第五章生长与代谢1

• 所有细菌细胞内能量传 递体都是ATP • 营养型细菌分类 • 根据碳源不同 • 分为无机营养——有机 营养 • （或自养——异养）
Fe)
• 提问：什么样的细菌利用光 能？含有光合色素
① 无机营养细菌（自养菌）
• 无机（自养）—CO2、CO和CO32• 又根据能源不同
• 又分为光能自养型细菌和化能自养型细菌。
• （2）理化因素控制法
• 理化因素——特殊的温度、 氧气、pH、盐度等环境 条件 • 主要用于筛选极端环境微 生物。如嗜盐、嗜热、嗜 冷、嗜酸、嗜碱等的细菌， 同时也被用于选择性培养 好氧或厌氧细菌。
嗜冷菌
嗜热菌
3）鉴别培养基
• 鉴别——明查分别（细菌种类）
• 提供培养环境外还同时具有类似于 “验钞机”的作用
化能自养细菌（有氧）
• 提问：什么是化能自养菌？ • 自养——碳源CO3－ • 化能——以
？物质氧化产能
• S、H2S、H2、NH3、Fe
• 种类：硫细菌(硫化细菌和硫磺细菌)、（亚）硝
化细菌及铁细菌、氢细菌。
• 例如，亚硝化细菌进行有机物合成反应如下 • 2NH3 + 2O2 HNO2 + 4 H + 619千焦耳 • ATP • CO2 + 4 H [CH2O] + H2 O
• 提问：人工投加光合细
菌（PSB,红螺菌）有利于 水产养殖，原因？
• 迅速转化毒物（水族 排泄物被细菌分解后 的氨、有机酸）为高 蛋白的菌体，作为鱼 的饲料，且不消耗氧 ； • 优势生长时能抑制水 族病原菌的生长
（5）氮源
• 提问：哪些物质可作为细菌的氮源？ • 有机氮（氨基酸和蛋白质）、无机氮（ N2、 NH3、 铵盐、硝酸盐）等。
C量比较稳定，约占干重的Leabharlann 0%左右。2、微生物的营养
• 传统上根据功能不同对营养物归类
• 水、无机盐和碳源、氮源、能源、生长 因子等（六种营养要素）。
• （1）水
• 提问：水对细菌有哪些作用？
• 1)溶剂作用
• 2)运输物质的载体
• 3)参与生化反应(如脱水、加水反应)
（2）无机盐 • 阴离子盐：磷酸盐、硫酸盐、氯化物、碳酸盐、碳酸氢盐。 • 阳离子盐：氨、钾、钠、钙、镁、铁的盐
• Ⅱ. 光能异养细菌（无氧有光）
• 光能+色素
•
有机物 + CO2 → 菌体 [CH2O]
• 小分子有机物碳源 • 主要指红螺菌（有氧无光时可化能异养生存） • 提问：在污水处理中的优势是什么？
•不受氧气限制，尤其适于高浓度有机废水（食品 行业）的高效处理(*红螺菌用于污水处理现状如 何?)
问题：与水分离困难，光照问题
• 异养细菌的培养基中至少有一种有机物，实验室中
通常是葡萄糖 • 如一种大肠杆菌培养基
• 葡萄糖 0.5g 0.2g • NaCl 5g 1000mL
K2HPO4
1g
MgSO4
NH4H2PO4 0.4g
水
2.配制 •
加水
①缓冲化合物
②有机、无机 营养物
③微量元素
通常
④维生素及其他生长因子 10%Na0H、 调整 pH HCl
注意：
• 如果工业废水不缺营养，切勿盲目补充！ • 提问：为什么？ • 过犹不及——“娇惯”
• 细菌往往先利用这类现成的容易被吸收、利用的有机物质， 而不再利用工业废水中难以吸收、利用的有机物，从而导 致细菌分解特殊有机物的能力下降
• 这与细菌驯化正好相反（反驯化）。
• 学以致用——养细菌
二．培养基
• 实验室中有机氮源——蛋白胨 •工业投加的细菌氮源？
•——尿素、粪便
磷源和硫源
• 磷源比较单一，主要是无机磷酸盐或偏磷酸盐。
工业污水常补加磷酸三钠等。
•硫源—从还原性的S2-化合物、元 素硫一直到最高氧化态的S042-化 合物，都可以作为硫源。 •通常不缺
（6）生长因子
• ——必需，但不能自身合成的有机物
• P和S、Fe、Mg的需求量较大
• 同时还需要锌、锰、钴、铝、铜、硼、钒、镍等微量元素。
• 无机盐的主要作用： • 构成细胞组分； • 作为酶的组成部分，维持酶的活性； • 特殊细菌的能源：铁细菌、硫细菌分别 以铁和硫为产能物质； • 维持一定的渗透压。
（3）碳源
• 1）碳源 • 供碳元素来源的物质 • 细菌细胞中的碳素含量占
• 蛋白胨——动植物蛋白（大豆或动物骨粉等）经初步酶 解形成的短肽（主要作氮源）
• 类似物如酵母膏、麦芽汁、土壤浸出液、牛奶、玉米粉
• 优点——营养丰富、配制容易 • 缺点？ • 质量不稳定、选择性差；
酵母膏
• 3）半合成
• 半——不纯 优缺点介于前两者之间，因而使用最广。
肉汤培养基
(三)根据培养基用途
提问：化能自养细菌能用于污水处理吗？为什 么？
