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1、1,第一节 微生物的生长繁殖,微生物生长繁殖的概念：略研究微生物生长的方法：分批培养与连续培养分批培养：在一个密闭系统内投入一定的营养物质，接入少量菌种进行培养，在特定条件下完成一个生长周期。连续培养：以一定的速度向培养系统内添加和流出培养液体，以维持培养基成分的恒定或菌体浓度的恒定，使微生物能连续不断地生长繁殖。,2,3,细菌的数量很大，纵轴0-10代表100-1010,3.微生物分批培养生长曲线:停滞期、指数期、静止期和衰亡期,6个时期？,4,停滞期（lag phase),（1）特征：数量不变甚至减少；但代谢活跃，体积、重量增加。（2）原因：适应环境(合成相应的酶)，进行营养储备。（3）影
2、响因素：接种量、菌龄、营养。如蓝细菌的培养。 (4) 应用：在实际工作中，停滞期的出现会增加操作时间，降低工作效率。应对措施：接种对数期的菌种、增大接种量、保持接种前后的培养介质和条件一致等。,5, 指数期（exponential phase）,X=X0*2n,练习：计算代时: 10h, 103-109,（1）特点：生长快、成分均匀、酶活力高、代时短。（2）代时：G,6,（3）影响代时的因素：菌种、营养条件、环境条件等.如大肠杆菌在20, 代时是35时的2倍；伤寒杆菌在含蛋白胨分别为0.125和1.0%的培养基中的代时分别为800min和40min.,7,若以大肠杆菌每20min分裂一次的速度
3、计算，一个细胞连续分裂48，即144代之后，可以产生2144个子细胞，其质量将超过2.21025吨，约为地球质量的3680倍！,8, 静止期（stationary phase）,（1）特点：细胞数目和重量均达最高点。（2）原因：营养耗尽或比例失调、有害代谢产物积累、pH、氧化还原电位等条件恶化。 （3）应用： 静止期是菌体或代谢产物（如单细胞蛋白、乳酸等）的最佳收获期。,9,衰亡期（decline phase或 death phase） （1）特点：繁殖数合成代谢。,如果将分批培养的系统看作是一个生态系统的话,10,人类群体有类似规律吗？,如果把地球看作是封闭的培养系统（海洋是液体培养基，陆地
4、是固体培养基、沼泽是半固体培养基），人类看作是细菌，人口增长和环境污染若不加控制，必将经历类似的四个阶段，最后，由于资源枯竭，污染物遍地而引发大灭绝！自救措施： 节约、节育(防止营养物消耗过快)； 环保(防止有害代谢物的抑制) 但愿不是分批培养！但愿是连续培养！,11,4.微生物的连续培养,12,恒浊器：按培养目的确定浊度，并借光电控制系统调节进水、出水量，维持细菌浓度, 即浊度的恒定。 此法一般用于菌体生产及与菌体生长平行的代谢产物的生产，从而获得更好的经济效益。恒化器：同速进水和出水，维持培养液的成分恒定。常通过控制培养基中的生长限制因子，使细菌的比生长速率处于需要的水平。此法尤其适用于污
5、废水的处理。,13,14,细菌生长曲线在废水生物处理中的应用,常规活性污泥法：静止期生物吸附法：静止期高负荷活性污泥法：对数期延时曝气法：衰亡期,15,5.微生物生长量的测定方法,（1）测定细菌总数：血球计数板、染色涂片、电子计数器、比浊法测定。（2）测定活细菌数：稀释培养、过滤计数、菌落计数。（3）计算生长量：细胞干重法、氮含量测定法、DNA 测定法、生理指标法。,16,血球计数板法,17,原理：将1mm20.1mm的薄层空间划分为400小格，从中均匀分布地选取80或100小格，计数其中的细胞数目，换算成单位体积中的细胞数。,适用范围：个体较大细胞或颗粒，如霉菌孢子、酵母菌等，不适用于细菌等
