华北理工水处理生物学教案03细菌的生理特性1

1、课程名称：水处理生物学 第 3 讲次，总 16 讲摘 要授课题目（章、节）第2章 细菌的生理特性第一节 细菌的营养本讲目的要求及重点难点：【目的要求】l 细菌细胞化学组成及其各组分的生理功能；l 细菌的营养类型；l 培养基的类型及制备；l 营养物质吸收与运输类型。【重 点】理解与掌握、区分四种细菌营养类型。【难 点】理解区分四种细菌营养类型，培养基的作用及应用内 容【本讲课程的引入】细菌存在于自然界中，我们怎么才能够培养、利用这些微生物呢？我们可以通过微生物的细胞组成，了解细菌的营养，从而配制微生物培养基。【本讲课程的内容】2.1 细菌的营养新陈代谢：微生物从外界环境中不断地摄取营养物质，经过一系列的生物化学反应，转变为细胞的组成部分，同时产生的废物排泄到体外，这一过程称为新陈代谢。新陈代谢的第一步就是摄取营养，所需的营养物质的种类和数量要根据微生物细胞的化学组成元素比例及生理特性而定。细菌的营养是指吸取生长所需的各种物质并进行代谢生长的过程。2.1.1 细菌细胞的化学组分及生理功能（1）细菌细胞的化学组成不同细菌的细胞化学组分不同，同一种细胞不同生长阶段，化学组分不同。（2）水分及其

2、生理功能水分是最重要的组分之一，是不可缺少的化学组分。水在细胞体内以两种形式存在：自由水，结合水。采用高温（105）干燥、低温真空干燥和红外线快速烘干等方法将细胞干燥至恒重即为干重。水的生理功能：l 溶剂作用，所有物质必须先溶于水，才可参与各种生化反应l 参与生化反应l 运输物质的载体l 维持和调节一定的温度（3）无机盐的生理功能主要指细胞内的一些金属离子盐类，如P, S, Na, K, Mg, Fe生理功能：l 构成细胞的组成成分l 酶的组成成分l 酶的激活剂l 维持适宜的渗透压l 自养型细菌的能源（4）碳的生理功能凡是提供细胞组分或代谢产物中碳元素来源的各种营养物质称为碳源，分为有机碳源和无机碳源。碳可以占到细胞干重的一半。作用：提供细胞骨架和代谢物质中碳素的来源及生命活动所需要的能量。（5）氮源的生理功能氮源物质为微生物提供氮素来源。这些物质主要用来合成细胞中的含氮物质，一般不作为能源。只有少数自养型微生物能利用铵盐、硝酸盐同时作为氮源和能源。作用：提供细胞新陈代谢所需要的氮素合成材料，极端情况下如饥饿状态，氮源也可为细胞提供生命活动所需的能量。（6）生长因子growth fac

3、tor生长因子指那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能够合成或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物。根据生长因子的化学组分不同可分为：氨基酸类，嘌呤、嘧啶类，维生素类。（7）营养物质对细菌生长的影响l 不同的细菌营养要求不同，一般细菌细胞的分子式可以用C5H7NO2或C60H87O23N12P，真菌C10H17NO6，藻类C5H8NO2 ，原生动物C7H14NO3；l 不同生长条件，同一细菌的营养要求也不同。l 采用生物法处理生活污水，营养物质要求C（BOD）：N：P=100：5：1。l 污水处理中，营养物质不平衡会导致处理效果变差2.1.2 细菌的营养类型自然界中几乎所有的物质都可以被细菌利用，有的可以利用有机物作为营养物质，有的需要利用无机物作为营养来源，我们有必要对各种微生物利用的营养物质进行分类，确定其类型。碳源是微生物必须的营养物质，微生物利用无机碳（CO2、CO32-）或者有机碳（碳氢化合物）作为合成细胞物质来源的称为自养异养。细菌在合成代谢过程中需要能量，能量来源于光能氧化有机物或无机物，能量来源成为光能化能 。（1）光能自养需要阳光作为能源，依靠体内的

