第七章 微生物的生长和遗传变异

1、第七章第七章 微生物的生长和遗传变异微生物的生长和遗传变异n主要教学内容：主要教学内容：第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传第三节第三节 微生物的变异微生物的变异第四节第四节 遗传工程遗传工程第五节第五节 微生物的驯化与保藏微生物的驯化与保藏n教学目的要求：教学目的要求：掌握掌握: :1 1、微生物生长的常用测定方法。、微生物生长的常用测定方法。2 2、微生物间歇培养时的生长曲线。、微生物间歇培养时的生长曲线。3 3、微生物年龄段的划分及决定微生物生长处、微生物年龄段的划分及决定微生物生长处于哪一个阶段或时期的主要因素。于哪一个阶段或时期

2、的主要因素。4 4、微生物的世代时间及世代时间的测定时期。、微生物的世代时间及世代时间的测定时期。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性5 5、微生物生长阶段（或时期）与污水生物、微生物生长阶段（或时期）与污水生物处理效果的关系及稳定期在废水处理过处理效果的关系及稳定期在废水处理过程中的具体应用。程中的具体应用。6 6、生物膜的定义。、生物膜的定义。7 7、生物膜的生长特性。、生物膜的生长特性。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性一、生长与繁殖的基本概念一、生长与繁殖的基本概念n微生物体积小，相对面积较大，物质吸收快，转化微生物体积小，相对面积较大，物质吸收快

3、，转化快。微生物（如细菌）的生长与繁殖迅速，适应性快。微生物（如细菌）的生长与繁殖迅速，适应性强。强。（一）、微生物的生长（一）、微生物的生长n微生物的生长微生物的生长指微生物在适宜的环境条件下，指微生物在适宜的环境条件下，不断地吸收营养物质，并按照自已的代谢方式进行不断地吸收营养物质，并按照自已的代谢方式进行代谢活动，如果同化作用大于异化作用，则细胞质代谢活动，如果同化作用大于异化作用，则细胞质量不断增加，体积得以增大，表现在细胞自身就是量不断增加，体积得以增大，表现在细胞自身就是体积或重量的不断增加，这种现象叫生长。体积或重量的不断增加，这种现象叫生长。第一节第一节 微生物的生长及其特性微

4、生物的生长及其特性（二）、微生物的繁殖（二）、微生物的繁殖n微生物的繁殖微生物的繁殖微生物生长到一定阶段，便分微生物生长到一定阶段，便分裂成子细胞（细菌主要是以二分裂的方式），子裂成子细胞（细菌主要是以二分裂的方式），子细胞重复以上过程，这就是繁殖。细胞重复以上过程，这就是繁殖。微生物繁殖很快，多数在微生物繁殖很快，多数在2030min繁殖一代（大繁殖一代（大肠杆菌肠杆菌3737，18min18min；硝化细菌，；硝化细菌，824小时；只有小时；只有少数可以长达几十小时，甚至几天。）少数可以长达几十小时，甚至几天。）（三）、（三）、微生物生长指标的确定微生物生长指标的确定n微生物生长量法；微生

5、物生长量法；n微生物计数法。微生物计数法。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性二、微生物生长的测定方法微生物生长的测定方法n微生物生长的测定方法主要有计数法、测生长量微生物生长的测定方法主要有计数法、测生长量法、其它生理生化指标法。法、其它生理生化指标法。n为什么要测定微生物的生长？为什么要测定微生物的生长？原因：原因：评价特定废水处理时污泥驯化效果的好坏；评价特定废水处理时污泥驯化效果的好坏；评价特定细菌培养条件是否合适；评价特定细菌培养条件是否合适；评价水处理构筑物（如曝气池）是否正常运转等。评价水处理构筑物（如曝气池）是否正常运转等。第一节第一节 微生物的生长及其特性微

6、生物的生长及其特性（一）、（一）、计数法计数法n计数法有计数法有显微镜直接显微镜直接计数法、荧光染色计数法、活计数法、荧光染色计数法、活菌计数法、特定微生物计数法等。目前普遍采用的菌计数法、特定微生物计数法等。目前普遍采用的是是显微镜直接显微镜直接计数法、计数法、活菌计数法。活菌计数法。1 1、显微镜直接、显微镜直接计数法计数法n显微镜直接显微镜直接计数法计数法是常用的是常用的微生物微生物生长测定方法，生长测定方法，特点是测定过程迅速，但不能确定特点是测定过程迅速，但不能确定微生物微生物的死活。的死活。（微生物微生物的死活不分）的死活不分） 第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特

7、性n显微镜直接显微镜直接计数法有涂片染色法、计数法有涂片染色法、计数器测定计数器测定法、比例计数法等，目前普遍采用的是计数器法、比例计数法等，目前普遍采用的是计数器测定法。测定法。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性*（1 1）、计数器测定法）、计数器测定法n计数器测定法采用特殊的微生物或血球计数板计数器测定法采用特殊的微生物或血球计数板（器）进行测定。操作过程是取一定体积的待（器）进行测定。操作过程是取一定体积的待测样品放于计数器的测定小室与盖玻片之间，测样品放于计数器的测定小室与盖玻片之间，在显微镜的高倍镜下直接计数。由于测定小室在显微镜的高倍镜下直接计数。由于测定小室的

8、体积是已知的，因此根据得到的计数值就可的体积是已知的，因此根据得到的计数值就可以计算出微生物或细菌的数量。以计算出微生物或细菌的数量。n血球计数板上的计数室体积为血球计数板上的计数室体积为0.10.1mmmm3 3，通过简，通过简单的数学换算可以计算出细菌或微生物的含量。单的数学换算可以计算出细菌或微生物的含量。( (个个/ /mL)mL)。n计数器构造见下图。计数器构造见下图。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性图图7-1 7-1 血球计数板示意图血球计数板示意图槽槽槽槽槽槽槽槽第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性n记数室内微生物或细菌的分布见下图。记数室

