1、第五章 微生物的生長(zhǎng)繁殖 及其控制,5.1 微生物的生長(zhǎng)繁殖,5.1.1 微生物生長(zhǎng)繁殖的概念 生長(zhǎng) 微生物細(xì)胞吸收營(yíng)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(guò)程。 繁殖生命個(gè)體生長(zhǎng)到一定階段，通過(guò)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(guò)程。 發(fā)育從生長(zhǎng)到繁殖，是生物的構(gòu)造和機(jī)能從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從量變到質(zhì)變的發(fā)展變化過(guò)程，這一過(guò)程稱為發(fā)育。 個(gè)體生長(zhǎng)微生物細(xì)胞個(gè)體吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)行新陳代謝，原生質(zhì)與細(xì)胞組分的增加為個(gè)體生長(zhǎng)。 群體生長(zhǎng)群體中個(gè)體數(shù)目的增加。可以用重量、體積、密度或濃度來(lái)衡量。,1. 單細(xì)胞微生物的生長(zhǎng)繁殖 生長(zhǎng)：同化作用大于異化

2、作用，細(xì)胞不斷增長(zhǎng)。 繁殖：?jiǎn)渭?xì)胞個(gè)體生長(zhǎng)到一定程度時(shí)，一個(gè)親代細(xì)胞分裂為兩個(gè)大小、性狀與親代細(xì)胞相似的子代細(xì)胞，使得個(gè)體數(shù)目增加。 世代時(shí)間：細(xì)菌的兩次細(xì)胞分裂之間的時(shí)間。 2. 多細(xì)胞微生物的生長(zhǎng)繁殖 生長(zhǎng)：細(xì)胞數(shù)目增加，個(gè)體數(shù)目不增加。 繁殖：細(xì)胞數(shù)目增加，個(gè)體數(shù)目也增加。,5.1.2 研究微生物生長(zhǎng)的方法 (一) 分批培養(yǎng)(batch culture) 1. 概念：分批培養(yǎng)是將一定量的微生物接種在一個(gè)封閉的、盛有一定量液體培養(yǎng)基的容器內(nèi)，保持一定的溫度、pH和DO，微生物在其中生長(zhǎng)繁殖。培養(yǎng)基一次性加入，不更換。 2. 細(xì)菌生長(zhǎng)曲線 以培養(yǎng)時(shí)間為橫坐標(biāo)，以計(jì)數(shù)獲得的細(xì)菌數(shù)目的對(duì)數(shù)為縱坐

3、標(biāo)，可得到一條定量描述液體培養(yǎng)基中微生物生長(zhǎng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)曲線，該曲線則稱為生長(zhǎng)曲線。（ growth curve )。,生長(zhǎng)曲線的制作,將少量單細(xì)胞的純培養(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(cè)細(xì)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(zhǎng)數(shù)目 的對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo)，繪制所得的曲線。,其它名稱：遲滯期、調(diào)整期、適應(yīng)期 1.現(xiàn)象：活菌數(shù)幾乎沒(méi)增加，曲線平行于橫軸。 2.特點(diǎn)： 初始階段：細(xì)菌要適應(yīng)新的環(huán)境，細(xì)菌總數(shù)有所減少 末期：生長(zhǎng)繁殖速度加快，細(xì)菌總數(shù)有所增加 細(xì)胞內(nèi)RNA特別是rRNA含量增高，原生質(zhì)嗜堿性增強(qiáng) 合成代謝活躍(核糖體、酶類(lèi)、ATP合成加快),

4、開(kāi)始細(xì)胞分裂 對(duì)外界不良條件敏感,(如氯化鈉濃度、溫度、抗生素等化學(xué)藥物) 3.原因：適應(yīng)新的環(huán)境條件，合成新的酶，積累必要的中間產(chǎn)物,.停滯期（lag phase）,接種群體菌齡： 用對(duì)數(shù)生長(zhǎng)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(lái)說(shuō)， 接種量增大可縮短甚至消除停滯期 培養(yǎng)基成分： 在營(yíng)養(yǎng)成分豐富的天然培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的延滯期比在合成培養(yǎng)基上生長(zhǎng)時(shí)短；接種后培養(yǎng)基成分有較大變化時(shí)，會(huì)使延滯期加長(zhǎng)，所以發(fā)酵工業(yè)上盡量使發(fā)酵培養(yǎng)基的成分與種子培養(yǎng)基接近。 世代時(shí)間：世代時(shí)間短，即繁殖速度較快的菌種的停滯期一般較短,影響停滯期長(zhǎng)短的因素,應(yīng)用,在發(fā)酵工業(yè)上需設(shè)法盡量縮短延遲期；

