研究生精品课程建设教案第六章生物化学工程基础（一）教学设计1.1本章节内容归纳本章节主要内容包括以下几个方面①水处理中的微生物②细菌的生理③微生物的代谢与合成1.2本章节重点本章节重点：微生物种类、细菌的元素及大分子组成、细菌的生长环境与营养、酶命名、组成、结构与催化、微生物代谢合成与机制、需氧代谢与厌氧代谢机制、微生物合成机制本章节难点：微生物代谢合成与机制、需氧代谢与厌氧代谢机制、微生物合成机制1.3本章节教学内容本章教学内容如下6.生物化学工程基础一应用微生物生物化学6.1水处理中的微生物6.1.2原核细胞微生物6.1.2真核细胞微生物6.1.3病毒6.2细菌的生理6.2.4细菌的成分6.2.5细菌的营养与生长环境6.2.6细菌的生物催化剂一一酶6.2.7分批培养物的生长规律6.2.8细菌的呼吸与生物氧化6.3微生物的代谢与合成6.3.9需氧代谢6.3.10厌氧代谢6.3.11微生物的生物合成1.4本章节教学方法1.情景导入微生物图片入手，引入种类、元素及大分子组成、生长环境与营养、合成机制；酶及催化作用机制图片入手，引入酶命名、组成、结构与催化。1
1 研究生精品课程建设教案 第六章 生物化学工程基础 （一）教学设计 1.1本章节内容归纳 本章节主要内容包括以下几个方面 ①水处理中的微生物 ②细菌的生理 ③微生物的代谢与合成 1.2本章节重点 本章节重点：微生物种类、细菌的元素及大分子组成、细菌的生长环境与营 养、酶命名、组成、结构与催化、微生物代谢合成与机制、需氧代谢与厌氧代谢 机制、微生物合成机制 本章节难点：微生物代谢合成与机制、需氧代谢与厌氧代谢机制、微生物合 成机制 1.3本章节教学内容 本章教学内容如下 6. 生物化学工程基础——应用微生物生物化学 6.1水处理中的微生物 6.1.2 原核细胞微生物 6.1.2 真核细胞微生物 6.1.3 病毒 6.2细菌的生理 6.2.4 细菌的成分 6.2.5 细菌的营养与生长环境 6.2.6 细菌的生物催化剂——酶 6.2.7 分批培养物的生长规律 6.2.8 细菌的呼吸与生物氧化 6.3微生物的代谢与合成 6.3.9 需氧代谢 6.3.10 厌氧代谢 6.3.11 微生物的生物合成 1.4 本章节教学方法 1. 情景导入 微生物图片入手，引入种类、元素及大分子组成、生长环境与营养、合成机 制；酶及催化作用机制图片入手，引入酶命名、组成、结构与催化
2.双案例关联微生物在基础研究方面的应用（案例十一）优势微生物在工程设计方面的应用（案例十二）1.4本章节教学互动与考核在课程双案例教学过程中，引导研究生进行相关的教学讨论。研究生在进行教学讨论之前，主动加强与指导老师的沟通，明确以后研究方向所需要的本门课程的相关理论知识，了解这些理论知识在研究过程中的意义、地位、作用及如何应用，了解基础理论在创新工作中的作用。利用本课程建立的教学网站，并将这类问题变成启发问答式用来和学生互动，通过互动了解研究生对各个知识点掌握情况、学习的主动性、创新性等，并将互动情况作为课程成绩考核的一个部分，主要问题有：（1水处理微生物的类型、②原核细胞微生物作用、③真核细胞微生物特点、④病毒在水处理作用及意义、③细菌的成分与污水成分相互关系、③酶的作用机制、7细菌的呼吸、（8需氧代谢与厌氧代谢应用等。结合最后的理论课闭卷考试完成对课程教学的考核。6.