第六章微生物的生長繁殖與生存因子優(yōu)選第六章微生物的生長繁殖與生存因子外界因素引起的細(xì)菌數(shù)量的增加、停滯、衰減等變化。提問：如何研究呢？測菌數(shù)量變化與外因的關(guān)系細(xì)菌群體力量改變環(huán)境通常都是將細(xì)菌群體作為研究對象，考察細(xì)菌群體的生長規(guī)律——“生、老、病、死”。提問：細(xì)菌群的“生、老、病、死”表現(xiàn)為何呢？第一節(jié)微生物的生長繁殖主要內(nèi)容：

微生物的生長繁殖概念細(xì)菌的生長曲線微生物生長曲線在污（廢）水生物處理中的應(yīng)用

一個(gè)微生物細(xì)胞合適的外界條件，吸收營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)行代謝。如果同化作用的速度超過了異化作用個(gè)體的生長原生質(zhì)的總量（重量、體積、大?。┚筒粩嘣黾尤绻骷?xì)胞組分是按恰當(dāng)?shù)谋壤鲩L時(shí)，則達(dá)到一定程度后就會發(fā)生繁殖，引起個(gè)體數(shù)目的增加。群體內(nèi)各個(gè)個(gè)體的進(jìn)一步生長群體的生長微生物細(xì)胞吸收營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)行新陳代謝，當(dāng)同化作用>異化作用時(shí)，生命個(gè)體的重量和體積不斷增大的過程。生長生命個(gè)體生長到一定階段，通過特定方式產(chǎn)生新的生命個(gè)體，即引起生命個(gè)體數(shù)量增加的生物學(xué)過程。繁殖

群體生長的實(shí)質(zhì)是包含著個(gè)體細(xì)胞生長與繁殖交替進(jìn)行的過程:

群體生長=個(gè)體生長+個(gè)體繁殖一、微生物生長繁殖的概念世代時(shí)間簡稱代時(shí)（Ｇenerationtime,G）

：就是一個(gè)世代所需的時(shí)間，因而也就是群體細(xì)胞數(shù)目擴(kuò)大1倍所需的時(shí)間，有時(shí)也被稱為倍增時(shí)間。單細(xì)胞微生物的世代時(shí)間：兩次細(xì)胞分裂之間的時(shí)間。多細(xì)胞生物的世代時(shí)間：兩次繁殖之間的時(shí)間。

世代時(shí)間的大小反映了一種微生物繁殖速度的快慢。不同種的微生物，其生長繁殖速度不同。原核微生物的繁殖速度一般比真核微生物快。

“生、老、病、死”（根據(jù)投食方式）分分批培養(yǎng)、連續(xù)式培養(yǎng)兩種情況1.分批培養(yǎng)只有開始時(shí)的一次性投料和接種細(xì)菌（其余時(shí)間細(xì)菌根據(jù)環(huán)境變化自行生滅）（“坐吃山空型”）應(yīng)用：生理特性研究、生物發(fā)酵和生物治污二、研究微生物生長的方法靜止期細(xì)胞基本耗盡了各種輔酶或其他細(xì)胞成分一、微生物生長繁殖的概念通空氣或氧及向培養(yǎng)基中添加氧化性物質(zhì)：Fe(OH)3等G=(t2-t1)/n靜止期細(xì)胞基本耗盡了各種輔酶或其他細(xì)胞成分微生物的生長繁殖概念1．好氧微生物（專性好氧和微量好氧）外界pH對微生物生長的影響群體生長的實(shí)質(zhì)是包含著個(gè)體細(xì)胞生長與繁殖交替進(jìn)行的過程:群體生長=個(gè)體生長+個(gè)體繁殖提問：我們可以通過哪些手段縮短停滯期呢？一般細(xì)菌在紫外線下照射5min即能被殺死，芽孢則需10min。低溫、保護(hù)劑、干燥、無營養(yǎng)第一節(jié)微生物的生長繁殖好氧、耐氧微生物的超氧化物歧化酶將超氧陰離子轉(zhuǎn)化為毒性稍低的過氧化氫，過氧化氫酶再將過氧化氫轉(zhuǎn)化為無毒的水。生長曲線的制作：接種 適溫培養(yǎng)定時(shí)取樣測定生長量將少量細(xì)菌的純培養(yǎng)，接種到一恒定容積的新鮮液體培養(yǎng)基中，在適宜條件下培養(yǎng)，每隔一定時(shí)間取樣，測菌細(xì)胞數(shù)目。以培養(yǎng)時(shí)間為橫坐標(biāo)，以細(xì)菌增長數(shù)目的對數(shù)為縱坐標(biāo)，繪制所得的一條反映細(xì)菌在整個(gè)培養(yǎng)期間菌數(shù)變化規(guī)律的曲線。

