第六章 微生物的生理特性 第一节 微生物的营养 第二节 酶及其作用 第三节 微生物的代谢 第四节 环境因素对微生物生长的影响 1

第一节 微生物的营养 一、微生物细胞的化学组分及生理功能 二、微生物的营养类型 三、培养基 四、营养物质的吸收和运输 2

第一节 微生物的营养 营养/营养作用（nutrition） 营养物（nutrient） 从外部环境摄取其生命活动所需要的各种物质和能量，并进行代谢生长的生理过程。 营养为一切生命活动提供了必需的物质基础。它是代谢的基础。有了营养才有代谢、生长、繁殖，并产生有益的代谢物。 营养物（nutrient） 具有营养功能的物质。在微生物学中营养物还常包括光能这种非物质形式的能源在内。 3

第一节 微生物的营养 一、微生物细胞的化学组分及生理功能 水母：95% 1、化学组成： 西瓜：92% 人体: 50~60% 水 70~90% 水 70~90% 碳水化合物 蛋白质 脂肪 DNA, RNA等 维生素 细胞质量 (湿重) 有机物：90% 干物质：10~30% 无机盐（灰分）10% 4

第一节 微生物的营养 几点注意： 不同的微生物其细胞化学成分组成也不同。 同一种微生物在不同的生长阶段其化学成分也有差异。 但在正常情况下，各类微生物细胞的成分是相对稳定的。 微生物的营养物质： 元素水平：C、H、O、N、S、P 营养水平：水、无机盐、碳源、氮源、生长因子、能源 5

人体的平均元素组成 元素及其百分比（％） 小计 大量元素 O 65.0 C 18.0 H 10.0 N 3.0 96% 主要无机元素 Ca 1.5 P 1.0 K 0.35 S 0.25 Na 0.15 Cl 0.15 Mg 0.05 3.45% 微量元素 Fe, Mn, I, F, Co, Zn, Mo, Se 0.55% 痕量元素 Li, Si, Al, Pb, As, B, V, Br <0.01% 6 栄養士養成講座､生化学より

第一节 微生物的营养 2、各化学成分的生理功能 1) 水 自由水 细胞中的水 结合水 溶剂作用：所有物质须先溶于水，才能参与 各种化学反应。 污泥脱水：污泥处理的重要环节 结合水 溶剂作用：所有物质须先溶于水，才能参与 各种化学反应。 参与生化反应：脱水、加水反应等。 水的生理功能 运载物质的载体 维持和调节一定的温度 作为还原剂（蓝细菌）：还原CO2 7

第一节 微生物的营养 2) 无机盐（mineral salts）： 作用：提供C、N以外的各种重要元素，主要是P、S和一些金属离子。 大量元素（macroelement）：生长所需浓度在10－3~10－4 mol/L范围 如：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe等 微量元素（microelement）：生长所需浓度在10－6~10－8 mol/L范围 如：Cu、Zn、Ni、Co、Mo、Mn等 注意：不同的微生物对无机盐的需求浓度也不同。 8

第一节 微生物的营养 无机盐的主要生理功能： 细胞的组成成分：P、S、Ca、Mg、Fe等。 酶的激活剂：Mg2+、K+、Cu2+、Mn2+ 渗透压的维持（Na+、Cl-、K+…） 化能自养菌的能源（S、Fe2+、NH4+、NO2－…） 无氧呼吸时的氢受体（NO3－、SO42－…） 9

无机元素（除碳、氮源外）的来源和功能 P KH2PO4、K2HPO4 S MgSO4 K Na NaCl Ca Ca(NO3)2、CaCl2 人为提供形式 生理功能 P KH2PO4、K2HPO4 核酸、磷酸和辅酶的成分 S MgSO4 含硫氨基酸（半胱氨酸、甲硫氨酸等）的成分含硫维生素（生物素、 硫氨素等）的成分 K 某些酶（果糖激酶、磷酸丙酮酸转磷酸酶等）的辅因子；维持电位差和渗透压 Na NaCl 维持渗透压；某些细菌和蓝细菌所需 Ca Ca(NO3)2、CaCl2 某些胞外酶的稳定剂、蛋白酶等的辅因子；细菌形成芽孢和某些真菌形成孢子所需 Mg 固氮酶等的辅因子；叶绿素等的成分 Fe FeSO4 细胞色素的成分；合成叶绿素、白喉毒素和氯高铁血红素所需 Mn MnSO4 超氧化物歧化酶、氨肽酶和L-阿拉伯糖异构酶等的辅因子 Cu CuSO4 氧化酶、酪氨酸酶的辅因子 Co CoSO4 维生素B12复合物的成分；肽酶的辅因子 Zn ZnSO4 碱性磷酸酶以及多种脱氢酶、肽酶和脱羧酶的辅因子 Mo (NH4)6Mo7O24 固氮酶和同化型及异化型硝酸盐还原酶的成分 10

第一节 微生物的营养 3) 碳源（carbon source） 哪种有机物较最适合作有机碳源？ 含CHO的有机物较适合作有机碳源。 定义：能提供微生物营养作用所需的碳元素的营养源。 作用：提供细胞骨架、代谢物质中的碳元素的来源，以及生命活动所需要的能源。 有机碳源：脂肪、糖类、蛋白质、有机酸、烃类 碳源 无机碳源： （CO2、HCO3－、CO32－） 哪种有机物较最适合作有机碳源？ 含CHO的有机物较适合作有机碳源。 11

第一节 微生物的营养 4) 氮源（nitrogen source） 定义：能提供微生物所需氮元素的营养源称氮源。 作用：提供细胞的合成材料。在极端情况下（e.g.饥饿情况下）也可提供能量。 NCHO化合物：氨基酸、蛋白质、尿素 有机氮 NCHOX化合物：复杂蛋白质、核酸 氮源 NH3、NH4+（NH化合物） 无机氮 NO3－（NO化合物） N2（N化合物） 12 （异养微生物）易利用顺序：NCHO≈NCHOX＞NH＞NO>>N

第一节 微生物的营养 氨基酸自养型微生物：能把非氨基酸类氮源自行合成为所需要的氨基酸的微生物称为“氨基酸自养型微生物”。 氨基酸异养型微生物：只能从外界吸收现成的氨基酸作氮源的微生物称“氨基酸异养型微生物”。 核酸的合成原料 磷源：能提供微生物所需磷元素的营养物质：磷酸盐。 硫源：S2－、So、SO42－ 13

