲喜在a—中污帶或b—中污帶的自然水體中生活。在污水生物處理系統(tǒng)中，則在活性污泥培養(yǎng)中期出現(xiàn)。纖毛綱

稱為纖毛蟲。有游泳型和固著型兩種，以纖毛作為運動和捕食的細胞器，纖毛蟲是原生動物中最高級的一類，有固定的、結(jié)構(gòu)精細的攝食細胞器。生殖有分裂生殖和結(jié)合生殖。

營養(yǎng)：動物性。喜吃細菌及有機顆粒，與廢水生物處理的關(guān)系較為密切。

特點：種類多、結(jié)構(gòu)復雜。在活性污泥中的種類數(shù)量非常繁多，已發(fā)現(xiàn)的種類有6000種，遠遠超過肉足類和鞭毛類。

纖毛蟲是原生動物中構(gòu)造最復雜的，不僅有比較明顯的胞口，還有口圍、口前庭和胞咽等司吞食和消化的細胞器官。它的細胞核有大核(營養(yǎng)核)和小核(生殖核)兩種，通常大核只有一個，小核則有一個以上。

根據(jù)運動情況可分為游泳型、固著型和吸管蟲三種。

Ⅰ.游泳型纖毛蟲

大?。?180~300um×42~75um 形態(tài)：自由游動

如草履蟲，豆形蟲、腎形蟲、漫游蟲等。其中在活性污泥中以草履蟲居多，每逢凈化程度較差時就會大量出現(xiàn)，常被作為水質(zhì)凈化的指示生物。

Ⅱ.固著型纖毛蟲

形態(tài)：固著、群生相連或個體。1 個體型：

以個體形式生存的為鐘蟲，因其像一個倒置的種而得名。特征：

A 前端有環(huán)形纖毛叢構(gòu)成的纖毛帶，形成似波動膜的構(gòu)造。B 大多數(shù)在后端有尾柄，它們靠尾柄附著在其它物質(zhì)(如活性污泥、生物濾池的生物膜)上。當環(huán)境不良時，柄消失，固著型鐘蟲成為游動性的。靠前端纖毛的擺動而移到另一環(huán)境較好的固體物質(zhì)上。

常見的單個個體的鐘蟲類有小口鐘蟲、溝鐘蟲、領鐘蟲等。其中以小口鐘蟲在各類廢水處理中出現(xiàn)頻率最大，數(shù)量也是最多，小口鐘蟲的體長為32~70um，寬22~48um，口圍12~25um，柄長20~380um。群體型：

固著型纖毛蟲中的群體型生物有縮蟲、累枝蟲、蓋蟲三種。營養(yǎng)型：以細菌為食。

作用：可以降低水中游離細菌的數(shù)量，降低水的渾濁度，對廢水生物處理起良好的促進作用，同時常被可作為處理效果較好的指示生物。

Ⅲ.吸管蟲

形態(tài)：幼蟲有纖毛，成蟲纖毛消失，長出長短不一的吸管，末端有一根柄固著生活。蟲體呈球形、倒圓錐形、三角形，沒有口，吸管為捕食工具，以其他原生動物為食。吸管蟲用吸管吸住微小動物，并由吸管中釋放毒素將其麻醉，繼而融化其細胞膜，吸干其體液。

作用：吸管蟲多數(shù)在污染較重的水體中，可作為廢水處理效果平常的指示生物。

五、原生動物在廢水生物處理中的作用 原生動物對廢水凈化的影響

原生動物對廢水凈化的影響體現(xiàn)在四個方面： ①直接參與廢物的去除。動物性營養(yǎng)型的原生動物，如動物性鞭毛蟲、變形蟲、纖毛蟲等能直接利用水中的有機物質(zhì)，對水中有機物的凈化起一定的積極作用。

②產(chǎn)生絮凝物質(zhì)，促進活性污泥的形成?；钚晕勰囝w粒主要由細菌絮凝而成，實驗證明小口鐘蟲、累枝蟲和尾草履蟲等纖毛蟲能分泌一些促進凝聚的糖類，使它們能夠附著在小的絮凝體上，同時促進絮凝體進一步黏附細菌使污泥絮體增大。粘多糖還具有粘連小顆粒的作用，促進活性污泥的增大。生產(chǎn)上常發(fā)現(xiàn)在活性污泥培養(yǎng)初期，一旦系統(tǒng)中出現(xiàn)固著型纖毛蟲，隨后就可看到活性污泥絮體的形成并逐漸增大。

③吞噬細菌，凈化出水水質(zhì)。實驗證明，1000m3的水池中，球衣菌可吸收30t有機物質(zhì)，其中20t被分解為無機質(zhì)，10t組成細菌自身，如果這10t細菌（包括致病菌）從污水處理廠直接排入天然水體，就會造成新的污染，事實上約有半數(shù)以上的細菌，尤其是游離的細菌，在曝氣池中不斷的被原生動物吃掉。獨縮蟲中的奇觀獨縮蟲每個群體每小時能吃掉3萬個細菌，屬于纖毛蟲的四膜蟲每小時能吃掉500~600個細菌?；钚晕勰嘣跊]有纖毛蟲的條件下出水的BOD5為54~70mg/L，在有纖毛蟲的條件下出水的BOD5為7~24mg/L。

④促進細菌生長，提高細菌活性。原生動物對細菌的捕食不但不會影響細菌的生長，還能使細菌維持在對數(shù)生長期，防止細菌種群的衰老，此外原生動物代謝產(chǎn)生的溶解性有機物也可以被細菌利用，促進細菌的生長。以原生動物為指示生物（1）依據(jù)

不同種類的原生動物對環(huán)境條件的要求不同，對環(huán)境變化的敏感程度也不同，所以可以利用原生動物種群的生長情況，判斷生物處理構(gòu)筑物的運轉(zhuǎn)情況及廢水凈化的效果。

（2）優(yōu)越性

用原生動物作為指示生物有兩個優(yōu)點： Ⅰ.觀察容易

原生動物的形體比細菌大得多，低倍顯微鏡即可觀察，因此以原生動物為指示生物是較為方便的。

Ⅱ.快速預報

通常污水處理廠每天都要對本廠的出水進行水質(zhì)監(jiān)測，若超過國家規(guī)定的標準，就要及時追查原因，以求解決?；瘜W分析雖然準確，但有些數(shù)據(jù)當天得不到如BOD5，根據(jù)原生動物與BOD5的對應關(guān)系，則可以作出快速的判斷，縮短發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的時間。例如湖南石油化工廠的曝氣池中的有柄纖毛蟲與BOD5統(tǒng)計數(shù)據(jù)有以下的比例關(guān)系圖，二者之間顯著相關(guān)。由于水體的不同各個處理廠可根據(jù)本廠的統(tǒng)計數(shù)據(jù)建立相關(guān)的公司，來進行出水水質(zhì)的快速預報。

（3）原則

對廢水處理構(gòu)筑物中的原生動物進行鏡檢時，需同時注意以下幾方面：(1)原生動物種類組成；(2)種類的數(shù)量變化；(3)各種群的代謝活力。結(jié)合這三個方面的長期統(tǒng)計數(shù)據(jù)與水質(zhì)的相互關(guān)系，可以準確的進行水質(zhì)的預報。以下是一些通用的判斷方法。

Ⅰ.水質(zhì)毒物判斷

如發(fā)現(xiàn)群體的纖毛蟲縮成一團時表示水中有毒；鐘蟲的柄脫落也表明水中有毒。纖毛蟲接合生殖（即有性生殖）、或形成孢囊也都表明水中存在有毒物質(zhì)或其他條件如溫度、pH等的不適宜。

Ⅱ.溶解氧判斷

有些原生動物對水中的溶解氧變化十分敏感。如鐘蟲細胞前端出現(xiàn)氣泡，運動遲緩，說明水中充氧不足，或溶氧過高，水質(zhì)將變壞。反之則表明溶解氧情況適中良好。

Ⅲ.曝氣池處理效果的判斷

原生動物的胞囊：在環(huán)境條件變壞，如水干枯、水溫和pH過高或過低，溶解氧不足，缺乏食物或排泄物積累過多，廢水中的有機物超過它的適應能力等原因，都可使原生動物不能正常生活而形成胞囊。胞囊是抵抗不良環(huán)境的一種休眠體。一旦形成胞囊，就可判斷污水處理不正常。當環(huán)境惡化時，原生動物先是身體變圓，鞭毛、纖毛等細胞器縮入體內(nèi)，細胞水分從體內(nèi)排出，并分泌一種膠狀物質(zhì)于體表，這些物質(zhì)凝固成胞殼。胞殼分為兩層，外層厚而突起，內(nèi)層薄而透明。胞囊很容易隨灰塵漂浮或被其他動物帶到其他地方，胞囊遇到適宜環(huán)境胞殼破裂，恢復蟲體形狀。

第二節(jié) 微型后生動物

后生動物也稱多細胞動物。在水處理工作中常見的后生動物主要是形體微小的后生動物，主要有輪蟲、線蟲、寡毛蟲、浮游甲殼動物、苔蘚動物。

一、輪蟲

輪蟲是多細胞動物中比較簡單的一種。其身體前端有一個頭冠，頭冠上有一列、二列或多列纖毛形成纖毛環(huán)。纖毛環(huán)經(jīng)常擺動，將細菌和有機顆粒等引入口部，纖毛環(huán)既是是輪蟲的進食工具，又是行動工具。輪蟲因其纖毛環(huán)擺動時狀如旋轉(zhuǎn)的輪盤而得名。形態(tài)、生理

形態(tài)：長度約400~4000um，多數(shù)在500um左右，需在顯微鏡下觀察。身體為長形，分頭部、軀干和尾部。頭部有輪盤，其咽內(nèi)有一個幾丁質(zhì)的咀嚼器。軀干呈圓筒形，背腹扁寬，具刺或棘，外面有透明的角質(zhì)甲膜，尾部末端有分叉的趾，內(nèi)有腺體分泌的粘液，借以固著在其他物體上。

生理：適應pH范圍廣，以pH6.8左右生活的種類較多。輪蟲以小的原生動物和有機顆粒等為食物，在廢水的生物處理中有一定的凈化作用。

生殖：雌雄異體，雄體比雌體小得多，并退化，有性生殖少，多為孤雌生殖。指示生物作用

當活性污泥中出現(xiàn)輪蟲時，往往表明處理效果良好。但如數(shù)量太多，則是污泥膨脹的的前兆。此時輪蟲有可能破壞污泥的結(jié)構(gòu)，使污泥松散而上浮。輪蟲在水源水中大量繁殖時，有可能阻塞水廠的砂濾池。目前發(fā)現(xiàn)的輪蟲有252種，活性污泥中常見的輪蟲有轉(zhuǎn)輪蟲、紅眼旋輪蟲等。

二、線蟲

屬于線形動物門的線形綱。線蟲為長形，形體微小，多在1mm以下。線蟲有好氧和兼性厭氧的，兼性厭氧者在缺氧時大量繁殖。線蟲是污水凈化程度差的指示生物。

三、寡毛類動物

屬環(huán)節(jié)動物門寡毛綱，比輪蟲和線蟲高級。身體細長分節(jié)，每節(jié)兩側(cè)有剛毛，靠剛毛爬行運動。在水中的小蟲或其幼蟲還有搖蚊幼蟲、蜂蠅幼蟲和顫蚯蚓，這些生物也可以作為指示生物。如指示水中的溶解氧濃度。后生動物比原生動物對水中的溶解氧更敏感，水中無后生動物生長，往往說明溶解氧不足。

四、浮游甲殼動物

甲殼動物是魚類的基本食料。廣泛分布于河流、湖泊和水塘等淡水水體及海洋中，以淡水種為多。這類生物的主要特點是具有堅硬的甲殼，水生浮游生活。是水體污染和水體自凈的指示生物。常見的有劍水蚤和水蚤，屬節(jié)肢動物門的甲殼綱。?在給水排水工程中常見的甲殼類動物有水蚤。甲殼類動物以細菌和藻類為食料。應用：去除氧化塘中過多的藻類。但它們?nèi)舸罅糠敝?，可能影響水廠濾池的正常運行。

第三節(jié) 藻類

一、藻類一般特征

具有葉綠體，光能自養(yǎng)型，進行光合作用。少數(shù)藻類營腐生，極少數(shù)與其他生物共生。繁殖方式有有性生殖和無性生殖。分布廣泛。已發(fā)現(xiàn)22000種，估計只是總數(shù)的十分之一。根據(jù)形、色、結(jié)構(gòu)等，將藻類分為十一門，即藍藻、裸藻、綠藻、隱藻、輪藻、金藻、黃藻、硅藻、甲藻、褐藻、紅藻。

二、藻類的分類及各門特征簡介 藍藻門

即藍細菌，見原核微生物一章。2 裸藻門

裸藻門的藻類叫裸藻。因不具細胞壁而得名。它們有鞭毛能運動，動物學將它們列入原生動物門的鞭毛綱。絕大多數(shù)裸藻具有葉綠體，內(nèi)含葉綠素a、b，β-胡蘿卜素、三種葉黃素。柄裸藻屬以膠柄相連接成群體。其它的裸藻全是游動型的個體，含光合色素的裸藻進行光合作用，即植物性營養(yǎng)。不含色素的裸藻營腐生性營養(yǎng)或全動性營養(yǎng)。

裸藻的繁殖方式為縱裂。代表屬有：囊裸藻屬、扁裸藻屬、柄裸藻屬及裸藻屬。綠藻門

綠藻門的藻類叫綠藻。它們形體多樣，有單細胞的個體、群體和絲狀體。個體的形態(tài)也多樣。單細胞個體的綠藻具有2~4根頂生的、等長的尾鞭型鞭毛。它們含有較多葉綠素a、b，β-胡蘿卜素、葉黃素。其貯存物為淀粉和油類，葉綠體內(nèi)有一至幾個有鞘的造粉核。

綠藻的繁殖方式為無性生殖和有性生殖。

綠藻的代表屬有：衣藻屬、小球藻屬、盤藻屬、實球藻屬、空球藻屬、團藻屬、柵藻屬、盤星藻屬、新月藻屬、鼓藻屬、雙星藻屬、水綿藻屬等。輪藻門

輪藻門的藻類叫輪藻。它們的細胞結(jié)構(gòu)、光合色素和貯存物與綠藻大致相同，不同的是有大型的頂細胞，有節(jié)和節(jié)間，節(jié)上有輪生的分支。為卵配生殖。在淡水和半咸水中生長。金藻門

金藻門的藻類叫金藻。金藻形體多樣，有個體和群體。具有一或二根鞭毛，少數(shù)有三根鞭毛。體內(nèi)葉黃素和β-胡蘿卜素占優(yōu)勢，藻體呈現(xiàn)黃綠色和金棕色。貯存物有金藻糖和油。

金藻的代表屬有：魚鱗藻屬、合尾藻屬和鐘罩藻屬 6 黃藻門

黃藻門的藻類叫黃藻。黃藻的細胞壁大多數(shù)由兩個半片套組成，含較多的果膠質(zhì)，體內(nèi)含葉綠素a、c，β-胡蘿卜素和葉黃素，貯存物為油。絕大多數(shù)黃藻為淡水產(chǎn)的。

代表屬有：黃絲藻屬、黃群藻屬和擬黃群藻屬。7 硅藻門

細胞壁中富含硅，單細胞，形狀各異。特征：由上下殼組成 顏色：黃綠色和黃褐色

第四節(jié) 真菌

一、酵母菌

酵母菌的細胞結(jié)構(gòu)

細胞壁、細胞質(zhì)膜、細胞核、細胞質(zhì)及內(nèi)含物。酵母菌的細胞壁組分與細菌不同，含葡聚糖、甘露聚糖、蛋白質(zhì)及脂類。啤酒酵母還含有幾丁質(zhì)。

酵母菌的繁殖及生活史 1 無性繁殖

芽殖：主要的無性繁殖方式，成熟細胞長出一個小芽，到一定程度后脫離母體繼續(xù)長成新個體。

裂殖：少數(shù)酵母菌可以象細菌一樣借細胞橫割分裂而繁殖，例如裂殖酵母。有性繁殖

酵母菌以形成子囊和子囊孢子的形式進行有性繁殖：兩個性別不同的單倍體細胞靠近，相互接觸；接觸處細胞壁消失，質(zhì)配；核配，形成二倍體核的接合子：以二倍體方式進行營養(yǎng)細胞生長繁殖，獨立生活；下次有性繁殖前進行減數(shù)分裂。進行減數(shù)分裂，形成4個或8個子囊孢子，而原有的營養(yǎng)細胞就成為子囊。子囊孢子萌發(fā)形成單倍體營養(yǎng)細胞。生活史

酵母菌單倍體和雙倍體細胞均可獨立存在，有三種類型：

(1)營養(yǎng)體只能以單倍體形式存在（核配后立即進行減數(shù)分裂）(2)營養(yǎng)體只能以雙倍體形式存在（核配后不立即進行減數(shù)分裂）(3)營養(yǎng)體既可以單倍體也可以雙倍體形式存在，都可進行出芽繁殖。酵母菌中尚未發(fā)現(xiàn)其有性階段的被稱為假酵母。酵母菌在固體培養(yǎng)基上的培養(yǎng)特征

大多數(shù)酵母菌的菌落特征與細菌相似，但比細菌菌落大而厚，菌落表面光滑、濕潤、粘稠，容易挑起，菌落質(zhì)地均勻，正反面和邊緣、中央部位的顏色都很均一，菌落多為乳白色，少數(shù)為紅色，個別為黑色。酵母菌在液體培養(yǎng)基中的生長特征

不同種的酵母菌表現(xiàn)不一樣，有的在培養(yǎng)基液面上形成薄膜，有的酵母菌沉淀在瓶底。發(fā)酵型的酵母菌產(chǎn)生二氧化碳氣體使培養(yǎng)基表面充滿泡沫。

二、霉菌

“絲狀真菌”的統(tǒng)稱，不是分類學上的名詞。霉菌菌體均由分枝或不分枝的菌絲（hypha）構(gòu)成。許多菌絲交織在一起，稱為菌絲體（mycelium）。

霉菌在自然界分布極廣，土壤、水域、空氣、動植物體內(nèi)外均有它們的蹤跡。常在潮濕的氣候下大量生長繁殖，長出肉眼可見的絲狀、絨狀或蛛網(wǎng)狀的菌絲體，有較強的陸生性。它們同人類的生產(chǎn)、生活關(guān)系密切，是人類實踐活動中最早認識和利用的一類微生物。

