水处理微生物学.pptx

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1、会计学1水处理微生物学水处理微生物学第一章第一章 绪绪 论论 微生物：一切肉眼看不见或看不清的微小生 物的总称。微生物学：对于微小的被称为微生物的有机体的科学，称为微生物学。第2页/共194页微生物小（个体微小）简（构造简单）低（进化地位低）原核类：细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、衣原体等真核类：真菌（酵母菌、霉菌等），原生动物，显微藻类非细胞类：病毒、亚病毒微米级：光学显微镜下可见（细胞）纳米级：电子显微镜下可见（细胞器、病毒）单细胞简单多细胞非细胞（即分子生物）第3页/共194页1.1 1.1 水中常见微生物种类及特点水中常见微生物种类及特点水中常见微生物种类及特点水中常见微生物种类及特点肉

2、 足 类鞭 毛 类纤 毛 类后生动物非细胞形态的微生物病毒细胞形态的微生物原核生物水中微生物真核生物细 菌放 线 菌蓝 藻真菌酵 母 菌霉菌原生动物藻类（除蓝藻）第4页/共194页水处理中微生物特征v种类繁多v分布广v繁殖快v容易发生变异v代谢能力强v形体微小v数量大第5页/共194页第二章第二章 原核生物原核生物2.1细菌n n细菌：单细胞、不分枝，类似植物的原核微生物细菌：单细胞、不分枝，类似植物的原核微生物球菌杆菌螺旋菌分类细菌基本形态，是鉴定菌种的依据之一2.1.1细菌形态与大小第6页/共194页n n细菌的大小细菌的大小 单位：单位：m m（微米）（微米）球菌：直径（球菌：直径（0.

3、51.00.51.0微米）微米）杆菌：宽度（直径）杆菌：宽度（直径）长度长度 （直径在直径在0.41.00.41.0微米，长度为宽度的一至数倍微米，长度为宽度的一至数倍）螺旋菌：螺旋菌：宽度（直径）宽度（直径）长度长度 （长度是两端的距离）（长度是两端的距离）大小受各种因素影响而变化大小受各种因素影响而变化第7页/共194页2.1.2 2.1.2 细菌细胞构造细菌细胞构造细菌细胞构造细菌细胞构造细胞壁：固定细菌形态、保护细胞细胞膜：选择性的半渗透性，吸收营养物质和排除废物方面起作用细胞质：进行新陈代谢活动内含物：细菌新陈代谢产物，或储备营养物质核质：决定生物遗传性细菌基本构造图1.1第8页/共

4、194页1 1、荚膜：保护作用，提供营养荚膜：保护作用，提供营养n n菌胶团：一定数目的个体，按照特定的构造聚集在菌胶团：一定数目的个体，按照特定的构造聚集在一起，具有同一个公共的荚膜。一起，具有同一个公共的荚膜。菌胶团特殊结构第9页/共194页2 2、芽孢：是形成孢子细菌种类的休眠阶段芽孢：是形成孢子细菌种类的休眠阶段 特点：新陈代谢活动低特点：新陈代谢活动低 壁厚，水分少壁厚，水分少 不易透水不易透水 能抵抗外界不良环境能抵抗外界不良环境 能形成芽孢的细菌都是革蓝氏染色阳性的细菌能形成芽孢的细菌都是革蓝氏染色阳性的细菌3 3、鞭毛：是细胞质的突出体鞭毛：是细胞质的突出体 具有鞭毛的细菌能真

5、正运动具有鞭毛的细菌能真正运动 （一般鞭毛和荚膜不同时存在于一个细胞内）（一般鞭毛和荚膜不同时存在于一个细胞内）偏端单毛菌类(A)偏端丛毛菌类(B)周毛菌类(C)第10页/共194页2.1.3 2.1.3 细菌的培养特征与研究方法细菌的培养特征与研究方法细菌的培养特征与研究方法细菌的培养特征与研究方法一、菌落：单个细菌在固体培养基表面经繁殖以后形成的肉眼一、菌落：单个细菌在固体培养基表面经繁殖以后形成的肉眼 可见的集团。可见的集团。(一定培养条件下表现出一定的特征一定培养条件下表现出一定的特征)二、染色：二、染色：单染：一种染料使细菌着色。单染：一种染料使细菌着色。复染：两种染料对细菌着色。（

6、复染：两种染料对细菌着色。（鉴别染色法鉴别染色法）初染媒染脱色复染草酸铵结晶紫沙黄（蕃红）革蓝氏染色法第11页/共194页 革蓝氏阳性菌：紫色（所有的球菌与芽孢）革蓝氏阴性菌：红色 杆菌（无芽孢的）与螺旋菌三、观察 普通光学显微镜 电子显微镜第12页/共194页2.2 2.2 放线菌放线菌放线菌放线菌一、定义：放线菌是一类呈菌丝状生长一、定义：放线菌是一类呈菌丝状生长和以孢子繁殖的单细胞细菌和以孢子繁殖的单细胞细菌二、形态构造二、形态构造基内菌丝：吸收营养物质气生菌丝：吸氧孢子丝：分生孢子图1.2链霉菌的形态、构造图第13页/共194页三、放线菌的繁殖与菌落特征三、放线菌的繁殖与菌落特征繁殖：