生物化学工程基础一应用微生物生物化学6.1水处理中的微生物6.1.2原核细胞微生物6.1.2真核细胞微生物6.1.3病毒6.2细菌的生理6.2.4细菌的成分6.2.5细菌的营养与生长环境6.2.6细菌的生物催化剂一酶6.2.7分批培养物的生长规律6.2.8细菌的呼吸与生物氧化6.3微生物的代谢与合成6.3.9需氧代谢6.3.10厌氧代谢6.3.11微生物的生物合成（二）教学内容1.水处理中的微生物水处理中的微生物种类、原核细胞、真核细胞、病毒在水处理中的作用机制2.细菌的生理细菌的生理、成分、营养、生长环境、酶、呼吸与生物氧化3.微生物的代谢与合成需氧代谢、厌氧代谢、微生物的生物合成2
2 2.双案例关联 微生物在基础研究方面的应用（案例十一） 优势微生物在工程设计方面的应用（案例十二） 1.4 本章节教学互动与考核 在课程双案例教学过程中，引导研究生进行相关的教学讨论。研究生在进行 教学讨论之前，主动加强与指导老师的沟通，明确以后研究方向所需要的本门课 程的相关理论知识，了解这些理论知识在研究过程中的意义、地位、作用及如何 应用，了解基础理论在创新工作中的作用。利用本课程建立的教学网站，并将这 类问题变成启发问答式用来和学生互动，通过互动了解研究生对各个知识点掌握 情况、学习的主动性、创新性等，并将互动情况作为课程成绩考核的一个部分， 主要问题有：①水处理微生物的类型、②原核细胞微生物作用、③真核细胞微生 物特点、④病毒在水处理作用及意义、⑤细菌的成分与污水成分相互关系、⑥酶 的作用机制、⑦细菌的呼吸、⑧需氧代谢与厌氧代谢应用等。结合最后的理论课 闭卷考试完成对课程教学的考核。 6. 生物化学工程基础——应用微生物生物化学 6.1水处理中的微生物 6.1.2 原核细胞微生物 6.1.2 真核细胞微生物 6.1.3 病毒 6.2细菌的生理 6.2.4 细菌的成分 6.2.5 细菌的营养与生长环境 6.2.6 细菌的生物催化剂—酶 6.2.7 分批培养物的生长规律 6.2.8 细菌的呼吸与生物氧化 6.3微生物的代谢与合成 6.3.9 需氧代谢 6.3.10 厌氧代谢 6.3.11 微生物的生物合成 （二）教学内容 1.水处理中的微生物 水处理中的微生物种类、原核细胞、真核细胞、病毒在水处理中的作用机制 2.细菌的生理 细菌的生理、成分、营养、生长环境、酶、呼吸与生物氧化 3.微生物的代谢与合成 需氧代谢、厌氧代谢、微生物的生物合成
水处理中的微生物给水与废水处所涉及的微生物种类很多，根据其细胞结构、功能和组分差异，主要分三类：原核细胞微生物、真核细胞微生物和病毒（噬菌体)。s6.1原核细胞微生物原核细胞微生物的细胞仅有原始的核物质，无核膜与核仁的分化，也无细胞器等。它包括细菌、放线菌、蓝细菌等。1.细菌（真细菌）水处理所涉及的细菌种类很多。对给水处理而言，由于细菌在常规过程中不参与处理作用，因此水中出现的细菌只是一种应被去除的有害杂质；对废水的生物处理而言，细菌是参与处理过程的基本动力，它们直接或间接地氧化分解有机污染物.是生物絮体和生物膜的基本成分。例如：假单胞菌属、动胶菌属、产碱杆菌属、黄杆菌属、埃希氏菌属等。2.丝状菌丝状茵在废水处理中的作用重要而独特。废水处理中常见的丝状细菌主要有球衣菌属、铁细菌属、贝日阿托氏菌属和发硫菌属。在正常运行的废水生物处理系统中，这些丝状细菌往往是生物絮体或生物膜的骨架，其上附着菌胶团，丝状细菌与菌胶团细菌形成互惠关系。