4、光合作用色素（叶绿素、类胡萝卜素），利用二氧化碳和水合成自身细胞物质。有蓝绿细菌、真核藻类等。绿色细菌：（2）化能自养型代谢分解代谢化能自养微生物不具有色素，不能进行光合作用，合成有机物所需的能量来自氧化H2S、S、NH3等，通过氧化磷酸化产生ATP，合成细胞物质。有硝化细菌、铁细菌、硫细菌等。硝化细菌：（3）化能异养型代谢利用有机碳源作为生长所需的碳源和能源，合成细胞物质。多数微生物都属于化能异养型。（4）光能异养型代谢微生物以光源作为能源，以有机物作为供氢体还原CO2，合成自身细胞物质。红螺菌：2.1.3 培养基培养基是指人工配制的适合不同细菌生长繁殖或积累代谢产物的营养物质。（1）培养基配制的一般原则：l 根据不同细菌的营养需要配制不同培养基l 注意各种营养物质的浓度及配比l 调节适宜的pH值l 考虑加入生长因子l 培养基应物美价廉（2）培养基的制备方法适量水分加入各种营养组分、无机盐加入凝固剂调节pH值加入生长因子或指示剂高压蒸汽灭菌冷却放置备用（3）培养基的分类-根据微生物的种类细菌培养基常见的有营养琼脂培养基放线菌培养基高氏一号霉菌培养基察氏培养基（4）培养基的分类-根据培

5、养基的成分合成培养基天然培养基半合成培养基（5）培养基的分类-根据培养基的状态固体培养基液体培养基半固体培养基（6）培养基的分类-根据培养基的用途l 基本培养基除少数几种外，大部分微生物需要的营养基本相同。可以按照基本营养成分配制成一种培养基，称为基本培养基。当培养某一具体微生物时，可在基本培养基中根据微生物的需要，加入所需的物质。l 选择培养基对于自然混杂的微生物，为分离某一种微生物，可以根据其营养要求，配制出适合它生长而不利于其他微生物生长的培养基。l 鉴别培养基根据微生物的代谢特点，通过指示剂的显色反应，用以鉴别不同微生物的培养基。伊红-美兰培养基：伊红为酸性染料，美兰为碱性染料，当微生物发酵乳糖时，能使伊红和美兰结合形成黑色化合物。l 加富培养基在基本培养基中加入血、血清、动（植）物组织液或其他营养物质的培养基。用来增加所要分离的微生物的数量，使其形成生长优势。石油脱蜡酵母菌增殖培养基（7）两种培养基水样的细菌总数（TBC）采用国家环保局水和废水标准检验法91中的方法，以营养琼脂为培养基，于37培养24h，计数能够生长的细菌。营养琼脂培养基成分为：蛋白胨10g，牛肉浸膏3g，氯

6、化钠5g，琼脂15g，蒸馏水1000mL。 异养菌平板计数（Heterotrophic Plate Counting，HPC）是采用R2A培养基，2028培养7d，计数能够生长的异养菌。R2A培养基成分为：酵母浸膏（Yeast extract）0.5g，聚合蛋白胨（Polypeptone or proteose peptone No.3）0.5g，酸水解酪素（Casamino acids）0.5g，葡萄糖（Glucose）0.5g，可溶性淀粉（Soluble starch）0.5g，K2HPO4 0.3g，MgSO47H2O 0.05g，丙酮酸钠（Sodium pyruvate）0.3g，琼脂15g，超纯水1000mL。2.1.4 营养物质的吸收与运输由于细胞膜及其半透性的存在，各种营养物质并不能自由地透过和进出细菌细胞，它们必须通过特殊的吸收和运输途径才能进入到细胞内部参与生化代谢反应，因此营养物质的吸收和运输是很重要的一个环节。类型运输动力特点营养物质备注被动扩散各种营养物质浓度差各种营养物质顺浓度差进行、不耗能、物质分子结构不变水、气体不是主要途径促进扩散浓度差，藉助蛋白质顺浓度差进行、不耗能、选择性、物质分子结构不变红细胞和酵母菌中糖的运输主动运输载体蛋白可以逆浓度差、耗能、物质分子结构不变进入细胞内的氨基酸、糖等主要途径基团转位载体蛋白耗能、分子结构变化进入细胞内的糖等外细菌细胞内【本讲课程的小结】本讲主要介绍了细菌细胞内的各种化学组分及其生理功能，并介绍了细菌的营养类型以及营养物质运输的类型。【本讲课程的作业与复习】1）课下注意复习四种营养类型加以区分。2）作业名词解释光能自养、光能异养、化能自养、化能异养，革兰氏染色法、荚膜、芽孢

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