7、繁殖：通过无性孢子及菌丝片断进行繁殖，以分生孢子通过无性孢子及菌丝片断进行繁殖，以分生孢子 为主。为主。菌落特征：菌落特征：（1 1）干燥、不透明、表面呈致密的丝绒状；）干燥、不透明、表面呈致密的丝绒状；（2 2）菌落和培养基的连接紧密，难以挑取；）菌落和培养基的连接紧密，难以挑取；（3 3）菌落的正反面颜色常不一样，在菌落边缘）菌落的正反面颜色常不一样，在菌落边缘的琼脂平面有变形现象。的琼脂平面有变形现象。第14页/共194页2.3 2.3 蓝藻（蓝细菌）蓝藻（蓝细菌）蓝藻（蓝细菌）蓝藻（蓝细菌）n n特征：细胞壁与革兰氏阴性菌相似；细胞体积一般比细菌大；分布广，抵抗环境能力强。n n危害：

8、水体富营养化，引起“水华”和“赤潮”影响水厂过滤工作n n益处：间接处理污水（如氧化塘）第15页/共194页几类蓝细菌的典型形态第16页/共194页总结总结n n水处理中微生物的种类和特征 n n水处理中微生物的生理特性，及其在水处理中的应用 第17页/共194页18第三章第三章 真核生物真核生物第18页/共194页n n真真菌菌（酵酵母母菌菌及及霉霉菌菌）的的形形态态、大大小及作用；小及作用；n n藻类及其在水处理中的作用；藻类及其在水处理中的作用；n n原原生生动动物物的的特特性性及及其其在在水水处处理理中中的的作用；作用；n n后后生生动动物物的的特特性性及及其其在在水水处处理理中中的的

9、作用。作用。第19页/共194页 3.1 真真 菌菌n n真菌：最主要的真核微生物类群，包括单细胞酵母菌和多细胞分枝状霉菌。n n真菌特点：a、无叶绿素，不能进行光合作用；b、一般具有发达的菌丝体；c、营养方式为异养吸收型；d、以孢子的方式进行繁殖；f、陆生性较强第20页/共194页3.1.1 3.1.1 酵母菌酵母菌一、形态和大小一、形态和大小细胞形态为圆形、细胞形态为圆形、卵形或圆柱形等；卵形或圆柱形等；具有多孔核膜包裹具有多孔核膜包裹起来的定形细胞核；起来的定形细胞核；菌体比细菌大，一菌体比细菌大，一般长般长810810mm，宽，宽1515mm；第21页/共194页二、酵母菌繁殖a、无性

10、繁殖（出芽，芽孢子）b、有性繁殖（子囊，子囊孢子）三、酵母菌特点：a、个体一般以单细胞状态存在；b、多数出芽繁殖；c、能发酵糖类产能；（菌落有“酒香”味）d、常生活在含糖量较高、酸度较大的水生环境中。为主第22页/共194页四、作四、作 用用n n发酵型：分解碳水化合物为酒精和二氧化碳，用于发面做面包、馒头和酿酒。n n氧化型：a、氧化烃类物质，在石油加工工业中起积极作用，如石油脱腊、降低石油的凝固点。b、假丝酵母和粘红酵母菌在炼油厂的含油、含酚废水生物处理中，起积极作用。c、淀粉、油脂、味精废水及柠檬酸残糖废水均可利用酵母菌处理，还可得到酵母菌体蛋白，用作饲料。第23页/共194页3.1.2

11、 霉霉 菌菌一、霉菌的形态和大小pp霉菌：通常指那些菌丝体较发达又不产生大型肉质子实体（蕈菌）结构的真菌。pp霉菌的菌丝直径约310m。pp菌丝：营养菌丝 气生菌丝（注：多数霉菌菌丝体内有隔膜，而放线菌菌丝内部相通，一般无隔膜。）第24页/共194页二、作用二、作用n n霉霉菌菌都都是是依依靠靠有有机机物物生生活活，能能分分解解碳碳水水化化合合物物、脂脂肪肪、蛋蛋白白质质及及其其它它含含氮氮有有机机物物。在在活活性性污污泥泥中中，若若繁繁殖殖了了大大量量的的霉霉菌菌，也也会会引引起污泥膨胀。起污泥膨胀。n n某某些些霉霉菌菌如如镰镰刀刀霉霉等等能能有有效效地地氧氧化化分分解解无无机机氰氰化化物

12、物，去去除除率率可可达达9090以上，对有机氰化物的处理效果则差些。以上，对有机氰化物的处理效果则差些。n n部分霉菌可处理含硝基化合物废水。部分霉菌可处理含硝基化合物废水。第25页/共194页第26页/共194页 3.2 3.2 藻藻 类类 一、一、藻类的形态与构造uu藻类一种低等植物，有单细胞和多细胞之分；uu形态有单个球状、球状排列成堆、丝状等；uu多数藻体微小，肉眼不可见；uu按其形态结构、色素划分，主要有蓝藻、绿藻、硅藻、褐藻和金藻等十纲。第27页/共194页 3.2 3.2 藻藻 类类 一、一、藻类的形态与构造uu藻类一种低等植物，有单细胞和多细胞之分；uu形态有单个球状、球状排列