5、 采取的縮短lag phase 的措施有： 增加接種量； （群體優(yōu)勢(shì)-適應(yīng)性增強(qiáng)） 采用對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的健壯菌種； 調(diào)整培養(yǎng)基的成分，在種子培養(yǎng)基中加入發(fā)酵培養(yǎng)基的某些成分。 選用繁殖快的菌種 在食品工業(yè)上，盡量在此期進(jìn)行消毒或滅菌,.對(duì)數(shù)期（log phase）,其他名稱：指數(shù)期 現(xiàn)象：細(xì)胞數(shù)目以幾何級(jí)數(shù)增加，其對(duì)數(shù)與時(shí)間呈直線關(guān)系。 特點(diǎn)： 生長(zhǎng)速率常數(shù)最大,世代時(shí)間最短,細(xì)胞數(shù)目以幾何級(jí)數(shù)增加 菌體大小形態(tài)、生理特征等比較一致 代謝最旺盛 對(duì)不良環(huán)境因素的抵抗力強(qiáng) 影響因素： 菌種、營(yíng)養(yǎng)成分、營(yíng)養(yǎng)物濃度 培養(yǎng)溫度、DO、抑制劑 世代時(shí)間G=( t2- t1)/3.3(lg X2-lg X1)

6、,應(yīng)用意義： 由于此時(shí)期的菌種比較健壯，生產(chǎn)上用作接種的最佳菌齡； 發(fā)酵工業(yè)上盡量延長(zhǎng)該期，以達(dá)到較高的菌體密度 食品工業(yè)上盡量使有害微生物不能進(jìn)入此期 是生理代謝及遺傳研究或進(jìn)行染色、形態(tài)觀察等的良好材料。,. 靜止期（stationary phase）,又稱：穩(wěn)定期、恒定期或最高生長(zhǎng)期 特點(diǎn)：新增殖的細(xì)胞數(shù)與老細(xì)胞的死亡數(shù)幾乎相等，微生物的生長(zhǎng)速率處于動(dòng)態(tài)平衡，培養(yǎng)基中的細(xì)胞數(shù)目達(dá)到最高值。 細(xì)胞分裂速度下降，開(kāi)始積累內(nèi)含物，芽孢桿菌開(kāi)始產(chǎn)芽孢。 對(duì)于發(fā)酵生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，一般在穩(wěn)定期的后期產(chǎn)物積累達(dá)到高峰，是最佳的收獲時(shí)期。 原因： 對(duì)數(shù)期消耗了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使其濃度降低； 有害代謝廢物的大量積累(

7、酸、醇、毒素等)； 營(yíng)養(yǎng)物的比例失調(diào)，如碳氮比不合適； 理化條件(pH、DO、氧化還原勢(shì)等)有所改變。,. 衰亡期（decline phase）,特點(diǎn)：細(xì)菌利用貯存物進(jìn)行內(nèi)源呼吸(自身溶解) 。 細(xì)胞死亡數(shù)增加，死亡數(shù)大大超過(guò)新增殖的細(xì)胞數(shù)，群體中的活菌數(shù)目急劇下降，出現(xiàn)“負(fù)生長(zhǎng)” 。 細(xì)胞內(nèi)顆粒更明顯，細(xì)胞出現(xiàn)多形態(tài)、畸形或衰退形。 衰亡期比其他各時(shí)期時(shí)間長(zhǎng)，它的長(zhǎng)短也與菌種和環(huán)境條件有關(guān)。 產(chǎn)生原因：生長(zhǎng)條件的進(jìn)一步惡化，使細(xì)胞內(nèi)的分解代謝大大超過(guò)合成代謝，繼而導(dǎo)致菌體的死亡,分批培養(yǎng)的應(yīng)用： 序批式間歇曝氣器（SBR）,(二) 連續(xù)培養(yǎng)(continous culture) 1. 概念：