食物、工農(nóng)業(yè)制品的霉變（據(jù)統(tǒng)計全世界平均每年由于霉變而不能食（飼）用的谷物約占2%，這是一筆相當驚人的經(jīng)濟損失。）。有用物品的生產(chǎn)（如風味食品、酒精、抗生素、有機酸、酶制劑、維生素、甾體激素等）。在農(nóng)業(yè)上用于飼料發(fā)酵、植物生長刺激素、殺蟲農(nóng)藥等。鐮刀霉分解無機氰化物的能力強，對水中氰化物的去除率達90%以上。有的霉菌還可以處理含硝基化合物廢水。腐生型霉菌在自然界物質(zhì)轉(zhuǎn)化中也有十分重要的作用。

霉菌能夠引起動植物疾病，可引起約3萬種植物病害，是植物傳染性病害的主要病原微生物。霉菌可引起多種人及動物的皮膚疾病及其他一些深層病變，如既可侵害皮膚、粘膜，又可侵害肌肉、骨骼、內(nèi)臟，如可引起肺炎，此外，一些被霉菌感染的食品也可使人得病，如大米、花生中黃曲霉素、黃米毒素等均可引起動物致癌。霉菌的形態(tài)、大小

構(gòu)成霉菌營養(yǎng)體的基本單位是菌絲。菌絲是一種管狀的細絲，直徑一般為3~10微米，分為兩部分，即營養(yǎng)菌絲和氣生菌絲。營養(yǎng)菌絲深入培養(yǎng)基內(nèi)或匍匐盤生在培養(yǎng)基的表面，攝取營養(yǎng)和排泄廢物；氣生菌絲生長在培養(yǎng)基上方的空氣中，長出分生孢子梗和分生孢子。菌絲可伸長并產(chǎn)生分枝，許多分枝的菌絲相互交織在一起，就叫菌絲體。霉菌是由分枝或不分支的菌絲交織形成的菌絲體。霉菌的細胞結(jié)構(gòu)

由細胞壁、細胞質(zhì)膜、細胞核、細胞質(zhì)及內(nèi)含物等組成。大多數(shù)霉菌細胞壁中含有幾丁質(zhì)，少數(shù)含有纖維素，能被蝸牛酶水解。霉菌菌落的特點

由于霉菌的菌絲較粗而長，因而霉菌的菌落較大，有的霉菌的菌絲蔓延，沒有局限性，其菌落可擴展到整個培養(yǎng)皿，有的種則有一定的局限性，直徑1~2厘米或更小。菌落質(zhì)地一般比放線菌疏松，外觀干燥，不透明，呈現(xiàn)或緊或松的蛛網(wǎng)狀、絨毛狀或棉絮狀；菌落與培養(yǎng)基的連接緊密，不易挑取；菌落正反面的顏色和邊緣與中心的顏色常不一致。霉菌的繁殖

霉菌有著極強的繁殖能力，而且繁殖方式也是多種多樣的。在自然界中，霉菌主要依靠產(chǎn)生形形色色的無性或有性孢子進行繁殖。

第四章 微生物的生理

講 授 人: 佘秋生 學 時：4 教學方法: 講授

教學手段: 板書、多媒體 教學目的:

1、了解微生物的生理代謝分類、本質(zhì)、特點 重點難點: 微生物代謝的化學本質(zhì)及分類

第一節(jié) 微生物的酶

微生物的營養(yǎng)和代謝需在酶的參與下才能正常進行。酶是動物、植物及微生物等生物體內(nèi)合成的，催化生物化學反應的，并傳遞電子、原子和化學基團的生物催化劑。微生物種類繁多，酶的種類也繁多。

一、酶的組成

根據(jù)酶的組成情況，可以將酶分為兩大類：

單成分酶：它們的組成為單一蛋白質(zhì)。全酶：某些酶分子中除了蛋白質(zhì)外，還含有非蛋白組分。全酶的蛋白質(zhì)部分稱為酶蛋白，非蛋白質(zhì)部分包括輔酶及金屬離子(或輔助因子cofactor)。酶蛋白與輔助因子組成的完整分子稱為全酶。全酶中的各種成分缺一不可，否則全酶會喪失催化特性，單純的酶蛋白無催化功能。

酶的組成用下式表示：

單成分酶＝酶蛋白 如水解酶類 全酶＝酶蛋白＋有機物 如各種脫氫酶類 全酶＝酶蛋白＋有機物＋金屬離子 如丙酮酸脫氫酶 全酶＝酶蛋白＋金屬離子 如細胞色素氧化酶

酶各組分的功能：酶蛋白起加速生物化學反應的作用；輔基和輔酶起傳遞電子、原子、化學基團的作用；金屬離子除傳遞電子外，還起激活劑的作用。

幾種重要的輔助因子：

某些小分子物質(zhì)與酶蛋白結(jié)合在一起并協(xié)同實施催化作用，這類分子被稱為輔助因子。輔助因子是一類具有特殊化學結(jié)構(gòu)和功能的物質(zhì)。參與的酶促反應主要為氧化-還原反應或基團轉(zhuǎn)移反應。輔酶A(CoA)：它的分子結(jié)構(gòu)含腺嘌呤核苷酸、泛酸和基乙胺等部分，在糖代謝和脂肪代謝中起重要作用，是生物體內(nèi)代謝反應中乙酰化酶的輔酶，主要在反應中起傳遞?；饔茫切纬纱x中間產(chǎn)物的重要輔酶。CH3OHOCH2COOOPOPOHOHOPOHOOHOCH2NONOHNCHCNH2NCH3ONHCH2CH2CNHCH2CH2SH2 NAD 和NADP：NAD(煙酰胺-腺嘌呤二核苷酸，又稱輔酶I)和NADP+(煙酰胺-腺嘌呤磷酸二核苷酸，又稱輔酶II)，是多種重要脫氫酶的輔酶。

NH2CONH2OON+--+++

NNNOCH2OPOPOCH2NOOOOHOHOHOH(OPO3H2)3 FAD和FMN：FAD(黃素-腺嘌呤二核苷酸)和FMN(黃素單核苷酸)，兩者均為黃素酶類，是氨基酸氧化酶和琥珀酸脫氫酶的輔基，在脫氫酶催化的氧化-還原反應中，起著電子和質(zhì)子的傳遞體作用。

OHOHOHOHNNNCOFMN FADONNNNNH2OHOH

CH2CHCHCHCH2OPOCH2OCH3CH3CNHO4 輔酶Q(CoQ)：又稱為泛醌。輔酶Q的活性部分是它的醌環(huán)結(jié)構(gòu)，主要功能是作為線粒體呼吸鏈氧化-還原酶的輔酶，在酶與底物分子之間傳遞電子。

OCH3OCH3OOCH3(CH2CHCCH2)nHCH3n=6-10

硫辛酸：硫辛酸是少數(shù)不屬于維生素的輔酶。硫辛酸是6,8-二硫辛酸，有兩種形式，即硫辛酸（氧化型）和二氫硫辛酸（還原型）。

S C H S C H CH H 2C H 2C O H 2C H2C OCH 2 焦磷酸硫胺素(TPP)：脫羧酶的輔酶。

磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺：磷酸吡多素是轉(zhuǎn)氨酶的輔酶，轉(zhuǎn)氨酶通過磷酸吡多醛和磷酸吡多胺的相

互

OCH2OPNOHOHHOH3CN轉(zhuǎn)換，起轉(zhuǎn)移氨

O基的作用。CHOHOH3CCH2NH2CH2OPOHOH磷酸吡哆醛 磷酸吡哆胺

和固定CO2的作用。

OCHNNH 生物素：羧化酶的輔酶。生物素的功能是作為CO2的遞體，在生物合成中起傳遞H2CSCH(CH2)4COOH9 四氫葉酸(FH4或THFA)：合成酶的輔酶，其前體是葉酸(又稱為蝶酰谷氨酸，維生素B11)。四氫葉酸的主要作用是作為一碳基團，如-CH3,-CH2-,-CHO 等的載體，參與多種生物合成過程。

HH2NNOHNNNHHHCH2NHHOCOOHCH2CH2CNHCHCOOH

二、酶蛋白的結(jié)構(gòu)

大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，具有蛋白質(zhì)的一切特性。由20種氨基酸組成，有一、二、三、四級結(jié)構(gòu)。一級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈本身的結(jié)構(gòu)。二級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈形成的初級空間結(jié)構(gòu)，由氫鍵維持其穩(wěn)定性。氫鍵受到破壞時，其緊密的空間結(jié)構(gòu)變得松散，多肽鏈展開，酶蛋白即變性。三級結(jié)構(gòu)是在二級結(jié)構(gòu)的基礎上，多肽鏈進一步彎曲纏繞形成的更復雜的結(jié)構(gòu)，由氫鍵、鹽鍵及疏水鍵等維持三級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。四級結(jié)構(gòu)由幾個或幾十個亞基形成。亞基是由一條或幾條多肽鏈在三級結(jié)構(gòu)的基礎上形成的小單位，亞基之間以氫鍵、鹽鍵、疏水鍵及范德華力等相連。酶蛋白具有變性、復性現(xiàn)象。

三、酶的活性中心

酶蛋白分子中與底物結(jié)合，并起催化作用的小部分氨基酸微區(qū)即為酶的活性中心。構(gòu)成活性中心的微區(qū)或處在同一條肽鏈的不同部位，或處在不同肽鏈上；在多肽鏈盤曲成一定空間構(gòu)型時，它們按一定位置靠近在一起，形成特定的酶活性中心。酶的活性中心分二個功能部位：結(jié)合部位和催化部位。兩個部位各有其作用，酶的活性中心對催化作用至關(guān)重要，但其他部位也很重要，因為它們在維持酶的空間結(jié)構(gòu)，保持酶的活性中心和催化作用等方面都起著不同程度的作用。

四、酶的分類與命名

酶的分類

根據(jù)酶所催化的反應類型，把酶劃分為6類: 水解酶：催化底物的加水分解反應。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。如脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反應。

氧化-還原酶：催化氧化-還原反應。包括脫氫酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。如乳酸(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應。

轉(zhuǎn)移酶：催化基團轉(zhuǎn)移反應，即將一個底物分子的基團或原子轉(zhuǎn)移到另一個底物的分子上。例如，谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反應。

裂合酶：催化從底物分子中移去一個基團或原子形成雙鍵的反應及逆反應。主要包括醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。

異構(gòu)酶：催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化。例如，6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應。

合成酶，又稱為連接酶，能夠催化C-C、C-O、C-N 以及C-S 鍵的形成反應。這類反應必須與ATP分解反應相互偶聯(lián)。

A + B + ATP + H-O-H = A-B + ADP +Pi 如CTP合成酶可催化UTP合成CTP。

酶的命名

(1)習慣命名法:①②③④⑤

① 根據(jù)其催化底物來命名；如淀粉酶、蛋白酶。

② 根據(jù)所催化反應的性質(zhì)來命名；如水解酶、轉(zhuǎn)移酶、氧化酶等。③ 結(jié)合上述兩個原則來命名。

④ 有時在這些命名基礎上加上酶的來源或其它特點。如胃蛋白酶等。⑤根據(jù)酶在細胞的不同部位，分為胞外酶、胞內(nèi)酶和表面酶。

(2)國際系統(tǒng)命名法

系統(tǒng)名稱包括底物名稱、構(gòu)型、反應性質(zhì)，最后加一個酶字。習慣名稱：谷丙轉(zhuǎn)氨酶

系統(tǒng)名稱：丙氨酸：?-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶

催化的反應：丙氨酸 + ?-酮戊二酸 ??丙酮酸 + 谷氨酸

五、酶的催化特性

催化劑的共性：

① 機理：降低反應活化能，提高反應速度，不改變平衡點； ② 只起催化作用，本身不消耗。酶的特點：

A.生物大分子：除極個別RNA為催化自身反應的酶外，其余所有的酶都是蛋白質(zhì)。B.高效性：反應速度是無酶催化或普通人造催化劑催化反應速度的106~1016倍； C.酶的催化特性具有專一性，一種酶只作用于一種物質(zhì)或一類物質(zhì)，且催化效率極高。D.反應條件溫和：常溫、常壓、中性 酶與底物作用假說：

鎖鑰學說：認為整個酶分子的天然構(gòu)象是具有剛性結(jié)構(gòu)的，酶表面具有特定的形狀。酶與底物的結(jié)合如同一把鑰匙對一把鎖一樣。

誘導契合學說：該學說認為酶表面并沒有一種與底物互補的固定形狀，而只是由于底物的誘導才形成了互補形狀。

六、影響酶活力的因素

外界條件，如溫度、酸堿度等對生命活動的影響，在很大程度上，是通過影響酶促反應速度實現(xiàn)的。因而，人們也常常通過對這些因素的控制，影響生命機體內(nèi)酶促反應的強度和方向，從而促使體內(nèi)代謝的調(diào)節(jié)和控制朝著有益于人們需要的方向發(fā)展。

影響酶促反應速度的因素

A：酶的濃度對酶促反應速度的影響

酶促反應溫度與酶的分子濃度成正比。當?shù)孜锓肿訚舛茸銐驎r，酶分子越多，底物轉(zhuǎn)化的速度越快。但事實上，當酶的濃度很高時，并不保持這種關(guān)系，曲線逐漸折向平緩。根據(jù)分析，這可能是高濃度的底物帶有較多的抑制劑所致。

B：底物濃度對酶促反應速度的影響

若酶的濃度為定值，底物的起始濃度較低時，酶促反應速度與底物成正比，即隨底物濃度的增加而增加。當所有的酶與底物結(jié)合后，即使在增加底物濃度，中間產(chǎn)物濃度也不會增加，酶促反應速度也不會增加。而且，在底物濃度相同的情況下，酶促反應速度與酶的初始濃度成正比。

C：pH對酶促反應速度的影響

酶在最適pH的范圍之內(nèi)表現(xiàn)出活性，大于或小于最適pH都會降低酶的活性。酶的最適pH值不是個常數(shù)，他隨酶的純度，底物的種類和性質(zhì)，緩沖劑的種類和性質(zhì)和抑制劑的性質(zhì)的改變而改變。PH對酶活力的影響主要表現(xiàn)在兩個方面：1改變底物分子和酶分子的帶電狀態(tài)，從而影響酶和底物的結(jié)合；2過高和過低的pH都會影響酶的穩(wěn)定性，進而使酶受到不可逆的破壞。

D：溫度對酶促反應速度的影響

酶在最適溫度范圍之內(nèi)，酶活性最強，酶促反應速度最大。在適宜的溫度范圍內(nèi)，溫度每升高10，酶促反應速度可相應提高1～2倍。不同微生物體酶的最適溫度不同。

E：激活劑對酶促反應速度的影響

能提高酶活性的物質(zhì)即為酶的激活劑。激活劑的種類很多，許多酶只有當某一種適當?shù)募せ顒┐嬖跁r，才表現(xiàn)出催化活性或強化其他催化活性，這成為對酶的激活特性。

F：抑制劑對酶從反應速度的影響

能減弱、抑制甚至破壞活性的物質(zhì)即為酶的抑制劑。它可以降低酶促反應速度。對酶促反應的抑制可分為競爭性抑制和非競爭性抑制。與底物結(jié)構(gòu)類似的物質(zhì)爭先與酶的活性中心結(jié)合，從而降低酶促反應速度，這種成為競爭性抑制，是可逆性抑制，通過增加底物濃度最終可解除抑制，恢復酶的活性，此物質(zhì)成為競爭性抑制劑。抑制劑與酶活性中心以外的位點結(jié)合后，底物仍可為酶活性中心結(jié)合，但酶不顯示活性，即為非競爭性抑制，是不可逆的，增加底物濃度并不能解除酶活性的影響，這種抑制劑為非競爭性抑制劑。

第二節(jié)

微生物營養(yǎng)

一、微生物的化學組成

蛋白質(zhì)、核酸、多糖和脂質(zhì)這四類生物大分子，占到細胞干重的96％，其余就是組成它們的單體以及無機鹽等。水也是微生物細胞的重要組成成分，通常微生物細胞的70％~90%是水，此外還有機酸、維生素、激素等有機化合物。這些形形色色的化學物質(zhì)均由碳、氫、氧、氮、磷、硫以及其他為數(shù)不多的化學元素構(gòu)成，而且這些化學元素都來自于胞外環(huán)境。微生物細胞利用含這些化學元素的物質(zhì)制造其細胞物質(zhì)和組分，并進一步將它們組織成為微生物細胞的結(jié)構(gòu)。

二、微生物的營養(yǎng)物及營養(yǎng)類型

微生物需要的營養(yǎng)物質(zhì)有水、碳素營養(yǎng)源、氮素營養(yǎng)源、無機鹽及生長因子。1水

各類微生物都含有大量水分，占90%左右。一般說低等微生物含水量大于高等微生物,幼齡菌含水量大于老齡菌。

水的作用：①微生物機體重要組成；② 直接參加各種代謝反應；③是微生物代謝反應的中間介質(zhì)；④ 調(diào)節(jié)微生物細胞溫度；⑤水維持細胞膨壓。碳源和能源

（1）碳源種類：有機物、無機碳化合物。隨微生物種類不同，各有偏好。

（2）微生物的能源種類：化學能、光能。所有微生物細胞內(nèi)能量傳遞體都是ATP。

① 無機營養(yǎng)微生物（自養(yǎng)微生物）

光能自養(yǎng)微生物：紫硫細菌和綠硫細菌①②④⑤

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）化能自養(yǎng)微生物（有氧）

2-自養(yǎng)-碳源CO3

2+化能-以 S、H2S、H2、NH3、Fe物質(zhì)氧化產(chǎn)能

②有機營養(yǎng)微生物（異養(yǎng)微生物）

有機（異養(yǎng)）-以有機物為碳源。

污水處理中異養(yǎng)產(chǎn)能率高、有機污染物充足，異養(yǎng)菌是污水處理的主角 光能異養(yǎng)微生物（無氧有光）光能+色素

有機物 + CO2 → 菌體 [CH2O] 利用小分子有機物作碳源，主要指紅螺菌（有氧無光時可化能異養(yǎng)生存）氮源 可作為微生物氮源的物質(zhì)：有機氮（氨基酸和蛋白質(zhì)）、無機氮（N2、NH3、銨鹽、亞硝酸鹽、硝酸鹽）等。氮源的作用是提供微生物成為蛋白質(zhì)的原料。根據(jù)對氮源的要求不同，將微生物分為四類：固氮微生物、利用無機氮作為氮源的微生物、需要某種氨基酸作為氮源的微生物、從分解蛋白質(zhì)中取得氨鹽或氨基酸的微生物。實驗室中有機氮源-蛋白胨。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。

