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1、第七章,微生物的生长和遗传变异,第一节,微生物的生长及其特性,一、微生物生长繁殖的概念,?,1.,生长、繁殖,?,生长：微生物细胞的增长。（个体体积的增加）,?,（单细胞、多细胞）,?,繁殖：微生物个体数目的增加。个体生长到一定阶段，通过特,定方式产生新个体，即引起生命个体数量增加的生物学过程,?,群体生长：个体的进一步生长，就引起了群体的生长；群体的,生长可以用,重量,、,体积,、,个体浓度,或,密度,指标来测定。,?,群体生长个体生长,+,个体繁殖,?,一般微生物的研究和应用中，只有群体的生长才有意义，所以,通常讲的“生长”是指,群体生长,。这一点与研究大生物时有所,不同。,?,（,1,）
2、概念,?,两次细胞分裂的时间间隔，称为,世代时间,。,?,（,2,）影响,?,世代时间受培养环境的影响。,?,不同的微生物，生长繁殖速度不同，世代时间也有不,同。,2.,世代时间,注意与生长,繁殖的区别,二、微生物生长的测定方法,（一）、计数法,显微镜直接计数法,荧光染色计数法,活菌计数法,特定微生物计数法,涂片染色法,计数器测定法,比例计数法,平板计数法,液体计数法,薄膜计数法,电子计数器计数,测含氮量,测含碳量,重量法,光密度法,（,OD,）,元素法,细胞物质含量法,其他,生理指标法,蛋白质,DNA,RNA,生物醌,二、测生长量法,显微镜直接计数法,?,显微镜直接计数法又称全数法，是常用的
3、,微生物生长测定方法，其特点是测定过程,快速，但不能区分微生物的死活。,涂片染色法,应用：可同时计数不同微生物的菌数，适,于土壤、牛奶中细菌计数。,方法：用镜台测微尺计算出视野面积；取,0.1ml,菌液涂于,1cm,2,面积上，计数后代,入公式：,每,ml,原菌液含菌数,=,视野中平均菌数涂布面积,/,视野面积,100,稀释倍数,使用细菌计数板或血球计数板在显微镜下直接计数。,原理：将,1cm,2,0.1mm,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，如血球、酵母菌等。不适,用于
4、细菌等个体较小的细胞，因为（,1,）细菌细胞太小，不,易沉降；（,2,）在油镜下看不清网格线，超出油镜工作距离。,优点：操作简便，计数直观。,缺点：不能区分死菌与活菌；不适于对运动细菌的计数；需,要相对高的细菌浓度；个体小的细菌在显微镜下难以观察,计数器计数法,比例计数法,?,将待测样品溶液与等体积的血液（或,其他参照）混合，然后涂片，在显微镜下,测定微生物与红血球数的比例，因血液中,的红血球数已知,(,男性,400,500,万个,mL,，,女性,350-450,万个,mL),，由此可以测得微,生物数量。,?,荧光染色计数法,?,DAPI(4,，,6-diamidino-2-phenylind
5、ole,，,4,，,6-,二脒基,2,苯基吲哚,),、,DTAF,（,5-(4,，,6-Dichloro-1,，,3,，,5-triazin-2-y1,）,aminofluoreseein,，二氯三,嗪基氨基荧光素,都是常用的无毒性荧光染料，能够与,DNA,双链强力结合,并产生荧光。,DAPI,染色计数法是利用,DAPI,染料与微生物的,DNA,结合产,生荧光，从而在荧光显微镜下进行微生物计数的方法。因为,DAPI,可以透,过完整的细胞膜，它可以用于细胞的染色。,DAPI,与双链,DNA,结合时，主要结合在,DNA,的,A-T,碱基区，产生的,荧光基团的吸收峰是,358nm,，紫外光激发时发射
6、明亮的蓝色荧光，使得,DAPI,成为了一种常用的荧光检测信号。,DAPI,也可以和,RNA,结合，但产,生的荧光强度不及与,DNA,结合的结果，其发散光的波长范围约在,400nm,左右。,?,DAPI,的发散光为蓝色，且,DAPI,和绿色荧光蛋白,(Greenfluorescentprotein,，,GFP),或,TexasRed,染剂,(,红色荧光染剂,),的发射波,长，仅有少部分重叠，因此可以利用这项特性在单一的样品上进行多重,荧光染色。,DAPI/DTAF,染色计数法具有专一性强、灵敏度高、稳定性好、,使用方便等特点。此外，荧光染色法还可以与流式细胞计数仪联合使用,以便更快速、准确地处理
