《生長與環(huán)境影響》PPT課件.ppt

第7章微生物的生長及環(huán)境的影響 7 1微生物的生長 生長 微生物在適宜的環(huán)境條件下進(jìn)行新陳代謝 各細(xì)胞組分協(xié)調(diào)而平衡地增長 稱為生長 繁殖 單細(xì)胞微生物生長到一定程度時(shí) 就以二分裂等方式形成子細(xì)胞 引起個(gè)體數(shù)目的增加 稱為繁殖 多細(xì)胞微生物細(xì)胞數(shù)目的增加若不伴隨著個(gè)體數(shù)目的增加 只能叫生長 不能稱繁殖 唯有通過形成無性孢子和有性孢子等使個(gè)體數(shù)目增加的過程才能稱為繁殖 1 微生物生長的基本概念 當(dāng)微生物的培養(yǎng)時(shí)間一定時(shí) 他的世代時(shí)間基本上也是穩(wěn)定的 但是如果外界條件發(fā)生變化 世代時(shí)間也會(huì)變化 發(fā)育 從生長到繁殖是一個(gè)從量變到質(zhì)變的過程 這個(gè)量變與質(zhì)變的全過程叫發(fā)育 世代時(shí)間 細(xì)菌兩次分裂之間的時(shí)間 世代時(shí)間越短 繁殖速度越快 一般 原核微生物的繁殖速度大于真核微生物 好氧微生物快于厭氧微生物 延滯期 對數(shù)期 穩(wěn)定期 衰亡期 培養(yǎng)時(shí)間 細(xì)菌濃度 2 微生物的生長規(guī)律 單細(xì)胞微生物 群體 的生長曲線 將少量單細(xì)胞純培養(yǎng)接種到一定容積的新鮮培養(yǎng)液中 在適宜條件下培養(yǎng) 隨著細(xì)胞生長繁殖 培養(yǎng)液混濁度逐漸增加 定時(shí)取樣測定含菌量 以培養(yǎng)時(shí)間為橫座標(biāo) 以微生物細(xì)胞數(shù)目的對數(shù)為縱座標(biāo)作圖 得生長曲線 生長曲線代表微生物在新的適宜的環(huán)境中生長繁殖至衰老死亡整個(gè)過程的動(dòng)態(tài)變化 可分延滯期 對數(shù)期 穩(wěn)定期和衰亡期四個(gè)階段 1 延滯期 lagphase 亦稱遲緩期 停滯期 滯后期 延滯期的長短與菌種的遺傳性 菌齡及移種前后所處的環(huán)境條件等因素有關(guān) 此時(shí)細(xì)菌數(shù)量幾乎不變 但細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)含量又增加 相對細(xì)胞體積較大 2 對數(shù)生長期 logphase 又稱指數(shù)期 exponentialphase 細(xì)胞代謝活性 酶活性高而穩(wěn)定 組成新細(xì)胞物質(zhì)最快 細(xì)胞數(shù)以幾何級數(shù)增加 增代時(shí)間最短 細(xì)胞數(shù)目的增加與菌液濁度的增加均呈正相關(guān) 處于對數(shù)期的微生物其個(gè)體形態(tài) 化學(xué)組成和生理特性等較一致 代謝旺盛 生長迅速 代時(shí) 單個(gè)細(xì)胞完成一次分裂所需的時(shí)間 穩(wěn)定 是研究基本代謝的良好材料 也是發(fā)酵生產(chǎn)的良好種子 3 穩(wěn)定期 stationaryphase 又稱恒定期或最高生長期 靜止期 細(xì)胞增殖與死亡處于動(dòng)態(tài)平衡 總數(shù)不再增加 細(xì)胞內(nèi)貯存物的積累增加 菌體出現(xiàn)顆粒 脂肪球等 大多數(shù)芽孢細(xì)菌在此階段形成芽孢 是生產(chǎn)上收獲菌體和代謝產(chǎn)物的重要階段 穩(wěn)定期時(shí) 菌體的總產(chǎn)量與消耗的營養(yǎng)物質(zhì)之間的關(guān)系 生產(chǎn)上稱為產(chǎn)量常數(shù) y y 菌體總生長量 