6、个体较小的细胞。特点：快速，准确，但测定结果为菌总数，一般不能区分活菌和死菌。,18,（1）1625规格的计数板,计数方法,（2）2516规格的计数板,19,取0.01mL细菌悬液涂布于刻有1cm2面积的计数板上，在显微镜下观察几个视野的细菌数，按下式计算每毫升原液的细菌数：,染色涂片法,20,MPN法：most probable number，即最大可能数目。适宜于对生长较慢的细菌计数。稀释培养后根据阳性管的数目查表获得MPN.,稀释培养计数,过滤培养计数,适宜于含菌较少的水样，用0.45m滤膜过滤后将滤膜平板培养基上，得到菌落后计数。,21,CFU法：colony form unit，即菌
7、落形成单位，计算单位体积细菌悬液在平板培养基上的菌落数。PFU?,菌落计数,计算：3个平板接种稀释度为10-3的样品各0.5mL，培养后的菌落数分别为50、60、70，求原液的细菌浓度。,22,第二节 微生物的生存因子,温度pH氧化还原电位溶解氧太阳辐射水的活度与渗透压表面张力,23,1. 温度对微生物生存的影响,生长温度的三基点：最低点、最适点、最高点.废水中的细菌：一般都是嗜中温菌，最适温度多在30左右，嗜冷菌和嗜热菌占少数。P175表5-6,24,25,极 地 雪 藻,西瓜雪（Watermelon snow）又称作“雪藻”，是一种具有粉红颜色并带有新鲜西瓜气味的雪。常在晚春或初夏出现在世
8、界各地的高山和极地地区。由一种嗜冷的极地雪藻（绿藻）引起，含虾青素和叶绿素。,26,高温杀菌的机理： 1）蛋白质、核酸变性； 2）脂类溶解，细胞膜溶解, 结构解体。 3）一般来说无芽孢的细菌在水中加热到100迅速死亡。,27,蜡状芽孢杆菌,28,（1）范围：细菌、放线菌一般要求中性偏碱，而酵母菌、霉菌一般要求偏酸的环境。可生存的pH范围在4-10. (2) 影响：影响膜结构及酶活性、营养物的解离与吸收。（3）维持：由于细胞膜的屏蔽、磷酸盐缓冲作用等因素，细胞内pH一般都保持中性。（4）应用：对污(废)水有净化功能的微生物适应pH变化的能力比较强，pH在6.5-8.5可不调节。 P177表5-8
9、 嗜酸微生物中的氧化硫硫杆菌等与铀矿冶酸性废水的处理关系密切！,2. pH对微生物生存的影响,29,H 的变化与调节,另外：可用缓冲溶液或以碳酸钙作为备用碱调节pH值。,30,3.氧化还原电位对微生物生存的影响,（1）概念：某物质与氢电极构成原电池时的电压高低, 反映氧化性强弱。 +820mV（充满O2的环境），-400mV（充满H2的环境）。 (2) 影响因素：主要是氧化剂(氧气等)与还原剂(有机物、H2S等)的含量。（3）不同细菌适宜的氧化还原电位：好氧细菌：300mV400mV、专性厌氧细菌-200mV-250mV、兼性厌氧细菌以100mV为分界线。 （4)调节方法：改变曝气强度或添加还
10、原剂，如VitC、二硫苏糖醇、谷胱甘肽、硫化氢、金属铁等。好氧活性污泥法应将Eh控制在200mV600mV, 厌氧污泥法应控制在-100mV-200mV.,31,4. 氧气对微生物生存的影响,（1）分类：P179 SOD? CAT? 1个大气压=1.01*105Pa专性好氧微生物：0.21*101kPa，多数微生物。微量好氧微生物：0.003-0.2*101kPa耐氧厌氧微生物：氧对其不产生毒害作用。兼性厌氧微生物：有氧无氧均能生存,如酵母菌、反硝化细菌等.专性厌氧微生物：0.005*101kPa，如产甲烷菌等。（2）应用：好氧生物处理中要有充氧设备。专性厌氧微生物在培养时, 可用氦气、氢气、
