微生物的生长繁殖.ppt

1、,第五章 微生物的生长繁殖 与生存因子,第一节 微生物的生长繁殖,一、微生物的生长繁殖的基本概念 1.生长：微生物新陈代谢，同化作用大于异化作用，微生物的细胞不断迅速增长的现象。,2.繁殖： 什么是微生物的繁殖？,繁殖,多细胞,不只是细胞个数的增长，如果只是细胞个数增长，而不是个体数目增长，不叫繁殖，叫生长。 不但细胞个数增加，个体也增加，则为繁殖,3.发育：微生物的生长与繁殖是个交替过程，从生长到繁殖的量变到质变的过程是发育。,4.世代时间：细菌两次分裂之间的时间。 当微生物的培养时间一定时，他的世代时间基本上也是稳定的。但是如果外界条件发生变化，世代时间也会变化。 世代时间越短，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。好氧微生物快于厌氧微生物。,二、研究微生物生长的方法,生长,单个体微生物生长,群体微生物生长,分批培养,连续培养,（一）分批培养,分批培养概念：将定量的微生物接种到封闭的具有 定量培养基的容器中，保持一定的温度、pH、DO，微生物进行生长繁殖。,请大家思考培养过程及最终结果，总结规律,生长曲线 将少量菌种接种到准备妥当的培养基中，进行分批培养，并且定时取样计数。以细菌的个数或干重质量为纵坐标，以培养时间为横坐标，将取样数据描点绘图，最终可得该细菌的生长曲线。,生长曲线分期：细分可分为6个时期即停滞期(适应期)、加速期、对数期、减速期、静止期、衰亡期

3、。 由于加速期和减速期持续时间很短，则把加速期并到停滞期，把减速期放到静止期中。故，将生长曲线粗分为四个生长期。,微生物生长曲线,1.停滞期 停滞期特点 生长速率等于零 细胞合成新的成分 补充消耗的材料 适应新的培养基或别的培养条件 细胞形态变大或变长 对外界不良环境敏感,细,菌,数,目,的,对,数,值,时间t,提问：为什么会出现停滞期呢？,特征： 不立即进行细胞分裂、增殖，数量不变甚至减少,适应环境（合成相应的酶），营养储备（用于复制合成）,停滞期,停滞期“万事开头难”,影响停滞期长短的因素 1.接种龄: 1)对数期“种子”，停滞期较短； 2)静止期期或衰亡期“种子”,停滞期较长； 接种量。

4、 1)接种量大，停滞期较短； 2)接种量小，体滞期较长。 培养基成分: 1)培养基成分丰富的，停滞期较短； 2)培养基成分与种子培养基一致,停滞期较短。,2.指数期 特点 生长速率最快，细胞呈指数增长 生长速率恒定 代谢旺盛，细胞成分平衡发展 群体的生理特性较一致,指数生长公式：,Nt= N02n,式中N0为起始细胞数目，Nt为指数生长某个时刻t时 的细胞数目，n为世代数。N0、Nt和t可由实验获得，n 可通过上式计算得出。,LgNt=lgN0+nlg2 n =（lgNt-lgN0 )/lg2 = 3.3(lgNt-lgN0),影响指数期的因素,菌种： 不同菌种的代时差异极大 营养成分：营养越

5、丰富，代时越短 营养物浓度：影响微生物的生长速率和总生长量 培养温度：影响微生物的生长速率,指数期的实践意义 是代谢、生理研究的良好材料 是增殖噬菌体的最适宿主菌龄 是发酵生产中用作“种子”的最佳种龄 G染色鉴定时采用此期微生物,3）稳定期 特点： 活细胞总数维持不变，即新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等，菌体总数达到最高点。 细胞生理上处于衰老，代谢活力钝化，细胞成分合成缓慢。 细胞生长速率为零,营养物质被消耗不能满足生长需要 代谢废物或有害物质积累到抑制生长水平 pH、氧化还原势等物化条件越来越不适应 新生率等于死亡率,4）衰亡期 特点： 细胞以指数速率死亡， 有时细胞死亡速率降低是由于抗性

6、细胞的积累； 细胞变形退化。,内源呼吸及死亡阶段 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？,影响衰亡期的因素,与菌种的遗传特性有关: 有些细菌的培养经历所有的各个生长时期，几天以后死亡, 有些细菌培养几个月乃至几年以后仍然有一些活的细胞； 与营养物质和有毒物质有关：补充营养和能源，以及中和环境毒性，可以减缓死亡期细胞的死亡速率，延长细菌培养物的存活时间。,一方面连续进料，另一方面又连续出料。 原理：进料=补足营养(“污染物”) 出料=稀释菌浓度、毒物浓度 它又分为两种： 1)恒浊连续培