第一节 微生物的营养 5) 生长因子（growth factor） 定义：在生长过程中不能自身合成，同时又是正常代谢所必需的须由外界供给的微量营养物质。 生长因子的需要量一般很少。 氨基酸类 常见的生长因子 嘌呤、嘧啶类 维生素类 生长因子自养型微生物： 不需要提供生长因子的微生物称“生长因子自养型微生物”（如：E.coli）。 14

第一节 微生物的营养 生长因子自养型微生物 微生物的分类 （根据生长因子的需求性） 生长因子异养型微生物 生长因子过量合成微生物 生长因子的来源： 某些细胞或组织的提取液中常含有丰富的生长因子。 酵母膏（yeast extract） 玉米浆（corn steep liquor） 肝浸液（liver infusion） 麦芽汁（malt extract） 15

第一节 微生物的营养 几种细菌所需要的维生素 维生素 细菌种类 硫胺素（B1） 核黄素 (B2) 烟酸 (B3) 吡哆酸（B6） 生物素 维生素K Bacillus anthracis (炭疽芽孢杆菌) Clostridium tetani (破伤风梭菌) Brucella abortus (流产布鲁氏杆菌) Lactobacillus spp. (各种乳酸杆菌) Leuconostoc mesenteroides (肠膜状明串珠菌) Proteus morganii (摩氏变形杆菌) Leuconostoc dextranicum (葡聚糖明串珠菌) Lactobacilla spp. Bacteroides melaninogenicus (产黑素拟杆菌) 16

第一节 微生物的营养 6) 能源（energy source） 定义：能为微生物的生命活动提供能量来源的营养物或辐射能。 有机物（同碳源） 化学物质 无机物（还原态无机物如：NH4+、NO2－、S、H2S、H2、Fe2+等） 能源 一些微生物（都是细菌）能氧化还原态无机物而从中获得能量。如： 硝酸细菌、亚硝酸细菌、硫化细菌、硫细菌、氢细菌、铁细菌 光能量 17

第一节 微生物的营养 微生物利用废水中营养物质的基本规律 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。 注意：易处理污水与难降解污水的混合生物处理。 18

第一节 微生物的营养 几点注意： 不同的微生物，营养要求不同。 不同的生长条件，同一微生物的营养要求也会不同。 微生物的代谢能力强，可利用的化合物种类很广。 自然界中所有物质几乎都可以被这种或那种微生物所利用。甚至一些有毒有害的有机物。 e.g. H2S、酚、HCN、Cr6+等。 19

第一节 微生物的营养 各种营养元素之间往往有一定的比例关系。 e.g. 土壤中许多微生物要求 C：N=25：1 营养均衡 各种营养元素之间往往有一定的比例关系。 e.g. 土壤中许多微生物要求 C：N=25：1 废水生物处理中要求 好氧处理 BOD:N:P=100:5:1 厌氧处理 BOD:N:P=200:5:1 有些微生物在利用易被吸收利用物质的同时，能利用难降解的化合物。 微生物的共代谢等。 20

第一节 微生物的营养 活性污泥微生物对营养物质的需求 微量营 养物质 参考需求量范围 （mg/L） 参考需求量范围（mg/L） 维生素B1 0-1.2 Ca 0.4-1.4 维生素B2 0-2.0 Mg 0.5-5.0 维生素B3 0.01-2.0 Fe 0.1-0.4 维生素B5 0-1.0;0-10 Zn 0.1-1.00 维生素B6 0-10 Cu 0.01-0.05 维生素B12 0-0.005 Co 0.1-5.0 维生素H 0-0.05 Mn K 0.8->3.0 Mo 0.1-0.7 Na 0.5-2.0 Al 21

第一节 微生物的营养 某毛纺废水中的微量金属含量 微量金属 废水中的含量(mg/L) 需求量参考范围（mg/L） Ca 4.34-17.20 0.4-1.4 K 2.39-3.68 0.8->3.0 Na 120.59-227.8 0.5-2.0 Mg 2.07-5.48 0.5-5.0 Fe 0.054-0.16 0.1-0.4 Mn 0.008-0.011 0.01-0.05 Cu 0.002-0.015 Al 0.027-0.075 Zn 0.0042-0.016 0.1-1.00 Mo 0.003-0.017 0.1-0.7 Co <0.001-0.012 0.1-5.0 22

（对单位污泥COD去除速率的影响（12h-24h）） 第一节 微生物的营养 Zn对某毛纺废水生物处理速率的影响 （对单位污泥COD去除速率的影响（12h-24h）） 23

第一节 微生物的营养 微量营养物质组合对某毛纺废水生物处理中COD降解速率的影响 24

微生物和动物、植物营养要素的比较 生物类型 营养要素 动物 （异养） 微生物 绿色植物 （自养） 异养 自养 碳源 糖类脂肪 糖、醇、有机酸等 二氧化碳、碳酸盐等 氮源 蛋白质或其降解物 蛋白质或其降解物、有机氮化物、无机氮化物、氮 无机氮化物、氮 无机氮化物 能源 与碳源同 氧化无机物或利用光能 利用日光能 生长因子 维生素 一部分需要维生素等生长因子 不需要 无机元素 无机盐 水分 水 25

第一节 微生物的营养 二、微生物的营养类型 化能营养（chemotroph） 能在只含无机物的环境中生长繁殖的微生物 按能源分 光能营养（phototroph） C源： CO2、HCO3－ N源： NO2－ 、NH4+ H源： H2S、H2O 自养型（autotroph） 按碳源分 异养型（heterotroph）：需要有机物才能生长的微生物 26

微生物营养类型的分类 分类标准 营养类型 1.以能源分 光能营养型（phototroph） 化能营养性(chemotroph) 2.以氢供体分 无机营养型(lithotroph) 有机营养型(organotroph) 3.以碳源分 自养型(autotroph) 异养型(heterotroph) 4.以合成氨基酸能力分 氨基酸自养型(amino acid autotroph) 氨基酸异养型(amino acid heterotroph) 5.以生长因子分 原养型(prototroph)或野生型(wild type) 营养缺陷型(auxotroph) 6.以取食方式分 渗透营养型(osmotroph) 吞噬营养型(phagocytosis) 7.以取得死或活有机物分 腐生(saprophytism) 寄生(parasitism) 27

第一节 微生物的营养 根据能源和碳源的不同，微生物的营养类型可分为四大类： 光能自养型 光能异养型 营养类型 化能自养型 化能异养型 根据营养类型，微生物亦可为四大类 28