9、内微生物或细菌的分布见下图。图图7-2 7-2 记数室内微生物或细菌的分布记数室内微生物或细菌的分布第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性2 2、活菌计数法、活菌计数法n特点：不含死的细菌细胞，但测定所需的时特点：不含死的细菌细胞，但测定所需的时间较长。间较长。n活菌计数法有活菌计数法有平板计数法、液体计数法、平板计数法、液体计数法、薄薄膜计数法。其中以膜计数法。其中以平板计数法最为常用。平板计数法最为常用。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性* *（1 1）、平板计数法）、平板计数法n将样品作一系列将样品作一系列1010倍梯度稀释倍梯度稀释, ,然后将相应稀

10、释然后将相应稀释度的样品（如度的样品（如1mL1mL，平行做，平行做23次）涂布到平板次）涂布到平板中，或与已经融化好的固体培养基混合、摇匀、中，或与已经融化好的固体培养基混合、摇匀、凝固。将待培养的平板凝固。将待培养的平板倒置于倒置于培养箱中培养，一培养箱中培养，一定时间后观察并计数生长的微生物的菌落数，最定时间后观察并计数生长的微生物的菌落数，最终根据微生物的菌落数、取样量、稀释度并经过终根据微生物的菌落数、取样量、稀释度并经过简单的换算得出样品微生物的浓度。简单的换算得出样品微生物的浓度。n平板计数法具体做法见下图。平板计数法具体做法见下图。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长

11、及其特性图图 7-3 平板计数法具体做法平板计数法具体做法9ml无菌水无菌水第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性图图7-4皿底皿底皿盖皿盖第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性7-5 细菌固体培养基上的典型群体特征细菌固体培养基上的典型群体特征n平板计数法的主要注意事项：平板计数法的主要注意事项：一般取菌落数在一般取菌落数在30300个的平板进行计数。过多个的平板进行计数。过多或过少均不采用。或过少均不采用。原因：菌落数太多，计数费时费力；菌落数太少，原因：菌落数太多，计数费时费力；菌落数太少，计数误差太大

12、。计数误差太大。培养皿倒置于培养箱中培养。培养皿倒置于培养箱中培养。原因：为了防止培养基内水分蒸发到皿盖上而使原因：为了防止培养基内水分蒸发到皿盖上而使培养基变干，影响微生物的培养。培养基变干，影响微生物的培养。限用于能够在培养基上形成菌落的微生物。限用于能够在培养基上形成菌落的微生物。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性稀释度稀释度菌液菌液（mLmL) )菌落数菌落数细菌浓度细菌浓度( (个个/ /mLmL) )1010-4-41 11 142.042.0444410104 4或或4.44.410105 52 246.046.0平均平均44.044.0n平板计数法试验实例平

13、板计数法试验实例第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性表表7-1（2 2）、液体计数法（如三管法或五管法）、液体计数法（如三管法或五管法）n液体计数法主要用于不能在平板培养基上形成菌液体计数法主要用于不能在平板培养基上形成菌落的微生物。落的微生物。n具体做法是：将待测样品作具体做法是：将待测样品作1010倍梯度稀释，取相倍梯度稀释，取相应稀释度的样品（应稀释度的样品（1mL1mL）分别接种到）分别接种到3 3管或管或5 5管一管一组的数组液体培养基中，培养一定时间后，观察组的数组液体培养基中，培养一定时间后，观察各管及各组中细菌是否生长，记录结果，根据读各管及各组中细菌是否生长

14、，记录结果，根据读数规则，查已专门处理好的最可能数表，得出细数规则，查已专门处理好的最可能数表，得出细菌的最终含量。菌的最终含量。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性n试验结果举例试验结果举例n根据试验结果及读数规则，查表得出微生物或细根据试验结果及读数规则，查表得出微生物或细菌的含量。菌的含量。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性（3 3）、薄膜计数法）、薄膜计数法n对于某些细菌含量较低的测定样品（如空气或对于某些细菌含量较低的测定样品（如空气或饮用水），可以采用薄膜计数法。饮用水），可以采用薄膜计数法。该方法是将一定体积的待测样品通过带有许多该方法是将一

15、定体积的待测样品通过带有许多小孔但又不让细菌流出的微孔滤膜，借助膜的小孔但又不让细菌流出的微孔滤膜，借助膜的作用将微生物截留，再将膜（有细菌的一面向作用将微生物截留，再将膜（有细菌的一面向上）放于固体培养基表面培养，然后类似平板上）放于固体培养基表面培养，然后类似平板计数法计算结果。计数法计算结果。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性图图7-6 7-6 滤器装置滤器装置第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性n上述活菌计数法所用的样品必须成分散的上述活菌计数法所用的样品必须成分散的悬浮状态，否则要强化分散。悬浮状态，否则要强化分散。（二）、测生长量法（二）、测生

16、长量法n测生长量法有测重量法、光密度法、测元素法、测生长量法有测重量法、光密度法、测元素法、测其它生理生化指标法法等。目前普遍采用的是测其它生理生化指标法法等。目前普遍采用的是测重量法、光密度法、测其它生理生化指标法。测重量法、光密度法、测其它生理生化指标法。* *1 1、重量法（测定细胞干重）、重量法（测定细胞干重）n过程：取经过培养一段时间的待测微生物样品，过程：取经过培养一段时间的待测微生物样品，用离心机离心后收集生长后的微生物细胞，或用用离心机离心后收集生长后的微生物细胞，或用滤纸、滤膜过滤截取生长后的微生物细胞，然后滤纸、滤膜过滤截取生长后的微生物细胞，然后在在10510511011

