水处理生物学第七章1.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,*,第一节 微生物的生长及其特性,一、微生物生长繁殖的概念,1.生长、繁殖,生长：微生物细胞的增长。（个体体积的增加）,（单细胞、多细胞）,繁殖：微生物个体数目的增加。个体生长到一定阶段，通过特定方式产生新个体，即引起生命个体数量增加的生物学过程,群体生长：个体的进一步生长，就引起了群体的生长；群体的生长可以用,重量,、,体积,、,个体浓度,或,密度,指标来测定。,群体生长个体生长+个体繁殖,一般微生物的研究和应用中，只有群体的生长才有意义，所以通常讲的“生长”是指,群体生长,。这一点与研究大生物时有所不同。,（,1,）概念,两次细胞分裂的时间间隔，称为,世代时间,。,（,2,）影响,世代时间受培养环境的影响。,不同的微生物，生长繁殖速度不同，世代时间也有不同。,2.世代时间,注意与生长繁殖的区别,二、微生物生长的测定方法,（一）、计数法,显微镜直接计数法,荧光染色计数法,活菌计数法,特定微生物计数法,涂片染色法,计数器测定法,比例计数法,平板计数法,液体计数法,薄膜计数法,电子计数器计数,测含氮量,测含碳量,重量法,光密度法,（OD）,元素法,细胞物质含量法,其他,生理指标法,蛋白质,DNA,RNA,生物醌,二、测生长量法,显微镜直接计数法,显微镜直接计数法又称全数法，是常用的微生物生长测定方法，其特点是测定过程快速，但不能区分微生物的死活。,使用细菌计数板或血球计数板在显微镜下直接计数。,原理：将1cm,2,0.1mm的薄层空间划分为400小格，从中均匀分布地选取80或100小格，计数其中的细胞数目，换算成单位体积中的细胞数。,适用范围：个体较大细胞或颗粒，如血球、酵母菌等。不适用于细菌等个体较小的细胞，因为（1）细菌细胞太小，不易沉降；（2）在油镜下看不清网格线，超出油镜工作距离。,优点：操作简便，计数直观。,缺点：不能区分死菌与活菌；不适于对运动细菌的计数；需要相对高的细菌浓度；个体小的细菌在显微镜下难以观察,计数器计数法,比例计数法,将待测样品溶液与等体积的血液（或其他参照）混合，然后涂片，在显微镜下测定微生物与红血球数的比例，因血液中的红血球数已知(男性400500万个mL，女性350-450万个mL)，由此可以测得微生物数量。,荧光染色计数法,DAPI(4，6-diamidino-2-phenylindole，4，6-,二脒基,2,苯基吲哚)、,DTAF（5-(4，6-Dichloro-1，3，5-triazin-2-y1）aminofluoreseein,，二氯三嗪基氨基荧光素都是常用的无毒性荧光染料，能够与,DNA,双链强力结合并产生荧光。,DAPI,染色计数法是利用,DAPI,染料与微生物的,DNA,结合产生荧光，从而在荧光显微镜下进行微生物计数的方法。因为,DAPI,可以透过完整的细胞膜，它可以用于细胞的染色。,DAPI,与双链,DNA,结合时，主要结合在,DNA,的,A-T,碱基区，产生的荧光基团的吸收峰是358nm，紫外光激发时发射明亮的蓝色荧光，使得,DAPI,成为了一种常用的荧光检测信号。,DAPI,也可以和RNA结合，但产生的荧光强度不及与DNA结合的结果，其发散光的波长范围约在400nm左右。,DAPI,的发散光为蓝色，且,DAPI,和绿色荧光蛋白,(Greenfluorescentprotein，GFP),或,TexasRed,染剂(红色荧光染剂)的发射波长，仅有少部分重叠，因此可以利用这项特性在单一的样品上进行多重荧光染色。,DAPI/DTAF,染色计数法具有专一性强、灵敏度高、稳定性好、使用方便等特点。此外，荧光染色法还可以与流式细胞计数仪联合使用以便更快速、准确地处理大量的微生物样本，如细胞分类计数等。,活菌计数法,活菌计数法又称间接计数法，是通过测定样品中活的微生物数量来间接地表示微生物的数量。因此，这种方法不含死的微生物细胞，而且测定所需的时间也较长。常用的有平板计数法、液体计数法和薄膜计数法。,平板计数法（稀释平板计数法）,对样品进行适当稀释 单个微生物在适宜的固体培养基表面或内部生长、繁殖 肉眼可见的菌落 对菌落数目的计数推测样品中的微生物细胞数,传统计数方法。对设备要求不高。,10,-3,10,-5,10,-4,10,-6,平板菌落计数法,技术要求：样品充分混匀，操作熟练快速（1520min完成操作），严格无菌操作；,注意事项：每一支吸管只能用于一个稀释度，样品混匀处理，倾注平板时的培养基温度；,适用范围：中温、好氧和兼性厌氧、能在营养琼脂上生长的微生物，,误差：多次稀释造成的误差是主要来源，其次还有由于样品内菌体分布不均匀、以及不当操作,涂布平板法,使用较多的常规方法，但有时涂布不均匀！