第一节 微生物的营养 1、光能自养微生物： 含有光合色素、能进行光合作用。 利用CO2合成细胞所需的有机物。 进行光合作用时从H2S（或H2O）获氢。 e.g. 绿色细菌、紫硫细菌、绿硫细菌、蓝细菌 CO2+2H2S 光能 菌绿素 [CH2O]+H2O+S2 有机碳化物 不放出氧 注意：蓝细菌从水中的光解中获得氢，用于还原CO2。 CO2+H2O 光能 叶绿素 [CH2O]+O2 放出氧 29

第一节 微生物的营养 2、光能异养微生物 能进行光合作用（不产生氧气） 不能以CO2作为唯一或主要碳源（利用简单的有机物作碳源）。 这些菌一般都需要生长因子。 此类菌很少，如红螺菌中的一些细菌：紫色无硫细菌等 30

第一节 微生物的营养 3、化能自养微生物 能氧化特定的还原态无机物（如 S、Fe2+、NH4+ 、H2S、H2 ），利用其中的化学能还原CO2合成有机化合物。 e.g. 硝化菌、硫化菌、铁细菌、氢细菌、硫磺细菌 2NH3+2O2 2HNO2+4H+619.6kJ CO2+4H+ [CH2O]+H2O 化能自养菌的专一性很强，一种细菌往往只能氧化某一种特定的无机物（如：硝化菌、铁细菌等） 比光能自养菌分布广，在自然界中的N、P、S、Fe转化过程中起重要作用。 31

第一节 微生物的营养 4、化能异养微生物 利用有机物作为碳源和能源。 大部分细菌和所有的真菌都属于这种类型。 腐生：从死的有机残体中获得营养而生活。（占大多数） 在自然界的物质转化中起着决定性的作用。 寄生：生活在活的生物体中。 32

微生物的营养类型（小结） 营养类型 能源 氢供体 基本碳源 实例 光能自养型 光 无机物 CO2 紫硫细菌、绿硫细菌、蓝细菌、藻类 光能异养型 有机物 CO2及简单有机物 红螺菌科的细菌（即紫色无硫细菌） 化能自养型 无机物* 硝化细菌、硫化细菌、铁细菌、氢细菌、硫磺细菌等 化能异养型 绝大多数细菌和全部真核微生物 *NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+等。 33

第一节 微生物的营养 三、培养基（medium, culture medium） 1、定义： 人工配制的适合微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养物质。 培养基的配制原则和注意事项： 含微生物所需要的六大营养要素。 明确目的，不同细菌、不同目的需要配制不同的培养基。 营养协调，注意各种营养物的浓度和配比： 在水处理中一般应注意进水中BOD5：N：P的比值为100：5：1，C:N=200：1~10：1 厌氧处理： BOD5：N：P的比值为200：5：1。 34

根据微生物细胞收率及活性污泥微生物平均元素组成估算BOD去除所需的氮源 第一节 微生物的营养 根据微生物细胞收率及活性污泥微生物平均元素组成估算BOD去除所需的氮源 活性污泥微生物平均分子组成为C5H7NO2 分子量：12×5+7+14+16×2=113 碳组成比：0.53（重量比） N组成比：0.12 1g BOD 0.5g 菌体 0.5g 菌体中的氮含量：0.5×0.12=0.06 ∴BOD：N= 1： 0.06＝ 100：6 (与100：5接近) 35

第一节 微生物的营养 在大多数化能异养微生物的培养基中，各要素间在量上的比例大体符合以下10倍递减规律： 水＞ C+能源＞N源＞P、S＞K、Mg＞生长因子 10－1 10－2 10－3 10－4 10－5 10－6 单位：mol 物理化学条件适宜（pH、渗透压、氧化还原电位） 考虑生长因子。 经济节约，物美价廉。 36

第一节 微生物的营养 培养基的配制方法： 生态模拟：肉汤、米饭、肥土 查阅文献。 实验研究（各项因素的比较、反复的实验）。 一旦配成须全部进行灭菌，否则会引起杂菌污染，并破坏固有的组成和性质。 37

水处理中的废水也可看作是一种广义的液体培养基 第一节 微生物的营养 2、培养基的分类 固体培养基（solid medium）：用于微生物的分离、鉴别、选种、计数等（如2%琼脂、滤膜、米糠、木屑）。 按物理状态分 半固体培养基（semi-solid medium） 液体培养基（liquid medium）：主要用于生理及代谢研究、获得大量菌体等，在生产实践上绝大多数都采用此类培养基。 水处理中的废水也可看作是一种广义的液体培养基 38

第一节 微生物的营养 天然培养基（complex medium ; undefined medium） 化学成分不明确且不稳定；取材方便、营养丰富、种类多、配制容易 按培养基组成分 合成培养基/组合培养基（synthetic medium/defined medium） 成分精确，重复性好，但价格较贵，制作繁琐 半合成培养基 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 39

配置天然培养基用的几种原材料的特性 原材料 牛肉膏 (beef extract) 蛋白胨 (peptone) 酵母膏 制造特点 营养价值 牛肉膏 (beef extract) 瘦牛肉加热抽提并浓缩而成的膏状物 富含水溶性动物组织的营养物，如糖类、有机含氮物、水溶性维生素和无机盐等 蛋白胨 (peptone) 由酪素或明胶等蛋白质经酸或酶（胰蛋白酶、胃蛋白酶或木瓜蛋白酶等）水解而成。因蛋白质来源和水解方式不同，可以获得不同特性的产品 是营养丰富的基本有机氮源，其中可能还含有若干维生素和糖类。如胰酶水解的酪蛋白约含总氮12.9%，氨基氮6.6% 酵母膏 (yeast extract) 由酵母细胞水提取物浓缩而成的膏状物，还可制成粉末型商品 富含B族维生素，也含丰富的有机氮和碳化物 琼脂(agar) 从某些海藻（有十几种红藻）中加热提取出来的复杂糖类 配置固体培养基最常用的凝固剂，无营养价值 甘蔗糖(cane-sugar molasses) 制糖厂除去糖结晶后的下脚废液，棕黑色 约含蔗糖32%，其他糖30%，含氮物3%，有机物7%，灰分15%，水分13% 甜菜糖蜜(beet-sugar molasses) 同上 约含蔗糖50%，其他有机物20%，灰分9.5％，水分20% 40

酵母膏中的维生素和氨基酸含量 维生素 氨基酸 种类 含量（μg/g） 含量(%) B1 B2 烟酸 泛酸 吡哆醛 叶酸 肌醇 胆碱 生物素 对氨基苯甲酸 B12 18-14 18-150 300-1250 20-100 25-35 5-10 1000-1700 1000-2000 0.5-1.0 6 0.01 丙氨酸 精氨酸 天冬氨酸 胱氨酸 谷氨酸 甘氨酸 组氨酸 异亮氨酸 酪氨酸 亮氨酸 赖氨酸 3.4 2.0 4.5 0.45 6.7 2.3 1.2 1.6 3.0 3.5 甲硫氨酸 苯丙氨酸 脯氨酸 丝氨酸 苏氨酸 色氨酸 缬氨酸 0.7 1.7 0.5 2.5 41