8、在細(xì)菌進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期時(shí)，以一定的速率不斷地補(bǔ)充新鮮營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)以同樣的速率排除培養(yǎng)物(含菌體及代謝產(chǎn)物)，讓培養(yǎng)的微生物長(zhǎng)時(shí)間地處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，以利于微生物的增殖速率和代謝活性處于某種穩(wěn)定狀態(tài)。,2. 連續(xù)培養(yǎng)方法的分類(lèi) (1) 恒濁連續(xù)培養(yǎng) 是通過(guò)連續(xù)培養(yǎng)裝置中的光電系統(tǒng)控制培養(yǎng)液中菌體濃度恒定，使細(xì)菌生長(zhǎng)連續(xù)進(jìn)行的一種培養(yǎng)方式。 應(yīng)用：發(fā)酵工藝采用該法以獲得大量菌體和有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的代謝產(chǎn)物。,(2) 恒化連續(xù)培養(yǎng) 以恒定流速進(jìn)水，以相同流速流出代謝產(chǎn)物，以維持進(jìn)水中的營(yíng)養(yǎng)成分恒定，使細(xì)菌處于最高生長(zhǎng)速率狀態(tài)的培養(yǎng)方法。 應(yīng)用：污水生物處理(除SBR法)。,3. 連續(xù)培養(yǎng)運(yùn)行參數(shù) 稀釋率D

9、D流動(dòng)速率/容積 過(guò)低：新鮮營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充不及時(shí)，導(dǎo)致大量細(xì)菌饑餓而死亡； 過(guò)高：生長(zhǎng)速率低于排出速率,5.1.3 生長(zhǎng)曲線在污水生物處理中的應(yīng)用,1. 活性污泥的生長(zhǎng)曲線, 遲緩期 對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期 減速生長(zhǎng)期 內(nèi)源呼吸期,2. 活性污泥生長(zhǎng)曲線對(duì)廢水生物處理的指導(dǎo)意義,常規(guī)活性污泥不利用對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的微生物而利用靜止期的微生物的原因： 處于對(duì)數(shù)期的微生物代謝活力強(qiáng)，能去除大量有機(jī)物，但對(duì)進(jìn)水有機(jī)物濃度需求高，使出水不易達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)； 處于對(duì)數(shù)期的微生物生長(zhǎng)繁殖旺盛，沉淀性能差，致使出水水質(zhì)差； 處于靜止期的微生物活力相對(duì)較差，但仍有相當(dāng)?shù)幕盍Γコ袡C(jī)物的效果仍較好； 處于靜止期的微生物體內(nèi)積累了大量貯

10、存物，強(qiáng)化了微生物的生物吸附能力，自我絮凝、凝合能力強(qiáng)，在二沉池中泥水分離效果好，出水水質(zhì)好。,5.1.4 微生物生長(zhǎng)量的測(cè)定方法,一、 細(xì)胞數(shù)目的測(cè)定 二、 微生物生物量的測(cè)定,一、 細(xì)胞數(shù)目的測(cè)定 1. 測(cè)定微生物的總數(shù)(直接計(jì)數(shù)法) 計(jì)數(shù)器直接計(jì)數(shù) 染色涂片計(jì)數(shù) 比例計(jì)數(shù)法 比濁法 2. 測(cè)定活菌數(shù)(間接計(jì)數(shù)法),1. 測(cè)定微生物的總數(shù)(直接計(jì)數(shù)法) 計(jì)數(shù)器(血球計(jì)數(shù)板）測(cè)定法,適用范圍：測(cè)定個(gè)體較大的細(xì)菌或原生動(dòng)物 測(cè)定細(xì)胞個(gè)體形態(tài)較小的則采用細(xì)菌計(jì)數(shù)板。,1. 測(cè)定微生物的總數(shù)(直接計(jì)數(shù)法) 涂片染色法,1視野菌液(ml)(0.01ml 1cm2)視野面積(cm2),1. 測(cè)定微生物

