第三章 第三节 微生物代谢与遗传变异 第一节 微生物的代谢 第二节 微生物的生长、繁殖 第三节 微生物的遗传与变异 第四节 菌种的保藏.

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1 第三章 第三节 微生物代谢与遗传变异 第一节 微生物的代谢 第二节 微生物的生长、繁殖 第三节 微生物的遗传与变异 第四节 菌种的保藏

2 新陈代谢=分解代谢+合成代谢 复杂分子 简单分子 +ATP + [H] 第一节 微生物的代谢 (有机物) 分解代谢酶系 合成代谢酶系
第一节 微生物的代谢 微生物代谢：微生物细胞所进行的化学反应的总和。 微生物合成代谢：小分子合成复杂大分子的过程；（教材Ｐ70 同化作用） 营养物质合成细胞物质的过程——吸收能量 微生物分解代谢：细胞物质或营养物质降解形成简单产物的过程。（教材70 异化作用） 新陈代谢=分解代谢+合成代谢 分解代谢酶系 复杂分子 简单分子 +ATP + [H] 合成代谢酶系 (有机物)

3 一、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。 ……………..

4 一、酶 分类 特性 影响酶活力得因素

5 按所催化的反应类型 氧化还原酶 转移酶 水解酶 裂解酶 合成酶 同分异构酶

6 （1）水解酶类 催化大分子有机物水解成小分子 反应式可以表示为： AB+H2O AOH+BH 如：水解细胞壁的？酶

7 （2）氧化还原酶类 催化氧化还原反应的酶 反应式为：AH2+B A+BH2 这类酶按照供氢体又可分为氧化酶和脱氢酶
氧化酶：A、催化底物脱氢，氢由辅酶（FAD或FMN）传递给活化氧，两者结合生成H2O2，反应式①： B、催化底物脱氢，活化氧和氢结合生成H2O ，反应式② ： 脱氢酶：催化底物脱氢，氢由中间受体NAD接受，反应式③ ：

8 如：多酚氧化酶催化含酚基的有机物脱氢，氧化为醌类和水
① ② ③ AH2 + O2 A H2O2 AH2 + ½O2 A H2O 如：多酚氧化酶催化含酚基的有机物脱氢，氧化为醌类和水 CH3CH2OH + NAD CH3CHO NADH2

9 （3）转移酶类 催化底物的集团转移到另一有机物上的酶 反应式：AR+B A+BR
如：谷丙转氨酶催化谷氨酸的氨基转移到丙酮酸上，生成丙氨酸和α-酮戊二酸。 实际上为取代反应

10 （4）异构酶 催化同分异构分子内的集团重新排列 如：6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。

11 （5）裂解酶 催化有机物裂解成小分子有机物 反应式： AB A + B

12 （6）合成酶 催化底物的合成反应 蛋白质和核酸的生物合成都需要合成酶参加，需要消耗ATP以获得能量。 反应式： 或 A + B ATP AB
ADP Pi 或 A + B ATP AB AMP PPi

13 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

14 特性 高效性 专一性 温和性 可逆性 可调节性 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

15 （1）酶浓度对酶促反应速度的影响 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 当有多余的酶没与底物结合，随着底物浓度的增加，反应速度也迅速增加。 当酶全部与底物结合成中间产物，随着底物浓度的增加，反应速度的增加也减缓。

16 （3）温度对酶反应速度的影响 （4）ＰＨ对酶反应速度的影响

17 （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。

18 （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

19 第一节 微生物的代谢 A—H2 A 辅 酶 辅酶－H2 受氢体 受氢体－H2 脱氢酶 氧化酶 二、微生物的呼吸作用
第一节 微生物的代谢 变为热，散失； 供合成反应和生命的其他活动； 贮存在ATP（三磷酸腺苷）中。 二、微生物的呼吸作用 （一）微生物呼吸作用的本质 生物体内的物质以脱氢方式被氧化分解，并释放能量的过程。 生物体内的物质经过一系列连续的氧化还原反应分解并释放能量的过程。 A—H2 A 辅　　酶 辅酶－H2 受氢体 受氢体－H2 脱氢酶 氧化酶 微生物以O2或其它无机物为电子最终受体进行有机物氧化的过程。