组合培养基中葡萄糖和一些无机盐的含量 成分 含量 葡萄糖 10.0g 1.0g 0.5g 0.2g 0.01g 蒸馏水 1000ml 微量元素混合液* 1ml *包括痕量元素。其成分为：Mn、Mo、Zn、Cu、Co、Ni、V、B、Cl、Na、Sr、Si和Wo等。 42

第一节 微生物的营养 按培养基用途分 选择性培养基（selected medium） 鉴别培养基（differential medium） 按某微生物的特殊营养要求设计的培养基，可使该微生物 得到选择性的生长和分离，抑制其他微生物的生长，从 而提高微生物的分离效果。 按培养基用途分 加入所需营养物（常用于微生物的筛选） 制备方法 加入其他菌的抑制物质（常用于微生物的计数） 鉴别培养基（differential medium） 加富培养基（enriched medium） 人为加入所需的营养物质，从而促进微生物的大量繁殖。 主要用于菌的富集培养。e.g. 苯、甲苯降解菌的培养等。 43

用于选择性培养基的若干抑制剂 选择对象 抑制剂及其用量（μg/ml） 抑制对象 一般细菌 四环素（200） 四环素（100） 放线菌酮（20） 放线菌酮（50） 放线菌酮（100） 放线菌酮（200） 真菌素（Cabicidin)(100) 黑曲霉、酵母 酱油曲霉、根霉 酵母 酱油曲霉 根霉 黑根霉 酱油曲霉、酵母 G+细菌 多粘菌素B(5) G-细菌 青霉素（1） 乳酸菌 山梨酸（0.2%,pH6) 叠氮化钠（Na3N) (0.005%,pH7) 真菌素（20） 芽孢杆菌 曲霉 肠道杆菌 胆汁酸（1.15~5mg/l) 微球菌 山梨酸（0.2%) 44

续上表 选择对象 抑制剂及其用量（μg/ml） 抑制对象 放线菌 放线菌酮（50） 制霉菌素（50） 丙酸钠（4mg/ml) 霉菌 酵母 丙酸钠（0.2%) 丙酸钠（0.1~0.15%） CuSO4·5H2O(0.05%,pH8.3) 四环素（50） 氯霉素（20） 链霉素（20~100） 青霉素 (50) 金霉素 （100） 真霉素（200） 曲霉，根霉，杆菌 青霉，微球菌，醋酸菌 乳酸菌，乳链球菌 细菌 氯霉素（100） 青霉素（20） 链霉素（40） 青霉素（100） 氯霉素（50）+放线菌（10） 细菌，酵母 45

第一节 微生物的营养 按培养基用途分类 选择性培养基（selected medium） 鉴别培养基（differential medium） 按某微生物的特殊营养要求设计的培养基，可使该微生物 得到选择性的生长和分离，抑制其他微生物的生长，从 而提高微生物的分离效果。 按培养基用途分类 加入所需营养物（常用于微生物的筛选） 方法 加入其他菌的抑制物质（常用于微生物的计数） 鉴别培养基（differential medium） 加富培养基（enriched medium） 人为加入所需的营养物质，从而促进微生物的大量繁殖。 主要用于微生物的富集培养。e.g. 苯、甲苯降解菌的培养等。 46

第一节 微生物的营养 四、营养物质的吸收与运输 1、 营养物质需进入细胞内才能被利用，代谢物也需要及时地排除，营养物质是怎样通过细胞壁和细胞膜进入细胞的呢？ 2、 据目前所知，细胞壁在营养物质运输上不起主要作用，仅简单的排阻分子量过大的溶质进入。一般是分子量大于600道尔顿。 3、 细胞膜是控制营养物进入和代谢物排出的主要屏障。 一般认为细胞膜以四种方式控制物质运输： 单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团转位 47

第一节 微生物的营养 物理扩散 1、单纯扩散（single diffusion）/被动扩散（passive diffusion） 高浓度向低浓度方向扩散、不耗能量 物理扩散 主要是水分和一些小分子（O2、CO2、CH3OH、甘油、某些氨基酸） 不能将稀薄溶液中的溶质进行逆浓度梯度的运输。 没有特异性。 膜外 膜内 细胞质 溶质 48

第一节 微生物的营养 促进扩散模式图 2、促进扩散（facilitated diffusion） 膜外 膜内 细胞质 溶质 恢复 原构象 再循环 结合 构象改变 载体 移位 49

第一节 微生物的营养 2、促进扩散（facilitated diffusion） 由高浓度向低浓度方向扩散，不耗能量，与单纯扩散相似。 借助细胞膜上的一种蛋白为载体进行（特异载体蛋白）须有能与之结合的蛋白，因此有选择性。 此蛋白称载体蛋白，又因为与酶极相似，又称为渗透酶。 e.g. SO42－、PO43－、糖等非脂溶性物质。 不能进行逆浓度梯度的运输。 运送速度比单纯扩散快（多见于真核微生物）。 50

第一节 微生物的营养 主动运送模式图 3、主动运输（active transport） 膜外 膜内 细胞质 溶质 载体 再循环 恢复 原构象 结合 移位 构象改变 ATP ADP+Pi 51

第一节 微生物的营养 3、主动运输（active transport） 借助特异性载体蛋白运输、需要能量。 与促进扩散类似，但它需要能量 借助特异性载体蛋白运输、需要能量。 是吸收营养物质的主要机制，Na、K、糖类等。 可逆浓度梯度进行运送。 溶质的分子结构不发生变化。 52

第一节 微生物的营养 4、基团移位（group translocation） 步骤： 膜内 膜外 细胞质 S －P Enz2 S Enz2 S Enz2 －P HPr 丙酮酸 P－EP（磷酸稀醇式丙酮酸） Enz1 S Enz2 HPr 步骤： 膜内侧HPr(热稳定蛋白)在酶Ⅰ作用下形成[HPr-磷酸](激活) 在膜外基质被渗透酶带到细胞膜内，在酶Ⅱ作用下，被[HPr-磷酸]磷酸化形成[S-磷酸]。 53

第一节 微生物的营养 参与基团移位的化合物： 4、基团移位（group translocation） 酶Ⅰ： 非特异性酶，一种可溶性的细胞质蛋白。 酶Ⅱ：结合在细胞膜上的一类酶，对底物有特异性选择作用 高能磷酸的载体—热稳定蛋白（Heat-stable carrier protein ；HPr）。一种低分子量的可溶性蛋白质。 54