消耗營養(yǎng)物質(zhì)總量y值的大小可說明該種微生物同化效率的高低 穩(wěn)定期的長短 與菌種和外界環(huán)境條件有關(guān) 生產(chǎn)上常通過補(bǔ)料 調(diào)節(jié)pH 調(diào)整溫度等措施 延長穩(wěn)定期 以積累更多的代謝產(chǎn)物 4 衰亡期 declinephase 細(xì)胞分裂由緩慢而停止 死亡率提高 其中有一段時(shí)間 活菌數(shù)成幾何級數(shù)下降 故有人稱之為 對數(shù)死亡階段 由于環(huán)境中營養(yǎng)消耗殆盡 微生物開始利用自身的貯藏物甚至菌體的組成成分作為養(yǎng)料 維持生命 此時(shí)稱為內(nèi)源代謝階段或內(nèi)源呼吸 endogenousrespiration 階段 細(xì)胞內(nèi)顆粒更明顯 原生質(zhì)中出現(xiàn)液泡與空泡 有些菌細(xì)胞常呈畸形或多形態(tài)性 有些細(xì)胞自己消解而死亡 對數(shù)期 衰老期 平推流式活性污泥法 穩(wěn)定期 7 2微生物的培養(yǎng)方式 將微生物置于一定容積的培養(yǎng)基中 經(jīng)培養(yǎng) 最后一次收獲 謂分批培養(yǎng) 在分批培養(yǎng)中 培養(yǎng)基一次加入 不予補(bǔ)充 不再更換 由于營養(yǎng)消耗 代謝產(chǎn)物積累 對數(shù)生長期不能長期維持 1 分批培養(yǎng) batchculture 在培養(yǎng)器中不斷補(bǔ)充新鮮營養(yǎng)物質(zhì) 并不斷排出部分培養(yǎng)物 包括菌體和代謝產(chǎn)物 以保持長時(shí)間生長狀態(tài)的一種培養(yǎng)方式 主要有恒濁連續(xù)培養(yǎng)和恒化連續(xù)培養(yǎng)兩類 恒濁連續(xù)培養(yǎng)通過不斷調(diào)節(jié)流速 使培養(yǎng)液濁度保持恒定 因而可不斷提供具有一定生理狀態(tài)的細(xì)胞 并可得到以最高生長速率進(jìn)行生長的培養(yǎng)物 恒化連續(xù)培養(yǎng)通過控制恒定的流速使?fàn)I養(yǎng)物濃度基本恒定 從而使微生物保持恒定的生長速率 用不同濃度的限制性營養(yǎng)物進(jìn)行恒化培養(yǎng) 可得到不同生長速率的培養(yǎng)物 2 連續(xù)培養(yǎng) continuousculture 在發(fā)酵罐中的一部分發(fā)酵液保留下來作為菌種液 放出其余部分 在剩余的培養(yǎng)液中加滿新的未接種的培養(yǎng)液 繼續(xù)培養(yǎng) 如此反復(fù) 謂之半連續(xù)培養(yǎng) 3 半連續(xù)培養(yǎng) semi continuousculture 4 補(bǔ)料分批培養(yǎng) fed batchculture 又稱半分批培養(yǎng) 是指在分批培養(yǎng)過程中 間歇或連續(xù)地補(bǔ)加新鮮培養(yǎng)液 但不取出培養(yǎng)物 待培養(yǎng)到適當(dāng)時(shí)期 將其從反應(yīng)器中放出 從中提取目的生成物 菌體或代謝產(chǎn)物 若放出大部分培養(yǎng)物后 繼續(xù)進(jìn)行補(bǔ)料培養(yǎng) 如此反復(fù)進(jìn)行 5 同步培養(yǎng) 能使培養(yǎng)的微生物處于較一致的 生長發(fā)育在同一階段上的培養(yǎng)方法叫同步培養(yǎng)法 利用同步培養(yǎng)法控制細(xì)胞的生長 使它們處于同一生長階段 所有細(xì)胞都能同時(shí)分裂 這種生長方式叫同步生長 用同步培養(yǎng)法得到的培養(yǎng)物叫同步培養(yǎng)物 synchronousculture 因?yàn)槿后w和個(gè)體行為一致 