20 第一节 微生物的代谢 ADP ATP 微生物的呼吸作用产生能量 合成代谢 和 分解代谢 二、微生物的呼吸作用 高能键化合物 光能
第一节 微生物的代谢 变为热，散失； 供合成反应和生命的其他活动； 贮存在ATP（三磷酸腺苷）中。 二、微生物的呼吸作用 高能键化合物 ADP 光能 光能营养型微生物 化能营养型微生物 化学能 ATP 耗能代谢 高能键化合物的共性： 高能键的形成和断开可逆，沟通了微生物两个代谢类型—— 合成代谢 和 分解代谢 微生物的呼吸作用产生能量

21 第一节 微生物的代谢 呼吸类型 二、微生物的呼吸作用 （二）微生物的主要呼吸类型 共同点：氧化还原反应 区别点：电子最终受体 氧化基质
第一节 微生物的代谢 二、微生物的呼吸作用 （二）微生物的主要呼吸类型 共同点：氧化还原反应 区别点：电子最终受体 氧化基质 有氧呼 吸 无氧呼吸 发 酵 光能转换（光合磷酸化） 产能方式 呼吸类型

22 第一节 微生物的代谢 二、微生物的呼吸作用 类型 （据电子最终受体分） 1、 有氧呼吸： 最终电子受体：分子氧；
第一节 微生物的代谢 二、微生物的呼吸作用 类型 （据电子最终受体分） 1、 有氧呼吸： 最终电子受体：分子氧； 底物：有机物 全部被氧化成CO2和H2O，并产生ATP 。 2、无（厌）氧呼吸： 最终电子受体：无机氧化物； NO3－ SO4＝ CO3＝ 硝酸还原、硫酸盐还原、碳酸盐还原 底物：有机物。 产能效率介于好氧呼吸和发酵之间 3、发酵：

23 有氧呼吸： 葡萄糖 电子传递链； 氧分子； (最终电子受体) 丙酮酸 糖酵解作用 (EMP) 有氧 无氧 三羧酸循环 (TCA) 发酵
各种发酵产物 被彻底氧化生成CO2和水，释放大量能量。

24 TCA循环 好氧呼吸产能的代表途径； 指由丙酮酸经过一系列循环反应而彻底氧化、脱羧，形成CO2、H2O和NADH2的过程。
好氧呼吸过程中，葡萄糖的氧化分解为两阶段 （1）葡萄糖经EMP途径酵解，不需要消耗氧，形成中间产物 （2）丙酮酸的有氧分解（TCA循环）。 TCA循环 好氧呼吸产能的代表途径； 指由丙酮酸经过一系列循环反应而彻底氧化、脱羧，形成CO2、H2O和NADH2的过程。 是广泛存在于各种生物体中的重要化学反应，在好氧微生物中普遍存在，也称为三羧酸循环； 由诺贝尔奖获得者（1953）、德国学者H.A.Kerbs于1937年提出。

25 注意：能量、产物的产生 三羧酸循环图

26 EMP途径、TCA循环 从葡萄糖开始，能量统计 相当于8个ATP    EMP 葡萄糖 2个丙酮酸 2ATP+2NADH 脱羧
2丙酮酸 2乙酰－SCoA 脱羧 2个NADH  相当于6个ATP 30个ATP 2乙酰－SCoA TCA循环 2草酸乙酰 6NADH+2FADH+2ATP  相当于24个ATP

27 定义：指一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化。
无氧呼吸 定义：指一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化。 氧化底物一般为有机物，如：葡萄糖、乙酸等，被氧化为CO2，生成ATP。 根据呼吸链末端氢受体的不同，可有多种呼吸类型。