第一节 微生物的营养 4、基团移位（group translocation） 与主动运输相似，需特异性载体蛋白，耗能。但运输前后溶质分子发生变化（蛋白与溶质发生反应）。 主要运输葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、脂肪酸等。 主要依靠磷酸转移酶系统。 厌氧菌、兼性厌氧菌、光合菌一般用基团移位方式吸收糖、糖醇等 严格的好氧菌不存在这种方式。 55

四种运送营养物质方式的比较 比较项目 单纯扩散 促进扩散 主动运输 基团移位 特异载体蛋白 运送速度 溶质运送方向 平衡时内外浓度 运送分子 能量消耗 运送前后溶质分子 载体饱和效应 与溶质类似物 运送抑制剂 运送对象举例 无 慢 由浓至稀 内外相等 无特异性 不需要 不变 无竞争性 H2O、CO2、O2、甘油、乙醇、少数氨基酸、盐类、代谢抑制剂 有 快 特异性 有竞争性 SO42-、PO43-;糖（真核生物） 由稀至浓 内部浓度高得多 需要 氨基酸、乳糖等糖类，Na+、Ca2+等无机离子 改变 葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、核苷、脂肪酸等 56

第二节 酶及其作用 一、酶的命名和分类 二、酶的作用特性 温度、pH值和基质浓度的影响 米式方程 自学 57

第六章 第三节 微生物的代谢 一、微生物的新陈代谢 二、呼吸作用的本质 三、微生物的呼吸类型 58

第三节 微生物的代谢 一、微生物的新陈代谢（代谢的概念） 代谢的功能： 新陈代谢（metabolism）：营养物质在生物体内所经历 的一切化学变化的总称。 生命活动的基础，靠生物催化剂—酶来催化 代谢的功能： 从周围环境中获得营养物质； 将外界引入的营养物质转变成自身需要的结构元件，即大分子的组成前体； 将结构元件装配成自身的大分子，如蛋白质、核酸等； 形成或分解生物体特殊功能所需的生物分子； 提供生命活动所需的一切能量。 59

第三节 微生物的代谢 物质代谢：物质变化的过程，它常伴随着能量 的消耗或产生。 代谢 能量代谢：能量的产生、变换过程。 是从能量的角度看物质代谢，两者是不可分的（单说代谢时通常指物质代谢）。 60

“高山滚石” 第三节 微生物的代谢 大分子、 复杂分子 小分子、 简单分子+ATP 分解代谢（catabolism/dissimilation）/异化作用 大分子分解成小分子的过程，伴有能量产生 物质代谢 合成代谢（anabolism/assimilation） /同化作用 小分子合成大分子的过程，需要能量 大分子、 复杂分子 异化（分解代谢酶） 小分子、 简单分子+ATP 同化（合成代谢酶） 不是简单的可逆反应，酶和中间反应都不同 “高山滚石” 61

第三节 微生物的代谢 能量代谢 化能异养菌 有机物 通用能源 最初能源 化能自养菌 还原态无机物 (ATP) 光 光能营养菌 生物的一切活动都需要能量，包括植物动物微生物。 化能异养菌 有机物 还原态无机物 光 最初能源 通用能源 (ATP) 化能自养菌 光能营养菌 能量代谢的核心是如何把各式各样的最初能源转化为生命活动能使用的能源—ATP。 动物 植物 生物体对能量的消耗是惊人的，一个处于安静状态的成人，一日消耗40kg的ATP，激烈运动时，利用率可达到0.5kg/min。 62

第三节 微生物的代谢 ATP是腺嘌呤核苷三磷酸的简称，又叫三磷酸腺苷（腺苷三磷酸），其中A表示腺苷（由腺嘌呤和核糖组成），T表示其数量为三个，P表示磷酸基团，即一个腺苷上连接三个磷酸基团. 相邻的两个磷酸基之间的化学键非常活跃，水解时可释放约30.54kJ/mol的能量，因此称为高能磷酸键。 ATP远离腺苷的一个高能磷酸键易断裂，释放出一个磷酸和能量后成为腺苷二磷酸（ADP）。在有机物氧化分解或光合作用过程中，ADP可获取能量，与磷酸结合形成ATP。ATP和ADP这种相互转化，是时刻不停的发生且处于动态平衡之中的。 63

第三节 微生物的代谢 注意： 由营养物质分解代谢释放出的化学能，除了ATP途径捕获外，还可以通过氧化磷酸化的途径获取，即以某些物质（NADH、FADH2）的氢原子和电子的形式将化学能转移给ADP，从而生成ATP。 64

第三节 微生物的代谢 二、分解代谢与呼吸作用 1. 分解代谢 分解代谢是微生物将复杂的有机物分解为简单化合物的过程，其本质是生物氧化反应。 大部分的异养微生物和动物都是通过分解有机营养物质产生ATP 1. 分解代谢 分解代谢是微生物将复杂的有机物分解为简单化合物的过程，其本质是生物氧化反应。 生物氧化和体外氧化（燃烧）的比较 65

第三节 微生物的代谢 2 . 呼吸作用（respiration） 定义：是微生物在氧化分解基质的过程中，基质释放电子，生成水或其他代谢产物，并释放能量的过程。 是生物氧化和还原的统一过程，即电子、原子或化学基团 转移的过程。 氧化：表现为物质失去电子，同时伴随着脱氢或加氧； 还原：表现为物质得到电子，同时伴随着加氢或失氧； 大多数微生物代谢过程中的电子来源于脱氢反应，因此电子供体又称供氢体（hydrogen donor），电子受体又称受氢体（hydrogen acceptor）。 66

生物氧化与还原的统一过程 脱氢 递氢 受氢 C6H12O6 CO2 TCA 循环 ED HMP ADP ATP EMP 途径 67

第三节 微生物的代谢 呼吸作用过程中的主要生物学现象如下： 1) 复杂分子 CO2、H2O、简单分子 CHON… CO2+H2O+… 2) 分解代谢过程中产生能量（用途？） 供给合成作用 维持生命活动 变成热能放到环境中 3) 产生中间代谢产物（去向？） 继续被分解 作为合成细胞成分的原料 4) 在分解代谢过程中吸收、同化许多营养物。 68

