第三章 微生物生理

第一节 微生物酶 第二节 微生物的营养 第三节 微生物的产能代谢

第一节 微生物的酶 1857年,巴斯德等提出酒精发酵是细胞活动的结果。1878年，提出“酶”的名称； 第一节 微生物的酶 1857年,巴斯德等提出酒精发酵是细胞活动的结果。1878年，提出“酶”的名称； Liebig等提出发酵现象是由于溶解于细胞液中的酶引起的； 1897年，Büchner兄弟用不含细胞的酵母汁实现了发酵，证明了发酵与细胞无关； 1913年，Michaelis等提出了酶促动力学原理； 1926年，Sumner第一次从刀豆中提出了脲酶结晶，并证明其具有蛋白质性质； 20世纪30年代，Northrop又分离出结晶的蛋白酶、胰蛋白酶及胰凝乳蛋白酶，确立了酶的蛋白质本质。 ……………..

一、酶的定义和组成 酶的定义 由活性细胞产生的，在细胞内外都能促进化学反应的生物催化剂，其化学本质是蛋白质。 酶的定义 由活性细胞产生的，在细胞内外都能促进化学反应的生物催化剂，其化学本质是蛋白质。 不能说所有蛋白质都是酶，只是具有催化作用的蛋白质，才能称为酶。 也不能说所有的酶都是蛋白质。

酶的组成 根据组成成分分为： 简单蛋白质酶 结合蛋白质酶（结合非蛋白组分后才表现出酶的活性）两类。 　　酶蛋白结合非蛋白组分后形成的复合物称“全酶”，全酶=酶蛋白+辅助因子。

辅助因子 辅酶：与酶蛋白结合的比较松的小分子有机物 辅基：与酶蛋白结合紧密的小分子有机物，不易透析除去 金属激活剂：金属离子作为辅助因子

辅助因子本身无催化作用，  弥补氨基酸基团催化强度的不足，改变并稳定活性中心或改变底物化学键稳定性（底物—酶的催化对象）。 它的主要作用是：  弥补氨基酸基团催化强度的不足，改变并稳定活性中心或改变底物化学键稳定性（底物—酶的催化对象）。 例如：羧肽酶中的锌离子：可稳定活性中心使肽键失稳、吸附羧氧原子。

二、酶的分类 根据酶蛋白分子的特点又可将酶分为三类 单体酶 (monomericenzyme)：只有一条多肽链。 寡聚酶 (oligomericenzyme)：由几个甚至几十个亚基组成，这些亚基可以是相同的多肽链，也可以是不同的多肽链。 多酶体系 (multienzyme system)：是由几种酶彼此嵌合形成的复合体。

其他分类 酶在细胞的不同部位：可分为胞外酶、胞内酶和表面酶。 按酶作用的底物不同，可分为淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、核糖核酸酶等。 一种酶可以有多个名字，如： 淀粉酶也属于水解酶，还属胞外酶

三、影响酶活的因素 米－门公式（酶促反应速度方程） ν = K3[E][S] Km+[S] ( Km= K2+K3 K1 ) Km值越小，表示酶与底物的反应越趋于完全；Km值越大，表明酶与底物的反应越不完全。

在酶促反应中，如果底物浓度足够大，足以使酶饱和，则反应速度与酶浓度成正比。 底物分子浓度足够时，酶分子越多，底物转化的速度越快。 （1）酶浓度对酶促反应速度的影响 在酶促反应中，如果底物浓度足够大，足以使酶饱和，则反应速度与酶浓度成正比。 底物分子浓度足够时，酶分子越多，底物转化的速度越快。

（2）底物浓度对酶促反应速度的影响 当底物浓度很低时，有多余的酶没与底物结合，随着底物浓度的增加，中间络合物的浓度不断增高。反应速度也迅速增加。 当底物浓度很高时，溶液中的酶全部与底物结合成中间产物，虽增加底物浓度也不会有更多的中间产物生成。反应速度的增加也减缓。