即可用研究群體的方法來研究個(gè)體水平上的問題 由于同步群體的個(gè)體差異 同步生長往往最多維持2個(gè) 3個(gè)世代 離心分離法硝酸纖維素濾膜法微孔過濾分離法 同步培養(yǎng)方法 影響生物體內(nèi)的許多生化反應(yīng) 因而影響代謝活動(dòng) 溫度可引起環(huán)境因子變化 可最終影響倍增時(shí)間 影響微生物群生態(tài)結(jié)構(gòu) 在一定溫度范圍內(nèi) 生化反應(yīng)速率隨溫度上升而加快 微生物對低溫的抵抗力較強(qiáng) 細(xì)菌芽孢和霉菌孢子可在 190 下存活半年 不同微生物有其生長的最低 最適和最高溫度 低溫可降低代謝活力 使生長繁殖停滯 故廣泛應(yīng)用于保藏菌種 但要注意 某些菌 在冰箱中比室溫下更易死亡 幼齡菌對溫度驟降很敏感 冷休克 冰點(diǎn)下保藏菌種時(shí) 懸藏液中要加保護(hù)劑 8 二甲亞砜或12 甘油 切忌冰凍與融化交替進(jìn)行 7 3環(huán)境因素對微生物生長的影響 1 溫度的影響 pH可引起細(xì)胞膜電荷的變化 從而影響營養(yǎng)物質(zhì)的吸收 影響酶的活性 改變營養(yǎng)物質(zhì)的可給性和有害物質(zhì)的毒性 介質(zhì)的pH不僅影響微生物的生長 甚至影響其形態(tài) 微生物有其最適的pH范圍 強(qiáng)酸堿一般有致死作用 通常多數(shù)真菌適于偏酸性環(huán)境 細(xì)菌適于中性環(huán)境 嗜酸菌如氧化硫硫桿菌 Thiobacillusthiooxidans 最適pH為2 3 5 微生物代謝活動(dòng)會(huì)改變環(huán)境pH 所以培養(yǎng)基中常加緩沖劑 對于要求pH6 5 7 5時(shí) 常用磷酸鹽緩沖劑 要求堿性時(shí) 常用硼酸鹽或甘氨酸 若要求pH 9 則可用重碳酸鹽 要求微酸性可用檸檬酸鹽 pH 4 5 可用乙酸鹽或二甲基戊酸鹽等 盡管對環(huán)境pH值不同微生物有不同要求 但其細(xì)胞內(nèi)的pH值都十分接近中性 與最適溫度一樣 微生物生殖的最適pH與其合成代謝產(chǎn)物的最適pH常不一致 2 酸堿度的影響 好氧菌 aerobes 包括大多數(shù)細(xì)菌 幾乎全部的放線菌 藍(lán)細(xì)菌 藻類和絲狀真菌 它們以氧為呼吸鏈的最終電子受體 最后與氫離子結(jié)合成水 在呼吸鏈的電子傳遞過程中 釋放出大量能量 供細(xì)胞維持生長和合成反應(yīng)使用 氧還參與一些生化反應(yīng) 好氧菌缺氧不能生長 厭氧菌 anaerobes 主要包括細(xì)菌和原生動(dòng)物中的少數(shù)類群 它們利用結(jié)合態(tài)的氧 由于在有氧條件下會(huì)產(chǎn)生電子結(jié)構(gòu)特殊的單一態(tài)氧 超氧化物游離基和過氧化物等有害化合物 而厭氧菌缺少過氧化物酶和超氧化物歧化酶 無法消除這些毒物的作用 所以它們暴露在空氣中將停止生長 甚至很快死亡 3 氧和氧化還原電位的影響 兼性厭氧菌 facultativeanaerobes 包括許多細(xì)菌 酵母菌和病原微生物中的一些類群 它們具有兩套呼吸酶系 有氧時(shí)以氧作為受氫體進(jìn)行呼吸作用 無氧時(shí)則以代謝的中間產(chǎn)物為受氫體進(jìn)行發(fā)酵作用 通常在有氧時(shí)長得更好些 微好氧菌 microaerobes 在充分通氣或嚴(yán)格厭氧的環(huán)境中均不能生長 只能在含氧量為2 10 的微好氣條件下生長 耐氧菌與兼性厭氧菌類似 只是在缺氧時(shí)長得更好些 好氧微生物在Eh值 0 1V以上均可生長 以0 3V 0 4V為宜 厭氧微生物需Eh值 0 1V或更低才能生長 兼性厭氧微生物有氧時(shí)進(jìn)行好氧呼吸 