11、氮气等驱赶氧气后置于无氧培养罐内培养, 或与兼性厌氧的微生物混合培养。,32,好氧 兼性厌氧 微量好氧 专性厌氧,33,5. 水的活度和渗透压对微生物生存的影响,水的活度(aw)：在一定温度和压力下，溶液的蒸汽压与相同条件下纯水蒸汽压（取1.00)之比. aw表示环境中水的有效性。,（2）渗透压：不同溶液被半透膜隔离开时，两侧水分子浓度差形成的压力。,34,渗透压可影响细菌生存：0.85的NaCl溶液常作为细菌的等渗液。在高渗、低渗溶液中，细菌将分别失水和吸水，导致质壁分离或细胞胀大。（3）应用：防腐：如用5%-30%的盐水腌咸菜、咸鱼，用60%-80%的糖溶液做蜜饯等。高含盐废水难于生物处理
12、，应冲稀后处理或对细菌基因改造。,35,第三节 其他环境因子对微生物的影响,紫外辐射与电离辐射超声波重金属极端温度极端pH干燥某些有机物抗生素,36,1. 辐射对微生物的影响,（1）紫外辐射：紫外线的波长范围：200-390nm, UVC, B, A的波长：200290320390nm，260nm左右杀菌力最强。杀菌机理：引起核酸和蛋白质变性，二者的吸收峰分别是260nm和280nm. 一般细菌在照射5min即能被杀死(G-更敏感)，芽孢则需10min. 应用：紫外灯能发出253.7nm的紫外线，由于穿透能力很弱，多用于空气消毒和表面消毒，剂量：30W, 20-30min, 亦可用于诱变育种、
13、饮用水消毒、污废水消毒等。,37,无 菌 操 作 台,38,39,（2）电离辐射： X-射线和射线等。来源：铱等放射性元素可产生 X-射线(0.1-0.01nm), 钴、镭等可产生射线（0.01-0.001nm)。杀菌机理：低剂量(0.93-4.65Gy)有促进生长或变异的作用,高剂量(900Gy)对微生物有致死效应，高能量激发水分解产生O自由基或H2O2等强氧化剂使蛋白质变性(-SH很敏感).应用：可用于微生物的诱变育种。,40,Gy ：1kg被辐照物质吸收1焦耳的能量为1戈瑞(Gy).Sv： 1kg人体组织吸收1焦耳为1西弗(Sv). 西弗是个非常大的单位，因此通常使用毫西弗、微西弗。对日
14、常工作中不接触辐射性工作的人来说，每年的天然辐射为10002000 微西弗。一次小于100微西弗的辐射，对人体无影响。与放射相关的工人，一年最高辐射量为50000微西弗。一次性遭受4000毫西弗会致死。,41,2.超声波对微生物的影响,超声波指超过人的听觉能力上限(20KHz)的声波。杀菌机理：使细胞内胶体沉淀，并使细胞空穴化而死亡。应用：超声波破碎仪用于破坏细胞，提取活性物质。空气和水的消毒、仪器清洗等。,42,3. 重金属对微生物的影响,（1）杀菌机理：与蛋白质或酶的-SH结合，使之沉淀变性。（2）应用：升汞（HgCl2）对大多数细菌有致死效应而用于灭菌；硫酸铜是良好的杀菌剂和杀藻剂。常用
15、硫酸铜与石灰配制成的波尔多液，在农业上用于防治某些植物病毒。在远距离取水样作检测时，一般1L混合液中加10ml质量浓度为1gL的硫酸铜，可抑制微生物的呼吸，尽量使水质保持不变。,43,4.极端温度对微生物的影响,（1）灭菌与消毒（2）干热灭菌与湿热灭菌：湿热状态下蛋白质易凝固, 热蒸汽的穿透力强，且蒸汽有潜热存在，所以湿热灭菌效果好。,44,45,巴斯德及巴斯德消毒法,常用的灭菌方法,46,灼 烧 灭 菌,47,灭 菌 锅,48,卧 式 灭 菌 锅,49,干 热 灭 菌 箱,50,巴斯德消毒,高温灭芽孢,51,5.极端pH对微生物的影响（1）影响微生物表面的电荷及培养基中营养物质的存在状态，从
