环境工程微生物总结

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第一篇:环境工程微生物总结

选择一个环境问题,论述微生物在防治此问题中的作用及研究应用现状。

由于有机毒物和重金属的污水农田灌溉和土地处理,固体废物的堆放和填埋,以及地下储油罐泄露,还有最普遍的农药喷洒等等,使得土壤的污染越来越严重。这些物质破坏了土壤生态平衡,随水源进入人体毒害人类。为了解决这个问题,可以采用微生物土壤修复。

土壤生物修复,是利用土壤中天然的微生物资源或人为投加目的菌株,将滞留的污染物快速降解和转化,恢复土壤的天然功能。土壤本来就是微生物的大本营,因此选用适当的菌种,可以是受污染土壤本来就有的菌种,或是新植入的菌种。加入适当的营养物并保证合适的溶解氧,微生物可以通过自身的特点快速的分解土壤中的有害物质,从而缩短土壤修复的时间。

关于土壤修复的研究应用现状,最主流的是土壤生物修复功能。有微生物修复法和植物修复法两种。微生物修复法分原位生物修复(将污染土壤在原地处理)和异位生物修复。植物修复是利用植物对某些污染物的超强吸附积累,以及植物代谢等共同途径,增强污染物的降解活性,从而加速土壤污染物的降解过程。

微生物的特点

体积小比表面积大

分布广种类多

生长旺繁殖快

适应性强易变异

1分布广种类多:已发现的微生物达10万种以上,新种不断发现.。可以说微生物无处不有,无处不在,冰川,温泉,火山口等极端环境都有。土壤,空气,水,还有动植物体表都有微生物存在。繁殖快:因为微生物的代谢能力很强, 由于微生物个体微小,单位体积的表面积相对很大,有利于细胞内外的物质交换,细胞内的代谢反应较快.变异:微生物个体微小,对外界环境很敏感,抗逆性较差,很容易受到各种不良外界环境的影响;另外,微生物的结构简单,缺乏免疫监控系统, 很容易变异,但微生物的遗传不稳定性,是相对高等生物而言的。

稀释平板分离法

该方法是将一定浓度的活性污泥稀释液,通过平板划线,表面涂布或是平板浇注的方法,接种到配置好的培养基上,最终获得分离出来的特定微生物种群。

1先将一定浓度(10ml)的活性污泥置于90ml无菌水中,摇匀。得到10,-1 2用1ml移液管吸取1ml上述溶液到9ml无菌水中,的10,-2 3重复6次,最终获得10,-6.4做平板:将融化并冷却至50°的培养基倒入消过毒的灭过菌的培养皿中。5

(1)划线:形状多种多样,但是不能划破培养基,同时保证充分分散获得单菌落。(2)浇注:现将配置好的稀释液加入培养皿,在制作平板。

(3)涂布:先用无菌移液管吸取少量稀释液于平板上,用三角刮刀在平板上均匀涂抹。

染色

染色作用:微生物的细胞小而透明,在普通光学显微镜下与背景反差很小不容易识别,因此,为了增加色差,必须染色以便识别各种形态和细胞结构。分类:简单染色和鉴别染色。

特点:简单染色:只用一种染料,操作简便,但是只能显示微生物形态不能显示构造。

复合染色:用两种以上的染料或试剂进行多次染色处理,使不同菌体和构造显示不同颜色从而鉴别。

革兰氏染色

意义:成功的讲两类混在一起的细菌分离开,作为分类鉴别的第一步。步骤:1,涂片,干燥(固定)2初染:低价草酸铵结晶紫染液1-2min,水洗。3媒染,滴加革兰氏染液,染1-2min,水洗。4脱色:滴加95%乙醇,讲拨片摇晃几下倾去乙醇,重复2-3次。5复染:滴加番红 染2-3min,水洗并干燥。6镜检 关键步骤:脱色是否合适。若脱色过度,G+也可能脱色而被认为是G-。反之。

灭菌消毒

灭菌,是指用物理,化学方法杀灭或者除去物体上所有微生物及其芽孢。消毒,是指用物理,化学方法杀死物体上的能致病的微生物,或全部微生物的营养细胞和部分芽孢。

方法:干热灭菌,湿热灭菌,间歇灭菌,气体灭菌,和过滤除菌

干热:培养皿 移液管等玻璃器皿。先至于电热干燥箱,160°2h。降至50°

湿热:密闭金属锅,适用于一切物品。先加蒸馏水,浸没被灭菌物品,对称紧固螺栓,预置温度时间,加热 排放冷空气 最后至于37°恒温箱内24h

第二篇:环境工程微生物教案

《环境工程微生物学》教案

课程名称:主讲教师:

环境工程微生物学

佘秋生

环境工程微生物学绪论

讲 授 人: 佘秋生 学 时:2 教学方法: 讲授

教学手段: 板书、多媒体 教学目的:

1、认识微生物

2、了解环境与环境工程面临的问题、可持续发展与微生物

3、了解环境工程微生物学的研究对象与任务

4、微生物的发展史

重点难点: 建立环境工程微生物学的基本认识 教 学 内 容:

第一节、微生物概述

一、微生物的概念

一类形态微小.结构简单.单细胞或多细胞的低等生物的通称.包括病毒、细菌、真菌、原生动物和藻类等.其大小用微米(um)表示.

二、微生物的分类

为了识别和研究微生物,各种微生物按其客观存在的生物属性及它们的亲缘关系,有次序地分门别类排列成一个系统,从大到小,按界、门、纲、目、科、属、种等分类. 种

最小的分类单位,具有一定的自然分布区和一定的生理形态的生物类群,是生物进化和自然选择的产物,同一种中的各个个体具有相同的遗传性状,而且彼此交配可以产生后代.

三、微生物的命名

命名原则:微生物的命名是采用生物学中的二名法,即用两个拉丁文命名一个微生物的种. 命名方法:

这个种的名称是由一个属名和一个种名组成,属名和种名都用斜体字表示,属名在前,用拉丁文名词表示,第一个字母大写.种名在后,用拉丁文的形容词表示,第一个字母小写.

为了避免同物异名或同名异物,在微生物的名称后面缀上命名人的姓. 如果只将细菌鉴定到属而没有到种,则该细菌的名称只有属名,没有种名.

四、原核微生物

原核微生物的核很原始,发育不全,只是DNA链高度折叠形成的一个核区,没有核膜,核质裸露与细胞质没有明显的界限,称为拟核或似核,也没有细胞器,不进行有丝分裂.原核微生物包括细菌.古菌.放线菌.蓝细菌.立克次氏体.支原体.衣原体和螺旋体等.

五、真核微生物

真核微生物有发育完好的细胞核,核内有核仁和染色质.有核膜将细胞核和细胞质分开,使两者有明显的界限.有高度分化的细胞器,如线粒体.中心体.高尔基氏体.内质网等.进行有丝分裂.包括除蓝藻以外的藻类.酵母菌.霉菌.原生动物.微型后生动物等。

六、微生物的性质

(一)体积小、面积大

(二)吸收多、转化快

(三)生长旺、繁殖快

(四)适应强、易变异

(五)分布广、种类多

第二节 环境与环境工程面临的问题、可持续发展与微生物

50亿年前,地球是无氧环境,由于蓝藻的作用,使地球变为有氧环境,才有好氧生物的出现.

随着人类的发展,社会的进步,环境污染越来越严重,已成为各国关注的问题. 八大公害

可持续发展观念的提出:

1987年挪威首相布伦特兰在其发表的文章“我们共同的未来”中提出.其意义是:当代人类的发展,应该是既满足当代人的需求,又不危及后代人满足其需求的发展。

第三节 环境工程微生物学的研究对象与任务

环境工程微生物学:在微生物学的基础上,研究和环境有关的微生物学科。

一、研究对象

1 微生物基础

2 不同环境中的微生物及其生态

3 卫生细菌学

4 物质循环与转化

5 生物净化原理

二、研究任务

1 充分利用有益微生物资源为人类造福;

2 防止、控制、消除微生物的有害活动,化害为益。

第四节 人类对微生物世界的认识史一、一个难以认识的微生物世界

个体过于微小 2 群体外貌不显 3 种间杂居混生

形态与作用后果间很难被人认识

二、微生物学发展史

朦胧阶段(史前期:公元前8000-公元1676年)形态描述阶段(初创期:公元1676-1860年)

生理水平研究阶段(奠基期:公元1861-1897年)生化水平研究阶段(发展期:公元1897-1953年)分子生物学发展阶段(成熟期:公元1953年以后)

三、微生物学与其他学科

微生物与农业

微生物饲料 农用抗菌素 生物农药 生物菌肥 2微生物能源 3微生物饲料

菌体蛋白饲料

饲料酵母

维生素饲料

发酵饲料

青贮饲料 4农用抗菌素

某些微生物能够产生具有抑制或杀死植物病原菌的物质,该物质称农用抗菌素。5 生物菌肥

主要是根瘤菌肥即含固氮菌活菌的肥料。6污水处理

高效微生物污水处理技术,其方法是通过化学或辐照的方法筛选出无毒、无致病性、“能吃污水”的高效微生物(HEM)、然后投放到污水处理现场,使污水得到净化。该技术可用于处理城市污水、酿造废水、屠宰废水等各种可生物降解的污水。安全可靠、操作简单,处理效率比传统方法提高50%以上,投资及运行费用降低20-30%,特别适合经费短缺的中小城市、乡村及厂矿使用,并可用于改造老的污水处理设施,使之重新获得新生。

四、微生物的作用

微生物与粮食

粮食生产是全人类生存中至关重要的大事。微生物在提高土壤肥力、改进作物特性(如构建固氮植物)、促进粮食增产、防治粮食作物的病虫害、防止粮食霉腐变质以及把多余粮食转化为糖、单细胞蛋白、各种饮料和调味品等方面,都可大显身手。2 微生物与能源

(1)把自然界蕴藏量极其丰富的纤维素转化成乙醇;

(2)利用产甲烷菌把自然界蕴藏量最丰富的可再生资源转化成甲烷;

(3)利用光合细菌、蓝细菌或厌氧梭菌等微生物生产“清洁能源”--氢气;

(4)通过微生物发酵产气或其代谢产物来提高石油采收率;

(5)研制微生物电池使之实用化。3 微生物与资源

微生物能将地球上永无枯竭的纤维素等可再生资源转化成各种化工、轻工和制药等工业原料。

传统的:乙醇、丙醇、丁醇、乙酸、甘油、乳酸、苹果酸等;

现代的:水杨酸、乌头酸、丙烯酸、已二酸、丙烯酸、长链脂肪酸、亚麻酸油和聚羟基丁酸酯(PHB)等;

另外,微生物在金属矿藏资源的开发和利用上也有独特的作用。4 微生物与环境保护

利用微生物肥料、微生物杀虫剂或农用抗生素来取代会造成环境恶化的各种化学肥料或化学农药;

利用微生物生产的PHB(聚羟基丁酸酯)制造易降解的医用塑料制品以减少环境污染;

利用微生物来净化生活污水和有毒工业污水;利用微生物技术来监察环境的污染度,如用艾姆氏法检测环境中的“三致”物质;

利用EMB培养来检查饮水的肠道病原菌等。5 微生物与人类健康

防治这类疾病的主要手段又是各种微生物产生的药物:抗生素、干扰素和白细胞介素等高效药物纷纷转向由“工程菌”来生产。

与人类生殖、避孕等密切相关的甾体激素类药物

此外,一大批与人类健康、长寿有关的生物制品,如疫苗、类毒素等均是微生物产品。学习本课程的主要参考书

周德庆.微生物学教程,北京:高等教育出版社,1993 沈萍主编.微生物学,北京:高等教育出版社,2000 李建政主编.水处理微生物学,北京:化工出版社,2003年 参考教学网站(课件)

1.武汉大学微生物学教学网站 2.江南大学微生物学教学网站

3.华中农业大学微生物学微生物教学网站 4.长春师范学院微生物学网络课程 5.华南师范大学微生物学教学网站 6.安徽科技学院微生物学网站 7.江西农业大学精品课程

8.西北农林科技大学微生物学教学网站 9.山东大学生命科学院微生物学教学网站

第一章 非细胞结构的超微生物-病毒

讲 授 人: 佘秋生 学 时:2 教学方法: 讲授

教学手段: 板书、多媒体

教学目的: 了解非细胞结构的超微生物-病毒的分类、形态、结构、复制 重点难点: 建立与环境工程微生物学有关病毒的基本认识 教 学 内 容:

一、病毒定义

病毒是一类超显微的非细胞生物,每一种病毒只含有一种核酸;它们只能在活细胞内营专性寄生,靠其宿主代谢系统的协助来复制核酸、合成蛋白质等组分,然后再进行装配而得以增殖;在离体条件下,它们能以无生命的化学大分子状态长期存在并保持其侵染活性。

二、病毒的特点

病毒在寄主细胞外,不能独立地进行代谢和繁殖,它们是严格的寄生物,与其它生物相比有明显不同,具有其本身的特点。形体极其微小,必须在电子显微镜下才能观察,一般都可通过细菌滤器。2 没有细胞构造,故也称分子生物。3 其主要成分仅有核酸和蛋白质两种。每一种病毒只有一种核酸,不是DNA就是RNA。5 既无产能酶系也无蛋白质合成系统。6 在宿主细胞的协助下,通过核酸的复制和核酸蛋白装配的形式进行增殖,不存在个体的生长和二分裂法等细胞繁殖方式。在宿主的活细胞内营专性寄生。在离体条件下,能以无生命的化学大分子状态存在,并可形成结晶。9 经提纯的病毒结晶能保持侵染力。

人类传染病中,约70—80%属于病毒病,每一种植物至少有一种病毒引起的病害。引起人类疾病的病毒相当多,如肝炎,胆囊炎,狂犬病,爱滋病,风湿关节炎等,也有多种病毒可以致人癌症。对一般抗生素不敏感,但对干扰素敏感。

迄今,还未发现一种药剂或抗菌素对人、动植物体内病毒有效的药物,也没有一种药剂能杀死细胞体内的病毒而又不伤害寄主。经提纯分离在体外的病毒结晶,用不少的药物都可杀死,但寄主细胞内的病毒均不敏感。

三、病毒的分类 根据专性寄主分类:

植物病毒、动物病毒、细菌病毒(噬菌体)、放线菌病毒(噬放线菌体)、藻类病毒、真菌病毒。

动物病毒寄生在人体和动物体内引起人和动物疾病:如流行性感冒、水痘、麻疹、腮腺炎、乙型脑炎、脊髓灰质炎、甲型肝炎、乙型肝炎、天花、爱滋病等。

植物病毒引起植物疾病:烟草花叶病、番茄丛矮病等。

噬菌体寄生在细菌体内引起细菌疾病。用蓝细菌噬菌体控制水华。2 根据核酸分类:DNA病毒和RNA病毒。

四、病毒形态结构和化学组成 病毒的大小和形态

测量的单位是纳米,多数病毒粒子的直径在100nm左右。不同病毒大小差别较大。病毒的形态主要有球形、杆形、砖形等、蝌蚪形等。2 病毒的化学组成和结构

由于病毒是非细胞生物,故单个病毒个体不能称作“单细胞”,这样,就产生了病毒粒子(virion)的名词。病毒粒子有时也称病毒颗粒(virus particle),是指成熟的、结构完整的单个病毒。

病毒粒子的主要成分是核酸和蛋白质。核酸位于病毒粒子的中心,构成了它的核心(核酸内芯)或基因组;蛋白质包围在核心周围,构成了病毒粒子的衣壳。

衣壳是病毒粒子的主要支架结构和抗原成分,对核酸有保护作用。衣壳是由许多在电镜下可辨别的形态学亚单位——衣壳粒所构成。

核心和衣壳合在一起称为核衣壳,它是任何病毒(真病毒)所必须具备的基本结构。有些较复杂的病毒,在其核衣壳外还被一层由类脂或脂蛋白组成的被膜包裹着。有时,被膜上还长有刺突等附属物。

病毒蛋白质的功能:保护病毒使其免受环境因素的影响;决定病毒感染的特异性;使病毒与敏感细胞表面特定部位有特异亲和力,病毒可牢固的附着在敏感细胞上;病毒蛋白质还有致病性、毒力和抗原性。

动植物病毒核酸类型: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%,蛋白质占99%。TMV核酸占5%,蛋白质占95%。核酸可用物理、化学方法分离出来,分离出的核酸仍具有侵染力。

病毒核酸的功能:决定病毒遗传、变异和对敏感宿主细胞的感染力。由于衣壳粒的排列组合不同,使病毒有三种对称性构型。立体对称型(主要是20面体);螺旋对称型;复合对称型。

五、病毒的繁殖 以噬菌体为例。有如下四步:吸附、侵入、复制、聚集和释放。

(1)吸附:是噬菌体与细菌表面受体发生特异性结合的过程,其特异性取决于噬菌体蛋白与宿主菌表面受体分子结构的互补性。

(2)侵入:噬菌体吸附在细菌细胞壁的受体上以后,核酸注入细菌细胞中,蛋白质壳体留在外面。从吸附到侵入,时间间隔很短,只有几秒到几分钟。

(3)核酸复制:噬菌体核酸进入寄主细胞后,操纵寄主细胞的代谢机能,大量复制噬菌体核酸,但不形成带壳体的粒子,称为潜育期。

(4)聚集和释放:寄主细胞合成噬菌体壳体形成完整的噬菌体粒子。噬菌体粒子成熟,引起寄主细胞的裂解释放出病毒粒子。随种类不同,一个寄主细胞释放10~1000个噬菌体粒子。噬菌体的类型

根据噬菌体与宿主菌的相互关系,噬菌体可分为两类: 毒性噬菌体(virulent phage):能在宿主细胞内复制增殖,产生许多子代噬菌体,并最终裂解细菌。

温和噬菌体(temperate phage):噬菌体基因与宿主染色体整合,不产生子代噬菌体,但噬菌体DNA能随细菌DNA复制,并随细菌的分裂而传代。

温和噬菌体的基因组能与宿主菌基因组整合,并随细菌分裂传至子代细菌的基因组中,不引起细菌裂解。整合在细菌基因组中的噬菌体基因组称为前噬菌体(prophage),带有前噬菌体基因组的细菌称为溶原性细菌(lysogenic bacterium).前噬菌体偶尔可自发地或在某些理化和生物因素的诱导下脱离宿主菌基因组而进入溶菌周期,产生成熟噬菌体,导致细菌裂解。温和噬菌体这种产生成熟噬菌体颗粒和溶解宿主菌的潜在能力,称为溶原性(lysogeny)。

温和噬菌体可有三种存在状态:A.游离的具有感染性的噬菌体颗粒;B.宿主菌胞质内类似质粒形式的噬菌体核酸;C.前噬菌体。

某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变,这称为溶原性转换(lysogenic conversion)。

六、病毒的培养 病毒的培养特征 在细菌培养液中,细菌被噬菌体感染,细胞裂解,浑浊的菌悬液变成为透明的裂解溶液。在固体培养基上形成噬菌斑。将少量噬菌体与大量宿主细胞混合后,将此混合液与45℃左右的琼脂培养基在培养皿中充分混匀,铺平后培养。经数小时至10余小时后,在平板表面布满宿主细胞的菌苔上,可以用肉眼看到一个个透亮不长菌的小圆斑,这就是噬菌斑(plaque)。每一个噬菌斑一般是由一个噬菌体粒子形成的。

当一个噬菌体侵染一个敏感细胞后,隔不久即释放出一群子代噬菌体,它们通过琼脂层的扩散又侵染周围的宿主细胞,并引起它们裂解,如此经过多次重复,就出现了一个由无数噬菌体粒子构成的群体-噬菌斑(plaque)。

噬菌斑的形成与细菌菌落的形成有点相似,所不同的只是噬菌斑更像一个“负菌落”。噬菌斑的形成可用于检出、分离、纯化噬菌体和进行噬菌体的计数。病毒的培养基:

病毒是专性寄生在活的敏感宿主细胞内才能生长繁殖的微生物。因此病毒的培养基要求苛刻,专一性强。

敏感细胞要求具备以下条件:

(1)必须是活的敏感宿主或是活的敏感宿主组织细胞;(2)能够提供病毒附着的受体;