（3）温度对酶反应速度的影响 温度对酶促反应速度的影响有两方面： 一方面是当温度升高时，反应速度也加快。 另一方面，随温度升高而使酶逐步变性，即通过减少有活性的酶而降低酶的反应速度，酶的最适温度就是这两种过程平衡的结果。

（4）pH对反应速度的影响 在一定的pH 下， 酶具有最大的催化活性，通常称此pH 为最适 pH。 pH对酶活的影响表现： 改变底物分子和酶分子的带电状态； 过高或过低的pH会影响酶的稳定性

（5）激活剂对酶反应速度的影响 凡是能提高酶活性的物质，都称为激活剂(activator)，其中大部分是离子或简单有机化合物。 如K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Zn2+、Cl-、Br-等。 作用机理是稳定改变中心、提高亲和力。

（6）抑制剂对酶反应的影响 能减弱、抑制甚至破坏酶活性的物质称为酶的抑制剂。 可分为两种形式： 竞争性抑制：抑制剂与底物竞争，从而阻止底物与酶的结合。 非竞争性抑制：酶可以同时与底物及抑制剂结合，两者都没有竟争作用

第二节 微生物的营养 一 微生物的营养要求 二 微生物的营养类型 三 培养基 四 营养物质进入细胞

营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。 营养物质(nutrient)：那些能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质 营养(nutrition)：微生物获得和利用营养物质的过程 营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。

微生物细胞的化学组成 微生物细胞中各种有机物和元素的含量(干重％) 成分 细菌 酵母 真菌 碳 48（46-52） 48（45-55） 氮 12.5（10-14） 7.5（6-8.5） 6（4-7） 蛋白质 55（50-60） 40（35-45） 32（25-40） 糖类 9（6-15） 38（30-45） 49（40-55） 脂类 7（5-10） 8（5-10） 核酸 23（15-25） 5（2-8） 灰分 6（4-10） 磷 1.0-2.5 硫、镁 0.3-1.0 钾、钙 0.1-0.5 钠、铁 0.01-0.1 锌、铜、锰 0.001-0.01

微生物细胞的化学元素组成 元素：C、H、O、N、P、S、K、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo等； 其它为微量元素。

一、微生物的营养要求 营养物质的功能： 提供能量； 提供合成原料； 调节代谢活动进行； 提供适宜代谢环境； 6种营养要素： 碳源，氮源，能源，生长因子，无机盐和水。

（一）碳源 碳源（carbon source）：凡是可以作为微生物细胞结构或代谢产物中碳架来源的营养物质 1.碳源的作用 1.碳素化合物是构成机体中有机物分子的骨架 2.碳素化合物是大多数微生物的能源 3.构成微生物代谢产物的分子骨架 2.微生物的碳源 凡必需利用有机碳源的微生物，称为异养微生物 凡能利用无机碳源的微生物，则是自养微生物

凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源，称为氮源。 （二）氮源 凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源，称为氮源。 1.氮源的作用 1.氮源是构成微生物细胞物质或代谢产物中的氮素来源 2.氮素一般不提供能源，只有少数例外 2.微生物能利用的氮源  包括蛋白质及其不同程度的降解产物(胨、肽、氨基酸等)、铵盐、硝酸盐、分子氮、嘌呤、嘧啶、脲、胺、酰胺、氰化物等。

种类: 无机氮：铵盐、硝酸盐、亚硝酸 盐、尿素、氨、N2等； 有机氮：牛肉膏、蛋白胨、鱼粉、花生饼粉、 黄豆饼粉、玉米浆等。 速效氮源：很快被微生物利用的物质，有利于菌体 生长.如硫铵、玉米浆等。用于发酵前期。 迟效氮源：微生物利用速度较慢的物质，有利于代 谢物质形成。如花生饼粉、黄豆饼粉等。 用于发酵后期。

