1、中国石油大学微生物复习资料1、古菌的特点1 、古菌的形态:细胞很薄，扁平，形态多样二.古菌的分类 按照生活习性和生理特点，可分为三大类：产甲烷菌、嗜热嗜酸菌、极端嗜盐菌环境中常见的古菌产甲烷菌硫酸盐还原菌极端嗜盐菌极端嗜热菌嗜热嗜酸菌（1）产甲烷菌严格厌氧条件下产生甲烷的菌在污水生物处理中具有重要的地位（2）硫酸盐还原菌可望用于含硫酸盐废水的处理（3）极端嗜盐菌化能异养型（可望用于高含盐废水处理）（4）极端嗜热菌专性厌氧菌（五）嗜热嗜酸菌该类古菌的最大特点是细胞无细胞壁，细菌是一类细胞细短、结构简单、胞壁坚韧、多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核单细胞生物。（1）细菌的个体形态（4种）球状杆状
2、螺旋状丝状 细菌大小的测量及表示方法1）利用显微镜测微尺；2）显微照相后根据放大倍数进行测算填空题 2个空的填细胞壁和原生质体多个空的话填细胞壁，细胞膜，细胞质，核质体，内含物，间体细菌的一般结构（一）细胞壁（cellwall) 1.定义：细胞最外一层坚韧厚实的外被，主要由肽聚糖构成。细菌细胞壁的结构：细胞壁的基本骨架肽聚糖 肽聚糖：是由N乙酰胞壁酸（NAM或M）和N乙酰葡糖胺（NAG或G）以及少数氨基酸短肽链组成的亚单位聚合而成的大分子复合体。 肽聚糖单体：是由NAG 、NAM 、肽尾、肽桥构成。革兰氏阳性菌细胞壁：由肽聚糖和磷壁酸组成产芽孢 G菌有的产 G菌不产 3.细菌细胞壁的生理功能：
3、1）维持外形，提高机械强度2）为细胞生长、分裂、和鞭毛运动必需（鞭毛的支点）3）阻碍大分子有害物质进入细胞（阻碍大分子进入）4）保护细胞受外力的损伤（渗透压）5)赋予细菌抗原性、对抗生素和噬菌体的敏感性1、细胞质膜 定义：紧贴在细胞壁内侧、包围着细质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜（3）细胞质膜的生理功能1）选择运输控制细胞内外的物质（营养物质和代谢物废物）的运 送、交换2）维持渗透压3）合成细胞壁各种成分和荚膜4）氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地5)许多酶及电子呼吸链组分的所在地6）鞭毛的着生和生长点不同种类细菌的膜在其结构和功能方面存在很大差异。这种差异非常巨大且具有特征性，因此膜化
4、学可被用于对细菌进行鉴定。细胞质(cytoplasm)：(1)定义：细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称（2）功能、作用：生命活动的主要场所。（新陈代谢）（3）组成：水、蛋白质、核酸和脂类由于含有核糖核酸（RNA），所以是嗜碱性的，与碱性染料结合能力强成熟细胞：含有颗粒状贮藏物质（内含物），有时会有气泡，不易染色细胞质内含物（intracellular materials、inclusion body ） 定义：贮备营养的物质，它是细菌新陈代谢的产物，颗粒状构造，如：核糖体贮藏物、气泡等。（1）核糖体 核糖体定义：细胞质中的一种核糖、核蛋白的颗粒状物质化学组成：由核糖核酸
5、RNA(60%)和蛋白质(40%)生理功能：蛋白质的合成场所。染色特性：核糖体易被碱性染料染色(2)内含颗粒（inclusion granule）又叫贮藏物（reserve materials）定义：不同化学成分累积成的不溶沉淀颗粒，贮藏营养物当细菌生长到成熟阶段，因营养过剩而形成。主要功能是贮存营养物。（1）异染颗粒用蓝色染料（甲苯胺、甲烯蓝）染色后不呈蓝色而呈紫红色，故称异染颗粒。多聚偏磷酸（无机偏磷酸的聚合物）（在含磷丰富的环境下形成）（当老龄细菌中，异染粒常被用作碳源和磷源）聚-羟丁酸(poly-hydroxybutyrate, PHB) 脂溶性物质，碳源贮藏物，不溶于水。易被脂溶性染
6、料苏丹黑(Sudan black)着染，在光学显微镜下清晰可见。功能1贮藏能量、碳源和降低细胞内渗透压。（当缺乏营养时）2PHB是由生物合成的高聚物，具有无毒、可塑和易降解等特点，正在大力开发应用于医用塑料和快餐盒等的优质原料硫粒（sulfur granule） 功能？元素硫的贮藏物；能源物质质粒(plasmid)在传代过程中容易丢失。细菌细胞的特殊结构1、荚膜（capsule） 荚膜：某些细菌在其表面分泌的一种粘性物质，把细胞壁完全包围封住荚膜难染色，可用负染色法染色。负染色法又称衬托法1.先染菌体。2.再将背景染成黑色。在菌体及背景的衬托下，二者之间会出现透明区，就是荚膜，在显微镜下清晰可
