微生物的生長繁殖與生存因子

微生物的生長繁殖與生存因子第一頁，共六十七頁，2022年，8月28日第一節(jié)微生物的生長繁殖一、微生物的生長繁殖的基本概念1.生長：微生物新陳代謝，同化作用大于異化作用，微生物的細胞不斷迅速增長的現(xiàn)象。2.繁殖：什么是微生物的繁殖？第二頁，共六十七頁，2022年，8月28日繁殖單細胞一個細胞兩個細胞多細胞不只是細胞個數(shù)的增長，如果只是細胞個數(shù)增長，而不是個體數(shù)目增長，不叫繁殖，叫生長。不但細胞個數(shù)增加，個體也增加，則為繁殖第三頁，共六十七頁，2022年，8月28日3.發(fā)育：微生物的生長與繁殖是個交替過程，從生長到繁殖的量變到質(zhì)變的過程是發(fā)育。4.世代時間：細菌兩次分裂之間的時間。當微生物的培養(yǎng)時間一定時，它的世代時間基本上也是穩(wěn)定的。但是如果外界條件發(fā)生變化，世代時間也會變化。世代時間越短，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。第四頁，共六十七頁，2022年，8月28日二、研究微生物生長的方法生長單個體微生物生長群體微生物生長分批培養(yǎng)連續(xù)培養(yǎng)第五頁，共六十七頁，2022年，8月28日（一）分批培養(yǎng)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，微生物進行生長繁殖。少多少第六頁，共六十七頁，2022年，8月28日生長曲線將少量菌種接種到準備妥當?shù)呐囵B(yǎng)基中，進行分批培養(yǎng)，并且定時取樣計數(shù)。以細菌的個數(shù)或干重質(zhì)量為縱坐標，以培養(yǎng)時間為橫坐標，將取樣數(shù)據(jù)描點繪圖，最終可得該細菌的生長曲線。生長曲線分期：細分可分為6個時期即停滯期(適應期)、加速期、對數(shù)期、減速期、靜止期、衰亡期。由于加速期和減速期持續(xù)時間很短，則把加速期并到停滯期，把減速期放到靜止期中。故，將生長曲線粗分為四個生長期。第七頁，共六十七頁，2022年，8月28日微生物生長曲線第八頁，共六十七頁，2022年，8月28日1.停滯期停滯期特點?

生長速率等于零細胞合成新的成分–補充消耗的材料–適應新的培養(yǎng)基或別的培養(yǎng)條件?細胞形態(tài)變大或變長對外界不良環(huán)境敏感第九頁，共六十七頁，2022年，8月28日

細

菌

數(shù)

目

的

對

數(shù)

值

時間t提問：為什么會出現(xiàn)停滯期呢？

特征：

不立即進行細胞分裂、增殖，數(shù)量不變甚至減少適應環(huán)境（合成相應的酶），營養(yǎng)儲備（用于復制合成）停滯期停滯期－“萬事開頭難”第十頁，共六十七頁，2022年，8月28日影響停滯期長短的因素

1.接種齡:1)對數(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。

第十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日2.對數(shù)期特點?生長速率最快，細胞呈對數(shù)增長生長速率恒定代謝旺盛，細胞成分平衡發(fā)展?群體的生理特性較一致第十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日指數(shù)生長公式：Nt=N0×2n

式中N0為起始細胞數(shù)目，Nt為指數(shù)生長某個時刻t時的細胞數(shù)目，n為世代數(shù)。N0、Nt和t可由實驗獲得，n可通過上式計算得出。LgNt=lgN0+nlg2n=（lgNt-lgN0)/lg2=3.3(lgNt-lgN0)

第十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日影響指數(shù)期的因素

菌種：不同菌種的代時差異極大營養(yǎng)成分：營養(yǎng)越豐富，代時越短營養(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第十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日3）靜止期特點：活細胞總數(shù)維持不變，即新繁殖的細胞數(shù)與衰亡的細胞數(shù)相等，菌體總數(shù)達到最高點。細胞生理上處于衰老，代謝活力鈍化，細胞成分合成緩慢。細胞生長速率為零第十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日