（三）无机盐 指微生物生长必需的金属元素：由硫酸盐、磷酸盐、氯化物等供给。为细胞提供所需的含K、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo无机盐类。 无机盐的生理功能 1.构成微生物细胞的各种组分 2.作为酶的组成部分 3.维持酶的活性 4.调节并维持细胞的渗透压、氢离子浓度和氧化还原电位 5.有些元素作为某些微生物生长的能源物质等 6.作为呼吸链末端的氢受体

广义的生长因子包括：维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶碱及其衍生物、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、一些脂肪酸等 （四）生长因子 生长因子通常指那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物。 广义的生长因子包括：维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶碱及其衍生物、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、一些脂肪酸等 狭义的生长因子：一般仅指维生素。 生长因子的主要功能：提供微生物细胞重要化学物质、辅因子的组分和参与代谢 需用牛肉膏、酵母膏或配制专门的营养液。

（五）水 水在细胞中的生理功能主要有： 1.微生物细胞的组成成分； 2.是细胞营养物质和代谢产物的溶剂； 3.是细胞中各种生化反应的良好介质； 4.水还能维持微生物细胞的膨压； 5.水具有较高的比热，稳定细胞内环境温度。

能源是能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。 无机物：化能自养微生物的能源（不同于碳源） （六）能源 有机物：化能异养微生物的能源 （同碳源） 能源是能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。 辐射能 ：光能自养和光能异养微生物的能源 能源谱 化学物质 无机物：化能自养微生物的能源（不同于碳源）

二、微生物营养类型 分 类 标 准 营 养 类 型 1.以能源分 光能营养型（phototroph） 化能营养型 （chemotroph） 营 养 类 型 1.以能源分 光能营养型（phototroph） 化能营养型 （chemotroph） 2.以供氢体分 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 hetetotroph） 5.以生长因子分 原养型（prototroph）(wild type) 营养缺陷型（auxotroph） 6.以摄食方式分 渗透营养型（osmotroph） 吞噬营养型(phagocytosis) 7.以摄取死或活有机 物分 腐生（saprophytism） 寄生（parasitism）

根据碳源、能源及电子供体性质的不同，可将绝大部分微生物分为四种类型： 光能无机自养型 光能有机异养型 化能无机自养型 化能有机异养型

（一）光能无机自养型 藻类、蓝细菌和光合细菌属于这一类营养类型。 能以CO2、CO或CO32-为唯一碳源，并利用光能进行生长的的微生物。

（二）化能无机自养型 不具有光合色素，以CO2或碳酸盐作为的唯一碳源，能利用无机物氧化过程中放出的化学能作为它们生长所需的能量进行生长。 能利用电子供体如H2、H2S、Fe2+或NO2-等使CO2还原成细胞物质。  属于这类微生物的类群有硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌等。

（三）光能有机异养型 以光能为能源，以有机物作为供氢体，将CO2还原为有机物的一类厌氧微生物。 红螺属的一些细菌就是这一营养类型的代表：光能有机营养型细菌在生长时通常需要外源的生长因子。

（四）化能有机异养型 生长所需的能量来自有机物氧化过程放出的化学能，生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。  生长所需的能量来自有机物氧化过程放出的化学能，生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。 已知的绝大多数微生物属于化能有机营养型。

三 微生物的培养基 配制培养基的原则 培养基的种类

什么是培养基？ 培养基是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。  培养基中应含满足微生物生长发育的：水分、碳源、氮源、生长因子以及基本的离子，磷、硫、钠、钙、镁、钾和铁及各种微量元素。 此外，培养基还应具有适宜的酸碱度(pH值)和一定缓冲能力及一定的氧化还原电位和合适的渗透压。