7、见。荚膜的功能： 增强某些病菌致病能力 保护作用 储备粮 生物吸附菌胶团3.菌胶团（zoogloea） 定义：有些细菌由于其遗传特性决定，细菌之间按一定的排列方式互相粘集在一起，被一个公共荚膜包围形成一定形状的细菌集团。 活性污泥中常有细菌胶团，菌胶团是活性污泥的主力军。菌胶团是活性污泥(废水生物处理曝气池中所形成的污泥)的重要组成部分它除了具有荚膜的功能外，还具有以下功能： 具有较强的吸附和氧化有机物的能力。具有较好的沉降性能。防止被吞噬，自我保护。（二）芽孢（spore,内生孢子endospre）特殊的休眠构造 （1）定义：某些细菌当环境恶劣时，形成一种圆形或椭圆、厚壁、含水少、抗逆强的休
8、眠体结构，称为芽孢每一细胞仅形成一个芽孢，故它无繁殖功能。（4）能形成芽孢的细菌主要是G杆菌，芽孢杆菌科的两个属芽孢杆菌属（Bacillus） 梭菌属（Clostridium）球菌中只有极个别的属才形成芽孢。（如：芽孢八叠球菌属sporesarcina）（三）鞭毛（flagellum) 定义：是一条由细胞质膜上的鞭毛基粒长出，穿过细胞壁伸向体外的纤细的波浪状的丝状物。：功能？ 趋避运动鞭毛一般构造钩型鞘.螺旋丝.基体（4）菌毛（伞毛、纤毛)功能它们赋予细菌黏附表面的能力参与细菌有性生殖时细菌间传递遗传物质3、细菌的培养特征把细菌细胞接种到固体培养基的表面（或内部），经过生长繁殖而形成菌体聚集在
9、一起的、肉眼可以看见的细菌集合体，称之为“菌落”（colony）。细菌菌落一般特点：凝胶状、表面较光滑、湿润、与培养基结合不紧密，易挑取，正反颜色一致。（三）半固体培养基中的培养特征穿刺接种，根据细菌的生长状态判断细菌的呼吸类型和鞭毛有无，能否运动。半固体培养基：含有0.30.5琼脂1）如何根据生长状况来判断细菌的呼吸类型？如果细菌在培养基中的表面及穿刺线上部生长，则为好氧菌。如果沿着穿刺线自上而下生长，则为兼性菌。若只在穿刺线下部生长，则为厌氧菌。2）如何根据生长状况来判断细菌的运动能力？如果细菌只沿着穿刺线生长，则为没有鞭毛的细菌，没有运动能力。若不但沿着穿刺线生长，且穿透培养基扩散生长，
10、则为具有鞭毛的有运动能力的细菌一）细菌表面电荷和等电点 等电点（pI）？氨基酸所带的正电荷和负电荷相等时的pH值，称为该氨基酸的等电点。 细菌 革兰氏阳性菌的等电点在为23； 革兰氏阴性菌的等电点在为45： pH为34之间的为革兰氏染色不稳定性菌； 培养基一般中性，所以一般情况下细菌表面带负电荷。（2）细菌的染色原理及染色方法原理?细菌在培养状态下总带负电荷，故可用带正电荷的碱性染料染色。3. 革兰氏染色法鉴别染色法 1)涂片固定2）初染（结晶紫30S ）染上紫色3）媒染（碘液30S） 碘分子与结晶紫形成染色较牢固的复合物4）脱色（95%乙醇1020S）(关键一步) 5）复染（蕃红30 60S
11、） A：革兰氏阳性细菌G+ 紫色B：革兰氏阴性细菌G粉红6）观察4. 革兰氏染色机制(1) 与细菌等电点有关23 pI(G+) pI(G)=45G+带的负电荷比G多，结合力大用I2KI媒染后，等电点都下降，G+等电点下降的多与草酸铵结晶紫结合的更牢固，对脱色剂的抵抗力更强(2) 与细胞壁有关（3）细菌悬液的稳定性细菌在液体培养基中有稳定和不稳定两种状态。稳定型的称为S型：即光滑型（均匀分布于培养基中，不发生凝聚，菌体为亲水基，培养基混浊，加入强电解质可使之沉淀）整个菌体为亲水基，在培养基中分布均匀，不发生凝聚。不稳定型称为R型，即粗糙型，细菌悬液在培养基中不稳定容易絮凝而沉到瓶底。细菌的稳定性
12、和不稳定性在污水处理中的意义？在二次沉淀过程中，成不稳定性时，可以取得良好的沉淀效果，（使R型占优势，通过头家强电解质，表面不活性剂）。蓝藻，古老生物，使地球由无氧环境变成有氧环境。最常见的为诺卡氏菌属。四、细菌的物理化学性质真核微生物与原核微生物的比较原生动物概念：动物中最原始、结构最简单的单细胞动物细胞结构单细胞，无细胞壁、大多无色透明；有细胞膜、细胞质，细胞核有核膜有分化的细胞器功能：有独立生活的生命特征和生理特征。如：摄食、营养、呼吸、排泄、生长、繁殖、运动，即对刺激的反应等各种功能，由相应的细胞器执行。（二）营养类型全动性(大部分)“吞食”活细菌、真菌、藻类或有机颗粒.植物性：有色素
