微生物的生长繁殖与生存因子

1、关于微生物的生长繁殖与生存因子第1页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三 一、微生物生长繁殖的概念世代时间：细菌两次细胞分裂之间的时间。在一定培养条件下，世代时间是一定的。环境条件改变，世代时间不同。原核微生物的世代时间比真核微生物短；专性厌氧菌的世代时间多数比好氧菌的长。生长生物个体由小到大的增长，即表现为细胞组分与结构在量方面的增加 繁殖指生物个体数目的增加 第一节 微生物的生长繁殖一、微生物生长繁殖的概念第2页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三 二、研究微生物生长的方法（一）分批培养 分批培养是在一个封闭的、有一定体积的液体培养基的容器中接种少量

2、细菌在特定条件下进行培养。个体生长群体生长 分批培养连续培养第3页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三停滞期对数期 静止期 衰亡期 生长曲线：将少量细菌接种到一定体积的新鲜液体培养基中进行分批培养，定时取样，以细菌数目的对数或细菌干重为纵坐标，培养时间为横坐标，可绘制出细菌的生长曲线。第4页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三1、停滞期（迟滞期或适应期） 将细菌接种到某一培养基后，细菌并不立即繁殖而是经过一段适应期才能生长繁殖。细胞数目不增加甚至减少，细胞内合成多种酶、完善体内的酶系统及其他细胞成分，为细胞分裂做准备。 ：影响因素：（1）接种量（2）菌龄

3、（3）营养第5页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三在实际应用中如接种菌种以启动新的水处理设施，投加新鲜污泥时，接种的细菌不习惯于新环境，会出现或长或短的停滞期，停滞期的出现会增加操作时间，降低工作效率。可以通过增加接种量、采用最适菌龄、选用繁殖速率快的菌种以及尽量保持接种前后所处的培养介质和条件一致等方法来缩短或消除停滞期。第6页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三 2、对数期（指数期） 细菌生长速度达到最大，数量以几何级数增加。特点：（1）营养物质供给充分，细菌迅速分裂，菌数按几何级数增加；（2）世代时间最短，生长速率快，代谢能力强，细菌总数增加率和

4、活细菌增加率一致；（3）细胞的化学组分、形态和生理特性较一致；第7页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三在对数期分别测定t0时刻与t时间细菌的数量X0与X，基于细菌的二分裂生长 t0 t 122223（22）2）2425 2n X0X024X02n (n=1、2、3) X n是细菌的代数 第8页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三3、静止期 由于营养消耗，供应不足及代谢产物的积累，这时细菌生长率逐渐下降甚至到零，死亡率渐增，进入静止期。特点：（1）菌数达到最高峰；（2）活菌数达到最大后，开始下降；（3）生长速率为零；（4）开始积累贮存物质。第9页，共72

5、页，2022年，5月20日，18点25分，星期三4、衰亡期由于营养缺乏和代谢产物积累造成自身中毒，细胞生长受阻，时间和菌数对数呈反比，生长曲线直线下降。特点：（1）生长速率为负值，活菌数减少；（2）细菌发生自溶现象（3）代谢产物大量积累；（4）细菌形态多变，出现畸形或衰退形，有的产生芽孢。第10页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三（二） 连续培养连续培养与间歇培养不同，它的特点是一方面连续进料，另一方面又连续出料。它又分为两种：恒浊连续培养和恒化连续培养。第11页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三（二） 连续培养连续培养与间歇培养不同，它的特点是一方

6、面连续进料，另一方面又连续出料。它又分为两种：恒浊连续培养和恒化连续培养。使培养液中细菌的浓度恒定，以浊度为控制指标的培养方式。控制进料流速使装置内细菌浊度保持一定。可获得大量菌体或与有经济价值的代谢产物。保持进水中营养成分恒定，以恒定的流速流入，以相同的流速恒定流出，除了SBR法外，其余的污水生物处理法均采用的是恒化连续培养。第12页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三三、细菌生长曲线在污（废）水生物处理中的应用第13页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三常规活性污泥法：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：衰亡期第14页，共72

7、页，2022年，5月20日，18点25分，星期三四、微生物生长量的测定（1）测定微生物总数 如计数器直接计数，或测定菌浊液的光密度值等。 第15页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三（2）测定活细菌数平板菌落（CFU）计数薄膜过滤计数稀释培养计数法等。 第16页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三（3）计算生长量 测定细胞干重（MLSS、MLVSS）测定某一组份（如含氮量、DNA）或生理指标。第17页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三第二节 微生物的生存因子 温度 pH 氧化还原电位 溶解氧 太阳辐射 活度与渗透压 表面张力第18页