(3)敏感细胞内没有破坏特异性病毒的限制性核酸内切酶,病毒进入细胞就可生长繁殖。

不同种类的病毒培养基是不同的。

脊椎动物病毒的培养基:人胚组织细胞、人组织细胞、人肿瘤细胞、动物组织细胞、鸡鸭胚细胞、敏感动物。

植物病毒的培养基:与之相应的敏感植株和敏感的植物组织。噬菌体的培养基:相应的敏感细菌。3 病毒的培养

动物病毒:动物接种、鸡胚接种和组织培养技术 噬菌体:双层琼脂法培养

七、病毒对物理化学因素的抵抗力

物理因素:对病毒影响最大的物理因素是温度、光和干燥。

温度:在宿主细胞外的病毒大多数在55-65℃范围内不到1h灭活。高温使病毒的核酸和蛋白质衣壳受损伤,蛋白质的变性作用阻碍了病毒吸附到宿主细胞上,削弱了病毒的感染力。低温不会灭活病毒,通常在-75 ℃保存病毒。

紫外辐射:有灭活病毒的作用。灭活的部位是病毒的核酸,形成胸腺嘧啶二聚体。大多数肠道病毒对可见光很敏感而被杀死,称为“光灭活作用”。X射线、r射线也有灭活作用。

干燥:干燥也是控制环境中病毒的重要因素。在土壤中,水分含量低于10%时,病毒会迅速灭活。

化学因素: 体内灭活:抗体、干扰素 2 体外灭活:

破坏蛋白质的化学物质:酚、低离子强度环境 破坏核酸的化学物质:甲醛、亚硝酸、氨

影响脂类的化学物质:醚、SDS、氯仿、去氧胆酸

第二章

原核微生物

讲 授 人: 佘秋生 学 时:4 教学方法: 讲授

教学手段: 板书、多媒体 教学目的:

1、了解原核微生物的分类、形态、结构、生长及繁殖等特点

2、了解微生物观察方法-显微镜、染色

重点难点: 原核微生物的分类、形态、结构的基本认识

第一节

细 菌

一、细菌的个体形态、大小与染色

细菌的外形与大小

常见的三种细菌典型形态:球菌、杆菌、螺旋菌。(1)球菌:球形的细菌,大小为0.5~2.0 μm 球菌有单球菌(脲微球菌)、双球菌(肺炎链球菌)、链球菌(乳链球菌)、四联球菌(四联微球菌)、八叠球菌(甲烷八叠球菌)、葡萄球菌(金黄色葡萄球菌)。

(2)杆菌:细胞呈杆状或圆柱状,菌体直或稍弯,粗短或细长。末端钝圆、尖、膨大或平裁状。直径在0.5~1um×1~5um(宽径×长)。

杆菌有单杆菌、双杆菌、链杆菌

(3)螺旋菌:细胞呈弧形的称为弧菌,其中若菌体多于一个弯曲,其程度超过一圈,又称为螺旋菌。直径在0.5~5um,长度不等。

自然界中杆菌最常见,球菌次之,而螺旋菌最少。

(4)丝状细菌:分布在水生境,潮湿土壤和活性污泥中。有铁细菌、硫磺细菌、球衣细菌等。

细菌的染色

由于细菌的细胞极其微小又十分透明,因此用水浸片或悬滴观察法在光学显微镜下进行观察时,只能看到大体形态和运动情况。若要在光学显微镜下观察其形态和主要构造,一般都要对它们进行染色。

革兰氏染色法:该染色法由丹麦医生C.Gram于1884年创立。分为初染、媒染、脱色和复染四步。

革兰氏染色的意义:(1)通过这一染色,可把几乎所有的细菌分成革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌两个大类。因此是分类鉴定的重要指标。

(2)这两类细菌在细胞结构、成分、形态、生理、生化、遗传、免疫、生态和药物敏感性等方面都呈现出明显的差异,因此任何细菌只要先通过很简单的革兰氏染色,即可提供不少其他重要的生物学特性方面的信息。

二、细菌的结构

细菌是单细胞的,所有的细菌都有如下结构:细胞壁、细胞质膜、细胞质及其内含物、细胞核物质。部分细菌有特殊结构:芽孢、鞭毛、荚膜、粘液层、菌胶团、衣鞘及光合作用层片等。1细胞壁

细胞壁是包围在细菌体表最外层的、具有坚韧而带有弹性的薄膜。它约占菌体的10%-25%。

(1)细胞壁的化学组成和结构 细菌分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌两大类,两者的化学结构和组成不同。革兰氏阳性菌的细胞壁厚,其厚度为20~80nm,结构较简单,含肽聚糖、磷壁酸少量蛋白质和脂肪。革兰氏阴性菌的细胞壁较薄,厚度为1nm。其结构复杂,分外壁层和内壁层,外壁层又分三层:最外层是脂多糖,中间是磷脂层,内层为脂蛋白。内壁层含脂多糖,不含磷壁酸。

(2)细胞壁的功能

①保护原生质体免受渗透压引起的破裂作用; ②维持细菌的细胞形态;

③细胞壁是多孔结构的分子筛,阻拦某些分子进入和保留蛋白质在间质; ④使细胞具有致病性及对噬菌体的敏感性; ⑤为鞭毛提供支点,使鞭毛运动。(3)革兰氏染色机理

①与细菌等电点有关:革兰氏阳性菌的等电点为pH2~3,革兰氏阴性菌的为pH4~5。可见,革兰氏阳性菌的等电点比革兰氏阴性菌低,说明革兰氏阳性菌带的负电荷比革兰氏阴性菌多。它与草酸铵结晶紫的结合力大,用碘-碘化钾媒染后,两者的等电点均得到降低,但革兰氏阳性菌的等电点降低的多,故与草酸铵结晶紫结合得更牢固,对乙醇脱色的抵抗力更强。它的菌体与草酸铵结晶紫、碘-碘化钾的复合物不被乙醇提取,呈紫色。而革兰氏阴性菌与草酸铵结晶紫的结合能力弱,其菌体与草酸铵结晶紫、碘-碘化钾的复合物很容易被乙醇提取而呈现无色。

②与细胞壁有关:革兰氏阳性菌的脂类物质的含量很低,肽聚糖的含量高。革兰氏阴性菌相反,它的脂类含量高,肽聚糖含量低。用乙醇脱色时,革兰氏阴性菌的脂类物质被乙醇溶解,增加细菌细胞壁的孔径及其通透性,乙醇容易进入细胞内将草酸铵结晶紫和碘-碘化钾复合物提取出来,使菌体呈现无色。革兰氏阳性菌由于脂类物质含量极低,而肽聚糖含量高,乙醇既是脱色剂又是脱水剂,使肽聚糖脱水缩小细胞壁的孔径,降低细胞壁的通透性,阻止乙醇分子进入细胞,草酸铵结晶紫和碘-碘化钾的复合物被截留在细胞内而不被脱色,仍呈现紫色。2原生质体

包括细胞质膜(原生质膜)、细胞质及其内含物、细胞核物质。(1)细胞质膜

① 细胞质膜及其化学组成

细胞质膜是紧贴在细胞壁的内侧而包围细胞质的一层柔软而富有弹性的薄膜。它是半渗透膜。它的重量占菌体的10%,含有60%~70%的蛋白质,含30%~70%的脂类和约20%的多糖。

② 细胞质膜的结构

细胞质膜由上、下两层致密的着色层,中间夹一个不着色层组成。不着色层是由具有正、负电荷,有极性的磷脂双分子层组成,是两性分子。亲水基朝着膜的内、外表面的水向,疏水基在不着色区域。蛋白质主要结合在膜的表面,有的位于均匀的双层磷脂层中,疏水基占优势。膜表面的蛋白质还有多糖。①②③④⑤

③ 细胞质膜的生理功能 细胞质膜的生理功能有:①维持渗透压的梯度和溶质的转移;②细胞质膜上有合成细胞壁和形成横膈膜组分的酶,故可在膜的外表面合成细胞壁;③膜内陷形成的中间体含有细胞色素,可参与呼吸作用;④可在细胞质膜上进行物质代谢和能量代谢;⑤为鞭毛提供附着点。

(2)核糖体

核糖体是分散在细胞质中的亚微颗粒,由RNA和蛋白质组成,是合成蛋白质的场所。其中RNA占60%,蛋白质占40%。大肠杆菌可以分解出三种分子质量不同的RNA,16SRNA、23SRNA和5SRNA。核糖体的沉降系数是70S(由50S和30S两个亚基组成)。

(3)细胞内含颗粒 气泡(水生细菌):相当于鱼的鱼漂

异染颗粒:可被甲苯胺染成紫红色。化学本质—偏磷酸盐的聚合物。功能:磷源和能源性贮藏物。

聚b-羟基丁酸(简称 PHB)颗粒:能量的贮存物;调节pH。糖原和淀粉粒:用作碳源和能源。硫粒:某些化能自养型硫细菌,贮存的能源物质 通常,一种细菌只含有一种或两种内含颗粒。3 拟核

细菌无核膜和核仁,故称原始核,亦称细菌染色体,由DNA组成。由于高度紧密折叠,拟核只占菌体很小的一部分,在电子显微镜下看到的是一个透明的、不易着色的纤维状区域。拟核携带全部或部分遗传信息,它的功能是决定遗传性状和传递遗传信息,是重要的遗传物质。

荚膜、粘液层和菌胶团

(1)荚膜:是一些细菌在其细胞表面分泌的一种粘性物质,把细胞壁完全包围住。荚膜能相对稳定的附在细胞壁表面,使细菌与外界环境有明显的边缘。荚膜不易着色,一般采用负染色法。

成分:多糖、多肽和脂类,含水率在90%~98%。①②③④⑤ 功能:

① 保护作用:保护细菌免受干燥的影响,保护不受宿主吞噬细胞的吞噬。② 当缺乏营养时,荚膜可被用作碳源和能源。

③ 具荚膜的致病菌毒力强,失去荚膜的致病力下降。

④ 废水生物处理中的细菌荚膜有生物吸附作用,将废水中的有机物、无机物及胶体吸附在细菌体表面上。

(2)粘液层:有些细菌不产生荚膜,其细胞仍可分泌粘性的多糖,疏松地附着在细菌细胞壁表面,与外界没有明显的边缘,则叫粘液层。在废水生物处理过程中有生物吸附作用。

(3)菌胶团:有些细菌由于其遗传特性决定,细菌之间按一定的排列方式粘集在一起,被一个公共的荚膜包围成一定形状的细菌集团叫做菌胶团。菌胶团的形成是由这类细菌遗传特性所决定的。菌胶团的形状 有球形、蘑菇形、椭圆形、分支状、垂丝状及不规则形。

(4)衣鞘:水生境中的丝状菌,如球衣菌属、纤发菌属、发硫菌属、亮发菌属等丝状体表面的粘液层或荚膜硬质化,形成一个透明坚韧的空壳,叫衣鞘。5 芽孢

某些细菌生长到一定阶段,在细胞内形成一个圆形成圆柱形的对不良环境条件具有较强的抵抗逆休眠体。细菌的芽孢都生长在细胞内,又称内生孢子(Endospora),细菌中只有少数几个属具有芽孢。芽孢对干燥(在干燥下可存活几年、几十年)、紫外线,有毒化学物、热、化学药品抵抗力强,能使细菌渡过不良环境。所以,芽孢使抵御外界不良环境的休眠体。芽胞的大小、形状、位置等随菌种而异,有重要的鉴别意义。芽孢不是繁殖器官,只是休眠体,而且不易着色。

产芽孢细菌的种类:革兰氏阳性杆菌芽孢杆菌属、梭菌属;球菌只有八叠球菌属产生芽孢;螺菌中的孢螺菌属也产生芽孢。

芽孢抗性强的原因:(1)含水量低。(2)有厚、致密的壁。(3)含与抗热性有关的吡啶二羧酸。(4)芽孢内具有抗热性的酶。6鞭毛

由细胞质膜上的鞭毛基粒长出穿过细胞壁伸向体外的一条纤细的波浪状的丝状物。直径0.001~0.02um,长2~50um。具有鞭毛的细菌都能运动,不具有鞭毛的细菌不能运动,但有些细菌仍可运动,这种运动叫做滑动。

化学成分:鞭毛蛋白。

功能:运动,鞭毛的有无以及鞭毛着生的部位是菌种分类鉴定的重要指标。根据鞭毛数目与排列情况分:

一端单毛菌:菌体一端只有一条鞭毛。二端单毛菌:菌体二端各有一条鞭毛。丛毛菌:菌体一端或二端各有一丛鞭毛(偏端丛生鞭毛菌、二端丛生鞭毛菌)。周毛菌:在菌体四周都有鞭毛。实验室可采用特殊染色,使染料的复合物附着并积累在鞭毛上,加粗其直径,可用普通光学显微镜观察。

-+7比鞭毛更细,较短,直硬,数量也较多的细丝。非运动器官G菌多有,G菌少数有。菌毛在普通光学显微镜下看不到,必须用电子显微镜观察。

功能:菌毛分普通菌毛和性菌毛(有吸附作用)。有性菌毛的细菌叫雄性菌。雄性菌与雌性可通过性菌毛接合,没有之不能接合。

三、细菌的培养特征

细菌在固体培养基上的培养特征: 菌落:将单个微生物细胞或一小堆同种微生物细胞接种在固体培养基的表面,当它占有一定的发展空前并给予适宜的培养条件时,该细胞就迅速进行生长繁殖。结果就会形成一个以母细胞为中心的一堆肉眼看见的、有一定形态构造的子细胞集团,称为菌落。

菌苔:如果将某一纯种的大量细胞密集地接种在固体培养基表面,结果形成的各“菌落”相互联结成一片,就是菌苔。

菌落的特征主要由各种微生物特殊的遗传特性决定,同时也与培养基成分及培养条件有关,当固定培养基成分及培养条件相同时,不同种类微生物形成的菌落特征是固定的,可作为微生物鉴定的重要依据。

细菌在固体培养基上的菌落特征:湿润、较光滑、较透明、较粘稠、易挑取、质地均匀以及菌落正反面或边缘与中央部位的颜色一致等。

细菌在液体培养基中的培养特征:

(1)多数细菌呈现均匀浑浊(表现均匀生长)。部分形成菌膜,在液体培养基表面上形成菌膜,液体透明明或者稍浑浊。

(2)在液体底部形成沉淀。菌落在微生物学工作中有很多应用,主要用于微生物的分离、纯化、鉴定、计数等研究和选种、育种等实际工作中。

四、细菌的繁殖方式

细菌一般以二分裂法进行无性繁殖,少数细菌存在有性结合,但发生频率极低。

第二节 古 菌

在过去相当长时间里,由于研究微生物的技术和研究手段落后的原因,对古菌的了解甚少,一直将古菌隶属于细菌的范畴。1977年起,人们改进了研究方法,对细菌进行了深入研究。根据微生物的细胞结构、化学组成以及它们的特殊生活环境作了细致的比较,发现细菌中有一类比较特殊的微生物。因此为区分开这类特殊菌,将细菌划分为古细菌和真细菌,都属于原核微生物。

1977年,美国学者Woese以16S rRNA序列比较为依据,提出的独立于真细菌和真核生物之外的生命的第三种形式。

在分类地位上与真细菌和真核生物并列为三域,在进化谱系上更接近真核生物。在细胞构造上与真细菌较为接近,同属原核生物。多生活于一些生存条件十分恶劣的极端环境中,原名古细菌(Archaebacteria);后改名古菌(Archaea)。

古菌种类:

产甲烷菌:严格厌氧菌,能够在代谢过程中产生甲烷,培养方法有Hungate滚管法、厌氧手套箱法等。

嗜热嗜酸菌:包括古生硫酸还原菌和极端嗜热古菌。专性嗜热、好氧、兼性厌氧、严格厌氧,革兰氏阴性,最适生长温度70~105℃。

极端嗜盐菌:对NaCl有特殊的适应性和需要性。栖息在高盐环境如晒盐场、天然盐湖或高盐盐渍食物。革兰氏阴性或阳性,好氧或兼性厌氧、化能有机营养型。

第三节 放线菌

放线菌是指一类呈丝状生长、主要以孢子繁殖和陆生性强的原核生物。放线菌一般分布在含水量较低、有机物丰富和呈微碱性的土壤环境中。为泥土所特有的“泥腥味”,主要是由放线菌产生的。在每克土壤中,放线菌的孢子数一般在107左右。除枝动菌属为革兰氏阴性外,其余全部放线菌均为革兰氏染色阳性。

放线菌可以产生抗菌素1700种以上,放线菌还可产生维生素和酶类。弗兰克菌科与多种非豆科植物形成根瘤固氮。放线菌有很强的分解纤维素、石蜡、琼脂、角蛋白和橡胶等复杂有机物的能力,在自然界物质循环和提高土壤肥力等方面有着重要的作用。

只有极少数的放线菌对人类构成危害。1 放线菌的菌丝类型:

放线菌根据菌丝形态和功能分为三类: 基内菌丝(营养菌丝):菌丝无分隔,可以产生各种水溶性、脂肪性色素,使培养基着色。功能:吸收营养物质。

气生菌丝:由基内营养菌丝长出培养基外,伸向空间的菌丝,直生或分枝丝状,较基内菌丝粗。功能:分化形成孢子丝。

孢子丝:当生长发育到一定阶段,在其气生菌丝上分化出可形成孢子的菌丝。功能:形成孢子,起繁殖作用。放线菌在固体培养基上的菌落特征 在固体培养基表面,放线菌的细胞有基内菌丝和气生菌丝的分化,气生菌丝到成熟时会分化成孢子丝并产生成串的干粉壮孢子,这些气生菌丝或孢子丝伸展在空气中,菌丝间一般都不会存在毛细血管水。这就使放线菌获得其特有的与细菌不同的菌落特征:干燥、不透明、表面呈致密的丝绒状,上有一层色彩鲜艳的干粉;菌落和培养基的连接紧密,难以挑取;菌落的正反面颜色常常不一致,以及菌落边缘培养基的平面有变形现象。放线菌的繁殖:通过分生孢子或孢囊孢子繁殖,也可以一段菌丝繁殖。

第四节 蓝细菌

蓝细菌是一类含有叶绿素a,具有放氧性光合作用的原核生物。蓝细菌亦称篮藻,过去作为藻类的一群。

蓝细菌生长在土壤、岩石上,在树皮上也成片生长,亦有许多种类生长在池塘、湖泊和海洋中。

蓝细菌在污水处理、水体自净中起积极作用。在氮、磷丰富的水体中生长旺盛,可作为水体富营养化的指示生物。某些属种在富营养化的海湾和湖泊中引起海湾的赤潮和湖泊的水华。

蓝细菌特征:

分布广。形态差异大。细胞中含有叶绿素a,进行产氧型光合作用。具有原核生物的典型细胞结构。营养极为简单,不需要维生素,以硝酸盐或氨作为氮源,多数能固氮。分泌粘液层、荚膜或形成衣鞘,具有强的抗干旱能力。无鞭毛,但能在固体表面滑行,进行光趋避运动。许多种类细胞质中有气泡。

第五节 立克次氏体、支原体和衣原体

一、衣原体[Chlamydia]:具有细胞壁,只能生活在活的细胞内,不能在人工培养基上培养。如引起人的沙眼病的沙眼衣原体。

二、支原体(枝原体):没有细胞壁,能进行人工培养的最小微生物,在人的唾液和口腔内,支原体检出率约50%-60%。引起人的非典型肺炎、猪气喘病、植物黄化病。支原体是目前已知的可独立生长和生活最简单的生命形式。

三、立克次氏体:有细胞壁,杆、球状,常多态,大小为0.3-1×0.2-0.5um, 只能在活细胞内生长,在动物体外存活困难,对四环素、氯霉素等敏感。立克次医生首先发现这类微生物。他在研究斑疹伤寒病时,不幸感染而牺牲,年仅39岁。他的学生范鲁纳泽克继续研究,同样不幸感染而牺牲。斑疹伤寒病在本世纪初曾引起几万人死亡,立克次氏体还引起Q热、战壕热病等,可用广谱性抗菌素治疗。

四、螺旋体:有细胞壁,大小为0.09-0.75×3-500um。主要有钩端螺旋体、梅毒螺旋体,可以引起毛细血管损害、内脏损害。离开人体迅速死亡,90%靠接触传染5%靠输血传染,用青霉素等可治疗。

第三章 真核微生物

讲 授 人: 佘秋生 学 时:4 教学方法: 讲授

教学手段: 板书、多媒体 教学目的:

1、了解真核微生物的分类、形态、结构、生长及繁殖等特点 重点难点: 真核微生物的分类

真核微生物的种类约占微生物总数的95%以上。从个体形态、群体形态、营养吸收、代谢类型、代谢产物、遗传特性、和生态分布诸方面,真核微生物都展现出一幅多样化的画面。真核微生物包括原生生物界的原生生物、藻类、真菌界的霉菌、酵母菌、及伞菌还包括生物界的微型后生动物。

第一节 原生动物

一、原生动物的概念

动物中最原始、最低等、结构最简单的单细胞动物。形体微小,在10~300微米之间,光学显微镜下可观察到。

原生动物是单细胞真核微生物,无细胞壁,有细胞质、细胞膜,有分化的细胞器,细胞核具核膜。有独立生活的生命特征和生理功能,如摄食、营养、呼吸、排泄、生长、繁殖、运动及对刺激的反应等,均由相应的细胞器执行。

胞口、胞咽、食物胞、吸管—摄食、消化、营养 收集管、伸缩泡、胞肛— 排泄

鞭毛、纤毛、刚毛、伪足— 运动和捕食 眼点— 感觉

有的细胞器执行多种功能,如伪足、鞭毛、纤毛、刚毛既能执行运动功能,又能执行摄食功能,甚至还有感觉功能。

二、原生动物的营养类型 全动性营养:以吞食其他生物和有机颗粒为食。绝大多数原生动物为全动性营养。2 植物性营养:有色素的原生动物如绿眼虫、衣滴虫和植物一样,进行光合作用。3 腐生性营养:某些无色鞭毛虫和寄生的原生动物,借助体表和原生质膜吸收环境和寄主中的可溶性有机物为营养。

三、原生动物的繁殖

二分裂法是原生动物的主要繁殖方式,在环境条件差时出现有性生殖。

四、原生动物的各纲简介 鞭毛纲

称为鞭毛虫,具有一根或几根鞭毛。兼有三种营养类型。大小从几微米到几十微米。主要有眼虫、粗袋鞭虫等。

在自然水体中,鞭毛虫喜在多污带和a—中污带生活。在污水生物处理中,活性污泥培养初期或在处理效果差时鞭毛虫大量出现,可作为污水处理指示生物。肉足纲 称为肉足虫,形体小,无色透明,无固定形状,全动性营养。分根足亚纲(可改变形状)和辅足亚纲(球形),主要有变形虫、太阳虫和辐球虫。以无性生殖为主。

变形虫喜在a—中污带或b—中污带的自然水体中生活。在污水生物处理系统中,则在活性污泥培养中期出现。纤毛纲

称为纤毛虫。有游泳型和固着型两种,以纤毛作为运动和捕食的细胞器,纤毛虫是原生动物中最高级的一类,有固定的、结构精细的摄食细胞器。生殖有分裂生殖和结合生殖。

营养:动物性。喜吃细菌及有机颗粒,与废水生物处理的关系较为密切。

特点:种类多、结构复杂。在活性污泥中的种类数量非常繁多,已发现的种类有6000种,远远超过肉足类和鞭毛类。

纤毛虫是原生动物中构造最复杂的,不仅有比较明显的胞口,还有口围、口前庭和胞咽等司吞食和消化的细胞器官。它的细胞核有大核(营养核)和小核(生殖核)两种,通常大核只有一个,小核则有一个以上。

根据运动情况可分为游泳型、固着型和吸管虫三种。

Ⅰ.游泳型纤毛虫

大小: 180~300um×42~75um 形态:自由游动

如草履虫,豆形虫、肾形虫、漫游虫等。其中在活性污泥中以草履虫居多,每逢净化程度较差时就会大量出现,常被作为水质净化的指示生物。

Ⅱ.固着型纤毛虫

形态:固着、群生相连或个体。1 个体型:

以个体形式生存的为钟虫,因其像一个倒置的种而得名。特征:

A 前端有环形纤毛丛构成的纤毛带,形成似波动膜的构造。B 大多数在后端有尾柄,它们靠尾柄附着在其它物质(如活性污泥、生物滤池的生物膜)上。当环境不良时,柄消失,固着型钟虫成为游动性的。靠前端纤毛的摆动而移到另一环境较好的固体物质上。

常见的单个个体的钟虫类有小口钟虫、沟钟虫、领钟虫等。其中以小口钟虫在各类废水处理中出现频率最大,数量也是最多,小口钟虫的体长为32~70um,宽22~48um,口围12~25um,柄长20~380um。群体型:

固着型纤毛虫中的群体型生物有缩虫、累枝虫、盖虫三种。营养型:以细菌为食。

作用:可以降低水中游离细菌的数量,降低水的浑浊度,对废水生物处理起良好的促进作用,同时常被可作为处理效果较好的指示生物。

Ⅲ.吸管虫

形态:幼虫有纤毛,成虫纤毛消失,长出长短不一的吸管,末端有一根柄固着生活。虫体呈球形、倒圆锥形、三角形,没有口,吸管为捕食工具,以其他原生动物为食。吸管虫用吸管吸住微小动物,并由吸管中释放毒素将其麻醉,继而融化其细胞膜,吸干其体液。

作用:吸管虫多数在污染较重的水体中,可作为废水处理效果平常的指示生物。

五、原生动物在废水生物处理中的作用 原生动物对废水净化的影响

原生动物对废水净化的影响体现在四个方面: ①直接参与废物的去除。动物性营养型的原生动物,如动物性鞭毛虫、变形虫、纤毛虫等能直接利用水中的有机物质,对水中有机物的净化起一定的积极作用。

②产生絮凝物质,促进活性污泥的形成。活性污泥颗粒主要由细菌絮凝而成,实验证明小口钟虫、累枝虫和尾草履虫等纤毛虫能分泌一些促进凝聚的糖类,使它们能够附着在小的絮凝体上,同时促进絮凝体进一步黏附细菌使污泥絮体增大。粘多糖还具有粘连小颗粒的作用,促进活性污泥的增大。生产上常发现在活性污泥培养初期,一旦系统中出现固着型纤毛虫,随后就可看到活性污泥絮体的形成并逐渐增大。

③吞噬细菌,净化出水水质。实验证明,1000m3的水池中,球衣菌可吸收30t有机物质,其中20t被分解为无机质,10t组成细菌自身,如果这10t细菌(包括致病菌)从污水处理厂直接排入天然水体,就会造成新的污染,事实上约有半数以上的细菌,尤其是游离的细菌,在曝气池中不断的被原生动物吃掉。独缩虫中的奇观独缩虫每个群体每小时能吃掉3万个细菌,属于纤毛虫的四膜虫每小时能吃掉500~600个细菌。活性污泥在没有纤毛虫的条件下出水的BOD5为54~70mg/L,在有纤毛虫的条件下出水的BOD5为7~24mg/L。

④促进细菌生长,提高细菌活性。原生动物对细菌的捕食不但不会影响细菌的生长,还能使细菌维持在对数生长期,防止细菌种群的衰老,此外原生动物代谢产生的溶解性有机物也可以被细菌利用,促进细菌的生长。以原生动物为指示生物(1)依据

不同种类的原生动物对环境条件的要求不同,对环境变化的敏感程度也不同,所以可以利用原生动物种群的生长情况,判断生物处理构筑物的运转情况及废水净化的效果。

(2)优越性

用原生动物作为指示生物有两个优点: Ⅰ.观察容易

原生动物的形体比细菌大得多,低倍显微镜即可观察,因此以原生动物为指示生物是较为方便的。

Ⅱ.快速预报

通常污水处理厂每天都要对本厂的出水进行水质监测,若超过国家规定的标准,就要及时追查原因,以求解决。化学分析虽然准确,但有些数据当天得不到如BOD5,根据原生动物与BOD5的对应关系,则可以作出快速的判断,缩短发现问题、解决问题的时间。例如湖南石油化工厂的曝气池中的有柄纤毛虫与BOD5统计数据有以下的比例关系图,二者之间显著相关。由于水体的不同各个处理厂可根据本厂的统计数据建立相关的公司,来进行出水水质的快速预报。

(3)原则

对废水处理构筑物中的原生动物进行镜检时,需同时注意以下几方面:(1)原生动物种类组成;(2)种类的数量变化;(3)各种群的代谢活力。结合这三个方面的长期统计数据与水质的相互关系,可以准确的进行水质的预报。以下是一些通用的判断方法。

Ⅰ.水质毒物判断

如发现群体的纤毛虫缩成一团时表示水中有毒;钟虫的柄脱落也表明水中有毒。纤毛虫接合生殖(即有性生殖)、或形成孢囊也都表明水中存在有毒物质或其他条件如温度、pH等的不适宜。

Ⅱ.溶解氧判断

有些原生动物对水中的溶解氧变化十分敏感。如钟虫细胞前端出现气泡,运动迟缓,说明水中充氧不足,或溶氧过高,水质将变坏。反之则表明溶解氧情况适中良好。

Ⅲ.曝气池处理效果的判断

原生动物的胞囊:在环境条件变坏,如水干枯、水温和pH过高或过低,溶解氧不足,缺乏食物或排泄物积累过多,废水中的有机物超过它的适应能力等原因,都可使原生动物不能正常生活而形成胞囊。胞囊是抵抗不良环境的一种休眠体。一旦形成胞囊,就可判断污水处理不正常。当环境恶化时,原生动物先是身体变圆,鞭毛、纤毛等细胞器缩入体内,细胞水分从体内排出,并分泌一种胶状物质于体表,这些物质凝固成胞壳。胞壳分为两层,外层厚而突起,内层薄而透明。胞囊很容易随灰尘漂浮或被其他动物带到其他地方,胞囊遇到适宜环境胞壳破裂,恢复虫体形状。

第二节 微型后生动物

后生动物也称多细胞动物。在水处理工作中常见的后生动物主要是形体微小的后生动物,主要有轮虫、线虫、寡毛虫、浮游甲壳动物、苔藓动物。

一、轮虫

轮虫是多细胞动物中比较简单的一种。其身体前端有一个头冠,头冠上有一列、二列或多列纤毛形成纤毛环。纤毛环经常摆动,将细菌和有机颗粒等引入口部,纤毛环既是是轮虫的进食工具,又是行动工具。轮虫因其纤毛环摆动时状如旋转的轮盘而得名。形态、生理

形态:长度约400~4000um,多数在500um左右,需在显微镜下观察。身体为长形,分头部、躯干和尾部。头部有轮盘,其咽内有一个几丁质的咀嚼器。躯干呈圆筒形,背腹扁宽,具刺或棘,外面有透明的角质甲膜,尾部末端有分叉的趾,内有腺体分泌的粘液,借以固着在其他物体上。

生理:适应pH范围广,以pH6.8左右生活的种类较多。轮虫以小的原生动物和有机颗粒等为食物,在废水的生物处理中有一定的净化作用。

生殖:雌雄异体,雄体比雌体小得多,并退化,有性生殖少,多为孤雌生殖。指示生物作用

当活性污泥中出现轮虫时,往往表明处理效果良好。但如数量太多,则是污泥膨胀的的前兆。此时轮虫有可能破坏污泥的结构,使污泥松散而上浮。轮虫在水源水中大量繁殖时,有可能阻塞水厂的砂滤池。目前发现的轮虫有252种,活性污泥中常见的轮虫有转轮虫、红眼旋轮虫等。

二、线虫

属于线形动物门的线形纲。线虫为长形,形体微小,多在1mm以下。线虫有好氧和兼性厌氧的,兼性厌氧者在缺氧时大量繁殖。线虫是污水净化程度差的指示生物。

三、寡毛类动物

属环节动物门寡毛纲,比轮虫和线虫高级。身体细长分节,每节两侧有刚毛,靠刚毛爬行运动。在水中的小虫或其幼虫还有摇蚊幼虫、蜂蝇幼虫和颤蚯蚓,这些生物也可以作为指示生物。如指示水中的溶解氧浓度。后生动物比原生动物对水中的溶解氧更敏感,水中无后生动物生长,往往说明溶解氧不足。

四、浮游甲壳动物

甲壳动物是鱼类的基本食料。广泛分布于河流、湖泊和水塘等淡水水体及海洋中,以淡水种为多。这类生物的主要特点是具有坚硬的甲壳,水生浮游生活。是水体污染和水体自净的指示生物。常见的有剑水蚤和水蚤,属节肢动物门的甲壳纲。•在给水排水工程中常见的甲壳类动物有水蚤。甲壳类动物以细菌和藻类为食料。应用:去除氧化塘中过多的藻类。但它们若大量繁殖,可能影响水厂滤池的正常运行。

第三节 藻类

一、藻类一般特征

具有叶绿体,光能自养型,进行光合作用。少数藻类营腐生,极少数与其他生物共生。繁殖方式有有性生殖和无性生殖。分布广泛。已发现22000种,估计只是总数的十分之一。根据形、色、结构等,将藻类分为十一门,即蓝藻、裸藻、绿藻、隐藻、轮藻、金藻、黄藻、硅藻、甲藻、褐藻、红藻。

二、藻类的分类及各门特征简介 蓝藻门

即蓝细菌,见原核微生物一章。2 裸藻门

裸藻门的藻类叫裸藻。因不具细胞壁而得名。它们有鞭毛能运动,动物学将它们列入原生动物门的鞭毛纲。绝大多数裸藻具有叶绿体,内含叶绿素a、b,β-胡萝卜素、三种叶黄素。柄裸藻属以胶柄相连接成群体。其它的裸藻全是游动型的个体,含光合色素的裸藻进行光合作用,即植物性营养。不含色素的裸藻营腐生性营养或全动性营养。

裸藻的繁殖方式为纵裂。代表属有:囊裸藻属、扁裸藻属、柄裸藻属及裸藻属。绿藻门

绿藻门的藻类叫绿藻。它们形体多样,有单细胞的个体、群体和丝状体。个体的形态也多样。单细胞个体的绿藻具有2~4根顶生的、等长的尾鞭型鞭毛。它们含有较多叶绿素a、b,β-胡萝卜素、叶黄素。其贮存物为淀粉和油类,叶绿体内有一至几个有鞘的造粉核。

绿藻的繁殖方式为无性生殖和有性生殖。

绿藻的代表属有:衣藻属、小球藻属、盘藻属、实球藻属、空球藻属、团藻属、栅藻属、盘星藻属、新月藻属、鼓藻属、双星藻属、水绵藻属等。轮藻门

轮藻门的藻类叫轮藻。它们的细胞结构、光合色素和贮存物与绿藻大致相同,不同的是有大型的顶细胞,有节和节间,节上有轮生的分支。为卵配生殖。在淡水和半咸水中生长。金藻门

金藻门的藻类叫金藻。金藻形体多样,有个体和群体。具有一或二根鞭毛,少数有三根鞭毛。体内叶黄素和β-胡萝卜素占优势,藻体呈现黄绿色和金棕色。贮存物有金藻糖和油。

金藻的代表属有:鱼鳞藻属、合尾藻属和钟罩藻属 6 黄藻门

黄藻门的藻类叫黄藻。黄藻的细胞壁大多数由两个半片套组成,含较多的果胶质,体内含叶绿素a、c,β-胡萝卜素和叶黄素,贮存物为油。绝大多数黄藻为淡水产的。

代表属有:黄丝藻属、黄群藻属和拟黄群藻属。7 硅藻门

细胞壁中富含硅,单细胞,形状各异。特征:由上下壳组成 颜色:黄绿色和黄褐色

第四节 真菌

一、酵母菌

酵母菌的细胞结构

细胞壁、细胞质膜、细胞核、细胞质及内含物。酵母菌的细胞壁组分与细菌不同,含葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质及脂类。啤酒酵母还含有几丁质。

酵母菌的繁殖及生活史 1 无性繁殖

芽殖:主要的无性繁殖方式,成熟细胞长出一个小芽,到一定程度后脱离母体继续长成新个体。

裂殖:少数酵母菌可以象细菌一样借细胞横割分裂而繁殖,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进行有性繁殖:两个性别不同的单倍体细胞靠近,相互接触;接触处细胞壁消失,质配;核配,形成二倍体核的接合子:以二倍体方式进行营养细胞生长繁殖,独立生活;下次有性繁殖前进行减数分裂。进行减数分裂,形成4个或8个子囊孢子,而原有的营养细胞就成为子囊。子囊孢子萌发形成单倍体营养细胞。生活史

酵母菌单倍体和双倍体细胞均可独立存在,有三种类型:

(1)营养体只能以单倍体形式存在(核配后立即进行减数分裂)(2)营养体只能以双倍体形式存在(核配后不立即进行减数分裂)(3)营养体既可以单倍体也可以双倍体形式存在,都可进行出芽繁殖。酵母菌中尚未发现其有性阶段的被称为假酵母。酵母菌在固体培养基上的培养特征

大多数酵母菌的菌落特征与细菌相似,但比细菌菌落大而厚,菌落表面光滑、湿润、粘稠,容易挑起,菌落质地均匀,正反面和边缘、中央部位的颜色都很均一,菌落多为乳白色,少数为红色,个别为黑色。酵母菌在液体培养基中的生长特征

不同种的酵母菌表现不一样,有的在培养基液面上形成薄膜,有的酵母菌沉淀在瓶底。发酵型的酵母菌产生二氧化碳气体使培养基表面充满泡沫。

二、霉菌

“丝状真菌”的统称,不是分类学上的名词。霉菌菌体均由分枝或不分枝的菌丝(hypha)构成。许多菌丝交织在一起,称为菌丝体(mycelium)。

霉菌在自然界分布极广,土壤、水域、空气、动植物体内外均有它们的踪迹。常在潮湿的气候下大量生长繁殖,长出肉眼可见的丝状、绒状或蛛网状的菌丝体,有较强的陆生性。它们同人类的生产、生活关系密切,是人类实践活动中最早认识和利用的一类微生物。

食物、工农业制品的霉变(据统计全世界平均每年由于霉变而不能食(饲)用的谷物约占2%,这是一笔相当惊人的经济损失。)。有用物品的生产(如风味食品、酒精、抗生素、有机酸、酶制剂、维生素、甾体激素等)。在农业上用于饲料发酵、植物生长刺激素、杀虫农药等。镰刀霉分解无机氰化物的能力强,对水中氰化物的去除率达90%以上。有的霉菌还可以处理含硝基化合物废水。腐生型霉菌在自然界物质转化中也有十分重要的作用。

霉菌能够引起动植物疾病,可引起约3万种植物病害,是植物传染性病害的主要病原微生物。霉菌可引起多种人及动物的皮肤疾病及其他一些深层病变,如既可侵害皮肤、粘膜,又可侵害肌肉、骨骼、内脏,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、花生中黄曲霉素、黄米毒素等均可引起动物致癌。霉菌的形态、大小

构成霉菌营养体的基本单位是菌丝。菌丝是一种管状的细丝,直径一般为3~10微米,分为两部分,即营养菌丝和气生菌丝。营养菌丝深入培养基内或匍匐盘生在培养基的表面,摄取营养和排泄废物;气生菌丝生长在培养基上方的空气中,长出分生孢子梗和分生孢子。菌丝可伸长并产生分枝,许多分枝的菌丝相互交织在一起,就叫菌丝体。霉菌是由分枝或不分支的菌丝交织形成的菌丝体。霉菌的细胞结构

由细胞壁、细胞质膜、细胞核、细胞质及内含物等组成。大多数霉菌细胞壁中含有几丁质,少数含有纤维素,能被蜗牛酶水解。霉菌菌落的特点

由于霉菌的菌丝较粗而长,因而霉菌的菌落较大,有的霉菌的菌丝蔓延,没有局限性,其菌落可扩展到整个培养皿,有的种则有一定的局限性,直径1~2厘米或更小。菌落质地一般比放线菌疏松,外观干燥,不透明,呈现或紧或松的蛛网状、绒毛状或棉絮状;菌落与培养基的连接紧密,不易挑取;菌落正反面的颜色和边缘与中心的颜色常不一致。霉菌的繁殖

霉菌有着极强的繁殖能力,而且繁殖方式也是多种多样的。在自然界中,霉菌主要依靠产生形形色色的无性或有性孢子进行繁殖。

第四章 微生物的生理

讲 授 人: 佘秋生 学 时:4 教学方法: 讲授

教学手段: 板书、多媒体 教学目的:

1、了解微生物的生理代谢分类、本质、特点 重点难点: 微生物代谢的化学本质及分类

第一节 微生物的酶

微生物的营养和代谢需在酶的参与下才能正常进行。酶是动物、植物及微生物等生物体内合成的,催化生物化学反应的,并传递电子、原子和化学基团的生物催化剂。微生物种类繁多,酶的种类也繁多。