13、成堆、丝状等；uu多数藻体微小，肉眼不可见；uu按其形态结构、色素划分，主要有蓝藻、绿藻、硅藻、褐藻和金藻等十纲。第28页/共194页藻类构造藻类构造n n具有真核，细胞壁由纤维素与果胶质组成；n n藻类的运动主要靠鞭毛进行；n n藻类细胞中大都有叶绿体，叶绿体有各种形状；n n藻类借光合色素进行光合作用，光和色素不同，藻类呈现不同颜色。第29页/共194页二、藻类生理特征二、藻类生理特征n n藻类进行植物型光合作用；藻类进行植物型光合作用；n n以水作为供氢体并释放氧气：以水作为供氢体并释放氧气：n n营无机营养型，除利用营无机营养型，除利用COCO2 2外，还需氮、磷、硫、外，还需氮、磷、

14、硫、镁等；镁等；n n无机营养物中以氮和磷的需求量为多（藻类原生无机营养物中以氮和磷的需求量为多（藻类原生质通式质通式C C106106H H263263O O110110N N1616P P ）；）；n n为需氧性生物，呼吸作用需要氧。为需氧性生物，呼吸作用需要氧。第30页/共194页三、藻类在水处理中的作三、藻类在水处理中的作用用有有利利：排排水水工工程程中中可可利利用用污污水水养养殖殖藻藻类类。藻藻类类光光合合作作用用放放出出的的氧氧气气被被好好氧氧微微生生物物利利用用，氧化分解水中的有机污染物。氧化分解水中的有机污染物。例如：氧化塘主要是利用藻类来供应氧气。例如：氧化塘主要是利用藻类来

15、供应氧气。第31页/共194页n n有害：藻类对给水工程有一定的危害性，当它们在水库、湖泊中大量繁殖时，会使水带有臭味，有些种类还会产生颜色。水中有大量藻类时还可能影响水厂的过滤工作。n n水体中藻类大量繁殖，造成水体富营养化，使净化水质的工作发生困难；在夜间或藻类死亡后消耗大量氧气，危及水生生物的生存；严重时，甚至使湖泊变为沼泽或旱地。n n 常说的“水华”主要是由藻类中的裸藻形成的，裸藻是水体富营养化的指示生物。第32页/共194页第33页/共194页 3.3 3.3 原生动物原生动物原生动物：单细胞、有运动能力，类似动物的微生物。一、形态与构造大小：一般100300100300mm，个别

16、小至几个别小至几mm；形态多样（卵形、圆形、长方形）；不具细胞壁，有一个或多个细胞核，有核膜包围；第34页/共194页n n原生动物与多细胞动物一样，具有摄食、呼吸、排泄、生殖等功能；n n形成不同“细胞器”，各起不同的作用；胞器v行动胞器伪足、鞭毛和纤毛等。v消化、营养胞器废水生物处理中的营养方式有三类：动物性营养；植物性营养；腐生性营养。有些动物性营养的原生动物具有胞口、胞咽等。v感觉胞器一般就是行动胞器，个别的有“眼点”。v排泄胞器伸缩泡。第35页/共194页二、营养与繁殖n n营异养型生活，食物包括：细菌、真菌、藻类、有机颗粒等；n n多数进行好氧呼吸；n n无性、有性繁殖两种；n n

17、可形成休眠体（孢囊），以抵抗不良环境；环境适宜时，长出新细胞。第36页/共194页三、常见种类A、肉足类以肉质的伪足作为运动和摄食胞器；形体小，无色透明，大多没有固定的形状，少数为球形；多为动物性营养，以细菌、藻类、有机颗粒和比它本身小的原生动物为食；中污带水体是多数肉足类原生动物最适宜的生活环境，在污水中和废水处理构筑物中也有发现。第37页/共194页鞭毛类v多数个体生活，也有群体的；v具有一根或一根以上的鞭毛；v分植物性鞭毛虫和动物性鞭毛虫两类；v鞭毛虫喜在多污带和中污带生活；v在活性污泥曝气池运行的最初阶段，或在处理效果差时鞭毛虫大量出现，可作为污水处理的指示生物。第38页/共194页纤

18、毛类n n体外长有纤毛作为运动胞器或摄食工具；n n多为单个自由生活，分游泳型纤毛虫和固着型纤毛虫，前者如草履虫，后者如钟虫；n n纤毛虫喜吃细菌及有机颗粒，竞争能力强。第39页/共194页n n对对废废水水生生物物处处理理起起作作用用的的主主要要是是细细菌菌，其其次次是是原原生生动动物物。这这是是因因为为原原生生动动物物在在污污水水中中的的数数量量不不少少，常常在在微微型型动动物物总总数数的的9595以以上上。并并且且也也有有一一定定的的净净化化能能力力，并并可可作作为为指指示示生生物物，用用以以反反映映活活性性污污泥泥和和生生物物膜膜的的质质量量以以及及废水净化的程度。废水净化的程度。四、