細(xì)菌純培養(yǎng)生長曲線圖

生

長

速

率

靜止期

衰亡期

細(xì)菌數(shù)目的對數(shù)值

0時(shí)間t總菌數(shù)活菌數(shù)

停

滯

期對數(shù)期0+_時(shí)期的劃分：按照生長速率常數(shù)（growthraceconstant）不同＊蛋白水解酶活躍，出現(xiàn)菌體死亡、自溶等，發(fā)生自溶的菌生長曲線表現(xiàn)為向下跌落的趨勢；對于專性厭氧微生物，要求絕對無氧的條件，氧的存在會使微生物死亡，如產(chǎn)甲烷菌;另一些厭氧微生物(也叫耐氧微生物），氧的存在與否對它沒有影響，既不利用氧，也不中毒。通空氣或氧及向培養(yǎng)基中添加氧化性物質(zhì)：Fe(OH)3等生物處理的主體是細(xì)菌，它要求pH略為偏堿。原生質(zhì)的總量（重量、體積、大小）就不斷增加微生物的正常生命活動受到抑制或被迫暫時(shí)改變原有的一些特征。細(xì)菌表面帶有電荷，如“—”（3）生長速率常數(shù)(R)好氧、耐氧微生物的超氧化物歧化酶將超氧陰離子轉(zhuǎn)化為毒性稍低的過氧化氫，過氧化氫酶再將過氧化氫轉(zhuǎn)化為無毒的水。微生物死亡或發(fā)生遺傳變異。最適生長溫度為45℃-55℃,主要分布在溫泉、堆肥和土壤中。測菌數(shù)量變化與外因的關(guān)系0t（1）停滯期特點(diǎn)：代謝活躍，個(gè)體體積、重量增高。不立即進(jìn)行細(xì)胞分裂、增殖，數(shù)量不變甚至減少

細(xì)

菌

停

數(shù)滯

目期

的

對

數(shù)

值

0時(shí)間t提問：為什么會出現(xiàn)停滯期呢？適應(yīng)環(huán)境（合成相應(yīng)的酶），營養(yǎng)儲備（用于復(fù)制合成）？崗前培訓(xùn)－“萬事開頭難”◆菌種：繁殖速度較快的菌種的停滯期一般較短；◆接種物菌齡：用對數(shù)生長期的菌種接種時(shí)，其停滯期較短，甚至檢查不到停滯期；◆接種量：一般來說，接種量增大可縮短甚至消除停滯期；◆培養(yǎng)基成分：

在營養(yǎng)成分豐富的天然培養(yǎng)基上生長的停滯期比在合成培養(yǎng)基上生長時(shí)短；

接種后培養(yǎng)基成分有較大變化時(shí)，會使停滯期加長?！镉绊懲陂L短的因素：提問：根據(jù)上述原因選擇接種何種狀態(tài)的細(xì)菌停滯期會較長？對數(shù)期的細(xì)菌、靜止期或衰亡期、受損細(xì)胞、富集培養(yǎng)基的細(xì)菌后三種靜止期細(xì)胞基本耗盡了各種輔酶或其他細(xì)胞成分受損細(xì)胞養(yǎng)傷修復(fù)富集培養(yǎng)基細(xì)菌需要合成“自力更生”酶在實(shí)際工作中如接種菌種以啟動新的水處理設(shè)施，投加新鮮污泥時(shí)，接種的細(xì)菌不習(xí)慣于新環(huán)境，會出現(xiàn)或長或短的停滯期，采用處于高效菌群對數(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)和條件一致等方法來縮短或消除停滯期。提問：我們可以通過哪些手段縮短停滯期呢？停滯期的出現(xiàn)會增加操作時(shí)間，降低工作效率?。?）對數(shù)期