28 （1）硝酸盐呼吸－－NO3-作为最终电子受体
无氧呼吸的典型类型 （1）硝酸盐呼吸－－NO3-作为最终电子受体 NO3-被还原成NO2-、N2O和N2， 供氢体可以是葡萄糖、乙酸、甲醇等有机物，也可以是H2和NH3 该过程叫脱氮作用，也叫反硝化作用或硝酸盐还原作用。 能进行硝酸盐呼吸的都是兼性厌氧微生物－反硝化细菌。 生物处理中，可除去含氮化合物中的氮。

29 （2）硫酸盐呼吸－－SO42-作为最终电子受体
无氧呼吸的典型类型 （2）硫酸盐呼吸－－SO42-作为最终电子受体 是一类称作硫酸盐还原菌的严格厌氧菌在无氧条件下获取能量的方式； 特点：底物脱氢后，经呼吸链递氢，最终由末端氢受体受氢，在递氢过程中与氧化磷酸化作用相偶联而获得ATP。 硫酸盐呼吸最终还原产物是H2S。 石油管道中，厌氧微生物的硫酸盐呼吸产生的H2S使管道环境为酸性，易腐蚀管道； 生物处理中，该呼吸产生的H2S可以和某些重金属离子结合形成硫化物沉淀，而除去水中重金属污染。

30 无氧呼吸的典型类型 （3）碳酸盐呼吸——CO2或CO作为最终电子受体 产甲烷菌可利用甲醇、乙醇、乙酸等作为氢供体，将CO2还原为CH4。
可以用来获得清洁能源－－甲烷气。 有机废物的卫生填埋等需要考虑厌氧产生的甲烷气，可以收集来作为能源。

31 第一节 微生物的代谢 二、微生物的呼吸作用 3、发酵（代谢发酵）
第一节 微生物的代谢 二、微生物的呼吸作用 3、发酵（代谢发酵） 微生物或细胞在不需要氧的条件下转化物质的形态并将底物中的化学能转移产生ATP的一种方式。 工业发酵：利用微生物进行大规模生产的过程，均称发酵。 (1)发酵的特点： 有机物 氧化的基质 最终受氢体 氧化 底物氧化不彻底，释放部分能量。产能少

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

33 发酵产物 糖酵解的步骤 步骤一 步骤二 EMP途径产生2分子丙酮酸，获得2个ATP和2个NADH（或NADH+H+），NADH可在有氧条件下经呼吸链的氧化磷酸化产生6个ATP，在无氧条件下则可把丙酮酸还原成乳酸或乙醇。

34 EMP途径 两大步骤 （1）两大步骤 第一步：不涉及氧化还原反应的预备性反应，生成2分子中间产物 3－磷酸甘油醛；
第一步：不涉及氧化还原反应的预备性反应，生成2分子中间产物 3－磷酸甘油醛； 第二步：发生氧化还原反应，合成ATP并形成两分子的丙酮酸。

35 由EMP途径中的丙酮酸出发的发酵，在不同微生物中可进入不同的发酵途径。
如： 酿酒酵母进行的酵母菌同型酒精发酵； 由德氏乳杆菌、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌进行的同型乳酸发酵。 ……….. 通过这些发酵，微生物可获得生命活动需要的能量，人类则可获得代谢产物

36 第一节 微生物的代谢 2NAD+ 二、微生物的呼吸作用 (2) 乙醇发酵
第一节 微生物的代谢 二、微生物的呼吸作用 (2) 乙醇发酵 C6H12O6+2ADP+2Pi CH3CH2OH+2CO2+2ATP 葡萄糖 1，6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛 1，3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 乙醇 乙醛 丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸 2NAD+ 2NADH 2ATP 2ADP [O] [H] 脱羧酶 （1）氧化基质：葡萄糖 （2）最终的受氢体：乙醛 （3）丙酮酸脱羧酶 发酵特点