19、作用第40页/共194页A、原生动物对废水净化的影响v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。v在活性污泥法中，纤毛虫可促进生物絮凝作用。另外，纤毛虫能大量吞食细菌，特别是游离细菌，因此可改善生物处理法出水的水质。第41页/共194页B B B B、以原生动物为指示生物、以原生动物为指示生物、以原生动物为指示生物、以原生动物为指示生物 不不同同种种类类的的原原生生动动物物对对环环境境条条件件的的要要求求不不同同，对对环环境境变变化化的的敏敏感感程程度度也也不不同同，可可利利用用原原生生动动物物种种群群的的生生长长情情况况，判判断断生生物物处处理理构构筑

20、筑物物的的运运转转情情况及废水净化的效果。况及废水净化的效果。v在活性污泥的培养和驯化阶段，原生动物种类的出现和数量的变化往往按照一定的顺序进行。在运行初期曝气池中常出现鞭毛虫和肉足虫，若钟虫出现数量较多，则说明活性污泥已成熟，充氧正常。在正常运行的曝气池中，如果固着型纤毛虫减少，游泳型纤毛虫突然增加，表明处理效果将变坏。v当环境大幅度变化时，种类组成差别可能相当小，但种类的数量变化相当大。第42页/共194页 3.4 后生动物后生动物一、轮虫n n形体微小，一般在 40200 m之间;n n身体为长形，分头部、躯干和尾部；n n具独特的繁殖方式，广泛分布于湖泊、水库、河流、池塘、沼泽、稻田等

21、水域及潮湿土壤和苔藓中，是后生动物中拥有最强散布能力和最高繁殖速率的1个类群；第43页/共194页n n以细菌、小的原生动物和有机颗粒等为食物，在废水以细菌、小的原生动物和有机颗粒等为食物，在废水处理中有一定的净化作用；处理中有一定的净化作用；n n在废水处理中，可作为指示生物；在废水处理中，可作为指示生物；n n源水中大量繁殖，可能阻塞滤池；源水中大量繁殖，可能阻塞滤池；n n是大多数名贵水产品的开口饵料和优质食物，在水产是大多数名贵水产品的开口饵料和优质食物，在水产养殖业有很大的应用价值养殖业有很大的应用价值.第44页/共194页二、甲壳类动物二、甲壳类动物n n主要特点是具有坚硬的甲壳。

22、常见种类有水蚤和剑水蚤，它们以细菌、酵母菌、单细胞藻类、原生动物以及有机碎屑为食；n n源水中过度繁殖，易污染供水系统，如哈尔滨市宾县（19952004年）剑水蚤出现在管网末端，吉林省四平市（2001年）在管网中发现水蚤。第45页/共194页水蚤（80倍显微摄影）第46页/共194页三、其它小动物三、其它小动物n n随源水进入给水处理厂，包括线虫和昆虫的幼虫等；n n出现在活性污泥和生物膜中。第47页/共194页成虫线虫幼虫（80倍显微摄影）第48页/共194页摇蚊幼虫摇蚊第49页/共194页城市时间水生物种类发现地点塔科马市（美国）1993年摇蚊幼虫蓄水池、管网末端深圳市2003年摇蚊幼虫沉

23、淀池、砂滤池广州市2000年摇蚊幼虫二次供水水箱成都市2001年摇蚊幼虫沉淀池、调蓄池宁波市1996年摇蚊幼虫管网末端江苏吴江市19982000年摇蚊幼虫二次供水水箱湖南株洲2004年摇蚊幼虫、线虫管网末端陕西蓝田县20022005年摇蚊幼虫、线虫滤池、管网末端天津市2004年线虫管网末端乌鲁木齐市2004年线虫管网末端第50页/共194页第四章第四章 病毒和噬菌体病毒和噬菌体一、病毒的特点n n病毒：一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的超显微“非细胞型微生物”，其本质是一种只含DNA或RNA的遗传因子。n n病毒与其他细胞型微生物包括原核微生物和真核微生物有着体态、结构、化学组成、生命方式

24、等多方面的明显区别。4.1 病毒第51页/共194页n n病毒包括：动物病毒、植物病毒、微生物病毒（噬菌体）n n病毒特点：a、没有细胞构造，由蛋白质物质和核酸组成，又称“分子生物”；b、体积小，需要用电子显微镜才能观察到；c、营专性寄生，只有在寄主体细胞内才表现出生命特征；d、每种病毒只含一种核酸，DNADNA或RNARNA；f f、无蛋白质和核酸合成酶系，只能利用宿主或、无蛋白质和核酸合成酶系，只能利用宿主或细细胞体内现成代谢系统合成自身的核酸和蛋白胞体内现成代谢系统合成自身的核酸和蛋白质质组成。组成。第52页/共194页二、病毒的形态和大小形态：球形、卵圆形或砖形（动物病毒）杆状、丝状、

25、少数球形（植物病毒）蝌蚪形（多数）、丝状（噬菌体）大小：nm表示；各种病毒之间大小相差悬殊，如痘病毒大的达300nm，口蹄疫病毒1022nm。第53页/共194页第54页/共194页n n噬菌体：寄生于细菌和放线菌，可使细菌和放线菌细胞裂解的病毒，同样由核酸和蛋白质组成，具有一般病毒的各种特征。n n分类 根据噬菌体进入宿主细胞后的行为分为：烈性（毒性）噬菌体 温和噬菌体 4.2 噬菌体第55页/共194页a、烈性噬菌体：进入宿主细胞后进行复制增殖，导致宿主细胞裂解的噬菌体。b、温和噬菌体：侵入宿主细胞后随宿主细胞的生长繁殖而传代下去，一般不引起宿主细胞的裂解。n n烈性噬菌体敏感细菌n n温

