第五章第一節(jié)

第五章微生物的生長繁殖與生存因子環(huán)境工程微生物學(xué)第一節(jié)微生物的生長繁殖第二節(jié)微生物的生存因子第三節(jié)其他不利環(huán)境因子對(duì)微生物的影響第四節(jié)微生物與微生物之間的關(guān)系第五節(jié)菌種的退化、復(fù)壯與保藏

本章內(nèi)容1.生長繁殖2.測量微生物生長的方法3.微生物的生長曲線4.生長曲線的應(yīng)用第一節(jié)微生物的生長繁殖環(huán)境工程微生物學(xué)環(huán)境工程微生物學(xué)一、微生物生長繁殖的概念生長：微生物在適宜的環(huán)境下，不斷吸收營養(yǎng)物質(zhì)，按照自己的代謝方式進(jìn)行新陳代謝活動(dòng)，微生物的細(xì)胞不斷迅速增長。繁殖：當(dāng)細(xì)胞個(gè)體生長到一定程度時(shí)，由一個(gè)親代細(xì)胞分裂為兩個(gè)大小，形狀與親代細(xì)胞相似的子代細(xì)胞，使得個(gè)體數(shù)目增加。發(fā)育：從生長到繁殖的這個(gè)量變到質(zhì)變的過程。環(huán)境工程微生物學(xué)

群體生長：個(gè)體的進(jìn)一步生長，就引起了群體的生長；群體的生長可以用重量、體積、個(gè)體濃度或密度指標(biāo)來測定。群體生長＝個(gè)體生長+個(gè)體繁殖

一般微生物的研究和應(yīng)用中，只有群體的生長才有意義，所以通常講的“生長”是指群體生長。關(guān)于微生物的個(gè)體和群體個(gè)體生長個(gè)體繁殖環(huán)境工程微生物學(xué)世代時(shí)間：細(xì)胞兩次分裂之間的時(shí)間。

專性厭氧菌的世代時(shí)間比好氧菌的長。

當(dāng)微生物的培養(yǎng)時(shí)間一定時(shí)，它的世代時(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。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。環(huán)境工程微生物學(xué)舉例：大腸桿菌在37℃的肉湯培養(yǎng)基中的培養(yǎng)時(shí)，世代時(shí)間是15min，在相同溫度的牛乳培養(yǎng)基中，世代時(shí)間為12.5min。

舉例：原核微生物繁殖速度比真核微生物快，大腸桿菌的世代時(shí)間17min，天藍(lán)喇叭蟲的世代時(shí)間是32h。

多細(xì)胞微生物的繁殖：細(xì)胞數(shù)目增加，個(gè)體數(shù)目也增加。多細(xì)胞微生物的生長：細(xì)胞數(shù)目增加，個(gè)體數(shù)目不增加；環(huán)境工程微生物學(xué)環(huán)境工程微生物學(xué)二、研究微生物生長的方法生長單個(gè)體微生物生長群體微生物生長分批培養(yǎng)連續(xù)培養(yǎng)環(huán)境工程微生物學(xué)（一）分批培養(yǎng)概念：將定量的微生物接種到封閉的具有定量培養(yǎng)基的容器中，保持一定的溫度、pH、DO，微生物進(jìn)行生長繁殖。生長曲線：將菌種接種在液體培養(yǎng)基中隔一定時(shí)間取樣，計(jì)算細(xì)菌的個(gè)數(shù)、對(duì)數(shù)、干重為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)的曲線。環(huán)境工程微生物學(xué)生長速率細(xì)菌數(shù)目的對(duì)數(shù)值0時(shí)間t0+_細(xì)菌生長的階段可分為停滯期，加速期，對(duì)數(shù)期，減速期，靜止期，衰亡期。

環(huán)境工程微生物學(xué)細(xì)菌

數(shù)

目

的

對(duì)數(shù)