厭氧環(huán)境時(shí)進(jìn)行厭氧呼吸 代謝途徑不同 產(chǎn)物因此而異 往培養(yǎng)基中通空氣 降低pH或加氧化劑 均可提高Eh 反之 提高pH值或加入還原性物質(zhì)可降低Eh 微生物代謝活動(dòng)耗氧 產(chǎn)生還原性物質(zhì)如H2S 半胱氨酸等 均使Eh降低 微生物生長要求適宜的Eh值 光能是光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)型微生物的唯一或主要能源 非光合性微生物有少數(shù)類群 如閃光須霉 Phycomycesnitens 能表現(xiàn)趨光性 另一些真菌 如蘑菇和靈芝等 在子實(shí)體和色素形成時(shí)需要散射光 傷害作用菌體內(nèi)有一類通稱為光敏化劑 photosensitizer 的化學(xué)物質(zhì) 能被光能活化為高能狀態(tài) 其能量可被菌體的有機(jī)分子或氧氣所吸收 若被有機(jī)分子吸收 菌體受傷害較小 若被空氣中氧氣吸收 基態(tài)氧變成高活性強(qiáng)氧化態(tài)氧而傷害細(xì)菌 這種傷害作用能被猝滅劑所遏制 菌體內(nèi)色素為自然猝滅劑 所以強(qiáng)烈可見光在有氧時(shí)可傷害不含色素的細(xì)菌 紫外線損傷DNA 形成胸腺嘧啶二聚體 從而抑制DNA復(fù)制 引起突變或致死 以波長為265nm 266nm的殺菌力最強(qiáng) 由于紫外線穿透力弱 通常應(yīng)用于表面或空氣殺菌 4 輻射的影響 不同波長的輻射對微生物生長的影響不同 波長愈短 能量愈高 電離輻射包括x y 和 等射線 它們波長短 能量大 可能使物質(zhì)分子發(fā)生電離作用而產(chǎn)生游離基 游離基可與細(xì)胞內(nèi)的大分子化合物作用使之變性失活 常用于土樣 食品和藥物等的殺菌 振頻超過2 104HZ的聲波 使細(xì)胞破裂 內(nèi)含物外泄而亡 化學(xué)藥劑對微生物的作用取決于藥劑濃度 作用時(shí)間和微生物對藥物的敏感性 超聲波的影響 化學(xué)藥劑影響 重金屬離子尤其是Hg Ag 和Cu2 具有很強(qiáng)的殺菌力 重金屬離子進(jìn)入細(xì)胞后主要與酶或蛋白質(zhì)上的 SH基結(jié)合而使之失活或變性 微量的重金屬離子還能在細(xì)胞內(nèi)不斷累積并最終對生物發(fā)生毒害作用 此即微動(dòng)作用 鹵化物殺菌力高低順序是 F CL Br I 最常用的是碘和氯 碘不可逆地與菌體蛋白質(zhì) 或酶 的酪氨酸結(jié)合 生成二碘酪氨酸 使菌體失活 常用于皮膚消毒 氯與水結(jié)合成次氯酸 后者易分解產(chǎn)生新生態(tài)氧 為強(qiáng)氧化劑 常用于飲水和游泳池水消毒 Cl2 H2O HCl HClOHClO HCl O 有機(jī)廢水厭氧消化過程 酸發(fā)酵 堿性發(fā)酵過程 沼氣發(fā)生率 自養(yǎng) 在一些重金屬離子含量甚高的環(huán)境中 也有微生物生長 例如在一些含銅量達(dá)到68000mg L的泥炭沼澤地和含銅量達(dá)100mg L水和泥土里仍有真菌生長 在含砷 銻的酸性礦泉水中 雖然濃度大大超過毒性水平 也仍然有藻類 真菌 原生動(dòng)物和細(xì)菌組成的微生物群落存在 微生物對重金屬離子毒害的抗性 利點(diǎn) 有用微生物的抵抗金屬毒性能力強(qiáng) 不利點(diǎn) 生物污泥攜帶大量金屬能 處理難度增加 通過改變細(xì)胞膜透性 阻止金屬離子進(jìn)入細(xì)胞例如 在酸性礦泉水里生長的真菌 在pH為2 3時(shí) 即使CuSO4的濃度達(dá)到lmol L 也不能進(jìn)入細(xì)胞 而當(dāng)pH中性時(shí) 真菌對 4 