能，脱氨、脱硫；条件容易
有机营养细菌（异养菌）
• 有机（异养）——以有机物为碳源
• 提问：自养、异养菌哪种繁殖快？ • “吃砖头和吃粮食的区别”
• 异养菌是有机污水处理的主角
•根据能源的不同
（1）光能异养与化能异养
. Ⅰ化能异养菌 • 以有机物作为碳源和能源的的细菌。 • 绝大多数的细菌都属于化能异养菌。
• 在液体培养基中加入0.5%或更低浓度的琼脂
• 作用：？
• 半固体培养基中可以融入少量的溶解氧，因此 这种培养基常被用于培养在较低氧浓度环境下 才能最佳生长的细菌。
• 3）液体培养基（“汤”）
• ——废水也可看作是一种广义的液体培养 基
（二）根据培养基组分
• 天然培养基、合成培 养基和半合成培养基。
？
高压蒸 气灭菌 锅 冷 却 备 用
分装
3．分类
• 提问：根据哪些特性可以给培养基分类？ • 物理状态、用途、组分组成
无营养、无分解能力，融点96℃，凝点40℃
（一）按培养基物理状态
• 固体培养基
加凝固剂：明胶、硅胶、琼脂1.5~2% 天然固体：米糠、木屑、马铃薯块 滤膜：微孔醋酸纤维薄膜
• 半固体培养基 凝固剂为0.5%左右 • 液体培养基 无凝固剂
C.多数微生物在琼脂培养基
表面生长并形成独立菌落；
提问：有何好处？
易于纯化分离
• 不作为额外碳源，干
扰试验，保持固体特
性
• B.高压灭菌结构不被破坏 ，且颜色透明不妨碍观
察；
天然的固体培养基——土豆块、培养真菌的麸皮、大米、 大麦等。
2）半固体培养基（“膏”）
• 半——流动性介于固体与液体之间
• 提问：如何制作？
• 种类？
• 有机物、无机碳化
干物质质量的50％左右。 细菌对碳素的需求量最大 。 • 碳源作用—
• 细胞的碳骨架、大多还是 能源物质。
合物
• 随细菌不同，各有
• 偏好 糖
•• 尤其是葡萄糖及其多糖 细菌最喜好的碳源 是？ 思考：碳源的功能？
（4）能源
• 细菌的能源种类 • 化学能、光能
• 提问：哪些物质可以产生化 学能？ • 有机碳源 • 特殊的无机物（如S、
• 1）合成
• 合成——纯化学试剂 • 优点——稳定、选择性 • 缺点——很多细菌营养需 求较为复杂，配方获取 较难
• 2）天然
• 天然——？ • 纯生物制品(细胞提取物)
• 如，常用的细菌肉汤培养基
• 牛肉膏 3g • 水 1000mL
蛋白胨
5g
pH 7.2~7.4
• 牛肉膏——瘦牛肉经过加热浓 缩抽提的膏状物（主要作碳源）
• 2. “营养要平衡”，存在一定比例搭配的现象
• 主要是指碳氮磷的比例关系，通常称碳氮磷比。
碳氮磷比－“营养平衡”
• 根瘤菌要求碳氮比为11.5：1
• 土壤中微生物混合群体要求碳氮比为25：1 • 污(废)水生物处理中好氧微生物群体(活性污泥) 要求为BOD5：N：P＝100：5：1
• 厌氧生物处理中的厌氧微生物群体要求BOD5 ：N ：P＝350～500：5：1
光能自养细菌（无氧有光）
• 只有紫硫细菌和绿硫细菌
较洁净的光照池塘无氧臭（H2S) 区
• 紫硫、绿硫细菌代谢方式
• • CO2 + H2S 2S↓ • 光照 → [CH2O]（糖） + H2O +
菌绿素（与叶绿素大同小异）
（H2S类似植物光合作用中的H2O）
提问：在自然界的作用是什么呢？
早期无氧地球，清除H2S毒物
• 牛肉膏 3g • 水 1000mL 蛋白胨 5g pH 7.2~7.4
• 基础、选择、鉴别和加富培养基 1）基础培养基——普适
2）选择培养基
• 选择性——？ • 待选的细菌能优势生长 有两种制备思路：
？
① 投毒法（“正－考试”）
• 毒——选择性的抑制剂
• 待选细菌有抗性
• 常用物质为染料、胆汁酸 盐、金属盐类、酸、碱和 抗生素。 • 例如欲分离古细菌，培养 基中通常加入青霉素（由 于古细菌的细胞壁不同于 普通细菌，因而不会被对 破坏普通细菌细胞壁结构 的青霉素杀死），古细菌 就唯一分离并存活下来。
3．掌握酶蛋白构型与催化功能的关系、酶的分类与命名、酶的催化
特性及影响酶活力的因素； 4．了解微生物的新陈代谢作用，微生物的化学组成，常见的微生物
培养基的配制；
5．掌握微生物生长所必需的营养物质及微生物的营养类型分类，以 及营养物质进入细胞的四种方式；
6．掌握细菌生长曲线
7．了解产能代谢的EMP途径，三羧酸循环，及无氧呼吸中的反硝化 作用、产酸产甲烷途径。了解有氧呼吸中的电子传递体系。
• 方法？
• 鉴—加入指示剂（“紫光灯”） • 别—不同菌落制造不同的代谢物（“ 有无荧光粉”），显色不一