YYH-第五章-微生物的生长繁殖与生存因子课件.pptx

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,第五章,微生物的,生长繁殖和生存因子,杨毅红,冰岛间歇温泉,硫细菌,间歇温泉多发生于火山运动活跃的区域，水温可接近沸点。,这种细菌竟能在对大多数生命来说极其恶劣的环境中生存下来。,本章核心问题,如何在实验室中培养微生物？,微生物生长受那些物理因素的影响，它们如何影响微生物的生长？,内容提要,第一节 微生物的生长繁殖,第二节 微生物的生存因子,第三节 其他不利环境因子对微生物的影响,第四节 微生物与微生物之间的关系,第五节 菌种的退化、复壮与保藏,重点、难点,重点：微生物的生长曲线、生长曲线在污水处理中的作用、微生物生长繁殖的生存因子和环境因子,难点：生长曲线在污水处理中的应用,微生物细胞吸收营养物质，进行新陈代谢，当同化作用,异化作用时，生命个体的重量和体积不断增大的过程。,生长,生命个体生长到一定阶段，通过特定方式产生新的生命个体，即引起生命个体数量增加的生物学过程。,繁殖,群体生长的实质是包含着个体细胞生长与繁殖交替进行的过程,:,群体生长,=,个体生长,+,个体繁殖,一、微生物生长繁殖的概念,细菌细胞分裂通常是：二等分分裂；,酵母和少数细菌的细胞分裂通过出芽方式完成。,世代时间,简称,代时,（,eneration time,G,）,：,就是一个世代所需的,时间，因而也就是群体细胞数目扩大,1,倍所需的时间，有时也被称为,倍增时间。,单细胞,微生物的世代时间：,两次细胞分裂之间,的时间。,多细胞生物的世代时间：,两次繁殖之间,的时间。,世代时间的大小反映了一种微生物繁殖速度的快慢。,不同种的微生物，其生长繁殖速度不同。原核微生物的繁殖速度一般比真核微生物快。,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）分批培养和生长曲线,1,.,分批培养,将少量单细胞微生物接种于一定量的,液体培养基,内，在适宜的条件下培养,并,定时取样,测定活微生物数目的变化。,只有,开始时的,一次性投料和接种细菌,（其余时间细菌根据环境变化自行生灭）,（“坐吃山空型”）,应用,：,生理特性,研究,、污水生物处理,(SBR),等,将,少量细菌的纯培养，接种到一恒定容积的新鲜液体培养基中，在适宜条件下培养，每隔一定时间取样，测菌细胞数目。以,培养时间,为横坐标，以,细菌增长数目的对数,为纵坐标，绘制所得的一条,反映细菌在整个培养期间菌数变化规律,的曲线。,生长曲线,细菌,纯培养,生长曲线图,生,长,速,率,静止期,衰亡期,细,菌,数,目,的,对,数,值,0,时间,t,总菌数,活菌数,停,滞,期,对,数,期,0,+,_,时期的划分：按照生长速率常数（,growth race constant,）不同,为什么,微生物,数目用,对数值作图？,（,1,）停滞期,特点,：,初期，适者生存，细菌总数下降；,末期代谢活跃，,个体体积、重量增高,;,停滞时期长短受多因素影响。,细,菌,停,数,滞,目,期,的,对,数,值,0,时间,t,提问：为什么会出现停滞期呢？,适应环境（合成相应的酶），营养储备（用于复制合成）,？,“万事开头难”,菌种,：,繁殖速度较快的菌种的停滞期一般较短；,接种物,菌龄,：,用对数生长期的菌种接种时，其停滞期较短，甚至检查不到停滞期；,接种量,：,一般来说，接种量增大可缩短甚至消除停滞期；,培养基,成分,：,在营养成分丰富的天然培养基上生长的停滞期比在合成培养基上生长时短；,接种后培养基成分有较大变化时，会使停滞期加长。,影响停滞期长短的因素：,根据,上述原因选择接种何种状态的细菌停滞期会较长？,对数期的细菌、静止期或衰亡期、受损细胞、富集培养基的,细菌,静止期细胞基本耗尽了各种辅酶或其他细胞成分,受损细胞养伤修复,富集培养基细菌需要合成“自力更生”,酶,。,在实际工作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,采用,处于,高效菌群对数期的菌种,、,增大接种量,、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。,提问：,我们可以通过哪些手段缩短停滞期呢？,（,2,）,对数期,/,指数期,细,菌,数,目,的,对,对,数,数,期,值,0,时间,t,如大肠杆菌,在,G,20,=2G35,；,伤寒杆菌在含,0.125,的蛋白胨培养基,中,G=,800,min,，而,在,1,.0,时,G=,40,min,。