（一）选用和设计培养基的原则和方法 1、选择适宜的营养物质 培养不同的微生物必须采用不同的培养条件； 培养目的不同，原料的选择和配比不同；

实验室的常用培养基： 细菌： 牛肉膏蛋白胨培养基（或简称普通肉汤培养基）； 放线菌：高氏1号合成培养基培养； 酵母菌：麦芽汁培养基； 细菌： 牛肉膏蛋白胨培养基（或简称普通肉汤培养基）； 放线菌：高氏1号合成培养基培养； 酵母菌：麦芽汁培养基； 霉菌： 查氏合成培养基；

2、营养物质浓度及配比合适 营养物质的浓度适宜； 营养物质之间的配比适宜； 大多数化能异养菌培养基中各营养物质间的比例： H2O ﹥C+能源 ﹥N源﹥ P、S ﹥K、Mg﹥生长因子 培养基中各营养物质之间的浓度配比直接影响微生物的生长 繁殖和(或)代谢产物的形成和积累，其中碳氮比(C/N)的影响较大。 C/N比：是指微生物培养基中所含的碳源中碳原子的摩尔数与氮源中氮原子的摩尔数之比。

不同微生物要求不同的C/N比 为获得微生物细胞或制备“种子”培养基，C/N比低； 为积累大量生产代谢产物的发酵培养基， C/N比高；

3、物理化学条件适宜 pH； 水活度； 氧化还原电位；

pH 培养基的pH必须控制在一定的范围内，以满足不同类型 微生物的生长繁殖或产生代谢产物。 通常培养条件： 细菌： pH7.0~8.0

4.根据培养目的 初生代谢产物：一般指通过主要代谢途径产生的结构较简单、产量较高、价值较低的降解产物。 次生代谢产物：一般是指通过复杂合成途径产生的那些结构复杂、产量低、价值高的合成产物。 快速利用的碳源在菌体生长时期消耗， 缓慢利用的碳源用来供产物合成时期利用。

5．原料来源的选择 配制培养基时应尽量利用廉价且易于获得的原料作为培养基成份, 特别是在发酵工业中,以降低生产成本。 以粗代精 以“野”代“家” 以废代好 以简代繁 以烃代粮 以纤代糖 以无机氮代蛋白

6. 灭菌处理 7、精心设计、试验比较 进行生态模拟，研究某种微生物的培养条件； 文献查阅，设计特定微生物的培养基配方； 6. 灭菌处理 7、精心设计、试验比较 进行生态模拟，研究某种微生物的培养条件； 文献查阅，设计特定微生物的培养基配方； 试验比较，确定特定微生物的最佳培养条件；

（二）培养基的类型及应用 1.按成份不同划分 （1）天然培养基 以化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物组成。如：麸皮培养基、肉浸汁、牛奶等。 优点：取材方便、营养丰富、种类繁多、配制方便； 缺点：确切营养成分不明确、不稳定。

（2）合成培养基 是由化学成份完全了解的物质配制而成的培养基，也称 化学限定培养基 优点：成分已知、精确、重复性好。 缺点：价格较贵、配制较烦，培养的微生物生长较慢。 培养细菌:葡萄糖铵盐培养基 培养放线菌:淀粉硝酸盐培养基 培养真菌:蔗糖硝酸盐培养基

由部分天然材料和部分已知的纯化学药品组成的培养基。如：土豆蔗糖培养基、葡萄糖肉汁培养基等。 （3）半合成培养基 由部分天然材料和部分已知的纯化学药品组成的培养基。如：土豆蔗糖培养基、葡萄糖肉汁培养基等。 特点：是配制方便，成本低，微生物生长良好。

2.根据物理状态划分 （1）液体培养基：是指各营养成分按一定比例配制而成的水溶液或液体状态的培养基。 用途广泛，可用于大型生产、科研等。 （2）固体培养基： 是指液体培养基中加入一定量的凝固剂配制而成的固体状态的培养基。 应用：微生物分离、鉴定、计数、保藏、检验、生物测定及产生大量菌体。 （3）半固体培养基： 是指琼脂加入量为0．2％～0．5％而配制的固体状态的培养基。 用于细菌动力观察、菌种鉴定、噬菌体效价测定等。 （4）脱水培养基： 预制干燥培养基。