37 第一节 微生物的代谢 2NAD 二、微生物的呼吸作用 (3) 乳酸发酵 C6H12O6+2ADP+2Pi 2CH3CHOHCOOH+2ATP
第一节 微生物的代谢 二、微生物的呼吸作用 (3) 乳酸发酵 C6H12O6+2ADP+2Pi CH3CHOHCOOH+2ATP 葡萄糖 1，6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛 1，3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 乳酸 丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸 2NAD 2NADH 2ATP 2ADP [O] [H] （1）氧化基质：葡萄糖 （2）最终的受氢体：丙酮酸 发酵特点

38 第一节 微生物的代谢 二、微生物的呼吸作用 (4)发酵类型的比较 两个发酵类型的共同点： a. 糖酵解途径(EMP)是发酵的主要途径。
第一节 微生物的代谢 二、微生物的呼吸作用 (4)发酵类型的比较 两个发酵类型的共同点： a. 糖酵解途径(EMP)是发酵的主要途径。 b. 糖酵解过程是两发酵类型ATP产生的唯一来源。 基质（底物）水平的磷酸化 底物在其氧化过程中形成某些具有高能磷酸键的中间产物，这类中 间产物，可将其高能键通过酶的作用转给ADP而形成ATP的过程。

39 第一节 微生物的代谢 二、微生物的呼吸作用 (4)发酵类型的比较 不同点： 正型乳酸发酵 混合酸发酵 丁酸丁醇发酵 丙酮酸 丁二醇发酵
第一节 微生物的代谢 二、微生物的呼吸作用 (4)发酵类型的比较 不同点： 正型乳酸发酵 混合酸发酵 丁酸丁醇发酵 丙酮酸 丁二醇发酵 丙酸发酵 酒精发酵 巴斯德效应：一些兼性厌氧菌在无氧条件下进行发酵作用，而有氧条件下进行呼吸作用的现象。

40 第二节 微生物生长、繁殖 一、微生物生长繁殖的概念 1.生长、繁殖 生长：微生物细胞的增长。（单细胞、多细胞） 繁殖：微生物个体数目的增加。
第二节 微生物生长、繁殖 一、微生物生长繁殖的概念 1.生长、繁殖 生长：微生物细胞的增长。（单细胞、多细胞） 繁殖：微生物个体数目的增加。 群体生长：个体的进一步生长，就引起了群体的生长；群体的生长可以用重量、体积、个体浓度或密度指标来测定。 群体生长＝个体生长+个体繁殖 一般微生物的研究和应用中，只有群体的生长才有意义，所以通常讲的“生长”是指群体生长。

41 第二节 微生物生长、繁殖 2.世代时间 一、微生物生长繁殖的概念 （1）概念 两次细胞分裂的时间间隔，称为世代时间。 （2）影响
第二节 微生物生长、繁殖 一、微生物生长繁殖的概念 2.世代时间 （1）概念 两次细胞分裂的时间间隔，称为世代时间。 （2）影响 世代时间受培养环境的影响。 不同的微生物，生长繁殖速度不同，世代时间也有不同

42 第二节 微生物生长、繁殖 1、生长测定 2、繁殖测定 二、微生物生长、繁殖的测定 测体积 直接法 称干重 间接法 测含碳量 其他
第二节 微生物生长、繁殖 二、微生物生长、繁殖的测定 测体积 称干重 直接法 间接法 1、生长测定 测含碳量 其他 直接法：显微镜直接计数法 间接法 2、繁殖测定 平板计数法 薄膜过滤计数法

43 第二节 微生物生长、繁殖 二、微生物生长、繁殖的测定 1、称重法
第二节 微生物生长、繁殖 二、微生物生长、繁殖的测定 1、称重法 用离心或过滤的方法将菌体从培养基中分离、冼净，称湿重或干重。　　 优 点：简单可靠。 在活性污泥法中采用的指标： （1）混合液悬浮固体(MLSS)（粗放测定） 污泥—干燥----称重(W1) （2）挥发性悬浮固体(MLVSS)（相对准确） 上述已称重污泥-----马福炉(500度2小时)----冷却---称重(W2)