磷源比較單一，主要是無機磷酸鹽或偏磷酸鹽。

無機鹽的功能：

①細胞的組成成分;②酶的組成成分，維持酶的活性;③調(diào)節(jié)細胞滲透壓、pH、Eh;④某些礦質(zhì)元素作為化能自養(yǎng)菌的能源。5 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(shù)微生物不存在生長因子問題，只有少數(shù)微生物需要外界提供現(xiàn)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(zhì)供應充足的環(huán)境，如牛奶中、腸道。

三、碳氮磷比

在環(huán)境工程實際應用中還應注意：

1.營養(yǎng)要求小范圍可改變

指微生物對碳源等的種類、數(shù)量一定程度上可馴化適應（酶的誘導、易變異）2.“營養(yǎng)要平衡”，存在一定比例搭配的現(xiàn)象

主要是指碳氮磷的比例關(guān)系，通常稱碳氮磷比。如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。

城市生活污水不存在營養(yǎng)不足的問題，但有的工業(yè)廢水缺某種營養(yǎng)，當營養(yǎng)量不足時，應供給或補足，但如果工業(yè)廢水不缺營養(yǎng)，就切勿盲目補充！微生物往往先利用這類現(xiàn)成的容易被吸收、利用的有機物質(zhì)，而不再利用工業(yè)廢水中難以吸收、利用的有機物，從而導致微生物分解特殊有機物的能力下降。這與微生物馴化正好相反（反馴化）。

四、培養(yǎng)基 培養(yǎng)基配制原則

（1）根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)需要配制不同的培養(yǎng)基。

（2）注意營養(yǎng)物質(zhì)的濃度比和C/N比，一般微生物適應C/N是25:1。（3）調(diào)節(jié)適宜的pH值，微生物在培養(yǎng)過程中會引起pH變化,為了保持培養(yǎng)基中有恒定的pH值,要加入一些緩沖劑或不溶性的碳酸鹽。

（4）根據(jù)培養(yǎng)微生物的目的決定成分的量。如培養(yǎng)目的的量為了得到大量的菌體,氮源要高,有利于菌體蛋白質(zhì)合成。

化能自養(yǎng)菌氧化硫桿菌的培養(yǎng)基：

粉末狀硫 10g KH2PO4 4g MgSO4 0.5g CaCl2 0.5g(NH4)2SO4 0.4g FeSO4 0.01g 水 1000mL（自來水即可）

異養(yǎng)細菌的培養(yǎng)基中至少有一種有機物，實驗室中通常是葡萄糖。大腸桿菌培養(yǎng)基：葡萄糖0.5g K2HPO4 1g MgSO40.2g NaCl5g NH4H2PO40.4g 水1000mL

五、培養(yǎng)基的類別

根據(jù)培養(yǎng)基物理狀態(tài)、用途、組分組成分類 1 根據(jù)物理狀態(tài)

分為固體培養(yǎng)基、半固體培養(yǎng)基和液體培養(yǎng)基

（1）液體培養(yǎng)基：廢水也可看作是一種廣義的液體培養(yǎng)基。

（2）固體培養(yǎng)基：向液體培養(yǎng)基中加入2％左右的瓊脂，加熱至100℃溶解，40℃下冷卻并凝固。

（3）半固體培養(yǎng)基：流動性介于固體與液體之間。在液體培養(yǎng)基中加入0.5%或更低濃度的瓊脂。

半固體培養(yǎng)基中可以融入少量的溶解氧，這種培養(yǎng)基常被用于培養(yǎng)在較低氧濃度環(huán)境下才能最佳生長的細菌。根據(jù)培養(yǎng)基組分

分為天然培養(yǎng)基、合成培養(yǎng)基和半合成培養(yǎng)基。（1）合成培養(yǎng)基：純化學試劑配制而成的培養(yǎng)基。

（2）天然培養(yǎng)基：純生物制品(細胞提取物)配制而成的培養(yǎng)基。常用的細菌肉湯培養(yǎng)基： 牛肉膏 3g 蛋白胨 5g 水 1000mL pH 7.2～7.4 優(yōu)點：營養(yǎng)豐富、配制容易。缺點：質(zhì)量不穩(wěn)定、選擇性差。

（3）半合成培養(yǎng)基：優(yōu)缺點介于前兩者之間，因而使用最廣。3 根據(jù)培養(yǎng)基用途

分為基礎培養(yǎng)基、選擇培養(yǎng)基、鑒別培養(yǎng)基 基礎培養(yǎng)基：大多數(shù)微生物均可在上面生長。

選擇培養(yǎng)基：利用微生物對各種化學物質(zhì)敏感程度的差異，在培養(yǎng)基中加入一些物質(zhì)，用以抑制非目的微生物的生長并使所要分離的微生物生長繁殖的培養(yǎng)基。

（1）投毒法

常用物質(zhì)為染料、膽汁酸鹽、金屬鹽類、酸、堿和抗生素。

例如，欲分離古細菌，培養(yǎng)基中通常加入青霉素，古細菌就唯一分離并存活下來。膽汁酸鹽——抑制革蘭氏陽性菌，能選擇性生長革蘭氏陰性細菌。

（2）投其所好法

① 專一性營養(yǎng)源培養(yǎng)法

待選細菌專門需要的某種碳源或氮源。例如篩選纖維素分解菌選用纖維素作為培養(yǎng)基中的唯一碳源。各類降解石化廢水特殊有機物的細菌篩選通常是以這類有機物為培養(yǎng)基中的唯一碳源，將目的細菌富集篩選下來。①②④⑤

② 理化因素控制法

理化因素-特殊的溫度、氧氣、pH、鹽度等環(huán)境條件。主要用于篩選極端環(huán)境微生物。如嗜鹽、嗜熱、嗜冷、嗜酸、嗜堿等的細菌，同時也被用于選擇性培養(yǎng)好氧或厭氧細菌。

鑒別培養(yǎng)基：幾種細菌由于對培養(yǎng)基中某一成分的分解能力不同，其菌落通過指示劑顯示出不同的顏色而被區(qū)分開，這種起鑒別和區(qū)分作用的培養(yǎng)基叫做鑒別培養(yǎng)基。如EMB培養(yǎng)基。

六、營養(yǎng)物質(zhì)進入微生物細胞的方式

對絕大多數(shù)屬于滲透營養(yǎng)型的微生物來說，營養(yǎng)物質(zhì)通過細胞膜進入細胞的問題，是一個較復雜又很重要的生理學問題。

細胞壁在營養(yǎng)物質(zhì)運送上不起多大作用，僅簡單地排阻分子量過大（＞600Da）的溶質(zhì)的進入，細胞膜則是控制營養(yǎng)物進入和代謝產(chǎn)物排出的主要屏障。

細胞膜以四種方式控制物質(zhì)的運送，即單純擴散（被動擴散）、促進擴散、主動運送和基團移位（基團轉(zhuǎn)位），其中尤以主動運送為最重要。被動擴散（單純擴散、被動運送）。細胞膜這層疏水性屏障可以通過物理擴散方式讓許多小分子、非電離分子尤其是親脂性的分子被動地通過，這就是單純擴散。單純擴散不是細胞獲取營養(yǎng)物質(zhì)的主要方式，因為細胞既不能通過它來選擇必需的營養(yǎng)成分，也不能將稀溶液中的溶質(zhì)分子進行逆濃度梯度運送，以滿足細胞的需要。促進擴散與單純擴散的一個主要差別，是在溶質(zhì)的運送過程中，必須借助于膜上底物特異性載體蛋白的參與。促進擴散只能把環(huán)境中濃度較高的分子加速擴散到細胞內(nèi)，直至膜兩側(cè)的溶質(zhì)濃度相等時為止，而決不能引起溶質(zhì)的逆濃度梯度運送。因此，它只對生長在高營養(yǎng)物濃度下的微生物發(fā)揮作用。主動運輸是微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的主要機制。其特點是它的特異性載體蛋白在運送溶質(zhì)的過程中，需要提供能量（ATP等）；同時，它可逆濃度梯度進行運送，從而使生活在低營養(yǎng)環(huán)境下的微生物能獲得濃縮形式的營養(yǎng)物。

基團移位也是一種既需特異性載體蛋白又須耗能的運送方式，但溶質(zhì)在運送前后會發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的變化，因而不同于上述的主動運送。

第三節(jié) 微生物的產(chǎn)能代謝

微生物的能量代謝：

微生物細胞的各項活動，如物質(zhì)運輸、合成代謝、分解代謝、細胞分裂和鞭毛運動等都要利用能量。熱力學第一定律指出，能量即不能創(chuàng)生，也不能消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)變成另一種形式。微生物體內(nèi)的這種能量轉(zhuǎn)變過程稱為微生物的能量代謝。

生物能及其存在形式：

ATP是生物能存在的主要形式。在微生物的呼吸過程中，底物的氧化分解產(chǎn)生能量；同時，微生物將能量用于細胞組分的合成。在這兩者之間存在能量轉(zhuǎn)移中心-ATP。ATP是能夠被生物細胞直接利用的能量形式。

ATP產(chǎn)生方式：底物磷酸化、氧化磷酸化和光合磷酸化。底物磷酸化：厭氧微生物或兼性厭氧微生物在基質(zhì)氧化過程中，產(chǎn)生一種含高自由能的中間體，這一中間體將高能鍵交給ADP，使ADP磷酸化而生成ATP。

氧化磷酸化：好氧微生物在呼吸時，通過電子傳遞體系產(chǎn)生ATP的過程叫氧化磷酸化。光合磷酸化：光引起葉綠素、菌綠素或菌紫素逐出電子，通過電子傳遞產(chǎn)生ATP的過程叫光合磷酸化。

呼吸作用是微生物ATP的生成的主要方式。

微生物的呼吸類型有三類：發(fā)酵、好氧呼吸及無氧呼吸。微生物的產(chǎn)能代謝是通過上述三種類型呼吸作用來實現(xiàn)的，微生物從中獲得生命所需要的能量。

一 發(fā)酵

“發(fā)酵”這一名詞用得十分普遍。在發(fā)酵工業(yè)上，發(fā)酵是指任何利用好氧或厭氧微生物來生產(chǎn)有用代謝產(chǎn)物的一類生產(chǎn)方式。在生物氧化或能量代謝中，發(fā)酵是指在無氧條件下，底物脫氫后所產(chǎn)生的還原力[H]不經(jīng)過呼吸鏈傳遞而直接交給某一內(nèi)源氧化性中間代謝產(chǎn)物的一類低效產(chǎn)能反應。

糖酵解也稱EMP途徑或E-M途徑，糖酵解幾乎是所有具有細胞結(jié)構(gòu)的生物所共有的主要代謝途徑。其過程如下：①②③④⑤

（1）葡萄糖形成葡糖-6-磷酸。

（2）葡糖-6-磷酸經(jīng)磷酸己糖異構(gòu)酶異構(gòu)成果糖-6-磷酸。

（3）果糖-6-磷酸通過磷酸果糖激酶催化成果糖-1，6-二磷酸。磷酸果糖激酶是EMP途徑中的一個關(guān)鍵酶，故它的存在就意味著該微生物具有EMP途徑。

（4）果糖-1，6-二磷酸在果糖二磷酸醛縮酶的催化下，分裂成磷酸二羥丙酮和甘油醛-3-磷酸兩個丙糖磷酸分子。

（5）磷酸二羥丙酮在丙糖磷酸異構(gòu)酶的作用下轉(zhuǎn)化成甘油醛-3-磷酸。

（6）甘油醛-3-磷酸在甘油醛-3-磷酸脫氫酶的催化下產(chǎn)生1，3-二磷酸甘油酸。（7）1，3-二磷酸甘油酸在磷酸甘油酸激酶的催化下形成3-磷酸甘油酸。（8）3-磷酸甘油酸在磷酸甘油酸變位酶的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸。

（9）2-磷酸甘油酸在烯醇酶作用下經(jīng)脫水反應而產(chǎn)生含有一個高能磷酸鍵的磷酸烯醇式丙酮酸。

（10）磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸激酶的催化下產(chǎn)生了丙酮酸。

二、好氧呼吸 好氧呼吸是一種最普遍和最重要的生物氧化方式，其特點是在有氧條件下,底物按常規(guī)方式脫氫后，經(jīng)完整的呼吸鏈遞氫，最終由分子氧接受氫并產(chǎn)生水和釋放能量。葡萄糖通過糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸，在有氧條件下，將進入三羧酸循環(huán)進行完全氧化，生成H2O 和CO2，并釋放出大量能量。丙酮酸的有氧氧化包括兩個階段： 第一階段：丙酮酸的氧化脫羧

丙酮酸 ?? 乙酰輔酶A（乙酰CoA）第二階段：三羧酸循環(huán)

乙酰CoA ?? H2O 和CO2，釋放出能量。（1）丙酮酸的氧化脫羧

丙酮酸氧化脫羧反應是連接糖酵解和三羧酸循環(huán)的中間環(huán)節(jié)。（2）三羧酸循環(huán)（TCA）（Krebs 循環(huán)、克雷伯斯循環(huán)、檸檬酸循環(huán)）丙酮酸氧化脫羧產(chǎn)物乙酰CoA與草酰乙酸結(jié)合生成檸檬酸進入循環(huán)。在循環(huán)過程中，乙酰CoA被氧化成 H2O 和CO2，并釋放出大量能量。①②③④⑤

① 乙酰CoA及草酰乙酸在檸檬酸合成酶催化下，縮合形成檸檬酸。

② 檸檬酸在順烏頭酸酶催化下，脫水生成順烏頭酸，再水化生成異檸檬酸。

③ 異檸檬酸在異檸檬酸脫氫酸催化下，脫氫形成草酰琥珀酸，草酰琥珀酸脫羧基形成α-酮戊二酸。

④ α-酮戊二酸在α-酮戊二酸脫氫酶系統(tǒng)催化下脫氫形成琥珀酰CoA。⑤ 琥珀酰CoA在有GDP+Pi存在下，由琥珀酰CoA合成酶，催化形成琥珀酸和GTP，GTP可轉(zhuǎn)化為ATP。

⑥ 琥珀酸在琥珀酸脫氫酶催化下形成延胡索酸。⑦ 延胡索酸在延胡索酶催化下形成蘋果酸。⑧ 蘋果酸在蘋果酸脫氫酶催化下，脫氫形成草酰乙酸。

NADH或琥珀酸所攜帶的高能電子通過呼吸鏈傳遞到O2的過程中，釋放出大量的能量。這種高能電子傳遞過程的釋能反應與ADP和磷酸合成ATP的需能反應相偶聯(lián)，是ATP形成的基本機制。

根據(jù)氧化-還原電勢與自由能變化關(guān)系式，計算出在NADH氧化過程中，有三個反應的 ?G? <-30.5kJ/ mol。

NADH2 ? Q cyt.b ? cyt.c1 cyt.a a3 ? O2 ?G?-55.6kJ/mol-34.7 kJ/mol-102.1kJ/moL 這三個反應分別與ADP的磷?；磻悸?lián)，產(chǎn)生3個ATP。這些反應稱為呼吸鏈的偶聯(lián)部位。

從琥珀酸 ? O2只產(chǎn)生2個ATP。

三、無氧呼吸

無氧呼吸（厭氧呼吸）是一類呼吸鏈末端的氫受體為外源無機氧化物的生物氧化。這是一類在無氧條件下進行的產(chǎn)能效率較低的特殊呼吸。其特點是底物按常規(guī)途徑脫氫后，經(jīng)部分呼吸鏈遞氫，最終由氧化態(tài)的無機物受氫。硝酸鹽呼吸(反硝化作用)：

在無氧條件下，微生物利用硝酸鹽作為呼吸鏈的最終氫受體。NO3-被還原成NO2-、N2O和N2。其氫供體可以是葡萄糖、乙酸、甲醇等有機物，也可以是H2和NH3。

-C6H12O6 + 4NO3==2N2 + 6CO2 + 6H2O + 1756KJ

--5CH3COOH + 10 NO3==10CO2 + 6H2O + 4N2 + OH

-CH3OH + NO3==0.5N2 + 2H2O +CO2

-6H2 + 4NO3==N2 + 6H2O

NH3 + 4NO3==1.5N2+ 3H2O 反硝化菌：地衣芽孢菌屬、銅綠假單胞菌、脫氮球菌、脫氮硫桿菌等。都是兼性厭氧微生物，是自然界氮循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)！硫酸鹽呼吸：

一種由硫酸鹽還原細菌把經(jīng)呼吸鏈傳遞的氫交給硫酸鹽這類末端氫受體的一種厭氧呼吸。硫酸鹽還原的最終產(chǎn)物是H2S，自然界中的大多數(shù)H2S是由這一反應產(chǎn)生的。Desulfovibrio desulfuricans（脫硫脫硫弧菌），D．gigas（巨大脫硫弧菌），Desulfotoma culumnigrificans（致黑脫硫腸狀菌）以及D．ruminis（瘤胃脫硫腸狀菌）等。硫呼吸: Desulfuromonas acetoxidans（氧化乙酸脫硫單胞菌）能進行硫呼吸。其過程為無機硫作為無氧呼吸鏈的最終氫受體，結(jié)果硫被還原成H2S。碳酸鹽呼吸：

一類以CO2作為無氧呼吸鏈的末端氫受體的無氧呼吸。根據(jù)其還原產(chǎn)物的不同，可分為兩種類型，一類是產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生甲烷的碳酸鹽呼吸，另一類為產(chǎn)乙酸細菌產(chǎn)生乙酸的碳酸鹽呼吸。

細菌類型：產(chǎn)甲烷菌、產(chǎn)乙酸菌。是廢水厭氧處理中關(guān)鍵性微生物。

+-產(chǎn)甲烷菌：4H2 + H + HCO3→CH4↑+ 3H2O +-產(chǎn)乙酸菌：4H2 + 2H + 2HCO3 → CH3COOH + 4H2O（氫來源于發(fā)酵）