8、，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三最适生长温度：微生物分裂代时最短，生长速率最高时的培养温度。最低生长温度：微生物能进行繁殖的最低温度界限。最高生长温度：微生物能进行繁殖的最高温度界限。温度对生长速率的影响 一、温度第19页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三根据微生物生长温度范围和最适温度，通常把微生物分成嗜冷菌、嗜中温菌、嗜热菌及嗜超热菌。第20页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三微生物类型生长温度分布的主要场所范围最低最适最高低温菌-1030-10102030极地区，兼性嗜冷水及冷藏食品上中温菌1045102530（3540

9、）45腐生菌寄生菌高温菌258025505580温泉、堆肥土壤、表层水、加热器等微生物的生长温度类型温度对微生物的作用较高温度：细胞分裂虽然较快，但维持的时间不长，容易老化。较低温度：细胞分裂较慢，但维持时间较长，结果细胞的总产量反而较高。第21页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三原生动物 16-25工业废水生物处理中的原生动物 30真菌 28-32藻类 28-30细菌 37几种常见生物的最适生长温度第22页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三（超）高温的影响 在高温时，蛋白质凝固变性，呈不可逆的变性，导致微生物的死亡。细胞质膜中含有受热易溶解的物质，

10、当用超高温处理时，脂肪受热溶解时膜产生小孔，引起细胞内含物泄露而致死。超高温：在微生物最高生长温度以上的温度第23页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三灭菌是指通过超高温或其它物理、化学方法将所有微生物的营养细胞核所有的芽孢或孢子全部杀死的过程。消毒是利用物理、化学方法杀死致病微生物。灭菌的方法有：灼烧、干热灭菌(干燥箱 170 )和湿热灭菌（高压灭菌锅 121 ）。 灭菌的效果取决于细菌中最耐热的结构芽孢。消毒的方法：煮沸、巴斯德消毒法等第24页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三加热灭菌和加热消毒的方法 干热灭菌法 火焰灭菌法 干燥加热空气灭菌法高温

11、灭菌 巴氏消毒法 常压下 煮沸消毒法 湿热灭菌法 间歇灭菌法 常规加压灭菌法 加压下 (高压蒸汽灭菌法) 连续加压灭菌法第25页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三干热灭菌种类及适用范围：火焰灭菌：在火焰上直接将微生物烧死。适用范围：接种针、金属小工具、 试管口、三角瓶口等第26页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三干热灭菌：干热灭菌必须在160170 ，保持23小时。适用范围：培养皿、玻璃、陶瓷器皿、金属用具等耐高温物品的灭菌。优点：是灭菌后物品是干燥的。 第27页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三湿热灭菌：适用范围：生理盐水、耐

12、高温的培养基、药品及其它物品。为什么湿热灭菌效率比干热灭菌高？在湿热条件下，菌体蛋白易凝固。热蒸汽的穿透力强，杀菌效果好；热蒸汽在菌体表面凝结为水时放出潜热，从而可提高灭菌温度。第28页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三第29页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三煮沸消毒：在沸水中处理约30分钟，欲杀死芽孢需处理23小时，适用范围：一般食品、衣物、瓶子、器材(皿)等的消毒。 第30页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三间歇灭菌：灭菌物品置于蒸锅内常压下蒸3060分钟 冷后置于一定温度(2837）下培养过夜 再用同样的方法处理(如此反

13、复进行3次)适用范围：有些不宜用高压蒸汽灭菌的物品，如某些糖、明胶及牛奶培养基等。 第31页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三不同类群、不同菌株甚至不同菌龄微生物细胞的抗热性均不相同。大多数细菌、酵母菌的营养细胞、病毒和真菌菌丝体的致死温度为5560。杀死病菌，保证食品的营养和风味巴氏消毒法：快速升温至6085 保持 15s -30min，迅速冷却。第32页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三放线菌和真菌孢子的抗热性稍强，其致死温度为7080。细菌芽孢一般能耐100以上的高温，少数类群如嗜热脂肪芽孢杆菌的抗热性很强，它能在80下生长，120下12min

14、才可死亡。耐高温的顺序为：芽孢孢子营养细胞和菌丝体。第33页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三低温的影响低温下，微生物的代谢活力低，生长缓慢或停止，但不致死。一旦获得适宜的温度，即可恢复活性。利用这一特性，各种冰箱成为生物实验中保存生物样品或试剂的重要手段。一般冰箱的温度在4-18，可以用于保存一般的生物样品。第34页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三二、pH不同微生物对pH的要求有不同。微生物对pH的要求也存在最高、最低和最适三个点。最高生长pH最适生长pH最低生长pH微生物生长pH第35页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三四