11、的總數(shù)(直接計(jì)數(shù)法) 比例計(jì)數(shù)法,比例樣品菌液與等體積的血液混合，觀測(cè)二者比例,提問(wèn)：如果平均每個(gè)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(wàn)個(gè)/m l =2.2107個(gè)/mL樣品,紅血球數(shù)已知(男性400500萬(wàn)個(gè)ml，女性350450萬(wàn)個(gè)ml)，平均400萬(wàn)個(gè)/ml,1. 測(cè)定微生物的總數(shù)(直接計(jì)數(shù)法) 比濁計(jì)數(shù)法,濁細(xì)菌懸浮液的濁度,細(xì)菌不完全透光，一定范圍內(nèi)細(xì)菌溶液的混濁度與細(xì)菌數(shù)量成正比,常用儀器：濁度計(jì)、分光光度計(jì),一、 細(xì)胞數(shù)目的測(cè)定 2. 測(cè)定活菌數(shù)(間接計(jì)數(shù)法) 載玻片薄瓊脂層培養(yǎng)計(jì)數(shù) 平板菌落計(jì)數(shù) 液體稀釋培養(yǎng)計(jì)數(shù) 薄膜過(guò)濾計(jì)數(shù),無(wú)菌水,2.

12、 活菌計(jì)數(shù)法(間接計(jì)數(shù)法) 平板菌落計(jì)數(shù)法,第一步：菌樣巧妙稀釋,得到不同稀釋度 （10-x）菌液,菌樣被無(wú)菌水不同稀釋倍率后平板培養(yǎng)圖,各取1ml，均勻涂布于冷固體培養(yǎng)基平板上或與溫?zé)嵋簯B(tài)固體培養(yǎng)基混合冷卻。,第三步：培養(yǎng),稀釋度過(guò)低，菌落密集無(wú)法計(jì)數(shù),可以計(jì)數(shù)，但數(shù)量過(guò)多，費(fèi)時(shí)費(fèi)力,數(shù)量合適，統(tǒng)計(jì)計(jì)算，作為結(jié)果,數(shù)量太少，誤差因素太大，不做計(jì)數(shù),第二步：接種平板,每一個(gè)細(xì)菌會(huì)生成一個(gè)菌落,一般計(jì)數(shù)平板的細(xì)菌生長(zhǎng)菌落數(shù)以30300個(gè)為宜。,第四步： 計(jì)數(shù),細(xì)菌數(shù)量=？ 細(xì)菌數(shù)量=數(shù)出的菌落數(shù)/稀釋度 例如：10-5稀釋度時(shí)菌落數(shù)為125個(gè) 細(xì)菌數(shù)量=125/10-5=1.25107個(gè)/mL

13、平板計(jì)數(shù)法是采用最廣的一種活菌計(jì)數(shù)法,平均,二、 微生物生物量的測(cè)定 測(cè)細(xì)胞干重法 含N量測(cè)定法 DNA測(cè)定法 生理指標(biāo)法,5.2 微生物的生長(zhǎng)因子,5.2.1 溫度 1. 溫度對(duì)微生物的影響具體表現(xiàn)在： 影響酶活性。溫度變化影響酶促反應(yīng)速率，最終影響細(xì)胞合成。 影響細(xì)胞膜的流動(dòng)性。溫度高，流動(dòng)性大，有利于物質(zhì)的運(yùn)輸；溫度低，流動(dòng)性降低，不利于物質(zhì)運(yùn)輸，因此，溫度變化影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收與代謝產(chǎn)物的分泌。 影響物質(zhì)的溶解度。對(duì)生長(zhǎng)有影響。,2.微生物按溫度需求分類(lèi) 3.各類(lèi)微生物生長(zhǎng)的適宜溫度,4.嗜冷微生物在低溫下生長(zhǎng)的機(jī)理 它們體內(nèi)的酶能在低溫下有效地催化，在高溫下酶活性喪失 主動(dòng)運(yùn)輸物質(zhì)的