7、大量的微生物样本，如细胞分类计数等。,活菌计数法,?,活菌计数法又称间接计数法，是通过,测定样品中活的微生物数量来间接地表示,微生物的数量。因此，这种方法不含死的,微生物细胞，而且测定所需的时间也较长。,常用的有平板计数法、液体计数法和薄膜,计数法。,平板计数法（稀释平板计数法）,?,对样品进行适当稀释,单个微生物在适宜的固体培养基表面或内部生,长、繁殖,肉眼可见的菌落,对菌落数目的计数推测样品中的微生物,细胞数,?,传统计数方法。对设备要求不高。,10,-3,10,-5,10,-4,10,-6,平板菌落计数法,最常用的活菌计数法。,将适当稀释的菌液倾注平板或涂布在平板表面，经保,温培养后，以
8、平板上出现的菌落数乘以稀释度就可,以计算出原菌液的含菌量。,直径,9cm,的培养皿平板上出现菌落数一般以,50500,为,宜。按照国家标准规定的样品菌落总数测定的计数,原则，以平板菌落数在,30300,之间为报告依据。,9ml,9ml,9ml,9ml,1ml,1ml,1ml,1ml,1ml,1ml,1ml,2,2,2,平板菌落计数法,技术要求：样品充分混匀，操作熟练快速（,1520min,完,成操作），严格无菌操作；,注意事项：每一支吸管只能用于一个稀释度，样品混匀,处理，倾注平板时的培养基温度；,适用范围：中温、好氧和兼性厌氧、能在营养琼脂上生,长的微生物，,误差：多次稀释造成的误差是主要来
9、源，其次还有由于,样品内菌体分布不均匀、以及不当操作,?,涂布平板法,?,使用较多的常规方法，但有时涂布不均匀！（一般,0.2ml,）,同一稀释度三个以上重复,取平均值；,每支移液管及涂布棒只能接触一个,稀释度的菌液；,样品充分混匀；,每个平板上的菌落数目合适，便于,准确计数,；,要求,：,每,ml,活菌数同一稀释度平均数稀释倍数,5,注意：要三个以上重复平板平均计数；不适合丝状菌,稀释液体计数法又称,MPN,（,Most,Probable Number,）法,或最可能数法,?,特点：液体培养、统计学查表计数,?,例如测定水中大肠菌群的数量,?,方法：菌样巧妙稀释、稀释接种、样品培,养、统计查
10、表计算,?,统计出数量指标,?,查表表,MPN,表（,P449,）,?,计算,?,水中大肠菌群、铁细菌、硝化菌、亚硝化菌,也用这种方法进行数量统计。,液体稀释法,对样品做,10,倍连续稀释，从适宜的,3,个连续稀释度,中各取,5ml,试样，接种,3,组共,9,支装有培养液的试,管中（每管接入,1ml,）。经培养后，记录每个稀,释度出现生长的试管数，然后查,M.P.N.,表（,most,probable number,，最大可能数），根据样品稀释,倍数就可计算处其中的活菌含量。,9ml,9ml,9ml,9ml,1ml,1ml,1ml,3,3,3,1ml,1ml,1ml,1ml,薄膜过滤计数法,常
11、用该法测定含菌量较少的空气和水中的微生物数目。,将定量的样品通过薄膜（硝化纤维素薄膜、醋酸纤维,薄膜）过滤，菌体被阻留在滤膜上，取下滤膜进行培,养，然后计算菌落数，可求出样品中所含菌数。,滤膜计数法,荧光原位杂交（,fluorescence in situ,hybridization,）（,FISH,）,?,FISH,的基本原理是用已知的标记单链核酸为探针，,按照碱基互补的原则，与待检材料中未知的单链,核酸进行特异性结合，形成可被检测的杂交双链,核酸。由于,DNA,分子在染色体上是沿着染色体纵,轴呈线性排列，因而可以将探针直接与染色体进,行杂交从而将特定的基因在染色体上定位。与传,统的放射性标
12、记原位杂交相比，荧光原位杂交具,有快速、检测信号强、杂交特异性高和可以多重,染色等特点，因此在分子细胞遗传学领域受到普,遍关注。目前这项技术已经广泛应用于动植物基,因组结构研究、染色体精细结构变异分析、病毒,感染分析、人类产前诊断、肿瘤遗传学和基因组,进化研究等许多领域。,?,FISH,大名鼎鼎（,fluorescence in situ hybridization,）。是钓鱼,用具，鱼就是染色体上的,DNA,序列。前提是必须知道这个序,列的编码顺序，因为知道顺序才能够制作鱼饵。荧光用来显示,鱼的情况（位置，量）。,?,钓鱼要准备这些东西：,1,、上哪钓鱼,固定生物样本并准备,显微镜涂片。,?