15、大类微生物对pH的最适（范围）要求 细菌：6.5-7.5（4-10） 放线菌：7-8（5-10） 霉菌：3-6（1.5-10） 酵母菌：5-6（1.5-10）在发酵工业中，控制pH值尤其重要，如黑曲霉： pH2-2.5主要产柠檬酸 pH2.5-6.5 以菌体生长为主 pH7时以合成草酸为主第36页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三污水好氧生物处理：6.5-8.5 有利于菌胶团细菌互相凝聚形成良好的絮状物，取得好的净化效果8.5 会使原生动物呆滞，菌胶团解体，影响去除效果，厌氧生物处理：6.6-7.6，最好在6.8-7.2，产甲烷菌的要求特别苛刻，且在厌氧反应过程中，厌氧菌

16、会产生有机酸，应当在运行期间也注意投加缓冲物质。第37页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三三、氧化还原电位指氧化体系供给电子（作为还原剂）或接受电子（作为氧化剂）的趋势的度量，单位为mv。 氧化环境有正电位，还原环境有负电位各种微生物需要的氧化还原电位不同：好氧微生物: +300+400mv，100mv才能生长；兼性厌氧微生物:+100mv以上 好氧呼吸， 小于+100mv 无氧呼吸；专性厌氧微生物:200-250mv， 产甲烷菌-300-400mv。 第38页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三好氧活性污泥法控制在200600mV是正常的改变曝气力度

17、 厌氧污泥消化系统氧化还原电位应控制在在-100-200mV过高，将不利于厌氧细菌的生长，应用第39页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三四、溶解氧根据微生物与分子氧的关系，分为：好氧微生物： 专性好氧微生物 0.21101KPa 微量好氧微生物 0.003-0.21101KPa兼性厌氧（兼性好氧）厌氧微生物： 专性厌氧微生物 小于0.005101KPa 耐氧厌氧微生物第40页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三（一）好氧微生物与氧的关系 大多数细菌、大多数放线菌、霉菌、原生动物、微型后生动物都属于好氧性微生物。氧对好氧微生物的作用：1、作为微生物好氧呼

18、吸中电子传递链的最终受体2、参与甾醇类和不饱和脂肪酸的生物合成 好氧生物处理中通过曝气供氧，溶解氧浓度要求维持在3-4mg/L。微量好氧微生物在溶解氧浓度为0.5mg/L时生长最好。第41页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三（二）兼性厌氧菌与氧的关系 兼性厌氧菌既有脱氢酶又有氧化酶，因此既能在无氧条件下又能在有氧条件下生存。 兼性微生物包括酵母菌、肠道细菌、硝酸盐还原菌、人和动物致病菌、某些原生动物、微型后生动物、个别真菌。 在污水好氧生物处理中，供氧不足时兼性厌氧微生物起作用 厌氧生物处理中，兼性厌氧微生物为起水解发酵作用的细菌，将大分子物质分解为小分子物质 第42页，

19、共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三（三）厌氧微生物： 专性厌氧微生物梭菌属、拟杆菌、产甲烷菌等，生存环境中绝对不能有氧 耐氧的厌氧微生物氧的存在对它们无影响，不利用氧也不中毒。如乳酸菌。 厌氧微生物的培养： 可用N2、H2、He驱赶氧；加入氧化还原颜料甲基兰或刃天青指示培养基的氧化还原电位；在无氧培养罐内进行培养；将兼性厌氧微生物和专性厌氧微生物混合培养。第43页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三厌氧超净工作台第44页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三五、太阳辐射小于1000nm的红外辐射，可被光合细菌利用；380-760nm的可

20、见光是蓝细菌、藻类进行光合作用的能源。六、水活度与渗透压（一）水活度第45页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三（二）渗透压10%NaCl NaCl半透性水分子自由通过，其余分子扩散速度受限微生物在不同渗透压溶液中有不同反应。图5-8高渗溶液和低渗溶液对微生物生长均不利。可将嗜盐菌用于含盐量高的污水处理。第46页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三七、表面张力 培养基表面张力为4.5-6.510-4N/m，适合微生物生长。再降低时将影响菌体形态、生长和繁殖。第47页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三第三节 其他不利环境因子对微生物的

21、影响 第48页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三一、紫外辐射和电离辐射（一）紫外辐射 紫外线的波长一般是200-390nm，240-300nm的范围内对微生物有致死效应。250-280nm杀伤力最强。紫外辐射杀菌灯（低压汞灯）的波长是253.7nm，杀菌力强而且稳定，但穿透力差。 作用原理：1、引起DNA分子产生胸腺嘧啶二聚体，使DNA不能复制。2、紫外线可使空气中的分子氧变成臭氧，臭氧易分解产生单线态氧。 紫外线 O第49页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三 光复活：经紫外线照射的微生物，在可见光（510nm）下，可以激活DNA修复酶，修复辐射造成