3.根据培养目的划分 （1）种子培养基： 是适合微生物菌体生长的培养基。 （2）发酵培养基 ：用于生产预定发酵产物的培养基。 （3）繁殖和保藏培养基

4.按用途划分 （1）基础培养基 （2）完全培养基 在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基，也称为基本培养基。 在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的所有营养物质的培养基

（3）加富培养基和富集培养基 在普通培养基（如肉汤蛋白胨培养基）中加入某些特殊营养物质 制成的一类营养丰富的培养基。 这些特殊营养物质包括血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液等。用来培养营养要求比较苛刻的异养型微生物，如培养百日咳博德氏菌(Bordetella pertussis)需要含有血液的加富培养基。 （4）选择培养基 用于将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基 选择性培养的方法主要有两种： 一是根据根据某些微生物的特殊营养要求； 二是根据某些微生物的物理和化学抗性。

（5）鉴别培养基(differential medium) 指含有某种代谢产物指示剂的培养基，可使不同微生物经培养后出现显著差别。如：伊红美兰培养基；糖发酵培养基等。用于快速鉴别微生物。

四 营养物质进入细胞 影响营养物质进入细胞的因素： 一是营养物质本身的性质。 二是微生物所处的环境。 三是微生物细胞的透过屏障。 一般来说，分子越小、脂溶性越高，极性越小，就越容易通过细胞膜。

营养物质进入细胞的方式： 四种方式： 单纯扩散－－浓度梯度作用 促进扩散－－浓度梯度为动力，载体帮助 主动运输－－代谢能为动力，载体帮助，胞外到胞内 基团转位－－复杂运输系统完成，物质起化学变化

（一）单纯扩散 以物质的浓度梯度为动力，而不需要代谢能量穿膜运输方式。不需要载体参与。 物质跨膜扩散的能力和速率与该物质的性质有关,分子量小、脂溶性、极性小的物质易通过扩散进出细胞。 扩散并不是微生物细胞吸收营养物质的主要方式,水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子,脂肪酸、乙醇、甘油、苯、一些气体分子(O2、CO2)及某些氨基酸在一定程度上也可通过扩散进出细胞。

（二）促进扩散 促进扩散：借助于膜上底物特异性载体蛋白的参与，加快环境中高浓度物质进入细胞，直至膜两侧的溶质浓度相等为止。 通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。

（三）主动运输 主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式。在物质运输过程中需要消耗能量，可以进行逆浓度运输。 运输物质所需能量来源： 好氧型微生物与兼性厌氧微生物直接利用呼吸能； 厌氧型微生物利用化学能(ATP)； 光合微生物利用光能； 嗜盐细菌通过紫膜利用光能；

（四）基团转位 细菌对糖的吸收和积累，需要磷酸转运系统，即转运过程中必须磷酸化，这种物质运转方式称基团移位。该过程中细胞外的糖类在细胞膜上与胞内的磷酸烯醇丙酮酸盐结合，在胞内酶作用下被磷酸化进入胞内。经过基团移位而磷酸化的糖类，不能再透出菌体。所以，菌体内积聚的糖的浓度远远高于胞外。 基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主要用于糖的运输。脂肪酸、核苷、碱基等也可通过这种方式运输。

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 主动运送 基团移位 特异载体蛋白 无 有 运送速度 慢 快 溶质运送方向 由浓至稀 由稀至浓 平衡时内外浓度 内外相等 内部浓度高得多 运送分子 无特异性 特异性 能量消耗 不需要 需要 运送前后溶质分子 不变 改变 载体饱和效应 与溶质类似物 无竟争性 有竟争性 运送抑制剂 运送对象例子 H2O、CO2、O2少数氨基酸盐类、甘油乙醇、代谢抑制剂 PO43-SO42-；糖（真核生物） 乳糖等糖类、氨基酸、Na+、Ca2+等无机离子 葡萄糖、甘露糖、果糖、脂肪酸、嘌呤和核苷

