1、第三章 細(xì)菌的生長和遺傳變異2021/7/18 星期日主要內(nèi)容3-1 細(xì)菌的生長及特性3-2 細(xì)菌的遺傳與變異2021/7/18 星期日一、生長與繁殖的概念二、細(xì)菌生長的測定方法三、細(xì)菌的生長特性四、微生物膜的生長特性2021/7/18 星期日3-1-1 生長與繁殖同化作用大于異化作用時，細(xì)胞質(zhì)的量增加，表現(xiàn)在細(xì)胞體積或重量的不斷增加，這種現(xiàn)象稱生長。生長一定程度后細(xì)胞分裂，這就是繁殖。個體的生長和繁殖體現(xiàn)為群體的生長。（微生物重量或數(shù)目的增加）。 群體生長個體生長個體繁殖在微生物學(xué)中“只有群體的重復(fù)”才有意義，因此“生長”一般指群體生長。2021/7/18 星期日3-1-2 細(xì)菌的生長測定方

2、法計數(shù)法直接計數(shù)法借助顯微鏡間接計數(shù)法平板計數(shù)生長量測定法測定重量、體積、含氮量來反映細(xì)菌的生長2021/7/18 星期日（一） 計數(shù)法1、直接計數(shù)法（顯微鏡）涂片染色法：一定量樣品涂布在載玻片上，染色后計數(shù)。濾膜染色法：一定量樣品過濾到濾膜上，然后染色計數(shù)。比例計數(shù)法將已知顆粒濃度的液體與待測菌液按一定比例混合后在顯微鏡下，測各自的數(shù)目。2021/7/18 星期日涂片染色法1視野菌液(ml)(0.1ml 1cm2)*視野面積(cm2)2021/7/18 星期日2021/7/18 星期日計數(shù)器(血球計數(shù)板）測定法110-4 ml菌液2021/7/18 星期日數(shù)了80個小格中有120個細(xì)菌，樣品

3、中的細(xì)菌濃度是多少？(120個80)400 / 110-4 ml =600104個/ml適用范圍：測定個體較大的細(xì)菌或原生動物細(xì)菌個體若太小、過多，由于每一小格中細(xì)菌層層疊加，相互遮擋，難以準(zhǔn)確計數(shù)。數(shù)數(shù)細(xì)菌（或其他微生物或細(xì)胞）數(shù)目，（一般數(shù)165=80個小格），折算樣品細(xì)菌濃度；2021/7/18 星期日濾膜染色法一定量樣品過濾到濾膜上，然后染色計數(shù)。需要知道濾液的體積和濾膜的面積。在顯微鏡下計數(shù)，方法相同。2021/7/18 星期日比例計數(shù)法比例樣品菌液與等體積（或成一定比例）的血液混合，觀測二者比例如果平均每個視野中細(xì)菌數(shù)量/紅血球的數(shù)量比例為5.5：1，則細(xì)菌數(shù)量=？5.5400萬個

4、/m l =2.2107個/mL樣品紅血球數(shù)已知(男性400500萬個mL，女性350450萬個mL)，平均400萬個/mL細(xì)菌紅血球比例計數(shù)法將已知顆粒濃度的液體與待測菌液按一定比例混合后在顯微鏡下，測各自的數(shù)目。（特點(diǎn)：不要求記體積）2021/7/18 星期日DAPI:46-diamidino-2-phenylindole,dihydrochloride4,6-二脒基-2苯基吲哚DNA2Cl-H2N+NH2CNHH2N -CNH2Measurement of total cell counts全細(xì)胞染色法（死活不分）：DAPI染色，DTAFDAPI:無毒性熒光染料，能夠與DAN雙鏈強(qiáng)力結(jié)合