14、功能良好，能有效地集中必需營(yíng)養(yǎng)物 細(xì)胞膜中的不飽和脂肪酸含量高，低溫下也能保持半流動(dòng)狀態(tài)，可以進(jìn)行物質(zhì)的傳遞,5.低溫對(duì)微生物的影響 當(dāng)環(huán)境溫度低于微生物的最適生長(zhǎng)溫度時(shí)，微生物的代謝極其微弱，基本處于休眠狀態(tài)，當(dāng)微生物的原生質(zhì)結(jié)構(gòu)并未破壞時(shí)，不會(huì)很快造成死亡并能在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持活力，當(dāng)溫度提高時(shí)，可以恢復(fù)正常的生命活動(dòng)。 應(yīng)用：低溫保藏菌種 當(dāng)溫度過(guò)低，造成微生物細(xì)胞凍結(jié)時(shí)，有的微生物會(huì)死亡，有些則并不死亡。 6. 高溫對(duì)微生物的影響 高溫下蛋白質(zhì)發(fā)生不可逆變性，膜受熱出現(xiàn)小孔，破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu),小結(jié)： 微生物的培養(yǎng)應(yīng)該在最佳溫度范圍進(jìn)行； 超過(guò)最高溫度會(huì)對(duì)細(xì)菌造成傷害甚至導(dǎo)致死亡； 低溫有抑制

15、細(xì)菌作用，可以讓微生物休眠，但不會(huì)導(dǎo)致死亡。溫度升高時(shí)，活性即可恢復(fù)。,5.2.2 pH,1.環(huán)境pH對(duì)微生物的影響 影響膜表面電荷的性質(zhì)及膜的通透性，進(jìn)而影響對(duì)物質(zhì)的吸收能力。 改變酶活性、酶促反應(yīng)的速率及代謝途徑：如：酵母菌在pH4.55產(chǎn)乙醇，在pH6.5以上產(chǎn)甘油、酸。 環(huán)境pH值還影響培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的離子化程度，從而影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收，或有毒物質(zhì)的毒性。,2.微生物適宜的pH范圍 大多數(shù)細(xì)菌、藻類(lèi)和原生動(dòng)物的最適生長(zhǎng)pH6.57.5，它們能適應(yīng)pH410之間的環(huán)境。,3.污水生物處理時(shí)pH宜維持在6.58.5 大多數(shù)細(xì)菌、藻類(lèi)、放線菌和原生動(dòng)物在此范圍內(nèi)均能生長(zhǎng)繁殖，有利于細(xì)菌形成菌

16、膠團(tuán)互相凝聚形成良好的絮凝體，可取得良好的凈化效果； pH6.5的酸性環(huán)境有利于霉菌和酵母菌的生長(zhǎng)，若霉菌在活性污泥中大量繁殖，因其不能分泌粘性物質(zhì)于細(xì)胞表面，而降低了活性污泥的吸附能力，其絮凝性較差，結(jié)構(gòu)松散不易沉降，處理效果下降，甚至導(dǎo)致活性污泥絲狀膨脹。,4.培養(yǎng)基pH的變化 原因 a 分解葡萄糖、乳糖有機(jī)酸，pH b 分解蛋白質(zhì)、蛋白胨及氨基酸NH3和胺類(lèi)，pH c 細(xì)胞選擇性地吸收陰陽(yáng)離子，pH 解決方法 在配制培養(yǎng)基時(shí)應(yīng)加入緩沖物質(zhì)，如KH2PO4和K2HPO4 。, 在廢水和污泥厭氧消化過(guò)程中，要控制好產(chǎn)酸階段和產(chǎn)甲烷階段的產(chǎn)量，pH很關(guān)鍵，通常應(yīng)控制pH6.67.6之間， pH

17、6.87.2為最佳。 城市生活污水、污泥若不含蛋白質(zhì)、氨等物質(zhì)，處理之前就要投加緩沖物質(zhì)；若連續(xù)運(yùn)行則在運(yùn)行期間也應(yīng)投加，以碳酸氫鈉為佳。 pH低的工業(yè)廢水可采用霉菌和酵母菌處理，無(wú)需調(diào)節(jié)pH，其所引起的絲狀膨脹可通過(guò)改革工藝來(lái)解決，如采用生物膜法、接觸氧化法等。,小結(jié)： 污水生物處理的構(gòu)筑物內(nèi)pH控制在6.58.5之間； 微生物培養(yǎng)基中應(yīng)該加入緩沖物質(zhì)。,5.2.3 氧化還原電位(Eh),1. 微生物與Eh Eh0，氧化環(huán)境，上限為820mV Eh0，還原環(huán)境，下限為400mV 各類(lèi)微生物適宜的Eh 對(duì)于好氧生物處理系統(tǒng)，Eh處于+200+600mV視為正常,2. 影響Eh的因素 氧分壓:氧