26、和噬菌体溶源性细菌（溶源性）第56页/共194页溶源菌及其独特噬菌斑的形态（模式图）第57页/共194页n n病毒不存在个体的生长过程，只有两种基本成分的合成和进一步的装配过程（同种病毒粒之间没有年龄和大小之分）。n n繁殖分为5个阶段：吸附、侵入、增值（复制与生物合成）、粒子成熟（装配）、寄主细胞裂解（释放）。4.3 病毒繁殖第58页/共194页T偶数噬菌体对大肠杆菌的侵入第59页/共194页T偶数噬菌体装配过程模式图第60页/共194页温和噬菌体感染细菌的结果第61页/共194页噬菌体“破坏”细菌的第一阶段（电子显微镜）第62页/共194页4.4 4.4 4.4 4.4 实验室中的控制方法

27、实验室中的控制方法实验室中的控制方法实验室中的控制方法 温温度度：在在宿宿主主细细胞胞外外的的病病毒毒大大多多数数在在55556565范范围围内内不不到到1h1h被灭活。低温不会灭活病毒，通常在被灭活。低温不会灭活病毒，通常在7575保存病毒。保存病毒。物理因素 光v 紫外辐射：日光中的紫外辐射和人工制造的紫外辐射均能灭活病毒，灭活的部位是病毒的核酸。v 可见光：在天然水体和氧化塘中，日光对肠道病毒有灭活作用。v 离子辐射：X射线、射线也有灭活病毒的作用。干燥：是控制环境中病毒的重要因素。土壤中，水分含量低于10时，病毒会迅速灭活。污泥中，当固体含量大于65时，病毒量减低。第63页/共194页

28、体外灭活：酚、低渗缓冲溶液、甲醛、亚硝酸、醚类、十二烷基硫酸钠、氯仿、去氧胆酸钠、氯、溴、碘、臭氧、乙醇、强酸、强碱、pH及其他氧化剂等。体内灭活：抗体和干扰素化学物质化学因素第64页/共194页n n链链霉霉菌菌、青青霉霉菌菌、藻藻类类等等会会分分泌泌一一些些抗抗菌菌物物质质。但但是是，各各种种链链霉霉菌菌产产生生的的抗抗生生素素对对大大多多数数病病毒毒无无灭活作用。灭活作用。n n藻藻类类产产生生的的抗抗菌菌物物质质如如丙丙烯烯酸酸和和多多酚酚对对病病毒毒有有灭灭活作用。活作用。n n枯枯草草杆杆菌菌、大大肠肠杆杆菌菌和和铜铜绿绿假假单单胞胞菌菌等等三三种种菌菌显显示示抗抗病病毒毒的的活活

29、性性，病病毒毒的的蛋蛋白白衣衣壳壳可可被被用用作作细细菌菌的生长底物。的生长底物。抗菌物质第65页/共194页第五章第五章 微生物的生理微生物的生理n n 微生物的营养微生物的营养n n 微生物的酶微生物的酶n n 微生物的呼吸作用微生物的呼吸作用n n 微生物的物质代谢微生物的物质代谢第66页/共194页5.1 5.1 5.1 5.1 微生物的营养微生物的营养微生物的营养微生物的营养n n营养:指微生物从外界环境中摄取对其生命活动所需的能量和物质，以满足正常生长和繁殖需要的一种最基本的生理功能。n n营养物：在自然或实验室人工条件下，可供微生物生长、繁殖和进行各种生理活动所需要的物质。第67

30、页/共194页一、微生物的化学组成及生理功能一、微生物的化学组成及生理功能A、第68页/共194页n n水分 两种状态：自由水和结合水。生理作用：溶剂作用；参与生化反应（如脱水、加水反应）；运输物质的载体；维持和调节一定的温度。B、各化学成分的生理功能第69页/共194页n n无机盐 指细胞内存在的一些金属离子盐类，根据含有量的多少可分为微量金属元素和金属元素。主要作用：构成细胞的组成成分；酶的组成成分；酶的激活剂；维持适宜的渗透压；自养型细菌的能源。n n碳源 分有机碳源和无机碳源两种；碳源的作用是提供细胞骨架和代谢物质中碳素的来源以及生命活动所需要的能量。第70页/共194页n n氮源氮源

31、 氮氮源源：提提供供细细胞胞组组分分中中氮氮素素来来源源的的各各种物质；种物质；分为两类：有机氮源和无机氮源；分为两类：有机氮源和无机氮源；作作用用：提提供供细细胞胞新新陈陈代代谢谢中中所所需需的的氮氮素合成材料。素合成材料。第71页/共194页生长因子n n生生长长因因子子：一一类类调调节节微微生生物物正正常常代代谢谢所所必必需需，但但不不能能自行合成的由外界供给的有机物自行合成的由外界供给的有机物;n n作用：构成酶的辅酶或辅基参与新陈代谢。作用：构成酶的辅酶或辅基参与新陈代谢。第72页/共194页pp营养类型：指根据微生物生长所需要的主要营养要素即能源和碳源的不同，而划分的微生物类型。p