5、并產(chǎn)生熒光。采用358nm紫外光照射能發(fā)射明亮的藍(lán)色熒光。2021/7/18 星期日5-DTAF : 5-(4,6-dichlorotriazinyl) aminofluoresceinDNAOOHOOHOOHNHNNClNClMeasurement of total cell counts全細(xì)胞染色法（死活不分）：DAPI染色，DTAF2021/7/18 星期日有必要區(qū)分細(xì)菌的死活嗎？飲用水中衛(wèi)生細(xì)菌學(xué)標(biāo)準(zhǔn)是TBC 接種量：特別是X0/S0，即初期微生物濃度與基質(zhì)濃度的比。產(chǎn)生延滯期的原因： 缺乏分解新環(huán)境中有關(guān)基質(zhì)的酶； 缺乏充足的代謝中間產(chǎn)物?？偧?xì)胞數(shù)活細(xì)胞數(shù)III培養(yǎng)時間細(xì)胞個數(shù)底物特

6、點(diǎn)：底物充足2021/7/18 星期日2）指數(shù)期（exponential phase） 對數(shù)期、生長率上升階段細(xì)胞數(shù)（量）以指數(shù)形式增加的時間段。 細(xì)菌 特點(diǎn)：生長速率最大，世代時間（generation time）最短 酶系活躍、代謝旺盛細(xì)胞進(jìn)行平衡生長，體內(nèi)各成分最為均勻 底物特點(diǎn)：底物充足，大量被細(xì)菌消耗，降解速率最高總細(xì)胞數(shù)活細(xì)胞數(shù)III培養(yǎng)時間細(xì)胞個數(shù)2021/7/18 星期日指數(shù)期數(shù)學(xué)描述世代時間n 世代數(shù)2021/7/18 星期日3）穩(wěn)定期（stationary phase）： 恒定期、靜止期、生長下降期細(xì)菌特點(diǎn)：凈增長速度為零繁殖與死亡速度相等正生長與負(fù)生長相等底物特點(diǎn)： 底物

7、被大量消耗，不能夠維持對數(shù)期細(xì)菌高生長速率所需要的有機(jī)物質(zhì)，導(dǎo)致細(xì)菌生長率下降出現(xiàn)穩(wěn)定期的原因： 營養(yǎng)物尤其是生長因子耗盡 營養(yǎng)物比例失調(diào) pH、DO、氧化還原電位的變化總細(xì)胞數(shù)活細(xì)胞數(shù)III培養(yǎng)時間細(xì)胞個數(shù)2021/7/18 星期日數(shù)學(xué)表達(dá)生長下降階段 S很低，其濃度對微生物影響大即有機(jī)物分解速度與其濃度成正比2021/7/18 星期日4）衰亡期（decline phase, death phase）內(nèi)源呼吸期（endogenous respiration phase）內(nèi)源呼吸：體內(nèi)貯藏物質(zhì)酶等一部分細(xì)胞物質(zhì)的氧化。細(xì)菌特點(diǎn)：細(xì)胞會發(fā)生自溶現(xiàn)象（autolysis），蛋白質(zhì)水解酶活力 往往產(chǎn)

8、生芽孢出現(xiàn)死亡期的原因： 營養(yǎng)物不足 外界條件惡化底物特點(diǎn)：底物被微生物大量耗盡，微生物因得不到營養(yǎng) 而進(jìn)行內(nèi)源呼吸總細(xì)胞數(shù)活細(xì)胞數(shù)III培養(yǎng)時間細(xì)胞個數(shù)2021/7/18 星期日細(xì)菌生長的數(shù)學(xué)描述生長與基質(zhì)濃度的關(guān)系微生物比增長速度：單位時間，單位微生物量的增加量基質(zhì)濃度s2021/7/18 星期日Ks: 飽和常數(shù)，與的s值相等KsS時sKsMonod公式（莫諾特公式）經(jīng)驗(yàn)公式（微生物增長）2021/7/18 星期日對于像活性污泥這樣的混合微生物群，也有類似的生長曲線。細(xì)菌生長期與廢水生物處理： 水處理中如何避免緩慢期接種對數(shù)期或代謝旺盛的污泥增加接種量污泥馴化 微生物維持到對數(shù)期可獲得高的