10 5 mol LCuSO4也敏感 這表明真菌對Cu2 的抗性與環(huán)境中pH變化有密切關(guān)系 產(chǎn)生某種螯合劑 抵抗金屬離子的毒害微生物能產(chǎn)生某種螯合劑 抵抗金屬離子的毒害 例如砷 銻等金屬 可以在細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外 與微生物產(chǎn)生的螯合劑形成復(fù)合物 避免這些金屬使酶失活或不被微生物細(xì)胞吸收 3 通過酶促反應(yīng) 使有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)變成無毒化合物HgCl2是和細(xì)胞酶蛋白的巰基結(jié)合使酶失活 一些微生物可以由甲基鈷胺素作輔酶及提供甲基 使HgCl2轉(zhuǎn)變成甲基汞或二甲基汞 不再與巰基結(jié)合 避免了毒害作用 甲基汞可被假單胞菌 金黃色葡萄球菌及腸道細(xì)菌還原成金屬汞 微生物免除高濃度重金屬離子毒害的機(jī)理 7 4環(huán)境微生物的檢測 微生物是微生物環(huán)境工程的核心 微生物的監(jiān)測分析方法十分重要 微生物的存在離不開環(huán)境 而微生物的數(shù)量分布和種群組成 理化性狀 遺傳變異等 又是環(huán)境狀況的綜合而客觀的反映 利用微生物監(jiān)測環(huán)境污染 通常有生態(tài)學(xué)監(jiān)測法 生理生化監(jiān)測法和毒理學(xué)監(jiān)測法等 選用適當(dāng)?shù)姆椒?可了解不同污染狀況及其近期 遠(yuǎn)期影響 新理論 新技術(shù)的滲透和應(yīng)用 使監(jiān)測方法不斷完善 革新 更為靈敏 快速 準(zhǔn)確 蛍光顕微照片 BX50OLYMPUS 相位差顕微照片 BX50OLYMPUS 染色法光學(xué)照片 1 光學(xué)顯微鏡檢查 染色法 由于細(xì)菌細(xì)胞微小而透明 往往需經(jīng)染色才能用顯微鏡觀察 染色前要進(jìn)行干燥固定 致使測得的菌體大小小于活菌體 若采用負(fù)染色法 使背景著色 襯托菌體 則標(biāo)本會(huì)大于活菌體 相位差顯微鏡 普通光學(xué)顯微鏡觀察未經(jīng)染色的標(biāo)本 如活細(xì)胞 時(shí) 其形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)難以辨認(rèn) 細(xì)胞各部分的密度和厚度不同使光程和折射率不同 光線通過后會(huì)產(chǎn)生相位差 相位差顯微鏡可將相位差轉(zhuǎn)變成人眼可察覺的振幅差 明暗差 是顯微技術(shù)的一大突破 該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)明 F Zernike 獲得了1953的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 熒光顯微鏡 利用某些物質(zhì)在紫外線照射下會(huì)發(fā)出熒光 在黑暗的背景下表現(xiàn)為光亮的物體的原理實(shí)現(xiàn)成像 7 4 1細(xì)菌形態(tài)學(xué)檢查 對任何顯微鏡來說 分辨率是其觀察效果的最重要的指標(biāo) 光學(xué)顯微鏡分辨率受光干涉現(xiàn)象所制約有如下極限 分辨率 最小可能分辨距離 光源波長 最短可見光波長為450nm 試樣與物鏡間介質(zhì)的折射率 高折射率的香柏油為1 52 物鏡鏡口角的半數(shù) 與物鏡直徑和與試樣間工作距離有關(guān) 沒有改進(jìn)空間 一般認(rèn)為 以可見光為光源時(shí) 分辨率不大可能超過0 18微米 而且人肉眼正常分辨能力為0 25毫米左右 