22、的损伤。这种酶主要作用于由紫外线引起的T-T二聚体，可以与之结合形成复合物，被可见光活化，将受损区域两端的磷酸二酯键水解，切除受损DNA，再由另一些酶催化插入新的核苷酸，补上切去的片段。 第50页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三应用：紫外线的穿透力很弱，只能用作表面消毒或空气消毒。空气消毒利用紫外辐射杀菌灯；表面消毒对某些不能用加热和化学药品消毒的器具；诱变育种低于致死剂量下照射。用于饮用水(纯净水、矿泉水等）和污水的消毒 第51页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三（二）电离辐射低剂量照射有促进生长作用或引起变异，高剂量可致死。X-射线在10-20

23、cm照射2-30min可以杀死平板上大肠杆菌、炭疽杆菌、芽孢杆菌、白喉棒状杆菌和葡萄球菌等，但对液体培养基杀伤力不大。来源铱, X-射线0.1-0.01nm 钴、镭, 射线0.01-0.001nm 特点高能量，穿透力强已经开始被用于油田注水杀细菌(腐蚀性细菌)。第52页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三机制：1、细胞内含物受到强烈震荡，胶体发生絮状沉淀，凝胶液化或乳化，丧失生物活性；2、溶液手超声波作用产生空穴腔，引起细胞周围巨大的压力变化，使细胞破裂；3、溶解的气体变成小气泡，气泡冲击引起细胞破裂应用：细菌裂解，研究其构造及其化学组成；提取病毒；治疗疾病；进行消毒；杀死

24、细菌。二、超声波第53页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三三、重金属：机理： （1）与酶的SH基结合，使酶失去活性；（2）与菌体蛋白结合，使之变性或沉淀。HgCl2浓度为5-20mg/L时，对大多数细菌有致死作用 2酶-SH+Hg2+ 酶-S-Hg-S-酶+2H+有活性无活性Hg 、Cu、Pb等第54页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三四 、极端pH对微生物的影响对生长繁殖不利（1）pH过低（1.5），引起微生物体表面有带负电改为带正电，进而影响微生物对营养物的吸收。（2）过高或过低的pH可影响培养基中有机化合物的离子化作用，从而间接影响微生物。（3

25、）酶在最适宜的pH值下才能发挥最大活性，极端pH会影响酶的活性，从而影响微生物细胞内的生物化学变化。（4）过高或过低pH会降低微生物对高温的抵抗力。第55页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三五、干燥对微生物的影响干燥能使菌体内蛋白质变性，代谢停止，干燥细胞呈休眠状态长期存活。 六、有机物对微生物的影响（一）醇杀菌剂和脂溶剂，可使蛋白质脱水变性，溶解细胞膜中的脂质，杀死微生物。70%的乙醇杀菌能力最强。第56页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三（二）甲醛杀菌剂，对细菌、真菌及其孢子和病毒有效，机理：与蛋白质的氨基（-NH）结合而干扰细菌的代谢机能福尔马

26、林：质量浓度为370-400g/L的甲醛溶液甲醛溶液是动物组织和原生动物标本的固定剂。（三）酚表面活性剂，破坏细胞膜来苏尔：甲酚与皂液或碱液形成乳液，10-20g/L的来苏尔用于皮肤消毒。第57页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三七、抗生素的影响 广谱抗生素狭谱抗生素机理：（1）抑制微生物细胞壁合成（2）破坏微生物的细胞质膜（3）抑制蛋白质合成（4）干扰核酸合成第58页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三第四节 微生物与微生物之间的关系竞争关系原始合作关系共生关系偏害关系捕食关系寄生关系第59页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三一

27、、竞争关系不同微生物种群在同一环境中，对食物等营养、溶解氧、空间和其他共同要求的物质互相竞争，互相受到不利影响。菌胶团细菌和丝状细菌厌氧消化罐中的硫酸盐还原菌和产甲烷菌第60页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三二、原始合作关系（互生）两种可以单独生活的生物共存于同一环境中，相互提供营养及其他生活条件，双方互为有利，相互受益。“可分可合，合比分好” 氨化细菌、亚硝化细菌与硝化细菌之间。固氮菌和纤维素分解菌藻类和细菌第61页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三第62页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三三、共生关系两种不能单独生活的微生物共同生活在同一环境中，各自执行优势的生理功能，在营养上互为有利而组成的共生体。地衣（藻类和真菌）根瘤菌和豆科植物第63页，共72页，2022年，5月20日，18点25分，星期三根瘤菌与豆科植物地衣（lichen）是是藻类和真菌的共生体第64页，共