13、,2,、特殊眼镜,预先调节显微镜。,?,3,、定位工具,标记探针。,?,4,、诱敌深入,对目标,DNA,进行变性。,?,5,、钓鱼,进行原位杂交和杂交后洗涤。,?,6,、看鱼之前,免疫细胞化学染色。,?,7,、看鱼,显微镜观察。,干重法,将一定量的菌液中的菌体通过离心或过滤分离,出来,然后烘干,(,干燥温度可采用105、100,或80)、称重。一般干重为湿重的,10%,20%,，,而一个细菌细胞一般重约,10,-12,10,-13,g,。,该法适合菌浓较高的样品。,举例：大肠杆菌一个细胞一般重约,10,12,10,13,g,，液体,培养物中细胞浓度达到,2,10,9,个,/ml,时，,100m
14、l,培养物,可得,1090mg,干重的细胞。,比浊法,原理是在一定范围内，菌悬液中的细胞浓度与混浊度成,正比，即与光密度成正比，菌数越多，光密度越大。因,此，借助于分光光度计，在一定波长下测定菌悬液的光,密度，就可反应出菌液的浓度。,特点：快速、简便；但易受干扰。,生理指标法,?,测含氮量,蛋白质是细胞的主要物质，含量稳定，而氮是蛋白质的主,要成分，通过测含氮量就可推知微生物的浓度。,一般细菌含氮量为干重的,12.5%,，酵母菌为,7.5%,，霉菌为,6.0%,，根据一定体积培养液中的含氮量再乘以,6.25,，就可,测得粗蛋白的含量。,?,其他方法,含碳、磷、,DNA,、,RNA,、耗氧量、消
15、耗底物量、产二氧化碳、,产酸、产热、粘度等，都可用于生长量的测定。,?,1,培养方法,?,分批培养：,一定,的环境下，微生物在,一个,有液体培,养基的容器内生长繁殖。,?,连续培养：,流入新鲜培养基的同时不断流出培养物,的培养方式。,三、,微生物的生长特性,（群体生长）,典型生长曲线,(P122),：,将菌种接种在液体培养,基中隔一定时间取样，计算,菌数，以菌数的对数为纵坐,标，生长时间为横坐标作图。,?,包括,延滞期,、,指数期,、,稳定,期,和,衰亡期,等四个时期,。,典型生长曲线，只适用于单细胞微生物如细菌和酵母菌，对于,丝状生长的真菌或放线菌,还有活性污泥，则只能按微生物的重,量绘制生
16、长曲线,只能获得,非典型的生长曲线,.,2,、分批培养微生物的生长规律,加速期,减速期,（,1,）延滞期,又称停滞期、调整期或适应期。指少量微生物接,种到新培养液中后，在开始培养的一段时间内细胞数,目不增加的时期。,特点：,生长,速率常数等于零。,细胞形态变大或增长,细胞内,RNA,尤其是,rRNA,含量增高，原生质呈嗜碱性。,合成代谢活跃。,对外界不良条件反应敏感。,如何知,道处于,对数期,影响延滞期长短的因素,：,接种龄,接种龄即“种子”,的群体生长年龄，亦即它处在,生长曲线上的哪一个阶段。实验证明，如果以,对数期,接种,龄的“种子”接种，则子代培养物的延滞期就短。,接种量,接种量的大小明
17、显影响延滞期的长短。,（基数大）,培养基成分,接种到营养丰富的天然培养基中的微生物，要,比接种到营养单调的组合培养基中的延滞期短。,（,2,）指数期,又称对数期，是指在生长曲线中，紧接着延滞期,的一个细胞以几何级数速度分裂的一段时期。,特点：,生长速率常数,R,最大，因而细胞每分裂一次所需的代,时,G,或原生质增加一倍所需的倍增时间最短；,细胞进行平衡生长，菌体内各种成分最为均匀；,酶系活跃，代谢旺盛。,指数期的微生物可作为代谢、生理等研究的良好材料，,是发酵生产中用作“种子”的最佳种龄。,?,繁殖代数,n,：,x,2,=x,1,2,n,以对数表示：,lgx,2,=lgx,1,+nlg2,?,