第五章

微生物的生長繁殖與生存因子

第一節(jié) 微生物的生長繁殖

一、微生物生長量的測定方法

（一）、直接計數(shù)法

直接測定法可以分為以下幾類：

1.涂片染色法

將已知體積(0.01ml)的待測樣品，均勻地涂布在載玻片的已知面積內(nèi)(1cm2)，經(jīng)固定染色后，在顯微鏡下選擇若干個視野計算細胞的數(shù)量，每個視野的直徑和面積、對應的微生物體積用目鏡測微尺測出，結(jié)合視野中的微生物數(shù)量從而推算0.01ml樣品的微生物數(shù)量。

2.計數(shù)器測定法

將菌液滴在血球計數(shù)板0.1ml 的計數(shù)格中，細菌被固定染色后，在顯微鏡下選擇數(shù)出若干個小格中的細菌數(shù)目，（一般數(shù)125個小格），根據(jù)比例關(guān)系折算出單位體積菌液中細菌的數(shù)量。

3.比例計數(shù)法

將待測樣品溶液與等體積的血液混合，然后涂片，在顯微鏡下測定細菌與紅血球數(shù)的比例，因血液中的紅血球數(shù)已知(男性400~500萬個/ml，女性350~450萬個/ml)，由此可以測得細菌數(shù)量。

4.比濁計數(shù)法

測定懸浮細胞的快速方法。

原理：細菌細胞是不完全透光的，光束通過懸浮液時會引起光的散射或吸收，降低透光度，在一定范圍內(nèi)透光度與溶液的混濁度即細胞濃度成正比，藉此可以測定細菌濃度。為了得到實際的細胞絕對含量，通常須將已知細胞濃度的樣品按上述測定程序制成標準曲線，然后根據(jù)透光度或光密度值從標準曲線中直接查得細菌含量。

（二）間接計數(shù)法

1.平板計數(shù)法

將待測細菌樣品先作10倍梯度稀釋，然后取相應稀釋度的樣品涂布于固體平板培養(yǎng)基上，或與未經(jīng)融化的固體培養(yǎng)基混合、搖勻，培養(yǎng)一定時間后觀察并計數(shù)生長的菌數(shù)，最終根據(jù)細菌數(shù)和取樣量計算出細菌濃度。一般計數(shù)平板的細菌生長菌落數(shù)以30~300個為宜。平板計數(shù)法是采用最廣的一種活菌計數(shù)法。

2.液體計數(shù)法（MPN法）

根據(jù)統(tǒng)計學原理設計的一種方法。先將待測菌液作10倍梯度稀釋，然后取相應稀釋度的樣品分別接種到3管或5管一組液體培養(yǎng)基中，培養(yǎng)一定時間后，觀察各管及各組中細菌是否生長、記錄結(jié)果，再查與之匹配的統(tǒng)計表，即最可能數(shù)表(MPN)，算出細菌的最終含量。因此，這種方法又叫最可能數(shù)法或MPN法。

3.薄膜過濾計數(shù)法

對于某些細菌含量較低的樣品(空氣或飲用水)，可采用薄膜計數(shù)法。將待測樣品通過帶有許多小孔但又不讓細菌透過的微孔濾膜，藉助膜的作用將細菌濃縮，再將膜放于固體培養(yǎng)基表面培養(yǎng)，然后類似于平板計數(shù)那樣計算結(jié)果。這種計數(shù)法要求樣品中不得含有過多的懸浮性固體或小顆粒。

(三)重量法

細菌細胞盡管很微小，但是仍然具有一定的體積和重量，在細菌生長過程中，測定單位體積液體中細菌群體重量變化直接表示細菌生長數(shù)量的方法稱為重量法。

1.測定細胞干重法

測定干重時，需先將細菌分離，再烘干稱量。分離可采用離心法或過濾法。取已經(jīng)培養(yǎng)一段時間的待測細菌樣品，用離心機收集生長后的細菌細胞，或用濾紙、濾膜過濾截取生長后的細菌細胞，然后在105-110℃下進行干燥，稱取干燥后的重量，以此代表細菌生長量的多少。水處理工程設施中的細菌生長量通常采用這種細胞干重測定法。這種方法實際上測得的是水中懸浮物重量，如果水中非細菌類的懸浮物很多的話，勢必會嚴重干擾細菌計數(shù)的結(jié)果。

2.細胞含N量法

生物細胞內(nèi)蛋白質(zhì)氮含量比較穩(wěn)定，一般為蛋白質(zhì)干重15~16％，平均為16％。單個細菌中的蛋白質(zhì)含量(10-15~10-11)g/細胞×(10～18％)細菌的數(shù)目=菌體蛋白質(zhì)-N ÷16% ÷單個細胞蛋白質(zhì)含量。

3.DNA含量法

同種細菌的DNA含量一致,可通過測定DNA的含量來表示細菌的生長量。

二、研究微生物生長的方法

微生物群體作為研究對象，來研究它們生長，大體上可以分為兩種情況，一種是間歇式培養(yǎng)（分批式培養(yǎng)），另一種是連續(xù)式培養(yǎng)。通過測定細菌重量或數(shù)量隨培養(yǎng)時間延續(xù)的曲線關(guān)系來考察細菌的生長特性。

（一）分批培養(yǎng)和生長曲線

將少量單細胞微生物接種于一定量的液體培養(yǎng)基內(nèi)，在適宜的條件下培養(yǎng),并定時取樣測定活微生物數(shù)目的變化，叫做間歇培養(yǎng)（分批培養(yǎng)）。用坐標法作圖,以時間為橫坐標,以單細胞微生物數(shù)量的對數(shù)為縱坐標,可以繪出一條有規(guī)律的曲線,稱為生長曲線。

（1）停滯期

當細菌被接種到新鮮培養(yǎng)基中，開始一段時間內(nèi)，通常不立即進行細胞分裂、增殖，生長速率近于零，細胞數(shù)目幾乎保持不變，甚至稍有減少，這段時間被稱為停滯期。

在實際工作中如接種菌種以啟動新的水處理設施，投加新鮮污泥時，接種的細菌不習慣于新環(huán)境，會出現(xiàn)或長或短的停滯期，停滯期的出現(xiàn)會增加操作時間，降低工作效率?？梢酝ㄟ^增加接種量、采用最適種齡、選用繁殖速率快的菌種以及盡量保持接種前后所處的培養(yǎng)介質(zhì)和條件一致等方法來縮短或消除停滯期。

（2）對數(shù)期 ①特點

對數(shù)期的細胞分裂速度最快、繁殖一代的時間最短、代謝活動旺盛、對環(huán)境變化敏感，并且細胞內(nèi)的核糖體等組分也像細胞數(shù)目一樣以同樣的對數(shù)生長速率增加，細胞合成核糖體以及蛋白質(zhì)越多，其生長速率也越快。

②細菌代時的計算

細菌的代時即世代時間，或稱倍增時間。指細菌繁殖一代即個體數(shù)目增加一倍的時間。細菌代時的測定必須以對數(shù)期的細胞作為對象。

（3）靜止期

如果對數(shù)期的細胞分裂不受節(jié)制的連續(xù)進行，理論上一個代時為20min。重10-12g的細菌，經(jīng)過48h的對數(shù)生長之后，其群體重量可達到地球重量的4000倍。在一個封閉的系統(tǒng)中，細菌的對數(shù)生長只能維持一個短暫的時期，最終生長將會降低，代時延長，細胞活力減退。此時新生的細胞數(shù)目與死亡的細胞數(shù)目相等，總菌數(shù)達到最大值，活菌數(shù)保持恒定。

特點：

靜止期細胞從生理上的年輕轉(zhuǎn)化為衰老，表現(xiàn)為細菌的代謝活力鈍化，細胞含有較少的核糖體，RNA和蛋白質(zhì)合成緩慢，mRNA的水平低下，因此細胞的生長變得不平衡，細胞的形狀有的也發(fā)生改變。因不能維持細胞壁的合成與修復，細胞的染色特點也發(fā)生變化，如G轉(zhuǎn)變?yōu)镚。

4衰亡期

處于靜止期的細菌繼續(xù)培養(yǎng)，細胞的死亡率將逐漸增加，最終群體中活的細胞數(shù)目將以對數(shù)速率急劇下降，此階段就被稱為衰亡期。

特點：

衰亡期細胞的總數(shù)雖然鏡檢直接計數(shù)可能會保持不變，但間接計數(shù)檢測到的細胞數(shù)目卻在減少，同時伴隨著細胞的裂解或自溶可釋放出一些代謝產(chǎn)物，如氨基酸、轉(zhuǎn)化酶、外膚酶或抗生素等。衰亡期的長短與對數(shù)生長期一樣在不同微生物中變化是很大的，主要與菌種的遺傳特性有關(guān)。通過補充營養(yǎng)和能源，以及中和環(huán)境毒性，可以減緩死亡期的細胞死亡速率，延長細菌培養(yǎng)物的存活時間。

2連續(xù)培養(yǎng)

連續(xù)培養(yǎng)與間歇培養(yǎng)不同，它的特點是一方面連續(xù)進料，另一方面又連續(xù)出料。分為兩種：恒濁連續(xù)培養(yǎng)和恒化連續(xù)培養(yǎng)。

（1）恒濁連續(xù)培養(yǎng)

一種使培養(yǎng)液中細菌的濃度恒定，以濁度為控制指標的培養(yǎng)方式。培養(yǎng)基提供足夠量的-+營養(yǎng)元素，細菌保持最大速率生長。通過控制進料流速使裝置內(nèi)細菌濁度保持一定，保持理論上的對數(shù)生長期，可獲得大量菌體或與菌體代謝相平衡的代謝產(chǎn)物。這種方式往往用于細菌的生理生化研究。

（2）恒化連續(xù)培養(yǎng)

新鮮培養(yǎng)基以恒定的流速流入，與培養(yǎng)器內(nèi)的培養(yǎng)基瞬間混合，培養(yǎng)器內(nèi)的培養(yǎng)基繼而也以相同的流速恒定流出，進水組分及反應器中營養(yǎng)物濃度基本不變，因而這種細菌培養(yǎng)稱為恒化連續(xù)培養(yǎng)。除了SBR法外，其余的污水生物處理法均采用的是恒化連續(xù)培養(yǎng)。

第二節(jié) 微生物的生存因子

一、溫度

溫度是微生物的重要的生長因子。在適宜的溫度范圍內(nèi)，溫度每升高十度，酶促反應速度將提高1～2倍，微生物的代謝速率和生長速率均可相應提高。適宜的培養(yǎng)速度可是微生物以最快的生長速率生長，過高或過低的溫度均會降低代謝速率及生長速率。根據(jù)一般微生物對溫度的最適生長需求，可將微生物分為4大類，以細菌為例，分別是：嗜冷菌、嗜中溫菌、嗜熱菌及嗜超熱菌。大多數(shù)細菌是嗜中溫菌。

高溫滅菌法

(1)干熱滅菌法

把金屬器械或洗凈的玻璃器皿放入電熱烘箱內(nèi)，在150～170℃下維持1～2個小時可達到徹底滅菌的目的。干熱可使細胞膜破壞、蛋白質(zhì)變性和原生質(zhì)干燥，并可使各種細胞成分發(fā)生氧化變質(zhì)。灼燒是一種最徹底的干熱滅菌法，但是其破壞力很強。

(2)濕熱滅菌法

是指用100℃以上的加壓蒸汽進行滅菌。在同樣溫度和相同作用時間下，濕熱滅菌法比干熱滅菌法有效，原因是濕熱蒸汽不但透射力強，而且還能破壞維持蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的氫鍵。在濕熱溫度下，多數(shù)細菌和真菌的營養(yǎng)細胞在60℃左右處理5～10分鐘后即被殺死，酵母菌和真菌的孢子稍耐熱些，要在80℃下才能殺死，細菌的芽孢更耐熱，一般要在120℃下處理15分鐘才被殺死。

濕熱滅菌法主要有 1.間歇滅菌法

用100℃ 15-30′→28-37℃,12-24hrs(使殘留的芽孢萌發(fā)或營養(yǎng)細胞再被殺死)→100℃（15-30′）→可以反復2~3次。適用于不耐熱藥品、營養(yǎng)物、特殊培養(yǎng)基等的滅菌。

2.巴氏消毒法

此法可殺滅物料中的無芽孢桿菌，用與牛奶、酒等在高溫下營養(yǎng)和風味容易受破壞，利用較低溫度既可殺死病菌又能保持這些營養(yǎng)物質(zhì)風味不變。

巴氏消毒使用溫度： A :62-65℃ 20-30′ B :72℃ 10′（少用）超高溫巴氏消毒法：130℃ 2″

牛奶65℃ 30′、71℃ 15′（迅速冷卻到00C即可飲用）

二、pH 是影響微生物生長的一個重要因素

1.引起細胞膜電荷的變化，從而影響了微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。2.影響代謝過程中酶的活性。

3.改變生長環(huán)境中營養(yǎng)物質(zhì)的可給性,以及有害物質(zhì)毒性。

不同微生物的對pH忍受能力有很大差異。凡對pH變化適應強的微生物，對pH要求不太嚴格；而對pH變化適應性不強的微生物，則對pH要求很嚴格。大多數(shù)細菌、藻類和原生動物的最適pH為6.5～7.5，細菌一般要求中性和堿偏性，放線菌也是中性和偏堿性，酵母菌和霉菌要求在酸性和偏堿性的環(huán)境中生長。

三、氧化還原電位（ORP）

氧化還原電位是物質(zhì)與氫電極構(gòu)成原電池時的電壓高低，是物質(zhì)氧化性強弱的標志。氧化環(huán)境具有正電位，還原環(huán)境具有負電位。各種微生物要求的氧化還原電位不同，而且還受氧分壓的影響。通常用pH測定儀mv檔測定水樣的氧化還原電位。

好氧活性污泥法，控制在＋200～＋600mV，通過改變曝氣力度進行調(diào)節(jié)。

厭氧污泥消化系統(tǒng)氧化還原電位應控制在在-100～-200mV，過高不利于厭氧細菌的生長，應改進工藝降低水中溶解氧量。

四、溶解氧

根據(jù)微生物與分子氧的關(guān)系，將微生物分為好氧微生物、厭氧微生物和兼性厭氧微生物。在微生物世界中，絕大多數(shù)種類都是好氧微生物或兼性厭氧微生物，厭氧微生物的種類相對較少,一旦提供潮氣則會很快復活。

五、滲透壓

任何兩種濃度的溶液被半滲透膜隔開，均會產(chǎn)生滲透壓。當兩液面高差產(chǎn)生的壓力足夠阻止水再流動時，滲透停止，這時出現(xiàn)的兩液面高差間的壓力就是滲透壓，溶液的滲透壓取決于其濃度，培養(yǎng)基的滲透壓一般不會大于菌體內(nèi)的滲透壓。

六、太陽輻射

太陽輻射中有正面生物學效應的輻射是波長短于1000的紅外輻射，它被不產(chǎn)氧的光合細菌用作能源進行光合作用。380～760的可見光是籃細菌和藻類進行光合的主要能源。其余的輻射都是有害的。

第三節(jié) 其他不利環(huán)境因子對微生物的影響

一、重金屬及鹽類對微生物的影響

重金屬汞、銀、銅、鉛及其化合物可有效的殺菌防腐，它們是蛋白質(zhì)的沉淀劑。其殺菌機理是與酶的—SH結(jié)合，使酶失去活性；或于菌體蛋白結(jié)合，使之變性或沉淀。

銅：硫酸銅對真菌和藻類的殺傷力比細菌強。常用硫酸銅與石灰配制成的波爾多液，在農(nóng)業(yè)上可用以防治某些植物病毒。在遠距離取水樣作檢測時，一般1L混合液中加10ml質(zhì)量濃度為1g／L的硫酸銅，原因何在？抑制攜帶過程中微生物的呼吸，盡量保持水質(zhì)不變。

鉛：對細菌等各類微生物也有毒害。將微生物浸在質(zhì)量濃度為1～5g／L的鉛鹽溶液中幾分鐘內(nèi)就會死亡。

二、干燥對微生物的影響

細菌基本上是生活在水中的生物，干燥使菌體內(nèi)蛋白質(zhì)變性，引起代謝活動停止，影響微生物的活性以至生命力，在不受熱和其它外界因素干擾下，干燥細胞將處于長期休眠狀態(tài)，若供給潮氣則很快復活。細菌的芽孢、藻類和真菌的孢子及原生動物的胞囊都比營養(yǎng)細胞抗干燥。用干燥法防止食物腐敗（細菌滋生），如方便面、干果、肉干、葡萄干等；用干燥法來保存細菌，如將細菌放置在干燥的沙土中可以長期保存，一旦提供潮氣則會很快復活。

三、紫外輻射對微生物的影響

紫外輻射是日光的一部分，強烈的日光能殺菌是由于紫外輻射對微生物有致死作用，是由于微生物細胞中的核酸、嘌呤、嘧啶及蛋白質(zhì)對蛋白輻射有特別強的吸收能力。DNA和RNA對紫外輻射的吸收峰再260nm處，蛋白質(zhì)對紫外輻射的吸收峰再280nm處，紫外輻射能引起DNA鏈上的兩個胸腺嘧啶分子形成胸腺嘧啶二聚體，致使DNA不能復制，導致微生物死亡。

四、電輻射對微生物的影響

X－射線和r－射線均能使被照射的物質(zhì)產(chǎn)生電離作用，故稱為電離輻射，它們都是高能電磁波，有很強的穿透力。X－射線和r－射線對微生物生命活動的影響力表現(xiàn)為：低劑量照射有促進微生物發(fā)育的作用，或引起微生物發(fā)生變易；高劑量照射對微生物有致死作用。

五、表面活性物質(zhì)對微生物的影響 酚

酚是表面活性劑，酚與其衍生物能引起蛋白質(zhì)變性，并破壞細胞質(zhì)膜。苯酚又名石炭酸，質(zhì)量濃度為1g/l的苯酚能抑制微生物生長。10g/l的石炭酸溶液在20分鐘內(nèi)可殺死細菌，30－50g/l的石炭酸溶液幾分鐘可殺死細菌，50g/l的石炭酸溶液可做噴霧消毒空氣，細菌芽孢和病毒在50g/l的石炭酸溶液中僅能存活幾個小時。甲酚的殺毒能力比其他酚強幾倍，但它難溶于水，易于皂液或堿液形成乳濁液，叫來蘇爾。在廢水處理生物處理中，酚時微生物的營養(yǎng)源。新潔爾滅