,特点,：,代谢,最旺盛，代时最,短,，生长速率最快；,群体中的细胞化学组分及形态、生理特性都比较一致。,提问：,细菌的代时与哪些因素有关？,种类遗传、个体健康情况,(,营养、环境条件,),？,G=(t,2,-t,1,)/n,=(t,2,-t,1,)/3.322(lgX,2,-lgX,1,),R=1/G,=3.322(lgX,2,-lgX,1,)/(t,2,-t,1,),X,2,=X,1,2,n,两边取对数：,lgX,2,=lgX,1,+nlg2,（,lg2,=0.301,）,n=3.322(lgX2-lgX1),x,2,x,1,t,1,t,2,Lg,细胞数,/ml,培养时间,对数期三个重要参数,（,1,）繁殖代数,(n),（,3,）生长速率常数,(R),（,2,）代时,(G),注意,细菌代时的测定必须以,对数期的生长细胞,作为对象。,对数期的生长速率与时间的关系可能是线性函数，而不是指数函数。（溶解氧供应不足）,（,3,）,静止期,细,菌,停,数,滞,目,期,的,对,静止期,对,数,衰亡期,数,期,值,0 t,时间,产生原因：,营养,物,尤其是生长限制因子的耗尽；,营养,物的,比例,失调，如碳氮比不合适,;,有害,代谢废物的积累,（酸、醇、毒素等）,物化,条件,（,pH,、氧化还原势等）不合适,;,如果对数期的细胞分裂不受节制的连续进行，理论上一个代时为,20min,。重,10,-12,g,的细菌，经过,48h,的对数生长之后，其群体重量可达到地球重量的,4000,倍。,特点：,出生率死亡率,;,微生物的生长速率处于动态平衡，培养物中的细胞数目达到最高值,;,细胞分裂速度下降，开始积累内含物，产芽孢的细菌开始产芽孢,.,（,4,）,衰亡期,处于静止期的细菌继续培养，细胞的死亡率将逐渐增加，最终群体中活的细胞数目将以对数速率急剧下降,细,菌,数,缓,目,期,的,对,对,数,衰亡期,数,期,值,0 t,时间,产生原因：,营养物耗尽；,细菌进行内源呼吸，自身溶解；,有毒代谢产物累积抑制繁殖。,特点：,生长速率负增长，群体中的活菌数目急剧下降，死亡率出生率；,细胞形态多样，出现畸形，形成衰退型；,蛋白水解酶活跃，出现菌体死亡、自溶等，发生自溶的菌生长曲线表现为向下跌落的趋势；,芽孢细菌芽孢大量释放。,衰亡期的长短,与对数生长期一样在不同微生物中变化是很大的，主要与菌种的遗传特性有关。,通过补充,营养和能源,，以及中和环境毒性，可以减缓死亡期的细胞死亡速率，延长细菌培养物的存活时间。,2.,连续培养,连续培养类型,恒浊连续培养,恒化连续培养,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,（,1,）恒浊连续培养,恒浊,培养基浊度恒定（实质是细菌数量恒定）,新鲜培养基,光电池,光源,流速控制阀,出水,发酵工业、,细菌的生理生化研究,反馈控制,化,？,新鲜培养基,流速控制阀,出水,应用,：,污水生物处理,（,细菌生理特性研究、细菌的快速筛选等,）。,流速恒定,进料营养物总量,(2),恒化连续培养,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）,往往只处于,生长曲线中的某一阶段,在,连续培养中，微生物的生长规律与分批培养有何不同？,不同的污水在生物处理过程中，其活性污泥中的微生物不仅种群不同，且生长状态也不同,。,可利用不同生长阶段的微生物处理不同有机物浓度的废水。,三、细菌的生长曲线在废水微生物处理的应用,大多数活性污泥处理系统的运行范围,活细菌数目对数,对数期,稳定期,适应期,衰亡期,活细菌,重量,mg/L,活性污泥生长曲线,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,/,mL,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？,生长率下,降阶段,m,g,/mL,0,时间,t,活,细,胞,重,量,营养物浓度（好氧细菌还包括氧气）,下降,;,代谢产物积累对细菌的某些酶产生抑制,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,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？