細(xì)

菌

數(shù)

目

的

對

對

數(shù)

數(shù)

期

值

0時(shí)間t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。特點(diǎn)：繁殖速度最快，代謝最旺盛，代時(shí)最短應(yīng)用：接種用的好種子；代謝、生理研究的好材料提問：細(xì)菌的代時(shí)與哪些因素有關(guān)？

種類遺傳、個(gè)體健康情況(營養(yǎng)、環(huán)境條件)？（青年）G=(t2-t1)/n=(t2-t1)/3.322(lgX2-lgX1)R=1/G=3.322(lgX2-lgX1)/(t2-t1)

X2=X1·2n兩邊取對數(shù)：lgX2=lgX1+nlg2（lg2=0.301）n=3.322(lgX2-lgX1)x2x1t1t2Lg細(xì)胞數(shù)/ml培養(yǎng)時(shí)間對數(shù)期三個(gè)重要參數(shù)（1）繁殖代數(shù)(n)（3）生長速率常數(shù)(R)（2）代時(shí)(G)

（3）靜止期（中年）特點(diǎn)：＊出生率＝死亡率＊微生物的生長速率處于動態(tài)平衡，培養(yǎng)物中的細(xì)胞數(shù)目達(dá)到最高值＊細(xì)胞分裂速度下降，開始積累內(nèi)含物，產(chǎn)芽孢的細(xì)菌開始產(chǎn)芽孢

細(xì)

菌

停

數(shù)

滯

目

期

的

對

靜止期

對

數(shù)衰亡期

數(shù)

期

值

0t時(shí)間產(chǎn)生原因：★營養(yǎng)物尤其是生長限制因子的耗盡；★營養(yǎng)物的比例失調(diào)，如碳氮比不合適;★有害代謝廢物的積累（酸、醇、毒素等）★物化條件（pH、氧化還原勢等）不合適;（4）衰亡期（老年）特點(diǎn)：＊生長速率負(fù)增長，群體中的活菌數(shù)目急劇下降，死亡率＞出生率；＊細(xì)胞形態(tài)多樣，出現(xiàn)畸形，形成衰退型；＊蛋白水解酶活躍，出現(xiàn)菌體死亡、自溶等，發(fā)生自溶的菌生長曲線表現(xiàn)為向下跌落的趨勢；＊芽孢細(xì)菌芽孢大量釋放。

細(xì)

菌

延

數(shù)

緩

目

期

的

對

穩(wěn)定期

對

數(shù)

衰亡期

數(shù)

期

值

0t時(shí)間產(chǎn)生原因：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，繼而導(dǎo)致菌體的死亡。？提問：如何給細(xì)菌延年益壽呢？補(bǔ)營養(yǎng)、環(huán)保（去除環(huán)境毒物）如果把地球看作是封閉的間歇式培養(yǎng)基，人類看作是細(xì)菌，人口若不加控制，必將經(jīng)歷由于資源枯竭，污染物遍地而引發(fā)的大滅絕。自救——節(jié)約、節(jié)育防止“營養(yǎng)物消耗過快”，環(huán)保防止“有害代謝物毒性抑制”。人類群體有類似規(guī)律嗎？2.連續(xù)培養(yǎng)連續(xù)培養(yǎng)類型恒濁連續(xù)培養(yǎng)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。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（1）恒濁連續(xù)培養(yǎng)