第三节 微生物的代谢 （一）基质脱氢的主要途径 1、EMP途径（Embdem-Meyerhof-Parnas Pathway）(细胞质) 又称糖酵解途径（Glycolysis） （1）1分子葡萄糖为底物，约经10步反应而产生2分子丙酮酸、2分子NADH+H+(NADH2)和2分子ATP的过程。 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶Ⅰ C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi 10步反应 2CH3—C—COOH＋2NADH＋2H+＋2ATP＋2H2O O 还原型辅酶Ⅰ 丙酮酸 69

糖酵解和 发酵全过程 —1— 磷酸化 异构化 —1— ﹢2— 去磷酸 产能 磷酸化 转变2C3 脱水 氧化放能 转变 ﹢2— 70

第三节 微生物的代谢 （2）总反应可概括为二个阶段（耗能阶段和产能阶段）、三种产物、十个步骤。 C6 2C3 2NADH2 2丙酮酸 甘油醛-3-磷酸 －2ATP ＋4ATP 2ATP 71

第三节 微生物的代谢 （3）代谢产物的去路 a.有氧条件下： 2NADH2进入呼吸链，产生5个ATP。 丙酮酸进入TCA途径，最后 CO2＋H2O b.无氧条件下： 丙酮酸被NADH2还原产生乳酸或乙醇。 脱羧酸 乙醛 乙醇 72

糖酵解和 发酵全过程 动物 无O2 人类激烈运动时为什么身上会酸痛？ 酵母 无O2 73

底物脱氢的途径及其与递氢、受氢阶段的联系 C6H12O6 CO2 TCA 循环 ED 途径 EMP HMP [H] 脱氢 递氢 受氢 [H] ADP ATP 1/2O2(或有机物、无机氧化物) H2O或有机、无机还原物 74

第三节 微生物的代谢 2、三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle, TCA）（线粒体、细胞质） 定义：指由丙酮酸经过一系列反应而彻底氧化，脱羧，形成CO2、H2O和NADH2的过程。 以丙酮酸进入循环前的“入门反应”（gateway step）算起其主要反应产物如下： 10ATP 呼吸链 4NADH+4H+ FADH2 ATP 3CO2 黄素蛋白 柠檬酸、谷氨酸等多种有机酸 1.5ATP 呼吸链 C3 CH3—C—COA O 乙酰辅酶A TCA 一分子丙酮酸可产生12.5个ATP 75

三羧酸循环过程 转变 ﹢2.5— ﹢2.5— 缩合 脱氢 异构化 水合 脱氢 ﹢1.5 ﹢2.5— 氧化脱羧 转化产能 氧化脱羧 ﹢1— 76

第三节 微生物的代谢 三羧酸循环的特点： 1、氧虽不直接参与其中的反应，但是NAD+和FAD再生时需氧 2、绝大多数生物体主要的代谢途径，提供大量ATP 3、中间产物在许多生物合成中充当前体原料 4、三羧酸循环不仅是糖类，也是脂肪、氨基酸等各种 燃料分子氧化分解的共同途径 1分子C6H12O6经过糖酵解途径和TCA循环最终分解成CO2和H2O的过程中总共能产生了多少个ATP？ 答案：32个 77

78

第三节 微生物的代谢 3、HMP途径（hexose monophosphate pathway） 己糖-磷酸途径（亦称戊糖磷酸途径或Warburg-Dickens 途径、磷酸葡萄糖途径） 特点： 1、是葡萄糖不经EMP和TCA途径而得到彻底氧化的途径，该过程中产生大量NADPH+H+（还原型辅酶Ⅱ）和多种中间产物。 2、在多数好养菌和兼性菌中都存在HMP途径，而且通常还与EMP途径同时存在。 79

第三节 微生物的代谢 4、ED途径（Eutuer-Doudoroff Pathway） 2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖（KDPG）途径 特点： 1、ED途径是在缺乏EMP途径的微生物所具有的一种替代途径，在细菌中广泛存在，其他生物还没发现。 2、葡萄糖只经4步即可获得丙酮酸，比EMP途径少6步，即反应步骤简单，但产能效率低（glucose产1分子ATP），能产生一个重要的中间产物KDPG，其反应的关键是它的裂解。 80

葡萄糖三条降解途径在不同微生物中的分布 菌名 EMP(%) HMP(%) ED(%) 88 66~81 97 77 72 —— 74 70 Saccharomyces cerevisiae （酿酒酵母） Candida Utilis （产朊假丝酵母） Streptomyces griseus （灰色莲霉菌） Penicillium chrysogenum (产黄青素) Escherichia coli (大肠杆菌) Pseudomonas aeruginosa (铜绿假单胞菌) Ps·Saccharophila (嗜糖假单胞菌) Bacillus sbtilis （枯草杆菌） Gluconobacter axydans （氧化葡糖杆菌） Alcaligenes eutrophus (真养产碱菌) Zymomonas mobilis (运动发酵单胞菌) Sarcina lutea (藤黄八叠球菌) 88 66~81 97 77 72 —— 74 70 12 19~34 3 23 28 29 26 100 30 71 HMP(%) ED(%) 81

底物脱氢的途径及其与递氢、受氢阶段的联系 C6H12O6 CO2 TCA 循环 ED 途径 EMP HMP [H] 脱氢 递氢 受氢 [H] ADP ATP 1/2O2(或有机物、无机氧化物) H2O或有机、无机还原物 82

第三节 微生物的代谢 （二）递氢和受氢过程 1、递氢和受氢机制 基质通过 “脱氢”，产生的氢原子通过一系列的“传递体”（能进行可逆氧化还原反应），最终传递给某一氧化还原电位较高的化合物的过程叫做递氢和受氢过程。 通过接力的方式，把[H] 或电子e传给氧 [H] e 传递体I 氧化态 传递体II(H) 还原态 O2 传递体I(H) 还原态 …… 传递体II 氧化态 H 2O 83

第三节 微生物的代谢 递氢和受氢系统的特点 由一系列的能发生可逆氧化还原反应、且具有不同氧化还原电位的氢传递体组成的一组链状传递系统。该系统能把氢（电子）从氧化还原电位低的化合物最终传递给氧化电位高的化合物，如氧分子等。 该过程是一个产能的过程。 这种链状传递系统称为“呼吸链” 84

85

第三节 微生物的代谢 呼吸链（RC：respiratory chain） 亦称电子传递链（ETC：electron transport chain）： 由一系列氧化还原电位不同的氢（或电子）传递体组成的一组链状传递系统，该系统能把氢（或电子）从氧化还原低的化合物传给氧化还原电位高的分子，如氧分子等。 呼吸链的所在场所？ 细菌—细胞膜 真核生物—线粒体膜 86

