环境工程微生物2-3

考试3•1.根据碳源和能源的不同可将细菌分为哪四类?•2.紫硫细菌和绿硫细菌属于哪一类?有何用途?•3.无机自养型细菌在环保中有哪些用途?•4.有机污水处理中最重要的细菌营养型是哪一种?•5.红螺菌属于哪一类细菌?有何用途?•6.在液体培养基中添加%的可制得固体培养基?•7.废水好氧、厌氧活性污泥生物处理时BOD5:N:P分别为多少?•3）半合成•半——不纯优缺点介于前两者之间，因而使用最广(三)根据培养基用途•普通型、选择型、鉴别型•普通——普适有两种制备思路：比谁长得快比谁死得慢？肉汤培养基•牛肉膏3g蛋白胨5g•水1000mLpH7.2~7.4•1）选择性培养基•选择性——？•待选的细菌能优势生长①投其所好法•好→→→营养、环境因子•（1）待选细菌专一性营养源培养法•例如筛选纤维素分解菌选用纤维素作为培养基中的唯一碳源；比谁长得快•理化因素——特殊的温度、氧气、pH、盐度等环境条件•主要用于筛选极端环境微生物。如嗜盐、嗜热、嗜冷、嗜酸、嗜碱等的细菌，同时也被用于选择性培养好氧或厌氧细菌。嗜冷菌嗜热菌（2）理化因素控制法②投毒法•常用物质为染料、胆汁酸盐、金属盐类、酸、碱和抗生素。•例：胆汁酸盐——抑制G+菌•含它的培养基能选择性生长那种细菌？•G-•*对化工废水（难降解废水或有毒废水）,如何设计筛选能对其高效降解的细菌培养基?•毒——选择性的抑制剂•待选细菌有抗性比谁死得慢2）鉴别培养基•鉴别——明查分别（细菌种类）•提供培养环境外还同时具有类似于“验钞机”的作用•方法？•—加入指示剂•鉴别—不同菌落制造不同的代谢物，显色不一•饮用水细菌学化验中常用的远藤氏培养基就是典型大肠菌群细菌的鉴别培养基（参考第五章P86）。三、营养物质的吸收和运输•——细胞膜的选择吸收分四种情况蛋白质小孔细胞外细胞膜细胞内水、无机盐、气体、甘油等小分子1．被动扩散?推动力?推动力—浓度梯度无载体蛋白不内部能量消耗YorN?乞讨2．促进扩散•促进——载体蛋白协助载体蛋白细胞外||细胞膜||细胞内糖、氨基酸、金属离子等?推动力—浓度梯度有载体蛋白不内部能量消耗YorN?推动力?白领3．主动运输•运输——载体蛋白•主动——逆浓度梯度方向载体蛋白细胞外||细胞膜||细胞内糖、氨基酸、有机酸Na+、K+、硫酸根、磷酸根等?推动力—ATP放能有载体蛋白消耗内部能量消耗YorN?推动力?蓝领细胞膜细胞外细胞内酶1磷酸烯醇式丙酮酸酶2热稳定蛋白丙酮酸葡萄糖高能磷酸促进扩散高能磷酸基团转移磷酸化—自由能升高，能量级别、位置的升高。转位磷酸葡萄糖4.基团转位•基团——被转运的营养物•转位——？商业包装•提问：磷酸化的益处？•（一）活化参与代谢;•（二）防止营养物从细胞内流失；•（三）保持营养物在细胞内的低浓度(不用主动运输耗能)糖(葡萄糖、甘露糖、果糖及糖的衍生物N—乙酰葡萄糖胺)、嘌呤、嘧啶、脂肪酸—磷酸烯醇式丙酮酸放能有载体蛋白消耗能量内部能量消耗YorN?推动力?＊为什么细菌吸收某些营养物（如糖）要采取不同方式呢？与哪些因素有关？•生物化学有关内容简要回顾•各种生物包括细菌细胞内几乎所有生化反应都需要酶的催化。作为生物催化剂酶具有高效性、专一性、温和的催化条件等优点，同时由于酶的化学本质是蛋白质，因而也有容易失活的缺点。第二节酶及其作用•酶是生物催化剂，酶制剂已经开始应用于三废治理（＊直接以纯酶进行环境保护的应用现状如何呢？）•绝大多数酶是蛋白质，根据化学组成可以把酶分为简单酶、结合酶；根据结构的不同酶可以分为单体酶、聚合酶；根据存在位置的不同酶又有胞内酶和胞外酶之分，根据催化反应性质的不同，酶分为水解酶、氧化还原酶、转移酶、异构化酶、裂解酶、合成酶、激酶等。•酶的催化机理有机制和机制，高效性是底物与酶之间的极性引力、电子云张力、酸碱催化、共价催化等的共同合力的结果。•酶的活力大小用酶所催化反应的反应速度来表示，影响酶促反应速度的因素有、、、、、等。•酶浓度、底物浓度、温度、pH、抑制剂、激活剂等。•底物影响酶反应速度的方程表达式——米氏方程•v——反应速度；•V——最大反应速度；•S——底物浓度；•Km——米氏常数•Km大小反映了酶与底物亲合力的大小。