值時(shí)間t提問：為什么會(huì)出現(xiàn)停滯期呢？

特征：

不立即進(jìn)行細(xì)胞分裂、增殖，數(shù)量不變甚至減少適應(yīng)環(huán)境（合成相應(yīng)的）營養(yǎng)儲(chǔ)備（用于復(fù)制合成）停滯期1.停滯期－“萬事開頭難”停滯期的特點(diǎn)環(huán)境工程微生物學(xué)①生長速率常數(shù)等于零；②細(xì)胞形態(tài)變大或增長；③細(xì)胞內(nèi)RNA尤其是rRNA含量增高，原生質(zhì)呈嗜堿性；④合成代謝活躍；⑤對(duì)外界不良條件反應(yīng)敏感。環(huán)境工程微生物學(xué)1.接種齡:1)對(duì)數(shù)期“種子”，停滯期較短；

2)靜止期期或衰亡期“種子”,停滯期較長；2.接種量：

1)接種量大，停滯期較短；

2)接種量小，停滯期較長。

3.培養(yǎng)基成分:

1)培養(yǎng)基成分豐富的,停滯期較短；

2)培養(yǎng)基成分與種子培養(yǎng)基一致,停滯期較短。

影響停滯期長短的因素環(huán)境工程微生物學(xué)

在實(shí)際工作中，接種菌種以啟動(dòng)新的水處理設(shè)施，會(huì)出現(xiàn)或長或短的停滯期，增加操作時(shí)間，降低工作效率。提問：可以通過哪些手段縮短停滯期呢？引入高效菌群對(duì)數(shù)期的菌種增大接種量盡量保持接種前后所處的培養(yǎng)介質(zhì)和條件一致環(huán)境工程微生物學(xué)2.對(duì)數(shù)期生長速率細(xì)菌數(shù)目的對(duì)數(shù)值0時(shí)間t0+_生長速率常數(shù)最大，細(xì)胞分裂的代時(shí)G最短；細(xì)菌總數(shù)的增加率和活菌數(shù)的增加率一致；對(duì)外界不良環(huán)境因素的抵抗力強(qiáng)；代謝活力強(qiáng)。

指數(shù)期的微生物可作為代謝、生理等研究的良好材料，是發(fā)酵生產(chǎn)中用作“種子”的最佳種齡。環(huán)境工程微生物學(xué)x1，x2、t1,t2和t可由實(shí)驗(yàn)獲得，n可通過上式計(jì)算得出。

指數(shù)生長期的三個(gè)參數(shù)

指數(shù)生長方式：

1248……2n

設(shè)接種時(shí)細(xì)胞數(shù)為x1,時(shí)間為t1,到時(shí)間t2后，繁殖n代，細(xì)胞數(shù)為x2，它們之間的相互關(guān)系為：

X2=X1×2n

以對(duì)數(shù)表示：logX2=logX1+nlog2n=3.3(logX2-logX1)■

世代時(shí)間G

生長速率常數(shù)R環(huán)境工程微生物學(xué)環(huán)境工程微生物學(xué)提問：細(xì)菌的代時(shí)與哪些因素有關(guān)？

如大腸桿菌在20℃時(shí)其代時(shí)是35℃條件下的2倍；傷寒桿菌在含0.125％的蛋白胨培養(yǎng)基中的代時(shí)為800min，而在含1.0％時(shí)僅為40min。