32、p根据碳源和能源的不同，兼顾电子供体的不同情况将微生物分成4种类型，包括光能自养型、光能异样型、化能自养型和化能异养型二、微生物的营养类型第73页/共194页营养类型能源电子供体基本碳源实例光能自养型（光能无机营养型）光无机物CO2蓝细菌、紫硫细菌、绿硫细菌、藻类光能异养型（光能有机营养型）光有机物CO2及简单有机物红螺菌科的细菌（紫色无硫细菌）化能自养型（化能无机营养型）无机物无机物CO2硝化细菌、硫化细菌、铁细菌、氢细菌、硫黄细菌等化能异养型（化能有机营养型）有机物有机物有机物绝大多数细菌和全部真核微生物第74页/共194页n n培养基：根据微生物生长、繁殖对营养物质的需要而人工配制的营养

33、基质。A、培养基分类：物理状态：液体、固体、半固体 培养基组分：天然、合成、半合成 培养基用途：选择性、鉴别、加富三、培养基第75页/共194页B、培养基配制原则、培养基配制原则n n目的明确：根据不同微生物的营养需要配目的明确：根据不同微生物的营养需要配 制不同的培养基；制不同的培养基；n n营养协调：注意各种营养物质的浓度及营养协调：注意各种营养物质的浓度及 配比，考虑加入生长因子；配比，考虑加入生长因子；n n理化适宜理化适宜：调节适宜的：调节适宜的pHpH值、渗透压、值、渗透压、水活度、氧化还原势等；水活度、氧化还原势等；n n经济节约：培养基应物美价廉。经济节约：培养基应物美价廉。第

34、76页/共194页c、培养基配制方法、培养基配制方法n n配制溶液n n调解pH值n n加入生长因子或指示剂等n n高压蒸汽灭菌n n冷却放置备用第77页/共194页（1 1）被动扩散被动扩散n n物质的转运顺着浓度差进行；物质的转运顺着浓度差进行；n n运输过程不消耗能量，不发生化学变化；运输过程不消耗能量，不发生化学变化；n n水、气体、甘油等依靠这种方式进行吸收。水、气体、甘油等依靠这种方式进行吸收。（2 2）促进扩散促进扩散n n与与被被动动扩扩散散相相似似，但但须须借借助助细细胞胞膜膜上上的的一一种种蛋蛋白质载体进行，对转运的物质有选择性；白质载体进行，对转运的物质有选择性；n n通

35、通过过促促进进扩扩散散吸吸收收的的营营养养物物质质有有氨氨基基酸酸、单单糖糖、维生素及无机盐等。维生素及无机盐等。四、营养物质的吸收和运输第78页/共194页（3 3）主动运输）主动运输n n吸吸收收运运输输过过程程中中需需消消耗耗能能量量，也也需需要要载载体体蛋蛋白的参与；白的参与；n n可以逆浓度差进行；可以逆浓度差进行；n n是细菌吸收营养物质的最主要方式。是细菌吸收营养物质的最主要方式。（4 4）基团转位）基团转位n n同主动运输相似，需载体蛋白，耗能；同主动运输相似，需载体蛋白，耗能；n n基基团团转转位位过过程程中中被被吸吸收收的的营营养养物物质质与与载载体体蛋蛋白之间发生化学反应

36、，物质结构有所改变；白之间发生化学反应，物质结构有所改变；第79页/共194页第80页/共194页5.2 5.2 微生物的酶微生物的酶 一、酶及其分类一、酶及其分类n n酶酶:生生物物细细胞胞中中自自己己制制成成的的一一种种催催化化剂剂（生生物物催催化剂），其基本成分是蛋白质。化剂），其基本成分是蛋白质。n n分类：分类：a a、单成分酶和双成分酶；、单成分酶和双成分酶；b b、胞内酶和胞外酶；、胞内酶和胞外酶；c c、结构酶和诱导酶；、结构酶和诱导酶；第81页/共194页d d、根据酶促反应的性质分类、根据酶促反应的性质分类n n水解酶：能促进基质的水解作用及其逆行反应。水解酶：能促进基质的

37、水解作用及其逆行反应。n n氧氧化化还还原原酶酶：能能引引起起基基质质的的脱脱氢氢或或受受氢氢作作用用，产产生氧化还原反应。生氧化还原反应。n n转转移移酶酶：能能催催化化一一种种化化合合物物分分子子上上的的基基团团转转移移到到另一种化合物分子上。另一种化合物分子上。n n同同分分异异构构酶酶：能能推推动动化化合合物物分分子子内内的的变变化化，形形成成同分异构体。同分异构体。n n裂裂解解酶酶：催催化化有有机机物物碳碳链链的的断断裂裂，产产生生碳碳链链较较短短的产物。的产物。n n合成合成酶：能催化合成反应。酶：能催化合成反应。第82页/共194页二、酶的性质与作用特性二、酶的性质与作用特性n