,不是，利用死亡细菌的残体营养,连续生物处理中的细菌状态表,细菌的,生长阶段,应用举例,特点,停滞期,无,连续化稳定操作中无此阶段,对数期,高负荷活性污泥法,(,大部分区域,),生长繁殖快，代谢活力强，能大量去除废水中有机物。,缺点：,粘液层和荚膜尚未形成，运动很活跃，不易自行凝聚成菌胶团，沉淀性能差，致使出水有机物浓度相对较高,静止期,生物膜法,常规活性污泥法,(,大部分区域,),仍有相当的代谢活力，细菌体内累积了大量贮存物，如异染粒,聚,-,羟基丁酸等，体表的粘液层和荚膜强化了细菌的,生物吸附能力，自我絮凝、聚合能力强,，在二沉池中泥水分离效果好，出水水质好。,衰亡期,低浓度污水延时曝气法,污泥的厌氧消化,废水有机营养物浓度过低，难以满足其他阶段细菌的生长需要,进水,对数期,静止期,衰亡期,平推流式活性污泥法,占优势,1.,适应期,:a,2.,对数增长期,:,（,ab,）,活性污泥增长曲线的四个阶段,3.,减速增长期（,bc,）,4.,内源呼吸期（,cd,）,四、微生物生长量的测定方法,(,一）测定微生物总数,包括,细胞数测定,和,细胞生物量,的测定。,其优点是测定过程快速，缺点是不能区分微生物的死活。,电子计数器计数,计数器直接计数,染色涂片计数,比例计数法,比浊计数法,1.,电子计数器,细胞悬液通过小孔导致电阻变化,.,较大的微生物可用,原生动物、藻类和非丝状酵母菌,2.,计数器,直接计数,常用的微生物生长测定方法，用血球计数板在显微镜直接观察计数。,细菌、酵母菌、藻类和原生动物等。,计数器直接测定,将菌液滴在,血球计数板,0.1ml,的计数格中,，固定,染色后，在显微镜下选择数出若干个小格中的细菌数目，（一般数,125,个小格），根据比例关系折算出单位体积菌液中细菌的数量。,如,125,个小格中有,90,个细菌则,(90125)0.0025=288,个,/ml,菌液中细菌数目就为,288,个,/ml,。这种方法,只能测定个体较大的细菌,，细菌个体若太小，则由于每一小格中细菌层层叠加，相互遮挡，难以准确计数。若适当稀释，效果较好。,3.,染色涂片计数,将已知体积,(0.01ml),的待测样品，均匀地涂布在载玻片的已知面积内,(1cm,2,),，,固定染色,在,显微镜下选择若干个视野计算细胞的,数量,计算,涂片染色法,4,比例计数法,将待测样品溶液与等体积的血液混合，然后涂片，在显微镜下测定细菌与红血球数的比例，因血液中的红血球数已知,(,男性,400500,万个,ml,，女性,350450,万个,ml),，由此可以测得细菌数量。,5,比浊计数法,快速测定悬浮细胞,其,原理：细菌细胞不完全透光，,光束通过悬浮液时会引起光的散射或吸收，降低透光度,，透光度,与溶液的混浊度即细胞浓度,成正比。,须,将已知细胞浓度的样品按上述测定程序制成,标准曲线,，然后根据透光度或光密度值从标准曲线中直接查得细菌含量。,（,1,）制标准曲线,（,2,）测定菌液浊度，查表得出细菌数量,50,（二,）测定活细菌数,通过,测定样品中活的细菌数量来间接地表示细菌的含量,。,优点,在于只计数样品中的活细菌数目，缺点在于测定所需的时间较长，手续繁琐,。,稀释培养计数,过滤计数,菌落计数,1.,稀释培养计数,法（,MPN,法）,根据,统计学原理,设计；,most probable number,适用于生长比较慢的细菌，如硝化细菌、铁细菌、硫酸盐还原菌等；,步骤,：,先,将待测菌液作,10,倍梯度稀释,，,每稀释度样品,分别接种到,3,管或,5,管一组液体培养基中,，,培养,一定,时间,观察,各管及各组中细菌是否生长、记录结果，再查与之匹配的统计表，即最可能数表,(MPN),，算出细菌的最终含量。因此，这种方法又叫最可能数法或,MPN,法。,MPN,举例：测定,硫酸盐还原菌,的数量,严格,厌氧菌，生长中形成了硫化氢，硫化氢与铁生成大量黑色的硫化亚铁沉淀，在,显微镜下这些沉淀很难与细菌,区分,；,由于厌氧，,不能在空气状态下生长,，,平板培养,计数也无法,使用,。可以,利用它们生长时产生的硫化亚铁黑色特征进行液体培养，按,MPN,法进行计数,。,（,1,）,10,倍梯度稀释,(3),统计、查表、计算,统计确定数量指标,取,生长的管数最多的且稀释度最高稀释度,的生长管中生长的管数，为数量指标的第一位数字，后面两个稀释度的生长管数为后两位数,，,如上例，,3,个重复生长的,10,-3,和,10,-4,两个稀释度，但两者中高稀释度的是,10,-4,，其生长管数“,3”,为数量指标的第一位数字；第二和第三位数则为,2,和,0,。