18、分壓高，Eh高；氧分壓低， Eh低。 pH:pH高，Eh高；pH低， Eh 低。 3. 控制Eh的還原劑 抗壞血酸、硫二乙醇鈉、硫化氫和鐵等,5.2.4 溶解氧DO,根據(jù)微生物與分子氧的關(guān)系可將微生物分為,5.2.4.1 好氧微生物與氧的關(guān)系 1.氧對(duì)好氧微生物的作用 作為微生物好氧呼吸的最終電子受體 參與甾醇類(lèi)和不飽和脂肪酸的生物合成 2. 溶解氧的供給 好氧微生物需要的氧是溶于水的氧，即溶解氧。 夏季水溫高，常造成供氧不足，促使絲狀細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)，從而造成活性污泥的絲狀膨脹。因此，在活性污泥生物處理中需設(shè)置充氧設(shè)備充氧，如通過(guò)葉輪機(jī)械攪拌、鼓風(fēng)曝氣等方式充氧。溶解氧的質(zhì)量濃度維持在34mg

19、/L為宜。,5.2.4.2 兼性厭氧微生物與氧的關(guān)系 1.不同氧條件的生理狀態(tài) 好氧條件：氧化酶活性強(qiáng)，細(xì)胞色素及電子傳遞體系的其它組分正常存在； 無(wú)氧條件：氧化酶無(wú)活性，細(xì)胞色素和電子傳遞體系的其它組分減少或全部喪失。 巴斯德效應(yīng)：指將氧通入正在發(fā)酵的酵母菌懸液中，使得發(fā)酵速度下降，葡萄糖的消耗速度也顯著下降的現(xiàn)象。,2.不同氧條件下廢水生物處理中的微生物 供氧正常：好氧微生物和兼性厭氧微生物共同起積極作用； 供氧不足：好氧微生物不起作用，兼性厭氧微生物起積極作用，但有機(jī)物分解不徹底； 污水、污泥厭氧消化：兼性厭氧微生物起水解、發(fā)酵作用，將大分子的蛋白質(zhì)、脂肪等水解為小分子的有機(jī)酸和醇等。,

20、3.反硝化細(xì)菌 有O2時(shí)：進(jìn)行好氧呼吸 缺O(jiān)2時(shí)：進(jìn)行反硝化作用,NO3,NO2,N2,5.2.4.3 厭氧微生物與氧的關(guān)系 1. 厭氧微生物的氧毒害機(jī)制 專性厭氧微生物不具有過(guò)氧化氫酶，會(huì)被代謝過(guò)程中產(chǎn)生的H2O2殺死； 專性厭氧微生物不具有超氧化物歧化酶(SOD)，而被超氧陰離子殺死； 2. 厭氧微生物的培養(yǎng)方法 可與兼性厭氧微生物混合培養(yǎng)，以去除O2，保證厭氧環(huán)境。,He、H2、N2,加入甲基藍(lán)或 刃天青指示Eh (顯色表明有O2),封瓶口,無(wú)氧培養(yǎng) 罐內(nèi)培養(yǎng),5.2.5 太陽(yáng)輻射,1000nm的紅外輻射，可被不產(chǎn)氧的光合細(xì)菌用作光源； 380760nm的可見(jiàn)光是藍(lán)細(xì)菌、藻類(lèi)進(jìn)行光合作用