13、的原生动物如绿眼虫等，进行光合作用。腐生性：某些无色鞭毛虫或寄生的原生动物，借助体表的原生质膜吸收环境和寄主的有机物繁殖通常无性繁殖二分裂、出芽 类似酵母菌当环境条件差时出现有性生殖。二、分类及各纲简介鞭毛纲肉足纲纤毛纲生活在生物废水处理中起重要作用孢子纲: 原生动物专营寄生鞭毛纲一般特征具有一根或多根鞭毛是运动器官有三种营养类型：全动性营养、植物性营养和腐生性营养。动物性鞭毛虫 常见的有波豆虫和滴虫等活性污泥培养初期或处理效果差，鞭毛虫大量出现（2）肉足纲大多没有固定形状细胞质可伸缩变动而形成伪足。作为运动和摄食的胞器。全动性营养典型种：变形虫、辐射变形虫、太阳虫、壳虫变形虫喜欢生活在中污带
14、或中污带。大量出现时预示出水水质差，在污水处理中出现在活性污泥培养中期（3）纤毛纲有游泳型和固定型两种是原生动物中最高级的一类，有固定的、结构细致的摄食细胞器。周身表面或部分表面具有纤毛纤毛虫喜吃游离细菌及有机颗粒，与废水生物处理的关系最为密切。根据运动情况可分为游泳型、匍匐型、固着型和吸管虫四种纤毛纲中的游泳型纤毛虫多在中污带，少数在寡污带。污水生物处理中，在活性污泥培养中期或在处理效果较差时出现。常在鞭毛虫优势后出现固着型纤毛虫，喜在寡污带生活，是水体自净程度高、污水生物处理好的指示生物。从微生物细胞的组成可以理解细菌的五大营养物质：水、碳源和能源、氮源、无机盐、生长因子等。水的生理功能
15、生载还温1溶剂作用：所有物质须先溶于水，才能参与各种化学反应。2参与生化反应：脱水、加水反应等。3运载物质的载体4维持和调节一定的温度5作为还原剂（蓝细菌）（还原CO2）.微生物的营养类型根据能源和碳源的不同，细菌的营养类型可分为四大类：1化能自养型2光能自养型3光能异养型4化能异养型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、绿色细菌（供氢体为H2S不放出氧）；蓝细菌(放出氧，供氢体H2O)光能异养型光有机物CO2及简单有机物多数需要生长因子红螺菌科的细菌（即紫色无硫细菌）有光光能异养，无光光能化氧。化能自养型无机物*无机物CO2或碳酸盐硝化细菌、硫化细菌、铁细
16、菌、氢细菌、硫磺细菌等化能异养型有机物有机物有机化合物绝大多数细菌和全部真核微生物所有致病微生物NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+等红螺菌不受氧气限制，尤其适于高浓度有机废水迅速转化毒物，且不消耗氧；优势生长时能抑制水族病原菌的生长化能自养细菌只存在于微生物中专一性很强分布广地球物质循环中的N、P、Fe转化过程起重要作用用于污水处理：脱硫，脱氨异养微生物（尤其异养菌）是有机污水处理的主角培养基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。4、设计培养基的原则养经理的目的明确营养协调物理化学条件适宜经济节约细菌：牛肉膏蛋白胨培养基放线菌：高氏一号培养基酵母菌：麦芽汁培养基
17、霉菌：查氏培养基C/N比：在微生物的培养基中所含的碳源中碳原子摩尔数与氮源中氮原子摩尔数之比。细菌、酵母菌C/N=5/1霉菌、放线菌C/N=10/1氮（蛋）源过多：菌体生长过旺，不利于积累代谢产物氮（蛋）源不足：菌体繁殖受到抑制，代谢产物积累污(废)水生物处理，好氧微生物群体(活性污泥)要求为BOD5：N：P100：5：1厌氧生物处理中的厌氧微生物群体要求BOD5：N：P100：6：1，课件上有一题计算题。手写版的如酒精废水缺？N、P洗涤剂废水缺N，P过剩炼油废水？N、P任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理；按照培养基的组成成分（组成物的性质）分类1）合成培养基(synthetic med