因此这种结构性的丝状细菌对于维持废水处理系统稳定性，提高系统抗冲击负荷能力有重要点义。但丝状细菌过度繁殖，特别是游离于菌胶团之外的非结构性丝状细菌的大量繁殖.会引起废水处理系统的污泥膨胀。在需氧生物处理生物膜法中，球衣菌是构成生物膜的重要菌种。在活性污泥中保持一定数量的球衣菌，对有机物的去除是有利的。但球衣菌在系统中易于游离，在活性污泥中大量繁殖时，会引起污泥膨胀。3.放线菌放线菌为具有分枝的丝状菌，介于细菌与真菌之间，是单细胞微生物。放线菌中的诺卡氏菌属有分解氧化无机氰化物和烃类化合物的能力，在处理含烃类和无机氰化物的废水中起着重要作用。4.蓝细菌蓝细菌有时列入藻类，也称为蓝藻。因其细胞结构为原核，故归入细菌类。蓝细菌是光合型微生物。多数蓝细菌生存于淡水中，是水生系统食物链中的重要一环。当恶性增殖时可形成“水华”，造成水质恶化。海洋中的“赤潮”有时3
3 水处理中的微生物 给水与废水处所涉及的微生物种类很多，根据其细胞结构、功能和组分差异， 主要分三类：原核细胞微生物、真核细胞微生物和病毒(噬菌体)。 §6.1 原核细胞微生物 原核细胞微生物的细胞仅有原始的核物质，无核膜与核仁的分化，也无细胞 器等。它包括细菌、放线菌、蓝细菌等。 1. 细菌（真细菌） 水处理所涉及的细菌种类很多。对给水处理而言，由于细菌在常规过程中不 参与处理作用，因此水中出现的细菌只是一种应被去除的有害杂质；对废水的生 物处理而言，细菌是参与处理过程的基本动力，它们直接或间接地氧化分解有机 污染物．是生物絮体和生物膜的基本成分。例如：假单胞菌属、动胶菌属、产碱 杆菌属、黄杆菌属、埃希氏菌属等。 2. 丝状菌 丝状茵在废水处理中的作用重要而独特。废水处理中常见的丝状细菌主要有 球衣菌属、铁细菌属、贝日阿托氏菌属和发硫菌属。在正常运行的废水生物处理 系统中，这些丝状细菌往往是生物絮体或生物膜的骨架，其上附着菌胶团，丝状 细菌与菌胶团细菌形成互惠关系。因此这种结构性的丝状细菌对于维持废水处理 系统稳定性，提高系统抗冲击负荷能力有重要点义。但丝状细菌过度繁殖，特别 是游离于菌胶团之外的非结构性丝状细菌的大量繁殖．会引起废水处理系统的污 泥膨胀。 在需氧生物处理生物膜法中，球衣菌是构成生物膜的重要菌种。在活性污泥 中保持一定数量的球衣菌，对有机物的去除是有利的。但球衣菌在系统中易于游 离，在活性污泥中大量繁殖时，会引起污泥膨胀。 3. 放线菌 放线菌为具有分枝的丝状菌，介于细菌与真菌之间，是单细胞微生物。放线 菌中的诺卡氏菌属有分解氧化无机氰化物和烃类化合物的能力，在处理含烃类和 无机氰化物的废水中起着重要作用。 4. 蓝细菌 蓝细菌有时列入藻类，也称为蓝藻。因其细胞结构为原核，故归入细菌类。 蓝细菌是光合型微生物。多数蓝细菌生存于淡水中，是水生系统食物链中的重要 一环。当恶性增殖时．可形成“水华”，造成水质恶化。海洋中的“赤潮”有时
也系蓝细菌大量繁殖所致。86.2.真核细胞微生物真核细胞微生物的细胞核分化程度较高，有核膜和核仁。真核生物的结构更复杂。真菌、单细胞藻类及原生动物等均属于真核细胞微生物1.原生动物总结起来，在废水及废水处理过程中，从重要性及数量上说，原生动物为仅次于细菌的微生物。原生动物所起的最主要作用是吞食细菌。吞食细菌一方面起了净化废水的作用，另一方面控制了细菌的增殖速度。保持了微生物群体的生态平衡。另外，原生动物也可以直接从废水中吞食固体有机物，吸收溶解的有机物，直接发挥净化废水的作用。