7、养 2)恒化连续培养。,3.连续培养,恒浊培养基浊度恒定（实质是细菌数量恒定） 以浊度为控制指标。 当浊度大时，加大进水流速，降低浊度； 当浊度小时，降低流速，提高浊度。,1）恒浊连续培养,2）恒化连续培养,恒化进料营养物总量恒定 恒定的流速进水，恒定流速出水 尤其适合污水生物处理,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）,三、生长曲线在污水处理中的应用,污(废)水连续处理中的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。,对数期,衰老期,平推流式活性污泥法,稳定期

8、,总结,常规活性污泥法：利用减速期、静止期； 生物吸附法：静止期； 高负荷活性污泥法：对数期和减速期； 延时曝气法(氧化沟)：内源呼吸期,为什么常规活性污泥法不利用对数期而用静止期微生物？,第二节 微生物的生存因子,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12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。,所有微生物中，多部分是嗜中温菌，其他

9、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2030左右。 冬天，需要进行加热处理。,嗜冷菌，最适合在515，甚至很多细菌可以在0以下正常生存。 请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。,二、pH 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6.57.5，适应范围410；一般要求中性或偏碱性； 放线菌：最佳7.58.0，一般要求中性或偏

10、碱性； 霉菌和酵母菌：可在酸性或偏碱性环境生活，最喜欢36的环境。生长极限：1.510。,1.污水处理生物处理构筑物内pH控制在6.58.5之间。 2.微生物培养基中应该加入缓冲物质。 3.污泥厌氧处理时，也要控制好pH，一般在6.67.6，最好控制在6.87.2之间。,小结,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

11、呼吸，小于时进行无氧呼吸。 3.厌氧菌：200250 mV。,对于好氧生物处理系统，Eh 处于+200+600mV视为正常。 如果，出水中Eh下降，处理效果不佳。,四、溶解氧,微生物与O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

12、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， 对于生活污水厂，BOD5200300mg/L。如果曝气池的活性污泥浓度在20003000mg/L时，溶解氧必须保证在2mg/L以上。通常控制在34mg/L。 当供氧不足时，也会造成污泥的丝状菌膨胀。,（二）厌氧微生物 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

13、氢酶，专性厌氧微生物将被过氧化氢杀死。,厌氧微生物在培养时，培养基必须保证无氧。 方法：惰性气体驱氧：氮气或氦气。 用胶塞密封培养装置，并在容器中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。 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）兼性菌 有氧无氧都能生存。 兼性菌的作用： 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

14、污水必须脱氮。,氧气与微生物的关系,五. 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。 环境中水的有效性也水的活度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01之间，溶液浓度越大， w越小。,微生物一般在w为0.650.99的条件下生长, w过低时,大多数微生物将停止生长。 不同微生物的w也不同。,六、渗透压 用半透膜将两种不同浓度溶液隔开后即可产生渗透压。,微生物喜欢怎样的渗透压环境呢？,渗透压与浓度有关。 说明：浓度相同时，分子小的物质溶液渗透压大。 离子溶液比分子溶液渗透压大。,微生物在不同渗透压环

15、境中的状态,a.58.5g/L的NaCl（生理盐水0.9） b.0.1g/L的NaCl c.200g/L的NaCl,a.等渗溶液，细胞形态与大小不变。 b.低渗溶液，溶液中水分进入细胞内部，细胞膨胀。 c.高渗溶液，细胞内水分流出，细胞发生质壁分离。,人们常吃的咸菜、腌肉可以存放很长时间而不变质，为什么呢？,革兰氏阳性菌体内渗透压(2025）101kPa。 革兰氏阴性菌体内渗透压（56） 101kPa。,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200390nm的部分。具有杀菌功能。尤其 260nm左右。 人们制造的紫外

16、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；

17、2.与蛋白质结合，发生变性或沉淀。,四、极端温度 指的是高温。 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 （160170）,干热灭菌法,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：将牛奶等饮品在6366加热30分钟或在71加热15分钟。 既杀菌又可最大限度保存营养。,五、极端pH值对微生物的影响,提示：结合等电点及pH对酶促反应的影响进行理解。 1.p

18、H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，不做杀毒及。 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.甲醛 40福尔马林溶液。,3.酚及其衍生物 可以使蛋

19、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（4090）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。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。有些抗生素组织双链分开，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 两种微生物必须生存在同一环境中，不能单独生存