mKSVS•若•v——总污染物微生物降解速度；•V—（KX)—最大速度；•X—微生物浓度KsKs－微生物与底物亲和的大小微生物比增长速度最大比增长速度＊三个方程？相似莫氏方程微生物生长速度的方程劳伦斯方程污染物生物降解速度方程第三节细菌的呼吸•一、呼吸的本质•分解能源物质，产ATP能•植物吸收光、二氧化碳呼氧的本质？•光合作用能量转移，产ATP能•呼吸本质—•化能细菌——分解产能•光能细菌——光合产能人吸氧呼二氧化碳的本质？二、呼吸类型•1．按与氧气关系分•分为好氧呼吸和厌氧呼吸•提问：高等动物有无厌氧呼吸呢？•酵解—发酵，但能量太低不足以维持其生存•重点介绍化能细菌的呼吸•有两种分类原则•专性厌氧细菌呼吸完全与氧无关。•没有进化的，到现在也不能生存在氧环境中•提问：？•氧自由基的毒害•生化反应中，O2得到脱氢酶传递的氢反应不仅生成水，还部分生成强氧化性的氧自由基，而厌氧菌没有进化出抗氧化防御酶体系•更进化的细菌乃至高等生物具有该酶体系地球上最原始的细菌为专性厌氧菌。好氧呼吸（好氧菌）厌氧呼吸（厌氧菌）好氧有机物呼吸好氧无机盐呼吸厌氧有机物呼吸厌氧无机盐呼吸三羧酸循环乙醛酸循环磷酸戊糖途径(亚)硝化氢氧化硫氧化铁氧化+电子呼吸链+电子呼吸链乙醇发酵乳酸发酵丁二酸发酵丙酸、丁酸发酵混合酸发酵反硝化反硫化硫还原碳酸盐还原铁还原+电子呼吸链+底物水平磷酸化氧得电子无机离子得电子ATP有机物得电子1）好氧呼吸•①好氧有机物呼吸•（属于？营养型细菌）A—H有机物•这一过程的能量转化效率达到可40%以上，远高于厌氧呼吸，有机物被彻底氧化为水和二氧化碳。三羧酸循环、乙醛酸循环、磷酸戊糖途径辅酶（氧化态）FAD、NAD（P）H+CO2辅酶（还原态）FADH2、NAD（P）H+H+O2H2O呼吸链②好氧无机盐呼吸•（属于？营养型细菌）氢氧化H2产物？H2O（亚）硝化产物？NH3NO2-NO3-硫氧化S或S2-产物？SO42-铁氧化产物？Fe2+Fe3+ATPCO2同化经呼吸链像一部机器氢汽车•提问：等量电子释放ATP产生速度比异养菌慢，为什么？辅酶Q细胞色素C细胞色素CNADH还原酶辅酶Q还原酶氧化酶O2ATPATPATP同样以呼吸链产能！氢细菌、(亚)硝化细菌、硫细菌、铁细菌2+H2NH3S2-NO－2Fe跨越产能酶2）厌氧呼吸•①厌氧有机物呼吸（分子内无氧呼吸）•属？菌•又称（酵解）发酵，生物化学中曾接触过葡萄糖的乙醇发酵和乳酸发酵，细菌的各种发酵具有类似的机理。•提问：该无氧呼吸为什么称分子内？同一物质（如葡萄糖）分解产物再结合•提问：为什么这类细菌普遍生长缓慢？•分解不彻底（能量转化率只有2%）产能效率很低•＊同样以葡萄糖为原料，乳酸发酵、丙酸发酵、丁酸发酵、丁二酸发酵与乙醇发酵产物不同，原因何在？乳酸发酵A—H2辅酶（氧化态）NO2-(NO、N2O、N2)S2-Fe2+有机物NAD(P)+、FADSO32-(S2O32-、H2S)CH4、脱氢酶还原酶ATPCO2辅酶（还原态）NO3-、SO42-、S0、CO2、Fe3+②厌氧无机盐呼吸（分子外无氧呼吸）•分子外？有机物脱氢硫还原铁还原硝酸盐还原—反硝化硫酸盐还原碳酸盐还原什么营养型的细菌？化能异养？？？？？无机离子代替氧与有机物（1）硝酸盐呼吸（反硝化）•反硝化菌：地衣芽孢菌属、铜绿假单胞菌、脱氮球菌、脱氮硫杆菌等。•若硝酸盐是作为氮源，产物为自身的蛋白质等含氮化合物，这是否属于反硝化？•否，反硝化产物为N2释放，称为异化硝酸盐还原，上述为同化硝酸盐还原。•自然界氮循环的关键环节！•＊有何环保用途？现状如何？氮循环（2）硫酸盐呼吸（硫酸盐还原）•严格地说是异化硫酸盐还原，产物H2S（光能自养菌的食物）。•只有一种，称硫酸盐还原菌（SRB－sulfur-reducingbacteria)•有弧形、球形、杆状、叶状、线条状等不同的外形，其中以脱硫弧菌最为常见。既有兼性厌氧的也有严格厌氧的。他们广泛分布在土壤、海水、污水、淤泥、温泉、油井、以及动物和人体肠道中。•提问：如何判断硫酸盐还原菌的行踪？•有臭鸡蛋气味的硫化氢，或在周围环境有铁离子存在时出现黑色的FeS沉淀出现。•提问：从硫酸盐还原菌的生存特点，判断一下其利弊？•利——厌氧污水中有机物及重金属污染处理•弊——H2S恶臭、腐蚀性和生物毒性