因此所得的数量指标为“,320”,。,查表,所,查的统计表是通过其他精确的计数方法，确定的各种数量指标时细菌数量的可能的最大值，在确定了数量指标后，可从,MPN,三管法统计表查相应的细菌最大可能数量。,MPN,三管法测数统计表,上面例子中数量指标“,320”,对应的细菌最大可能数为,9.5x10,4,2.,过滤,计数法,对于某些细菌含量较低的样品，可,采用此法；,待,测样品,通过微孔滤膜,，藉助膜的作用将细菌浓缩，再将膜放于固体培养基表面培养，然后类似于平板计数那样计算,结果；,要求,样品中不得含有过多的悬浮性固体或小颗粒。,3.,菌落计数,法,应用最广泛；,CFU,将,待测细菌样品先作,10,倍梯度稀释，然后取相应稀释度的样品涂布于固体平板培养基上，或与未经融化的固体培养基混合、摇匀，培养一定时间后观察并计数生长的菌数，最终根据细菌数和取样量计算出细菌浓度。,注意：计数精确性与各稀释液中微生物分散的均匀性有关，取样前应,摇匀,且对每一个稀释液应,多做几块平板,以减少误差。,一般,计数平板的细菌生长菌落数以,30300,个,为宜。,细菌数量,=,数出的菌落数,/,稀释度,例如,10,-5,稀释度时菌落数为,100,个，则细菌数量,=?,100/10,-5,=10,7,个,/,mL,(,三,),计算生长量,细菌具有,一定的体积和重量，在细菌生长过程中，测定单位体积液体中细菌群体重量变化直接表示细菌生长数量的方法称为重量法。,1.,测定细胞干重法,先,将细菌分离，再烘干称量,。,分离,可采用离心法或过滤法。取已经培养一段时间的待测细菌样品，用离心机收集生长后的细菌细胞，或用滤纸、滤膜过滤截取生长后的细菌细胞，然后在,105-110,下进行干燥，称取干燥后的重量，以此代表细菌生长量的多少,。,水处理工程设施中的细菌生长量通常采用（要求,SS,小）；,2,.,细胞,含,N,量法,大多数生物包括细菌，细胞内的,蛋白质氮含量,比较稳定，一般为蛋白质干重,15,16,，,平均为,16,。,水样中,菌体蛋白质,-N,含量、单个细菌中的,蛋白质含量,(10,-15,10,-11,)g/,细胞,(10,18,),细菌的数目,=,菌体蛋白质,-N,16%,单个细胞的蛋白质含量,凯氏氮（,有机氮,+,氨氮）,3,.DNA,含量法,同种细菌的,DNA,含量一致，,可通过测定,DNA,的含量来表示细菌的生长量。,少量纯细菌培养时细菌数量的测定。,精确性非常高，对样品纯度以及仪器和人员的要求较高。,提问：,当你需要测定某水样中细菌数量时，你该如何选择方法？,视要求、水样菌量、测试条件等等灵活选取,第二节 微生物的生存因子,适宜环境,：,微生物能正常地进行生命活动,不适宜环境,：,微生物的正常生命活动受到抑制或被迫暂时改变原有的一些特征。,恶劣环境,：,微生物死亡或发生遗传变异。,决定特定环境是否适宜各类微生物生存的物理因素，即为,生存因子,。,细菌能生活在每一处适合生命存在的地方,-,在人类生态复杂的内脏，冰冻的南极冰川，以及极高静水压和极高温度的海沟中。温度高于,71,，地球上所有的生命体就剩下细菌了。嗜热嗜酸菌在,60,，,pH12,的条件下仍能存活。在燃烧的煤炭表面和热泉里都能找到它的踪迹，但在,37.7,它就被“冻”死了。,第二节 微生物的生存因子,决定特定环境是否适宜各类微生物生存的物理因素，即为,生存因子,。,适宜环境,：,微生物能正常地进行生命活动,不适宜环境,：,微生物的正常生命活动受到抑制或被迫暂时改变原有的一些特征。,恶劣环境,：,微生物死亡或发生遗传变异。,微生物,的生长要求有一定的温度范围：,最低、,最,适,和,最高生长温度,。,根据,细菌最适生长温度的不同，可把细菌分为,：,嗜冷菌,嗜中温菌,嗜,热,菌,嗜,超热,菌,大多数,菌为嗜中温菌。,在,2540,范围内长得最好,一、温度,温度对微生物生长速率的影响,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。,嗜,冷,微生物,最适生长温度在,5,-15,主要分布在地球的两极、冷泉、深海、冷冻场所及冷藏食品中。,例：假单孢菌中的某些嗜冷菌在低温下生长，常引起冷藏食品的腐败。,生存机理,：,具备低温活性酶,；,主动运输物质的功能运转良好；,细胞质膜含有大量的不饱和脂肪酸，在低温下能保持半流动性，使之能有效地集中必需的营养物质。