新潔爾滅是季胺鹽的一種，是一種表面活性強的殺菌劑，它對許多非芽孢型的致病菌、革蘭氏陽性菌及革蘭氏陰性菌有著極強的致死作用。稀釋度小時有殺菌作用及去污垢作用，對人無毒。但在高稀釋度時只有抑菌作用，將質(zhì)量濃度為50g/l的原液稀釋為1g/l的水溶液可用于皮膚消毒，浸泡5分鐘即可達到消毒效果。合成洗滌劑

合成洗滌劑去污力強，在硬水中不形成沉淀，它除洗滌污物外，還有殺菌作用。陽離子型洗滌劑比陰離子型洗滌劑的殺菌力強。陽離子型洗滌劑不可生物降解。非離子型洗滌劑沒有殺菌力。合成洗滌劑除基本成分外，還有助劑。

六、染料對微生物的影響

孔雀綠、亮綠、結(jié)晶紫等三苯甲烷燃料都有抑菌作用。革蘭氏陽性菌對染料的反應比革蘭氏陰性菌敏感。例如，結(jié)晶紫質(zhì)量濃度為（3.3～5.0）×10g/l時抑制革蘭氏陽性菌，需濃縮10倍后才能抑制革蘭氏陰性菌。對10g/l的孔雀綠可抑制金黃色葡萄球菌；3.3×10g/l時可抑制大腸桿菌。10g/l的結(jié)晶紫可殺死念珠菌和圓酵母菌，10g/l時則起抑制作用。將10g/l的亮綠加入培養(yǎng)基中可抑制革蘭氏陽性菌，將大腸桿菌鑒別出來。質(zhì)量濃度在1g/l以下的染料可作微生物的營養(yǎng)源。-6-

4-6

5-4

七、抗生素對微生物的影響

許多微生物在代謝過程中產(chǎn)生能殺死其他微生物或抑制其他微生物生長的化學物質(zhì)，即抗生素?？股赜袕V譜和狹譜之分。

氯霉素、金霉素、土霉素和四環(huán)素可抑制許多不同種類的微生物，叫廣譜抗生素。青霉素只能殺死或抑制革蘭氏陽性菌，多粘菌素只能殺死革蘭氏陰性菌，叫狹譜抗生素?？股刂饕米鏊幤?，在分離微生物時，可在培養(yǎng)基中加入幾種合適的抗生素，用以抑制雜菌生長，使所需的微生物正常生長。殺死或抑制細菌生長的抗生素對人體無毒性或毒性很小。一種抗生素一般只對某些微生物有作用，而對另一些無效。這是因為不同的抗生素對微生物作用的不同的作用。

抗生素對微生物的影響有以下四方面：（1）抑制微生物細胞壁的合成（2）破壞微生物的細胞質(zhì)膜（3）抑制蛋白質(zhì)的合成（4）干擾核酸的生成

第六章 微生物的遺傳和變異

遺傳:微生物將生長發(fā)育所需要的營養(yǎng)類型和環(huán)境條件，以及對這些營養(yǎng)和外界環(huán)境條件產(chǎn)生的反應，或出現(xiàn)的一定性狀傳給后代，并相對穩(wěn)定的一代一代傳下去，這就是生物的遺傳。

變異:當微生物從它們適應的環(huán)境遷到不適應的環(huán)境后，微生物改變自己對營養(yǎng)和環(huán)境條件的要求，在新的生活條件下產(chǎn)生適應新的環(huán)境的酶，從而適應新環(huán)境并適應良好，這是生物的變易。

遺傳和變異是一切生物最本質(zhì)的屬性。

第一節(jié) 微生物的遺傳

一、遺傳和變異的物質(zhì)基礎-DNA 通過3個經(jīng)典實驗證明了核酸（DNA和RNA）是遺傳物質(zhì)基礎。1.肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象 2.T4噬菌體感染實驗 3.植物病毒重建實驗

肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗：

最早進行轉(zhuǎn)化實驗的是F.Griffith（1928）。肺炎鏈球菌有2種細胞型：

S型菌落：有莢膜，致病的，菌落表面光滑（smooth）R型菌落：不形成莢膜，無致病性，菌落外觀粗糙（rough）

1944年，O.T.Avery、C.M.MacLeod和M.McCarty從熱死的S型S.pneumoniae中提純了可能作為轉(zhuǎn)化因子的各種成分，并在離體條件下進行了轉(zhuǎn)化實驗：

結(jié)果表明，只有S型細菌的DNA才能將S.pneumoniae的R型轉(zhuǎn)化為S型。而且，DNA純度越高，轉(zhuǎn)化效率也越高，直到只取用純DNA的6×10g的量時，仍有轉(zhuǎn)化能力。這就說明，S型菌株轉(zhuǎn)移給R型菌株的，決不是某一遺傳性狀（在這里是莢膜多糖）的本身，而是以DNA為物質(zhì)基礎的遺傳因子。

噬菌體感染實驗：

1952年A.D.Hershey和M.Chase證實了DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)基礎。他們進行了兩組實驗：一組用含P－DNA核心的噬菌體作感染，一組用含S－蛋白質(zhì)外殼的噬菌體作感染。

-8結(jié)果表明，在噬菌體感染過程中，其蛋白質(zhì)外殼根本未進入宿主細胞。進入宿主細胞的只有DNA，但卻有自身的增值、裝配能力，最終會產(chǎn)生一大群既有DNA核心、又有蛋白質(zhì)外殼的完整的子代噬菌體粒。

植物病毒重建實驗：

1956年H.Fraenkel-Conrat用含RNA的煙草花葉病毒(TMA)進行了著名的植物病毒重建實驗。當用由TMA-RNA與 HRV-衣殼重建后的雜和病毒去感染煙草時，煙葉上出現(xiàn)的是最典型的TMV病斑。在從中分離出來的新病毒也是未帶任何HRV痕跡的典型TMV病毒。反之，用HRV-RNA與TMV-衣殼進行重建時，也可獲得相同的結(jié)論。

二、核酸的結(jié)構(gòu)和復制

核酸是一種多聚核苷酸，它的基本單位是核苷酸。核苷酸由堿基、磷酸和戊糖組成。DNA的結(jié)構(gòu)

1953年，J.Watson和F.Crick 在前人研究工作的基礎上，根據(jù)DNA結(jié)晶的X-衍射圖譜和分子模型，提出了著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，并對模型的生物學意義作出了科學的解釋和預測。

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點：

DNA分子由兩條DNA單鏈組成，DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)是分子中兩條DNA單鏈之間基團相互識別和作用的結(jié)果，雙螺旋結(jié)構(gòu)是DNA二級結(jié)構(gòu)的最基本形式。（1）DNA分子由兩條多聚脫氧核糖核苷酸鏈(簡稱DNA單鏈)組成,兩條鏈沿著同一根軸平行盤繞，形成右手雙螺旋結(jié)構(gòu)。螺旋中的兩條鏈方向相反，即其中一條鏈的方向為5′→3′，而另一條鏈的方向為3′→5′。

（2）嘌呤堿和嘧啶堿基位于螺旋的內(nèi)側(cè)，磷酸和脫氧核糖基位于螺旋外側(cè)。堿基環(huán)平面與螺旋軸垂直，糖基環(huán)平面與堿基環(huán)平面成90度角。

（3）螺旋橫截面的直徑約為2nm，每條鏈相鄰兩個堿基平面之間的距離為0.34nm，每10個核苷酸形成一個螺旋，其螺矩（即螺旋旋轉(zhuǎn)一圈）高度為3.4 nm。

（4）兩條DNA鏈相互結(jié)合以及形成雙螺旋的力是堿基對所形成的氫鍵。堿基的相互結(jié)合具有嚴格的配對規(guī)律，即A與T結(jié)合，G與C結(jié)合，這種配對關(guān)系，稱為堿基互補。A和T之間形成兩個氫鍵，G與C之間形成三個氫鍵。在DNA分子中，嘌呤堿基的總數(shù)與嘧啶堿基的總數(shù)相等。

質(zhì)粒：原核生物細胞中，染色體外的一種環(huán)狀DNA分子，并非細胞必須，僅與某些性狀有關(guān)，常作為基因轉(zhuǎn)移的運載工具。

基因：具有遺傳功能的DNA分子上的片段，平均1000個堿基對,分子量約6.7×10Da。

5一個DNA分子中含有多個基因，不同基因堿基對的數(shù)量和排列序列不同，基因具有自我復制能力。根據(jù)基因的功能差異，可分為結(jié)構(gòu)基因、調(diào)節(jié)基因和操縱基因。

結(jié)構(gòu)基因 因。

調(diào)控基因 包括編碼結(jié)構(gòu)蛋白和酶蛋白的基因，也包括編碼阻遏蛋白和激活蛋白的基包括調(diào)節(jié)基因、啟動基因和操縱基因。DNA的復制

DNA的自我復制大致如下：首先是DNA分子中的兩條多核苷酸鏈之間的氫鍵斷裂，彼此分開成兩條單鏈，然后以各自的多核苷酸鏈為模板，根據(jù)堿基配對的原則吸收細胞中的游離的核苷酸，按照原有鏈上的堿基配對原則，各自合成出一條新的互補的多核苷酸鏈。新合成的多核苷酸鏈和原有的多核苷酸鏈又以氫鍵連接成新的雙螺旋結(jié)構(gòu)。

三、DNA的變性與復性

利用紫外吸收的變化，可以檢測核酸變性的情況。

當天然雙鏈DNA受熱或其他因素的作用下，兩條鏈之間的結(jié)合力被破壞而分開的成單鏈DNA，即稱DNA變性。

天然狀態(tài)的DNA在完全變性后，紫外吸收(260nm)值增加25－40%.RNA變性后，約增加1.1%。這種現(xiàn)象稱為增色效應.DNA變性的特征

DNA的變性過程是突變性的，它在很窄的溫度區(qū)間內(nèi)完成，因此，通常將引起DNA變性的溫度稱為融點，用Tm表示。一般DNA的Tm值在70-85?C之間。DNA的Tm值與分子中的G和C的含量有關(guān)。G和C的含量高，Tm值高。因而測定Tm值，可反映DNA分子中GC含量，可通過經(jīng)驗公式計算：（G+C)%=(Tm-69.3)X2.44 核酸的復性

變性DNA在適當?shù)臈l件下，兩條彼此分開的單鏈可以重新締合成為雙螺旋結(jié)構(gòu)，這一過程稱為復性。DNA復性后，一系列性質(zhì)將得到恢復，但是生物活性一般只能得到部分的恢復。DNA復性的程度、速率與復性過程的條件有關(guān)。

將熱變性的DNA驟然冷卻至低溫時，DNA不可能復性，但是將變性的DNA緩慢冷卻時，可以復性。分子量越大復性越難。濃度越大，復性越容易。此外，DNA的復性也與它本身的組

第二篇：環(huán)境工程微生物總結(jié)

選擇一個環(huán)境問題，論述微生物在防治此問題中的作用及研究應用現(xiàn)狀。

由于有機毒物和重金屬的污水農(nóng)田灌溉和土地處理，固體廢物的堆放和填埋，以及地下儲油罐泄露，還有最普遍的農(nóng)藥噴灑等等，使得土壤的污染越來越嚴重。這些物質(zhì)破壞了土壤生態(tài)平衡，隨水源進入人體毒害人類。為了解決這個問題，可以采用微生物土壤修復。

土壤生物修復，是利用土壤中天然的微生物資源或人為投加目的菌株，將滯留的污染物快速降解和轉(zhuǎn)化，恢復土壤的天然功能。土壤本來就是微生物的大本營，因此選用適當?shù)木N，可以是受污染土壤本來就有的菌種，或是新植入的菌種。加入適當?shù)臓I養(yǎng)物并保證合適的溶解氧，微生物可以通過自身的特點快速的分解土壤中的有害物質(zhì)，從而縮短土壤修復的時間。

關(guān)于土壤修復的研究應用現(xiàn)狀，最主流的是土壤生物修復功能。有微生物修復法和植物修復法兩種。微生物修復法分原位生物修復（將污染土壤在原地處理）和異位生物修復。植物修復是利用植物對某些污染物的超強吸附積累，以及植物代謝等共同途徑，增強污染物的降解活性，從而加速土壤污染物的降解過程。

微生物的特點

體積小比表面積大

分布廣種類多

生長旺繁殖快

適應性強易變異

1分布廣種類多：已發(fā)現(xiàn)的微生物達10萬種以上,新種不斷發(fā)現(xiàn).?？梢哉f微生物無處不有,無處不在，冰川,溫泉,火山口等極端環(huán)境都有。土壤，空氣，水，還有動植物體表都有微生物存在。繁殖快：因為微生物的代謝能力很強, 由于微生物個體微小,單位體積的表面積相對很大,有利于細胞內(nèi)外的物質(zhì)交換,細胞內(nèi)的代謝反應較快.變異：微生物個體微小,對外界環(huán)境很敏感,抗逆性較差,很容易受到各種不良外界環(huán)境的影響;另外,微生物的結(jié)構(gòu)簡單,缺乏免疫監(jiān)控系統(tǒng), 很容易變異，但微生物的遺傳不穩(wěn)定性,是相對高等生物而言的。

稀釋平板分離法

該方法是將一定濃度的活性污泥稀釋液，通過平板劃線，表面涂布或是平板澆注的方法，接種到配置好的培養(yǎng)基上，最終獲得分離出來的特定微生物種群。

1先將一定濃度（10ml）的活性污泥置于90ml無菌水中，搖勻。得到10，-1 2用1ml移液管吸取1ml上述溶液到9ml無菌水中，的10，-2 3重復6次，最終獲得10,-6.4做平板：將融化并冷卻至50°的培養(yǎng)基倒入消過毒的滅過菌的培養(yǎng)皿中。5

（1）劃線：形狀多種多樣，但是不能劃破培養(yǎng)基，同時保證充分分散獲得單菌落。（2）澆注：現(xiàn)將配置好的稀釋液加入培養(yǎng)皿，在制作平板。

（3）涂布：先用無菌移液管吸取少量稀釋液于平板上，用三角刮刀在平板上均勻涂抹。

染色

染色作用：微生物的細胞小而透明，在普通光學顯微鏡下與背景反差很小不容易識別，因此，為了增加色差，必須染色以便識別各種形態(tài)和細胞結(jié)構(gòu)。分類：簡單染色和鑒別染色。

特點：簡單染色：只用一種染料，操作簡便，但是只能顯示微生物形態(tài)不能顯示構(gòu)造。

復合染色：用兩種以上的染料或試劑進行多次染色處理，使不同菌體和構(gòu)造顯示不同顏色從而鑒別。

革蘭氏染色

意義：成功的講兩類混在一起的細菌分離開，作為分類鑒別的第一步。步驟：1,涂片，干燥（固定）2初染：低價草酸銨結(jié)晶紫染液1-2min，水洗。3媒染，滴加革蘭氏染液，染1-2min，水洗。4脫色：滴加95%乙醇，講撥片搖晃幾下傾去乙醇，重復2-3次。5復染：滴加番紅 染2-3min，水洗并干燥。6鏡檢 關(guān)鍵步驟：脫色是否合適。若脫色過度，G+也可能脫色而被認為是G-。反之。

滅菌消毒

滅菌，是指用物理，化學方法殺滅或者除去物體上所有微生物及其芽孢。消毒，是指用物理，化學方法殺死物體上的能致病的微生物，或全部微生物的營養(yǎng)細胞和部分芽孢。

方法：干熱滅菌，濕熱滅菌，間歇滅菌，氣體滅菌，和過濾除菌

干熱：培養(yǎng)皿 移液管等玻璃器皿。先至于電熱干燥箱，160°2h。降至50°

濕熱：密閉金屬鍋，適用于一切物品。先加蒸餾水，浸沒被滅菌物品，對稱緊固螺栓，預置溫度時間，加熱 排放冷空氣 最后至于37°恒溫箱內(nèi)24h

第三篇：微生物教案

《獸醫(yī)微生物學》教案

農(nóng)科組：李建洲

緒論

本節(jié)由學生自學，不講授。布置思考題： 1． 2． 微生物有哪些共性，其共性的基礎是什么？

從微生物學科的發(fā)展歷程，舉例闡述微生物學對社會進步的推動作用。

第一章、原核生物的形態(tài)、構(gòu)造和功能

教學目的：細菌是微生物的代表，是生命科學研究和應用的重要基礎內(nèi)容，同時也是學生認識微生物的開始。以細菌作為原核生物的代表，側(cè)重講述原核生物的亞細胞結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)與細胞功能的關(guān)系。教學方式：多媒體教學。

教學課時: 6學時（細菌細胞構(gòu)造和功能4學時、放線菌和特殊細菌形態(tài)構(gòu)造2 學時）。教學內(nèi)容： 第一節(jié) 細菌

一、細胞的形態(tài)構(gòu)造及其功能

詳細講授細菌細胞壁肽聚糖、磷壁酸和脂多糖三種功能性大分子的結(jié)構(gòu)、生理功能以及革蘭氏染色的機制。引入古細菌概念，詳細比較細菌細胞壁與古生菌細胞壁結(jié)構(gòu)的差異，介紹四種缺壁細菌的細胞特征和生理特殊性。

講授革蘭氏陰性菌網(wǎng)外膜的結(jié)構(gòu)特點。通過革蘭氏陽性和陰性細菌細胞壁結(jié)構(gòu)的比較，解釋這兩類細菌對抗生素（如青霉素、鏈霉素等）、陰離子去污劑、堿性染料敏感性的不同，側(cè)重闡述細菌結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系以及基礎研究對應用微生物的意義。

介紹細菌的特殊構(gòu)造，包括：糖被、鞭毛、菌毛、性毛、芽孢等亞細胞構(gòu)造及功能，講授芽孢的結(jié)構(gòu)、生理特點以及在工農(nóng)業(yè)中的研究與應用。第二節(jié) 放線菌

側(cè)重講述放線菌的形態(tài)構(gòu)造以及繁殖方式，比較細菌放線菌細胞結(jié)構(gòu)、形態(tài)和培養(yǎng)特征的異同。強調(diào)放線菌資源的應用價值，引入稀有放線菌概念并介紹資源研究近年創(chuàng)新性的方法和研究趨勢。第二節(jié) 藍細菌（由學生自學）第三節(jié) 支原體、立克次氏體和衣原體

這些特殊細菌與人類疾病關(guān)系密切，簡述。側(cè)重比較這三種特殊細菌的形態(tài)差異以及鑒別依據(jù)。思考與作業(yè)：

1．試比較革蘭氏陽性菌與陰性菌細胞壁結(jié)構(gòu)的差異，并說明這兩類細菌對青霉素和陽離子去污劑敏感性不同的原因。2．生命是缺壁細菌，簡述形成原因及實踐中的意義。