營養(yǎng)物質(zhì)被消耗不能滿足生長需要代謝廢物或有害物質(zhì)積累到抑制生長水平

pH、氧化還原勢等物化條件越來越不適應新生率等于死亡率第十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日4）衰亡期特點：?細胞以指數(shù)速率死亡；細胞變形退化。第十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日影響衰亡期的因素與菌種的遺傳特性有關:有些細菌的培養(yǎng)經(jīng)歷所有的各個生長時期，幾天以后死亡,有些細菌培養(yǎng)幾個月乃至幾年以后仍然有一些活的細胞；與營養(yǎng)物質(zhì)和有毒物質(zhì)有關：補充營養(yǎng)和能源，以及中和環(huán)境毒性，可以減緩死亡期細胞的死亡速率，延長細菌培養(yǎng)物的存活時間。第十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日一方面連續(xù)進料，另一方面又連續(xù)出料。原理：進料=補足營養(yǎng)(“污染物”)

出料=稀釋菌濃度、毒物濃度它又分為兩種：1)恒濁連續(xù)培養(yǎng)2)恒化連續(xù)培養(yǎng)。（二）連續(xù)培養(yǎng)第十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日恒濁——培養(yǎng)基濁度恒定（實質(zhì)是細菌數(shù)量恒定）以濁度為控制指標。當濁度大時，加大進水流速，降低濁度；當濁度小時，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——進料營養(yǎng)物總量恒定恒定的流速進水，恒定流速出水尤其適合污水生物處理第二十頁，共六十七頁，2022年，8月28日目前,污水連續(xù)生物處理法均類似于恒化連續(xù)培養(yǎng)；（流速不完全恒定）第二十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日三、生長曲線在污水處理中的應用污(廢)水連續(xù)處理中的細菌生長狀態(tài)跟具體的生物處理方法有關，不同的生物反應構(gòu)筑物，細菌的生長狀態(tài)可能不同，甚至在同一個構(gòu)筑物中，不同位置的細菌生長狀態(tài)也不同，但要以某種狀態(tài)為主。第二十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日進水對數(shù)期衰老期平推流式活性污泥法穩(wěn)定期占優(yōu)勢第二十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日總結(jié)常規(guī)活性污泥法：利用減速期、靜止期；生物吸附法：靜止期；高負荷活性污泥法：對數(shù)期和減速期；延時曝氣法(氧化溝)：內(nèi)源呼吸期第二十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日為什么常規(guī)活性污泥法不利用對數(shù)期而用靜止期微生物？對數(shù)期微生物：生長繁殖快，代謝活力強，能大量去除廢水中的有機物，相應的，要求進水有機物濃度高。由于進水有機物濃度高，出水有機物濃度也相應提高，且這時期微生物不易自行凝聚成菌膠團，沉淀性能差，導致出水水質(zhì)差。靜止期微生物：代謝活力比對數(shù)期差，但仍有相當?shù)拇x活力，且生物吸附能力強，泥水分離效果好，出水水質(zhì)好。第二十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日第二節(jié)微生物的生存因子微生物正常生存，需要營養(yǎng)，除此以外，還需要合適的溫度、pH、氧氣等環(huán)境條件。第二十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日一、溫度溫度對于微生物有那些影響？溫度是微生物最重要的生存條件之一。當處于最佳范圍時，每上升10℃，酶促反應速度提高1～2倍。代謝速率和生長速率也提高，繁殖能力最強，微生物進行大量繁殖。不同微生物對溫度的要求不同。可將微生物分為嗜冷菌、嗜中溫菌、嗜熱菌、嗜超熱菌。第二十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日細菌最低溫度最適溫度最高溫度嗜冷菌－5～05～1020～30嗜中溫菌5～1025～4045～50嗜熱菌3050～6070～80嗜超熱菌55℃以上70～105110～113低溫、中溫和高溫細菌的生長溫度范圍第二十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日幾種微生物的生長最高溫度微生物原生動物真核藻類真菌藍細菌細菌古菌溫度45～50566070～73＞90113第二十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日所有微生物中，多部分是嗜中溫菌，其他較少。污水處理系統(tǒng)中，為了保證微生物能夠處于較好的工作狀態(tài)，需要為其提供較適合的溫度。一般控制在20～30℃左右。冬天，需要進行加熱處理。第三十頁，共六十七頁，2022年，8月28日嗜冷菌，最適合在5～15℃，甚至很多細菌可以在0℃以下正常生存。冰箱中冷藏的蔬菜、水果發(fā)霉變質(zhì)腐爛的原因。第三十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日小結(jié)：微生物的培養(yǎng)應該在最佳溫度范圍進行。超過最高溫度會對細菌造成傷害甚至導致死亡。低溫有抑制細菌作用?？梢宰屛⑸镄菝?，但不會導致死亡。溫度升高時，活性即可恢復。第三十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日二、pH微生物也有最適應的pH范圍，微生物不同，pH范圍不同。多數(shù)細菌：最佳6.5～7.5，適應范圍4～10；一般要求中性或偏堿性；放線菌：最佳7.5～8.0，一般要求中性或偏堿性；霉菌和酵母菌：可在酸性或偏堿性環(huán)境生活，最喜歡3～6的環(huán)境。生長極限：1.5～10。第三十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日1.污水處理生物處理構(gòu)筑物內(nèi)pH控制在6.5～8.5之間。2.微生物培養(yǎng)基中應該加入緩沖物質(zhì)。3.污泥厭氧處理時，也要控制好pH，一般在6.6～7.6，最好控制在6.8～7.2之間。小結(jié)第三十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日三、氧化還原電位用Eh表示，單位為V或mV。氧化環(huán)境時，Eh為正，充滿氧氣時，上限為+820mV；還原環(huán)境時，mV為負，充滿氫氣時，下限為-400mV。不同微生物要求的氧化還原電位不同：1.一般好氧微生物：+300～+400mV