一、酶的组成

根据酶的组成情况,可以将酶分为两大类:

单成分酶:它们的组成为单一蛋白质。全酶:某些酶分子中除了蛋白质外,还含有非蛋白组分。全酶的蛋白质部分称为酶蛋白,非蛋白质部分包括辅酶及金属离子(或辅助因子cofactor)。酶蛋白与辅助因子组成的完整分子称为全酶。全酶中的各种成分缺一不可,否则全酶会丧失催化特性,单纯的酶蛋白无催化功能。

酶的组成用下式表示:

单成分酶=酶蛋白 如水解酶类 全酶=酶蛋白+有机物 如各种脱氢酶类 全酶=酶蛋白+有机物+金属离子 如丙酮酸脱氢酶 全酶=酶蛋白+金属离子 如细胞色素氧化酶

酶各组分的功能:酶蛋白起加速生物化学反应的作用;辅基和辅酶起传递电子、原子、化学基团的作用;金属离子除传递电子外,还起激活剂的作用。

几种重要的辅助因子:

某些小分子物质与酶蛋白结合在一起并协同实施催化作用,这类分子被称为辅助因子。辅助因子是一类具有特殊化学结构和功能的物质。参与的酶促反应主要为氧化-还原反应或基团转移反应。辅酶A(CoA):它的分子结构含腺嘌呤核苷酸、泛酸和基乙胺等部分,在糖代谢和脂肪代谢中起重要作用,是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶,主要在反应中起传递酰基作用,是形成代谢中间产物的重要辅酶。CH3OHOCH2COOOPOPOHOHOPOHOOHOCH2NONOHNCHCNH2NCH3ONHCH2CH2CNHCH2CH2SH2 NAD 和NADP:NAD(烟酰胺-腺嘌呤二核苷酸,又称辅酶I)和NADP+(烟酰胺-腺嘌呤磷酸二核苷酸,又称辅酶II),是多种重要脱氢酶的辅酶。

NH2CONH2OON+--+++

NNNOCH2OPOPOCH2NOOOOHOHOHOH(OPO3H2)3 FAD和FMN:FAD(黄素-腺嘌呤二核苷酸)和FMN(黄素单核苷酸),两者均为黄素酶类,是氨基酸氧化酶和琥珀酸脱氢酶的辅基,在脱氢酶催化的氧化-还原反应中,起着电子和质子的传递体作用。

OHOHOHOHNNNCOFMN FADONNNNNH2OHOH

CH2CHCHCHCH2OPOCH2OCH3CH3CNHO4 辅酶Q(CoQ):又称为泛醌。辅酶Q的活性部分是它的醌环结构,主要功能是作为线粒体呼吸链氧化-还原酶的辅酶,在酶与底物分子之间传递电子。

OCH3OCH3OOCH3(CH2CHCCH2)nHCH3n=6-10

硫辛酸:硫辛酸是少数不属于维生素的辅酶。硫辛酸是6,8-二硫辛酸,有两种形式,即硫辛酸(氧化型)和二氢硫辛酸(还原型)。

S C H S C H CH H 2C H 2C O H 2C H2C OCH 2 焦磷酸硫胺素(TPP):脱羧酶的辅酶。

磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺:磷酸吡多素是转氨酶的辅酶,转氨酶通过磷酸吡多醛和磷酸吡多胺的相

OCH2OPNOHOHHOH3CN转换,起转移氨

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:羧化酶的辅酶。生物素的功能是作为CO2的递体,在生物合成中起传递H2CSCH(CH2)4COOH9 四氢叶酸(FH4或THFA):合成酶的辅酶,其前体是叶酸(又称为蝶酰谷氨酸,维生素B11)。四氢叶酸的主要作用是作为一碳基团,如-CH3,-CH2-,-CHO 等的载体,参与多种生物合成过程。

HH2NNOHNNNHHHCH2NHHOCOOHCH2CH2CNHCHCOOH

二、酶蛋白的结构

大多数酶是蛋白质,具有蛋白质的一切特性。由20种氨基酸组成,有一、二、三、四级结构。一级结构是指多肽链本身的结构。二级结构是指多肽链形成的初级空间结构,由氢键维持其稳定性。氢键受到破坏时,其紧密的空间结构变得松散,多肽链展开,酶蛋白即变性。三级结构是在二级结构的基础上,多肽链进一步弯曲缠绕形成的更复杂的结构,由氢键、盐键及疏水键等维持三级结构的稳定性。四级结构由几个或几十个亚基形成。亚基是由一条或几条多肽链在三级结构的基础上形成的小单位,亚基之间以氢键、盐键、疏水键及范德华力等相连。酶蛋白具有变性、复性现象。

三、酶的活性中心

酶蛋白分子中与底物结合,并起催化作用的小部分氨基酸微区即为酶的活性中心。构成活性中心的微区或处在同一条肽链的不同部位,或处在不同肽链上;在多肽链盘曲成一定空间构型时,它们按一定位置靠近在一起,形成特定的酶活性中心。酶的活性中心分二个功能部位:结合部位和催化部位。两个部位各有其作用,酶的活性中心对催化作用至关重要,但其他部位也很重要,因为它们在维持酶的空间结构,保持酶的活性中心和催化作用等方面都起着不同程度的作用。

四、酶的分类与命名

酶的分类

根据酶所催化的反应类型,把酶划分为6类: 水解酶:催化底物的加水分解反应。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。如脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应。

氧化-还原酶:催化氧化-还原反应。包括脱氢酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。如乳酸(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。

转移酶:催化基团转移反应,即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。例如,谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。

裂合酶:催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及逆反应。主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。

异构酶:催化各种同分异构体的相互转化。例如,6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。

合成酶,又称为连接酶,能够催化C-C、C-O、C-N 以及C-S 键的形成反应。这类反应必须与ATP分解反应相互偶联。

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)习惯命名法:①②③④⑤

① 根据其催化底物来命名;如淀粉酶、蛋白酶。

② 根据所催化反应的性质来命名;如水解酶、转移酶、氧化酶等。③ 结合上述两个原则来命名。

④ 有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点。如胃蛋白酶等。⑤根据酶在细胞的不同部位,分为胞外酶、胞内酶和表面酶。

(2)国际系统命名法

系统名称包括底物名称、构型、反应性质,最后加一个酶字。习惯名称:谷丙转氨酶

系统名称:丙氨酸:-酮戊二酸氨基转移酶

催化的反应:丙氨酸 + -酮戊二酸 丙酮酸 + 谷氨酸

五、酶的催化特性

催化剂的共性:

① 机理:降低反应活化能,提高反应速度,不改变平衡点; ② 只起催化作用,本身不消耗。酶的特点:

A.生物大分子:除极个别RNA为催化自身反应的酶外,其余所有的酶都是蛋白质。B.高效性:反应速度是无酶催化或普通人造催化剂催化反应速度的106~1016倍; C.酶的催化特性具有专一性,一种酶只作用于一种物质或一类物质,且催化效率极高。D.反应条件温和:常温、常压、中性 酶与底物作用假说:

锁钥学说:认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的,酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样。

诱导契合学说:该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形状,而只是由于底物的诱导才形成了互补形状。

六、影响酶活力的因素

外界条件,如温度、酸碱度等对生命活动的影响,在很大程度上,是通过影响酶促反应速度实现的。因而,人们也常常通过对这些因素的控制,影响生命机体内酶促反应的强度和方向,从而促使体内代谢的调节和控制朝着有益于人们需要的方向发展。

影响酶促反应速度的因素

A:酶的浓度对酶促反应速度的影响

酶促反应温度与酶的分子浓度成正比。当底物分子浓度足够时,酶分子越多,底物转化的速度越快。但事实上,当酶的浓度很高时,并不保持这种关系,曲线逐渐折向平缓。根据分析,这可能是高浓度的底物带有较多的抑制剂所致。

B:底物浓度对酶促反应速度的影响

若酶的浓度为定值,底物的起始浓度较低时,酶促反应速度与底物成正比,即随底物浓度的增加而增加。当所有的酶与底物结合后,即使在增加底物浓度,中间产物浓度也不会增加,酶促反应速度也不会增加。而且,在底物浓度相同的情况下,酶促反应速度与酶的初始浓度成正比。

C:pH对酶促反应速度的影响

酶在最适pH的范围之内表现出活性,大于或小于最适pH都会降低酶的活性。酶的最适pH值不是个常数,他随酶的纯度,底物的种类和性质,缓冲剂的种类和性质和抑制剂的性质的改变而改变。PH对酶活力的影响主要表现在两个方面:1改变底物分子和酶分子的带电状态,从而影响酶和底物的结合;2过高和过低的pH都会影响酶的稳定性,进而使酶受到不可逆的破坏。

D:温度对酶促反应速度的影响

酶在最适温度范围之内,酶活性最强,酶促反应速度最大。在适宜的温度范围内,温度每升高10,酶促反应速度可相应提高1~2倍。不同微生物体酶的最适温度不同。

E:激活剂对酶促反应速度的影响

能提高酶活性的物质即为酶的激活剂。激活剂的种类很多,许多酶只有当某一种适当的激活剂存在时,才表现出催化活性或强化其他催化活性,这成为对酶的激活特性。

F:抑制剂对酶从反应速度的影响

能减弱、抑制甚至破坏活性的物质即为酶的抑制剂。它可以降低酶促反应速度。对酶促反应的抑制可分为竞争性抑制和非竞争性抑制。与底物结构类似的物质争先与酶的活性中心结合,从而降低酶促反应速度,这种成为竞争性抑制,是可逆性抑制,通过增加底物浓度最终可解除抑制,恢复酶的活性,此物质成为竞争性抑制剂。抑制剂与酶活性中心以外的位点结合后,底物仍可为酶活性中心结合,但酶不显示活性,即为非竞争性抑制,是不可逆的,增加底物浓度并不能解除酶活性的影响,这种抑制剂为非竞争性抑制剂。

第二节

微生物营养

一、微生物的化学组成

蛋白质、核酸、多糖和脂质这四类生物大分子,占到细胞干重的96%,其余就是组成它们的单体以及无机盐等。水也是微生物细胞的重要组成成分,通常微生物细胞的70%~90%是水,此外还有机酸、维生素、激素等有机化合物。这些形形色色的化学物质均由碳、氢、氧、氮、磷、硫以及其他为数不多的化学元素构成,而且这些化学元素都来自于胞外环境。微生物细胞利用含这些化学元素的物质制造其细胞物质和组分,并进一步将它们组织成为微生物细胞的结构。

二、微生物的营养物及营养类型

微生物需要的营养物质有水、碳素营养源、氮素营养源、无机盐及生长因子。1水

各类微生物都含有大量水分,占90%左右。一般说低等微生物含水量大于高等微生物,幼龄菌含水量大于老龄菌。

水的作用:①微生物机体重要组成;② 直接参加各种代谢反应;③是微生物代谢反应的中间介质;④ 调节微生物细胞温度;⑤水维持细胞膨压。碳源和能源

(1)碳源种类:有机物、无机碳化合物。随微生物种类不同,各有偏好。

(2)微生物的能源种类:化学能、光能。所有微生物细胞内能量传递体都是ATP。

① 无机营养微生物(自养微生物)

光能自养微生物:紫硫细菌和绿硫细菌①②④⑤

紫硫、绿硫细菌代谢方式:

光照

CO2 + H2S → [CH2O](糖)+ H2O + 2S↓ 菌绿素(与叶绿素大同小异)化能自养微生物(有氧)

2-自养-碳源CO3

2+化能-以 S、H2S、H2、NH3、Fe物质氧化产能

②有机营养微生物(异养微生物)

有机(异养)-以有机物为碳源。

污水处理中异养产能率高、有机污染物充足,异养菌是污水处理的主角 光能异养微生物(无氧有光)光能+色素

有机物 + CO2 → 菌体 [CH2O] 利用小分子有机物作碳源,主要指红螺菌(有氧无光时可化能异养生存)氮源 可作为微生物氮源的物质:有机氮(氨基酸和蛋白质)、无机氮(N2、NH3、铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐)等。氮源的作用是提供微生物成为蛋白质的原料。根据对氮源的要求不同,将微生物分为四类:固氮微生物、利用无机氮作为氮源的微生物、需要某种氨基酸作为氮源的微生物、从分解蛋白质中取得氨盐或氨基酸的微生物。实验室中有机氮源-蛋白胨。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。

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。

磷源比较单一,主要是无机磷酸盐或偏磷酸盐。

无机盐的功能:

①细胞的组成成分;②酶的组成成分,维持酶的活性;③调节细胞渗透压、pH、Eh;④某些矿质元素作为化能自养菌的能源。5 生长因子

种类:嘌呤、嘧啶类、维生素类

作用:嘌呤和嘧啶参与合成核酸和辅酶;维生素,重要辅酶

多数微生物不存在生长因子问题,只有少数微生物需要外界提供现成的生长因子,才能生长,如乳酸菌需要多种维生素,因此只能生活在这些物质供应充足的环境,如牛奶中、肠道。

三、碳氮磷比

在环境工程实际应用中还应注意:

1.营养要求小范围可改变

指微生物对碳源等的种类、数量一定程度上可驯化适应(酶的诱导、易变异)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。如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。

城市生活污水不存在营养不足的问题,但有的工业废水缺某种营养,当营养量不足时,应供给或补足,但如果工业废水不缺营养,就切勿盲目补充!微生物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,从而导致微生物分解特殊有机物的能力下降。这与微生物驯化正好相反(反驯化)。

四、培养基 培养基配制原则

(1)根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基。

(2)注意营养物质的浓度比和C/N比,一般微生物适应C/N是25:1。(3)调节适宜的pH值,微生物在培养过程中会引起pH变化,为了保持培养基中有恒定的pH值,要加入一些缓冲剂或不溶性的碳酸盐。

(4)根据培养微生物的目的决定成分的量。如培养目的的量为了得到大量的菌体,氮源要高,有利于菌体蛋白质合成。

化能自养菌氧化硫杆菌的培养基:

粉末状硫 10g KH2PO4 4g MgSO4 0.5g CaCl2 0.5g(NH4)2SO4 0.4g FeSO4 0.01g 水 1000mL(自来水即可)

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。大肠杆菌培养基:葡萄糖0.5g K2HPO4 1g MgSO40.2g NaCl5g NH4H2PO40.4g 水1000mL

五、培养基的类别

根据培养基物理状态、用途、组分组成分类 1 根据物理状态

分为固体培养基、半固体培养基和液体培养基

(1)液体培养基:废水也可看作是一种广义的液体培养基。

(2)固体培养基:向液体培养基中加入2%左右的琼脂,加热至100℃溶解,40℃下冷却并凝固。

(3)半固体培养基:流动性介于固体与液体之间。在液体培养基中加入0.5%或更低浓度的琼脂。

半固体培养基中可以融入少量的溶解氧,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。根据培养基组分

分为天然培养基、合成培养基和半合成培养基。(1)合成培养基:纯化学试剂配制而成的培养基。

(2)天然培养基:纯生物制品(细胞提取物)配制而成的培养基。常用的细菌肉汤培养基: 牛肉膏 3g 蛋白胨 5g 水 1000mL pH 7.2~7.4 优点:营养丰富、配制容易。缺点:质量不稳定、选择性差。

(3)半合成培养基:优缺点介于前两者之间,因而使用最广。3 根据培养基用途

分为基础培养基、选择培养基、鉴别培养基 基础培养基:大多数微生物均可在上面生长。

选择培养基:利用微生物对各种化学物质敏感程度的差异,在培养基中加入一些物质,用以抑制非目的微生物的生长并使所要分离的微生物生长繁殖的培养基。

(1)投毒法

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,古细菌就唯一分离并存活下来。胆汁酸盐——抑制革兰氏阳性菌,能选择性生长革兰氏阴性细菌。

(2)投其所好法

① 专一性营养源培养法

待选细菌专门需要的某种碳源或氮源。例如筛选纤维素分解菌选用纤维素作为培养基中的唯一碳源。各类降解石化废水特殊有机物的细菌筛选通常是以这类有机物为培养基中的唯一碳源,将目的细菌富集筛选下来。①②④⑤

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。

鉴别培养基:几种细菌由于对培养基中某一成分的分解能力不同,其菌落通过指示剂显示出不同的颜色而被区分开,这种起鉴别和区分作用的培养基叫做鉴别培养基。如EMB培养基。

六、营养物质进入微生物细胞的方式

对绝大多数属于渗透营养型的微生物来说,营养物质通过细胞膜进入细胞的问题,是一个较复杂又很重要的生理学问题。

细胞壁在营养物质运送上不起多大作用,仅简单地排阻分子量过大(>600Da)的溶质的进入,细胞膜则是控制营养物进入和代谢产物排出的主要屏障。

细胞膜以四种方式控制物质的运送,即单纯扩散(被动扩散)、促进扩散、主动运送和基团移位(基团转位),其中尤以主动运送为最重要。被动扩散(单纯扩散、被动运送)。细胞膜这层疏水性屏障可以通过物理扩散方式让许多小分子、非电离分子尤其是亲脂性的分子被动地通过,这就是单纯扩散。单纯扩散不是细胞获取营养物质的主要方式,因为细胞既不能通过它来选择必需的营养成分,也不能将稀溶液中的溶质分子进行逆浓度梯度运送,以满足细胞的需要。促进扩散与单纯扩散的一个主要差别,是在溶质的运送过程中,必须借助于膜上底物特异性载体蛋白的参与。促进扩散只能把环境中浓度较高的分子加速扩散到细胞内,直至膜两侧的溶质浓度相等时为止,而决不能引起溶质的逆浓度梯度运送。因此,它只对生长在高营养物浓度下的微生物发挥作用。主动运输是微生物吸收营养物质的主要机制。其特点是它的特异性载体蛋白在运送溶质的过程中,需要提供能量(ATP等);同时,它可逆浓度梯度进行运送,从而使生活在低营养环境下的微生物能获得浓缩形式的营养物。

基团移位也是一种既需特异性载体蛋白又须耗能的运送方式,但溶质在运送前后会发生分子结构的变化,因而不同于上述的主动运送。

第三节 微生物的产能代谢

微生物的能量代谢:

微生物细胞的各项活动,如物质运输、合成代谢、分解代谢、细胞分裂和鞭毛运动等都要利用能量。热力学第一定律指出,能量即不能创生,也不能消灭,只能从一种形式转变成另一种形式。微生物体内的这种能量转变过程称为微生物的能量代谢。

生物能及其存在形式:

ATP是生物能存在的主要形式。在微生物的呼吸过程中,底物的氧化分解产生能量;同时,微生物将能量用于细胞组分的合成。在这两者之间存在能量转移中心-ATP。ATP是能够被生物细胞直接利用的能量形式。

ATP产生方式:底物磷酸化、氧化磷酸化和光合磷酸化。底物磷酸化:厌氧微生物或兼性厌氧微生物在基质氧化过程中,产生一种含高自由能的中间体,这一中间体将高能键交给ADP,使ADP磷酸化而生成ATP。

氧化磷酸化:好氧微生物在呼吸时,通过电子传递体系产生ATP的过程叫氧化磷酸化。光合磷酸化:光引起叶绿素、菌绿素或菌紫素逐出电子,通过电子传递产生ATP的过程叫光合磷酸化。

呼吸作用是微生物ATP的生成的主要方式。

微生物的呼吸类型有三类:发酵、好氧呼吸及无氧呼吸。微生物的产能代谢是通过上述三种类型呼吸作用来实现的,微生物从中获得生命所需要的能量。

一 发酵

“发酵”这一名词用得十分普遍。在发酵工业上,发酵是指任何利用好氧或厌氧微生物来生产有用代谢产物的一类生产方式。在生物氧化或能量代谢中,发酵是指在无氧条件下,底物脱氢后所产生的还原力[H]不经过呼吸链传递而直接交给某一内源氧化性中间代谢产物的一类低效产能反应。

糖酵解也称EMP途径或E-M途径,糖酵解几乎是所有具有细胞结构的生物所共有的主要代谢途径。其过程如下:①②③④⑤

(1)葡萄糖形成葡糖-6-磷酸。

(2)葡糖-6-磷酸经磷酸己糖异构酶异构成果糖-6-磷酸。

(3)果糖-6-磷酸通过磷酸果糖激酶催化成果糖-1,6-二磷酸。磷酸果糖激酶是EMP途径中的一个关键酶,故它的存在就意味着该微生物具有EMP途径。

(4)果糖-1,6-二磷酸在果糖二磷酸醛缩酶的催化下,分裂成磷酸二羟丙酮和甘油醛-3-磷酸两个丙糖磷酸分子。

(5)磷酸二羟丙酮在丙糖磷酸异构酶的作用下转化成甘油醛-3-磷酸。

(6)甘油醛-3-磷酸在甘油醛-3-磷酸脱氢酶的催化下产生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变位酶的作用下转变为2-磷酸甘油酸。