菌種：不同菌種的代時(shí)差異極大營養(yǎng)成分：營養(yǎng)越豐富，代時(shí)越短營養(yǎng)物濃度：影響微生物的生長速率和總生長量培養(yǎng)溫度：影響微生物的生長速率環(huán)境工程微生物學(xué)3.靜止期生長速率細(xì)菌數(shù)目的對(duì)數(shù)值0時(shí)間t0+_特點(diǎn)：★細(xì)胞數(shù)目不增加(R=0)，即處于新繁殖的細(xì)胞數(shù)與衰亡的細(xì)胞數(shù)相等，或正生長與負(fù)生長相等的動(dòng)態(tài)平衡之中。又稱最高生長期?！锞w產(chǎn)量達(dá)到了最高點(diǎn)，而且菌體產(chǎn)量與營養(yǎng)物質(zhì)的消耗間呈現(xiàn)出一定的比例關(guān)系；★細(xì)胞長、大；★代謝旺盛(RNA含量增加)；★誘導(dǎo)酶迅速合成；★對(duì)不良條件敏感，抵抗力降低；環(huán)境工程微生物學(xué)穩(wěn)定期到來的原因主要是：①營養(yǎng)物尤其是生長因子的耗盡；②營養(yǎng)物的比例失調(diào)，例如C／N比值不合適等；③有害代謝產(chǎn)物的累積；④pH、氧化還原勢等物化條件越來越不適宜。

環(huán)境工程微生物學(xué)

在穩(wěn)定期時(shí)，細(xì)胞開始貯存糖原、異染顆粒和脂肪等貯藏物；多數(shù)芽孢桿菌在這時(shí)開始形成芽孢；有的微生物在穩(wěn)定期時(shí)還開始合成抗生素等次生代謝產(chǎn)物。

應(yīng)用

穩(wěn)定期是生產(chǎn)菌體或與菌體生長相平行的代謝產(chǎn)物的最佳收獲期，也是對(duì)某些生長因子例如維生素和氨基酸等進(jìn)行生物測定的必要前提。此外，由于對(duì)穩(wěn)定期到來的原因進(jìn)行研究，還促進(jìn)了連續(xù)培養(yǎng)技術(shù)的設(shè)計(jì)和研究。

注意三條曲線：生長曲線、底物消耗曲線、代謝產(chǎn)物合成曲線。環(huán)境工程微生物學(xué)4.衰亡期1.R為負(fù)值;2.細(xì)胞形態(tài)發(fā)生變化,出現(xiàn)不規(guī)則的衰退;生長速率細(xì)菌數(shù)目的對(duì)數(shù)值0時(shí)間t0+_特點(diǎn)3.細(xì)菌利用貯存物質(zhì)進(jìn)行內(nèi)源呼吸;

4.釋放次生代謝產(chǎn)物，芽孢等;5.菌體開始自溶.環(huán)境工程微生物學(xué)生長條件的進(jìn)一步惡化，使細(xì)胞內(nèi)的分解代謝大大超過合成代謝；代謝毒物的累積。產(chǎn)生原因：

☆

活性污泥法的微生物的生長規(guī)律和純菌種的一致，生長曲線也相似；一般劃為三個(gè)階段：生長上升階段、生長下降階段、內(nèi)源呼吸階段。環(huán)境工程微生物學(xué)（二）連續(xù)培養(yǎng)

原理：

進(jìn)料=補(bǔ)足營養(yǎng)(“污染物”)

出料=稀釋菌濃度、毒物濃度其方式分為兩種：1)恒濁連續(xù)培養(yǎng)

2)恒化連續(xù)培養(yǎng)一方面連續(xù)進(jìn)料，另一方面又連續(xù)出料。連續(xù)培養(yǎng)裝置示意圖環(huán)境工程微生物學(xué)恒濁——培養(yǎng)基濁度恒定（實(shí)質(zhì)是細(xì)菌數(shù)量恒定）以濁度為控制指標(biāo)。當(dāng)濁度大時(shí)，加大進(jìn)水流速，降低濁度；當(dāng)濁度小時(shí)，降低流速，提高濁度。1）恒濁連續(xù)培養(yǎng)2）恒化連續(xù)培養(yǎng)