18、生长速率常数,R,?,世代时间,G,指数生长期的三个参数,（,3,）稳定期,又称静止期或最高生长期。,?,特点：,?,细胞数目不增加,(R=0),，即处于新繁殖的细胞数与衰亡的,细胞数相等，或正生长与负生长相等的动态平衡之中。,?,菌体产量达到了最高点，而且菌体产量与营养物质的消耗,间呈现出一定的比例关系,?,细胞长、大,?,代谢旺盛,(RNA,含量增加,),?,诱导酶迅速合成,?,对不良条件敏感，抵抗力降低,?,稳定期到来的原因主要是：,营养物尤其是生长限制因子的耗尽；,营养物的比例失调，例如,C,N,比值不合适等；,有害代谢产物的累积；,pH,、氧化还原势等物化条件越来越不适宜，等等。,在
19、稳定期时，细胞开始贮存糖原、异染颗粒和脂肪等贮藏物；,多数芽孢杆菌在这时开始形成芽孢；有的微生物在稳定期时还开,始合成抗生素等次生代谢产物。,?,应用,稳定期是以生产菌体或与菌体生长相平行的代谢产物,的最佳收获期，也是对某些生长因子例如维生素和氨基酸,等进行生物测定的必要前提。,此外，由于对稳定期到来的原因进行研究，还促进了,连续培养技术的设计和研究。,注意三条曲线：生长曲线、底物消耗曲线、代谢产物合成,曲线。,（,4,）衰亡期,?,特点：,?,个体死亡的速度超过新生的速度,(,繁殖数,死亡数,),，整个群,体就呈现出负生长（,R0,）。,?,细胞形态多样，例如会产生很多膨大、不规则的退化形态
20、；,?,有的微生物因蛋白水解酶活力的增强就发生自溶；,?,有的微生物在这时产生或释放对人类有用的抗生素等次生,代谢产物；,?,在芽孢杆菌中，芽孢释放往往也发生在这一时期,?,产生衰亡期的原因主要是外界环境对继续生长越来越,不利，从而引起,细胞内的分解,代谢大大超过合成代谢，,继而导致菌体死亡。,?,如：营养物耗尽，细菌利用贮存颗粒进行内源呼吸造,成自身溶解；有毒代谢物积累，抑制细菌生长等。,?,活性污泥法的微生物的生长规律和纯菌种的一致，,生长曲线也相似；,?,一般划为三个阶段：生长上升阶段、生长下降阶,段、内源呼吸阶段,微生物生长曲线（按活微生物重量绘制）,mg/L,活,细,菌,重,量,细菌
21、,内源呼吸,生长率,上,升,阶段,及细菌大量,死亡,阶段,生长率,下,降,阶段,t,0,时间,生长速率上升阶段,?,提问：为什么培养初期细菌群体重量增长速率随,时间不断增大？,?,A.,营养物丰富，细菌增殖；,B.,细菌在细胞内以糖,原、油滴等形式储存营养物，细菌个体重量增大,生长率,上升阶段,mg/,m,L,0,时间,t,活,细,胞,重,量,生长速率下降阶段,?,提问：为什么增长速率较前下降了？,时间,活,细,胞,重,量,?,营养物浓度（好氧细菌还包括氧气）下降,?,这些限制性因素还不,是十分严重，细菌的代,谢速度变慢，没有停止,?,代谢产物积累对细菌的某些酶产生抑制,生长率下,降阶段,内源
22、呼吸,及死亡阶段,?,内源呼吸,+,毒物浓度更高,?,（个体）瘦,死,?,（群体）死亡率大于出生率,?,从曲线上反映为活细菌重量的进一步持续下降。,?,提问：此时细菌的出生率是否为零呢？为什么？,?,不是，利用死亡细菌的残体营养,?,各种生物具有类似的规律,?,实验室通常采用细菌的数量变化绘制生长曲线，虽然两种曲,线在本质上是相同的，但两种曲线也有它自身的特点和用途。,(“,落红不是无情物，化做红泥更护花。,或人吃人”,),P123,3.,连续培养微生物的生长规律,?,两种连续培养方式：,?,恒浊连续培养：维持培养,液中细菌的浓度恒定。,?,恒化连续培养：维持进水,中营养成分恒定。,适合污,水
23、生物处理。,连续培养装置示意图,目前,污水连续生物处理法均类似于恒化连续,培养；（流速不完全恒定）,恒浊器,：,这是根据培养器内微生物的生长密度，并,借光电控,制系统,来控制培养液流速，以取得菌体密度高、生长速,度恒定的微生物细胞的连续培养器。,在恒浊器中的微生物，始终能以最高生长速率进行,生长，并可在允许范围内控制不同的菌体密度。,连续培养的设备,恒化器,：,与恒浊器相反，恒化,器是一种设法使培养液流,速保持不变，并使微生物,始终在低于其最高生长速,率条件下进行生长繁殖的,一种连续培养装置。,通过控制某一种营养,物的浓度，使其始终成为,生长限制因子的条件下达,到的。,在连续培养中，微生物的生