(9)2-磷酸甘油酸在烯醇酶作用下经脱水反应而产生含有一个高能磷酸键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产生了丙酮酸。

二、好氧呼吸 好氧呼吸是一种最普遍和最重要的生物氧化方式,其特点是在有氧条件下,底物按常规方式脱氢后,经完整的呼吸链递氢,最终由分子氧接受氢并产生水和释放能量。葡萄糖通过糖酵解产生的丙酮酸,在有氧条件下,将进入三羧酸循环进行完全氧化,生成H2O 和CO2,并释放出大量能量。丙酮酸的有氧氧化包括两个阶段: 第一阶段:丙酮酸的氧化脱羧

丙酮酸  乙酰辅酶A(乙酰CoA)第二阶段:三羧酸循环

乙酰CoA  H2O 和CO2,释放出能量。(1)丙酮酸的氧化脱羧

丙酮酸氧化脱羧反应是连接糖酵解和三羧酸循环的中间环节。(2)三羧酸循环(TCA)(Krebs 循环、克雷伯斯循环、柠檬酸循环)丙酮酸氧化脱羧产物乙酰CoA与草酰乙酸结合生成柠檬酸进入循环。在循环过程中,乙酰CoA被氧化成 H2O 和CO2,并释放出大量能量。①②③④⑤

① 乙酰CoA及草酰乙酸在柠檬酸合成酶催化下,缩合形成柠檬酸。

② 柠檬酸在顺乌头酸酶催化下,脱水生成顺乌头酸,再水化生成异柠檬酸。

③ 异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酸催化下,脱氢形成草酰琥珀酸,草酰琥珀酸脱羧基形成α-酮戊二酸。

④ α-酮戊二酸在α-酮戊二酸脱氢酶系统催化下脱氢形成琥珀酰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可转化为ATP。

⑥ 琥珀酸在琥珀酸脱氢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苹果酸。⑧ 苹果酸在苹果酸脱氢酶催化下,脱氢形成草酰乙酸。

NADH或琥珀酸所携带的高能电子通过呼吸链传递到O2的过程中,释放出大量的能量。这种高能电子传递过程的释能反应与ADP和磷酸合成ATP的需能反应相偶联,是ATP形成的基本机制。

根据氧化-还原电势与自由能变化关系式,计算出在NADH氧化过程中,有三个反应的 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 这三个反应分别与ADP的磷酰化反应偶联,产生3个ATP。这些反应称为呼吸链的偶联部位。

从琥珀酸  O2只产生2个ATP。

三、无氧呼吸

无氧呼吸(厌氧呼吸)是一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物的生物氧化。这是一类在无氧条件下进行的产能效率较低的特殊呼吸。其特点是底物按常规途径脱氢后,经部分呼吸链递氢,最终由氧化态的无机物受氢。硝酸盐呼吸(反硝化作用):

在无氧条件下,微生物利用硝酸盐作为呼吸链的最终氢受体。NO3-被还原成NO2-、N2O和N2。其氢供体可以是葡萄糖、乙酸、甲醇等有机物,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:地衣芽孢菌属、铜绿假单胞菌、脱氮球菌、脱氮硫杆菌等。都是兼性厌氧微生物,是自然界氮循环的关键环节!硫酸盐呼吸:

一种由硫酸盐还原细菌把经呼吸链传递的氢交给硫酸盐这类末端氢受体的一种厌氧呼吸。硫酸盐还原的最终产物是H2S,自然界中的大多数H2S是由这一反应产生的。Desulfovibrio desulfuricans(脱硫脱硫弧菌),D.gigas(巨大脱硫弧菌),Desulfotoma culumnigrificans(致黑脱硫肠状菌)以及D.ruminis(瘤胃脱硫肠状菌)等。硫呼吸: Desulfuromonas acetoxidans(氧化乙酸脱硫单胞菌)能进行硫呼吸。其过程为无机硫作为无氧呼吸链的最终氢受体,结果硫被还原成H2S。碳酸盐呼吸:

一类以CO2作为无氧呼吸链的末端氢受体的无氧呼吸。根据其还原产物的不同,可分为两种类型,一类是产甲烷菌产生甲烷的碳酸盐呼吸,另一类为产乙酸细菌产生乙酸的碳酸盐呼吸。

细菌类型:产甲烷菌、产乙酸菌。是废水厌氧处理中关键性微生物。

+-产甲烷菌:4H2 + H + HCO3→CH4↑+ 3H2O +-产乙酸菌:4H2 + 2H + 2HCO3 → CH3COOH + 4H2O(氢来源于发酵)

第五章

微生物的生长繁殖与生存因子

第一节 微生物的生长繁殖

一、微生物生长量的测定方法

(一)、直接计数法

直接测定法可以分为以下几类:

1.涂片染色法

将已知体积(0.01ml)的待测样品,均匀地涂布在载玻片的已知面积内(1cm2),经固定染色后,在显微镜下选择若干个视野计算细胞的数量,每个视野的直径和面积、对应的微生物体积用目镜测微尺测出,结合视野中的微生物数量从而推算0.01ml样品的微生物数量。

2.计数器测定法

将菌液滴在血球计数板0.1ml 的计数格中,细菌被固定染色后,在显微镜下选择数出若干个小格中的细菌数目,(一般数125个小格),根据比例关系折算出单位体积菌液中细菌的数量。

3.比例计数法

将待测样品溶液与等体积的血液混合,然后涂片,在显微镜下测定细菌与红血球数的比例,因血液中的红血球数已知(男性400~500万个/ml,女性350~450万个/ml),由此可以测得细菌数量。

4.比浊计数法

测定悬浮细胞的快速方法。

原理:细菌细胞是不完全透光的,光束通过悬浮液时会引起光的散射或吸收,降低透光度,在一定范围内透光度与溶液的混浊度即细胞浓度成正比,藉此可以测定细菌浓度。为了得到实际的细胞绝对含量,通常须将已知细胞浓度的样品按上述测定程序制成标准曲线,然后根据透光度或光密度值从标准曲线中直接查得细菌含量。

(二)间接计数法

1.平板计数法

将待测细菌样品先作10倍梯度稀释,然后取相应稀释度的样品涂布于固体平板培养基上,或与未经融化的固体培养基混合、摇匀,培养一定时间后观察并计数生长的菌数,最终根据细菌数和取样量计算出细菌浓度。一般计数平板的细菌生长菌落数以30~300个为宜。平板计数法是采用最广的一种活菌计数法。

2.液体计数法(MPN法)

根据统计学原理设计的一种方法。先将待测菌液作10倍梯度稀释,然后取相应稀释度的样品分别接种到3管或5管一组液体培养基中,培养一定时间后,观察各管及各组中细菌是否生长、记录结果,再查与之匹配的统计表,即最可能数表(MPN),算出细菌的最终含量。因此,这种方法又叫最可能数法或MPN法。

3.薄膜过滤计数法

对于某些细菌含量较低的样品(空气或饮用水),可采用薄膜计数法。将待测样品通过带有许多小孔但又不让细菌透过的微孔滤膜,藉助膜的作用将细菌浓缩,再将膜放于固体培养基表面培养,然后类似于平板计数那样计算结果。这种计数法要求样品中不得含有过多的悬浮性固体或小颗粒。

(三)重量法

细菌细胞尽管很微小,但是仍然具有一定的体积和重量,在细菌生长过程中,测定单位体积液体中细菌群体重量变化直接表示细菌生长数量的方法称为重量法。

1.测定细胞干重法

测定干重时,需先将细菌分离,再烘干称量。分离可采用离心法或过滤法。取已经培养一段时间的待测细菌样品,用离心机收集生长后的细菌细胞,或用滤纸、滤膜过滤截取生长后的细菌细胞,然后在105-110℃下进行干燥,称取干燥后的重量,以此代表细菌生长量的多少。水处理工程设施中的细菌生长量通常采用这种细胞干重测定法。这种方法实际上测得的是水中悬浮物重量,如果水中非细菌类的悬浮物很多的话,势必会严重干扰细菌计数的结果。

2.细胞含N量法

生物细胞内蛋白质氮含量比较稳定,一般为蛋白质干重15~16%,平均为16%。单个细菌中的蛋白质含量(10-15~10-11)g/细胞×(10~18%)细菌的数目=菌体蛋白质-N ÷16% ÷单个细胞蛋白质含量。

3.DNA含量法

同种细菌的DNA含量一致,可通过测定DNA的含量来表示细菌的生长量。

二、研究微生物生长的方法

微生物群体作为研究对象,来研究它们生长,大体上可以分为两种情况,一种是间歇式培养(分批式培养),另一种是连续式培养。通过测定细菌重量或数量随培养时间延续的曲线关系来考察细菌的生长特性。

(一)分批培养和生长曲线

将少量单细胞微生物接种于一定量的液体培养基内,在适宜的条件下培养,并定时取样测定活微生物数目的变化,叫做间歇培养(分批培养)。用坐标法作图,以时间为横坐标,以单细胞微生物数量的对数为纵坐标,可以绘出一条有规律的曲线,称为生长曲线。

(1)停滞期

当细菌被接种到新鲜培养基中,开始一段时间内,通常不立即进行细胞分裂、增殖,生长速率近于零,细胞数目几乎保持不变,甚至稍有减少,这段时间被称为停滞期。

在实际工作中如接种菌种以启动新的水处理设施,投加新鲜污泥时,接种的细菌不习惯于新环境,会出现或长或短的停滞期,停滞期的出现会增加操作时间,降低工作效率。可以通过增加接种量、采用最适种龄、选用繁殖速率快的菌种以及尽量保持接种前后所处的培养介质和条件一致等方法来缩短或消除停滞期。

(2)对数期 ①特点

对数期的细胞分裂速度最快、繁殖一代的时间最短、代谢活动旺盛、对环境变化敏感,并且细胞内的核糖体等组分也像细胞数目一样以同样的对数生长速率增加,细胞合成核糖体以及蛋白质越多,其生长速率也越快。

②细菌代时的计算

细菌的代时即世代时间,或称倍增时间。指细菌繁殖一代即个体数目增加一倍的时间。细菌代时的测定必须以对数期的细胞作为对象。

(3)静止期

如果对数期的细胞分裂不受节制的连续进行,理论上一个代时为20min。重10-12g的细菌,经过48h的对数生长之后,其群体重量可达到地球重量的4000倍。在一个封闭的系统中,细菌的对数生长只能维持一个短暂的时期,最终生长将会降低,代时延长,细胞活力减退。此时新生的细胞数目与死亡的细胞数目相等,总菌数达到最大值,活菌数保持恒定。

特点:

静止期细胞从生理上的年轻转化为衰老,表现为细菌的代谢活力钝化,细胞含有较少的核糖体,RNA和蛋白质合成缓慢,mRNA的水平低下,因此细胞的生长变得不平衡,细胞的形状有的也发生改变。因不能维持细胞壁的合成与修复,细胞的染色特点也发生变化,如G转变为G。

4衰亡期

处于静止期的细菌继续培养,细胞的死亡率将逐渐增加,最终群体中活的细胞数目将以对数速率急剧下降,此阶段就被称为衰亡期。

特点:

衰亡期细胞的总数虽然镜检直接计数可能会保持不变,但间接计数检测到的细胞数目却在减少,同时伴随着细胞的裂解或自溶可释放出一些代谢产物,如氨基酸、转化酶、外肤酶或抗生素等。衰亡期的长短与对数生长期一样在不同微生物中变化是很大的,主要与菌种的遗传特性有关。通过补充营养和能源,以及中和环境毒性,可以减缓死亡期的细胞死亡速率,延长细菌培养物的存活时间。

2连续培养

连续培养与间歇培养不同,它的特点是一方面连续进料,另一方面又连续出料。分为两种:恒浊连续培养和恒化连续培养。

(1)恒浊连续培养

一种使培养液中细菌的浓度恒定,以浊度为控制指标的培养方式。培养基提供足够量的-+营养元素,细菌保持最大速率生长。通过控制进料流速使装置内细菌浊度保持一定,保持理论上的对数生长期,可获得大量菌体或与菌体代谢相平衡的代谢产物。这种方式往往用于细菌的生理生化研究。

(2)恒化连续培养

新鲜培养基以恒定的流速流入,与培养器内的培养基瞬间混合,培养器内的培养基继而也以相同的流速恒定流出,进水组分及反应器中营养物浓度基本不变,因而这种细菌培养称为恒化连续培养。除了SBR法外,其余的污水生物处理法均采用的是恒化连续培养。

第二节 微生物的生存因子

一、温度

温度是微生物的重要的生长因子。在适宜的温度范围内,温度每升高十度,酶促反应速度将提高1~2倍,微生物的代谢速率和生长速率均可相应提高。适宜的培养速度可是微生物以最快的生长速率生长,过高或过低的温度均会降低代谢速率及生长速率。根据一般微生物对温度的最适生长需求,可将微生物分为4大类,以细菌为例,分别是:嗜冷菌、嗜中温菌、嗜热菌及嗜超热菌。大多数细菌是嗜中温菌。

高温灭菌法

(1)干热灭菌法

把金属器械或洗净的玻璃器皿放入电热烘箱内,在150~170℃下维持1~2个小时可达到彻底灭菌的目的。干热可使细胞膜破坏、蛋白质变性和原生质干燥,并可使各种细胞成分发生氧化变质。灼烧是一种最彻底的干热灭菌法,但是其破坏力很强。

(2)湿热灭菌法

是指用100℃以上的加压蒸汽进行灭菌。在同样温度和相同作用时间下,湿热灭菌法比干热灭菌法有效,原因是湿热蒸汽不但透射力强,而且还能破坏维持蛋白质空间结构和稳定性的氢键。在湿热温度下,多数细菌和真菌的营养细胞在60℃左右处理5~10分钟后即被杀死,酵母菌和真菌的孢子稍耐热些,要在80℃下才能杀死,细菌的芽孢更耐热,一般要在120℃下处理15分钟才被杀死。

湿热灭菌法主要有 1.间歇灭菌法

用100℃ 15-30′→28-37℃,12-24hrs(使残留的芽孢萌发或营养细胞再被杀死)→100℃(15-30′)→可以反复2~3次。适用于不耐热药品、营养物、特殊培养基等的灭菌。

2.巴氏消毒法

此法可杀灭物料中的无芽孢杆菌,用与牛奶、酒等在高温下营养和风味容易受破坏,利用较低温度既可杀死病菌又能保持这些营养物质风味不变。

巴氏消毒使用温度: A :62-65℃ 20-30′ B :72℃ 10′(少用)超高温巴氏消毒法:130℃ 2″

牛奶65℃ 30′、71℃ 15′(迅速冷却到00C即可饮用)

二、pH 是影响微生物生长的一个重要因素

1.引起细胞膜电荷的变化,从而影响了微生物对营养物质的吸收。2.影响代谢过程中酶的活性。

3.改变生长环境中营养物质的可给性,以及有害物质毒性。

不同微生物的对pH忍受能力有很大差异。凡对pH变化适应强的微生物,对pH要求不太严格;而对pH变化适应性不强的微生物,则对pH要求很严格。大多数细菌、藻类和原生动物的最适pH为6.5~7.5,细菌一般要求中性和碱偏性,放线菌也是中性和偏碱性,酵母菌和霉菌要求在酸性和偏碱性的环境中生长。

三、氧化还原电位(ORP)

氧化还原电位是物质与氢电极构成原电池时的电压高低,是物质氧化性强弱的标志。氧化环境具有正电位,还原环境具有负电位。各种微生物要求的氧化还原电位不同,而且还受氧分压的影响。通常用pH测定仪mv档测定水样的氧化还原电位。

好氧活性污泥法,控制在+200~+600mV,通过改变曝气力度进行调节。

厌氧污泥消化系统氧化还原电位应控制在在-100~-200mV,过高不利于厌氧细菌的生长,应改进工艺降低水中溶解氧量。

四、溶解氧

根据微生物与分子氧的关系,将微生物分为好氧微生物、厌氧微生物和兼性厌氧微生物。在微生物世界中,绝大多数种类都是好氧微生物或兼性厌氧微生物,厌氧微生物的种类相对较少,一旦提供潮气则会很快复活。

五、渗透压

任何两种浓度的溶液被半渗透膜隔开,均会产生渗透压。当两液面高差产生的压力足够阻止水再流动时,渗透停止,这时出现的两液面高差间的压力就是渗透压,溶液的渗透压取决于其浓度,培养基的渗透压一般不会大于菌体内的渗透压。

六、太阳辐射

太阳辐射中有正面生物学效应的辐射是波长短于1000的红外辐射,它被不产氧的光合细菌用作能源进行光合作用。380~760的可见光是篮细菌和藻类进行光合的主要能源。其余的辐射都是有害的。

第三节 其他不利环境因子对微生物的影响

一、重金属及盐类对微生物的影响

重金属汞、银、铜、铅及其化合物可有效的杀菌防腐,它们是蛋白质的沉淀剂。其杀菌机理是与酶的—SH结合,使酶失去活性;或于菌体蛋白结合,使之变性或沉淀。

铜:硫酸铜对真菌和藻类的杀伤力比细菌强。常用硫酸铜与石灰配制成的波尔多液,在农业上可用以防治某些植物病毒。在远距离取水样作检测时,一般1L混合液中加10ml质量浓度为1g/L的硫酸铜,原因何在?抑制携带过程中微生物的呼吸,尽量保持水质不变。

铅:对细菌等各类微生物也有毒害。将微生物浸在质量浓度为1~5g/L的铅盐溶液中几分钟内就会死亡。

二、干燥对微生物的影响

细菌基本上是生活在水中的生物,干燥使菌体内蛋白质变性,引起代谢活动停止,影响微生物的活性以至生命力,在不受热和其它外界因素干扰下,干燥细胞将处于长期休眠状态,若供给潮气则很快复活。细菌的芽孢、藻类和真菌的孢子及原生动物的胞囊都比营养细胞抗干燥。用干燥法防止食物腐败(细菌滋生),如方便面、干果、肉干、葡萄干等;用干燥法来保存细菌,如将细菌放置在干燥的沙土中可以长期保存,一旦提供潮气则会很快复活。

三、紫外辐射对微生物的影响

紫外辐射是日光的一部分,强烈的日光能杀菌是由于紫外辐射对微生物有致死作用,是由于微生物细胞中的核酸、嘌呤、嘧啶及蛋白质对蛋白辐射有特别强的吸收能力。DNA和RNA对紫外辐射的吸收峰再260nm处,蛋白质对紫外辐射的吸收峰再280nm处,紫外辐射能引起DNA链上的两个胸腺嘧啶分子形成胸腺嘧啶二聚体,致使DNA不能复制,导致微生物死亡。

四、电辐射对微生物的影响

X-射线和r-射线均能使被照射的物质产生电离作用,故称为电离辐射,它们都是高能电磁波,有很强的穿透力。X-射线和r-射线对微生物生命活动的影响力表现为:低剂量照射有促进微生物发育的作用,或引起微生物发生变易;高剂量照射对微生物有致死作用。

五、表面活性物质对微生物的影响 酚

酚是表面活性剂,酚与其衍生物能引起蛋白质变性,并破坏细胞质膜。苯酚又名石炭酸,质量浓度为1g/l的苯酚能抑制微生物生长。10g/l的石炭酸溶液在20分钟内可杀死细菌,30-50g/l的石炭酸溶液几分钟可杀死细菌,50g/l的石炭酸溶液可做喷雾消毒空气,细菌芽孢和病毒在50g/l的石炭酸溶液中仅能存活几个小时。甲酚的杀毒能力比其他酚强几倍,但它难溶于水,易于皂液或碱液形成乳浊液,叫来苏尔。在废水处理生物处理中,酚时微生物的营养源。新洁尔灭

新洁尔灭是季胺盐的一种,是一种表面活性强的杀菌剂,它对许多非芽孢型的致病菌、革兰氏阳性菌及革兰氏阴性菌有着极强的致死作用。稀释度小时有杀菌作用及去污垢作用,对人无毒。但在高稀释度时只有抑菌作用,将质量浓度为50g/l的原液稀释为1g/l的水溶液可用于皮肤消毒,浸泡5分钟即可达到消毒效果。合成洗涤剂