17、0下进行干燥（恒重），称取干燥后下进行干燥（恒重），称取干燥后的重量，以此代表微生物生长量的多少。的重量，以此代表微生物生长量的多少。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性活性污泥水处理构筑物内微生物生长量通常用这活性污泥水处理构筑物内微生物生长量通常用这种细胞干重测定法。活性污泥法中微生物的生长种细胞干重测定法。活性污泥法中微生物的生长量指标是混合液悬浮固体浓度量指标是混合液悬浮固体浓度MLSSMLSS或混合液挥发或混合液挥发性悬浮固体浓度（性悬浮固体浓度（MLVSSMLVSS）。）。测定测定MLSSMLSS具体做法具体做法1 1：取一定体积的待测活性污泥：取一定体积的待测活

18、性污泥样品，放于蒸发皿中干燥，然后称重。样品，放于蒸发皿中干燥，然后称重。（恒重）（恒重）测定测定MLSSMLSS具体做法具体做法2 2：取一定体积的待测活性污泥：取一定体积的待测活性污泥样品（一般用量筒量取样品（一般用量筒量取100mL100mL），经过滤），经过滤干燥干燥（105110左右）左右）称重。称重。（恒重）（恒重）第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性nMLSSMLSS不仅包括细菌或微生物，还包括无机颗粒等。不仅包括细菌或微生物，还包括无机颗粒等。因此因此MLVSSMLVSS能更精确地表示细菌或微生物的生长能更精确地表示细菌或微生物的生长量量。MLVSSMLVSS

19、测定过程是：将已测得干重的污泥样品，测定过程是：将已测得干重的污泥样品，放于马福炉内放于马福炉内550550下灼烧下灼烧2 2h h，微生物中含有的微生物中含有的各种有机物就被分解成为各种有机物就被分解成为COCO2 2和和H H2 2O O 并蒸发掉。因并蒸发掉。因此烧掉的部分就是挥发性悬浮固体重量。此烧掉的部分就是挥发性悬浮固体重量。实际水处理中，实际水处理中，MLSSMLSS用的较多（原因：测定方便、用的较多（原因：测定方便、迅速）。迅速）。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性*2 2、光密度法（比浊计数法）、光密度法（比浊计数法）n光密度法是测定悬浮细胞的快速方法。原

20、光密度法是测定悬浮细胞的快速方法。原理是：溶液的吸光度与溶液的混浊度即微理是：溶液的吸光度与溶液的混浊度即微生物悬浮细胞浓度正比。根据悬浮溶液的生物悬浮细胞浓度正比。根据悬浮溶液的吸光度吸光度，查已经绘制好的标准曲线，（吸，查已经绘制好的标准曲线，（吸光度与微生物浓度的关系曲线），可以得光度与微生物浓度的关系曲线），可以得到溶液中微生物的浓度。到溶液中微生物的浓度。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性*3 3、其它生理生化指标法、其它生理生化指标法n微生物生长过程中，要吸收和消耗一些物质，微生物生长过程中，要吸收和消耗一些物质，同时产生和分泌另外一些物质。通过测定这同时产生和

21、分泌另外一些物质。通过测定这些物质的变化，可以间接表示或估计微生物些物质的变化，可以间接表示或估计微生物的生长情况。的生长情况。如测定待测样品中营养物质（如测定待测样品中营养物质（CODCOD）的消耗，的消耗，溶解氧的消耗，有机酸的产生，溶解氧的消耗，有机酸的产生，H H2 2和和CHCH4 4的产的产生（厌氧微生物的生长及活性测定）。生（厌氧微生物的生长及活性测定）。 第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性（三）、其它（三）、其它n元素法（如测细胞含氮量、蛋白质、元素法（如测细胞含氮量、蛋白质、DNADNA含含量等）、荧光染色计数法等。量等）、荧光染色计数法等。n以上测定法均

22、需要按照实验指导书进行。以上测定法均需要按照实验指导书进行。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性三、微生物的生长特性三、微生物的生长特性（一）、间歇培养（一）、间歇培养n间歇培养的特点：营养物质一次性投加。间歇培养的特点：营养物质一次性投加。*1 1、间歇培养生长曲线、间歇培养生长曲线n间歇培养的方法：将少量微生物接种于一定量间歇培养的方法：将少量微生物接种于一定量的液体培养基内，在适宜的温度下培养，在培的液体培养基内，在适宜的温度下培养，在培养过程中不加入也不取出培养基和微生物。养过程中不加入也不取出培养基和微生物。n微生物间歇培养模式见下图。微生物间歇培养模式见下图。第一

23、节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性图图7-7 7-7 微生物间歇培养模式微生物间歇培养模式菌种和液体培养基菌种和液体培养基一次性加入。一次性加入。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性n间歇培养生长曲线的测定：在间歇培养过程中间歇培养生长曲线的测定：在间歇培养过程中定时取样测定活微生物数目或重量的变化，以定时取样测定活微生物数目或重量的变化，以活微生物个数或微生物重量为纵坐标，培养时活微生物个数或微生物重量为纵坐标，培养时间为横坐标，即可绘制出一曲线，此曲线称为间为横坐标，即可绘制出一曲线，此曲线称为微生物的生长曲线。微生物的生长曲线。n微生物的生长曲线分为：按