恒濁——培養(yǎng)基濁度恒定（實(shí)質(zhì)是細(xì)菌數(shù)量恒定）新鮮培養(yǎng)基光電池光源流速控制閥出水很少應(yīng)用反饋控制化——？新鮮培養(yǎng)基流速控制閥出水應(yīng)用：環(huán)境工程、生物工程、實(shí)驗(yàn)室研究（細(xì)菌生理特性研究、細(xì)菌的快速篩選等）。流速恒定進(jìn)料營養(yǎng)物總量(2)恒化連續(xù)培養(yǎng)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）即能在有氧條件下生存，又能在無氧條件下生存。④細(xì)胞生長速率快，能迅速合成生物大分子，以彌補(bǔ)由于高溫造成的破壞。X2=X1·2n兩邊取對數(shù)：應(yīng)用：接種用的好種子；外界pH對微生物生長的影響最適生長溫度在5-15℃,主要分布在地球的兩極、冷泉、深海、冷凍場所及冷藏食品中。（3）靜止期（中年）不同種的微生物，其生長繁殖速度不同。原生質(zhì)的總量（重量、體積、大小）就不斷增加③細(xì)胞膜中飽和脂肪酸含量高，較高溫度下能維持正常的液晶狀態(tài)。特點(diǎn)：繁殖速度最快，代謝最旺盛，代時(shí)最短★營養(yǎng)物的比例失調(diào)，如碳氮比不合適;恒濁——培養(yǎng)基濁度恒定（實(shí)質(zhì)是細(xì)菌數(shù)量恒定）外界因素引起的細(xì)菌數(shù)量的增加、停滯、衰減等變化。第二節(jié)微生物的生存因子

適宜環(huán)境：微生物能正常地進(jìn)行生命活動不適宜環(huán)境：微生物的正常生命活動受到抑制或被迫暫時(shí)改變原有的一些特征。惡劣環(huán)境：微生物死亡或發(fā)生遺傳變異。一、溫度

微生物的生長要求有一定的溫度范圍：最低生長溫度、最適生長溫度、最高生長溫度。根據(jù)細(xì)菌最適生長溫度的不同，可把細(xì)菌分為：嗜冷菌、嗜中溫菌、嗜熱菌和嗜超熱菌。大多數(shù)菌為嗜中溫菌。溫度對微生物生長速率的影響廢水中的細(xì)菌一般都是嗜中溫菌，最適溫度多在30℃左右，嗜冷菌和嗜熱菌占少數(shù)。低溫、中溫和高溫細(xì)菌的生長溫度范圍細(xì)菌最低溫度℃最適溫度℃最高溫度℃嗜冷菌—5～0

5～1020～30嗜中溫菌

5～1025～4045～50嗜熱菌

3050～6070～80嗜超熱菌55以上70～105110～113低溫型微生物（嗜冷微生物）:最適生長溫度在5-15℃,主要分布在地球的兩極、冷泉、深海、冷凍場所及冷藏食品中。例：假單孢菌中的某些嗜冷菌在低溫下生長，常引起冷藏食品的腐敗。在低溫下生長的機(jī)理：—具備低溫活性酶

—細(xì)胞質(zhì)膜含有大量的不飽和脂肪酸，在低溫下能保持半流動性，使之能有效地集中必需的營養(yǎng)物質(zhì)。方法主要措施適宜菌種保藏期評價(jià)冰箱保藏法（斜面）低溫各大類約1-6月簡便冰箱保藏法（半固體）低溫、避氧細(xì)菌、酵母菌約6-12月簡便石蠟油封保藏法低溫、阻氧各大類約1-2年簡便甘油懸浮液保藏法低溫、保護(hù)劑、干燥、無營養(yǎng)細(xì)菌、酵母菌約10年較簡便砂土保藏法干燥、無營養(yǎng)產(chǎn)孢子的微生物約1-10年簡便有效冷凍干燥保藏法干燥、低溫、無氧、有保護(hù)劑各大類>5-15年繁而高效液氮保藏法超低溫、有保護(hù)劑各大類>15年繁而高效現(xiàn)有的微生物保藏法高溫型微生物：最適生長溫度為45℃-55℃,主要分布在溫泉、堆肥和土壤中。在高溫下能生長的原因：①酶蛋以及核糖體有較強(qiáng)的抗熱性②核酸具有較高的熱穩(wěn)定性（核酸中G+C含量高（tRNA），可提供形成氫鍵，增加熱穩(wěn)定性）。③細(xì)胞膜中飽和脂肪酸含量高，較高溫度下能維持正常的液晶狀態(tài)。④細(xì)胞生長速率快，能迅速合成生物大分子，以彌補(bǔ)由于高溫造成的破壞。二、pH常見的四大類微生物中，對pH的最適（范圍）細(xì)菌：6.5-7.5（4-10）；放線菌：7-8（5-10）；霉菌：3-6（1.5-10）；酵母菌：5-6（1.5-10）。