第二章、真核微生物的形態(tài)、構(gòu)造和功能

教學目的：真核微生物主要包括真菌、微型藻類和原生動物。本章以真菌作為真核微生物的代表，通過絲狀真菌、酵母菌以及大型真菌的教授，使學生了解并掌握真核生物的結(jié)構(gòu)，真核生物亞細胞結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，并以亞細胞結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)與細胞功能的關(guān)系作為本章的重點。

教學方式：多媒體教學。

教學課時: 4學時（真菌概述和酵母2學時、絲狀真菌和大型真菌2學時）。教學內(nèi)容：

第一節(jié) 真核微生物概述

簡單講述比較真核微生物的類群及其生物學特征。略述真菌細胞壁、膜、等細胞構(gòu)造。側(cè)重介紹真菌細胞壁“9＋2”結(jié)構(gòu)、真菌細胞質(zhì)中不同于其它真核生物的細胞器，如膜邊體、幾丁質(zhì)酶體、氫化酶體等。并詳細講述這些亞細胞結(jié)構(gòu)的生物學功能。第二節(jié) 酵母

酵母是芽殖為主要繁殖方式的一類單細胞真菌。簡述酵母菌的一般細胞形態(tài)與構(gòu)造，以啤酒酵母為例，講授酵母菌的生活史。強調(diào)酵母菌在工業(yè)微生物、現(xiàn)代生物技術(shù)領域中的應用價值。第三節(jié) 絲狀真菌

鑒于絲狀真菌在工農(nóng)業(yè)中的巨大應用價值，同時其形態(tài)特征又是真菌學研究入門的必備基礎。本節(jié)作為全章的重點講授。著重介紹真菌有性繁殖、無性繁殖、菌絲特化結(jié)構(gòu)，同時引入目前采用形態(tài)為主進行的Ainsworth 五個亞門的分類系統(tǒng)。

在此，詳細比較細菌、放線菌、酵母菌、絲狀真菌的培養(yǎng)特征。第四節(jié) 產(chǎn)大型子實體的真菌－蕈菌

簡述大型真菌不同發(fā)育階段的特殊形態(tài)及相關(guān)的基本概念。思考與作業(yè)：

1．試理順染色質(zhì)、核小體、組蛋白與染色體之間的關(guān)系。2．真菌哪些亞細胞結(jié)構(gòu)與動植物不同，比較功能的差異。

第三章、病毒和亞病毒

教學目的：病毒與人類相關(guān)密切，許多重大疾病來自于病毒的感染。同時，病毒是分子生物學和基因工程的重要材料。通過本章學習，了解并掌握以噬菌體為主的細菌病毒的一般定義、概念、結(jié)構(gòu)、特性、分離方法、復制特點，并以此作為本課程重要的章節(jié)。教學方式：多媒體教學。

教學課時: 4學時（真病毒3.0學時、亞病毒1.0學時）。教學內(nèi)容： 第一節(jié) 病毒

詳述病毒的基本形態(tài)、構(gòu)造、化學組分。同時以烈性噬菌體為材料，講授烈性噬菌體的繁殖方式。同時以一步生長曲線作為重點，側(cè)重講述： 1． 噬菌體效價測定方法。

2． 剖析一步生長曲試驗設計的科學思想和嚴謹性，講述烈性噬菌體繁殖的主要特征曲線和相關(guān)參數(shù)。

引入溶源噬菌體概念，比較烈性噬菌體和溶源噬菌體不同感染結(jié)果的機制、增殖特點與鑒別特征。

植物病毒與昆蟲病毒：側(cè)重講授兩類病毒的感染機制與繁殖特點。第二節(jié) 亞病毒

詳細比較類病毒、擬病毒、朊病毒三種特殊的分子病原體的結(jié)構(gòu)、生理特征、可能的感染機制以及危害性。

思考與作業(yè)：

1．請設計一試驗，如何測定某發(fā)酵液中是否存在著溶源噬菌體的感染。

2．查閱文獻，闡述動物病毒的增殖方式。

第四章：微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基

教學目的：通過本章學習，了解并掌握微生物生長的營養(yǎng)基質(zhì)要求，熟練地利用各種培養(yǎng)基的類型，分離、培養(yǎng)微生物或進行微生物的發(fā)酵。本章重點主要為1）微生物4種營養(yǎng)類型、營養(yǎng)進入細胞方式、選擇和鑒別培養(yǎng)基的使用。教學方式：多媒體教學。教學課時: 4學時。教學內(nèi)容： 第一節(jié) 第二節(jié) 微生物的6類營養(yǎng)要素（略）微生物的營養(yǎng)類型

主要介紹微生物的4種營養(yǎng)類型，側(cè)重闡明光能異養(yǎng)型微生物的概念和營養(yǎng)特征。第三節(jié) 營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞的方式

該節(jié)為本章的重點。講授并比較單純擴散、促進擴散、主動運輸和基團移位的營養(yǎng)運動方式。側(cè)重闡明基團移位作為微生物物質(zhì)吸收的主要方式和運輸?shù)纳飳W特征。第四節(jié) 培養(yǎng)基

簡述。以EMB培養(yǎng)基為例，側(cè)重講述選擇培養(yǎng)基、鑒別培養(yǎng)基在微生物快速鑒定、特殊微生物的選擇分離中的重要作用。引入選擇培養(yǎng)的主要環(huán)節(jié)及意義。思考與作業(yè)：

1．查閱資料，說明除課本介紹的4種類型外，微生物還有哪些營養(yǎng)進入細胞的方式。

2．請設計分離降解“666”細菌的選擇培養(yǎng)基。

第五章 微生物的新陳代謝

教學目的：微生物新陳代謝反映了微生物生命活動有關(guān)能量、物質(zhì)的分解與合成的過程，揭示了生命活動的內(nèi)在規(guī)律本質(zhì)特征。是本課程重點講授的內(nèi)容。通過本章的學習，要求學生掌握微生物能量代謝、獨特的合成代謝以及代謝與代謝調(diào)節(jié)的基本途徑、規(guī)律、生物學意義以及在工業(yè)發(fā)酵中的應用價值。教學方式：多媒體教學。

教學課時: 8學時（能量代謝學3時； 獨特合成途徑3學時；代謝調(diào)控2學時）。教學內(nèi)容：

第一節(jié) 微生物的能量代謝

一、化能異養(yǎng)微生物的生物氧化和產(chǎn)能：擬以下列方面進行講授： 1． 簡述生物共有代謝途徑EMP、HMP和TCA途徑。2． 詳述微生物特有的代謝途徑ED途徑，側(cè)重生物學特征。3． 簡述微生物好氧呼吸產(chǎn)能特點。

4． 以硝酸鹽、硫酸鹽為例，講述微生物的無氧呼吸產(chǎn)能特點（詳述）

5． 微生物的發(fā)酵：簡述微生物6種常見的發(fā)酵途徑；側(cè)重介紹比較同型乳酸發(fā)酵與異型乳酸發(fā)酵異同點；側(cè)重介紹微生物通過氨基酸的產(chǎn)能Stickland發(fā)應

二、自養(yǎng)微生物產(chǎn)ATP和還原力

1．以亞硝化細菌、硝化細菌為例，比較自養(yǎng)菌產(chǎn)能特點。2．光能營養(yǎng)微生物：側(cè)重介紹 1)光合細菌定義與類群、2）循環(huán)產(chǎn)能機制、3）嗜鹽菌紫膜磷酸化機制 第二節(jié) 分解代謝和合成代謝

第三節(jié)：微生物獨特的合成途徑（側(cè)重介紹）1． 自養(yǎng)微生物的CO2固定：Calvin循環(huán)（簡述）2． 生物固氮（詳述）：主要介紹內(nèi)容為1）固氮微生物的類群、2）固氮的生化機制，側(cè)重固氮酶的結(jié)構(gòu)、電子與能量轉(zhuǎn)運、固氮活性測定方法、微生物防氧機制。

3． 細菌肽聚糖合成（詳述）：1）側(cè)重介紹肽聚糖合成全過程、2）抗生素的作用機制。第二節(jié) 微生物代謝調(diào)節(jié)與發(fā)酵生產(chǎn)

由于本節(jié)涉及工業(yè)微生物代謝工程內(nèi)容，詳述： 1． 微生物的代謝調(diào)節(jié)類型 1）酶合成調(diào)節(jié)

包括酶的誘導與阻遏、基因調(diào)控－乳糖操縱子、轉(zhuǎn)錄調(diào)控其它方式等。2）酶活性的調(diào)節(jié) 包括變構(gòu)調(diào)節(jié)、反饋抑制。2． 代謝調(diào)節(jié)在發(fā)酵工業(yè)中的應用

1）以賴氨酸生產(chǎn)為例闡明解除反饋抑制的應用。2）以蘇氨酸為例，闡述抗反饋調(diào)節(jié)突變株的應用。3）以谷氨酸為例，闡述控制細胞膜滲透性的作用。思考與作業(yè)：

1．大腸桿菌是一種兼性厭氧微生物，其產(chǎn)能的機制有哪些類型？ 2．光合微生物按產(chǎn)能方式包括哪些類型？根據(jù)紅螺菌科的生理特點，簡述該類細菌在環(huán)境保護中的應用價值。

3． 以二次生長為例，說明細菌基因表達的正、負調(diào)控機制。第六章、微生物的生長及其控制 教學目的：

微生物生長和控制是微生物研究基本的方法學，是進行微生物研究與應用必備的基本能力。通過本章講授，要求學生掌握微生物生長的研究方法和生長規(guī)律；以及利用各種物理化學因子控制有害微生物生長。

教學方式：多媒體教學。

教學課時: 4學時（生長測定方法、生長曲線、連續(xù)培養(yǎng)2學時；生長影響因素和有害微生物的控制2學時）。教學內(nèi)容：

第一節(jié) 測定生長繁殖的方法

講授微生物生長的一般研究方法，簡述（相關(guān)內(nèi)容試驗課講授）。第二節(jié) 微生物生長的規(guī)律

講授微生物典型生長曲線（詳述）。

講授微生物的連續(xù)培養(yǎng)，比較恒濁器和恒化器的工作原理、控制方式以及應用范圍的不同（詳述）。第三節(jié) 影響微生物生長的主要因素

簡述溫度、pH、氧氣、對微生物生長的影響。第四節(jié) 微生物培養(yǎng)方法概論

講授微生物固體培養(yǎng)和液體培養(yǎng)的基本方法。側(cè)重介紹厭氧微生物的培養(yǎng)技術(shù)和原理。第五節(jié) 有害微生物的控制 1.滅菌和消毒的相關(guān)概念 2.高溫滅菌（簡述）

3.殺菌劑、消毒劑和化療劑：簡述常用的殺菌劑和消毒劑、引入LD50、MIC等概念；以磺胺為例，詳述抗代謝類似物的作用機制、抗生素的定義和活性的測定方法。思考與作業(yè)：

1．比較恒濁器和恒化器兩種連續(xù)培養(yǎng)裝置工作原理的差異以及實踐應用的價值。

2．根據(jù)磺胺類藥物的作用機制，推測細菌出現(xiàn)抗磺胺藥物的可能原因。

第七章、微生物的遺傳變異和異種 教學目的：

微生物的遺傳變異是微生物最根本的生物屬性，反映微生物最基本的生物學特征。同時，微生物遺傳變異與現(xiàn)代分子生物學關(guān)系密切，也是改造微生物，提高工業(yè)微生物發(fā)酵能力的基礎。通過本章學習，要求學生掌握微生物遺傳物質(zhì)、突變機制、誘變育種方法和策略、細菌基因重組的機制等內(nèi)容。半章是微生物課程的重點。教學方式：多媒體教學。

教學課時: 8學時（遺傳物質(zhì)2學時；、突變和誘變育種3學時、細菌的基因重組3學時）。教學內(nèi)容： 第一節(jié) 遺傳變異的基礎 簡述三個經(jīng)典的遺傳試驗。

簡述遺傳物質(zhì)在不同水平的存在形式。

詳述質(zhì)粒及有關(guān)特征。包括質(zhì)粒的類型、質(zhì)粒的特性、質(zhì)粒在基因工程中的應用。

第二節(jié) 基因突變和誘變育種

一、基因突變：計劃講授如下問題： 1． 基因突變的類型（詳述）。

2． 基因突變的規(guī)律，側(cè)重以影印平板培養(yǎng)法解惑關(guān)于基因突變的不對應性問題。

3． 詳述基因突變的機制，包括堿基置換、移碼突變的點突變和染色體畸變。

4． 在染色體畸變中詳述微生物轉(zhuǎn)座子的類型、轉(zhuǎn)座機制及研究意義。

5． 以紫外線為例，詳述紫外線引起突變的機制、通常應用注意的問題。

二、突變和育種：計劃講授如下問題： 1．誘變育種應用的意義。

2．誘變育種實際應用必須注意的環(huán)節(jié)： 1）簡述誘變劑選擇、突變率、2）詳述艾姆氏試驗及在食品衛(wèi)生中的應用。

3）詳述高效篩選方案的制定及突變株高效的撿出的創(chuàng)新性方法。4）詳述營養(yǎng)缺陷型突變株相關(guān)的概念及選育方法。第三節(jié) 基因重組和雜交異種

該節(jié)為本章的重點，計劃講述如下問題：

一、原核生物的基因重組

1、轉(zhuǎn)化：1）詳述受體菌的感受態(tài)、轉(zhuǎn)化因子、轉(zhuǎn)化條件、轉(zhuǎn)化過程、2）轉(zhuǎn)染（簡述）。

2、普遍轉(zhuǎn)導：詳述普遍轉(zhuǎn)導中完全轉(zhuǎn)導和流產(chǎn)轉(zhuǎn)導的過程、特點，比較它們的異同。

3、局限轉(zhuǎn)導：1）詳述低頻轉(zhuǎn)導的過程及生物學特點、2）詳述高頻轉(zhuǎn)導的過程、特點、進行高頻轉(zhuǎn)導的基本條件。

4、溶源轉(zhuǎn)變（簡述）。

5、接合：1）詳述大腸桿菌的4種接合類型、2）側(cè)重闡述Hfr菌株的來源與接合過程、特點。3）接合中斷試驗的特點及研究意義。

6、原生質(zhì)體融合：講述原生質(zhì)體融合的意義、操作過程。

二、真核微生物的基因重組

側(cè)重講述真菌的異核現(xiàn)象和準性生殖過程。準性生殖育種的原理、具體方法以及在真菌育種中的應用。第六節(jié) 菌種的衰退。復壯和保藏

簡述菌種衰退的原因。側(cè)重講述比較七種常規(guī)的菌種保藏方法及特點。思考與作業(yè)： 1．現(xiàn)因科研需要，請設計出從大腸桿菌中誘變篩選獲得一株谷氨基酸營養(yǎng)缺陷型菌株的方法。

2．比較IS、Tn 和Mu噬菌體轉(zhuǎn)座的特點。與轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導、接合等比較，其重組的機制有什么不同？

3．比較完全轉(zhuǎn)導和局限轉(zhuǎn)導在媒介、轉(zhuǎn)導頻率、轉(zhuǎn)導機制的異同點。

第八章、微生物生態(tài)

教學目的：微生物生態(tài)學是研究微生物與其它生物及非生物因子之間相互關(guān)系的科學。應用微生物生態(tài)學在環(huán)境保護中具有重要的特殊作用。通過學習，要求學生了解微生物在生物圈的多樣性及資源利用價值；掌握微生物在地球化學循環(huán)中的作用和污水處理中的應用及其機制。

教學方式：多媒體教學。

教學課時: 4學時（多樣性2學時、生物地球化學循環(huán)1學時、污水生物處理1學時）教學內(nèi)容：

第一節(jié) 微生物在自然界中的分布與菌種資源的開發(fā) 1． 簡述微生物在土壤圈、水圈、大氣圈中的分布。2． 詳述極端環(huán)境微生物的類型、分布及應用價值。第二節(jié) 微生物與生物環(huán)境間的關(guān)系

簡述微生物同其它生物間的五種關(guān)系類型;側(cè)重介紹VitC二步發(fā)酵法的互生關(guān)系、菌根、根瘤的共生關(guān)系。第三節(jié) 微生物與自然界物質(zhì)循環(huán) 微生物與自然節(jié)物質(zhì)循環(huán)，反應了微生物區(qū)別其它生物的獨特生態(tài)作用，是應用微生物的基礎。擬重點講述如下問題： 1． 碳素循環(huán)（簡述）。

2． 氮素循環(huán)：簡述氮素循環(huán)中的七個主要環(huán)節(jié)。

3． 硫素循環(huán)：詳述細菌瀝濾的基本原理、主要過程和研究意義。第四節(jié)：微生物與環(huán)境保護

微生物治理污水是本節(jié)的重點，其它簡述。擬以下列內(nèi)容展開： 1． 水體的污染－富營養(yǎng)化（簡述）。

2． 用微生物治理污水：側(cè)重講述：1）污水監(jiān)測的指標；2）異生素及共代謝；3）污水處理的原理；4）污水的三級處理；5）污水處理的常用方法及其運行機制，如曝氣法、生物轉(zhuǎn)盤法、濾池法。

3． 沼氣發(fā)酵：簡述沼氣發(fā)酵的微生物類群和三個基本過程。思考與作業(yè)：

1．在污水的生物處理中，完全混合曝氣法和生物轉(zhuǎn)盤法的工作原理有何異同？

第九章、傳染與免疫 教學目的：

微生物學的研究起源于醫(yī)學，傳染和免疫是人類診斷、預防和治療各種傳染病的基礎。通過本章的學習，要求學生重點掌握非特異免疫和特異性免疫的主要方式、機制、特點；抗體分子的類別、免疫應答規(guī)律和免疫功能；血清學技術(shù)及其應用。半章是本課程的重點。教學方式：多媒體教學。

教學課時: 8學時（傳染2學時；非特異免疫1學時；特異性免疫3學時；血清學技術(shù)2學時）。教學內(nèi)容： 第一節(jié) 傳染

該節(jié)作為一般講述。主要內(nèi)容： 1． 傳染和傳染?。合嚓P(guān)的概念。

2． 影響傳染結(jié)局的因素：分述病原、宿主免疫力和環(huán)境因素三個影響因素。其中，病原體的毒力作為重點敘述，重點包括： 1）侵襲力：包括透明質(zhì)酸酶等各種酶類的生理作用； 2）毒素：外毒素和內(nèi)毒素的性質(zhì)、特征比較；外毒素的撿出方法（鱟試劑法）。