合成洗涤剂去污力强,在硬水中不形成沉淀,它除洗涤污物外,还有杀菌作用。阳离子型洗涤剂比阴离子型洗涤剂的杀菌力强。阳离子型洗涤剂不可生物降解。非离子型洗涤剂没有杀菌力。合成洗涤剂除基本成分外,还有助剂。

六、染料对微生物的影响

孔雀绿、亮绿、结晶紫等三苯甲烷燃料都有抑菌作用。革兰氏阳性菌对染料的反应比革兰氏阴性菌敏感。例如,结晶紫质量浓度为(3.3~5.0)×10g/l时抑制革兰氏阳性菌,需浓缩10倍后才能抑制革兰氏阴性菌。对10g/l的孔雀绿可抑制金黄色葡萄球菌;3.3×10g/l时可抑制大肠杆菌。10g/l的结晶紫可杀死念珠菌和圆酵母菌,10g/l时则起抑制作用。将10g/l的亮绿加入培养基中可抑制革兰氏阳性菌,将大肠杆菌鉴别出来。质量浓度在1g/l以下的染料可作微生物的营养源。-6-

4-6

5-4

七、抗生素对微生物的影响

许多微生物在代谢过程中产生能杀死其他微生物或抑制其他微生物生长的化学物质,即抗生素。抗生素有广谱和狭谱之分。

氯霉素、金霉素、土霉素和四环素可抑制许多不同种类的微生物,叫广谱抗生素。青霉素只能杀死或抑制革兰氏阳性菌,多粘菌素只能杀死革兰氏阴性菌,叫狭谱抗生素。抗生素主要用做药品,在分离微生物时,可在培养基中加入几种合适的抗生素,用以抑制杂菌生长,使所需的微生物正常生长。杀死或抑制细菌生长的抗生素对人体无毒性或毒性很小。一种抗生素一般只对某些微生物有作用,而对另一些无效。这是因为不同的抗生素对微生物作用的不同的作用。

抗生素对微生物的影响有以下四方面:(1)抑制微生物细胞壁的合成(2)破坏微生物的细胞质膜(3)抑制蛋白质的合成(4)干扰核酸的生成

第六章 微生物的遗传和变异

遗传:微生物将生长发育所需要的营养类型和环境条件,以及对这些营养和外界环境条件产生的反应,或出现的一定性状传给后代,并相对稳定的一代一代传下去,这就是生物的遗传。

变异:当微生物从它们适应的环境迁到不适应的环境后,微生物改变自己对营养和环境条件的要求,在新的生活条件下产生适应新的环境的酶,从而适应新环境并适应良好,这是生物的变易。

遗传和变异是一切生物最本质的属性。

第一节 微生物的遗传

一、遗传和变异的物质基础-DNA 通过3个经典实验证明了核酸(DNA和RNA)是遗传物质基础。1.肺炎链球菌的转化现象 2.T4噬菌体感染实验 3.植物病毒重建实验

肺炎链球菌的转化实验:

最早进行转化实验的是F.Griffith(1928)。肺炎链球菌有2种细胞型:

S型菌落:有荚膜,致病的,菌落表面光滑(smooth)R型菌落:不形成荚膜,无致病性,菌落外观粗糙(rough)

1944年,O.T.Avery、C.M.MacLeod和M.McCarty从热死的S型S.pneumoniae中提纯了可能作为转化因子的各种成分,并在离体条件下进行了转化实验:

结果表明,只有S型细菌的DNA才能将S.pneumoniae的R型转化为S型。而且,DNA纯度越高,转化效率也越高,直到只取用纯DNA的6×10g的量时,仍有转化能力。这就说明,S型菌株转移给R型菌株的,决不是某一遗传性状(在这里是荚膜多糖)的本身,而是以DNA为物质基础的遗传因子。

噬菌体感染实验:

1952年A.D.Hershey和M.Chase证实了DNA是噬菌体的遗传物质基础。他们进行了两组实验:一组用含P-DNA核心的噬菌体作感染,一组用含S-蛋白质外壳的噬菌体作感染。

-8结果表明,在噬菌体感染过程中,其蛋白质外壳根本未进入宿主细胞。进入宿主细胞的只有DNA,但却有自身的增值、装配能力,最终会产生一大群既有DNA核心、又有蛋白质外壳的完整的子代噬菌体粒。

植物病毒重建实验:

1956年H.Fraenkel-Conrat用含RNA的烟草花叶病毒(TMA)进行了著名的植物病毒重建实验。当用由TMA-RNA与 HRV-衣壳重建后的杂和病毒去感染烟草时,烟叶上出现的是最典型的TMV病斑。在从中分离出来的新病毒也是未带任何HRV痕迹的典型TMV病毒。反之,用HRV-RNA与TMV-衣壳进行重建时,也可获得相同的结论。

二、核酸的结构和复制

核酸是一种多聚核苷酸,它的基本单位是核苷酸。核苷酸由碱基、磷酸和戊糖组成。DNA的结构

1953年,J.Watson和F.Crick 在前人研究工作的基础上,根据DNA结晶的X-衍射图谱和分子模型,提出了著名的DNA双螺旋结构模型,并对模型的生物学意义作出了科学的解释和预测。

DNA双螺旋结构的特点:

DNA分子由两条DNA单链组成,DNA的双螺旋结构是分子中两条DNA单链之间基团相互识别和作用的结果,双螺旋结构是DNA二级结构的最基本形式。(1)DNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链(简称DNA单链)组成,两条链沿着同一根轴平行盘绕,形成右手双螺旋结构。螺旋中的两条链方向相反,即其中一条链的方向为5′→3′,而另一条链的方向为3′→5′。

(2)嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的内侧,磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。碱基环平面与螺旋轴垂直,糖基环平面与碱基环平面成90度角。

(3)螺旋横截面的直径约为2nm,每条链相邻两个碱基平面之间的距离为0.34nm,每10个核苷酸形成一个螺旋,其螺矩(即螺旋旋转一圈)高度为3.4 nm。

(4)两条DNA链相互结合以及形成双螺旋的力是碱基对所形成的氢键。碱基的相互结合具有严格的配对规律,即A与T结合,G与C结合,这种配对关系,称为碱基互补。A和T之间形成两个氢键,G与C之间形成三个氢键。在DNA分子中,嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的总数相等。

质粒:原核生物细胞中,染色体外的一种环状DNA分子,并非细胞必须,仅与某些性状有关,常作为基因转移的运载工具。

基因:具有遗传功能的DNA分子上的片段,平均1000个碱基对,分子量约6.7×10Da。

5一个DNA分子中含有多个基因,不同基因碱基对的数量和排列序列不同,基因具有自我复制能力。根据基因的功能差异,可分为结构基因、调节基因和操纵基因。

结构基因 因。

调控基因 包括编码结构蛋白和酶蛋白的基因,也包括编码阻遏蛋白和激活蛋白的基包括调节基因、启动基因和操纵基因。DNA的复制

DNA的自我复制大致如下:首先是DNA分子中的两条多核苷酸链之间的氢键断裂,彼此分开成两条单链,然后以各自的多核苷酸链为模板,根据碱基配对的原则吸收细胞中的游离的核苷酸,按照原有链上的碱基配对原则,各自合成出一条新的互补的多核苷酸链。新合成的多核苷酸链和原有的多核苷酸链又以氢键连接成新的双螺旋结构。

三、DNA的变性与复性

利用紫外吸收的变化,可以检测核酸变性的情况。

当天然双链DNA受热或其他因素的作用下,两条链之间的结合力被破坏而分开的成单链DNA,即称DNA变性。

天然状态的DNA在完全变性后,紫外吸收(260nm)值增加25-40%.RNA变性后,约增加1.1%。这种现象称为增色效应.DNA变性的特征

DNA的变性过程是突变性的,它在很窄的温度区间内完成,因此,通常将引起DNA变性的温度称为融点,用Tm表示。一般DNA的Tm值在70-85C之间。DNA的Tm值与分子中的G和C的含量有关。G和C的含量高,Tm值高。因而测定Tm值,可反映DNA分子中GC含量,可通过经验公式计算:(G+C)%=(Tm-69.3)X2.44 核酸的复性

变性DNA在适当的条件下,两条彼此分开的单链可以重新缔合成为双螺旋结构,这一过程称为复性。DNA复性后,一系列性质将得到恢复,但是生物活性一般只能得到部分的恢复。DNA复性的程度、速率与复性过程的条件有关。

将热变性的DNA骤然冷却至低温时,DNA不可能复性,但是将变性的DNA缓慢冷却时,可以复性。分子量越大复性越难。浓度越大,复性越容易。此外,DNA的复性也与它本身的组

第三篇:环境工程总结

过滤工艺

过滤工艺过程包括过滤和反洗涤两个基本阶段。过滤即截留污染物,反洗涤即把被截留的污染物从滤料层中洗去,使之恢复过滤能力。从过滤开始到结束所延续的时间称为滤池的工作周期,一般应大于8h,最长可达48h以上。从过滤开始到反洗结束成为一个过滤循环。过滤开始时,原水自进水管经集水渠、洗砂排水槽分配进入滤池,在池内水自上而下穿过滤料层、垫料层,由配水系统收集,并经清水管排出。经过一段时间后过滤,滤料层被悬浮颗粒所阻塞,水头损失逐渐增大至一个极限值,以致滤池出水量锐减;另一方面,由于水流的冲刷力又会使一些已截留的悬浮颗粒从滤料表面剥落下来而被大量带出,影响出水水质。这时,滤池应停止工作,进行反冲洗。

反冲洗时,关闭浑水管及清水管,开启排水阀及反冲洗进水管,反冲洗水自上而下通过配水系统、垫料层、滤料层,并由洗砂排水槽收集,经集水渠内的排水管排走。反洗过程中,由于反洗水的进入会使滤料层膨胀流化,滤料颗粒之间相互摩擦、碰撞,附着在滤料表面的悬浮物质被冲刷下来,由反洗水带走。

活性污泥法的基本原理:

向生活污水中不断的注入空气,维持水中有足够的溶解氧,经过一段时间后,污水中即生成一种絮凝体。该絮凝体是由大量微生物构成的,易于沉淀分离,使污水得到澄清,这就是“活性污泥”。活性污泥法就是以悬浮在水中的活性污泥为主体,在有利于微生物生长的环境条件下和污水充分解除,使污水净化的一种方法,活性污泥法的主要构筑物是曝气池和二次沉淀池,需处理的污水和回流活性污泥一起进入曝气池,成为悬浮混合液,沿曝气池注入压缩空气曝气,使污水和活性污泥充分混合接触,并供给混合液足够的溶解氧。这时污水中的有机物被活性污泥中的好氧微生物群体分解,然后混合液进入二次沉淀池,活性污泥与水澄清分离,部分活性污泥回流到曝气池,继续进行净化过程,澄清水则溢流排放。由于在处理过程中活性污泥不断增长,部分剩余污泥从系统排出,以维持系统稳定。

活性污泥法的净化过程与机理

1.吸附阶段:污水与活性污泥解除后的很短时间内,水中有机物迅速降低,这主要是吸附

作用引起的。由于絮状的活性污泥表面积很大,表面具有很多糖类粘液层,污水中悬浮的和胶体的物质被絮凝和吸附而迅速去除。活性污泥的初期吸附性能取决于污泥的活性。

2.氧化阶段:在有氧的条件下,微生物将一部分吸附阶段吸附的有机物氧化分解获取能量,另一部分则合成新的细胞。从污水处理的角度看,不论是氧化还是合成都能从水中去除有机物,只是合成的细胞必须易于絮凝沉淀,从而能从水中分离出来。这一阶段比吸附阶段慢得多。

3.絮凝体形成与凝聚沉淀阶段:氧化阶段合成的菌体有机体絮凝形成絮凝体,通过重力沉

淀从水中分离出来,使水得到净化。

活性污泥的吸附凝聚性能、有机物的去除速率及活性污泥增长速率与活性污泥中微生物的生长期有关。在对数增长期,微生物活动能力强,有机物氧化和转换成新细胞的速率最大,但不易形成良好的活性污泥絮凝体;在减速增长期,有机物去除速率与残存有机物呈一级反应,速率有所降低,但污泥絮凝体易于形成;在内源呼吸期,有机物迅速耗尽,污泥量减少,絮凝体形成速率高,吸附有机物的能力强。

评价活性泥污的指标:

1.混合液悬浮固体(MLSS)

2.混合液挥发性悬浮固体(MLNSS)

3.污泥沉降比(SV)

4.污泥指数(SVI)

胶体脱稳机理

1.压缩双电层:在水处理中使胶体凝聚的主要方法是向水中加入电解质。当投入电解质后,水中与胶粒上反离子具有相同电荷的离子浓度增加了。这些离子可与胶粒吸附的反离子发生交换或挤入吸附层,使胶粒带电荷数减少,降低 点位,并使扩散层厚度缩小,这种作用成为压缩双电层。

2.吸附电中和作用:吸附电中和作用是使胶粒表面对异号离子、异号胶粒或链状高分子带异号电荷的部分有强烈的吸附作用,由于这种吸附作用中和了部分或全部电荷,减少了静电斥力,因而容易与其他颗粒接近而互相吸附。

3.吸附架桥作用:当两个同号胶粒吸附在同一个异号胶粒上,胶粒间形成架桥,就能连接、团聚成絮凝体而被除去。如果投加的化学药剂是链状或树枝状高分子聚合物,它具有的滑雪基团能与胶粒表面互相吸附,同一个高分子聚合物有多个化学基团,因而能吸附多个胶粒,起到了胶粒与胶粒间的架桥连接作用。

4.网捕作用:向水中投加含铁、铝等金属离子的化学药剂后,由于金属离子的水解和聚合,会以水中的胶粒为晶核形成胶体状沉淀物;或者在这种沉淀物从水中析出的过程中,会吸附和网捕周围的胶粒而共同沉降下来,这成为网捕作用。

旋风除尘器

①定义:旋风除尘器是使含尘气流做旋转运动,利用离心力的作用将颗粒从气流中分离的除尘装置。

②工作原理:进入除尘器的含尘气流沿筒体内壁由上而下做旋转运动,同时有少量气体沿径向运动到中心区域。当旋转气流的大部分到达椎体底部时,转而向上沿轴心旋转,最后经排出管排除。通常将旋转向下的外圈气流称为外涡旋,旋转向上的中心气流称为内涡旋。气流中所含尘粒在旋转运动过程中,受离心力作用下沉降到外壁上,到达外壁的尘粒在离心力和重力的共同作用下沿壁面落入灰斗。气流从除尘器顶部向下高速旋转时,顶部的压力下降,一部分气流带着细小的尘粒沿筒壁旋转向上,到达顶部后,再沿排出管外壁旋转向下,最后到达排出管下端,被向上的内涡旋带走,从排出管排除,这股旋转气流称为上涡旋。

湿式除尘器

湿式除尘器是使含尘气体与液体充分接触,将尘粒洗涤下来而使气体净化的装置。

湿式除尘器的工作原理:湿式除尘机理涉及惯性碰撞和拦截、扩散、黏附、凝聚等作用,但主要是惯性碰撞和拦截作用。

含尘气体在运动中与液滴相遇,在液滴前Xd处气流开始改变方向,绕过液滴流动,而惯性较大的颗粒将继续保持其原来直线运动的趋势。定义颗粒从脱离流线到惯性运动结束时所移动的直线距离为粒子的停止距离。

电除尘器:

电除尘器是利用静电力实现颗粒与气流分离的除尘装置。

工作原理:涉及粉尘荷电、荷电粒子的迁移、沉积和集尘极表面清灰

1.粒子荷电:粒子荷电是电除尘过程的第一步。在放电极和集尘极之间施加直流高电压,使放电极附近发生电晕放电,气体电力,生成大量的自由电子和正离子。在放电极附近的电晕区内,正离子立即被电晕极吸引过去而失去电荷。自由电子和随即形成的负离子则因受电场力的作用向集尘极移动,并充满到两极间的绝大部分空间。含尘气流通过电场空间时,自由电子、负离子和粉尘碰撞并附着其上,便实现了粉尘的荷电。

2.荷电粒子的迁移:荷电粉尘在电场中受库仑力的作用向集尘极移动,经过一定时间后

到达集尘极表面,放出所带电荷而沉积其上。

3.被捕集粉尘的清除:电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积,粉尘厚度为几毫米,甚至几

厘米。粉尘沉积在电晕极上会影响电晕电流的大小和均匀性。集尘极表面上的粉尘沉积到一定厚度时,为保证放电效果,防止粉尘重新进入气流,需要用机械振打法将其清除掉,使之落入下部灰斗中。放电极也会附着少量粉尘,隔一定时间也需进行清灰。

袋式除尘器:

袋式除尘器是使含尘气流通过纤维织物将粉尘分离捕集的装置。

工作原理:

含尘气流从下部孔板进入圆筒形滤袋内,气流通过滤布的孔隙时,粉尘被捕集于滤料上,透过滤料的清洁气体由排出口排出。沉积于滤布上的粉尘,在机械震动的作用下从滤布表面脱落下来,落入灰斗中。

袋式除尘器的滤尘机制包括筛分、惯性碰撞、拦截、扩散等作用。袋式除尘过程分为两个阶段:首先是含尘气体通过清洁滤料,这时起捕集作用的主要是滤料纤维。随着捕集的粉尘量不断增加,一部分粉尘嵌入到滤料内部,一部分粉尘在滤料表面形成粉尘初层。初层形成后,它成为袋式除尘器的主要过滤层,使除尘效率大大提高。

定义:

1.水环境容量:一定水体在规定的环境目标下所能容纳污染物的最大负荷量

2.气浮反应:利用高度分散的小颗粒作为载体去粘附水中的悬浮颗粒,使其随气泡悬浮到液体表面而加以分离去除的一种水处理方法。

3.吸收法:根据气体混合物中各组分在液体溶剂中物理溶解度或化学反应活性不同,而将又害组分从气体中分离出来的过程。

4.气体吸附:用多孔固体吸附剂将气体混合物中一种或数种组分浓集于固体表面,而与其他组分分离的过程。

5.固体废物:人类一切活动过程中产生的,对原过程已不再具有任何使用价值而被废弃的固态或半固态物质。

6.浸出毒性废物:凡含有一定毒性物质,经水体浸泡或雨水淋溶,其中毒性物质能转移至水相并向环境中扩散,而导致人体健康或生态环境破坏的固体废物。

7.机械过滤:以过滤介质两边的压力差为推动力,使水分被强制通过过滤介质,固体颗粒被截留,而达到固液分离的目的的。

分类

1.沉降:自由,絮凝,拥挤,压缩

2.澄清池:机械加速,水力循环,悬浮澄清,脉冲澄清

3.生物滤池:高负荷,塔式,曝气

4.土地处理系统:慢速渗滤,快速渗滤,地表漫流,地下渗滤

5.破碎机械:冲击磨切(锤式破碎)剪切粉碎,挤压破碎

作用

1.格珊:去除水中的粗大物质,保护处理厂的机械设备,并防止管道堵塞。

2.沉砂池:去除水中的沙粒,煤渣等比重较大的无机颗粒杂质,同时也去处少量较大较重的有机杂质。

3.压实:为了减少固体废物表观体积、提高运输与管理效率的一种操作技术。城市垃圾是由不同颗粒与颗粒间空隙组成的集合体,自然堆放时,其表观体积是由垃圾颗粒有效体积与孔隙占有体积之和。当实施压实操作时,随压力的增大,孔隙率减少,表观体积随之而减少,密度增大。因此,压实的实质,实际上是消耗一定能量的同时,垃圾间各颗粒相互挤压变形或破碎,从而达到重新组合的效果。

第四篇:微生物总结

微生物:一类分布广泛、体积微小、结构简单、肉眼直接看不到,微小生物的总称。

细菌L型:细菌细胞壁的肽聚糖结构受理化或生物因素直接破坏或合成被抑制,这种细胞壁受损的细菌在高渗环境下仍可存活,称细菌细胞壁缺陷型或L型。

质粒:是染色体外的遗传物质,控制某些特定的生物学性状,不是细菌生长所必需。

荚膜:是细菌合成分泌的包绕于细胞壁外的一层粘液性物质。界限清晰性质稳定结合牢固。培养基:由人工方法经灭菌后制成,专供微生物生长使用的混合营养制品。一般pH为7.2-7.6。