,嗜热微生物,最,适生长温度,为,50-60,主要分布在温泉、堆肥和土壤中,。少数在沸腾热泉中的嗜热菌能够忍受,110,的高温。,内华达州黑岩沙漠间歇泉，温度接近沸点，嗜热硫细菌仍可生长繁殖,高温菌和中温菌在低温环境中的代谢能力为什么减弱？,温度不仅是微生物生长的重要条件因素，同时也是抑制其生长的重要条件因素。在低温条件下，微生物的代谢极微弱，基本处于休眠状态，但不致死。,嗜中温微生物在低于,10,的温度下不生长，因为,蛋白质合成的启动受阻,，不能合成蛋白质。又由于许多,酶对反馈抑制异常敏感,，很易和反馈抑制剂紧密结合，从而影响微生物的生长。,处于低温下的微生物一旦获得适宜温度，即可恢复活性，以原来的生长速率生长繁殖。,二、,pH,pH,值的变化可能导致酶和其他蛋白质变性，也会扰乱细胞膜上的离子泵。很多细菌总是产生足量的酸作为代谢副产物而最后限制了自身的生长。,大多数微生物的最适,pH,值通常接近中性（,7,），最适上下浮动,1,个,pH,值范围生长；,根据对酸碱的忍耐程度，可分成：,嗜酸菌,中性菌,嗜碱菌,每一种微生物都有其最适,pH,和一定,pH,范围，在最适,pH,内酶活性最高。,霉菌，酵母菌生长适宜范围中性偏酸；,放线菌，细菌生长适宜中性或中性偏碱。,在,废水生物处理中，,pH,一般在,6.5-8.5,（,6-9,）。,生物处理的主体是细菌，它要求,pH,略为偏碱,。过高的,pH,会使原生动物呆滞，菌胶团解体，影响去除效果，而过低的,pH,，会使霉菌大量繁殖，造成污泥膨胀。,吃石头的细菌，产酸腐蚀,新墨西哥州的龙舌兰洞穴,美国西南,Carlsbad,山洞,微生物在培养基中分解葡萄糖，乳产生有机酸会引起培养基的,pH,下降,，培养基变酸。微生物在含有蛋白质、蛋白胨及氨基酸等中性物质培养基中生长，这些物质可经微生物分解，产生,NH3,和胺类等碱性物质，使培养基,pH,上升,。,各种,工业废水通常设前,调节池,，维持曝气池,pH7,左右,。,处理过程中也可投加缓冲物质，如：,碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠及氨,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,。,三、,氧化还原电位,某物质与氢电极构成原电池时的电压高低,反映该物质氧化性强弱,。,氧化环境具有正电位，还原环境具有负电位。,提问：,影响水样氧化还原电位的因素有哪些？,氧,化性物质（主要是氧气浓度）与还原性物质（有机物、,H,2,S,等）的,含量,。,Eh,的改变方法,降低,Eh,除氧及向培养基中添加还原性物质：,H,2,S,、抗坏血酸、含巯基化合物（半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等）,升高,Eh,通空气或氧及向培养基中添加氧化性物质：,Fe(OH),3,等,好氧活性污泥法,控制在,200,600mV,是正常的,提问：过低过高如何调节？,改变曝气力度,厌氧污泥或污水处理系统应控制,在-100-200mV.,过高，将不利于厌氧细菌的生长，应改进工艺降低水中溶解氧量。,应用,微生物可分为,：,转性,好,氧微生物、兼性厌氧微生物和厌氧微生物。,1,好氧微生物（专性好氧和微量好氧）,O,2,的作用有两个，一是作为最终电子受体，二是参与甾醇类和不饱和脂肪酸的合成。,微生物只能利用溶解于水中的,O,2,，即溶解氧（,DO,）。,DO,与水温、大气压等因素有关，温度越高，氧的溶解度越小。,在好氧生物处理中，,DO,是个十分重要的因子，要求提供充足的氧，一般曝气池中的,DO,要求控制在,3-4mg/L,。,四、溶解氧,专,性好氧菌,好,氧菌,微好氧菌,兼性厌氧菌,耐氧厌氧菌,厌氧菌,(,专性)厌氧菌,四、溶解氧,1,好氧微生物（专性好氧和微量好氧）,O,2,的作用有两个，一是作为最终电子受体，二是参与甾醇类和不饱和脂肪酸的合成。,微生物只能利用溶解于水中的,O,2,，即溶解氧（,DO,）。,DO,与水温、大气压等因素有关，温度越高，氧的溶解度越小。,在好氧生物处理中，,DO,是个十分重要的因子，要求提供充足的氧，一般曝气池中的,DO,要求控制在,3-4mg/L,。,2,兼性微生物,即能在有氧条件下生存，又能在无氧条件下生存。但两者所表现的生理状态是很不同的。,如酵母菌。,3,厌氧微生物（专性厌氧和耐氧,),只有在无氧条件下才能生存。