3． 傳染的結(jié)局（簡述）第二節(jié) 非特異性免疫

主要介紹病原侵入時，機體多個層次的非特異性免疫，主要講述： 1． 表皮和屏障

包括皮膚、粘膜、血腦和血胎屏障的作用。2． 吞噬細胞與吞噬作用

主要介紹：1）白細胞的起源和分化；2）側(cè)重講述巨嗜細胞的四個主要免疫功能。3． 炎癥反應 簡述炎癥的免疫功能。

4． 體液和組織的抗菌物質(zhì)：主要介紹補體和干擾素。1）補體：簡述補體的性質(zhì)、補體激活、補體免疫特點。2）干擾素：側(cè)重介紹干擾素的類型、作用機制。第三節(jié) 特異性免疫

是本章的重點之一，擬講述：

一、免疫器官

1． 定義、類型、獲得方式。

2． 免疫器官及其T、B兩類免疫細胞的來源和分化。

二、免疫細胞及其在細胞免疫中的作用 1． T細胞的表面標記(詳述)。2． T細胞的分化和功能(詳述)。3． B細胞的表面標記個功能(詳述)。

4． 其它免疫細胞（NK細胞、K細胞等，簡述）。

三、免疫分子及其在體液免疫中的作用 免疫分子具有多種種類，主要介紹：

1． 抗原：包括抗原概念、特性。細菌抗原類型。側(cè)重講述抗原的異物性和抗原決定簇；共同抗原及交叉反應。

2． 抗體：側(cè)重講述：1）抗體概念、抗體五個特點、Ig的5種類型和化學結(jié)構(gòu)（以基本結(jié)構(gòu)為主，簡述類別和型的劃分）；2）Ig的酶解片斷，側(cè)重簡述Fc段的功能；3）Ig的體和抗原結(jié)合價；4）詳細比較5種Ig的生物學特性。

3． 抗體細胞的激活和抗體的形成：側(cè)重講述;1)抗原遞呈細胞及其作用；2）抗體的產(chǎn)生過程及其應答規(guī)律；3）克隆選擇學說；4）抗體多樣性

4． 單克隆抗體及雜交瘤技術(shù)；主要講述：1）定義；2）雜交瘤的制備及單抗生產(chǎn)技術(shù)；3）單抗及其制備技術(shù)的應用。第四節(jié) 免疫學方法及其應用

免疫學方法主要包括抗原抗體的體外反應以及抗體的制備技術(shù)。在免疫防治、免疫診斷以及分子生物學中應用非常廣泛。作為本章的主要內(nèi)容。講述內(nèi)容包括： 1． 抗原抗體一般反應規(guī)律（簡述）

2． 抗原抗體主要反應：詳述凝集反應、沉淀反應以及補體結(jié)合反應的原理、具體方法和應用范圍。

3． 免疫標記技術(shù)：詳述酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）的技術(shù)特點和應用范圍；介紹雙抗體夾心法和間接免疫吸附測定法的主要技術(shù)要點。思考與作業(yè)：

1．比較內(nèi)毒素和外毒素的生物學特性。以沙門氏菌為例，說明細菌的毒力和侵襲物質(zhì)的作用機制。

2．免疫細胞主要有哪些類型？簡述它們的起源和分化過程。3．就你所知，乙肝病毒有哪些檢測方法？試以ELISA方法，制定HbsAg的檢測方法。

第十章、微生物的分類和鑒定

教學目的：微生物分類是研究認識微生物的基礎。通過本章學習，要求學生掌握細菌、真菌的分類系統(tǒng)以及主要的分類技術(shù)。教學方式：多媒體教學。教學課時:4學時。教學內(nèi)容：

第一節(jié) 通用的分類單元 主要介紹內(nèi)容包括：

1． 微生物的分類單元，主要介紹種的概念。

2． 微生物的分類和命名法規(guī)簡介：主要包括雙名法、種的命名和科學名書寫要求。

第三節(jié) 微生物在生物界的地位 主要介紹：

1．超界生物：三域系統(tǒng)。2．細菌的內(nèi)共生起源。

第三節(jié) 各大類微生物的分類系統(tǒng)綱要

1． 伯杰氏細菌系統(tǒng)學書冊（第一、第二卷）。

2． Ainsworth 真菌分類系統(tǒng)（安貝氏真菌學詞典，第七、第八版）

第四節(jié) 微生物分類鑒定方法

分類鑒定技術(shù)是本章的重點，側(cè)重介紹常用的分子生物學鑒定方法，如核糖體RNA的堿基系列測序等技術(shù)。1． 經(jīng)典的微生物鑒定方法。

2． 微生物微量快速鑒定技術(shù)（簡介API等數(shù)值鑒定系統(tǒng)）。3． DNA堿基比例的測定。

4． 16SrRNA、18S rRNA、ITS（內(nèi)轉(zhuǎn)錄區(qū)間）堿基序列分析（詳述）。5． 核酸雜交法。6． 細胞化學成分分析。思考與作業(yè)：

1．在微生物的分類鑒定中，常規(guī)的細菌和真菌鑒定技術(shù)水平有何不同？試分析造成這種差異的可能原因。

第四篇：微生物教案

食品微生物學課程教案

第一章 緒論（3學時）

教學目的：掌握微生物、食品微生物的定義、微生物的特點，微生物學及食品微生物研究的內(nèi)容、主要分支學科，了解微生物學、食品微生物學的發(fā)展史及發(fā)展趨勢。

教學重點和難點：微生物、食品微生物學的概念、微生物的生物學特性，微生物在生物分類中的地位，食品微生物主要研究的內(nèi)容、任務。講授微生物學形態(tài)學發(fā)展階段、生理學學階段和分子微生物時期。21世紀的微生物學的展望，學習本門課程的要求。

第二章 微生物主要類群及其形態(tài)結(jié)構(gòu)（9學時）

教學目的：掌握原核微生物、真核微生物的概念和主要區(qū)別，原核微生物的形態(tài)特征、基本結(jié)構(gòu)和特殊結(jié)構(gòu)，真核微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征，病毒的形態(tài)特征，這些形態(tài)特征常常是分類的依據(jù)之一。

教學重點和難點：原核微生物（細菌、放線菌）的形態(tài)特征、細菌的基本結(jié)構(gòu)、特殊結(jié)構(gòu)，細菌基本結(jié)構(gòu)與革蘭氏染色的關(guān)系，酵母菌、霉菌的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征，病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征，學會識別四大類微生物的形態(tài)特征。

原核微生物與真核微生物的概念和主要區(qū)別、細菌的形態(tài)結(jié)構(gòu)、放線菌的形態(tài)結(jié)構(gòu)、酵母菌、霉菌的形態(tài)結(jié)構(gòu)、病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征。要求會識別四大類微生物的形態(tài)特征。

第三章 微生物的營養(yǎng)（7學時）

教學目的：掌握微生物細胞的化學組成和營養(yǎng)要素，營養(yǎng)物質(zhì)進入微生物細胞的方式，微生物的營養(yǎng)類型的分類依據(jù)，微生物營養(yǎng)類型的特征，掌握微生物培養(yǎng)基制備的原則、方法步驟，培養(yǎng)基的種類。

教學重點和難點：營養(yǎng)物質(zhì)進入微生物細胞的途徑、微生物的營養(yǎng)類型的分類依據(jù)，微生物營養(yǎng)類型的特征，培養(yǎng)基制備的方法步驟。

講授要點：

微生物細胞的化學組成和營養(yǎng)要素，微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收方式，微生物的營養(yǎng)類型、培養(yǎng)基制備的原則、方法步驟。

第四章 微生物的代謝（4學時）

教學目的：掌握微生物的能量代謝的途徑，微生物分解代謝、發(fā)酵的代謝途徑和微生物獨特的代謝途徑。

教學重點和難點：微生物的能量代謝類型、微生物的分解代謝、微生物發(fā)酵的機理和獨特代謝。

講授要點：

微生物的能量代謝類型，微生物的分解代謝途徑，微生物發(fā)酵的代謝途徑，化能異養(yǎng)微生物的生物氧化和產(chǎn)能，自養(yǎng)微生物的生物氧化，微生物獨特的合成代謝。

第五章 微生物的生長（7學時）教學目的：熟練掌握微生物生長的概念和測定方法、生長繁殖的規(guī)律，掌握物理化學因素對微生物生長的影響，并會在食品工業(yè)中靈活應用這些物理化學因素加工食品。

教學重點和難點：微生物的群體生長繁殖規(guī)律、重要的物理化學因素對微生物生長的影響。

講授要點：

微生物的群體生長規(guī)律，介紹生長曲線，四個時期的特點，在食品發(fā)酵、工業(yè)微生物發(fā)酵中如何利用四個時期的特點進行生產(chǎn)，講授4個物理因素和多個化學因素對微生物生長的影響，突出重要的物理因素溫度和重要的化學因素pH值對微生物生長的影響，如何利用這些因素在加工和貯藏保鮮中，保障食品的安全性。

第六章 微生物的遺傳變異與育種（6學時）

教學目的：掌握微生物遺傳變異的物質(zhì)基礎，原核微生物、真核微生物和噬菌體的基因重組，基因的突變與誘變育種，熟練掌握微生物菌種的保藏方法，菌種衰退的表現(xiàn)和防止，復壯的方法。

教學重點和難點：證明DNA是微生物的遺傳物質(zhì)的三個經(jīng)典實驗方法、原核微生物基因重組、真核微生物的基因重組，微生物菌種保藏方法、菌種衰退的識別、防止和復壯方法。

講授要點：

微生物遺傳變異的物質(zhì)基礎，微生物遺傳、變異的概念，二者的相互關(guān)系，證明DNA是微生物的遺傳物質(zhì)的三個經(jīng)典實驗方法，微生物的基因突變與育種，微生物的基因重組，原核微生物的基因重組方法步驟，轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導和接合，真核微生物的基因重組，有性雜交、準性雜交，噬菌體的基因重組，微生物的菌種保藏及復壯，菌種衰退的表現(xiàn)、衰退的防止和復壯。

第七章 微生物的生態(tài)（3學時）

教學目的：掌握微生物在自然界中的分布規(guī)律，菌種資源的開發(fā)，熟練掌握微生物與生物的相互關(guān)系。

教學重點和難點：微生物與生物的相互關(guān)系，微生物在自然界的分布規(guī)律與食品加工的關(guān)系。

講授要點：

微生物在自然界分布的規(guī)律，土壤中的微生物，水中的微生物，空氣中的微生物，食品中的微生物，微生物與生物的共生關(guān)系，共生的類型、微生物與生物的互生關(guān)系，互生的類型，拮抗關(guān)系，特異性拮抗和廣譜性拮抗關(guān)系，寄生關(guān)系。微生物扮演了物質(zhì)循環(huán)中的重要角色；微生物是有機物的主要分解者；微生物是生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者；微生物是物質(zhì)和能量的貯存者；微生物在地球生物演化中的作用。

第八章 微生物與食品的加工生產(chǎn)（6學時）

教學目的：學會利用有益微生物在食品工業(yè)中生產(chǎn)食品，了解細菌、霉菌、酵母菌在食品工業(yè)中均可以應用生產(chǎn)食品或食品的原料。

教學重點和難點：微生物在食品工業(yè)中生產(chǎn)食品或食品原料的機理，工藝上的關(guān)鍵技術(shù)與微生物基本理論知識的關(guān)系。

講授要點：

細菌在食品加工中應用、原理和方法，酵母菌在酒類、面包等加工中的應用與原理方法，霉菌在調(diào)味品加工中應用與原理方法，以及微生物與食品原料的發(fā)酵生產(chǎn)，如檸檬酸生產(chǎn)、乳酸的發(fā)酵生產(chǎn)等。

第九章 微生物污染食品的來源及引起食品變質(zhì)的主要微生物（5學時）

教學目的：掌握微生物污染的來源、途徑，引起食品變質(zhì)的主要微生物的種類，了解這些規(guī)律后，學會在食品工業(yè)中控制微生物的污染。

教學重點和難點：微生物污染食品的來源和途徑，食品中細菌的數(shù)量及其食品衛(wèi)生學意義，大腸菌群及其食品衛(wèi)生學意義，霉菌對食品污染，霉菌及毒素的食品衛(wèi)生學意義。

講授要點：

微生物污染的來源及其途徑，食品中微生物的消長，食品中細菌的污染，菌落總數(shù)及衛(wèi)生學意義，大腸菌群的概念、食品衛(wèi)生學意義，霉菌對食品的污染，霉菌產(chǎn)生毒素的特點，霉菌及毒素的食品衛(wèi)生學意義。

第十章 食品的腐敗變質(zhì)及其控制（4學時）

教學目的：掌握微生物引起食品腐敗變質(zhì)的基本條件，食品腐敗變質(zhì)的控制方法。教學重點和難點：食品腐敗變質(zhì)的概念、鑒定，微生物引起食品腐敗變質(zhì)的基本條件，明確食品的防腐保鮮是一項綜合性的復雜技術(shù)，控制食品的腐敗變質(zhì)，保障食品的安全性，杜絕食物中毒事件發(fā)生。講授要點：

微生物引起食品腐敗變質(zhì)的基本條件，食品發(fā)生腐敗變質(zhì)的鑒別方法、處理原則，重點是綜合利用知識控制食品的腐敗變質(zhì)，保障食品的安全性，簡單介紹現(xiàn)代食品生產(chǎn)GMP、HACCP管理和國際食品法典的知識。1微生物引起食品腐敗變質(zhì)的基本條件2食品腐敗變質(zhì)的化學過程3食品腐敗變質(zhì)的鑒定4腐敗變質(zhì)食品的處理原則5各類食品腐敗變質(zhì)的特征；1食品的防腐保藏技術(shù)2防止食品腐敗變質(zhì)的控制方法

第五篇：微生物實驗教案

《微生物學》實驗教學教案[實驗項目] 實驗一 微生物學試驗常用玻璃儀器洗滌及干熱滅菌 [教學時數(shù)]

3學時 [實驗目的與要求]

1．認識微生物實驗所需要的各種器皿，了解常用工具和儀器的名稱、用途。2．掌握對玻璃器皿的清洗、包扎方法與干熱滅菌的操作過程。[實驗原理]

微生物學實驗要求較高的無菌狀態(tài)，因此，實驗所用的器皿，大多數(shù)要進行消毒、滅菌從而用以培養(yǎng)微生物，所以對其質(zhì)量、規(guī)格、洗滌和包扎方法均有一定要求。

清潔的玻璃器皿是實驗得到正確結(jié)果的先決條件，包扎方法要能保證防止污染雜菌。

干熱滅菌的原理，空的玻璃器皿一般用干熱滅菌。干熱滅菌是利用高溫使微生物細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)凝固變性而達到滅菌的目的。細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)凝固性與其本身的含水量有關(guān)，在菌體受熱時，當環(huán)境和細胞內(nèi)含水量越大，則蛋白質(zhì)凝固就越快，反之含水量越少，凝固緩慢。與濕熱滅菌相比，干熱滅菌所需溫度要高（160～170℃），時間要長（1～2h），但干熱滅菌溫度不能超過180℃，否則，包器皿的紙或棉塞就會燒焦，甚至引起燃燒。[實驗材料與設備]

1．培養(yǎng)皿、大試管、三角瓶6只、燒杯（500ml）2只、燒杯（1000ml）1只、小試管6只、吸管（0.2ml 2支，0.5ml 2支，1ml 2支，5ml 2支）共8支。2．去污粉、肥皂、清洗劑、毛刷。3．棉花、扎繩、包扎紙。[實驗步驟]

（一）學習下列常用儀器的種類、規(guī)格和應用范圍 1.培養(yǎng)皿

由一底一蓋組成一套，常用的培養(yǎng)皿皿底直徑90 mm，高15mm,皿底皿蓋均為玻璃制成。制成平板，可用于分離、純化、鑒定菌種、活菌計數(shù)以及測定抗生素、噬菌體的效價等。2.試管

(1)大試管(約18mm×180mm): 可裝倒平板用的培養(yǎng)基，可作制備斜面用（需要大量菌體時用），裝液體培養(yǎng)基用于微生物的振蕩培養(yǎng)。

(2)中試管[(13～15)mm×(100～150)mm]: 裝液體培養(yǎng)基培養(yǎng)細菌或做斜面用，用于細菌、霉菌、病毒等的稀釋和血清學試驗。

(3)小試管[(10～12)mm×100mm]:一般用于糖發(fā)酵或血清學試驗，和其它需要節(jié)省材料的試驗。3.三角瓶 規(guī)格有100mL、250mL、500mL和1000 mL用來裝無菌水、培養(yǎng)基和振蕩培養(yǎng)微生物等。4.燒杯

規(guī)格有50mL、100mL、250mL、500mL和1000mL 用來配制培養(yǎng)基與各種溶液等。5.吸管 規(guī)格有0.1mL、1mL、2mL、5mL、10mL用來量取轉(zhuǎn)移各種溶液等。6.量筒 規(guī)格有50mL、100mL、250mL、500mL。

（二）學習玻璃器皿的洗滌方法 1.新玻璃器皿的洗滌

在2%的鹽酸溶液中浸泡數(shù)小時，用自來水沖洗干凈。2.舊玻璃器皿的洗滌

（1）試管、培養(yǎng)皿、三角瓶：洗衣粉和去污粉洗刷，自來水沖洗 A 裝有固體培養(yǎng)基：刮掉，洗滌

B 帶菌的器皿：2%來蘇爾或0.25%新潔爾滅消毒液中浸泡24小時或煮沸0.5小時，然后洗滌 C 帶病原菌培養(yǎng)物的器皿：先高壓蒸汽滅菌，倒去培養(yǎng)物（2）玻璃吸管：吸管尖端與裝在水龍頭上的橡皮管連接，反復沖洗

A 吸過血液、血清、糖溶液或染料溶液等的玻璃吸管：立即投入盛有自來水的容器中浸泡，實驗后集中沖洗。B 塞有棉花的吸管：用水將棉花沖出，然后沖洗

C 吸過含有微生物培養(yǎng)物的吸管：2%來蘇爾或0.25%新潔爾滅消毒液中浸泡24小時然后洗 D 吸管內(nèi)壁有油垢：洗滌液中浸泡數(shù)小時，再沖洗