第三节 微生物的代谢 氢供体/电子供体（electron donor） 能提供氢或电子的化合物。 受氢体/电子受体（electron acceptor） 在生物氧化还原反应中接受氢或电子的化合物。 最终电子（氢）受体（terminal electron acceptor） 呼吸链中最后一个接受电子（氢）的化合物。 电子传递体（electron carrier） 能发生可逆氧化还原反应的物质。在呼吸链中该物质被前一个传递体还原（接受氢/电子），之后又被后一个传递体氧化（把氢、电子交给下一个）。 87

第三节 微生物的代谢 常见的电子传递体 NAD（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸），辅酶Ⅰ E’0 = 0.12V NADP（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）辅酶Ⅱ 黄素蛋白（FP：flavoprotein） E’0 = 0.22V FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸） FMN（黄素单核苷酸） 铁硫蛋白（Fe-S） E’0 = － 0.12V 分子中含有Fe-S结构，存在于几种酶复合物中，参与膜上的电子传递。 88

第三节 微生物的代谢 微生物醌（microbial quinone） 泛醌（ubiquinone）/辅酶Q: 广泛存在于生物体中，故称之为泛醌(主要存在于真核生物和G－细菌中)。 OH 还原型 O H3CO CH3 H n E’0 =0.22v —CH2—CH C—CH2—H CH3 n 带有一个异戊二烯侧链（isoprenoid side chain） 简写为UQ或Q、根据侧链的长度称之为UQ-n （n－侧链的节数） 89

第三节 微生物的代谢 细胞色素（如：Cyt.a, Cyt.b, c, d…） 位于呼吸链的后端，传递电子而不是传递氢。 90

第三节 微生物的代谢 （三）微生物的呼吸类型 1、好氧呼吸/有氧呼吸（aerobic respiration） 呼吸链的最终电子受体为氧分子。 91

第三节 微生物的代谢 2、厌氧呼吸/ 无氧呼吸 （anaerobic respiration） 最终电子(氢)受体为无机氧化物（如SO42-、NO3-、CO2等）的呼吸，它是一种在无氧条件下进行的产能效率低的呼吸方式。 特点： 1、营养物质脱氢后，经部分呼吸链递氢最终由氢受体接受。 2、最终氢受体一般为氧化态无机物，特殊情况下为有机物，如延胡索酸等。 92

第三节 微生物的代谢 （1）硝酸盐呼吸（nitrate respiration） 定义：以硝酸根为最终电子受体的厌氧呼吸。硝酸根最终被还原为氮气。 NO3－ NO2－ 、NO、N2O、N2 在无氧条件下发生的硝酸根还原为N2的过程，称异化性硝酸盐还原作用，又被称为反硝化（denitrification）作用。 硝酸根在有氧或无氧条件下作为微生物生长的氮源营养物，称为同化性硝酸盐还原作用。 93

第三节 微生物的代谢 能进行反硝化作用的微生物，即反硝化细菌，都是一些兼性厌氧微生物，只有在厌氧(缺氧)条件下才能诱导出反硝化作用需要的硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶。 反硝化需要供氢体，一般由有机物提供。在废水处理中有重要的意义，即生物脱氮。 总反应式： C6H12O6 + 4NO3- 6CO2 + 2N2 + 6H2O + 4e- + 1758KJ 94

第三节 微生物的代谢 需O2 （2）硫酸盐呼吸（sulfate respiration） 定义：以硫酸根为最终电子受体的厌氧呼吸。硫酸根根最终被还原为硫化氢。 SO42－ SO32－ , S3O62－, S2O32－, H2S 最终产物是H2S，自然界中的大多数H2S是由此反应所产生的。 是硫酸还原菌（反硫化细菌）的一种呼吸方式。 严格的专性厌氧菌 注意与硫磺细菌的区别： 需O2 H2S S SO42－ 95

第三节 微生物的代谢 （3）硫呼吸（sulphur respiration） S0 H2S 近几年才发现的一种无氧呼吸类型。 Desulfuromonas acetoxidaus 氧化乙酸脱硫单胞菌 （4）碳酸盐呼吸（carbonate respiration） CO2、HCO3- CH3COOH（乙酸细菌） CH4（甲烷菌） 96

第三节 微生物的代谢 （5）延胡索酸呼吸（fumarate respiration） 延胡索酸 琥珀酸 COOH CH COOH CH2 许多兼性厌氧菌都能进行延胡索酸呼吸。 97

第三节 微生物的代谢 3、发酵（fermentation）(又称分子内无氧呼吸) 在无氧（厌氧）条件下，底物脱氢后产生的[H]不经过呼吸链而直接交给某一内源氧化性中间代谢产物的一类反应。 注意：在发酵工业上，[发酵]是指任何利用好氧和厌氧微生物来生产有用代谢物的一类生产方式。 98

第三节 微生物的代谢 发酵的特点： 大多数情况下基质失去氢被氧化，其某中间代谢产物又接受此氢被还原，故也被称为分子内呼吸（分子内氧化还原反应）。 基质氧化不彻底，还含有相当能量，故放出能量少。 厌氧微生物为了满足生命活动的需要，消耗的基质要比好氧微生物多，故在发酵过程中能积累大量中间产物。 工业上：可以获得有用物质 水处理：处理水质不好，难适用于低浓度废水。 99

好氧呼吸、厌氧呼吸和发酵示意图(小结) C6H12O6 A B C CO2 好氧呼吸 O2 H2O 经呼吸链 —[H] [H] 厌氧呼吸 AH2, BH2 或 CH4 (发酵产物：乙醇、乳酸等) 脱氢 递氢 受氢 100

糖酵解和 发酵全过程 动物 无O2 酵母 无O2 101

第三节 微生物的代谢 能量代谢总结 微生物产生ATP有三种方式： 底物水平磷酸化：底物氧化过程中生成含高能磷酸键的化合物，通过相应酶的作用将此高能磷酸根转移给ADP生成ATP。 氧化磷酸化：通过呼吸链产生ATP的过程，流动的电子通过呼吸链时逐步释放出能量，该能量可使ADP生成ATP。 光合磷酸化：光合磷酸化是将光能转变为化学能的过程。 微生物消耗ATP: 生物合成消耗能量，细胞物质和各种贮存物质的合成。 其它生命活动消耗能量，对营养物质的主动运输，鞭毛运动，细胞核分裂等。 微生物发光消耗能量，细菌、真菌和藻类中都存在发光菌种。 有些ATP以热的形式散失，培养微生物时，常发现自升温现象，发酵工业上常需要降温设备。 102