2.真菌废水处理的生物膜中，可能有很多的真菌组成膜网。今年来也发现某些霉菌如镰刀霉等能有效地氧化分解无机氰化物，去除率可达90%以上，对有机氰化物（晴）的处理效果则差些。因此国内外都在进行利用霉菌处理含氧等废水的研究。3.藻类藻类是含有能进行光合作用的叶绿素的低等植物。一般都很微小，须借助显微镜才能看见。藻类以其色素的颜色分成绿藻、蓝藻、红藻及褐藻等。由于光在废水中透过较差，故其在废水处理中所起的作用是有限的，另外，湖水或水库中的藻类，能使水质产生色度、异味和异臭等，并导致过滤设备的堵塞。S6.3病毒病毒为没有细胞结构的唯一的微生物，大多病毒只是核酸与蛋白质组成的大分子，而且只含有DNA或RNA一种类型的核酸。是自然界最小的生物，能通过细菌滤器，1.病毒的大小与形态病毒的体积大小差别很大，大多数病毒直接为100nm左右。2.病毒的结构大多数病毒是由蛋白质与核酸组成，只有少数几种较大病毒含有脂类和多糖等。一种病毒只含有DNA和RNA一种类型的核酸。噬菌体大多数只含有DNA，只有少数含有RNA。核酸位于病毒的中心，形成病毒的核髓。蛋白质是病毒的主要组成，主要作用是构成病毒粒子的衣壳，保护病毒核酸，4
4 也系蓝细菌大量繁殖所致。 §6.2 真核细胞微生物 真核细胞微生物的细胞核分化程度较高，有核膜和核仁。真核生物的结构更 复杂。真菌、单细胞藻类及原生动物等均属于真核细胞微生物。 1. 原生动物 总结起来，在废水及废水处理过程中，从重要性及数量上说，原生动物为仅 次于细菌的微生物。原生动物所起的最主要作用是吞食细菌。吞食细菌一方面起 了净化废水的作用，另一方面控制了细菌的增殖速度。保持了微生物群体的生态 平衡。另外，原生动物也可以直接从废水中吞食固体有机物，吸收溶解的有机物， 直接发挥净化废水的作用。 2. 真菌 废水处理的生物膜中，可能有很多的真菌组成膜网。今年来也发现某些霉菌 如镰刀霉等能有效地氧化分解无机氰化物，去除率可达 90%以上，对有机氰化物 （腈）的处理效果则差些。因此国内外都在进行利用霉菌处理含氰等废水的研究。 3. 藻类 藻类是含有能进行光合作用的叶绿素的低等植物。一般都很微小，须借助显 微镜才能看见。藻类以其色素的颜色分成绿藻、蓝藻、红藻及褐藻等。由于光在 废水中透过较差，故其在废水处理中所起的作用是有限的，另外，湖水或水库中 的藻类，能使水质产生色度、异味和异臭等，并导致过滤设备的堵塞。 §6.3 病毒 病毒为没有细胞结构的唯一的微生物，大多病毒只是核酸与蛋白质组成的大 分子，而且只含有 DNA 或 RNA 一种类型的核酸。是自然界最小的生物，能通 过细菌滤器， 1. 病毒的大小与形态 病毒的体积大小差别很大，大多数病毒直接为 100nm 左右。 2. 病毒的结构 大多数病毒是由蛋白质与核酸组成，只有少数几种较大病毒含有脂类和多糖 等。 一种病毒只含有 DNA 和 RNA 一种类型的核酸。噬菌体大多数只含有 DNA， 只有少数含有 RNA。核酸位于病毒的中心，形成病毒的核髓。 蛋白质是病毒的主要组成，主要作用是构成病毒粒子的衣壳，保护病毒核酸