21、的能源。 其余的輻射對(duì)微生物均有害。,5.2.6 水的活度與滲透壓,5.2.6.1 水的活度w 水的活度w 表示在一定溫度下，某溶液或物質(zhì)在與一定空間空氣相平衡時(shí)的含水量與空氣飽和水量的比值，用小數(shù)表示。 多數(shù)微生物在w 0.950.99時(shí)生長(zhǎng)最好。大多數(shù)微生物在w 0.600.65時(shí)停止活動(dòng)。,5.2.6.2 滲透壓 滲透壓 當(dāng)兩液面高差產(chǎn)生的壓力足夠阻止水再流動(dòng)時(shí)，此時(shí)兩液面高差間的壓力即為滲透壓。,半透膜,清水,蔗 糖 溶 液,h,溶液的濃度決定滲透壓 溶質(zhì)的分子或離子數(shù)越多，滲透壓越大 同質(zhì)量濃度溶液，溶質(zhì)分子越小，其滲透壓越大 離子溶液的滲透壓比分子溶液的滲透壓大 細(xì)菌的滲透壓 G

22、(2.02.5)MPa G (0.50.6)MPa,微生物在不同滲透壓溶液的反應(yīng) 等滲溶液：形態(tài)大小不變，生長(zhǎng)良好。 應(yīng)用：在實(shí)驗(yàn)室用(NaCl)8.5g/L的生理鹽水稀釋菌液。 低滲溶液：水分子大量滲入細(xì)胞內(nèi)，使細(xì)胞膨脹，嚴(yán)重者破裂。 高滲溶液：細(xì)胞內(nèi)大量失水，使細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離。 應(yīng)用：用高滲溶液保存食物可防止腐敗。,5.2.7 表面張力, 是作用在物體表面單位長(zhǎng)度上的收縮力 (H2O)7.3104 N/m (培養(yǎng)基)4.51046.5104N/m 膽汁可降低，可用于實(shí)驗(yàn)鑒別肺炎球菌和鏈球菌 可用膽酸鹽分離大腸菌群,5.3 其它不利環(huán)境因子對(duì)微生物的影響,5.3.1 紫外輻射和電離輻射對(duì)微

23、生物的影響 一、 紫外輻射的影響 1. 紫外輻射對(duì)微生物有致死作用 260nm左右的紫外輻射殺菌力最強(qiáng) 致死原因： 微生物細(xì)胞中的核酸、蛋白質(zhì)等對(duì)紫外輻射有特別強(qiáng)的吸收能力，可引起DNA鏈上的兩個(gè)鄰近的胸腺嘧啶分子形成胸腺嘧啶二聚體(T=T)，使DNA不能復(fù)制，導(dǎo)致死亡。,2. 復(fù)活現(xiàn)象 光復(fù)活 經(jīng)UV照射的微生物，隨即暴露于藍(lán)色可見(jiàn)光下，使T=T恢復(fù)正常狀態(tài)，使一部分受損的細(xì)胞恢復(fù)活力。 暗復(fù)活 DNA鏈在黑暗條件下進(jìn)行修復(fù)。 3. 微生物對(duì)紫外輻射的抵抗力 GG 芽孢營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞 4. 應(yīng)用 殺菌消毒 誘變育種,二、 電離輻射的影響 X射線(0.10.01nm) 、射線(0.010.001nm

24、) 對(duì)微生物生命活動(dòng)的影響表現(xiàn) 低劑量照射，促進(jìn)微生物生長(zhǎng)或引起微生物發(fā)生變異； 高劑量照射，對(duì)微生物有致死作用。,5.3.2 超聲波 超聲波 頻率大于20000Hz的聲波，能破壞幾乎所有的細(xì)菌體。 超聲波的殺菌效果與其頻率、處理時(shí)間、細(xì)菌大小、形狀和細(xì)菌數(shù)有關(guān)。 殺菌機(jī)制: 細(xì)胞內(nèi)含物受到強(qiáng)烈振蕩，膠體發(fā)生絮狀沉淀，凝膠液化或乳化，從而失去生物活性； 溶液受到超聲波作用產(chǎn)生空腔，引起巨大的壓力變化，使細(xì)菌死亡； 溶于溶液中的氣體變成無(wú)數(shù)極微小的氣泡迅速猛烈地沖擊細(xì)菌，使之破裂。,應(yīng)用 利用超聲波破壞菌體，制成細(xì)菌裂解液，用于研究細(xì)菌的結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、酶活性等； 可利用超聲波從組織中提取病毒；