24、长状态和规律与分,批培养不同，往往是处在相当于分批培养中生长曲,线的某一生长阶段。,如：废水生物处理的连续运行过程中，活性污泥,中的微生物处在相当于分批培养生长曲线的生长阶,段：加速期或对数期，或静止期或衰亡期。,连续培养微生物的生长规律,?,污水连续处理中，细菌生长状态跟具体的生物,处理方法有关，不同的生物反应构筑物，细菌,的生长状态可能不同，甚至在同一个构筑物中，,不同位置的细菌生长状态，但要以某种状态为,主。,4.,生长曲线在污水生物处理中的应用,进水,对数期,衰老期,平,推,流,式,活,性,污,泥,法,稳定期,占优势,?,废水生物处理设计时，按废水的水质情况，可利用不同阶段的,微生物处
25、理废水。,如：,?,常规活性污泥法，,生长下降,阶段（减速、静止期）（,P125,）,?,生物吸附法，生长下降阶段（静止期）,?,高负荷活性污泥法，生长上升阶段（对数期），和生长下降阶段（减,速期）,?,延时曝气法处理低浓度有机废水，利用衰亡期微生物,?,此外，还需考虑到控制微生物生长的一些参数，如稀释速率,D,（,P126,）,第二节,微生物的生存因子（环境因,素对微生物的长的影响）,微生物正常生存，需要营养，除此以,外，还需要合适的温度、,pH,、氧气等环境,条件。,一、,温度,温度对于微生物有那些影响？,温度是微生物最重要的生存条件之一。,当处于最佳范围时，每上升10，酶促反应速度提,高
26、,1,2,倍。代谢速率和生长速率也提高，繁殖能力,最强，微生物进行大量繁殖。,不同微生物对温度的要求不同。可将微生物分为嗜,冷菌、嗜中温菌、嗜热菌、嗜超热菌。,细菌,最低温度,（）,最适温度,（）,最高温度,（）,嗜冷菌,5,0,5,10,20,30,嗜中温菌,5,10,25,40,45,50,嗜热菌,30,50,60,70,80,嗜超热菌,55以上,70,105,110,113,低温、中温和高温细菌的生长温度范围,所有微生物中，多部分是嗜中温菌，其他,较少。,污水处理系统中，为了保证微生物能够处,于较好的工作状态，需要为其提供较适合的温,度。一般控制在,20,30左右。,嗜冷菌，最适合在,5
27、,15,，甚至很多细菌可,以在,0,以下正常生存。,可以解释冰箱中冷藏的蔬菜、水果发霉变质腐,烂的原因。,小结：,微生物的培养应该在最佳温度范围进行。,超过最高温度会对细菌造成伤害甚至导致死亡。,低温有抑制细菌作用。可以让微生物休眠，但不会导致死,亡。温度升高时，活性即可恢复。,?,微生物也有最适应的,pH,范围，微生物不同，,pH,范围不同。,?,多数细菌：最佳,6.5,7.5,，适应范围,4,10,；,一般要求中性或偏碱性；,?,放线菌：最佳,7.5,8.0,，一般要求中性或偏碱,性；,?,霉菌和酵母菌：可在酸性或偏碱性环境生活，,最喜欢,3,6,的环境。生长极限：,1.5,10,。,二、
28、,pH,?,1.,污水处理生物处理构筑物内,pH,控制在,6.5,8.5,之间。,?,2.,微生物培养过程中，培养基的,pH,值下降或上升，,如何调控？（加入缓冲物质，或通过在线监测用,泵加酸或碱）,?,3.,污泥厌氧处理时，也要控制好,pH,，一般在,6.6,7.6,，最好控制在,6.8,7.2,之间。,小结,?,各种工业废水通常设前调节池，维持曝气,池,pH7,左右。,?,事实上，净化污,(,废,),水的微生物适应,pH,变,化的能力比较强，,pH,在,6,5,8,5,均可不,加调节。,?,微生物在其生命活动过程中会能动地改变,外界环境的,pH,那么如何控制,pH,值？,?,通过总结实践中