决定病毒感染的特异性.并具有抗原性。3.病毒的感染与繁殖病毒是以复制方式繁殖。繁殖过程可分为吸附、侵入与脱壳、复制与合成装配和释放五步。s6.4细菌的成分细菌也和其它活的生物一样，需要某些营养物才能生长。这些营养物必须包含该细胞的细胞物质中所含的元素，以及酶的活力及运输系统所必需的元素。1.细菌的元素组成细菌所必需的元素可以称为细菌的生物元素。细菌元素可以通过细菌细胞物质的分析得出。2.细菌的大分子组成细菌或其它的微生物细胞物质主要是由一些大分子组成的。其中蛋白质和核酸是微生物细胞进行生命活动的最重要的物质基础。3.核酸核酸又称多核苷酸，是单核苷酸的多聚体，它与蛋白质结合成核蛋白。核酸是构成微生物细胞核中染色体及细胞质内核糖体和质粒的主要成分。基因工程是通过对遗传物质的直接操纵、改组、重建来实现对遗传性状定向的改造。目前基本采用把遗传物质从一种细胞中提取出来，在体外施行外科手术”，然后再把它导人另一细菌细胞中，改变其遗传结构，使其产生符合人类需要的新遗传特性，定向地创造新生物类型。在废水处理的研究中，已有不少运用遗传工程的例子。1983年瑞士学者Kulla利用两种假单胞菌分别具有降解印染废水中两种染料的能力，将两个菌株的两种基因接合到一个菌株内，获得具有降解两种染料的新菌种。s6.5细菌的营养与生长环境细菌与其它生物一样，需要不断地进行新陈代谢活动以维持生命。1.细菌的营养类型细菌可分为光能和化能两种营养类型，分述如下。（1）光能营养光能营养菌具有一整套光合作用机构，它能将光能转化为ATP的高能磷酸键。光合细菌能利用各种有机碳化物和氧化物，因而近几年利用光合细菌净化有机废水取得较好效果，例如可以使洗毛废水BOD的去除率达98%。（2）化能营养大多数细菌依靠各种氧化还原反应以获得ATP。在反应中5
5 决定病毒感染的特异性．并具有抗原性。 3. 病毒的感染与繁殖 病毒是以复制方式繁殖。繁殖过程可分为吸附、侵入与脱壳、复制与合成、 装配和释放五步。 §6.4 细菌的成分 细菌也和其它活的生物一样，需要某些营养物才能生长。这些营养物必须包 含该细胞的细胞物质中所含的元素，以及酶的活力及运输系统所必需的元素。 1. 细菌的元素组成 细菌所必需的元素可以称为细菌的生物元素。细菌元素可以通过细菌细胞物 质的分析得出。 2. 细菌的大分子组成 细菌或其它的微生物细胞物质主要是由一些大分子组成的。其中蛋白质和核 酸是微生物细胞进行生命活动的最重要的物质基础。 3. 核酸 核酸又称多核苷酸，是单核苷酸的多聚体，它与蛋白质结合成核蛋白。核酸 是构成微生物细胞核中染色体及细胞质内核糖体和质粒的主要成分。 基因工程是通过对遗传物质的直接操纵、改组、重建来实现对遗传性状定向 的改造。目前基本采用把遗传物质从一种细胞中提取出来，在体外施行“外科手 术”，然后再把它导人另一细菌细胞中，改变其遗传结构，使其产生符合人类需 要的新遗传特性，定向地创造新生物类型。在废水处理的研究中，已有不少运用 遗传工程的例子。1983 年瑞士学者 Kulla 利用两种假单胞菌分别具有降解印染废 水中两种染料的能力，将两个菌株的两种基因接合到一个菌株内，获得具有降解 两种染料的新菌种。 §6.5 细菌的营养与生长环境 细菌与其它生物一样，需要不断地进行新陈代谢活动以维持生命。 1. 细菌的营养类型 细菌可分为光能和化能两种营养类型，分述如下。 （1）光能营养 光能营养菌具有一整套光合作用机构，它能将光能转化为 ATP 的高能磷酸键。 光合细菌能利用各种有机碳化物和氧化物，因而近几年利用光合细菌净化有 机废水取得较好效果，例如可以使洗毛废水 BOD 的去除率达 98%。 （2）化能营养 大多数细菌依靠各种氧化还原反应以获得 ATP。在反应中