25、 利用頻率為8001000kHz的超聲波治療疾病,5.3.3 重金屬對(duì)微生物的影響 Hg、Ag、Cu、Pb及其化合物可有效地殺菌和防腐，是蛋白質(zhì)的沉淀劑。 殺菌機(jī)理： 其與酶的SH結(jié)合，使酶失活； 與菌體蛋白結(jié)合，使之變性或沉淀。 質(zhì)量濃度為205mg/L的二氯化汞對(duì)大多數(shù)細(xì)菌有致死作用。 硫酸銅對(duì)真菌和藻類(lèi)的殺傷力較強(qiáng)。 波多爾液(硫酸銅石灰)在農(nóng)業(yè)上可用于防止某些植物病毒。 1L水樣中加10mL質(zhì)量濃度為1g/L的硫酸銅溶液可抑制微生物的呼吸。 質(zhì)量濃度為15g/L的鉛鹽溶液對(duì)微生物有致死作用。,5.3.4 極端溫度對(duì)微生物的影響 1. 超高溫致死作用 機(jī)理：蛋白質(zhì)和酶蛋白在高溫下發(fā)生不可

26、逆的凝固作用；細(xì)胞質(zhì)膜中的脂肪受熱溶解使膜產(chǎn)生小孔，引起細(xì)胞內(nèi)含物泄漏而致死。 2. 超高溫殺菌效果的影響 與微生物的種類(lèi)、數(shù)量、生理狀態(tài)、芽孢有無(wú)及pH都有關(guān)。 無(wú)芽孢桿菌比芽孢桿菌不耐熱； 營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞比芽孢不耐熱； 濕細(xì)菌比干細(xì)菌不抗熱； 酸性條件下細(xì)菌易被殺死； 幼齡菌比老齡菌易被殺死。,3. 滅菌和消毒 (1) 滅菌(sterilization) 通過(guò)超高溫或其它物理、化學(xué)因素將所有微生物的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞和所有的芽孢或孢子全部殺死。 干熱滅菌(dry heat sterilization) 優(yōu)點(diǎn)：可保持物品的干燥 缺點(diǎn)：對(duì)于傳熱性差或體積較大的物品效果較差 應(yīng)用：玻璃器皿、金屬用具等耐熱物品的

27、滅菌 濕熱滅菌(moist heat sterilization) 特點(diǎn)：溫度低、時(shí)間短、滅菌效果高 相同溫度下，濕熱滅菌的效力比干熱滅菌高，原因 濕熱情況下，菌體蛋白容易受熱凝固變性； 濕熱的穿透力和熱傳導(dǎo)都比干熱強(qiáng)； 濕熱的蒸汽冷凝會(huì)放出潛熱。,高壓蒸汽滅菌,(2) 消毒(disinfection) 用物理、化學(xué)因素殺死致病菌(有芽孢和無(wú)芽孢的細(xì)菌)，或是殺死所有微生物的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞或一部分芽孢。 煮沸消毒 將待消毒的物品置于水中煮沸15min以上，殺死細(xì)菌的所以營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞和部分芽孢。 巴斯德消毒(Pasteurization) 常用6070的溫度將食品處理1530min，以除去食品中的微生物，同時(shí)保持食品的營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味不變。,5.3.5 極端pH對(duì)微生物的影響 1. pH過(guò)低，引起機(jī)體表面由帶負(fù)電變?yōu)閹д?，從而影響?duì)營(yíng)養(yǎng)物的吸收； 2. pH過(guò)高或過(guò)低，影響培養(yǎng)基中有機(jī)化合物的離子化作用，從而間接影響微生物； 3. 極端pH影響酶的活性，進(jìn)而影響細(xì)胞內(nèi)的生化過(guò)程，甚至直接破壞細(xì)胞； 4. 極端pH降低微生物對(duì)高溫的抵抗能力。,5.3.6 干燥對(duì)微生物的影響 干燥能使菌體內(nèi)蛋白質(zhì)變性，引起代謝活動(dòng)的停止。干燥細(xì)胞的代謝處于停滯狀態(tài)，若不提供條件，則一直呈休眠狀態(tài)長(zhǎng)期存活。 可用滅菌的沙土管保存菌種、孢子，也可用真空冷凍干燥保存菌種。