29、的经验,一般把调节,pH,的措施分成,治标,和,治本,两大类,前者是根据表面现象而进行的,直接,及时,快速但不持久的表面化调节,后者则是根,据内在机制而采用的间接,缓效但可发挥持久作用的,调节,.,现将这两类措施表解如下,:,pH,调节,过酸,治标,治本,过酸,过碱,过碱,加入,NaOH,Na2CO3,等碱液中和治标,加入,H2SO4,HCl,等酸液中和,1,、加适当氮源,如：加尿素,NaNO3,NH4OH,或蛋白质等,2,、提高通气量,1,、加适当碳源,:,加糖,乳酸,醋酸,柠檬酸或油脂等,2,、降低通气量,虽然微生物外环境的,pH,变化很大,但细胞内环境中的,pH,却相当稳定,一般都接近中
30、性,.,这就免除了,DNA,ATP,菌绿素和叶绿素等重要成分被酸破坏,或,RNA,磷脂类等被碱破坏的可能性,.,与细胞内环境的,中性,pH,相适应的是,胞内酶的最适,pH,一般都接近中,性,而位于周质空间的酶和分泌到细胞外的胞外酶的,最适,pH,则接近环境的,pH,.,pH,除了对细胞发生直接,影响之外,还对细胞产生种种间接的影响,.,例如,可影,响培养基中营养物质的离子化程度,从而影响微生物,对营养物质的吸收,影响环境中有害物质对微生物的,毒性,以及影响代谢反应中各种酶的活性等,.,三、氧化还原电位,?,用,Eh,表示，单位为,V,或,mV,。,?,氧化环境时，,Eh,为正，充满氧气时，上限
31、为,+820mV,；还原环境时，,mV,为负，充满氢气时，,下限为,-400 mV,。,不同微生物要求的氧化还原电位不同：,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,为槛，大于时进行好氧呼吸，小于时进行,无氧呼吸。,3.,厌氧菌：,200,250 mV,。,对于好氧生物处理系统，,E,h,处于,+200,+600mV,视为正常。,如果，出水中,E,h,下降，处理效果不佳。,四、溶解氧,(P100),微生物,与氧气,的关系,好氧微生物,厌氧微生物,兼性微生物,专性好氧微生物,微量好氧微生物,专性厌氧氧微生物,耐氧厌氧
32、微生物,（一）,好氧微生物,必须有氧才能生存，氧气对于好氧微生物的作用：,1.,最终电子受体；,2.,参与物质合成,好氧微生物做好氧呼吸时，会产生毒害物质如：过氧化,氢、过氧化物羟自由基等。但由于好氧微生物体内也有,相应的酶可以分解上述物质，因此，好氧微生物可以在,氧气条件下正常生存。,好氧微生物所需要的氧气是溶解在水中的氧气，即,DO,。,溶解氧与大气压力及温度有关，温度越高，溶解氧越,低。,?,好氧生物处理系统中，为了保证微生物的正常工,作，必须为它们提供足够的溶解氧。,?,工程上，通常采用鼓风曝气的形式向水中强制充,氧。,反应器中，采用何种方式？,?,对于生活污水厂，,BOD,5,200
33、,300mg/L,。如果曝,气池的活性污泥浓度在,2000,3000mg/L,时，溶,解氧必须保证在,2mg/L,以上。通常控制在,3,4mg/L,。,?,当供氧不足时，也会造成污泥的丝状菌膨胀。,?,可分为两种，一种有氧就要死亡；另一种，有,氧无氧无所谓，生活过程中，不会中毒也不利,用氧。,?,通常说的厌氧菌多指第一种，称为专项厌氧菌。,它在有氧条件下，代谢过程中会产生过氧化氢，,但体内不具有过氧化氢酶，专性厌氧微生物将,被过氧化氢杀死。,（二）厌氧微生物,?,厌氧微生物在培养时，培养基必须保证无氧。,?,方法：,（,1,）惰性气体驱氧：氮气或氦气。,（,2,）用胶塞密封培养装置，并在容器中
34、加入氧化还原,性颜料（甲基蓝或刃天青），当在还原态时无色，氧,化态时显色。一旦显色，说明有氧存在。,（,3,）可在培养装置中预先加入些兼性微生物混合培养，,一旦有氧，可被兼性细菌消耗掉。,（三）兼性厌氧菌,?,有氧无氧都能生存。,?,作用：,1.,积极作用：,a.,污水处理,溶解氧充足时，好氧菌与兼性菌都起作用，当供氧,故障时，兼性菌仍可起作用，但不如有足够溶解氧时处理,效果好。,b.,水解酸化,c.,脱氮,2.,消极作用：,a.,土壤脱氮，,N,素损失，土壤肥力下降。,b.,产生亚硝酸胺,氧气与微生物的关系,类型,与,O,2,关系,代谢类型,专性好氧,必须有氧,好氧呼吸,微好氧,有氧，含量低