9、處理能力， 即分解速度高，但處理效果不一定好菌活力大，不易凝聚和沉淀需要充足的營養(yǎng)物，故得不到好的水質(zhì)2021/7/18 星期日 處于穩(wěn)定期污泥雖然生長速度有所下降，但有一定的代謝活性，絮凝沉降性能好。 故傳統(tǒng)的活性污泥法常運(yùn)行在這個范圍。 衰亡期只出現(xiàn)在某些特殊的水處理場合， 如延時曝氣及污泥消化，出水水質(zhì)好。2021/7/18 星期日食料/微生物代謝速率內(nèi)源呼吸階段生長率下降階段生長率上升階段（沉降性能好）（沉降性能差）大多數(shù)活性污泥處理系統(tǒng)運(yùn)行范圍延時曝氣，污泥消化微生物代謝速率與食料/微生物的關(guān)系注意：各個階段的食物/菌量比發(fā)生變化，相當(dāng)于活性污泥中的負(fù)荷。F/M（食稀比）2021/7

10、/18 星期日連續(xù)培養(yǎng)（continuous cultivation）是一種連續(xù)進(jìn)料又連續(xù)出料的培養(yǎng)方式根據(jù)控制因素的不同分為恒濁連續(xù)培養(yǎng)（turbidostat）：培養(yǎng)基提供足夠量的營養(yǎng)元素，細(xì)菌保持最大速率生長，通過控制進(jìn)料流速保持細(xì)菌濁度一定，使其處于對數(shù)生長期。恒化連續(xù)培養(yǎng)（chemostat）：固定恒定的進(jìn)料流速，同樣的流速排出，反應(yīng)器中營養(yǎng)物質(zhì)濃度不變，為限制性營養(yǎng)因子控制生長。3. 半連續(xù)培養(yǎng)（semi-batch cultivation）、半間歇式Fill and draw2021/7/18 星期日4. 分批補(bǔ)料式培養(yǎng)（fed batch）以低速把高濃度的營養(yǎng)物質(zhì)連續(xù)加入培養(yǎng)器

11、中，但不出料。體積是隨時間變化的特點(diǎn)：能任意控制培養(yǎng)液中的底物濃度，所以沒有流出。供應(yīng)速度與微生物消費(fèi)速度達(dá)到平衡，所以能保持一定的濃度。主要用于： 有抑制作用的底物 生長因子添加 高濃度菌體培養(yǎng)2021/7/18 星期日3-1-4 微生物膜的生長特性1. 生物膜的生長 液體培養(yǎng)基中加入固體物質(zhì)（載體），微生物在其表面吸附、生長、繁殖形成形成膜，這種膜叫微生物膜。微生物膜的生長膜厚的增加，密度也將發(fā)生變化從單位固體表面積上的微生物量（mg/cm2）上看可分為6個階段延滯期、加速增長期、恒速增長期、減速增長期、安定期、脫落期2021/7/18 星期日延滯期加速增長期恒速增長期減速增長期安定期脫落

12、期2021/7/18 星期日2021/7/18 星期日（1）延滯期：細(xì)胞吸附在固體表面上的過程（沉降）影響吸附速度的因子：材質(zhì)、表面性質(zhì)、形狀、細(xì)胞的性質(zhì)、操作條件（2）加速增長期：還沒有形成完整的膜（3）恒速增長期： 活性細(xì)胞量達(dá)到最大，形成完整的膜。膜表面凹凸不平。2021/7/18 星期日（4）減速增長期： 恒速增長期與安定期的過渡期，持續(xù)時間短。（5）安定期： 增長速度與脫落速度相平衡，膜量及膜厚達(dá)到最大值。（6）脫落期： 外因：流體的剪切力 內(nèi)因：細(xì)菌的死亡、氣泡的形成，細(xì)胞外高分子量的變化。2021/7/18 星期日2. 生物膜的特性（1）有效膜厚并不是全部有活性基質(zhì)的擴(kuò)散細(xì)胞的死亡70200m（平均100 m），并不是越厚越好。（2）密度（與膜厚有關(guān)） 微生物膜的濕密度：密度有時小于水，一般接近于1。（因?yàn)橛袣馀莸拇嬖冢?021/7/18 星期日濕生物膜組成（體積比）： 細(xì)胞5-15%，氣泡2-18%，水7090%（3）組成： （g-/g-生物膜）CO