对于专性厌氧微生物，要求绝对无氧的条件，氧的存在会使微生物死亡，,如产甲烷菌,;,另一些厌氧微生物,(,也叫耐氧微生物），氧的存在与否对它没有影响，既不利用氧，也不中毒。,如乳酸菌。,氧对专性厌氧微生物有什么不良影响？,在氧气存在时，专性厌氧微生物代谢产生的,NADH,2,和,O,2,反应生成,H,2,O,2,和,NAD,，而,专性厌氧微生物没有过氧化氢酶,，它将被生成的过氧化氢杀死。,O,2,还可以产生游离,O,由于专性厌氧微生物没有破坏,O,的超氧化物歧化酶而被,O,杀死。耐氧的厌氧微生物虽具有超氧化物歧化酶，能耐,O,2,然而他们缺乏氧化氢酶，仍会被氧化氢杀死。,在培养不同类型的微生物时，要采用相应的措施保证不同微生物的生长。,培养好氧微生物,：需震荡或通气，保证充足的氧气。,培养专性厌氧微生物,：需排除环境中的氧气，同时,在培养基中添加还原剂，降低,培养基中的氧化还原电位势。,培养兼性厌氧或耐氧微生物,：可深层静止培养。,五,太阳辐射,正面生物学效应：波长比,1000 nm,短的红外辐射（不产氧的光合细菌用作能源）；,380760nm,的可见光（蓝细菌和藻类光合作用）,其他辐射均是有害的,六渗透压,是,不同溶液被半透膜隔离开时，由于膜半透性及两侧水分子浓度差异形成的水压,。,所有微生物的膜都是选择性透过的。,高渗溶液,等渗溶液,高渗溶液,在西班牙加那利群岛的兰萨罗特岛上的盐湖和周围的盐田。这里的水中生长有嗜好高盐度环境的盐杆菌，而这些盐杆菌需要通过体内的粉红色素来吸收光能维持生命。随着盐杆菌的不断繁殖，湖水也就变成了粉红色。,透压,可影响细菌生存：,1.,相同渗透压溶液中,细菌细胞内水含量稳定，细菌生活得最好。,等渗透压溶液,0.85,的食盐,(NaCl),溶液（生理盐水）。,常作为进行细菌稀释分离的稀释液。,提问,：,在高渗溶液中，,细菌,会发生什么现象？,质壁分离,防腐（细菌滋生）,如用,5,30%,的盐水,腌咸菜、咸鱼，用,60,80%,的糖溶液,做蜜饯等,。,海洋对各种病原菌（淡水菌）的杀灭,高含盐废水（如油田采出水）难于生物处理的原因,提问：如何解决？,冲稀,;,嗜高渗透压菌,;,细菌基因改造；,3.,低渗透压溶液,提问：,细菌处于纯水,中,会如何,？,外界大量水流入细菌细胞内，细胞膨胀，甚至破裂。,综合,以上几点，在微生物实验室中稀释菌液，应该用生理盐水（,0.85%,）,(,除非稀释后马上就用的可以用无菌的蒸馏水。,),你喜欢吃香辣食物吗？,可能你不会喜欢它们流行的原因。在罐装和冷藏等现代食品保存法出现之前，控制食品中的微生物生长是个非常困难的问题。食品保藏一段时间后，不可避免会有变质气味，而香料就被用来掩盖这种难闻的气味。另外，一些,香料也有防腐剂的功效,。大蒜的抗菌功效早已被我们熟知。,因此，我们应该认识到环境中存在着许多对微生物不利的环境因子。,第三节 其他不利环境因子对微生物的影响,包括：,紫外辐射,、,极端温度,、超声波、干燥、,极端,pH,、重金属、有机物、抗生素,本节内容的重点：控制微生物的物理和化学方法。,生物性危害标志,灭菌和消毒,定义：,灭菌,杀死或除去材料中或物品上,所有的微生物,。,消毒,减少物体表面或材料内部病原微生物的数量，使其,无法引起疾病,。,灭菌之后的无菌状态意味着材料表面或内部不存在活的生物体。,称为消毒剂的药品一般针对非生命物品，而防腐剂针对活的组织。,你愿意到生物四级“高级实验室”里工作吗？,在那里你需要穿连体防护服，通过生命管线呼吸新鲜空气，任何一个细小裂缝和穿孔都可能置你于死地。,出舱时，需要经过一系列带有单向门把手的房间。首先连体防护服要经过消毒剂喷淋清洗；脱去后进入下一个房间用杀菌剂淋浴和擦洗。穿在太空服内的衣服也要留在这里。然后在下一个房间拿回上街穿的衣服。,如阿根廷出血热与刚果出血热、埃博拉病毒，马尔堡病毒，拉萨热，克里米亚,-,刚果出血热，天花，以及其他各种出血性疾病。,紫外线：,200390nm,，以,260nm,左右的辐射杀菌力最强。,机理：,主要是通过破坏,DNA,和蛋白质来杀死微生物。如DNA吸收紫外线，形成嘧啶二聚体，导致DNA复制异常。,应用：,对,微生物有致死作用，可用以杀菌,，,在消灭活病毒方面特别有效；,但,穿透力较差，只能,用于,：,空气,消毒：无菌室、无菌箱,物体,表面的,消毒,：超净台,诱变育种,纯净水和污水的消毒,:,医院污水（紫外辐射,+,微电解消毒器）,一、辐射,离子辐射,包括,X,射线和,射线。,X,射线：,0.10.01 nm,射线：,0.010.001 nm,原理：,损害,DNA,，并会产生细胞内强氧化剂,-,过氧化物。