44 第二节 微生物生长、繁殖 二、微生物生长、繁殖的测定 2、含氮量测定法 根据样品中菌体蛋白质含量计算微生物重量的方法。
第二节 微生物生长、繁殖 二、微生物生长、繁殖的测定 2、含氮量测定法 根据样品中菌体蛋白质含量计算微生物重量的方法。 原理：（1）微生物蛋白质含量稳定 （2）氮是蛋白质的稳定成分 (蛋白质量=6.25×总含N量) 优点：测定准确。

45 第二节 微生物生长、繁殖 二、微生物生长、繁殖的测定 3、显微镜直接计数法 使用细菌计数板或血球计数板在显微镜下直接计数。
第二节 微生物生长、繁殖 二、微生物生长、繁殖的测定 3、显微镜直接计数法 使用细菌计数板或血球计数板在显微镜下直接计数。 优点：操作简便，计数直观。

46 第二节 微生物生长、繁殖 二、微生物生长、繁殖的测定 4、平板计数法 对样品稀释培养，据形成的菌落数计数。
第二节 微生物生长、繁殖 二、微生物生长、繁殖的测定 4、平板计数法 对样品稀释培养，据形成的菌落数计数。 优点：传统计数方法。对设备要求不高。 10-3 10-4 10-5 10-6

47 1、 培养方法 第二节 微生物生长、繁殖 三、微生物的生长规律——生长曲线
第二节 微生物生长、繁殖 三、微生物的生长规律——生长曲线 1、 培养方法 分批培养：一定的环境下，微生物在一个有液体培养基的容器内生长繁殖。 连续培养：流入新鲜培养基的同时不断流出培养物的培养方式。

48 第二节 微生物生长、繁殖 三、微生物的生长规律——生长曲线 2、典型生长曲线：
第二节 微生物生长、繁殖 三、微生物的生长规律——生长曲线 2、典型生长曲线： 将菌种接种在液体培养基中隔一定时间取样，计算菌数，以菌数的对数为纵坐标，生长时间为横坐标作图。

49 第二节 微生物生长、繁殖 三、微生物的生长规律——生长曲线 根据细菌生长繁殖速率将生长曲线分四个时期： 适应期 　对数期 　　　稳定期 　　 衰亡期

50 又称停滞期或调整期。指少量微生物接种到新培养液中后，在开始培养的一段时间内细胞数目不增加的时期。
（1）适应期 　　又称停滞期或调整期。指少量微生物接种到新培养液中后，在开始培养的一段时间内细胞数目不增加的时期。 特点： ①生长速率常数等于零。 ②细胞形态变大或增长 ③细胞内RNA尤其是rRNA含量增高，原生质呈嗜碱性。 ④合成代谢活跃。 ⑤对外界不良条件反应敏感。

51 影响适应期长短的因素： ① 接种龄 接种龄即“种子” 的群体生长年龄，亦即它处在生长曲线上的哪一个阶段。实验证明，如果以对数期接种龄的“种子”接种，则子代培养物的适应期就短。 ② 接种量 接种量的大小明显影响适应期的长短。（基数大） ③ 培养基成分 接种到营养丰富的天然培养基中的微生物，要比接种到营养单调的组合培养基中的适应期短。

52 又称指数期，是指在生长曲线中，紧接着延滞期的一个细胞以几何级数速度分裂的一段时期。
（2）对数期 又称指数期，是指在生长曲线中，紧接着延滞期的一个细胞以几何级数速度分裂的一段时期。 特点： ①生长速率常数R最大，因而细胞每分裂一次所需的代时G或原生质增加一倍所需的倍增时间最短； ②细胞进行平衡生长，菌体内各种成分最为均匀； ③酶系活跃，代谢旺盛。 对数期的微生物可作为代谢、生理等研究的良好材料，是发酵生产中用作“种子”的最佳种龄。