38、 n酶是蛋白质n n催化剂n n高效性n n专一性n n可逆性n n条件温和，受多种因素影响第83页/共194页 影响因素：影响因素：酶浓度酶浓度 底物浓度底物浓度 温度温度 pHpH值值 激活剂激活剂 抑制剂抑制剂三、酶促反应的影响因素酶 底物 中间产物 酶 最终产物第84页/共194页5.3 5.3 5.3 5.3 微生物的呼吸作用微生物的呼吸作用微生物的呼吸作用微生物的呼吸作用 新陈代谢：微生物从外界环境中不断地摄取营养新陈代谢：微生物从外界环境中不断地摄取营养物质，经过一系列地生物化学反应，转变成细胞物质，经过一系列地生物化学反应，转变成细胞的组分，同时产生废物并排泄到体外。的组分，同

39、时产生废物并排泄到体外。同化作用同化作用吸收能量，进行合成反应，将吸收的营养物吸收能量，进行合成反应，将吸收的营养物 质转变为细胞物质质转变为细胞物质 异化作用异化作用分解反应，放出能量，是将自身细胞物质和分解反应，放出能量，是将自身细胞物质和 细胞内的营养物质分解的过程细胞内的营养物质分解的过程第85页/共194页n n呼吸作用：微生物在基质氧化分解过程中，释放出电子，生成水或其他还原性产物并释放出能量的过程。第86页/共194页 n n根据与氧气的关系，呼吸作用分为好氧呼吸和厌氧呼吸两大类；相应地，微生物分为好氧、厌氧和兼性三类；n n根据最终电子受体的不同，呼吸作用分为有氧呼吸、无氧呼吸

40、和发酵三种形式一、微生物的呼吸类型第87页/共194页A、好氧呼吸作用l l定义：当营养物质进入好氧微生物细胞之后，通过一系列氧化还原反应获得能量的过程。l l过程：当营养物质进入好氧细菌细胞之后，通过一系列氧化还原反应获得能量的过程。营养物质（基质）中的氢被脱氢酶脱下，从基质中脱下的电子交给辅酶或辅基。通过电子呼吸链的传递与氧结合。氧化酶活化分子氧并与电子结合成水。在这个过程中放出能量。第88页/共194页B B、厌氧呼吸作用、厌氧呼吸作用 l l厌氧细菌只有脱氢酶系统，没有氧化酶系统；厌氧细菌只有脱氢酶系统，没有氧化酶系统；l l在呼吸过程中，基质中的氢被脱氢酶活化，从基在呼吸过程中，基质

41、中的氢被脱氢酶活化，从基质中脱下来的氢经辅酶传递给氧以外的有机物或质中脱下来的氢经辅酶传递给氧以外的有机物或无机物，使其还原；无机物，使其还原；l l厌氧呼吸可分为两种类型：分子内无氧呼吸和分厌氧呼吸可分为两种类型：分子内无氧呼吸和分子外无氧呼吸。子外无氧呼吸。C C、兼性呼吸作用、兼性呼吸作用l l在有氧时进行好氧呼吸，无氧时进行厌氧呼吸；在有氧时进行好氧呼吸，无氧时进行厌氧呼吸；l l无氧呼吸释放的能量较少。无氧呼吸释放的能量较少。第89页/共194页二、呼吸过程中的能量二、呼吸过程中的能量n n呼吸过程中分解、氧化营养物都是放能反应；呼吸过程中分解、氧化营养物都是放能反应；n n能量产生

42、多少与微生物呼吸类型和氧的供应有关；能量产生多少与微生物呼吸类型和氧的供应有关；n n微生物不能完全利用氧化各种物质时产生的能量，微生物不能完全利用氧化各种物质时产生的能量，但利用率较高但利用率较高4060%4060%；n n常见的高能化合物常见的高能化合物ATPATP；n nATPATPADPADPATPATP放能吸能第90页/共194页n n气体状态：二氧化碳、氢、甲烷、硫化氢、氨等；气体状态：二氧化碳、氢、甲烷、硫化氢、氨等；n n有有机机代代谢谢产产物物：可可分分为为简简单单和和复复杂杂有有机机代代谢谢产产物物。简简单单的的如如糖糖类类、酮酮类类、有有机机酸酸类类和和胺胺类类物物质质。

43、复复杂杂的有机产物有维生素、抗菌素、毒素及色素等。的有机产物有维生素、抗菌素、毒素及色素等。n n分分解解产产物物：复复杂杂的的有有机机物物质质需需经经胞胞外外酶酶分分解解为为较较简简单单的的物物质质后后才才能能被被吸吸收收利利用用。但但分分解解出出来来的的物物质质有有时时超超过过被被微微生生物物所所吸吸收收利利用用的的，因因而而在在基基质质上上可可找找到分解产物，如蛋白胨、氨基酸、纤维二糖等。到分解产物，如蛋白胨、氨基酸、纤维二糖等。n n其它：不少自养微生物在生长过程中产生氢、亚硝其它：不少自养微生物在生长过程中产生氢、亚硝酸盐、硝酸盐和硫酸盐等。酸盐、硝酸盐和硫酸盐等。三、代谢产物第91

44、页/共194页 微微生生物物呼呼吸吸作作用用的的本本质质是是氧氧化化与与还还原原的的统统一一过过程程，在这一过程中释放出一部分热能。在这一过程中释放出一部分热能。通通过过呼呼吸吸作作用用使使复复杂杂的的有有机机物物变变成成二二氧氧化化碳碳、水水和其它简单的物质。和其它简单的物质。在在呼呼吸吸作作用用的的过过程程中中，发发生生能能量量的的转转换换。一一部部分分能能量量供供给给合合成成作作用用，另另一一部部分分供供维维持持生生命命活活动动，还有一部分能量变成热能释放出来。还有一部分能量变成热能释放出来。在在呼呼吸吸作作用用的的一一系系列列化化学学变变化化中中，产产生生了了许许多多中中间间产产物物。