24、活微生物重量绘制微生物的生长曲线分为：按活微生物重量绘制和按微生物数目的对数绘制两种。和按微生物数目的对数绘制两种。n按活微生物重量绘制的曲线见下图。按活微生物重量绘制的曲线见下图。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性图图7-8 7-8 微生物生长曲线（按活微生物重量绘制）微生物生长曲线（按活微生物重量绘制）第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性曲线特点：将微生物或细菌的生长分为曲线特点：将微生物或细菌的生长分为3 3个阶段：个阶段：生长率上升阶段，生长率下降阶段，内源呼吸阶段。生长率上升阶段，生长率下降阶段，内源呼吸阶段。生长率上升阶段：上升阶段初期，食料充

25、足，微生生长率上升阶段：上升阶段初期，食料充足，微生物或细菌是在适应新的环境，一般不进行分裂，菌物或细菌是在适应新的环境，一般不进行分裂，菌数不增加，但菌体逐渐增大，以后很快进入迅速繁数不增加，但菌体逐渐增大，以后很快进入迅速繁殖的阶段，到上升阶段后期，生长率达到最高，此殖的阶段，到上升阶段后期，生长率达到最高，此时分解培养基中有机物的速率也最高。（生长率上时分解培养基中有机物的速率也最高。（生长率上升阶段，微生物数目的对数同培养时间呈直线关系，升阶段，微生物数目的对数同培养时间呈直线关系，所以生长率上升阶段又称为对数生长阶段。）所以生长率上升阶段又称为对数生长阶段。）第一节第一节 微生物的生

26、长及其特性微生物的生长及其特性生长率下降阶段：经过一定时间后，由于食料减少生长率下降阶段：经过一定时间后，由于食料减少和对微生物有毒代谢产物的积累，环境逐渐不利于和对微生物有毒代谢产物的积累，环境逐渐不利于微生物的生长，微生物生长繁殖速度逐渐下降，进微生物的生长，微生物生长繁殖速度逐渐下降，进入生长率下降阶段。入生长率下降阶段。（用于废水处理时菌体聚集效（用于废水处理时菌体聚集效果好，活性污泥絮体能较好地形成，二沉池中容易果好，活性污泥絮体能较好地形成，二沉池中容易沉淀，出水效果好。）沉淀，出水效果好。）内源呼吸阶段：培养基中的食料已经很少，菌体内内源呼吸阶段：培养基中的食料已经很少，菌体内贮

27、藏的物质，甚至体内的酶被都被当作营养物质来贮藏的物质，甚至体内的酶被都被当作营养物质来利用，此时微生物新合成的细胞质不足以因利用，此时微生物新合成的细胞质不足以因内源呼内源呼吸而耗去的吸而耗去的细胞质，因此，微生物重量逐渐减少细胞质，因此，微生物重量逐渐减少（因微生物死亡和（因微生物死亡和内源呼吸）内源呼吸）。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性*微生物年龄段的划分：上述微生物年龄段的划分：上述3 3个阶段中，个阶段中，生长率上升阶段是微生物或细菌的生长率上升阶段是微生物或细菌的年轻年轻阶段阶段，生长繁殖快、动能大；生长率下，生长繁殖快、动能大；生长率下降阶段是微生物或细菌的

28、降阶段是微生物或细菌的中年阶段中年阶段，生，生长活跃性、繁殖速度、动能均小于年轻长活跃性、繁殖速度、动能均小于年轻阶段；内源呼吸阶段是微生物或细菌的阶段；内源呼吸阶段是微生物或细菌的衰老阶段衰老阶段，死亡速度大于繁殖速度，生，死亡速度大于繁殖速度，生长不活跃，动能小。长不活跃，动能小。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性细菌的年龄表征法与人的不同，是用其群体特细菌的年龄表征法与人的不同，是用其群体特征来表征。征来表征。n按微生物数目的对数绘制的生长曲线见下图。按微生物数目的对数绘制的生长曲线见下图。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性图图7-9 微生物生长曲

29、线（按微生物数目的对数绘制）微生物生长曲线（按微生物数目的对数绘制） 第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性图图3-3-8 8把曲线分为四个时期，即：缓慢增长期、对把曲线分为四个时期，即：缓慢增长期、对数增长期、稳定增长期、衰老期。与重量生长曲线数增长期、稳定增长期、衰老期。与重量生长曲线的对应关系如下：的对应关系如下： 缓慢增长期缓慢增长期对数增长期对数增长期稳定增长期稳定增长期衰老期衰老期 生长率上升阶段生长率上升阶段生长率下降阶段生长率下降阶段内源呼吸阶段内源呼吸阶段生长率上升阶段初期生长率上升阶段初期第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性生长曲线上每一时

30、期的主要特点：生长曲线上每一时期的主要特点：缓慢期缓慢期: :生长率上升阶段初期生长率上升阶段初期, , 微生物不繁殖，微生物不繁殖，数目不增加，但菌体体积增长很快，其后期只有数目不增加，但菌体体积增长很快，其后期只有个别菌体繁殖。个别菌体繁殖。对数期：微生物繁殖速度迅速增加。对数期：微生物繁殖速度迅速增加。稳定期：食料减少供不应求和细菌有毒代谢产物稳定期：食料减少供不应求和细菌有毒代谢产物的积累，微生物生长繁殖速度逐渐下降，同时菌的积累，微生物生长繁殖速度逐渐下降，同时菌体死亡数目逐渐上升，最后达到新增加的微生物体死亡数目逐渐上升，最后达到新增加的微生物数与死亡数基本相等，活菌数保持相对平衡