53 对数生长期的三个参数 繁殖代数n：x2=x1·2n 以对数表示：lgx2=lgx1+nlg2 生长速率常数R 世代时间G

54 （3）稳定期 特点： 细胞数目不增加(R=0)，即处于新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等，或正生长与负生长相等的动态平衡之中。
又称静止期或最高生长期。 特点： 细胞数目不增加(R=0)，即处于新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等，或正生长与负生长相等的动态平衡之中。 菌体产量达到了最高点，而且菌体产量与营养物质的消耗间呈现出一定的比例关系 细胞长、大 代谢旺盛(RNA含量增加) 诱导酶迅速合成 对不良条件敏感，抵抗力降低

55 稳定期到来的原因主要是： ①营养物尤其是生长限制因子的耗尽； ②营养物的比例失调，例如C／N比值不合适等； ③有害代谢产物的累积； ④pH、氧化还原势等物化条件越来越不适宜，等等。

56 （4）衰亡期 特点： 个体死亡的速度超过新生的速度(繁殖数<死亡数)，整个群体就呈现出负生长（R<0）。
（4）衰亡期　　 特点： 个体死亡的速度超过新生的速度(繁殖数<死亡数)，整个群体就呈现出负生长（R<0）。 细胞形态多样，例如会产生很多膨大、不规则的退化形态； 有的微生物因蛋白水解酶活力的增强就发生自溶； 有的微生物在这时产生或释放对人类有用的抗生素等次生代谢产物； 在芽孢杆菌中，芽孢释放往往也发生在这一时期

57 产生衰亡期的原因主要是外界环境对继续生长越来越不利，从而引起细胞内的分解代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体死亡。
如：营养物耗尽，细菌利用贮存颗粒进行内源呼吸造成自身溶解；有毒代谢物积累，抑制细菌生长等。

58 活性污泥法的微生物的生长规律和纯菌种的一致，生长曲线也相似；
一般划为三个阶段：生长上升阶段、生长下降阶段、内源呼吸阶段

59 第二节 微生物生长、繁殖 三、微生物的生长规律——生长曲线 小 结 什么时期细菌细胞生长速度最快 什么时期世代时间短而稳定
第二节 微生物生长、繁殖 三、微生物的生长规律——生长曲线 小 结 什么时期细菌细胞生长速度最快 对数生长期 什么时期世代时间短而稳定 对数生长期 什么时期细菌细胞代谢活性最强 对数生长期 什么时候细菌细胞总数最多 稳定期 什么时期菌体代谢产物最多 稳定期

60 3. 连续培养微生物的生长规律 两种连续培养方式： 恒浊连续培养：维持培养液中细菌的浓度恒定。
恒化连续培养：维持进水中营养成分恒定。适合污水生物处理。 连续培养装置示意图

61 目前, 污水连续生物处理法均类似于恒化连续培养；（流速不完全恒定）

62 连续培养微生物的生长规律 在连续培养中，微生物的生长状态和规律与分批培养不同，往往是处在相当于分批培养中生长曲线的某一生长阶段。
如：废水生物处理的连续运行过程中，活性污泥中的微生物处在相当于分批培养生长曲线的生长阶段：加速期或对数期，或静止期或衰亡期。

63 衰老期 平推流式活性污泥法 占优势 稳定期 对数期 进水

64 4.生长曲线在污水生物处理中的应用 废水生物处理设计时，按废水的水质情况，可利用不同阶段的微生物处理废水。 如： 常规活性污泥法，稳定期
生物吸附法，稳定期 高负荷活性污泥法，对数期 延时曝气法处理低浓度有机废水，衰老期

65 第三节 微生物的遗传与变异 遗传和变异是一切生物体最本质的属性之一。

66 遗传 几个重要概念： 指上一代生物如何将自身的一整套遗传基因传递给下一代的行为或功能。 遗传具有保守性 优点：保障优良性状稳定遗传；
缺点：环境变化，无法适应而死亡。

67 遗传型 表型 + 又称基因型，指某一生物个体所含有的全部遗传因子即基因组所携带的遗传信息。是一种内在的可能性或潜力。
指某一生物体所具有的一切外表特征和内在特性的综合，是其遗传性在合适环境条件下通过代谢和发育而得到的具体表现。是一种现实性。 遗传型 （可能性） + 环境条件 表型 （现实性） 代谢，发育