45、这这些些中中间间产产物物一一部部分分继继续续分分解解，一一部部分分作合成机体物质的原料。作合成机体物质的原料。在呼吸作用的过程中，吸收和同化各种营养。在呼吸作用的过程中，吸收和同化各种营养。四、呼吸作用的本质第92页/共194页好氧呼吸活性污泥法和生物滤池厌氧呼吸厌氧硝化法：剩余污泥、高浓度有机废水的处理五、细菌的呼吸类型在废水生物处理中的应用第93页/共194页第六章第六章 微生物的生长、繁殖微生物的生长、繁殖及遗传变异及遗传变异 n n微生物的生长繁殖n n微生物的遗传与变异 第94页/共194页n n生生长长：微微生生物物在在适适宜宜的的环环境境条条件件下下，吸吸收收营营养养物物质质并并

46、进进行行新新陈陈代代谢谢活活动动，如如果果同同化化作作用用大大于于异异化化作作用用，微微生生物物细细胞胞质质的的量量的的增增加加和和个体体积加大，这种现象叫生长。个体体积加大，这种现象叫生长。n n繁繁殖殖：当当单单细细胞胞个个体体生生长长到到一一定定程程度度时时，由由一一个个亲亲代代细细胞胞分分裂裂为为两两个个大大小小、形形状状与与亲亲代代细细胞胞相相似似的的子子代代细细胞胞，使使得得个个体体数数目目增增加加，这这是是单单细细胞胞微微生生物物的的繁繁殖殖。多多细细胞胞繁繁殖殖为为孢孢子萌发产生子代菌体。子萌发产生子代菌体。6.1 6.1 微生物的生长繁殖微生物的生长繁殖微生物的生长繁殖微生物

47、的生长繁殖第95页/共194页1、直接测定根据不同的测定方法原理，可以分成以下几类：显微镜直接计数法涂片染色法；计数器测定法；比例计数法比浊计数法一、微生物生长测定方法一、微生物生长测定方法一、微生物生长测定方法一、微生物生长测定方法第96页/共194页2 2、间接计数法、间接计数法 通通过过测测定定样样品品中中活活的的细细菌菌数数量量间间接接地地表表示示细细菌菌的的含含量。分为下列几种方法：量。分为下列几种方法：平板计数法；平板计数法；液体计数法；液体计数法；薄膜计数法薄膜计数法3 3、重量法、重量法 细细菌菌细细胞胞具具有有一一定定的的体体积积和和重重量量，藉藉助助群群体体生生长长后后地地

48、细细胞胞重重量量，可可以以采采用用测测定定重重量量的的方方法法直直接接来表示细菌生长的多少或快慢。来表示细菌生长的多少或快慢。(1)(1)测定细胞干重测定细胞干重 (2)(2)细胞含氮量细胞含氮量 (3)DNA(3)DNA含量含量第97页/共194页4、其它生理生化指标法细菌的生长生命活动过程中，会吸收和消耗一些物质，同时产生和分泌另一些物质，测定这些物质的变化就可以间接地来表示细菌生长的情况。水处理中通常采用的生理生化指标：营养物质（COD）的消耗，溶解氧的消耗，有机酸的产生（如好氧细菌的瓦呼仪测定法），H2和CH4的产生。第98页/共194页1、间歇培养和生长曲线n n间歇培养：将将少少量

49、量细细菌菌接接种种于于一一定定量量的的液液体体培培养养基基内内，在在适适宜宜的的温温度度下下培培养养，并并定时定时取样测定活细菌数目或重量的变化。取样测定活细菌数目或重量的变化。n n生长曲线：在细菌培养过程中定期取样进行菌数测定，以活细菌个数或细菌重量为纵坐标，培养时间为横坐标，绘制成的曲线。二、微生物生长特性第99页/共194页第100页/共194页第101页/共194页2 2、连续培养和生长曲线、连续培养和生长曲线n n连续培养：一方面连续进料，另一方连续培养：一方面连续进料，另一方面又连续出料的培养方式。面又连续出料的培养方式。n n分为两种：分为两种：A A、恒浊连续培养：培养基提供

50、足够量的、恒浊连续培养：培养基提供足够量的营养元素，细菌保持最大速率生长。营养元素，细菌保持最大速率生长。B B、恒化连续培养：固定恒定的进料流速，、恒化连续培养：固定恒定的进料流速，又以同样的速率排出，进水组分及反又以同样的速率排出，进水组分及反应器中营养物质浓度基本不变。应器中营养物质浓度基本不变。第102页/共194页恒化连续培养中细菌的生长特征曲线第103页/共194页三、细菌生长曲线在废水生物处理中的应用三、细菌生长曲线在废水生物处理中的应用三、细菌生长曲线在废水生物处理中的应用三、细菌生长曲线在废水生物处理中的应用在在废废水水生生物物处处理理的的连连续续运运行行过过程程中中，活活性