31、并处数与死亡数基本相等，活菌数保持相对平衡并处于最大值。于最大值。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性衰老期（内源呼吸阶段）：微生物或细菌衰老期（内源呼吸阶段）：微生物或细菌死亡速度大大增加，超过其繁殖速度，只死亡速度大大增加，超过其繁殖速度，只有少数菌体进行繁殖，微生物进行内源呼有少数菌体进行繁殖，微生物进行内源呼吸，所以活微生物曲线显著下降。吸，所以活微生物曲线显著下降。*决定微生物生长处于哪一个阶段或时期的决定微生物生长处于哪一个阶段或时期的主要因素是：微生物周围营养物质的多少，主要因素是：微生物周围营养物质的多少，即食料即食料/ /微生物微生物F/MF/M，如下图。，

32、如下图。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性图图7-10（沉降性能好）（沉降性能好）第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性n曝气池中活性污泥混合液的絮凝沉降性曝气池中活性污泥混合液的絮凝沉降性能可用污泥沉降比能可用污泥沉降比SV、污泥沉降指数、污泥沉降指数SVI来评价。来评价。污泥沉降比污泥沉降比SV是指曝气池混合液在是指曝气池混合液在100mL量筒中沉淀量筒中沉淀30min，污泥体积与，污泥体积与原混合液体积之比，用百分数表示。原混合液体积之比，用百分数表示。一般生活污水和城市污水的一般生活污水和城市污水的SV为为15%30%。第一节第一节 微生物的生长及其

33、特性微生物的生长及其特性t=0mint=30min水第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性图图7-11 污泥沉降比污泥沉降比SV测定示意图测定示意图 *2 2、微生物的世代时间（以、微生物的世代时间（以对数期对数期为准）为准）n微生物的世代时间微生物的世代时间指微生物繁殖一代指微生物繁殖一代所需的时间。或微生物个体数目增加一倍所需的时间。或微生物个体数目增加一倍的时间。或微生物细胞两次分裂之间的时的时间。或微生物细胞两次分裂之间的时间间隔。间间隔。*细菌的世代时间测定计算如下：细菌的世代时间测定计算如下：P P124124第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性n

34、微生物繁殖的一般规律是：好氧菌比厌氧微生物繁殖的一般规律是：好氧菌比厌氧菌的世代时间短；单细胞比多细胞的世代菌的世代时间短；单细胞比多细胞的世代时间短；原核微生物比真核微生物的世代时间短；原核微生物比真核微生物的世代时间短。时间短。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性*3 3、微生物生长阶段与污水生物处理、微生物生长阶段与污水生物处理n微生物生长阶段（或时期）与污水处理处理效果微生物生长阶段（或时期）与污水处理处理效果的关系的关系对数期（生长率上升阶段）：对数期（生长率上升阶段）：在废水处理过程中，在废水处理过程中，如果维持微生物在对数期，此时微生物繁殖很快，如果维持微生物在

35、对数期，此时微生物繁殖很快，活力很强，代谢速率高，处理废水的能力较高；活力很强，代谢速率高，处理废水的能力较高；但对数期微生物活力强大不易凝聚和沉淀，且对但对数期微生物活力强大不易凝聚和沉淀，且对数期要求废水中有机物的浓度较高，则相对处理数期要求废水中有机物的浓度较高，则相对处理过的水中有机物浓度必将较高，所以利用此阶段过的水中有机物浓度必将较高，所以利用此阶段进行污水的生化学处理难于得到较好的出水。进行污水的生化学处理难于得到较好的出水。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性稳定期：稳定期的微生物或污泥代谢活性和凝聚稳定期：稳定期的微生物或污泥代谢活性和凝聚沉降性能均较好，在

36、二沉池中泥水分离效果好，沉降性能均较好，在二沉池中泥水分离效果好，出水水质好。因此，处理效果好的活性污泥法构出水水质好。因此，处理效果好的活性污泥法构筑物中普遍运行在这一范围（即利用稳定期的微筑物中普遍运行在这一范围（即利用稳定期的微生物）。生物）。稳定期应用稳定期应用举例：水处理构筑物是连续进水和出举例：水处理构筑物是连续进水和出水，完全混合活性污泥法水处理构筑物是利用稳水，完全混合活性污泥法水处理构筑物是利用稳定期的微生物。定期的微生物。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性进水进水回流污泥回流污泥菌胶团或活性污泥（菌胶团或活性污泥（微生物群体微生物群体）生化处理后生化处理

37、后曝气池曝气池剩余污泥剩余污泥出水出水二沉池二沉池图图7-12 好氧活性污泥法处理废水好氧活性污泥法处理废水第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性图图7-13衰老衰老期期（内源呼吸期）：内源呼吸期）：处于衰老期的微生处于衰老期的微生物代谢速率低，动能小，容易凝聚沉降，但物代谢速率低，动能小，容易凝聚沉降，但水中有细小的泥花（死亡的细菌所致），水水中有细小的泥花（死亡的细菌所致），水处理指标比稳定期差。衰老处理指标比稳定期差。衰老期只出现在某些期只出现在某些特殊水处理的场合，如特殊水处理的场合，如延时曝气和污泥消化。延时曝气和污泥消化。延时曝气活性污泥法利用内源呼吸期的微生延时曝

38、气活性污泥法利用内源呼吸期的微生物是因为此工艺可以不排泥或少排泥，主要物是因为此工艺可以不排泥或少排泥，主要用于不宜采用污泥处理技术的小城镇的废水用于不宜采用污泥处理技术的小城镇的废水处理。处理。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性图图3-11图图3-113-11图图7-147-14高负荷活性污泥法高负荷活性污泥法（沉降性能好）（沉降性能好）第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性n特殊情况特殊情况缓慢期可出现在下列情况：水处理系统投产前，缓慢期可出现在下列情况：水处理系统投产前，污泥的培养或驯化（活性污泥被接种到与原来污泥的培养或驯化（活性污泥被接种到与原来生