，大于+100mV，才能生活。2.兼性菌：+100mV為界，大于時進行好氧呼吸，小于時進行無氧呼吸。3.厭氧菌：－200～－250

mV。第三十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日

對于好氧生物處理系統(tǒng)，Eh

處于+200～+600mV視為正常。如果，出水中Eh下降，處理效果不佳。第三十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日氧化還原電位的影響因素受氧分壓的影響：氧分壓高，氧化還原電位高；氧分壓低，氧化還原電位低。在培養(yǎng)微生物過程中，由于微生物生長繁殖消耗了大量氧氣，分解有機物產(chǎn)生氫氣，使氧化還原電位降低，在微生物對數(shù)生長期中下降到最低點。受環(huán)境中pH的影響：pH低時，氧化還原電位低，pH高時，氧化還原電位高。第三十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日四、溶解氧微生物與O的關系好氧微生物厭氧微生物兼性微生物專性好氧微生物微量好氧微生物專性厭氧微生物耐氧厭氧微生物第三十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日（一）好氧微生物必須有氧才能生存，氧氣對于好氧微生物的作用：1.最終電子受體；2.參與物質(zhì)合成好氧微生物做好氧呼吸時，會產(chǎn)生毒害物質(zhì)如：過氧化氫、過氧化物和羥自由基等。但由于好氧微生物體內(nèi)也有相應的酶可以分解上述物質(zhì)，因此，好氧微生物可以在氧氣條件下正常生存。好氧微生物所需要的氧氣是溶解在水中的氧氣，即DO。溶解氧與大氣壓力及溫度有關，溫度越高，溶解氧越低。第三十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日好氧生物處理系統(tǒng)中，為了保證微生物的正常工作，必須為它們提供足夠的溶解氧。工程上，通常采用鼓風曝氣的形式向水中強制充氧，對于生活污水廠，BOD5200～300mg/L。如果曝氣池的活性污泥濃度在2000～3000mg/L時，溶解氧必須保證在2mg/L以上。通常控制在3～4mg/L。當供氧不足時，也會造成污泥的絲狀菌膨脹。第四十頁，共六十七頁，2022年，8月28日（二）厭氧微生物可分為兩種，一種有氧就要死亡；另一種，有氧無氧無所謂，生活過程中，不會中毒也不利用氧。通常說的厭氧菌多指第一種，稱為專項厭氧菌。它在有氧條件下，代謝過程中會產(chǎn)生過氧化氫，但體內(nèi)不具有過氧化氫酶，專性厭氧微生物將被過氧化氫殺死。第四十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日厭氧微生物在培養(yǎng)時，培養(yǎng)基必須保證無氧。方法：惰性氣體驅(qū)氧：氮氣或氦氣。用膠塞密封培養(yǎng)裝置，并在容器中加入氧化還原性顏料（甲基藍或刃天青），當在還原態(tài)時無色，氧化態(tài)時顯色。一旦顯色，說明有氧存在。可在培養(yǎng)裝置中預先加入些兼性微生物混合培養(yǎng)，一旦有氧，可被兼性細菌消耗掉。第四十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日（三）兼性菌有氧無氧都能生存。兼性菌的作用：1.積極作用：a.污水處理溶解氧充足時，好氧菌與兼性菌都起作用，當供氧故障時，兼性菌仍可起作用，但不如有足夠溶解氧時處理效果好。