進(jìn)一步提高光學(xué)顯微鏡的放大倍數(shù)意義不大 因此目前光學(xué)顯微鏡總放大倍數(shù)只能達(dá)到1000 1500倍 2 透射電子顯微鏡 工作原理與光學(xué)顯微鏡極為相近 但以更短波長的電磁波取代可見光 是目前分辨率最高的顯微鏡 1933年德國人E Ruska制成第一臺 1986獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 1 負(fù)染技術(shù)用電子密度高本身與樣品幾乎不反應(yīng)的物質(zhì) 多為重金屬鹽 來對樣品 染色 這些金屬鹽不被樣品成分吸附 而是沉積到樣品周圍或樣品表面上凹陷的部分 從而以散射電子能力的差異把樣品的外形與表面結(jié)構(gòu)清楚的襯托出來 制樣方法 2 超薄切片技術(shù) 電子束的透射能力較弱 觀察細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí) 必須制作成100nm以下厚度的切片 基本步驟如下 SEM工作原理類似電視 電子槍發(fā)出的電子束被磁透鏡會(huì)聚成極細(xì)的電子探針 對樣品進(jìn)行掃描 激發(fā)樣品表面放出二次電子 也有其他信號 二次電子多少與電子束的入射角有關(guān) 即與樣品表面形貌有關(guān) 在觀察用熒光屏上有一個(gè)電子束做同步掃描 用二次電子放大信號對熒光屏電子束的強(qiáng)度進(jìn)行控制 還原形成樣品的立體形貌圖像 圖像的景深很好 可觀察立體結(jié)構(gòu) 3 掃描電子顯微鏡 scanningelectronmicroscope 溶藻細(xì)菌N 14株的電子顕微鏡照片 乳酸菌的掃描電子顯微鏡 SEM 照片 電子顯微鏡與后面將要介紹的探針掃描顯微鏡相比較 最大的缺陷是需要對樣品進(jìn)行表面處理 特別是表面導(dǎo)電性較差的樣品 水処理擔(dān)體AQ 7 掃描電子顯微鏡 SEM 的樣品制備 樣品制備比透射電子顯微鏡的樣品制備方法要簡單的多 但這種樣品的處理制備使SEM的應(yīng)用范圍比后面將要介紹的掃描探針顯微鏡要小得多 樣品制備主要內(nèi)容脫水干燥噴鍍金屬導(dǎo)電層 樣品制備的主要目的是便于觀察 但高保真是樣品制備技術(shù)好壞的基本標(biāo)準(zhǔn) 樣品是否產(chǎn)生變形 關(guān)鍵在于干燥技術(shù) 自然干燥真空干燥冷凍干燥臨界點(diǎn)干燥 臨界點(diǎn)狀態(tài)氣液不分 沒有氣液界面 沒有表面張力 利于保持樣品的形態(tài) 4 掃描探針顯微鏡 掃描探針顯微鏡 scanningproblemicroscope SPM 家族中的老大是掃描隧道顯微鏡 scanningtunnelingmicroscope STM 1986年發(fā)明人G Binning和H Rohrer獲諾貝爾獎(jiǎng) 80年代初研制成功 它裝有極細(xì)的金屬探針 將探針尖和樣品表面作為電極 探針作高精度的移動(dòng) 當(dāng)探針尖靠近待觀察材料表面時(shí) 距離為0 5 2nm 雙方原子外層的電子云有所重疊 這時(shí)在針尖和材料之間施加一個(gè)小電壓 便會(huì)引起隧道效應(yīng) 電子在針尖和材料之間流動(dòng) 隧道電流隨距離改變而劇烈變化 表面那些 凸凹不平 的原子所構(gòu)成的電流變化 通過計(jì)算機(jī)處理 便能在顯示屏上看到材料表面三維的結(jié)構(gòu)圖 STM具有極高的分辨率 橫向可達(dá)0 1nm 縱向可達(dá)0 001nm 1959年 諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德 費(fèi)曼預(yù)言 人類可以用小的機(jī)器制作更小的機(jī)器 