第三节 微生物的产能代谢 代谢（metabolism）： 细胞内发生的各种化学反应的总称 代谢 复杂分子 分解代谢(catabolism)-异化作用 代谢 合成代谢(anabolism)-同化作用 分解代谢 复杂分子 （有机物） 简单小分子 ATP [H] 合成代谢

通用能源 （ATP） 一切生命活动都是耗能反应，因此，能量代谢是一切生物代谢 的核心问题。 化能异养微生物 有机物 通用能源 （ATP） 最初 能源 化能自养微生物 还原态无机物 光能营养微生物 日光

一． 生物氧化 生物氧化是有机物质在生物体细胞内氧化成CO2,H2O,并释放出大量能量的过程。又称细胞呼吸或组织呼吸。 生物氧化与燃烧的比较

生物氧化的形式包括某物质与氧结合、脱氢或脱电子三种 生物氧化的功能为： 产能（ATP）、产还原力[H]和产小分子中间代谢物 在生物氧化过程中释放的能量可被微生物直接利用，也可通过能量转换储存在高能化合物（如ATP）中，以便逐步被利用，还有部分能量以热的形式被释放到环境中。 异养微生物利用有机物，自养微生物则利用无机物， 通过生物氧化来进行产能代谢。

二、异养微生物的生物氧化 1. 发酵 发酵 呼吸 有氧呼吸 生物氧化反应 厌氧呼吸 有机物氧化释放的电子直接交给本身未完全氧化的某种中间产物， 同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。 有机化合物只是部分地被氧化，因此，只释放出一小部分的能量。 发酵过程的氧化是与有机物的还原偶联在一起的。被还原的有机 物来自于初始发酵的分解代谢，即不需要外界提供电子受体。

发酵的种类有很多，可发酵的底物有碳水化合物、有机酸、氨基酸等，其中以微生物发酵葡萄糖最为重要。 生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为糖酵解 糖酵解是发酵的基础 主要有四种途径： EMP途径、HMP途径、ED途径、磷酸解酮酶途径。

(1)EMP途径

产酸产气 产酸不产气 不同微生物发酵产物的不同，也是细菌分类鉴定的重要依据。 大肠杆菌： 丙酮酸裂解生成乙酰CoA与甲酸，甲酸在酸性条件下可 进一步裂解生成H2和CO2 志贺氏菌： 产酸不产气 丙酮酸裂解生成乙酰CoA与甲酸，但不能使甲酸裂解产生H2和CO2

2. 呼吸作用 微生物在降解底物的过程中，将释放出的电子交给NAD（P）+、 FAD或FMN等电子载体，再经电子传递系统传给外源电子受体， 从而生成水或其它还原型产物并释放出能量的过程，称为呼吸作用。 以氧化型化合物作为最终电子受体 有氧呼吸 无氧呼吸 以分子氧作为最终电子受体

(1) 有氧呼吸 葡萄糖 糖酵解作用 丙酮酸 无氧 有氧 发酵 三羧酸循环 各种发酵产物 被彻底氧化生成CO2和水，释放大量能量。

有氧呼吸： 电子传递链； 氧分子； (最终电子受体)

（2）无氧呼吸 某些厌氧和兼性厌氧微生物在无氧条件下进行无氧呼吸； 无氧呼吸的最终电子受体不是氧，而是NO3-、NO2-、SO42-、S2O32-、CO2等无机物，或延胡索酸（fumarate）等有机物。 无氧呼吸也需要细胞色素等电子传递体，并在能量分级释放过 程中伴随有磷酸化作用，也能产生较多的能量用于生命活动。 由于部分能量随电子转移传给最终电子受体，所以生成的能量 不如有氧呼吸产生的多。