杀死细胞或引起突变。,应用：,塑料、医疗设备和药品的灭菌。也可用于防止食品变质。,医院里通常采用辐射对免疫缺陷病人的食物进行消毒。,二、超声波对微生物的影响,超声波是频率超过,20000HZ,的声波，人耳听不见。超声波具有强烈的生物学效应，能破坏细胞。常用来破坏细胞壁，制成细菌裂解液。,二、极端温度,在解释加热能预防食物变质的巴斯德理论出现前,50,年，欧洲人就采用加热的方法处理罐装食品。,热灭菌：,如果被灭菌的物品不会受热破坏，那么加热灭菌是优选的方法。将所有微生物的营养细胞核所有的芽孢和孢子全部杀死。,原理：,蛋白质高温变性，细胞质膜溶解。,二、极端温度,1.,高温灭菌法,火焰,灭菌（,灼烧灭菌）：,将工具在酒精火焰上灭菌；,干热灭菌,：在干燥箱中利用热空气来灭菌；,干热灭菌使用温度：,160-180,，常用,170,，含水物品不能利用此法。,湿热灭菌,湿热灭菌使用温度,:100-130,常用,121,，,含水物品常利用此法。,在同样温度下湿热灭菌效果要比干热灭菌效率,要高，,其原因是,:,1.,菌体蛋白质吸收热水分凝固比干热凝固容易,;,2.,湿热比干热传导快，穿透力强，能迅速提高物体内部温度。,3.,蒸汽与物品接触，凝结成水,放出,潜能,能迅速提高温度,加速微生物死亡。,间歇灭菌法,用,100,15-3028-37,12-24hrs(,使残留的芽孢萌发或营养细胞再被杀死,)100,（,15-30,）可以反复,2-3,次。,适用于不耐热药品、营养物、特殊培养基等,。,煮沸消毒法,将水加热至100，煮沸15min-30min，可杀死所有营养细胞和部分芽孢，达到消毒物的目的。,巴氏消毒法,（,低温消毒法,）,牛奶、酒等在高温下营养和风味容易受破坏，利用较低温度既可杀死病菌又能保持这些营养物质风味不变。,巴氏消毒使用温度：,A,:62-65,20-30 min,B:72,15-16 S,经消毒后残留的只是部分嗜热菌及耐热性菌以及芽孢等，但这些细菌多数是乳酸菌，乳酸菌不但对人无害反而有益健康。,三、超声波,频率超过,20000Hz,；具有强烈的生物学作用，几乎所有的细菌体都能被超声波所破坏。,机理：,使细胞内含物受强烈振荡，胶体发生絮状沉淀、凝胶液化或乳化，从而失去活性；产生空腔，引起巨大的压力变化；溶于溶液中的气体变成无数极小的气泡迅速猛烈地冲击细菌，使之破裂。,应用：,（,1,）制细菌裂解液，研究化学组成、酶；,（,2,）从组织中提取病毒；,（,3,）治疗疾病，引起致病微生物发生破坏性改变；,（,4,）对汽车车厢内的空气消毒；,（,5,）杀灭饮用水、食品、饮料中的细菌；,（,6,）破碎高浓污水和活性污泥余泥中的细菌，增加生化降解性。,三、超声波,四、干燥,古埃及人把易腐食物晒干防治变质；农民将谷物种子放在干燥处，不然在潮湿节，谷物和面粉很容易发霉。,原理：,干燥能使菌体内蛋白变性，引起代谢活动停止。,应用：,成为保藏物品和食物的好方法。真空冷冻干燥保存菌种。,如方便面、干果、肉干、葡萄干等。,（,在不受热和其它外界因素干扰下）干燥细胞将处于长期休眠,状态,；,一旦提供潮气则会很快复活。,提问：环境中过于干燥细菌如何生存？,用做药剂的重金属包括：,汞,、银、铜、铅及其,化合物,、硒。它们能有效抑制细菌生长。,机理：,能,使蛋白质发生沉淀变性，使酶失去活性，而可以用来作为杀菌和防腐。,应用,：,硝酸银曾广泛用于预防新生儿的淋球菌感染；,硫柳汞和红药水等有机汞化合物用于伤口的表面消毒；,二硫化硒能杀死真菌及孢子，含硒制剂通常用来治疗真菌性皮肤病；,硫酸铜能有效控制藻类生长。,五、重金属,清洁鱼缸,如果你有一个鱼缸，也许你会为缸里的水像绿豆汤而发愁，这是因为里面生长了大量的藻类。,在缸内放一些银币就能解决这个问题。银币溶解到水中的铜足以抑制藻类生长。,硫酸铜对真菌和藻类的杀伤力比细菌强,。,常用硫酸铜与石灰,配制成的,波尔多液,，,在农业上可用以防治某些植物病毒。,提问：,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,1g,L,的硫酸铜，原因何在,？,抑制携带过程中微生物的呼吸，尽量保持水质不变。,过高,或过低的,pH,对,微生物,生长繁殖不利,：,（,1,）影响蛋白质的解离，从而影响细胞表面的电荷，影响营养物质的吸收；,（,2,）影响营养物质的离子化，影响其进入细胞；,（,3,）影响酶的活性；,（,4,）降低抗热性。