1、,第五章 微生物的生長繁殖 與生存因子,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(xì)胞不斷迅速增長的現(xiàn)象。,2.繁殖： 什么是微生物的繁殖？,繁殖,多細(xì)胞,不只是細(xì)胞個數(shù)的增長，如果只是細(xì)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(xì)胞個數(shù)增加，個體也增加，則為繁殖,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(xì)菌兩次分裂之間的時間。 當(dāng)微生物的培養(yǎng)時間一定時，他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

2、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。,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),（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。,請大家思考培養(yǎng)過程及最終結(jié)果，總結(jié)規(guī)律,生長曲線 將少量菌種接種到準(zhǔn)備妥當(dāng)?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(xì)菌的個數(shù)或干重質(zhì)量為縱坐標(biāo)，以培養(yǎng)時間為橫坐標(biāo)，將取樣數(shù)據(jù)描點繪圖，最終可得該細(xì)菌的生長曲線。,生長曲線分期：細(xì)分可分為6個時期即停滯期(適應(yīng)期)、加速期、對數(shù)期、減速期、靜止期、衰亡期

3、。 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。,微生物生長曲線,1.停滯期 停滯期特點 生長速率等于零 細(xì)胞合成新的成分 補充消耗的材料 適應(yīng)新的培養(yǎng)基或別的培養(yǎng)條件 細(xì)胞形態(tài)變大或變長 對外界不良環(huán)境敏感,細(xì),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(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)的酶），營養(yǎng)儲備（用于復(fù)制合成）,停滯期,停滯期“萬事開頭難”,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； 接種量。

4、 1)接種量大，停滯期較短； 2)接種量小，體滯期較長。 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。,2.指數(shù)期 特點 生長速率最快，細(xì)胞呈指數(shù)增長 生長速率恒定 代謝旺盛，細(xì)胞成分平衡發(fā)展 群體的生理特性較一致,指數(shù)生長公式：,Nt= N02n,式中N0為起始細(xì)胞數(shù)目，Nt為指數(shù)生長某個時刻t時 的細(xì)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+nlg2 n =（lgNt-lgN0 )/lg2 = 3.3(lgNt-lgN0),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

5、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,指數(shù)期的實踐意義 是代謝、生理研究的良好材料 是增殖噬菌體的最適宿主菌齡 是發(fā)酵生產(chǎn)中用作“種子”的最佳種齡 G染色鑒定時采用此期微生物,3）穩(wěn)定期 特點： 活細(xì)胞總數(shù)維持不變，即新繁殖的細(xì)胞數(shù)與衰亡的細(xì)胞數(shù)相等，菌體總數(shù)達(dá)到最高點。 細(xì)胞生理上處于衰老，代謝活力鈍化，細(xì)胞成分合成緩慢。 細(xì)胞生長速率為零,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(yīng) 新生率等于死亡率,4）衰亡期 特點： 細(xì)胞以指數(shù)速率死亡， 有時細(xì)胞死亡速率降低是由于抗性

6、細(xì)胞的積累； 細(xì)胞變形退化。,內(nèi)源呼吸及死亡階段 內(nèi)源呼吸+毒物濃度更高 （個體）瘦死 （群體）死亡率大于出生率 從曲線上反映為活細(xì)菌重量的進一步持續(xù)下降。 提問：此時細(xì)菌的出生率是否為零呢？為什么？,影響衰亡期的因素,與菌種的遺傳特性有關(guān): 有些細(xì)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(xì)菌培養(yǎng)幾個月乃至幾年以后仍然有一些活的細(xì)胞； 與營養(yǎng)物質(zhì)和有毒物質(zhì)有關(guān)：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(xì)胞的死亡速率，延長細(xì)菌培養(yǎng)物的存活時間。,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

7、養(yǎng) 2)恒化連續(xù)培養(yǎng)。,3.連續(xù)培養(yǎng),恒濁培養(yǎng)基濁度恒定（實質(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，加大進水流速，降低濁度； 當(dāng)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,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）,三、生長曲線在污水處理中的應(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，甚至在同一個構(gòu)筑物中，不同位置的細(xì)菌生長狀態(tài)，但要以某種狀態(tài)為主。,對數(shù)期,衰老期,平推流式活性污泥法,穩(wěn)定期

8、,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(fù)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,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？,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。,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(dāng)處于最佳范圍時，每上升10，酶促反應(yīng)速度提高12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?？蓪⑽⑸锓譃槭壤渚?、嗜中溫菌、嗜熱菌、嗜超熱菌。,所有微生物中，多部分是嗜中溫菌，其他

9、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2030左右。 冬天，需要進行加熱處理。,嗜冷菌，最適合在515，甚至很多細(xì)菌可以在0以下正常生存。 請解釋冰箱中冷藏的蔬菜、水果發(fā)霉變質(zhì)腐爛的原因。,小結(jié)： 微生物的培養(yǎng)應(yīng)該在最佳溫度范圍進行。 超過最高溫度會對細(xì)菌造成傷害甚至導(dǎo)致死亡。 低溫有抑制細(xì)菌作用?？梢宰屛⑸镄菝?，但不會導(dǎo)致死亡。溫度升高時，活性即可恢復(fù)。,二、pH 微生物也有最適應(yīng)的pH 范圍，微生物不同，pH范圍不同。 多數(shù)細(xì)菌：最佳6.57.5，適應(yīng)范圍410；一般要求中性或偏堿性； 放線菌：最佳7.58.0，一般要求中性或偏