兼性厌氧菌:兼有需氧呼吸和无氧发酵两种功能,无论在有氧或无氧环境中都能生长,但以有氧时生长较好,大多数病原菌属于此。菌落:在固体培养基中,经过十八到24小时培养后,单个细菌分裂繁殖成一堆肉眼可见的细红细胞吸附:流感病毒等感染细胞后,由于细胞膜上出现了血凝素(HA),具有吸附脊椎动物红细胞的能力,这一现象称为红细胞吸附。抗毒素:通常是用细菌类毒素给马多次注射后,取其免疫血清提取免疫球蛋白精制而成抗生素:微生物来源的抗菌药物,以及人工化学修饰或半合成的衍生物

无菌:就是指没有活菌的意思。

1:细胞壁结构、化学组成及功能?答:化学组成:G+①肽聚糖:聚糖骨架、四肽侧链、五肽交联桥②磷壁酸:粘附功能,与致病性有关;抗原性很强③其他成分:如A群链球菌的M蛋白G-①肽聚糖:聚糖骨架;四肽侧链②外膜:脂蛋白;脂质双层;脂多糖:脂类A(毒性成分,无种属特异性);核心多糖;特异多糖。功能:①维持细菌固有形态②保护细菌抵抗低渗环境③物质交换④决定菌体的抗原性。2:G-菌与G+菌细胞壁的异同点及其意义?答:兼性厌氧菌、专性厌氧菌。

11:与医学有关的合成代谢产物?答:① 毒素与侵袭性酶:外毒素和内毒素②热原质:G-菌细胞壁的脂多糖,耐高温,250℃干烤破坏。③抗生素:某些微生物代谢中产生的一类能抑制或杀死其他微生物或肿瘤细胞的物质。④维生素:如VitK、B族维生素。⑤色素:脂溶性和水溶性色素。⑥细菌素:无治疗应用价值。13:病毒的形态、结构与化学组成。答:多数病毒呈球形或近似球形,少数呈杆状(植物病毒)、丝状(初分离的流感病毒)、弹状(狂犬病毒)、砖块状(如痘类病毒)和蝌蚪状(噬菌体)。病毒的核心和衣壳,二者构成核衣壳,病毒包膜和其他辅助结构。化学组成:核心:主要为核酸,化学组成为DNA或RNA。衣壳:包绕在核心外面的一层蛋白质,由许多蛋白质亚单位(壳粒)组成。包膜:化学组成: 脂质蛋白质糖类。

答:单细胞真菌呈圆形或卵圆形。多细胞真菌

结构:菌丝和孢子,菌丝:分为营养菌丝、气中菌丝、生殖菌丝;孢子:是真菌的繁殖体。结构:细胞壁外成分;细胞壁;隔膜;其他结构。

25:真菌培养特性。答:最常用的培养:沙保弱培养基。温度:多数都在22 ~ 28oC,但深部感染真菌最适温度为37oC,pH4.0 ~ 6.0病原菌通常生长缓慢,1~4周。

26:真菌繁殖方式。答:①无性生殖:①由菌丝断裂形成新个体②细胞直接分裂产生子细胞③产生芽生孢子④产生孢子囊孢子和分生孢子②有性生殖:指经过两性细胞配合产生新个体的繁殖方式。

27:真菌抵抗力答:①对干燥、阳光、紫外线及常用消毒剂有强抵抗力②不耐热,菌丝与孢子60℃ 1小时均可杀死③2﹪石炭酸、10%甲醛、0.1%升汞、2.5%碘酊敏感④抗真菌药物:菌集团。

纯培养基:挑取一个菌落,移种到另一培养基中,生长出来的细菌均为纯种。

毒性噬菌体:在宿主菌细胞内噬菌体增殖产生子代噬菌体,宿主菌被裂解,形成溶菌性周期。温和噬菌体:噬菌体基因与宿主菌染色体整合,成为前噬菌体,噬菌体DNA能随细菌DNA复制而复制,并随细菌的分裂而传到子代细菌的基因组中,变成溶原性细菌,形成溶原性周期。前噬菌体:整合在细菌染色体上的噬菌体基因。转座子:细菌基因组中的一段DNA序列,可以在染色体、质粒或噬菌体之间自行移动的遗传成分,伴随转座子的移动,会出现插入突变。基因转移:遗传物质由供体菌转入受体菌的过程为基因转移。

重组:转移的基因与受体菌DNA整合在一起称为重组,重组使受体菌获得供体菌的某些性状。转化:细菌通过性菌毛相互连接沟通,将质粒或染色体等遗传物质从供体菌转移给受体菌的过程。

接合:是受体菌直接摄取供体菌DNA片段,从而获得新的遗传性状的过程。

转导:以噬菌体为载体将供菌的DNA片段转移到受菌体内使受菌获得供菌的部分遗传性状。溶原性转换:某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变,例如白喉棒状杆菌产生白喉毒素的机理,温和噬菌体感染细菌时,其基因可整合于宿主菌染色体中,使宿主菌获得噬菌体基因赋予的新的性状,称溶原性转换。原生质体融合:将两种不同的细菌经溶菌酶或青霉素等处理,失去细胞壁成为原生质体后进行融合的过程。融合后的染色体之间发生重组。病毒的自我复制:以病毒核酸为模板,经过复杂的生化过程,复制子代病毒的核酸并通过转录翻译产生病毒蛋白质,装配成熟后释放到细胞外,这种增殖方式称为病毒的自我复制。顿挫感染:被病毒侵入的细胞如不能为病毒增殖提供必需成分,则病毒不能合成本身成分,或能合成但不能组装和释出有感染性的病毒颗粒。非容纳细胞与容纳细胞

缺陷病毒:病毒基因组不完整或某一基因位点改变,不能正常增殖,不能复制出完整有感染性的病毒颗粒,此病毒即缺陷病毒。缺陷病毒+辅助病毒完成复制

干扰现象:当两种病毒感染同一宿主细胞时,发生一种病毒的增殖抑制另一种病毒增殖的现象。某些病毒感染细胞时不出现CPE或其他易于测出的变化(如HAd),但能干扰其后感染的另一病毒的增殖,从而阻抑后者所特有的CPE 芽孢:某些细菌在一定环境条件下,胞质脱水浓缩,在菌体内部形成的一个圆形或卵圆形小体。

正常菌群:正常人的体表和与外界相通的眼结膜,口腔、鼻腔、肠道、泌尿生殖道等腔道粘膜中的不同种类和数量及对人体无害而有益的微生物。正常微生物群通称为正常菌群

细菌群体:细菌附着在有生命或无生命的材料表面后,由细菌及其所分泌的胞外多聚物共同组成的呈膜状的细菌群体。机会性感染:由正常菌群在机体免疫功能低下、寄居部位改变、菌群失调等特定条件下引起的感染。

毒力:致病性的强弱程度。

侵袭素:某些细菌的基因编码一些具有侵袭功能的蛋白多肽,促进该病原菌向邻近组织扩散甚至介导进入邻近黏膜上皮细胞内。

包涵体:细胞浆或细胞核内出现光镜下可见的斑块状结构

G+ 菌:①肽聚糖:聚糖骨架,四肽侧链,五肽交联桥,三维立体②磷壁酸:重要表面抗原,与粘附致病有关,加强稳定细胞壁G-菌:①肽聚糖:聚糖骨架,四肽侧链组成二维结构, ②外膜(脂蛋白、脂质双层、脂多糖组成)功能:屏障结构LPS是G-菌的内毒素。细胞壁结构异同:G+菌/G-菌--强度:较坚韧/较疏松--厚度:厚20-80nm/薄10-15nm--肽聚糖层数:多可达50层/少,1-2层--肽聚糖结构:聚糖骨架,四肽侧链,五肽交联桥,三维立体/聚糖骨架,四肽侧链,二维平面--脂类含量/少/多--磷壁酸:有/无--外膜:无/有,由脂蛋白、脂质双层、脂多糖组成3:细菌L型,特殊结构种类、化学组成、抗原性及意义?答:定义:细菌细胞壁的肽聚糖结构受理化或生物因素直接破坏或合成被抑制,这种细胞壁受损的细菌在高渗环境下仍可存活,称细菌细胞壁缺陷型或L型。种类:G+菌细胞壁缺失后,仅有胞膜,称原生质体,G--菌肽聚糖层受损,尚有外膜,称原生质球。抗原性及意义:高度多形性,大小不一;大多染成G-;高渗低琼脂含血清培养基—油煎蛋样菌落;去除诱因后,有些可回复为原菌;某些L型仍有致病性,引起慢性感染。作用于胞壁的抗菌性药对L型感染治疗无效

4:细菌的特殊结构?答:①荚膜:多糖或多肽的多聚体。功能a抗吞噬b黏附作用c抗有害物质的损伤d有抗原性,用于细菌的鉴定和分型②鞭毛:蛋白质,由基础小体丝状体钩状体组成,高度抗原性。功能a是细菌的运动器官b某些细菌的鞭毛与致病性有关c根据鞭毛的动力和鞭毛的抗原性可用以细菌的鉴别和分类③菌毛:由亚单位菌毛蛋白构成。功能a黏附作用b传递遗传物质④芽孢:生产芽孢的细菌都是革阳菌。功能:a增强抵抗力b不直接致病c鉴定。

5:细菌的遗传物质?答:细菌染色体,质粒,噬菌体:

6:基因转移与重组方式的种类及定义?答:定义:基因转移:遗传物质由供体菌转入受体菌的过程为基因转移。重组:转移的基因与受体菌DNA整合在一起称为重组,重组使受体菌获得供体菌的某些性状。分类:转化,接合,转导,融合,转换.【表格】类型:基因来源/转移方式--转化:供菌游离的DNA片段/直接摄入--接合:供菌质粒DNA/ 性菌毛--转导:供菌任意DNA或噬菌体与供菌特定DNA/噬菌体--融合:两菌原生质体的DNA/融合--转换:温和噬菌体/吸附穿入

7:噬菌体及其相关概念。答:1)毒性噬菌体:在宿主菌细胞内噬菌体增殖产生子代噬菌体,宿主菌被裂解,形成溶菌性周期。2)温和噬菌体:噬菌体基因与宿主菌染色体整合,成为前噬菌体,噬菌体DNA能随细菌DNA复制而复制,并随细菌的分裂而传到子代细菌的基因组中,变成溶原性细菌,形成溶原性周期。

8:细菌生长繁殖的条件?答:营养物质/酸碱度 多数病原菌最适pH为7.2~7.6/温度 多数病原菌生长最适温度为37℃/气体 据代谢时对分子氧的需要与否,专性需氧菌、微需氧菌、兼性厌氧菌、专性厌氧菌/渗透压。

9:细菌群体的生长繁殖?答:生长曲线:一定数量的细菌接种到定量的液体培养基中,连续定时取样测定活菌数量,以培养时间为横坐标,以活菌数的对数为纵坐标作图,得到的一条曲线。迟缓期:适应阶段。对数期:对抗生素敏感,细菌鉴定选此期。稳定期:代谢产物形成(如外毒素、抗生素、芽胞等)。衰亡期:菌体细胞呈现多种形态。

10:按细菌对氧需要的分类?答:据代谢时对分子氧的需要与否,专性需氧菌、微需氧菌、14:双链DNA病毒的复制周期?答:vDNA(RNA聚合酶)→早期mRNA(翻译)→早期蛋白(酶)→ vDNA(酶)子代DNA → mRNA→结构蛋白.→子代DNA+结构蛋白→子代病毒。简要过程:吸附,穿入,脱壳,生物合成,组装、成熟与释放。

15:顿挫病毒,缺陷病毒的概念?答:顿挫病毒:被病毒侵入的细胞如不能为病毒增殖提供必需成分,则病毒不能合成本身成分,或能合成但不能组装和释出有感染性的病毒颗粒。非容纳细胞与容纳细胞。缺陷病毒:病毒基因组不完整或某一基因位点改变,不能正常增殖,不能复制出完整有感染性的病毒颗粒,此病毒即缺陷病毒。缺陷病毒+辅助病毒=完成复制 16:细菌的感染与致病。答:感染:在一定条件下,微生物与机体相互作用并导致机体产生不同程度的病理过程。★

17:细菌的毒力比较,外毒素与内毒素生物学特性。答:【表格】种类:内毒素★外毒素。来源:G-菌★G+菌部分G-菌。编码基因:染色体基因★质粒或前噬菌体或染色体基因。存在部位:细胞壁成分、细菌裂解后释出★活菌分泌或细菌溶解后散出。化学成分:脂多糖★蛋白质。稳定性:好(160℃2~4h才破坏)★差(60~80 ℃30m可破坏)。毒性作用:弱、各种内毒素作用大致相同★强、对机体组织器官有选择性。抗原性:弱,甲醛处理后不能形成类毒素★强,能刺激机体形成抗毒素,经甲醛脱毒后能形成类毒素。

18:细菌感染的类型答:①不感染②隐性感染③潜伏感染④显性感染:急慢性感染;局部、全身感染⑤带菌状态。

19:病毒感染类型。答:①隐性感染②显性感染:急性病毒感染:潜伏期短,发病急,数日或数周回复,病原消灭型感染。持续性病毒感染:慢性病毒感染;潜伏性病毒感染;慢发病毒感染。

20:细菌的致病机制。答:细菌的致病性强弱取决于毒力,细菌的毒力因子:①侵袭力:致病菌突破宿主生理屏障,进入机体并在体内定植、繁殖和扩散的能力包括黏附素、荚膜和微荚膜、侵袭性物质②毒素:细菌产生的损伤宿主引起生理功能紊乱的毒性物质,包括内毒素和外毒素。

21:正常菌群的生理作用。答:①生物拮抗:竞争粘附(占位性保护)作用;产生有害代谢物质;营养竞争②营养作用③免疫作用④抑癌作用⑤抗衰老作用。

22:病毒分离鉴定方法及病毒在培养细胞中的增殖的指标。答:病毒的分离:①动物接种②鸡胚培养;流感病毒初次分离接种于羊膜腔;流感病毒的再培养接种于尿囊腔③组织培养④细胞培养 — 病毒分离鉴定中最常用的方法单层细胞培养;原代细胞培养;二倍体细胞培养;传代细胞培养。指标:1)细胞的变化①细胞病变效应:有些病毒在细胞内增殖时引起的特有的细胞病变,如细胞变圆、聚集、坏死、溶解或脱落②多核巨细胞形成:有些病毒如麻疹病毒、巨细胞病毒等作用于细胞膜,使邻近的细胞融合,形成多核巨细胞③胞质或核内包涵体的形成狂犬病病毒、巨细胞病毒。2)红细胞吸附流感病毒等感染细胞后,由于细胞膜上出现了血凝素,具有吸附脊椎动物红细胞的能力,这一现象称为红细胞吸附。常用来鉴定具有血凝素的黏病毒或副黏病毒的增殖3).红细胞凝集检测含血凝素病毒的方法4)干扰现象5)空斑形成试验。

23:病毒成份的检测(抗原、核酸检测)答:1.病毒抗原的检测2.病毒核酸的检测

24:真菌的形态结构(单细胞和多细胞真菌)。

灰黄霉素、制霉菌素B、二性霉素B、氟康唑和酮康唑;对抗生素不敏感。

28:抗菌药物的种类与作用机制。答:杀菌药和抑菌药。机制:①抑制细菌细胞壁的合成②抑制细菌

细胞膜功③抑制细菌蛋白质合成④抑制细菌核酸合成。29:细菌耐药的机制。答:产生钝化酶;细胞通透性的改变;靶位结构的改变;建立代谢旁路;代谢酶分子的改变

30:医院感染的定义。答:由医院的病原生物或其毒素导致的局部或全身感染性疾病。

31:细菌分离培养和鉴定、生化试验、血清学试验?答:细菌分离培养和鉴定:原则上应对所有送检标本做分离培养,以便获得单个菌落后进行纯培养,从而对细菌做进一步的生物学、免疫学、致病性或细菌的药物敏感性等方面的检查,最终获得确切的报告。生化试验:得到细菌的纯培养物后,用糖发酵试验,吲哚试验,硝酸盐还原实验等对细菌的酶系统和其代谢产物的检查,是鉴别细菌的重要方法之一。血清学实验:利用含已知的特异性抗体的免疫血清,对细菌进行群和型的鉴别。

微生物种类名称★生物学性状★致病物质、致病机理及所致疾病

破伤风梭菌:菌体细长,芽胞正圆比菌体粗,位于菌体顶端菌体鼓槌状★不发酵糖类,不分解蛋白质。条件:局部伤口需形成厌氧微环境,伤口窄而深,有泥土或异物污染,大面积创伤,坏死组织多,局部组织缺血,同时有需氧菌或兼性厌氧菌混合感染的伤口。防治原则:特异性预防:注射破伤风类毒素主动免疫;迅速对伤口清创扩创,防止形成厌氧微环境;紧急预防:TAT(精制破伤风抗毒素);治疗: 早期足量使用TAT,抗生素。产气荚膜梭菌:G+粗大杆菌,芽胞位于次极端,椭圆形,直径小于菌体形成明显荚膜★血平板:双层溶血环,代谢十分活跃,牛奶培养基:“汹涌发酵”现象。增加血管通透性,组织坏死,气性坏疽,食物中毒,坏死性肠炎。

肉毒梭菌:G+粗短杆菌,芽胞位于次极端,椭圆形,菌体呈网球拍状,严格厌氧,分型多,生化反应复杂★肉毒毒素,抑制乙酰胆碱释放,引起运动神经末梢失调→肌肉麻痹;食物中毒,婴儿肉毒中毒。

支原体:菌落油煎蛋型,高度多形态型,细胞膜含高度固醇,无细胞壁,对青霉素有抵抗作用★支原体肺炎,病变为间质性肺炎,可合并支气管肺炎。称为原发性非典型性肺炎。不规则发热,刺激性咳嗽,头痛。婴幼儿病情严重,发病急,病程长,以呼吸困难为主。有些合并其他系统病变,如循环系统等。飞沫传播。立克次体:是一类体积微小,绝大多数为自身代谢不完善,严格细胞内寄生的原核细胞型微生物★流行性斑疹伤寒、地方性斑疹伤寒、恙虫病、Q热

衣原体:严格细胞内寄生,有独特发育周期,能通过细菌滤器,原核细胞型微生物★ 沙眼:感染眼结膜上皮细胞→增殖,包涵体→局部炎症→早期流泪、有粘液脓性分泌物、结膜充血及滤泡增生→后期结膜瘢痕、眼睑内翻、倒睫以及角膜血管翳引起的角膜损害→影响视力或致盲包涵体结膜炎、泌尿生殖道感染、沙眼衣原体肺炎、性病淋巴肉芽肿

螺旋体:是一类细长、柔软、弯曲、运动活泼的原核细胞型微生物基本结构及生物学形状与细菌相似★梅毒,人是唯一传染源,致病物质为荚膜样物质,透明质酸酶;后天通过性接触传播或者先天经过母体传播。

第五篇:微生物总结

第一章、绪论

巴斯得的贡献:

1、彻底否定了“自生说”

2、免疫学—预防接种

3、证实发酵是由微生物引起的3、巴斯德消毒法

柯赫贡献:

1、证实炭疽病菌是炭疽病的病原菌

2、发现了肺结核病的病原菌

3、提出了证明某种微生物是否为某种疾病病原体的病原菌——柯赫原则

4、固体培养基分离纯化微生物的技术

5、配制培养基

微生物的5大共性:

1、体积小、面积大

2、吸收多、转化快

3生长旺、繁殖快

4、分布广、种类多

5、适应性强、易变异 第二章、微生物的纯培养和显微技术

一、涂布平板法作用:用于纯种分离、筛选菌落、得到单菌落,对一些细菌进行计数 五区划线发作用:纯化菌种、得到单菌落

摇瓶实验作用:菌种筛选、发酵实验、种子培养等 穿刺法的作用:保藏厌氧菌种、研究微生物的动力 之字划线法的作用:保藏菌种、单菌落的获取

二、斜面菌种保藏法:保藏期限3个月以内,沙土管保藏法:保藏期限1~10年主要适用于产孢子的,如芽孢杆菌、放线菌 石蜡油封藏法:保藏期限1~2年

真空冷冻干燥法:保藏期限5~10年,液氮超低温病结法:保藏期限5~10年 第三章

一、细胞壁:根据细胞壁将原核生物分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌两种。

1、革兰氏阳性菌细胞壁的特点:厚度大(20~80nm)和化学组分简单,一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸。