(三)學習各種器皿的包扎

1.培養(yǎng)皿的包扎：牛皮紙或舊報紙包緊，一般以5～8套培養(yǎng)皿包成1包 2.吸管的包扎：

在上端約0.5cm處，塞入一小段1.5 cm長的棉花（勿用脫脂棉），目的是避免將外界或嘴中雜菌吹入管內(nèi)，或不慎將菌液吸出管外。用4～5 cm寬的長紙條卷起來3.試管和三角瓶等的包扎：用橡皮塞和牛皮紙。(四)干熱滅菌 1．裝入待滅菌物品

將包好的待滅菌物品（培養(yǎng)皿、吸管等）放入電烘箱內(nèi)，關(guān)好箱門。物品不要擺太擠，以免妨礙空氣流通；不要接觸電烘箱內(nèi)壁的鐵板，以防包裝紙烤焦起火。

2．升溫 接通電源，撥動開關(guān)，打開電烘箱排氣孔，讓溫度逐漸上升。當溫度升至100℃時，關(guān)閉排氣孔。3．恒溫 當溫度升達到160～170℃時，恒溫調(diào)節(jié)器會自動控制調(diào)節(jié)溫度，保持此溫度2h。干熱火菌過程。嚴防恒溫調(diào)節(jié)的自動控制失靈而造成安全事故。

4．降溫 切斷電源、自然降溫。

5．開箱取物 待電烘箱內(nèi)溫度降到70℃以下后，打開箱門，取出滅菌物品。[指導與訓練方案]

1.通過本次實驗你認識了微生物學實驗常用的哪些器皿？ 2.簡述玻璃器皿洗滌的基本要求。3.簡述干熱滅菌的操作步驟。[實驗項目]

實驗二 培養(yǎng)基的制備與滅菌 [教學時數(shù)]

4學時[實驗目的與要求]1．了解培養(yǎng)基的配制原理；掌握配制培養(yǎng)基的一般方法和步驟。2．了解常見滅菌、清毒基本原理及方法；掌握干熱天菌、高壓蒸汽滅菌及過濾除菌的操作方法。[實驗原理]

培養(yǎng)基是人工按一定比例配制的供微生物生長繁殖和合成代謝產(chǎn)物所需要的營養(yǎng)物質(zhì)的混合物。培養(yǎng)基的原材料可分為碳源、氮源、無機鹽、生長因素和水。根據(jù)微生物的種類和實驗目的不同，培養(yǎng)基也有不同的種類和配制 方法。

從培養(yǎng)基的組成成分可分為: 1.合成培養(yǎng)基：由各種純化學物質(zhì)按一定比例配制而成。

2.半合成培養(yǎng)基：一部分純化學物質(zhì)和一部分天然物質(zhì)配制而成。3.天然培養(yǎng)基：利用天然來源的有機物配制而成。

從培養(yǎng)基的物理狀態(tài)可分為: 1.液體培養(yǎng)基：不加凝固劑的液體狀態(tài)培養(yǎng)基。2.固體培養(yǎng)基：在液體培養(yǎng)基中加入2%左右的凝固劑的固體狀

態(tài)的培養(yǎng)基或農(nóng)副產(chǎn)品培養(yǎng)基。3.半固體培養(yǎng)基：在液體培養(yǎng)基中加入0.2—0.5%凝固劑而成的半固體狀培養(yǎng)基。

牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基是一種應用最廣泛和最普通的細菌基礎培養(yǎng)基。察氏一號培養(yǎng)基是一種應用最廣泛和最普通的霉菌培養(yǎng)基。

高壓蒸汽滅菌方法主要是通過升溫使蛋白質(zhì)變性從而達到殺死微生物的效果。當蒸汽壓達到1.055kg/cm2時，鍋內(nèi)溫度可達到121℃，一般維持20min,即可殺死一切微生物的營養(yǎng)體或芽孢，而達到滅菌目的。[實驗材料與設備]

1.器材 試管、三角瓶、燒杯、量筒、玻璃棒、培養(yǎng)基、分裝器、天平、牛角匙、高壓蒸汽滅菌鍋、pH度紙、棉花、牛皮紙、記號筆、麻繩、紗布、吸管、培養(yǎng)皿、電烘箱、注射器、微孔濾膜過濾器、鑷子等。2.試劑 牛肉膏、蛋白胨、NaCl、瓊脂 [實驗步驟] 1.稱量→溶化→調(diào)pH→過濾→分裝→加塞→包扎→滅菌→無菌檢查 2.干熱滅菌：裝入待滅菌物品→升溫→恒溫→降溫→開箱取物

3.高壓蒸汽滅菌：加水→裝物品→加蓋→加熱→排冷空氣→加壓→恒壓→降壓回零→排汽→取物→無菌檢查 4.過濾除菌：組裝滅菌→連接→壓濾→無菌檢查→清洗滅菌 關(guān)鍵步驟及注意事項1.要嚴格按配方配制。2.調(diào)pH不要過頭。

3.干熱滅菌要注意物品不要堆放過緊，注意溫度的時間控制，70oC以下放物、取物。4.高壓滅菌要注意物品不要過多，加熱后排除冷空氣，到時降壓回零取物。

5.過濾除菌要注意各部件滅菌，壓濾時，壓力要適當，不可太猛太快，濾膜要注意清洗保存。[指導與訓練方案]

1.培養(yǎng)基配好后，為什么必須立即滅菌?如何檢查滅菌后的培養(yǎng)基是無菌的? 2.在配制培養(yǎng)基的操作過程中應注意些什么問題?為什么? 3.培養(yǎng)微生物的培養(yǎng)基應具備哪些條件?為什么? 4.培養(yǎng)基的配制原則是什么? [實驗項目]

實驗三 環(huán)境和人體微生物的檢測及無菌操作技術(shù)[教學時數(shù)]3學時 [實驗目的與要求]

1.通過檢測環(huán)境和人體中微生物的存在，體會微生物分布的廣泛性。

2.學習無菌操作的技術(shù)，掌握利用稀釋涂布平板法從土壤中分離微生物的方法。[實驗原理] 自然環(huán)境中和人及動物的體表、體內(nèi)都存在大量的微生物，它們一遇到適合的條件就會大量繁殖。當把取自不同來源的含菌樣品接種于含有生長發(fā)育需要的各種營養(yǎng)成分的固體培養(yǎng)基時，就會形成肉眼可見的微生物集體群落-菌落。每種微生物菌落都有其獨有的特點，如大小、顏色、表面干燥或濕潤、隆起或扁平、粗糙或光滑、邊緣整齊或不整齊等。因此，可以通過平板培養(yǎng)來檢測不同環(huán)境下微生物的數(shù)量、種類和特點。[實驗材料與設備] 1.恒溫培養(yǎng)箱、磁力攪拌器、移液槍

2.培養(yǎng)基：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、察氏一號培養(yǎng)基；地面以下5-10cm的土壤； 3.酒精燈、無菌棉棒、無菌生理鹽水、涂布棒、記號筆、培養(yǎng)皿、吸管、試管、三角瓶 [實驗步驟] 1.無菌操作技術(shù) 在酒精燈火焰旁操作，將融化并冷卻至不燙手的滅菌固體培養(yǎng)基倒入無菌的培養(yǎng)皿，倒量為容積的1/3~1/2或者覆蓋皿底5毫米左右，然后平放到桌面待其凝固即為無菌平板。

2.土樣的稀釋分離

制備土樣懸濁液：稱取土樣1g，迅速倒入盛有99ml無菌水和玻璃球的三角瓶中，置入磁力棒，攪拌10-15min，使土樣充分打散，即成10-2的土壤懸濁液。稀釋：用無菌移液管吸10-2的土壤懸液0.5mL，放入4.5mL無菌水中即為10-3稀釋液，如此重復，可依次制成10-3～10-6的稀釋液。(注意：操作時每一個稀釋度換用一支移液管，每次吸入土液后，要將移液管插入液面，吹吸3次，每次吸上的液面要高于前一次，以減少稀釋中的誤差。)3.環(huán)境及人體各部位取菌樣 4.標記、培養(yǎng)

標記： A-Ⅰ-1-10-5姓名

按培養(yǎng)基類別：細菌培養(yǎng)基--A，霉菌培養(yǎng)基--B 按3個大組：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、按4個中組：1-4 按樣品類別：10-

5、10-

6、口腔--a、鼻腔--b、頭發(fā)--c、空氣--d按個人標記：姓名

培養(yǎng)：將接種的平板分別放入細菌和霉菌培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。霉菌保持25-27℃，3-5天；細菌35-37℃，1-2天。

[指導與訓練方案]

1、無菌倒平板時注意的事項有哪些？

2、平板接種后為什么要倒置培養(yǎng)？

3、通過本次試驗你學到了什么？有什么體會？ [實驗項目]

實驗六 細菌的單染色與革蘭氏染色 [教學時數(shù)] 3學時

[實驗目的與要求]

1.學習對細菌的涂片、染色和無菌操作技術(shù)。

2.了解染色原理、學習并掌握單染色和革蘭氏染色技術(shù)。[實驗原理] 細菌的細胞小而透明，在普通的光學顯微鏡下不易識別，染色后，菌體與背景形成明顯的色差，從而能更清楚地觀察到其形態(tài)和結(jié)構(gòu)。

微生物學中常用的是單染色法和革蘭氏染色法。染色部位分芽孢、鞭毛、莢膜染色

其機理主要是由于兩類細菌的細胞壁成分和結(jié)構(gòu)不同。G+菌，肽聚糖多，脂質(zhì)少，酒精不易進入； G-菌，肽聚糖少，脂質(zhì)多，酒精易進入 [實驗材料與設備] 1.菌種：E.coli（大腸桿菌）、B.subtilis（枯草芽孢桿菌）、玉米細菌等

2.試劑：石炭酸復紅染色液、革蘭氏染色液(草酸銨結(jié)晶紫、碘液、95%乙醇、沙黃染色液）3.其他：顯微鏡、載玻片、生理鹽水、酒精燈、接種環(huán)、吸水紙、擦鏡紙等 [實驗步驟]

一、單染色法： 滴無菌水→ 涂片→自然干燥→ 固定→染色→水洗→干燥→鏡檢（高倍鏡、油鏡）

二、革蘭氏（Gram）染色法

1.涂片

2.初染：在做好的涂面上滴加草酸銨結(jié)晶紫染液，染1-1.5分鐘，傾去染液，流水沖洗至無紫色。3.媒染：先用新配的路哥氏碘液沖去殘水，而后用其覆蓋涂面14.脫色：除去殘水后，滴加

95%酒精進行脫色約

分鐘，后水洗。

秒，后立即用流水沖洗。

5.復染：滴加番紅染色液，染1-1.5分鐘，水洗后用吸水紙吸干。6.鏡檢：觀察染色結(jié)果并繪圖。[指導與訓練方案]

1.革蘭氏染色過程中大腸桿菌、枯草桿菌、玉米細菌、金黃葡萄球菌等分別被染成什么色，分別為革蘭氏反應的什么菌 ？

2.涂片用的玻璃片為什么不得有油污？為什么涂片要求菌膜要均勻、??？ 3.革蘭氏染色的原理 4.染色注意事項有哪些？ [實驗項目]

實驗七 微生物的顯微鏡計數(shù)、大小測量和酵母菌的死活鑒別 [教學時數(shù)] 5學時

[實驗目的與要求]

1.學習并掌握利用顯微鏡直接計數(shù)的基本方法。2.了解并掌握酵母菌的死活鑒別染色的原理和技術(shù) [實驗原理] 1.兩種常用計數(shù)方法，即直接計數(shù)法（血球計數(shù)板計數(shù)法）和間接計數(shù)法（平板菌落計數(shù)法）。本實驗是利用血球計數(shù)板進行直接計數(shù)。

2.利用血球計數(shù)板，在顯微鏡下進行計數(shù)，由于計數(shù)室的容積是一定的，所以可以根據(jù)在顯微鏡下觀察到的微生物數(shù)目來換算成單位體積內(nèi)的微生物總數(shù)目。由于此法計得的是活菌體和死菌體的總和，故又稱為總菌計數(shù)法。3.美蘭（氧化型呈藍色，還原型呈無色），活的酵母菌具有將氧化型美蘭還原成還原型的能力，故染色后是透明的，而死的酵母菌則被染成了藍色。

計數(shù)方法：計數(shù)時，通常數(shù)五個（或四個）中方格的總菌數(shù)，然后求得每個中方格的平均值，再乘上25或16，就得出一個大方格中的總菌數(shù)，然后再換算成lml菌液中的總菌數(shù)。設被選作計數(shù)的中方格中的總菌數(shù)為A，菌液稀釋倍數(shù)為B，如果是25個中方格的計數(shù)板，則1mL菌液中的總菌數(shù)=A/5×25×104×B=50000A·B（個）如果是16個中方格的計數(shù)板，則1mL菌液中的總菌數(shù)=A/4×16×104×B=40000A·B（個）[實驗材料與設備] 酵母菌懸液（市售的干酵母粉）血球計數(shù)板、蓋玻片、吸水紙顯微鏡、接種環(huán)、分類計數(shù)器 0.1%的美藍染色液 [實驗步驟] 1 制備菌懸液、染色 用吸管吸取菌懸液（1滴）加入試管，用生理鹽水（8滴）進行稀釋，滴加（1滴）美蘭染色液。加菌懸液樣品 將清潔干燥的血球計數(shù)板蓋上蓋玻片，再用毛細滴管將搖勻的菌懸液由蓋玻片邊緣滴一小滴，讓菌液沿縫隙靠毛細滲透作用自動進入計數(shù)室，用吸水紙吸去多余水液（注意一定不要有溢出和產(chǎn)生氣泡）。3 顯微鏡計數(shù) 加樣后靜止1 min，先用低倍鏡然后換成高倍鏡，計數(shù)時，對位于線上酵母菌，一般只數(shù)上方和左邊線上的，當酵母菌芽體達到母細胞大小的二分之一時，可記作兩個細胞。計數(shù)一個樣品要從兩個計數(shù)室中計得的值來計算樣品的含菌量。清洗血球計數(shù)板 計數(shù)完畢，將計數(shù)板在水龍頭下沖洗干凈，切勿用硬物洗刷，洗完后自行晾干或用電吹風吹干。5.計算 ：利用相應公式進行計算（見前面公式或者課本公式），并將實驗結(jié)果填入作業(yè)中的表格內(nèi)。實驗注意事項

1.要正確使用顯微鏡，光線亮度要調(diào)的合適。

2.菌液制備要精準，稀釋倍數(shù)要合適。如果濃度過大就再稀釋，如果過小再重做。3.計上不計下，計左不計右。出芽計一半

4.濃度稀釋標準：以每小方格內(nèi)含有5-10個酵母細胞為宜，一般稀釋10倍即可。5.計數(shù)室內(nèi)一定不要有溢出和產(chǎn)生氣泡。

6.其他微生物孢子技術(shù)與酵母菌類似，基本操作一樣。7.確保血球計數(shù)板清洗干凈。[指導與訓練方案] 1.使用血球計數(shù)板計數(shù)時，應注意什么？ 2.將計數(shù)結(jié)果填入表格中。

3.簡單說明酵母菌死活染色的原理。[實驗項目]

實驗八 微生物細胞大小的測定 [教學時數(shù)] 3學時

[實驗目的與要求]

1.了解測微尺的構(gòu)造和使用，學習并掌握測定微生物細胞大小的方法。[實驗原理] 微生物細胞的大小的測量是在顯微鏡下用目鏡測微尺來進行的，但由于測量的是放大后的圖像，故目鏡測微尺在不同放大倍率下每格實際代表的長度也隨之變化，因此，需用物鏡測微尺來校正在不同放大倍率下目鏡測微尺每格所代表的實際長度。

物鏡測微尺是中央刻有精確刻度的載玻片，一般是將1 mm等分為100格，每格長0．01mm，即10 um，它不直接用于測量細胞大小，而是用于校正目鏡測微尺的每格的相對長度。

[實驗材料與設備] 酵母菌懸液（市售的干酵母粉）或者制作的霉菌裝片

目鏡測微尺，物鏡測微尺、顯微鏡、載玻片、蓋玻片、吸水紙、0.1%的美藍染色液 [實驗步驟]（—）裝目鏡測微尺

（二）校正目鏡測微尺

1.將物鏡測微尺刻度面朝上放在顯微鏡載物臺上

2.先用低倍鏡觀察，將目鏡測微尺刻度與物鏡測微尺的刻度平行。使兩尺的第一條刻度線相重合，再尋找兩尺的另 10 一條重合的刻度線，分別記錄兩重合線之間物鏡測微尺和目鏡測微尺所占的格數(shù)，由公式計算出目鏡測微尺每格所代表的長度。

3.用同樣的方法換成高倍鏡進行校正，記錄并計算在每種倍率下目鏡測微尺每一格所代表的長度。

（三）酵母細胞大小的測定

制備菌懸液、染色： 用吸管吸取菌懸液（1滴）加入試管，用生理鹽水（8滴）進行稀釋，滴加（1滴）美蘭染色液。

制片： 用吸管吸取1滴上述菌懸液滴加到干凈的載玻片上，蓋上蓋玻片（注意一定不要有溢出和產(chǎn)生氣泡），將多余菌液用吸水紙吸干。

顯微鏡下觀察、測量：在不同倍率下測量菌體的長度和寬度，記錄測定值，并計算出酵母的長、寬值。[指導與訓練方案] 1.為什么更換不同放大倍數(shù)的目鏡或物鏡時，必須用鏡臺測微尺重新對目鏡測微尺進行校正? 2.如何校正目鏡測微尺？ ３．如何測定細菌的大?。?/p>

[實驗項目1]實驗1 常用玻璃儀器包扎及干熱滅菌；培養(yǎng)基的制備（口述）與高壓蒸汽滅菌（操作-必做）1.1 培養(yǎng)皿、試管、吸管的洗滌包扎及干熱滅菌（操作-必做）1.2 培養(yǎng)基分裝到三角瓶和試管與高壓蒸汽滅菌（操作）[實驗項目2 實驗2 無菌操作技術(shù)，倒平板和接種（操作-必做）1.倒平板，以清水代替；試管接試管；試管接培養(yǎng)皿 [實驗項目3] 實驗3 細菌的革蘭氏染色（操作-必做）1.枯草桿菌 [實驗項目4] 實驗4 微生物的顯微鏡計數(shù)（操作-必做）

酵母菌[實驗項目5]實驗5 微生物細胞大小的測定（操作）會校正和測量酵母菌或真菌菌絲