能进行硝酸盐呼吸的细菌被称为硝酸盐还原细菌，主要生活在 土壤和水环境中，如假单胞菌、依氏螺菌、脱氮小球菌等。 硝酸盐还原细菌被认为是一种兼性厌氧菌，无氧但环境中存在硝酸盐时进行厌氧呼吸，而有氧时其细胞膜上的硝酸盐还原酶活性被抑制，细胞进行有氧呼吸。

反硝化作用的生态学作用： 土壤及水环境 好氧性机体的呼吸作用 氧被消耗而造成局部的厌氧环境 硝酸盐还原细菌进行厌氧呼吸 土壤中植物能利用的氮 （硝酸盐NO3-）还原成 氮气而消失，从而降低 了土壤的肥力。 反硝化作用在氮素循环中的重要作用 硝酸盐是一种容易溶解于水的物质，通常 通过水从土壤流入水域中。如果没有反硝 化作用，硝酸盐将在水中积累，会导致水 质变坏与地球上氮素循环的中断。 松土，排除过多的水分，保 证土壤中有良好的通气条件。

三．自养微生物的生物氧化 化能无机营养型： 自养微生物 从对无机物的生物氧化过程中获得生长所 需要能量的微生物一般都是： 以无机物为电子供体 从无机物的氧化获得能量 这些微生物一般也能以CO2为唯一或主要碳源合成细胞物质 自养微生物 从对无机物的生物氧化过程中获得生长所 需要能量的微生物一般都是： 化能无机自养型微生物

复杂分子 （有机物） 简单小分子 ATP [H] 自养微生物的合成代谢： 化能异养微生物： ATP和还原力均来自对有机物的生物氧化 分解代谢 复杂分子 （有机物） 简单小分子 ATP [H] 合成代谢 自养微生物的合成代谢： 将CO2先还原成[CH2O]水平的简单有机物，然后再进一步合成复杂的细胞成分。 化能异养微生物： ATP和还原力均来自对有机物的生物氧化 化能自养微生物： 无机物氧化过程中主要通过氧化磷酸化产生ATP 如果作为电子供体的无机物的氧化还原电位足够低，也在 氧化磷酸化的过程中产生还原力，但大多数情况下都需要 通过电子的逆向传递，以消耗ATP为代价获得还原力。

1、 氨的氧化 将氨氧化为亚硝酸并获得能量 亚硝化细菌： 硝化细菌： 将亚硝氧化为硝酸并获得能量 NH3、亚硝酸（NO2-）等无机氮化物可以被某些化能自养细菌用作能源 将氨氧化为亚硝酸并获得能量 亚硝化细菌： 硝化细菌： 将亚硝氧化为硝酸并获得能量 这两类细菌往往伴生在一起，在它们的共同作用下将铵盐氧化 成硝酸盐，避免亚硝酸积累所产生的毒害作用。 这类细菌在自然界的氮素循环中也起者重要的作用，在自然界中分布非常广泛。

三．自养微生物的生物氧化 氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillus ferrooxidans） 在富含FeS2的煤矿中繁殖，产生大量的硫酸 和Fe(OH)3，从而造成严重的环境污染。 它的生长只需要FeS2及空气中的O2和CO2，因此 要防止其破坏性大量繁殖的唯一可行的方法是封 闭矿山，使环境恢复到原来的无氧状态。

思考 1.酶的本质是什么？作为生物催化剂具有什么特性？ 2.酶的组成是什么？ 3.酶按催化的反应类型可分为几类？ 4.影响酶活的因素有哪些？是如何影响的？ 5.解释新陈代谢、同化作用、异化作用、光能无机自养、化能无机自养、光能有机异养、化能无机异养的概念。 6.微生物的营养物质有哪些？ 7.培养基有哪些类型，分别起什么作用？ 8.营养物质进入细胞有哪些方式？