第五章—生长繁殖课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第五章 微生物的生长繁殖与生存因子,微生物的生长繁殖,微生物的生存因子,其他不利环境因子对微生物的影响,微生物之间的关系,菌种的退化、复壮和保藏,第一节 微生物的生长繁殖,微生物生长繁殖的概念,研究微生物生长的方法,细菌生长曲线在污水生物处理中的应用,微生物生长的测定方法,一、微生物生长繁殖的概念,生长：正常情况下，同化大于异化作用，微生物细胞不,断迅速增长，,不伴随个体数目的增加,繁殖：当单细胞个体生长到一定程度时，由一个亲代细,胞分裂为两个大小、形状与亲代细胞相似的子代,细胞，,个体数目增加,发育：从生长到繁殖这个量变到质变的过程,世代时间：两次细胞分裂之间的时间,二、研究微生物生长的方法,分批培养,连续培养,（一）分批培养,当微生物接种到一个新鲜的生长环境(培养基)时，微生物群体生长经历四个截然不同的生长时期。,生长曲线,第一个时期，,延滞期,(,lap phase),接种后，细胞并不立即生长繁殖，其细胞数在一定时间内无明显增加，这一阶段称为延滞期。,不同种细菌的延滞期长短不同，影响因素为：,接种量大，延滞期短,接种群体菌龄处于对数期的延滞期短，静止期和,死亡期的延滞期长。,营养：由丰富的培养基转接到贫乏中也出现延滞期。,延滞期是细胞在环境改变后表现出的一个适应阶段。,第四个时期，,衰亡期,(,declinePhase,),培养基中营养成分耗尽，代谢产物大量积累，环境改变使细胞存活困难，细胞死亡的速率细胞分裂的速率。群体数目急剧下降，此时期为衰亡期。,(二)连续培养,1、恒浊连续培养,保持细菌的浓度恒定，以浊度为控制指标,2、恒化连续培养,维持进水的营养成分恒定，使细菌处于最高生长速率,微生物的生长状态和规律与分批培养不同，相当于分批培养中生长曲线的某一生长阶段。,三、细菌生长曲线在污水生物处理中的应用,按污水的水质情况，可利用不同生长阶段的微生物处理,：,1、常规活性污泥法：静止期,2、生物吸附法：静止期,3、高负荷活性污泥法：对数期,4、延时曝气法：衰亡期,为什么常规活性污泥法不利用对数期的微生物？,1、对数期要求进水有机物浓度高，则出水有机物绝对值也相应提高，不易达到排放标准。,静止期代谢活力稍差，去除有机物效果仍较好。,2、对数期微生物生长旺盛，细胞表面的荚膜和粘液层尚未形成，不易自行凝聚成菌胶团，沉淀性差，出水水质差。,3、静止期菌体内积累了大量储存物，强化了生物吸附能力，在二沉池中泥水分离效果好，出水水质好。,延时曝气法处理低浓度有机废水时，利用衰亡期微生物：,低浓度有机废水不能满足静止期微生物的营养要求,延时曝气法增大进水量，延长水力停留时间，以提高有机负荷，满足微生物的营养要求。,四、微生物生长的测定方法,1、总细胞计数,2、活菌计数法,血球计数板法,涂片计数法,比浊法,涂布平板法,倒平板法,直接显微镜计数法,在稀释情况下，1个菌落是由一个活细胞繁殖形成的,第二节 微生物的生存因子,微生物除需营养外，还需合适的生存因子,温度,pH,氧气,渗透压,氧还电位,阳光,一、温度,每种微生物有三种基本温度：,最高温度、最适温度、最低温度,根据最适生长温度,嗜冷菌,嗜中温菌,嗜热菌,超嗜热菌,专性,兼性,室温型,体温型,专性,兼性,嗜冷性微生物低温生长的原因：,1、酶在低温下能更有效的起催化作用，3040,酶很快失活。,2、细胞膜,不饱和脂肪酸含量高,，能在低温下保持膜,的流动性，从而保证膜的通透性。,3、主动运输能力强，可有效的集中必需的营养物质,嗜热性微生物高温生长的原因：,1、酶比别的蛋白质具有更强的抗热性,2、细胞膜,饱和脂肪酸含量高,，使膜具有热稳定性。,3、生长速率快，合成大分子迅速，可以及时弥补,由于高热造成的大分子的破坏。,废水生物处理中微生物的最适温度在30,嗜冷、嗜热微生物可用于处理特殊废水,二、,pH,1、不同微生物要求不同,pH,大多数细菌、藻类、原生动物的最适,pH6.57.5，,适应范围410,酵母菌、霉菌喜酸性,乳酸菌、嗜酸菌对低,pH,有很好的耐受性,2,、微生物在生命活动过程中，会改变外界,环境的,pH,如：分解糖使,pH,降低,分解蛋白质使,pH,升高,3、曝气池中的,pH,维持在6.58.5,大多数细菌、藻类、放线菌和原生动物在此,pH,下均能生长繁殖，尤其是形成菌胶团的细菌能互相凝聚形成良好的絮状物，废水处理效果好。