39、长条件不同的废水中，营养类型发生改变，生长条件不同的废水中，营养类型发生改变，污泥需培养或驯化）；污水处理厂因故中断运污泥需培养或驯化）；污水处理厂因故中断运行后再运行。行后再运行。应采取措施缩短缓慢期，如利用对数生长期代应采取措施缩短缓慢期，如利用对数生长期代谢旺盛的污泥接种、增加接种量、利用相同类谢旺盛的污泥接种、增加接种量、利用相同类型反应器的污泥接种等。型反应器的污泥接种等。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性对数期可出现在下列情况：进水有机物浓对数期可出现在下列情况：进水有机物浓度突然增高，污泥回流量不变时。度突然增高，污泥回流量不变时。此时，应该调整工艺。如增加污

40、泥回流量，此时，应该调整工艺。如增加污泥回流量，同时增加曝气量。同时增加曝气量。衰老期可出现在下列情况：进水衰老期可出现在下列情况：进水BODBOD突然减突然减少，污泥回流不变时。少，污泥回流不变时。此时需调整工艺。如减少污泥回流，同时此时需调整工艺。如减少污泥回流，同时减少曝气量。减少曝气量。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性四、微生物膜的生长特性四、微生物膜的生长特性n微生物膜存在于生物滤池、生物转盘等附着型反微生物膜存在于生物滤池、生物转盘等附着型反应器系统中。应器系统中。（一）、微生物膜的定义和成分（一）、微生物膜的定义和成分*生物膜生物膜是一种不可逆的黏附于固体表

41、面的，是一种不可逆的黏附于固体表面的，被微生物胞外多聚物包裹的有组织的微生物群体。被微生物胞外多聚物包裹的有组织的微生物群体。n成分：生物膜中有水（分含量可高达成分：生物膜中有水（分含量可高达97%）、微）、微生物、多聚糖、吸附的营养物质、微生物代谢产生物、多聚糖、吸附的营养物质、微生物代谢产物和裂解产物等。物和裂解产物等。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性（二）、生物膜的生长特性（二）、生物膜的生长特性*生物膜的形成主要包括三个阶段。见下图。生物膜的形成主要包括三个阶段。见下图。第一节第一节 微生物的生长及其特性微生物的生长及其特性图图7-15 7-15 生物膜形成的三个

42、阶段示意图生物膜形成的三个阶段示意图n教学目的要求：教学目的要求：掌握掌握: :1 1、微生物遗传性的概念及遗传的物质基础。、微生物遗传性的概念及遗传的物质基础。2 2、微生物质粒的概念及其特性、在环境工程、微生物质粒的概念及其特性、在环境工程中的应用举例。中的应用举例。第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传n微生物或细菌同其它生物一样，有其固有微生物或细菌同其它生物一样，有其固有的遗传性。的遗传性。*微生物的遗传性微生物的遗传性是指在一定的环境条是指在一定的环境条件下，微生物的形态、结构、代谢、繁殖件下，微生物的形态、结构、代谢、繁殖和对异物的敏感等性状相对稳定，并能代和对异物的敏感等性状相

43、对稳定，并能代代相传，子代与亲代之间表现出相似性的代相传，子代与亲代之间表现出相似性的现象。现象。n例如：例如：第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传大肠杆菌是短杆菌，生活条件要求大肠杆菌是短杆菌，生活条件要求 pHpH7.27.2，温度，温度3737，在糖类物质存在的条件下产酸、产气。大，在糖类物质存在的条件下产酸、产气。大肠杆菌的亲代能将这些特性传给子代，这就是大肠杆菌的亲代能将这些特性传给子代，这就是大肠杆菌的遗传性。肠杆菌的遗传性。降解废水中六价铬的细菌等。降解废水中六价铬的细菌等。n微生物的保守遗传性的规律是：老龄菌比幼龄菌微生物的保守遗传性的规律是：老龄菌比幼龄菌大。大。n营养和外

44、界条件的营养和外界条件的剧烈变化剧烈变化将导致遗传性不适应将导致遗传性不适应而引起死亡，而引起死亡，缓慢变化缓慢变化可导致变异，即诱变。可导致变异，即诱变。第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传一、遗传的物质基础及其存在形式一、遗传的物质基础及其存在形式( (一一) )、遗传的物质基础、遗传的物质基础*遗传学的研究表明，一切生物遗传的物质基遗传学的研究表明，一切生物遗传的物质基础是础是核酸核酸。n根据核酸戊糖和碱基的差异分为脱氧核糖根据核酸戊糖和碱基的差异分为脱氧核糖核酸（核酸（DNADNA）和核糖核酸（）和核糖核酸（RNARNA），见下表。），见下表。第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传第

45、二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传表表7-2n核酸的结构核酸的结构核酸是一种多聚核苷酸：核酸是一种多聚核苷酸：第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传n第二位碳原子第二位碳原子nDNADNA分子中的碱基有分子中的碱基有: :A第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传nRNARNA分子中的碱基有分子中的碱基有:A:A、G G、C C、U UU第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传n含有含有DNADNA的微生物中遗传物质是的微生物中遗传物质是DNADNA，不含不含有有DNADNA，只含有只含有 RNARNA（核糖核酸）的微生（核糖核酸）的微生物中，遗传物质是物中，遗传物质是RNARNA（如某些病毒）