16、而影响微生物对营养物质的吸收。（2）影响酶的活性。（3）降低微生物对高温的抵抗能力。6. 干燥对微生物的影响（1）影响：干燥可使蛋白质变性，引起代谢活动停止，细胞处于休眠状态，一旦提供潮气则可很快复活。（2）应用：用干燥法来保存细菌和防止食物腐败。,52,极端环境微生物的研究具有非常重要的意义,53,7.某些有机物对微生物的影响,（1）醇：醇作为脱水剂和脂溶剂可使蛋白质脱水并溶解胞膜的脂类物质而杀死微生物。70的乙醇杀菌能力最强，95乙醇杀菌差。甲醇杀菌力差，对人有毒，不作杀菌剂。丙醇、丁醇及其他高级醇的杀菌力均比乙醇强，但由于不溶于水，不作杀菌剂。（2）甲醛：福尔马林(370g-400gL的
17、甲醛溶液)是很有效的杀菌剂、防腐剂。甲醛与酶蛋白质的氨基结合而干扰细菌的代谢机能。用福尔马林蒸熏、消毒厂房及无菌室，用量为10ml/m3.,54,55,（3）表面活性剂：酚类：酚能引起蛋白质变性并破坏质膜，但低浓度时是微生物的营养源。常用的有苯酚与甲酚。甲酚与皂液配成来苏水，医院中常用。新洁尔灭：阳离子型表面活性剂，单季铵盐。属低效消毒剂。合成洗涤剂：阳离子型洗涤剂：有机铵盐，杀菌力强，ABS（丙稀四聚物型烷基苯磺酸钠）等因不能被生物降解，国内外已禁止生产。非离子型洗涤剂：没有杀菌力；阴离子型洗涤剂：烷基钠钾盐，目前使用的主要是的 LAS(直链烷基苯磺酸钠)合成洗涤剂，可被微生物降解。,56,
18、新 洁 尔 灭,来 苏 水,57,8.抗生素对微生物的影响,(1)概念：放线菌和霉菌产生,能杀死微生物或抑制其生长。(2)分类：广谱抗生素：如氯霉素、金霉素、土霉素和四环素等。狭谱抗生素：如青霉素只能杀死或抑制革兰氏阳性菌，多粘菌素只能杀死革兰氏阴性菌。,58,59,（3）抗生素的作用机理 A. 抑制细胞壁形成：青霉素、杆菌肽、环丝氨酸等。青霉素抑制阳性菌肽聚糖的合成，进而阻碍细胞壁合成，吸水等导致细胞膨大、胀破。 B. 破坏细胞膜结构：多粘菌素、短杆菌素等。多粘菌素中的游离氨基与革兰氏阴性菌质膜中的磷酸根结合而致其损伤和胞内物质泄漏。 C. 抑制蛋白质合成：广谱抗生素能与核糖体蛋白结合，抑制
19、蛋白质合成；或与酶组分中的金属离子结合，抑制酶的活性。 D. 干扰核酸的合成：争光霉素(博来霉素)、丝裂霉素(自力霉素)、放线菌素D(更生霉素)等与DNA结合，干扰DNA复制。,60,青霉素对G+的抑制作用,61,病菌的耐药性问题例1 各种抗生素发酵厂的废水含有一定浓度的抗生素，在废水生物处理初期的处理效果不好，经过相当长时间的驯化期后，活性污泥中的微生物逐渐适应了各种抗生素，进而降解抗生素，使废水得到净化。例2 人类滥用抗生素会引起病菌的耐药性,后果堪忧！,62,无抗奶？,63,第四节 微生物与微生物之间的关系,竞争关系原始合作关系：互生关系。共生关系偏害关系：特异性偏害和非特异性偏害。捕食关系寄生关系,64,第五节 菌种的退化、复壮与保藏,1. 菌种的退化：不定向性变异可能导致菌种的性能下降。2. 菌种的复壮：(1) 纯种分离复壮：稀释平板法、划线法等。(2) 通过寄生复壮：适用于寄生性微生物。(3) 联合复壮：通过基因突变等遗传育种方法。,65,3. 菌种的保藏,根据微生物的特性，创造人工条件（如低温, 干燥, 缺氧, 贫营养基, 添加保护剂等）保存微生物物种，使之处于休眠状态，不至于污染、退化或死亡。定期移植法、干燥法、隔绝空气法、蒸馏水悬浮法等。,