68 变异 指生物体在某种外因或内因的作用下所引起的遗传物质结构或数量的改变，也是遗传型的改变。 特点： 出现几率低 性状变化幅度大
新性状稳定、可遗传

69 饰变 外表的修饰性改变，即一种不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录、转译水平上的表型变化。 特点： 群体中的个体几乎都同样变化
性状变化的幅度小 不遗传

70 请大家想一想，与遗传变异有关的俗语或谚语有哪些？
1.种瓜得瓜，种豆得豆； 2.龙生龙，凤生凤，老鼠儿子会打洞； 3.虎父无犬子； 4.一母生九子，母子十不同。

71 微生物遗传变异的应用 驯化 遗传是相对的，变异是绝对的。 利用物理因素、化学药物处理微生物提高其变异频率，可获得具有优异特性的变异菌株。
工业废水生物处理中，可以用含有某些污染物的废水筛选、培养菌种，使其适应并有高效降解其中污染物能力。 驯化

72 一、遗传和变异的物质基础 1866年－奧地利孟德尔发表论文《植物杂交实验》，提出分离律、自由配合律等遗传定律。
1879年－德国生物学家弗来明在细胞核內发现了染色质 1903年－美国细胞学家萨顿发现，细胞染色体的活动方式，与孟德尔所描述的遗传因子极为类似。 1909年－丹麦的丹麦的植物遗传学家约翰逊开始以“基因”取代“遗传因子” 1910年－美国遗传学家摩根通过果蝇的研究，证明了基因存在染色体上 真正确立遗传物质：1944年后的3个著名实验。

73 哪些人用什么方法最终证明了 遗传的物质基础？ 1.格里菲斯经典转化实验（1928）及埃弗里、麦克劳德、麦卡蒂等人的转化补充实验（1941）。
2.赫西和蔡斯大肠杆菌T2噬菌体感染大肠杆菌实验。 3.H.Fraenkel-Conrat植物病毒的重建实验

74 格里菲斯——肺炎双球菌转化实验 R型菌 S型菌
多糖类荚膜 R型菌 （粗糙、 无毒性） S型菌 （光滑、 有毒性）

75 将R型活菌注入小鼠体内 一段时间后

76 将S型活菌注入小鼠体内 一段时间后

77 将灭活的S型菌注入小鼠体内 一段时间后

78 将R型活菌与灭活的S型菌注入小鼠体内 一段时间后 细菌发生转化，性状的转化可以遗传。

79 埃弗里、麦克劳德、麦卡蒂转化补充实验 从S型肺炎球菌活体上取得蛋白质、荚膜、DNA、RNA，分别与R型肺炎球菌混合后注入到小白鼠体内 结果被注入DNA的小白鼠死亡，其它小白鼠存活。

80 只有DNA引起R型肺炎球菌转化，DNA是其遗传物质
蛋白质 多糖 RNA 只有DNA引起R型肺炎球菌转化，DNA是其遗传物质

81 赫西和蔡斯实验——噬菌体侵染细菌的实验 （含S） （含P）

82 用放射性同位素35S标记外壳蛋白质 细菌内无放射性

83 用放射性同位素32P标记内部DNA 细菌内有放射性 表明DNA是遗传物质

84 植物病毒的重建试验 H.Fraenkel-Conrat（1956）用含RNA的烟草花叶病毒（TMV）进行植物病毒重建实验：
将TMV放在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就能将它的蛋白质外壳和RNA核心分离，发现裸露的RNA能感染烟草，而蛋白质不感染烟草。 选用一株与TMV近缘的霍氏车前花叶病毒HRV进行实验。

85 红蓝箭头表示遗传信息的走向 正常 花叶病 TMV重建试验

86 上述三个实验可以证明核酸是遗传物质基础。
核酸是一切生物的遗传物质，核酸包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），绝大多数生物都是以DNA作为遗传物质的，因此DNA是主要的遗传物质。 含DNA的生物： 以DNA为遗传物质 如真核生物、原核生物和只含DNA的病毒等 如流感病毒、爱滋病病毒、烟草花叶病毒等 以RNA为遗传物质 仅含RNA的生物：