46、。如某些病毒）。nDNADNA中多核酸链的一个小片段如下：中多核酸链的一个小片段如下：第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传（二）、（二）、DNADNA的分子结构及其多样性的分子结构及其多样性1 1、DNADNA的双螺旋结构的双螺旋结构图图7-16 DNA的二维结构的二维结构第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传（1 1）、两条走向相反的多核苷酸链，盘绕成双螺旋）、两条走向相反的多核苷酸链，盘绕成双螺旋结构，螺旋直径为结构，螺旋直径为2nm2nm。（2 2）、两条链间借碱基对的氢键相连。）、两条链间借碱基对的氢键相连。（3 3）、一个）、一个DNADNA分

47、子可含有几十万或几百万个碱基对，分子可含有几十万或几百万个碱基对，两个相邻的碱基对之间的距离为两个相邻的碱基对之间的距离为0.34nm0.34nm，每个螺旋，每个螺旋的距离为的距离为3.4nm3.4nm。2 2、DNADNA的多样性的多样性n生物中的生物中的DNADNA均有均有4 4种脱氧核糖核苷酸变化排列组成，种脱氧核糖核苷酸变化排列组成，但各种生物但各种生物DNADNA的的4 4种碱基含量往往是不均等的，种碱基含量往往是不均等的，4 4种碱基的含量之比也不同，体现了不同生物间种碱基的含量之比也不同，体现了不同生物间DNADNA分子具有高度的多样性。分子具有高度的多样性。第二节第二节 微生物

48、的遗传微生物的遗传（三）遗传物质在微生物细胞中的主要存在形式（三）遗传物质在微生物细胞中的主要存在形式n遗传物质在微生物细胞中存在的主要形式有染色体、遗传物质在微生物细胞中存在的主要形式有染色体、真核微生物的细胞器、真核微生物的细胞器、染色体外的染色体外的质粒、质粒、RNARNA（某（某些病毒）等。些病毒）等。1 1、染色体染色体n染色体是遗传物质的主要载体，染色体是遗传物质的主要载体， DNADNA是主要成分。是主要成分。n原核微生物中（如细菌）染色体中的原核微生物中（如细菌）染色体中的DNADNA不与蛋白不与蛋白质结合，也没有核膜包围，而是以单独裸露状态存质结合，也没有核膜包围，而是以单独

49、裸露状态存在于细胞质中的在于细胞质中的DNADNA分子，拉直时比细胞长许多倍。分子，拉直时比细胞长许多倍。第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传如大肠杆菌的长度为如大肠杆菌的长度为2 2mm，其其DNADNA长度为长度为1 1l00ml00m至至14001400mm，它在细胞中央高度折它在细胞中央高度折叠形成具有空间结构的一个核区。由于含叠形成具有空间结构的一个核区。由于含有磷酸根，而带有很高的负电荷。有磷酸根，而带有很高的负电荷。n真核微生物细胞核中染色体的真核微生物细胞核中染色体的DNADNA与蛋白质与蛋白质结合，真核微生物结合，真核微生物DNADNA的量大于原核微生物。的量大于原核微生物

50、。第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传* *2 2、质粒（、质粒（携带某些次要的遗传信息）携带某些次要的遗传信息）n质粒质粒是微生物染色体外或附加于染色是微生物染色体外或附加于染色体的携带有某种特异性遗传信息的体的携带有某种特异性遗传信息的DNADNA分子。分子。第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传n质粒目前发现存在于原核微生物和真核微生物的质粒目前发现存在于原核微生物和真核微生物的酵母。酵母。n质粒一般是小型环状质粒一般是小型环状DNADNA分子，携带少数遗传信息，分子，携带少数遗传信息，在细胞分裂中能进行复制，传给后代，并表现一在细胞分裂中能进行复制，传给后代，并表现一定的遗传特性。定

51、的遗传特性。n质粒的存在与否不影响微生物细胞的生存，丧失质粒的存在与否不影响微生物细胞的生存，丧失质粒仅丧失由其决定的某些特性。质粒仅丧失由其决定的某些特性。即质粒不是细即质粒不是细胞生死存亡所必需，可以消失。胞生死存亡所必需，可以消失。n微生物中的质粒还具有以下特性：微生物中的质粒还具有以下特性：第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传（1 1）、可转移性）、可转移性n某些质粒可以通过细胞间的接合作用或其某些质粒可以通过细胞间的接合作用或其他途径从供体细胞向受体细胞转移。（受他途径从供体细胞向受体细胞转移。（受体细胞即获得该质粒所决定的遗传性状。）体细胞即获得该质粒所决定的遗传性状。）n举例：

52、举例：第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传图图7-17 质粒的转移质粒的转移细菌细菌2 2细菌细菌1 1第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传（2 2）、可整合性）、可整合性n在某种特定条件下，质粒在某种特定条件下，质粒DNADNA可以整合到染色体上，可以整合到染色体上，并可以重新脱离。并可以重新脱离。（3 3）、可重组性）、可重组性n不同来源的质粒之间，质粒与染色体之间的基因可不同来源的质粒之间，质粒与染色体之间的基因可以发生重组，形成新的重组质粒，从而使细胞具有以发生重组，形成新的重组质粒，从而使细胞具有新的表现性状。新的表现性状。（4 4）、可消除性）、可消除性n经过某些理化因素处理如