,六、极端,pH,对微生物的影响,（一）,醇,与水混合，醇能使蛋白质变性。还是脂溶剂，能溶解细胞膜。乙醇、异丙醇可做皮肤消毒剂。,70%,乙醇的杀菌力最强,易挥发，无法使皮肤无菌，能杀死皮肤表面的微生物营养细胞，但无法杀死芽孢、抗性菌及毛孔深处的细菌。,七、若干有机物对微生物的影响,提问：,为什么,乙醇,浓度过低或过纯杀菌力,差,？,提示,：革兰氏染色（,95,乙醇脱色）,可使细胞表面迅速失水，表面蛋白质沉淀变性形成一层致密薄膜，阻止乙醇分子进入菌体内，故杀菌差。,甲醇,甲醇杀菌力差，对人有毒，不宜作杀菌剂,。,在废水生物,反硝化脱氮,处理工艺中，缺碳源时,常用甲醇作碳源。,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。,（二）甲醛,能破坏蛋白质和核酸的结构，是有效的杀菌剂，对细菌、真菌及其孢子和病毒均有效。,37%,，福尔马林，是动物组织和原生动物标本的固定剂。,会破坏核酸，所以会引发癌症，不能用在有可能危害人体细胞的场合。,1,）,酚,能引起蛋白质变性，并破坏细胞质膜。,苯酚又名石炭酸。,1867,年,Lister,将它作为消毒剂后，就成为一种标准的消毒剂。,10g/L,的石碳酸在,20min,内可杀死细菌，,3050g/L,的石碳酸溶液几分钟可杀死细菌；,50g/L,的石碳酸溶液可作喷雾消毒。芽孢和病毒在,50g/L,石碳酸溶液中可存活几小时。,甲酚的杀菌能力比其他酚强，但难溶于水，易于皂液或碱液形成乳浊液，成为来苏尔。,1020g/L,用于皮肤消毒，,3050g/L,用于消毒桌面和用具。,（三）表面活性剂,2.,新洁尔灭,季铵盐的一种，对许多非芽孢型致病菌、,G,+,及,G,-,菌有着较强的致死作用。,3.,合成洗涤剂,阳离子型洗涤剂比阴离子型杀菌力强。,非离子型的洗涤剂没有杀菌力。,目前使用的主要是阴离子型（烷基钠钾盐）的,LAS(,直链烷基苯磺酸钠,),合成洗涤剂，它可被微生物降解,。,无水洗手剂效果如何？,常常会找不到一个可以洗手的地方。近来多种洗手产品面市，据称只要用一点点凝胶就能替代原来的肥皂和水。它们确实有效吗？,据实验室的检测结果，很多洗手产品只有很小甚至没有任何作用。,（四）染料,许多染料如孔雀绿、亮绿、结晶紫都有杀菌作用,。,染料要达到一定浓度时才具有对细菌抑制和杀死的作用。,常用的皮肤消毒剂紫药水就是,1,浓度的结晶紫溶液,。细菌染色用的染料浓度一般在,0.1,-5,范围内。,八、抗生素对微生物的影响,放线菌和霉菌,所产生,能杀死其他微生物或抑制其生长的物质,抗生素有广谱和狭谱之分,提问：什么是广谱、狭谱？,广,普遍,氯霉素、金霉素、土霉素和四环素,狭,不普遍,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，叫狭谱抗生素,。,抗生素的作用机制,抗生素对微生物的影响有,以下,几,方面,：,抑制细胞壁形成,青霉素,抑制革兰氏阳性菌肽聚糖的合成,，进而阻碍细胞壁合成；,革兰氏阴性菌细胞壁的肽聚糖含量很低,，,因此只受到部分损伤,破坏微生物的细胞膜,多粘菌素中的游离氨基与革兰氏阴性菌细胞质膜中的磷酸根,(P0,4,3,),结合，损伤其细胞质膜。,抑制蛋白质合成,氯霉素、金霉素、土霉素、四环素、链霉素、卡那霉素、新霉素、庆大霉素、嘌呤霉素及春日霉素等都能与核糖体蛋白结合，抑制微生物蛋白质合成。,同时，上述广谱抗生素能与酶组分中的金属离子结合，抑制酶的活性。,提问,：,青霉素对人体有害吗？为什么？,本身没有。人和动物的细胞不具细胞壁，不含肽聚糖，所以不受青霉素的损害。,提问：,为什么打青霉素先作皮试？,5,6,人会有严重过敏反应,（免疫系统自杀行为）,第四节 微生物与微生物之间的关系,一、竞争关系,二、原始合作关系,三、共生关系,四、偏害关系,五、捕食关系,六、寄生关系,互生,互惠互利,互生关系分为,偏利关系和互利关系,，,偏利关系,指只有,一方获利,（奉献）,，,互利,则是,互惠,互利。,共生,共同依存,互生关系的极端表现，形成特殊的共生体，不能分开独自生活,拮抗,(,对抗,),“,竞争、斗争、战争,”,，,包括,竞争、毒害、捕食,三种类型。,提问：,藻类、好氧菌与厌氧菌之间是何关系？,互生为主,（,1,）既利甲又利乙（,+,）例如共生、互利共栖、互养共栖和协同共栖等。,（,2,）利甲而损乙（,+-,）例如寄生、捕食和拮抗等。,（,3,）利甲而不损乙（,+0,）例如偏利共栖、卫