87 DAN的结构与复制 （二）DAN复制 （一）DNA结构 最经典的结构：双螺旋结构。 沃森、克里克1953年提出。 边解旋边复制；半保留复制
T——胸腺嘧啶 A——腺嘌呤 G——鸟嘌呤 C——胞嘧啶 碱基配对原则：A=T,C≡G. 碱基之间一一对应，顺序固定，可以保证遗传的稳定性。 如果受到干扰，个别碱基排列顺序发生变化，会导致微生物死亡或变异。 （二）DAN复制 边解旋边复制；半保留复制

88 A G C T 脱氧 核糖 磷酸 碱基

89 A T G C A T G C 碱基配对原则：A=T,C≡G.

90 細胞 染色體 DNA 蛋白質 基因

91 基因 基因特別是指在DNA序列上，能够表現出功能的部分 存在染色体上，是一切生体内储存遗传信息的、有自我复制能力的遗传功能单位。
基因按功能可分三类：结构基因、操纵区、调控基因 在人类的所有染色体上，约存在30,000个基因 有时单一个基因便能控制一种性狀的表現，然而，大部分的生理性狀，都是由一系列相关的基因一同调控而表現

92 遗传信息的传递

93 二、 微生物的变异 基因突变： 一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变

94 基因突变的类型 自发突变 环境因素的影响，DNA复制过程的偶然错误等 而导致，一般频率较低。 诱变
作用，突变以较高的频率产生。

95 基因突变的特点 1、特点 1）非对应性 2）稀有性 3）规律性 4）独立性 5）遗传和回复性 6）可诱变性

96 2、实验证据 如何证明基因突变的非对应性？ 三个经典实验 变量实验、涂布实验、影印实验 证明突变的性状与引起突变的原因间无直接对应关系！

97 变量实验（fluctuation analysis）Salvador Luria and Max Delbruck（1943）
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1969

98 Newcombe的涂布实验（1949）

99 影印实验（replica plating ）Joshua Lederberg and Esther Lederberg
（1952） Joshua Lederberg J. Lederberg is awarded the Noble Prize in Medicine and Physiology in 1958

100 突变育种 从生产中选育 定向培育——驯化 诱变育种

101 第四节 菌种保藏 一、菌种保藏 影响微生物菌种稳定性的因素： a）变异； b）污染； c）死亡；
第四节 菌种保藏 一、菌种保藏 性状稳定的菌种是微生物学工作最重要的基本要求，否则生产或科研都无法正常进行。 菌种保藏目的：保持优良性状，利于生产和科研的应用。 影响微生物菌种稳定性的因素： a）变异； b）污染； c）死亡；

102 基本要求： 在一定时间内使菌种不死、不变、不乱 基本方法： 培养基传代培养 生活态 寄主传代培养 休眠态 冷冻 干燥 斜面、平板
液氮、低温冰箱 干燥 沙土管、冷冻真空干燥

103 二、菌种的退化 衰退的原因：衰老、变异 衰退的表现：生长缓慢 　　　　　　优良性状的丧失 　　　　　　抗逆性下降 衰退的预防：

104 二、菌种的退化 防止菌种退化的措施： 1）减少传代次数； 采用有效的菌种保藏方法 2）创造良好的培养条件；
3）利用不同类型的细胞进行接种传代

105 三、菌种的复壮 纯种分离 通过寄主进行复壮 淘汰已衰退的个体 稀释平板法 平板划线法 方法

106 稀释平板法：倾注平板法和涂布平板法 基本过程：（1）梯度稀释过程；（2）分离培养过程 梯 度 稀 释 过 程 倾注 涂布 10-1
10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 梯 度 稀 释 过 程 倾注 涂布

107 平板划线法 用接种环沾少许待分离的材料，在培养基表面进行多次平行划线，使微生物细胞分开生长以获得微生物纯培养的过程