甚至可以根據(jù)人類的意愿 逐個(gè)排列原子或分子 制造超晶態(tài)產(chǎn)品 這是關(guān)于納米技術(shù)最早的夢想 1982年 發(fā)明觀察納米結(jié)構(gòu)的重要工具 掃描隧道顯微鏡 STM 為我們揭示一個(gè)可直接探測的原子 分子世界1990年7月 第一屆國際納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議在美國巴爾的摩舉辦 標(biāo)志著納米科學(xué)技術(shù)的正式誕生 1991年 碳納米管被人類發(fā)現(xiàn) 它的力學(xué)性質(zhì)尤其引人注目 這種材料的質(zhì)量只是相同體積鋼的六分之一 強(qiáng)度卻是鋼的十倍 一度成為納米技術(shù)研究的熱點(diǎn) 1989年美國斯坦福大學(xué)搬運(yùn)原子團(tuán) 寫 下斯坦福大學(xué)英文名字1990年美國國際商用機(jī)器公司在鎳表面用36個(gè)氙原子排出 IBM 1993年 中國科學(xué)院北京真空物理實(shí)驗(yàn)室自如地操縱原子成功寫出 中國 二字1997年 美國科學(xué)家首次成功地用單電子移動(dòng)單電子 利用這種技術(shù)可望在20年后研制成功速度和存貯容量比現(xiàn)在提高成千上萬倍的量子計(jì)算機(jī) 1999年 巴西和美國科學(xué)家在進(jìn)行納米碳管實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)明了世界上最小的 秤 它能夠稱量十億分之一克的物體 即相當(dāng)于一個(gè)病毒的重量 此后不久 北京大學(xué)的科學(xué)家研制出能稱量單個(gè)原子重量的 秤 STM的誕生帶來了納米科技的迅猛發(fā)展 沒經(jīng)清洗的菌細(xì)胞 用蒸餾水清洗1次的甲烷菌細(xì)胞 用蒸餾水清洗2次的甲烷菌細(xì)胞 用磷酸鹽緩沖液清洗2次的甲烷菌細(xì)胞 雑質(zhì) 用固定劑處理過后用蒸餾水清洗3次的產(chǎn)甲烷菌細(xì)胞 紅色數(shù)據(jù)表示以細(xì)胞含量為最小需要量進(jìn)行物質(zhì)衡算時(shí) 培養(yǎng)液的微量元素含量小于最低要求量 顯微鏡檢查確認(rèn) 細(xì)胞的清洗和過濾操作在保持厭氧環(huán)境的氮?dú)饨橘|(zhì)中進(jìn)行 ICP inductivelycoupledplasma 感應(yīng)耦合等離子分析 分析方法 細(xì)菌分離培養(yǎng) 富集培養(yǎng) 熒光顯微鏡 采集細(xì)胞 細(xì)胞清洗 原子力顯微鏡分析 離心分離 濕式分解法處理細(xì)胞試樣 ICP分析 inductivelycoupledplasma 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 誤差分析 A B 觀測分析細(xì)菌在各種吸附材料上的吸附機(jī)理與吸附強(qiáng)度 分裂增殖 活生理菌單細(xì)胞 活體細(xì)胞的分裂過程觀測 菌體表面構(gòu)造及作用 7 4 2微生物檢測 1 水質(zhì)指示微生物 大腸菌群的檢測大腸菌群 coliformgroup 簡稱coliform 為飲水 食品等的細(xì)菌學(xué)常規(guī)檢驗(yàn)指標(biāo)之一 世界各國的水質(zhì) 食品等衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)對此都有明確規(guī)定 我國目前水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的大腸菌群數(shù) 個(gè) L 