b.水解酸化c.脫氮。2.消極作用a.土壤脫氮，N素損失，土壤肥力下降。b.產(chǎn)生亞硝酸胺污水必須脫氮。第四十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日類型與O2關系代謝類型專性好氧必須有氧好氧呼吸微好氧有氧，含量低好氧呼吸兼性可有、可無有氧呼吸或發(fā)酵專性厭氧氧有毒害或致死無氧呼吸耐氧可在有氧下存活，不用氧氣發(fā)酵氧氣與微生物的關系第四十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日五.水活度水分對微生物很重要，但是，水對微生物的影響，不但取決于環(huán)境中水的含量，更取決于水的有效性。環(huán)境中水的有效性用水的活度αw表示。αw指在一定溫度和壓力下，溶質(zhì)蒸氣壓與純水蒸氣壓之比。環(huán)境中的αw介于0～1之間，溶液濃度越大，αw越小。微生物一般在αw為0.65～0.99的條件下生長,αw過低時,大多數(shù)微生物將停止生長。不同微生物的αw也不同。第四十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日六、滲透壓用半透膜將兩種不同濃度溶液隔開后即可產(chǎn)生滲透壓。微生物喜歡怎樣的滲透壓環(huán)境呢？滲透壓與濃度有關。說明：濃度相同時，分子小的物質(zhì)溶液滲透壓大。離子溶液比分子溶液滲透壓大。第四十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日微生物在不同滲透壓環(huán)境中的狀態(tài)a.5～8.5g/L的NaCl（生理鹽水0.9％）的NaClc.200g/L的NaCl第四十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日a.等滲溶液，細胞形態(tài)與大小不變。b.低滲溶液，溶液中水分進入細胞內(nèi)部，細胞膨脹。c.高滲溶液，細胞內(nèi)水分流出，細胞發(fā)生質(zhì)壁分離。人們常吃的咸菜、腌肉可以存放很長時間而不變質(zhì)，為什么呢？第四十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日第三節(jié)不利因子對于微生物的影響輻射、極端溫度、極端pH、重金屬離子等一、輻射1.UV（紫外線）日光中波長在200～390nm的部分。具有殺菌功能。尤其260nm左右。人們制造的紫外殺菌燈的波長為253.7nm。由于穿透力差，只能進行：a.空氣消毒b.表面消毒：c.誘變育種：第四十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日X－射線和－射線2.電離輻射為高能電磁波，具有較強的穿透力。常用于罐頭消毒。第五十頁，共六十七頁，2022年，8月28日二、超聲波與微波1.超聲波頻率在20000Hz以上的人耳聽不到的聲波。對于微生物具有破壞能力。超聲波頻率越高，殺菌效果越好。桿菌比球菌易被殺死。大的細菌比小的細菌易被殺死。作用機理a.超聲波作用下，內(nèi)含物劇烈振蕩，失去活性；b.溶液受超聲波作用產(chǎn)生空腔，巨大壓力導致細菌死亡c.溶液產(chǎn)生大量微小氣泡，對微生物進行猛烈沖擊，細菌破裂。2.微波第五十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日三、重金屬離子

