水处理微生物学(第五讲)

（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。 碳源——有机物作供氢体和碳源，要有CO2存在。 能源——光 该类菌能利用低分子有机物迅速增殖，利用此菌净化高 浓度的有机废水。如果和活性污泥法合用，净化效率高。 在废水处理中有重要的作用。 如：红螺菌 (光能和光合色素) CO2 + 2 CH3CH3CHOH——————→ [CH2O] +2CH3C因素 概念：某些细菌在生长过程中不能自身合成， 同时又是生长必需的有机物质。 有三类： 氨基酸类 、嘌呤、嘧啶类 、维生素类 实验室常用：酵母膏、蛋白胨作为综合生长素 硫辛酸、VC等是重要的生长因子。

水 作用： 营养物质的溶剂，而后被吸收。 生物化学反应的场所。 微生物利用废水营养的情况： 细菌往往优先利用易被吸收的有机物质。 如果这种物质的量已经满足要求，它就不再利用其 它的物质了。 在工业废水的生物处理中，常加入生活污水补充工 业废水中某些营养物质的不足。加多少酌情而定， 否则不利于工业废水的处理。因为生活污水中的有 机物比工业废水中的有机物易被吸收利用。
牛肉膏蛋白胨培养基 ： 牛肉膏 3g 蛋白胨 10g NaCl 5g 琼脂 18-20g 水 1000ml pH 7.0-7.2
马铃薯糖培养基： 马铃薯 200g 葡萄糖或蔗糖 20g 琼脂 18-20g 水 1000ml pH 自然
（3）培养基的分类 根据物理状态分类 液体培养基：不加凝固剂。水处理中的废水。 液体 发酵。 半固体培养基：液体培养基中加入0.5-1%的凝固剂 观察细菌的运动状态。 固体培养基：液体培养基中加入2%左右的凝固剂。分 离、鉴定、计数、菌种保藏。
（3）微生物细胞获得营养的途径 单纯扩散：营养物质通过细胞膜由高浓度的环境向低 浓度的胞内（外）进行扩散。 促进扩散：促进扩散与单纯扩散的一个主要差别是， 在物质的运输过程中必需借助于膜上底物特异性载体 蛋白的参与。 主动运输：主动运输的一个重要特点是在物质运输过 程中需要消耗能量，而且可以进行逆浓度运输。 基团转位：基团转位也是一种既需特异性载体蛋白又 需耗能的运输方式，但物质在运输前后会发生分子结 构的变化，因而不同于上述的主动运输。 膜泡运输：将这种营养物质运输方式称为胞吞作用； 如果膜泡中包含的是液体，则称之为胞饮作用。
（3）基质浓度 [S] ★ 米－门公式： υ= V[S]/ Km+[S] υ：反应速度 V: 最大反应速度 Km: 米氏常数 [S]：基质浓度 [S]浓度对反应速度的影响是酶促反应动力学的重要 内容。
[S]浓度如何影响酶促反应？ 当Km = [S]时， υ = V/2，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。 当[S]《 Km时， υ = V[S]/ Km，υ与[S]成正 比，反应速度随[S]增大而增大。一级反应。 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。

[S]浓度如何影响酶促反应？ 在一定范围内反应速度随基质浓度的提高而加 快，一级反应。 但当基质浓度很大时，反应速度就与基质浓度 无关了，零级反应。
（4） 酶的总浓度E0 υ= K3[E0][S]/ Km+[S] V=K3[E0] 酶的总浓度[E0]影响米-门方程中υ和 V的大小。 在水处理中为了加快反应速度，往往需要培养尽 可能多的细菌用以提高酶的总浓度。从而增加反应器 的处理能力和速率。

氮源 概念：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：NH4Cl、NH4NO3； 实验室常用氮源：牛肉膏、蛋白胨 ； 生产上常用氮源：尿素、玉米浆、饼粕。

矿质元素 概念：构成细菌细胞的各种组分。
大量元素： C、H、O、N、P、S 微量元素： Mn、Co、Cu、Zn、Mo
（2） pH值 ★ 大多数酶 pH 6~7。 废水生物处理保持pH 6~9（利用的是土壤微生物混 合群）。 为什么pH值影响酶活力？ 酶蛋白是两性电解质。酶活性在特定的电荷状态下发 挥。 酸性系统，越倾向于酸，正电荷越多。 碱性系统，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。