35、,好氧呼吸,兼性,可有、可无,有氧呼吸或发酵、,无氧呼吸,专性厌氧,氧有毒害或致死,无氧呼吸,耐氧,可在有氧下存活，不用氧气,发酵,?,1.,辐射,?,2.,水的活度,?,3.,渗透压,?,4.,表面张力,（如：表面活性剂）,五、其它因子,水活度,水分对微生物很重要，但是，水对微生物的影响，不但取,决于环境中水的含量，更取决于水的有效性。,环境中水的有效性用水的活度,w,表示。,w,指在一定温度和压力下，溶质蒸气压与纯水蒸气压之,比。,环境中的,w,介于,0,1,之间，溶液浓度越大，,w,越小。,微生物一般在,w,为,0.65,0.99,的条件下生长,w,过,低时,大多数微生物将停止生长。,不
36、同微生物的,w,也不同。,第三节,不利因子对于微生物的影响,辐射、极端温度、极端,pH,、重金属离子等,一、辐射,1.UV,（紫外线）,日光中波长在,200,390nm,的部分。具有杀菌功能。尤,其,260nm,左右。,人们制造的紫外杀菌灯的波长为,253.7nm,。由于穿透,力差，只能进行：,a.,空气消毒,b.,表面消毒：,c.,诱变育种：,X,射线和,射线,?,2.,电离辐射,为高能电磁波，具有较强的穿透力。常用于罐头消毒。,二、超声波与微波,1.,超声波,频率在,20000Hz,以上的人耳听不到的声波。对于微,生物具有破坏能力。超声波频率越高，杀菌效果越,好。杆菌比球菌易被杀死。大的细
37、菌比小的细菌易,被杀死。,作用机理,a.,超声波作用下，内含物剧烈振荡，失去活性；,b.,溶液受超声波作用产生空腔，巨大压力导致细菌,死亡,c.,溶液产生大量微小气泡，对微生物进行猛烈冲击，,细菌破裂。,2.,微波,三、重金属离子,机理：,1.,与酶的,SH,基结合，导致酶失去活性；,2.,与蛋白质结合，发生变性或沉淀。,四、极端温度,常用高温消毒或灭绝。二者概念不同。,消毒：杀死所有营养细胞和一些芽孢。,灭菌：利用高温、物理、化学方法将所有微生物营养,细胞和所有芽孢或孢子全部杀死。,极端,温度,影响,消毒,巴斯德消毒法,煮沸消毒法,灭菌,灼烧,烘箱热空气法,（,160,170,）,干热灭菌法
38、,湿热灭菌法,高压蒸汽灭菌,（,0.105MPa,，,121,）,牛奶、饮品,常压蒸汽灭菌,（,100,）,巴斯德消毒法：,用于牛奶,啤酒,果酒和酱油等不能进行高温灭菌的液体的一种消毒方法,其主要目的是杀死其中无芽孢的病原菌,(,如牛奶中的结核杆菌或沙门氏,菌,),而又不影响它们的风味,.,低温维持法,(LTLT),:,在,63,（,61.6-62.8,）下保持,30,分钟可进行牛奶,消毒,;,高温瞬时法,(HTST):,用于牛奶消毒时只要在,72,（,71.7,）下保持,15,30,秒钟即可,.,1856,年，法国多尔城酒坊生产的一批口味纯正的啤酒一两天之内全部,变得酸溜溜的。老板心急如焚地
39、向巴斯德求救。,巴斯德用显微镜仔细观察。他发现变酸啤酒里尽是些胡文虎克早年报,道过的杆状细菌,(,乳酸杆菌,),，而口味正常的啤酒内却是些从未见过的,形状奇特圆头圆脑的小怪物,(,酵母菌,),；继续观察还发现，酒内乳酸杆,菌数量越多，就酸度越大。巴斯德运用显微镜观察找到了啤酒变酸的,原因：酿好的啤酒受到乳酸杆菌污染所致。用什么方法，既能杀死酒,内的乳酸杆菌，制止酸化，又能保持啤酒的芳香口味呢？巴斯德通过,实验室的反复试验观察，终于寻找到一种两全其美的杀菌消毒方法,把啤酒加热至,61.7,保持,3,分钟时间。这就是人们为了纪念这位卓越,的科学家而命名的巴氏消毒法。,五、极端,pH,值对微生物的影