微生物對pH的要求存在最高、最低和最適三個(gè)點(diǎn)。

在廢水生物處理中，pH一般在6.5-8.5（6-9）。生物處理的主體是細(xì)菌，它要求pH略為偏堿。過高的pH會使原生動物呆滯，菌膠團(tuán)解體，影響去除效果，而過低的pH，會使霉菌大量繁殖，造成污泥膨脹。主要影響一些極性營養(yǎng)物如脂肪酸、氨基酸以乙酸的吸收為例，細(xì)菌表面帶有電荷，如“—”1.影響細(xì)胞膜蛋白及胞外水解酶的活性從而影響營養(yǎng)物的正常吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)2.影響營養(yǎng)物的解離與吸收外界pH對微生物生長的影響三、氧化還原電位（簡稱ORP或Eh)——某物質(zhì)與氫電極構(gòu)成原電池時(shí)的電壓高低,反映該物質(zhì)氧化性強(qiáng)弱。提問：影響水樣氧化還原電位的因素有哪些？氧化性物質(zhì)（主要是氧氣濃度）與還原性物質(zhì)（有機(jī)物、H2S等）的含量

不同細(xì)菌適宜的氧化還原電位(mv)好氧細(xì)菌兼性厭氧細(xì)菌厭氧細(xì)菌＋300～＋400＋100好氧呼吸-100無氧呼吸—200～—2503、Eh的改變方法降低Eh

除氧及向培養(yǎng)基中添加還原性物質(zhì)：H2S、抗壞血酸、含巰基化合物（半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫蘇糖醇等）升高Eh

通空氣或氧及向培養(yǎng)基中添加氧化性物質(zhì)：Fe(OH)3等四、溶解氧

微生物可分為：好氧微生物、兼性厭氧微生物和厭氧微生物。1．好氧微生物（專性好氧和微量好氧）

O2的作用有兩個(gè)，一是作為最終電子受體，二是參與甾醇類和不飽和脂肪酸的合成。微生物只能利用溶解于水中的O2，即溶解氧（DO）。DO與水溫、大氣壓等因素有關(guān)，溫度越高，氧的溶解度越小。在好氧生物處理中，DO是個(gè)十分重要的因子，要求提供充足的氧，一般曝氣池中的DO要求控制在3-4mg/L。2．兼性微生物即能在有氧條件下生存，又能在無氧條件下生存。但兩者所表現(xiàn)的生理狀態(tài)是很不同的。如酵母菌。3．厭氧微生物（專性厭氧和耐氧)

只有在無氧條件下才能生存。對于專性厭氧微生物，要求絕對無氧的條件，氧的存在會使微生物死亡，如產(chǎn)甲烷菌;另一些厭氧微生物(也叫耐氧微生物），氧的存在與否對它沒有影響，既不利用氧，也不中毒。如乳酸菌。專性好氧菌好氧菌

微好氧菌兼性厭氧菌耐氧厭氧菌

厭氧菌(專性)厭氧菌氧毒害厭氧菌的機(jī)制：超氧陰離子是活性氧的形式之一，帶奇數(shù)電子，負(fù)電荷。它即有分子性質(zhì)，