18、ium)2）天然培养基(natural medium)3）半合成培养基(semisyntheticmedium)1、按照培养基的物理性状分类1.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2.半固体培养基(semisolid medium)0.3%-0.5%琼脂3.液体培养基(liquid medium)废水（4）按照培养基对微生物的功能和用途分类1）基础培养基(minimum medium)2）选择培养基(selective medium)：3）鉴别培养基(differential medium)4）加富培养基(enrichment mediu
19、m)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无竞争性无H2O、CO2、O2、甘油、乙醇、少数氨基酸、盐类、代谢抑制剂有快由浓至稀内外相等特异性不需要不变有有竞争性有SO42-、PO43-;糖（真核生物）有快由稀至浓内部浓度高得多特异性需要不变有有竞争性有氨基酸、乳糖等糖类，Na+、Ca2+等无机离子有快由稀至浓内部浓度高得多特异性需要改变有有竞争性有葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、核苷、脂肪酸等一、微生物的生物氧化与产能产生ATP的三种
20、磷酸化反应 底物水平磷酸化 在底物水平磷酸化中，高能磷酸基团直接从磷酸化合物(底物)转移到ADP而形成ATP。 氧化磷酸化 电子从有机化合物通过一系列的电子载体(NAD+等)被转给分子氧或其他有机分子时发生氧化磷酸化。 光合磷酸化 在光合作用时，利用光能，由低能化合物CO2和水所合成有机分子，例如糖的合成。在此过程中，光合磷酸化把光能转化为以ATP和NADH形式储存的化学能，进而被用于合成有机分子。生物氧化：生物氧化就是发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应的总称。生物氧化又叫呼吸作用生物氧化反应的主要类型:与氧结合,脱氢,失去电子.2、微生物的生物氧化类型（呼吸类型）与产能代谢呼吸作用分为好氧
21、（有氧）呼吸厌氧（无氧）呼吸发酵（1）微生物基质脱氢的主要途径葡萄糖降解成小分子物质有四条途径1、EMP途径 糖酵解途径2、ED途径 2酮3脱氧6磷酸葡萄糖酸（KDPG途径）3、HMP途径 己糖-磷酸途径4、PK途径 磷酸解酮酶途径 又称WD途径7）EMP途径糖酵解途径（生物最古老、最原始获取能量的一种方式，绝大数生物所共有）己糖二磷酸途径1分子葡萄糖为底物，经10步反应而产生2分子丙酮酸和2分子ATP的过程。2、HMP途径（）己糖-磷酸途径大多数好氧微生物和兼性厌氧微生物可通过此条途径代谢葡萄糖不经EMP和TCA途径而得到彻底氧化的途径，该过程中产生大量NADH和多种中间产物。（2）ED途径
22、（Eutuer-Doudoroff Pathway）(P.149)又叫2酮3脱氧6磷酸葡萄糖酸（KDPG途径）3）ED途径可不依赖于EMP和HMP途径而单独存在，是在缺乏完整EMP途径的微生物（如嗜糖假单胞菌）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。4）Glucose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。3）反应过程中产生6磷酸葡萄糖和6磷酸葡萄酸，它们可进入EMP和HMP途径。ED途径的特点是：（1）仅在细菌中（假单胞菌属）被发现；（2）具有一特征性
23、反应葡萄糖经转化为2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸后，裂解成1分子丙酮酸和3-磷酸甘油醛；3-磷酸甘油醛再经EMP途径转化成为丙酮酸。结果是1分子葡萄糖产生2分子丙酮酸，1分子ATP。（3）存在一特征性酶KDPG醛缩酶；（4）其终产物2分子丙酮酸的来历不同，即一个由KDPG裂解而来，另一由EMP途径转化而来；（5）产能效率低（1molATP/1mol葡萄糖）。（6）由此产生的乙醇发酵为细菌酒精发酵4.磷酸解酮酶途径（PhosphoketolasePathway）WD途径，又因特征酶是磷酸解酮酶这条途径为少数细菌所独有。又因特征酶是磷酸解酮酶，所以又称磷酸解酮酶途迳。磷酸解酮酶途径有两条途径之