根据用途分类 ◆ 鉴别培养基：根据物理化学因素的反应特性设计 的可籍助肉眼直接判断细菌的培养基。 ◆ 选择培养基：按照某种细菌特殊营养要求专门设 计。分离的细菌由劣势种变为优势种。 ◆ 加富培养基：根据营养要求人为地强化投加多种 营养物质。 分析： 伊红美蓝培养基、远藤氏培养基属于哪种培养 基？
有关微生物酶的几个概念： 酶制剂：从微生物体中分离出来制成的水溶性酶。 固相酶：水溶性酶经过理、化处理与载体结合形 成。稳定性增加，可反复使用多 次，寿命长。 固定化微生物细胞：把微生物细胞直接固定在载体 上，免去酶分离提纯的工艺，提高酶的收率。
（5） 毒物或抑制剂 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。 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。
微生物产生的酶的作用： 极端微生物产生的具特殊功能的酶可用于洗衣粉 等日用品的生产中；用于生物试剂生产（Taq酶）。用 于三废治理方面，脂肪酶净化生活污水，多酚氧化酶 检出酚并可除去酚。 注意： 将微生物和酶两者相区别。微生物的酶是微生物 机体合成的。
（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。
三、培养基 常利用培养基来培养各种细菌进行科学研究。 （1）概念：人工配制的适合于不同微生物生长繁殖 或 积累代谢产物的营养基质。 （2）培养基的配制原则 根据不同需要配制不同的培养基 细菌：牛肉膏蛋白胨培养基 真菌：马铃薯糖培养基 放线菌：高氏一号培养基 调节不同pH值 物美价廉 各营养物质的浓度及配比。
三、酶促反应的影响因素及动力学 酶促反应与酶活力有关。 影响酶促反应（酶活力）的因素有： 温度 pH值 基质浓度 酶的总浓度（E0） 毒物或抑制剂
（1） 温度★ 要求：保证酶最适宜的温度条件。每种酶都有自己的最 适温度。 最适反应温度：能形成最大反应速度的温度. 微生物体内30～60℃。 β -半乳糖苷酶（1） 酰化氨基酸水解酶（2） 葡萄糖异构酶（3） 废水生物处理中的污泥 消化法和生物滤池法在设计 时都考虑了温度的因素。
水 75~90% 细胞重量（湿重） 干物质10~25% 无机盐10% 碳水化合物
有机物90% 蛋白质
脂肪 DNA、RNA等
（2）营养物质 概念：可被细菌吸收利用的物质。 包括： 碳源 氮源 矿质元素 生长因素 水分

碳源 概念：提供细胞碳素来源的物质。
有机碳源：糖类、 蛋白质 、脂肪 、有机酸。 无机碳源：CO2 、CO32多数微生物最好的碳源：葡萄糖、果糖、麦芽糖、淀粉。 生产中常见的碳源：玉米粉、麸皮、米糠、酒糟。 废水处理：COD（BOD），诺卡氏菌降解含氰的废水。
二、细菌的营养类型 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
（1）光能无机营养型 (Photolithotroph) 又叫自养微生物，又称光能自养型微生物。 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 如何将无机物还原为有机物的？ 如：蓝细菌、藻类（利用光能和叶绿体） CO2 + H2O→[CH2O]n + O2
凝固剂：琼脂（★）、明胶、硅胶 琼脂的特性： ▼ 成分为多缩半乳糖 ▼ 绝大多数微生物不能利用 ▼ 融化温度96 ℃ ，凝固温度45℃ ▼ 对微生物无毒性
根据化学组成分类 天然培养基：动、植物、细菌或它们的提取液。 如酸奶、饮料酒、腐乳、酱类的发酵生产 特点——化学组分不知道，营养丰富，配制容易。 合成培养基：完全以化学药品配制而成。 如KH2PO4、NaCl 特点——组分确定 半合成培养基：天然成分和化学药品都有。 分析 ：牛肉膏蛋白胨培养基、马铃薯糖培养基 属于哪种培养基？
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。
（2） 酶的活性 酶活性：即是酶活力。指催化一定化学反应的能力。反 应速度越快，酶活性越高。 如何确定酶活性的大小？ 酶活性单位：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：比酶活性是指单位重量酶蛋白所具有的酶活 性单位数。 在水处理中，常采用比酶活性来判断不同来源污泥 的活性大小。
（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。 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。产能有限，生长迟缓。 如：硝化细菌 2NH3 + 2O2 →2HNO2 + 4H+ + ATP CO2 + 4H+ →[CH2O]n + H2O

2.2 酶及其作用 一 、酶及其命名和分类 （1）酶的概念：生物催化剂。细胞中自己制成，基本成 分是蛋白质。 （2）酶的命名和分类 存在部位：胞内酶、胞外酶 存在方式：组成酶、诱导酶 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。