恒化——進(jìn)料營養(yǎng)物總量恒定恒定的流速進(jìn)水，恒定流速出水；尤其適合污水生物處理。恒濁器：

這是根據(jù)培養(yǎng)器內(nèi)微生物的生長密度，并借光電控制系統(tǒng)來控制培養(yǎng)液流速，以取得菌體密度高、生長速度恒定的微生物細(xì)胞的連續(xù)培養(yǎng)器。在恒濁器中的微生物，始終能以最高生長速率進(jìn)行生長，并可在允許范圍內(nèi)控制不同的菌體密度。連續(xù)培養(yǎng)的設(shè)備環(huán)境工程微生物學(xué)恒化器：與恒濁器相反，恒化器是一種設(shè)法使培養(yǎng)液流速保持不變，并使微生物始終在低于其最高生長速率條件下進(jìn)行生長繁殖的一種連續(xù)培養(yǎng)裝置。通過控制某一種營養(yǎng)物的濃度，使其始終成為生長限制因子的條件下達(dá)到的。環(huán)境工程微生物學(xué)環(huán)境工程微生物學(xué)

目前,污水連續(xù)生物處理法均類似于恒化連續(xù)培養(yǎng)；（進(jìn)料營養(yǎng)物總量,流速不完全恒定）環(huán)境工程微生物學(xué)

在連續(xù)培養(yǎng)中，微生物的生長狀態(tài)和規(guī)律與分批培養(yǎng)不同，往往是處在相當(dāng)于分批培養(yǎng)中生長曲線的某一生長階段。

如：廢水生物處理的連續(xù)運(yùn)行過程中，活性污泥中的微生物處在相當(dāng)于分批培養(yǎng)生長曲線的生長階段：加速期或?qū)?shù)期，或靜止期或衰亡期。連續(xù)培養(yǎng)微生物的生長規(guī)律環(huán)境工程微生物學(xué)

活性污泥法污水處理系統(tǒng)，選擇處于何種生長期的微生物？原則：根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)有機(jī)物含量，利用不同生長階段的微生物處理廢水。

三、細(xì)菌生長曲線在污(廢)水生物處理中的應(yīng)用

污(廢)水連續(xù)處理中的細(xì)菌生長狀態(tài)跟具體的生物處理方法有關(guān)，不同的生物反應(yīng)構(gòu)筑物，細(xì)菌的生長狀態(tài)可能不同，甚至在同一個(gè)構(gòu)筑物中，不同位置的細(xì)菌生長狀態(tài)也不同，但要以某種狀態(tài)為主。環(huán)境工程微生物學(xué)

常規(guī)的活性污泥法利用靜止期的微生物原因：

靜止期的微生物代謝活力較強(qiáng)，體內(nèi)儲(chǔ)存的內(nèi)含物，有利于絮凝和自行沉降。

對(duì)數(shù)期的微生物，要求水質(zhì)中高有機(jī)物含量，代謝最強(qiáng)，不利于自行絮凝。進(jìn)水對(duì)數(shù)期衰老期穩(wěn)定期占優(yōu)勢環(huán)境工程微生物學(xué)

高負(fù)荷活性污泥法利用對(duì)數(shù)期的微生物生長繁殖快，能大量去除有機(jī)物延長曝氣時(shí)間在8小時(shí)以上，有時(shí)1-3天，延長水力停留時(shí)間，增大進(jìn)水量提高有機(jī)負(fù)荷細(xì)胞物質(zhì)被氧化，沒有污泥外排。

延時(shí)曝氣活性污泥法利用衰亡期的微生物P171圖5-4，5-5環(huán)境工程微生物學(xué)一、測生長量直接法間接法測體積稱干重比濁法生理指標(biāo)法（測含氮量）比例計(jì)數(shù)法血球計(jì)數(shù)法直接法間接法液體稀釋法平板菌落計(jì)數(shù)法二、測繁殖數(shù)2.微生物生長的測定方法P172-174最大或然數(shù)(mostprobablenumber，MPN)計(jì)數(shù)又稱稀釋培養(yǎng)計(jì)數(shù)