24、分：磷酸戊糖解酮酶途径（PK途径,P.150，如肠膜状明串珠菌）和磷酸己糖解酮酶途径（HK途径,如双歧杆菌） 这个途径的特点是降解1分子葡萄糖只产生1分子ATP，相当于EMP途径的一半，另一特点是几乎产生等量的乳酸，乙醇和CO2。PK途径的关键酶系是磷酸木酮糖解酮酶（2）三羧酸循环略 （2）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。递氢和受氢系统的特点1一组链状传递系统。2一个产能的过程。3这种链状传递系统称为“呼吸链”呼吸链（RC：respiratory ch
25、ain）亦称电子传递链（ETC：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（3）微生物的呼吸类型（氧化类型）微生物的呼吸类型：按最终电子受体（或最终受氢体）分为发酵、好氧呼吸和厌氧呼吸地球上最原始的细菌为专性厌氧菌（5）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。无外源电子受体，化能异养过程糖酵解是发酵的基础，主要通过EMP途径、HMP途
26、径、ED途径、磷酸解酮酶途径四种途径。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。特点：1）大多数情况下基质失去氢被氧化，其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）。2）基质氧化不彻底，还含有相当能量，故放出能量少。3）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。氨基酸发酵（1）由EMP（糖酵解）途径中丙酮酸出发的发酵(同型）？啥意思大肠杆菌混合酸发酵 用途：工业发酵手段生产代谢产物。鉴定菌种。 混合酸发酵是多数大肠杆菌的特征，产气杆菌也能进行混合酸发酵。大肠杆菌产气杆菌V.P
27、实验乙酰甲基甲醇试验（）(大肠杆菌产酸等)无色（）精氨酸所含胍基，碱性条件，红色M.R实验(red) 甲基红试验（）甲基酸红红（）橙黄EMB培养基伊红美蓝紫黑，干燥，金属光泽，小菌落（又干又紫又碎，金属光）灰棕，湿润，大菌落（潮湿的感觉）（2）通过HMP（己唐磷酸）途径的发酵异型乳酸发酵主要产生乳酸外，还产生乙醇、乙酸和C02等多种产物的发酵。有些乳酸菌因缺乏EMP途径中的醛缩酶和异构酶等若干重要酶，故其葡萄糖降解须完全依赖HMP途径（3）通过ED（2酮3脱氧6磷酸葡萄糖酸）（KDPG途径）途径进行的发酵：细菌酒精发酵（异型）如运动发酵假单胞菌（4）氨基酸发酵产能Stickland反应 种氨基
28、酸作底物脱氢(即氢供体)，而以另一种氨基酸作氢受体而实现生物氧化产能的独特发酵类型，称为Stickland反应。每分子氨基酸仅产1个ATP。2、好氧呼吸/有氧呼吸呼吸链的最终电子受体为氧分子。1）好氧有机物呼吸 化能异养有机物被彻底氧化为水和二氧化碳2）好氧无机盐呼吸 化能自养氢氧化H2 产物 H2O（亚）硝化 产物 NH3NO2-NO3-硫氧化S或S2- 产物 SO42-铁氧化Fe2+ 产物 Fe3+上方为供氢体或电子受体上述反应产生的ATP同化co2形成有机物3）好氧呼吸的外源呼吸和内源呼吸按呼吸基质来源分类微生物外源呼吸与内源呼吸提问：什么是内源呼吸、外源呼吸？内、外细胞 内外源能源物质
29、 呼吸氧化产能减肥时，内源呼吸污泥消化，内源呼吸3、厌氧呼吸/ 无氧呼吸 最终电子(氢)受体为外源（分子外）化合物的呼吸，它是一种在无氧条件下进行的产能效率低的呼吸方式。 营养物质按常规途径脱氢后，经部分呼吸链递氢最终由氢受体接受。 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。 根据呼吸链末端氢受体的不同，可有多种呼吸类型。（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。在无氧条件下发生的硝酸根还原反应，又称之为反硝化NO3也可作为氮源利用，这种情况称之为同化性硝酸还原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（多为异养），专性厌氧微生物无法进行反硝化作用。反硝化细菌都具有完整的呼吸系统反硝化需要氢供体，一般由有机物提供。也可以利用H2或CH4（2）硫酸盐呼吸（sulfate respiration）定义：