10、堿性； 霉菌和酵母菌：可在酸性或偏堿性環(huán)境生活，最喜歡36的環(huán)境。生長極限：1.510。,1.污水處理生物處理構(gòu)筑物內(nèi)pH控制在6.58.5之間。 2.微生物培養(yǎng)基中應(yīng)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6.67.6，最好控制在6.87.2之間。,小結(jié),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(fù)，充滿氫氣時，下限為-400 mV。,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+400 mV ，大于+100 mV，才能生活。 2.兼性菌：+100 mV為檻，大于時進行好氧

11、呼吸，小于時進行無氧呼吸。 3.厭氧菌：200250 mV。,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。,四、溶解氧,微生物與O的關(guān)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,專性厭氧氧微生物,耐氧厭氧微生物,（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、過氧化物羥自由基等。但由于好氧微生物體內(nèi)也有相應(yīng)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

12、氧氣，即DO。 溶解氧與大氣壓力及溫度有關(guān)，溫度越高，溶解氧越低。,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(fēng)曝氣的形式向水中強制充氧， 對于生活污水廠，BOD5200300mg/L。如果曝氣池的活性污泥濃度在20003000mg/L時，溶解氧必須保證在2mg/L以上。通?？刂圃?4mg/L。 當(dāng)供氧不足時，也會造成污泥的絲狀菌膨脹。,（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

13、氫酶，專性厭氧微生物將被過氧化氫殺死。,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(lán)或刃天青），當(dāng)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(yù)先加入些兼性微生物混合培養(yǎng)，一旦有氧，可被兼性細(xì)菌消耗掉。,（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(dāng)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?fù)p失，土壤肥力下降。 b.產(chǎn)生亞硝酸胺

14、污水必須脫氮。,氧氣與微生物的關(guān)系,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)境中水的有效性也水的活度w表示。 w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w介于01之間，溶液濃度越大， w越小。,微生物一般在w為0.650.99的條件下生長, w過低時,大多數(shù)微生物將停止生長。 不同微生物的w也不同。,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(guān)。 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。,微生物在不同滲透壓環(huán)

15、境中的狀態(tài),a.58.5g/L的NaCl（生理鹽水0.9） b.0.1g/L的NaCl c.200g/L的NaCl,a.等滲溶液，細(xì)胞形態(tài)與大小不變。 b.低滲溶液，溶液中水分進入細(xì)胞內(nèi)部，細(xì)胞膨脹。 c.高滲溶液，細(xì)胞內(nèi)水分流出，細(xì)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？,革蘭氏陽性菌體內(nèi)滲透壓(2025）101kPa。 革蘭氏陰性菌體內(nèi)滲透壓（56） 101kPa。,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200390nm的部分。具有殺菌功能。尤其 260nm左右。 人們制造的紫外

16、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：,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。,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(xì)菌比小的細(xì)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(dǎo)致細(xì)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(xì)菌破裂。 2.微波,三、重金屬離子 機理：1.與酶的SH基結(jié)合，導(dǎo)致酶失去活性；

17、2.與蛋白質(zhì)結(jié)合，發(fā)生變性或沉淀。,四、極端溫度 指的是高溫。 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(xì)胞和一些芽孢。 滅菌：利用高溫、物理、化學(xué)方法將所有微生物營養(yǎng)細(xì)胞和所有芽孢或孢子全部殺死。,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 （160170）,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）,巴斯德消毒法：將牛奶等飲品在6366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)。,五、極端pH值對微生物的影響,提示：結(jié)合等電點及pH對酶促反應(yīng)的影響進行理解。 1.p

18、H過低，改變微生物表面帶電狀態(tài)，由帶負(fù)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(dǎo)致有機物離子化。進而間接影響微生物。 3.酶促反應(yīng)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。,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?？梢詫?dǎo)致蛋白脫水、溶解細(xì)胞膜的脂類物質(zhì)。從而達(dá)到殺菌的目的。（醫(yī)生打針）。常用的醇為乙醇。 注意：1.乙醇?xì)⒕哪芰Σ⒉挥跐舛瘸烧?，?0時最強。 2.甲醇?xì)⒍静钋叶拘詮?，不做殺毒及?3.丙醇、丁醇?xì)⒍灸芰Ρ纫掖即螅蝗苡谒?，也不做殺毒劑?2.甲醛 40福爾馬林溶液。,3.酚及其衍生物 可以使蛋

19、白質(zhì)變性，并破壞細(xì)胞膜。,4.洗滌劑,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。,1.破壞微生物細(xì)胞壁 青霉素抑制革蘭氏陽性菌的肽聚糖（4090）的合成，導(dǎo)致細(xì)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(xì)胞不具有細(xì)胞壁，不受青霉素?fù)p害。,2.破壞微生物細(xì)胞質(zhì)膜 多粘菌素的游離氨基可與革蘭氏陰性菌細(xì)胞質(zhì)膜的磷酸根結(jié)合，損害細(xì)胞質(zhì)膜，破壞細(xì)胞質(zhì)膜的滲透屏障作用。導(dǎo)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(fù)制。有些抗生素組織雙鏈分開，破壞復(fù)制。,第四節(jié) 微生物之間的關(guān)系,微生物之間關(guān)系,種內(nèi)關(guān)系,競爭,互助,種間關(guān)系,競爭,互生,共生,偏害,寄生,捕食,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(guān)系。 例證：污水處理中經(jīng)常存在著對DO及營養(yǎng)的競爭。,2.互生（原始合作關(guān)系） 兩種生物可單獨生存，但如果共同生存可以生活得更好。彼此互相有利。 例證：固氮菌與纖維素分解菌,3.共生 兩種微生物必須生存在同一環(huán)境中，不能單獨生存