為飲用水 3游泳池水 100地表水第一級 500第二級 10000第三級 50000流行病學(xué)研究確認(rèn) 水?dāng)y帶的病原菌的存在與腸道來的細(xì)菌強(qiáng)相關(guān) 人糞內(nèi)的大腸菌群細(xì)菌 是一項(xiàng)行之有效的水質(zhì)污染的生物學(xué)監(jiān)測指標(biāo) 環(huán)境科學(xué)工作者還以大腸菌群這一指標(biāo) 檢驗(yàn)工業(yè)廢水和城市污水的處理效果 研究飲用水 游泳池水的處理及水質(zhì)的改良和提高等等 大腸菌群是一群需氧和兼性厭氧的 能在37 培養(yǎng)24h內(nèi)使乳糖發(fā)酵產(chǎn)酸產(chǎn)氣的革蘭氏陰性無芽孢桿菌 包括埃希氏菌屬 Escherichia 檸檬酸桿菌屬 Citrobacter 腸桿菌屬 Enterobacte 克雷伯氏菌屬 Klebsiella 等 又稱總大腸菌群 totalcoliform 檢測大腸菌群方法比較簡易 所以 在實(shí)際工作中常以大腸菌群為指示微生物來評價(jià)水的衛(wèi)生質(zhì)量 檢測大腸菌群的標(biāo)準(zhǔn)方法有多管發(fā)酵法和膜濾法 多管發(fā)酵法是于一系列發(fā)酵管中接種一定量水樣 根據(jù)乳糖發(fā)酵產(chǎn)酸產(chǎn)氣的陽性管數(shù) 測知水樣含大腸菌群數(shù) 大腸埃希氏菌 Escherichia 即最大可能數(shù)法 mostprobablenumber MPN 于一系列乳糖蛋白胨培養(yǎng)液發(fā)酵管 瓶 內(nèi)注入一定量水樣 乳糖發(fā)酵產(chǎn)酸產(chǎn)氣者為陽性 根據(jù)成陽性的水樣管數(shù) 定量說明水樣含大腸桿菌數(shù)量 2 多管發(fā)酵法 基本原理 多管發(fā)酵法簡介 1 初發(fā)酵試驗(yàn)無菌操作法向各乳糖蛋白胨培養(yǎng)液發(fā)酵管 瓶 內(nèi)注入一定量水樣 混勻后置37 溫箱培養(yǎng)24h 產(chǎn)酸產(chǎn)氣者為陽性 陰性者繼續(xù)培養(yǎng)24h 3h再行檢查 混濁而無氣泡者 輕搖試管 觀察有無小氣泡上浮 有小氣泡不斷上浮 表示發(fā)酵正活躍 否則判為陰性 接種水樣量 平行管 瓶 數(shù)參考如下 飲用水100ml 2瓶 10ml10管未污染水10ml 1ml 0 1ml各5管受污染水0 1ml 0 01ml 0 001ml各5管污水0 001ml 0 0001ml 0 00001ml各5管這里 0 1ml即稀釋10倍的水樣1ml 余類推 接種水樣量大 10ml 100ml 的管 瓶 內(nèi)培養(yǎng)液應(yīng)是濃縮液 使其在加入水樣后為單倍濃度 普通濃度 2 平板分離輕搖初發(fā)酵試驗(yàn)陽性管 用接種環(huán)或接種針取上述各陽性管的培養(yǎng)物 分別在伊紅美蘭平板上劃線接種 平板倒置于37 溫箱培養(yǎng)18h 24h 呈深紫紅色 有或無金屬光澤的菌落 為典型大腸菌菌落 粉紅色 粘液狀 不透明的為非典型菌落 其他狀態(tài)的均為陰性菌落 3 復(fù)發(fā)酵試驗(yàn)取典型 無典型菌落時(shí)取非典型菌落 的部分培養(yǎng)物作涂片 革蘭氏染色 鏡檢為革蘭氏陰性無芽孢桿菌 則取該菌落的另一部分培養(yǎng)物再接種于普通濃度的乳糖蛋白胨發(fā)酵管內(nèi) 每管可接種分離自同一初發(fā)酵管的最典型菌落1 3個(gè) 置37 溫箱培養(yǎng)24h 產(chǎn)酸產(chǎn)氣者證實(shí)有總大腸菌群存在 4 報(bào)告根據(jù)證實(shí)有總大腸菌群存在的陽性管數(shù) 查菌群檢數(shù)表 并按初發(fā)酵試驗(yàn)接種水樣