第三节 微生物的代谢 微生物的发光现象 某些微生物能发光。e.g. 发光细菌，常称为光呼吸现象。 G－兼性厌氧菌 （0.4~1.0）×（1.0~2.5μm） 无孢子和荚膜 端生鞭毛一根或数根 最适温度：15~300C pH：6.0~9.0 用于毒性测定 Micro Tox 含有两种特殊成分 荧光素酶（luciferase） 长链脂肪醛（如月桂醛） 103

常见的几种发光细菌 属 DNA的 G＋C 栖息地 发光细菌名称 弧菌属 Vibrio 45－48％ 海洋 哈维氏弧菌 V.harveyi 美丽弧菌Ⅰ型 V.splendidus Ⅰ 费氏弧菌 V.fischeri 火神弧菌 V.logei 非海洋  霍氏弧菌易北变种 V.cholerae var albenis 发光杆菌属Photobacterium 39－44％ 明亮发光杆菌 P.phosphoreum 鲾鱼发光杆菌 P.leiognathi 曼达帕姆发光杆菌 P.mandapamensis 异短杆菌属Xenorhabdus  43－44％  发光异短杆菌 X.luminescens 104

水质监测----著名发光细菌专家、华东师范大学生命科学学院教授朱文杰和他的团队发明了青海弧菌检测水质的专利技术。 “夜明猪” 水质监测----著名发光细菌专家、华东师范大学生命科学学院教授朱文杰和他的团队发明了青海弧菌检测水质的专利技术。 发光细菌用途：每天家中使用废水产生的沼气可用于生物灯照亮 105

第六章 第四节 环境因素对微生物生长的影响 一、温度 二、氢离子浓度 三、氧化还原电位 四、干燥 五、渗透压 六、光线与辐射 七、化学药剂 106

第四节 环境因素对微生物生长的影响 一、温度 最低生长温度（一般为－5~－100C） 生长温度 最适生长温度（因微生物而异） 最高生长温度（80~950C，极端105~3000C） 最适温度：生长速率最高时的温度。 同一种菌、不同的生长过程最适温度也不同。 微生物分类: 低温微生物：10~200C 水生 中温微生物：20~400C 大多数腐生性微生物 高温微生物：50~600C 堆肥、温泉、厌氧发酵 107

第四节 环境因素对微生物生长的影响 高温能使微生物死亡 高温为什么能杀死微生物？ 湿热为什么易杀菌？ 不同的细菌有不同的死亡温度，芽孢耐温性最强。 一般细菌 干热 1000C 1~2h 湿热 700C 10~15min 芽孢 干热 1400C 2~3h 湿热 1000C 几十分钟 高温为什么能杀死微生物？ 蛋白质遇热凝固变性 湿热为什么易杀菌？ 水蒸气的热传导力与穿透力都较强 108

第四节 环境因素对微生物生长的影响 低温不易使微生物死亡 低温不易引起蛋白质的变性 只有反复结冰和解冻，才会使细胞受到破坏而死亡。 小于50C时微生物的生命活动大大受阻，成休眠状态， 只能维持生命。故实验室保存菌种常在40C左右。 109

第四节 环境因素对微生物生长的影响 二、氢离子浓度 微生物生长pH很宽；最适为6~8。 嗜酸：Thiobacillus （硫杆菌属） 嗜酸、耐酸 微生物 嗜酸：Thiobacillus （硫杆菌属） 最适pH2.0~3.5 微生物脱臭中的应用 耐酸：乳酸杆菌 5~6 假单胞菌 多数真菌是耐酸性的（pH=5） 嗜碱、耐碱微生物 如 Nirosomonas sp.（亚硝酸菌、氨氧化菌） 7.0~9.4 最适pH 7.8~8.6 硝化过程中pH降低，故需控制其pH。 110

第四节 环境因素对微生物生长的影响 三、氧化还原电位(E) －400mV<充满H2的环境> ~ +820mV <高氧浓度存在> 一般好氧菌：E为300~400mV E>100mV时可生长 厌氧菌：E<100mV才能生活 兼性菌：E>100mV适好氧呼吸，E<100mV适厌氧呼吸 污水生物处理构筑物中： 活性污泥： 200~600mv（aerobic/oxic） 厌氧： －150~－300mv（anaerobic） 兼性(缺氧)： －100mv左右（anoxic） 111

第四节 环境因素对微生物生长的影响 四、干燥 五、渗透压 在干燥条件下无法生存，含芽孢细菌除外 干燥法保存食品，防止腐败。 高渗透压环境：细胞失水，发生质壁分离、微生物死亡 如：腌咸菜、蜜饯 低渗透压环境：细胞膨胀、破裂 微生物实验室稀释菌液时：使用0.85%的NaCl溶液（生理盐水） 112

第四节 环境因素对微生物生长的影响 六、光线与辐射 除光合细菌外，多数细菌不喜欢光线，日光中的杀菌成分是紫外线 紫外线波长范围265~266nm时杀菌能力最强，微生物吸收过多紫外线时，对其核酸具有强大的破坏力 在无菌室、箱中常用紫外灯杀菌 自来水厂出水消毒也会采用紫外消毒 阳光直接暴晒进行衣物消毒 紫外线穿透力弱，只能进行表面杀菌 113

第四节 环境因素对微生物生长的影响 七、化学药剂 1、强氧化剂：KMnO41%溶液可用于消毒茶具、水果。 H2O2、O3、漂白粉（滤液）：饮用水、游泳池。 2、碱性物质：生石灰、石灰乳可用于粪便等的消毒。 3、重金属类：铜、锰、锌等会破坏酶的结构 4、有机物： 石炭酸（苯酚）：0.1% 抑制细菌生长 1% 20min 内杀菌 3%~5% 几分钟内杀菌 医院消毒 引起蛋白质变性，破坏蛋白质膜 114

第四节 环境因素对微生物生长的影响 5、来苏儿（甲酚和肥皂的混合物）—比苯酚杀菌能力强 器械消毒：3%~6%； 用于洗手： 2% 6、酒精：纯的没有杀菌能力—细胞表面脱水硬化，无法进入细胞内， 60%~75%杀菌能力最强（蛋白变性、脱水） 7、碱性染料：碱性染料带正电能与带负电的细胞结合，起 抑制作用，通常用1%龙胆紫（紫药水）对皮 肤进行消毒 8、表面活性剂：影响微生物细胞的生长和分裂 9、福尔马林：37%~40%的甲醛水，破坏蛋白质，常用于 制作标本 115

第四节 环境因素对微生物生长的影响 八、其他因素 超声波：能破坏细菌、其程度与频率与处理程度有关。 频率>20000Hz的声波 细胞物质强烈震荡、胶体物质引起絮凝沉淀，从而失去活性。 原理 空腔效应：引起巨大压力和高温。 116