機理：1.與酶的－SH基結(jié)合，導致酶失去活性；

2.與蛋白質(zhì)結(jié)合，發(fā)生變性或沉淀。四、極端溫度常用高溫消毒或滅絕。二者概念不同。消毒：殺死所有營養(yǎng)細胞和一些芽孢。滅菌：利用高溫、物理、化學方法將所有微生物營養(yǎng)細胞和所有芽孢或孢子全部殺死。第五十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日極端溫度影響消毒巴斯德消毒法煮沸消毒法滅菌灼燒烘箱熱空氣法（160～170℃）干熱滅菌法濕熱滅菌法高壓蒸汽滅菌

（0.105MPa，121℃）牛奶、飲品常壓蒸汽滅菌（<100℃）第五十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日巴斯德消毒法：將牛奶等飲品在63～66℃加熱30分鐘或在71℃加熱15分鐘。既殺菌又可最大限度保存營養(yǎng)。第五十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日五、極端pH值對微生物的影響1.pH過低，改變微生物表面帶電狀態(tài)，由帶負電改為帶正電。影響對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。2.過高過低pH值導致有機物離子化。進而間接影響微生物。3.酶促反應收到抑制，甚至酶系統(tǒng)遭到破壞。4.過高過低pH降低微生物對高溫的抵抗力。第五十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日六、干燥七、醇、醛、酚等對微生物的影響1.醇醇為脫水劑也為脂溶劑。可以導致蛋白脫水、溶解細胞膜的脂類物質(zhì)。從而達到殺菌的目的。（醫(yī)生打針）。常用的醇為乙醇。注意：1.乙醇殺菌的能力并不于濃度成正比，在70％時最強。2.甲醇殺毒差且毒性強，不做殺毒劑。3.丙醇、丁醇殺毒能力比乙醇大，但不溶于水，也不做殺毒劑。第五十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日2.甲醛40％福爾馬林溶液。3.酚及其衍生物可以使蛋白質(zhì)變性，并破壞細胞膜。4.洗滌劑第五十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日八、抗生素對微生物的影響抗生素廣譜抗生素：金霉素、氯霉素、土霉素等狹譜抗生素青霉素：G+多粘菌素：G－不同的抗生素針對微生物的不同部位發(fā)生作用。第五十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日1.破壞微生物細胞壁青霉素抑制革蘭氏陽性菌的肽聚糖（40～90％）的合成，導致細胞壁合成受阻，微生物失去保護。加之在膜內(nèi)外滲透壓的作用下，革蘭氏陽性菌被殺死。說明：人類細胞不具有細胞壁，不受青霉素損害。第五十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日2.破壞微生物細胞質(zhì)膜多粘菌素的游離氨基可與革蘭氏陰性菌細胞質(zhì)膜的磷酸根結(jié)合，損害細胞質(zhì)膜，破壞細胞質(zhì)膜的滲透屏障作用。導致體內(nèi)核酸外流，死亡。3.抑制蛋白質(zhì)合成氯霉素、金霉素、土霉素等與核糖體蛋白結(jié)合，抑制蛋白質(zhì)的合成。4.干擾核酸的合成部分抗生素可以與DNA結(jié)合，干擾DNA復制。有些抗生素影響雙鏈分開，破壞復制。第六十頁，共六十七頁，2022年，8月28日第四節(jié)微生物之間的關系微生物之間關系種內(nèi)關系競爭互助種間關系競爭互生共生偏害寄生捕食第六十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日1.競爭不同微生物對于生存環(huán)境中的共同物質(zhì)互相競爭得關