53、加热、或加入化学药剂等经过某些理化因素处理如加热、或加入化学药剂等质粒可以被消除。质粒也可能不明原因地自行消失。质粒可以被消除。质粒也可能不明原因地自行消失。第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传n质粒的分类如下：质粒的分类如下：抗药性质粒、抗生素产生质粒、降解质粒等等。抗药性质粒、抗生素产生质粒、降解质粒等等。与环境工程有关的主要是与环境工程有关的主要是降解质粒降解质粒。降解质粒降解质粒指携带分解某种化合物酶系基因的指携带分解某种化合物酶系基因的质粒，能赋予宿主细胞降解某种化合物的能力。质粒，能赋予宿主细胞降解某种化合物的能力。n质粒在质粒在环境工程中的应用举例：环境工程中的应用举例：如：如

54、：降解辛烷降解辛烷的质粒、的质粒、降解二甲苯降解二甲苯的质粒、的质粒、降解降解甲苯甲苯的质粒等。的质粒等。第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传3 3、细胞器、细胞器DNADNAn如存在于真核微生物线粒体、叶绿体等细如存在于真核微生物线粒体、叶绿体等细胞器中的少量胞器中的少量DNADNA，携带有编码相应酶的基，携带有编码相应酶的基因。因。4 4、RNARNAn某些病毒和微生物噬菌体是以某些病毒和微生物噬菌体是以RNARNA为遗传物为遗传物质的。质的。5 5、其他、其他第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传二、遗传物质的复制二、遗传物质的复制n遗传物质有遗传物质有DNADNA、 RNARNA，多

55、数生物体内的，多数生物体内的遗传物质是遗传物质是DNADNA，只有少数病毒的遗传物，只有少数病毒的遗传物质是质是RNA RNA 。 DNADNA、 RNARNA均具自我复制的均具自我复制的能力。能力。（一）、（一）、DNADNA的复制的复制第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传图图7-18第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传n在不产生变异的情况下，通过在不产生变异的情况下，通过DNADNA复制形成的两复制形成的两个新的个新的DNADNA分子与原来的分子与原来的DNADNA分子是完全相同。分子是完全相同。因此，子代的遗传性状与亲代相同。因此，子代的遗传性状与亲代相同。n如果由于某种原因，如果由

56、于某种原因，DNADNA的分子发生了变化，导的分子发生了变化，导致合成的蛋白质或生物酶发生变化，则细菌子致合成的蛋白质或生物酶发生变化，则细菌子代所表现的性状将不同于亲代，此时细菌产生代所表现的性状将不同于亲代，此时细菌产生了变异。了变异。（一）、（一）、RNARNA的复制的复制n单链复制。单链复制。第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传三、遗传信息的传递和表达三、遗传信息的传递和表达n遗传信息的传递和表达有三个步骤：复制、转录、遗传信息的传递和表达有三个步骤：复制、转录、翻译。翻译。n遗传信息转录、翻译均需要遗传信息转录、翻译均需要RNARNA的参与。的参与。* *（一）、（一）、RNARN

57、A在细胞里的三种类型及其功能在细胞里的三种类型及其功能1 1、信使、信使RNARNA（mRNAmRNA）n以一条以一条DNADNA的单链为模板，按碱基互补原则合成的，的单链为模板，按碱基互补原则合成的，由于传达了由于传达了DNADNA的信息（的信息（DNADNA合成蛋白质的信息），合成蛋白质的信息），称为信使称为信使RNARNA。第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传n转录过程中转录过程中DNADNA的胸腺嘧啶的胸腺嘧啶T T变为尿嘧啶变为尿嘧啶U U）图图7-197-19第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传2 2、转移、转移RNARNA（tRNAtRNA） ntRNAtRNA根据根据mRN

58、AmRNA的指令（遗传密码）转移细胞的指令（遗传密码）转移细胞内的氨基酸以合成蛋白质。即在蛋白质合成内的氨基酸以合成蛋白质。即在蛋白质合成过程中起转移相应氨基酸的作用。每一个遗过程中起转移相应氨基酸的作用。每一个遗传密码对应一个传密码对应一个tRNAtRNA。ntRNAtRNA结构举例：结构举例：第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传n次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸图图7-207-20n多核苷酸单链结构。多核苷酸单链结构。但通过自身回折，但通过自身回折，使链内一些可以配使链内一些可以配对的碱基相遇而形对的碱基相遇而形成较短的双螺旋结成较短的双螺旋结构，不能配对的碱构，不能配对的碱基区则形成突环。

59、基区则形成突环。第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传图图7-217-213 3、核糖体、核糖体RNARNAn蛋白质合成的主要场所。有大小两个亚蛋白质合成的主要场所。有大小两个亚基。基。小亚基：在合成蛋白质时，识别小亚基：在合成蛋白质时，识别mRNAmRNA的的启动密码和终止密码。启动密码和终止密码。大亚基蛋白质的合成基地。大亚基蛋白质的合成基地。第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传（二）、遗传信息的传递与表达过程（二）、遗传信息的传递与表达过程1 1、将携带遗传信息的、将携带遗传信息的DNADNA复制；复制；2 2、将、将DNADNA携带的遗传信息转录到携带的遗传信息转录到mRNAmRNA

60、上；上；（以形成合成蛋白质中氨基酸的密码子以（以形成合成蛋白质中氨基酸的密码子以及合成过程中的启动密码和终止密码。用及合成过程中的启动密码和终止密码。用于合成蛋白质的遗传密码的编码字典见于合成蛋白质的遗传密码的编码字典见P P141141表）表）第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传n每种氨基酸有每种氨基酸有16个密码不等。个密码不等。最多如丝氨酸最多如丝氨酸6 6个密码；最少如色氨酸个密码；最少如色氨酸1 1个密个密码。码。3 3、将、将mRNAmRNA获得的遗传信息翻译成蛋白质。获得的遗传信息翻译成蛋白质。图图7-227-22第二节第二节 微生物的遗传微生物的遗传n蛋白质的合成过程蛋白质的