革兰氏阳性菌的机械阻拦与保护作用有肽聚糖完成。磷壁酸:是结合在革兰氏阳性菌细胞壁上的一种酸性多糖,主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。

磷壁酸为革兰氏阳性菌所特有。对于革兰氏阳性菌而言,抗原性由磷壁酸完成。磷壁酸的主要生理功能:1)、其磷酸分子上较多的负电荷可提高细胞周围镁离子的浓度进入细胞后就可以保证细胞膜上一些需镁离子的合成提高活性 2)储藏磷元素 3)、增强某些致病菌如A族链球菌对宿主细胞的黏连、避免被白细胞吞噬以及补抗体的作用 4)赋予革兰氏阳性菌以特异的表面抗原 5)可作为噬菌体的特异性吸附受体

6)调节细胞自溶素的活力,借以防止细胞自溶而死亡

2、革兰氏阴性菌:由肽聚糖和外膜组成,外膜中的脂多糖是革兰氏阴性菌所特有的 外壁层可分为3层:外层为脂多糖层,中层为磷脂层,内层为脂蛋白 革兰氏阴性菌外膜的作用:1)控制细胞透性

2)提高镁离子浓度 3)决定细胞的抗原性

4)类脂A是类毒素的主要成分

脂多糖:是位于革兰氏阴性菌细胞壁最外层的一层较厚的类脂多糖物质,由类脂A、核心多糖和O-特异侧链

脂多糖的功能:1)其中类脂A是革兰氏阴性菌致病物质——内毒素的物质基础 2)因其负电荷较强,有吸附镁离子、钙离子等阳离子以提高其在细胞表面的浓度作用 3)由于LPS结构多变,决定了革兰氏阴性菌细胞表面抗原决定族 4)是许多噬菌体在在细胞表面的吸附受体 5)具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能

3、革兰氏染色机制:通过结晶紫初染和碘液媒染后,在细胞膜内形成了不溶于水的结晶紫与碘的复合物。革兰氏阳性菌由于其细胞壁较厚,肽聚糖网层次多和交联致密,故与乙醇与丙酮作脱色处理时因失水反而使网孔缩小,再加上它不含类脂,故乙醇处理不会溶出缝隙,因此能把结晶紫与碘的复合物牢牢留在壁内,使其任呈紫色。反之革兰氏阴性菌因其细胞壁薄、外膜层的类脂含量高、肽聚糖层薄和交联度差,遇脱色剂后,以类脂为主的外膜迅速溶解,薄而松散的肽聚糖网不能阻挡结晶紫与碘的复合物的溶出,因此,通过乙醇脱色后细胞退成无色。这时,再经沙黄等红色染料进行复染,就使革兰氏阴性菌呈现红色,而革兰氏阳性则保留紫色。

二、芽孢

芽孢:某些细胞在生长发育后期,在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体

芽孢的特点:1)芽孢内新陈代谢几乎停止,处于休眠状态,但保持潜在萌发力

2)芽孢不具生殖能力,仅只是一种休眠体 3)抗逆性最强的生命体之一,有抗热、抗化学药物、抗辐射和抗静水压能力 4)含水量低,壁厚而致密,通透性差,不易着色,折光性强

5)一个孢子萌发只产生一个营养状态的细胞 芽孢的耐热机制:芽孢的耐热性在于芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差和皮层的离子强度很高,从而是皮层产生极高的渗透压去夺取芽孢核心中的水分,其结果造成皮层的充分膨胀,而核心部分的细胞质却变得高度失水,因此,导致核心具极强的耐热性。第四章微生物的营养要求

一、营养物质:能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生理条件所需的物质 营养:微生物获得U和利用营养物质的过程

二、1、碳源:是在微生物生长过程中为微生物提供碳素来源的物质。为微生物提供碳元素与能量

2、氮源:为微生物提供氮元素来源,只有少数自养微生物能利用铵盐、硝酸盐同时作为氮源与能源(是构成细胞中核酸和蛋白质的重要元素)氮源的类型:无机氮、有机氮、气体氮

3、无机盐:作用:作为酶活性中心的组成部分、维持生物大分子和细胞结构的稳定性、调节并维持细胞的渗透压、控制细胞的氧化还原电位和作为某些微生物生长的能源物质。

4、生长因子:通常是指那些微生物生长所必需的的且需量很少,但微生物自身不能合成或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物

5、水:生理功能:1)起到溶剂与运输介质的作用

2)参与细胞内一系列的化学反应

3)维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象

4)是良好的导热体,调节细胞温度 微生物的营养类型分类(P84表格)

三、1、培养基的配制原则:1)目标明确

2)营养协调

3)物理化学条件适宜

4)原料来源的选择

2、C多有助于次生物质分泌,N多有助于个体生长发育

3、PH:细菌:7.0~8.0

酵母菌:4.0~6.0

放线菌:8.0~9.0

霉菌:4.0~5.8

4、维持培养基PH的方法:1)加缓冲剂一氢和二氢磷酸盐的混合物

2)备用碱:CaCO3、CaHCO3 3)弱酸盐:柠檬酸盐、乳酸盐

4)液氨或盐酸

5、原料来源:1)经济节约原则:以粗代精、以废代好、以简代繁

2)原料来源要广泛

3)原料药易处理、处理成本要低

4)原料处理后废物、废液、废气要少

6、选择和配制培养基的方法四种:生态模拟、查阅文献、精心设计、实验比较

四、培养基的分类

1、按成分不同划分:天然培养基:优点为取材方便,营养丰富,种了多样,配制方便合成培养基:优点:组分精确,重复性好确定:较昂贵,一般用于研究

2、根据物料状态划分:固体培养基:一般用于进行微生物的分离、鉴定、活菌计数及菌种保藏半固体培养基:用于观察微生物的运动特征、分类鉴定及噬菌体效价滴定液体培养基:用于大量培养微生物,研究生理代谢

3、按用途划分:基础培养基:用于培养野生型微生物和原养型微生物 加富培养基(营养培养基):在基础培养基中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基作用一般为分离某种微生物而专门设计或培养营养要求严谨的异样微生物 鉴别培养基:在培养可中加入某种特殊化学物质 选择培养基:根据不同种类微生物的特殊营养需求或对某种化学物质的敏感性不同,在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质,抑制不需要的微生物的生长,有利于所需要微生物的生长,有利于所需微生物的生长 第五章、微生物代谢

微生物发酵过程的三个阶段:脱氢(电子)、递氢(或电子)和受氢(或电子)发酵:是指微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某些中间产物,同时释放能量并产生各种不同的代谢产物

代谢:生命存在的基本特征,是微生物体内所进行的全部生化反应的总称。主要由分解代谢和合成代谢两个过程组成。分解代谢:是指将大分子物质降解成小分子物质,并在这个过程中产生能量(都是氧化反应)合成代谢:是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂大分子,在这个过程要消耗能量(都是还原反应)

代谢途径都是有一系列连续的酶促反应构成的

P102~P105EMP HM ED途径的特点功能以及途径路线

根据氧化还原反应电子受体的不同可将发酵和呼吸分为有氧和无氧呼吸两种 P108 TCA途径图

TCA循环特点:1)氧虽然不直接参与其中反应,但必需在有氧条件下运行

2)每个丙酮酸产生15个ATP 3)位于一切分解代谢与合成代谢的枢纽地位,可为生物合成提供各种碳价原料

TCA的生理意义:1)为细胞提供能量

2)各种能源物质彻底氧化的共同代谢途径(对于微生物来说)3)物质转化枢纽

无氧呼吸:电子受体不是氧气而是外源无机物与部分简单小分子有机物

发酵作用:没有外源电子受体,底物具有的能量只释放一小部分,合成少量ATP 三种磷酸化:底物水平磷酸化,高能磷酸化,氧化磷酸化

光合磷酸化的特点:1)光驱使下电子自菌绿素上逐出后经类似呼吸链又回到菌绿素

2)产还原力[H]和产ATP分别进行,还原力来自于H2O等无机物

3)不产生氧气 合成代谢:微生物利用能量代谢所产生的能量、中间代谢产物以及从外界吸收的小分子合成复杂细胞物质的过程

P118~P119 CO2固定路线图

蓝细菌孤单的抗氧化保护机制:1)分化出特殊的还原性异形胞

2)非异形胞蓝细菌固氮酶的保护将固氮与光合进行时间上分隔

微生物固氮反应6要素:1)ATP的供应

2)还原力[H]及传递氢载体

3)固氮酶

4)还原底物——氮气

5)镁离子

6)严格厌氧微环境

联合固氮菌:指必需生活在植物根茎叶,动物肠道等处才能进行固氮的微生物,不形成类似根瘤的共生结构 微生物的代谢调节主要有两种类型:一是酶活性的调节,即调节已经存在的酶分子的活性,是酶在化学水平的变化。另一类是酶合成的调节,即调节酶分子的合成量,是遗传水平发生的变化 第六章

一、生长曲线延滞期

特点:1)生长速率常数为零,细胞数目不增加或增加很小

2)细胞形态变大或 增长许多杆菌可长成丝状

3)合成代谢十分活跃,核糖体、酶类和ATP 的合成加速产生各种诱导酶

4)对外界不良条件如NaCl溶液,温度和抗 生素等理化因素反应敏感

出现原因:1)微生物接种到一个新的环境,暂缺乏足够的能量和必需的生长因子

2)“种子”老化即处于未对数期或种子未活化

3)接种时损伤

影响其长短的因素与实践意义:1)接种龄:对数期种子延滞期短,延滞期或衰亡期的种子延滞期较长

2)接种量:接种量大,延滞期较短,接种量小,延滞期较长

3)培养基成分:培养基成分丰富的延滞期较短,培养基成分与种子培养基一致的延滞期较短

二、生长曲线指数期

特点:1)生长速率最快,细胞呈指数增长

2)生长速率恒定

3)代谢旺盛,细胞组分平衡发展

4)群体的生理特性一致

影响指数期的意义:1)菌种:不同菌种代时差异极大

2)营养成分:营养越丰富代时越短

3)营养物浓度:影响微生物的生长速率和生长总量

4)培养温度:影响微生物的生长速率和生长总量

指数期的实践意义:1)是代谢、生理研究的良好材料

2)是增殖噬菌体的最适宿主菌龄

4)革兰氏染色是采用此期微生物

生长曲线稳定期特点:1)活细胞总数维持不变即新增殖的细胞数与衰亡的细胞数相等,菌体总数达到最高点

2)细胞生长速率为零

3)细胞生理上处于衰老,代谢活力钝化,细胞成分合成缓慢,革兰氏染色发生变化

三、生长曲线衰亡期

特点:细胞以指数速率死亡,有时细胞速率的降低是由于抗性细胞的积累,细胞变形退化,有的发生自溶,革兰氏染色发生变化

影响衰亡期的因素及实践意义:1)与菌种的遗传特性有关:有些细菌的培养经历所有的各个生长时期,几天以后死亡,有细菌培养基个月乃至几年以后任然有一些货细胞

2)与是否产芽孢有关:产芽孢的细菌更易幸存下来

3)与营养物质和有毒物质有关:补充营养和能源,以及中和环境毒性,可以减缓死亡细胞的死亡速率,延长细菌培养物的存货时间

四、分批培养:是指将微生物置于一定容积的的培养基中,经过生长培养,最后一次收获培养方式 连续培养:在一个恒定容积的的流动系统中培养微生物,一方面以一定速率加入新的培养基,另一方面又以相同的速率流出培养物(菌体和代谢产物)

连续发酵的优点:1)高效

2)产品质量较稳定

3)节约了大量动力、人力、水和蒸汽,且使水、汽、电的负荷均衡合理

连续发酵的缺点:1)菌种易退化

2)易污染杂菌 3)营养物质的利用率一般 同步生长:就是指在培养物中所有微生物细胞都同一生长阶段,并都能同时分裂的生长方式 同步培养法包括诱导法与选择法

诱导法:是采用物理、化学一男子使微生物生长到某一阶段而停下来,使所有细菌都达到这个阶段时再使其生长 恒浊器:根据培养器内微生物的生长密度并借光电控制系统来控制培养液流速,以取得菌体密度高,生长速度恒定的微生物细胞的连续培养

恒化器:与恒浊器相反,是一种设法使培养液流速保持不变 最高生长速率条件下进行生长繁殖的一种连续培养装置 装置

控制对象

培养基

培养基流速

生长速率

产物

应用范围

恒浊器

菌体密度(内控制)

无限制生长因子

不恒定

最高速率

大量菌体或与菌体平行的代谢产物

生产为主

恒化器

培养基流速(外控制)

有限制生长因子

恒定

低于最高速率

不同生长速率的菌体、并使微生物始终在低于其

实验室为主

五、防腐:是在某些化学物质或物理因子作用下防止或抑制微生物生长的一种措施,它能防止食物腐败或防止其他物质霉变 消毒:利用某种杀死或灭活物质或物体中所有微生物的一种措施,它可以起到防止感染或传播的作用

灭菌:利用某种方法杀死物体中包括芽孢在内的所有微生物的一种措施 第七章

1、病毒的特点:1)形态及其微小,一般能通过细菌滤器必须自电镜下才能观察

2)没有细胞构造,主要成分仅为核酸与蛋白质

3)每一种病毒致含有一种核酸

DNA和RNA 4)依靠自身的核酸进行复制,一病毒的核酸和蛋白质等原件实现装配,实现繁殖

5)严格细胞内寄生,缺乏完整的酶和产能系统,只能利用宿主细胞的现成的代谢系统合成病毒自身的核酸和蛋白质

6)在离体条件下,能以无生命力的大分子状态存在,并可长期保持器侵染力

7)对一般抗生素不敏感,但对干扰素敏感

8)有些病毒的基因可以整合到宿主的基因中去

2、病毒与活细胞的区别:1)结构简单,没有细胞结构

2)几乎所有的毒粒中只有DNA或RNA一种类型的核酸

3)在细胞外不能增殖

3、得到一步生长曲线的实验:二院培养系统:1)低浓度病毒宿主细胞(给几分钟时间侵染)2)高倍稀释病毒与细胞的培养物

3)保湿培养

4)不同时间取样,涂布平板,得到效价

5)以时间为横坐标,病毒浓度为纵坐标绘图

4、烈性噬菌体:感染宿主后增殖裂解宿主 溶原性噬菌体(温和性细菌):感染后大多数可整合到宿主基因中少数以染色体外独立存在

5、病毒分为真病毒和亚病毒,亚病毒又分为类病毒、卫星病毒、卫星RNA、朊病毒 类病毒:是一种只包含RNA的病毒,只在植物中出现,分质量极小,不能编码蛋白质 卫星病毒:寄生于与之无关的辅助病毒的基因产物的病毒 卫星RNA:是指必需依赖一些辅助病毒进行复制的小分子单链RNA,他们被包藏在辅助病毒的壳体中

朊病毒:是一类能引起哺乳动物亚急性海绵样脑病的病原因子 第八章

P204页Griffith转化实验等3个实验

基因组:是指位于细菌或细胞中的所有基因 大肠杆菌基因组的特点:1)遗传信息的连续性

2)功能相关的结构基因组成操纵子结构

3)结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝

4)基因组重复序列少而短

质粒:是一种独立于染色体外,能进行自主复制的细胞质遗传因子,主要存在于各种微生物中

转座子:是位于染色体或质粒上的一种能改变自身位置的DNA序列,广泛分布于原核和真核细胞中

质粒的主要类型:致育因子、抗性因子、Col质粒、毒性质粒、代谢质粒、隐秘质粒

致育因子:又称F质粒,其大小约100kb,这是最早发现的一种与大肠杆菌的有性生殖现象(结合作用)有关的质粒

抗性因子:是另一类普遍而重要的质粒,主要包括抗药性和抗重金属两大类,简称R质粒 Col质粒:该质粒含有编码大肠菌素的基因,大肠菌素是一种细菌蛋白,只杀死近缘且不含Col质粒的菌株,而宿主不受其产生的细菌素的影响

毒性质粒:致病菌中携带的能引起致病性的质粒,这些质粒具有编码毒素的基因 代谢质粒:携带有能降解某些基质的酶的基因的质粒

隐秘质粒:不显示任何表型效应,它们的存在只有通过物理方法检测出来 原核生物中对的转座因子有3种类型:插入顺序(IS)、转座子(Tn)、病毒(Mu)转座的遗传学效应:插入突变、产生染色体畸变、基因的移动和重排

基因突变:一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变包括一对或几对碱基的缺失、插入或置换,而导致的遗传变化

碱基变化对遗传信息改变的四种类型:同义突变,错义突变,无义突变,移码突变 同义突变:是指某个碱基的变化没有改变产物氨基酸序列的密码子变化

错义突变:是指碱基序列的改变引起了产物氨基酸的改变(可能为致死突变)无义突变:是指某个碱基的改变,使代表某种氨基酸的密码子变为蛋白质的合成的终止密码子,蛋白质的合成提前终止,产生短截的蛋白质

移码突变:由于DNA序列中发生1~2个核苷酸的缺失或插入,使翻译的阅读框发生改变,从而导致改变位置以后的氨基酸序列的完全变化(一般为致死突变)

表型变化的突变型:营养缺陷型,抗药性突变型,条件致死突变型,形态突变型 营养缺陷型:缺乏合成其生存所必需的营养物的突变型,只有从周围环境或培养基中获得这些营养或前体物才能生长 影印平板P218 抗药性突变型:是由于基因突变使菌株对某种或某几种药物,特别是抗生素产生抗性的一种突变型

条件致死突变型:是指在某一条件下具有致死效应,而在另一条件下没有致死效应的突变型 形态突变型:是指造成形态改变的突变型(包括菌落形态、颜色一件噬菌斑形态)

自发突变的缘由:1)NDA复制过程产生的错误

2)碱基互变异构体的相互转变

3)转座子的随机插入基因

自发突变的特性:1)非对应性

2)稀有性

3)规律性

4)独立性

5)遗传和回复

6)可诱变性

诱发突变:碱基类似物、插入染料、直接与DNA其化学反应的诱变剂、辐射和热、生物诱变因子

DNA损伤修复:光复活作用、切除修复、重组修复、SOS修复 光复活:由phr基因编码的光解酶进行

切除修复:又称暗修复,该修复系统除了碱基错误配对和单核苷酸插入不能修复外,几乎其他DNA损伤均可修复,是细胞内主要修复系统

重组修复:是一种越过损伤而进行的修复,这种修复不将损伤碱基除去

SOS修复:是DNA分子受到较大范围的重大损伤时诱导产生的一种应急反应 P226~227 高频重组菌等

转导:是由病毒介导的细胞间进行遗传交换的一种方式

供体DNA进入受体的命运:1)发生稳定的转导子

2)流产转导:即不被降解,又不被整合,也不被复制

3)外源DNA被降解,转导失败

遗传转化:是指同源或异源的游离DNA分子被自然或人工感受态细胞摄取,并得到表达的水平方向的基因转移过程

4个影响供体DNA与受体细胞间的最初相互作用:1)转化片段的大小

2)形态:双链DNA 3)浓度:在在临界值出现之前成正比

4)生理状态:感受器——刚停止DNA合成 微生物育种:诱变育种、代谢育种、体内基因组育种 代谢育种:改变代谢途径、扩展代谢途径、构建新的代谢途径 体内基因组育种:原生质体融合,杂交育种

融合子的判别:1)亲本遗传标记的互补的2)亲本灭活后性状的恢复

3)具有双亲本的荧光标记 第九章

顺式作用元件:位于基因的旁侧,可以调控影响基因表达的核酸序列。其本身并不编码蛋白质

反式作用因子:通常为蛋白质或RNA,其特征是可以合成并扩散到目标场所发挥作用 正调控:控制因子通过与启动子原件结合来激活基因的表达 负调控:抑制物与操纵基因结合起来阻止基因表达 P248 操纵子的结构

P249图

P250 图

启动子:是RNA聚合酶和CAP的结合位点,控制着转录的起始,一个启动子可以启动多个基因的表达

操纵基因:DNA上的一个结合位点,阻抑物能与之结合抑制相邻启动子的起始转录,操纵基因不表达任何东西 终止子:控制转录结束

转录因子:转录起始过程中RNA聚合酶所需要的辅助因子

转录水平的调控:1)DNA的结构

2)RNA聚合酶的功能

3)蛋白质因子及其他小分子配基的相互作用

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