40、响,1.pH,过低，改变微生物表面带电状态，由带负电改为,带正电。影响对营养物质的吸收。,2.,过高过低,pH,值导致有机物离子化。进而间接影响微,生物。,3.,酶促反应收到抑制，甚至酶系统遭到破坏。,4.,过高过低,pH,降低微生物对高温的抵抗力。,六、干燥,七、醇、醛、酚等对微生物的影响,1.,醇,醇为脱水剂也为脂溶剂。可以导致蛋白脱水、溶解,细胞膜的脂类物质。从而达到杀菌的目的。（医生,打针）。常用的醇为乙醇。,注意：,1.,乙醇杀菌的能力并不于浓度成正比，在,70,时最强。,2.,甲醇杀毒差且毒性强，不做杀毒剂。,3.,丙醇、丁醇杀毒能力比乙醇大，但不溶于水，也,不做杀毒剂。,2.,甲
41、醛,40,福尔马林溶液。,3.,酚及其衍生物,可以使蛋白质变性，并破坏细胞膜。,4.,洗涤剂,八、抗生素对微生物的影响,抗生素,广谱抗生素：金霉素、氯霉素、土霉素等,狭谱抗生素,青霉素：,G,+,多粘菌素：,G,不同的抗生素针对微生物的不同部位发生作用。,1.,破坏微生物细胞壁,青霉素抑制革兰氏阳性菌的肽聚糖（,40,90,）的,合成，导致细胞壁合成受阻，微生物失去保护。加,之在膜内外渗透压的作用下，革兰氏阳性菌被杀死。,说明：人类细胞不具有细胞壁，不受青霉素损害。,2.,破坏微生物细胞质膜,多粘菌素的游离氨基可与革兰氏阴性菌细胞质膜的,磷酸根结合，损害细胞质膜，破坏细胞质膜的渗透,屏障作用。
42、导致体内核酸外流，死亡。,3.,抑制蛋白质合成,氯霉素、金霉素、土霉素等与核糖体蛋白结合，抑,制蛋白质的合成。,4.,干扰核酸的合成,部分抗生素可以与,DNA,结合，干扰,DNA,复制。有些抗,生素影响双链分开，破坏复制。,第四节,微生物之间的关系,微生物,之间关,系,种内关系,竞争,互助,种间关系,竞争,互生,共生,偏害,寄生,捕食,1.,竞争,不同微生物对于生存环境中的共同物质互相竞争得,关系。,例证：污水处理中经常存在着对,DO,及营养的竞争。,2.,互生（原始合作关系）,两种生物可单独生存，但如果共同生存可以生活得更,好。彼此互相有利。,例证：固氮菌与纤维素分解菌,3.,共生,两种微生
43、物必须生存在同一环境中，不能单独生存。,利用自身的独特功能组成共同体，在营养上互利。,例证：地衣（真菌与藻类）,4.,偏害（拮抗关系）,两种微生物生存在同一环境中时，甲微生物对于乙微,生物有害，但乙对于甲无害。,偏害分为非特异性偏害与特异性偏害。,非特异性偏害例证：乳酸菌与其他微生物,特异性偏害例证：青霉菌与革兰氏阳性菌,5.,捕食,两种微生物生存在同一环境中时，甲微生物吞食乙微,生物。,例证：原生动物与细菌、真菌等,6.,寄生,两种微生物生存在同一环境中时，甲微生物寄生在乙,微生物内从而获得营养。,例证：噬菌体与细菌,第五节,菌种的退化、复壮与保藏,一、基本概念,1.,菌种退化,微生物易变异
44、。变异分为正变和负变。所谓退化，指,的是负变。,菌种退化：指群体中退化的细菌占到一定数量后表现,出的菌种性能下降的现象。,2.,菌种复壮,为了保持菌种的优良特性能够得到保存，需要进行退,化菌种的复壮。方法有纯种分离、寄生复壮等。,3.,保藏,对于优良的菌种需要进行保藏，以便更好的进行科研、,生产及教学工作。,保藏目的：使优良菌种不受污染、不退化、不死亡。,保藏原理：人为的创造一定的环境，使被保藏的菌种,处于很低的新陈代谢状态，使微生物的生长、繁殖受,到抑制，使微生物处于休眠状态。,保藏方法：定期移植、干燥、隔绝空气、冷冻等。,思考,?,1.,画图解释微生物生长曲线各个时期的特征。常,规活性污泥法应该利用那个时期的微生物？为什,么？,?,2.pH,过高或过低对微生物生长有什么影响？为什,么污水生物处理的,pH,一般要维持在,6.5,以上？,?,3.,微生物培养过程中，什么原因使培养基,pH,下降？,什么原因使,pH,上升？在生产中如何调节控制,pH,？,?,4.,好氧微生物培养中，如何控制溶氧浓度？,