,pH6.5,的环境不利于细菌和原生动物生长,尤其对菌胶团形成不利,pH100,mv,好氧微生物,氧还电位:-200-250,mv,专性厌氧微生物,氧还电位受,氧分压,的影响:,P,O2,氧还电位受,pH,的影响:,pH ,（,五,）,阳光,不产氧光合细菌：,1000nm,红外辐射,产氧光合细菌：,=360760nm,可见光,其余辐射均有害,(六)渗透压,低渗溶液中细胞膨胀破裂,高渗溶液中发生质壁分离,在等渗溶液中生长良好,极端嗜盐菌可用于含盐量高的废水的生物处理,(七)表面张力,表面张力：作用在物体表面单位长度上的,收缩力,过低微生物无法生长，甚至崩裂、死亡,一般培养基的表面张力适合微生物生长,第三节 其他不利环境因子对微生物的影响,环境中有许多对微生物不利的因子，如,紫外辐射,极端温度,极端,pH,重金属,抗生素,表面活性剂等,一、紫外辐射,以,=260nm,紫外辐射杀菌力最强,由于微生物细胞中的嘌呤、嘧啶、蛋白质对紫外吸收能力强，紫外辐射引起,DNA,链上,T,形成(,T=T),如短时间后随即暴露于日光下(,=510nm,)，受损细胞可恢复活力，称为,光复活,如长时间则不能复活，使,DNA,无法复制，导致死亡,二、重金属,Hg、Cu、Ag、,Pb,及其化合物可有效杀菌和防腐,杀菌机制：,与酶的,SH,结合，使酶失活,与菌体蛋白结合，使之变性或沉淀,三、抗生素,抗生素：许多微生物在代谢过程中产生能,杀死其它微生物或抑制其它微生,物生长的化学物质,分为：,广谱抗菌素,狭谱抗菌素：,青霉素,、,多粘霉素,抗生素对微生物的影响：,1、抑制微生物细胞壁合成：,青霉素,2、破坏微生物细胞膜,多粘霉素,中的游离氨基与,G,-,细胞质膜中的,PO,4,3-,结合，,损伤细胞膜,3、抑制蛋白质合成,广谱抗生素都能与,4、,干扰核酸的合成,争光霉素、丝裂霉素,核糖核蛋白结合，抑制蛋白质合成,酶组分中的金属离子结合,各种抗生素发酵厂的废水分别含有一定浓度相应的抗生素，在废水处理初期效果不好，经长时间驯化，活性污泥中的各种微生物逐渐适应了各种抗生素，可较好的降解废水。,四、极端温度,超高温：破坏微生物的基本组成物质,超低温：,灭菌：将所有微生物的营养细胞和所有芽,孢或孢子全部杀死,消毒：物理、化学因素杀死致病菌,极端温度,灭菌方法：,1、干热灭菌(灼烧灭菌法),简单的：将金属或其它耐热材料制成的器物在火焰上灼烧，接种操作。,大多数：利用电热或红外线在某设备内加热到一定温度，保持一定时间，将微生物杀死。,原理：干热时，微生物细胞成分氧化，蛋白质变性。,但微生物对干热的耐受力比湿热强的多，因此不如湿热灭菌有效。,适用于一些要求干燥的实验器皿和材料。,2、湿热灭菌（饱和蒸气灭菌）,原理：由于蒸气有很大的穿透力，而且在冷凝时放 出大量的热量，很容易使蛋白质凝固而杀灭各种微生物。,优点：价格低廉、来源方便，灭菌效果可靠。,条件：120、100,KPa,、2030min,微生物的死亡速率,微生物受热死亡的主要原因是高热使蛋白质变性，这种反应属于单分子反应，,死亡速率,可视为一级反应，即,与残存的微生物数量成正比,，即,N,存在的活微生物数,k,速率常数，比死亡率,s,-1,t,时间,s,死亡速率与温度的关系符合,阿累尼乌斯定律,lnk-,Ea/R,T+lnA Ea,死亡活化能,k=Ae,-Ea/RT,Ea/R,是微生物受热死亡对温度敏感性的量度，,其值越大，微生物死亡速率随温度变化越明显,。,c,对热不稳定物质的浓度,mol/L k,d,分解速率常数,s,-1,在对培养基进行热灭菌时，培养基中一些不太稳定的成分也会受热而破坏。,培养基受热破坏也可看作一级反应，即,温度对,k,d,的影响也遵循,阿累尼乌斯定律,当温度升高时，微生物死亡速率的增加比营养成分分解速率的增加大得多。,如肉毒梭菌,E=343300 J/mol,维生素,B,2,E=98813 J/mol,前者比后者大得多，意味着前者对温度的敏感性远较后者为大。,因而在较高温度下可以缩短灭菌时间而减少营养成分的损失，这就是,高温瞬时灭菌法,HTST,的理论基础,。,高温瞬时灭菌法,巴氏杀菌（低温杀菌）,巴氏消毒法,在62下加热30分种，以杀死物品中微生物（芽孢除外）的方法，一般用于消毒牛奶、啤酒和酿酒原汁等。此法为法国巴斯德首创，故名。,五、极端,pH,1、,pH,过低(1.5)，会引起微生物表面由带负电荷,带正电荷，影响微生物对营养物质的吸收,2、过高、过低的,pH,影响培养基中有机化合物的离,子化，间接影响微生物对营养物质的吸收,3、过高、过低的,pH,降低微生物对高温的抵抗力,4、酶在最适,pH,才能发挥最大活性,六、若干有机物,（一）醇：使蛋白质脱水、变性，溶解细胞质膜的脂类物质,75%乙醇杀菌力最强,（二）甲醛,甲醛水溶液福尔马林,与蛋白质的氨基结合干扰代谢,（三）表面活性剂,甲酚与碱液的乳浊液来苏尔,在废水生物处理中，酚是食酚微生物的营养源，可处理1000,mg/L,含酚废水,第四节 微生物间的关系,竞争关系,原始合作关系（互生关系）,共生关系,偏害关系,捕食关系,寄生关系,第五节 菌种的退化、复壮和保藏,一、退化、复壮,纯种分离,通过寄主复壮,联合复壮,定期移植：斜面培养,干燥法：砂土管保存法,隔绝空气法,蒸馏水悬浮法,综合法：低温、干燥、隔绝空气等,二、菌种的保藏,