（一般0.2ml）,同一稀释度三个以上重复,取平均值；,每支移液管及涂布棒只能接触一个,稀释度的菌液；,样品充分混匀；,每个平板上的菌落数目合适，便于,准确计数,；,要求,：,每ml活菌数同一稀释度平均数,稀释倍数,5,注意：要三个以上重复平板平均计数；不适合丝状菌,稀释液体计数法又称MPN（Most Probable Number）法 或最可能数法,特点：液体培养、统计学查表计数,例如测定水中大肠菌群的数量,方法：菌样巧妙稀释、稀释接种、样品培养、统计查表计算,统计出数量指标,查表表MPN表（P449）,计算,水中大肠菌群、铁细菌、硝化菌、亚硝化菌也用这种方法进行数量统计。,薄膜过滤计数法,常用该法测定含菌量较少的空气和水中的微生物数目。,将定量的样品通过薄膜（硝化纤维素薄膜、醋酸纤维薄膜）过滤，菌体被阻留在滤膜上，取下滤膜进行培养，然后计算菌落数，可求出样品中所含菌数。,滤膜计数法,荧光原位杂交（,fluorescence in situ hybridization）（FISH,）,FISH,的基本原理是用已知的标记单链核酸为探针，按照碱基互补的原则，与待检材料中未知的单链核酸进行特异性结合，形成可被检测的杂交双链核酸。由于,DNA,分子在染色体上是沿着染色体纵轴呈线性排列，因而可以将探针直接与染色体进行杂交从而将特定的基因在染色体上定位。与传统的放射性标记原位杂交相比，荧光原位杂交具有快速、检测信号强、杂交特异性高和可以多重染色等特点，因此在分子细胞遗传学领域受到普遍关注。目前这项技术已经广泛应用于动植物基因组结构研究、染色体精细结构变异分析、病毒感染分析、人类产前诊断、肿瘤遗传学和基因组进化研究等许多领域。,FISH,大名鼎鼎（,fluorescence in situ hybridization,）,。是钓鱼用具，鱼就是染色体上的,DNA,序列。前提是必须知道这个序列的编码顺序，因为知道顺序才能够制作鱼饵。荧光用来显示鱼的情况（位置，量）。,钓鱼要准备这些东西：,1,、上哪钓鱼,固定生物样本并准备显微镜涂片。,2,、特殊眼镜,预先调节显微镜。,3,、定位工具,标记探针。,4,、诱敌深入,对目标,DNA,进行变性。,5,、钓鱼,进行原位杂交和杂交后洗涤。,6,、看鱼之前,免疫细胞化学染色。,7,、看鱼,显微镜,观察。,干重法,将一定量的菌液中的菌体通过离心或过滤分离出来,然后烘干(干燥温度可采用105、100或80)、称重。一般干重为湿重的10%20%，而一个细菌细胞一般重约10,-12,10,-13,g。,该法适合菌浓较高的样品。,举例：大肠杆菌一个细胞一般重约10,12,10,13,g，液体培养物中细胞浓度达到2,10,9,个,/ml,时，100ml培养物可得1090mg干重的细胞。,比浊法,原理是在一定范围内，菌悬液中的细胞浓度与混浊度成正比，即与光密度成正比，菌数越多，光密度越大。因此，借助于分光光度计，在一定波长下测定菌悬液的光密度，就可反应出菌液的浓度。,特点：快速、简便；但易受干扰。,生理指标法,测含氮量,蛋白质是细胞的主要物质，含量稳定，而氮是蛋白质的主要成分，通过测含氮量就可推知微生物的浓度。,一般细菌含氮量为干重的12.5%，酵母菌为7.5%，霉菌为6.0%，根据一定体积培养液中的含氮量再乘以6.25，就可测得粗蛋白的含量。,其他方法,含碳、磷、,DNA、RNA、,耗氧量、消耗底物量、产二氧化碳、产酸、产热、粘度等，都可用于生长量的测定。,1 培养方法,分批培养：,一定,的环境下，微生物在,一个,有液体培养基的容器内生长繁殖。,连续培养：,流入新鲜培养基的同时不断流出培养物的培养方式。,三、微生物的生长特性,（群体生长）,典型生长曲线,(P122),：,将菌种接种在液体培养基中隔一定时间取样，计算菌数，以菌数的对数为纵坐标，生长时间为横坐标作图。,包括,延滞期,、,指数期,、,稳定期,和,衰亡期,等四个时期。,典型生长曲线，只适用于单细胞微生物如细菌和酵母菌，对于丝状生长的真菌或放线菌,还有活性污泥，则只能按微生物的重量绘制生长曲线只能获得,非典型的生长曲线.,2、分批培养微生物的生长规律,加速期,减速期,（1）延滞期,又称停滞期、调整期或适应期。指少量微生物接种到新培养液中后，在开始培养的一段时间内细胞数目不增加的时期。,特点：,生长,速率常数等于零。,细胞形态变大或增长,细胞内RNA尤其是rRNA含量增高，原生质呈嗜碱性。,合成代谢活跃。,对外界不良条件反应敏感。,如何知道处于对数期,影响延滞期长短的因素,：,接种龄 接种龄即“种子”的群体生长年龄，亦即它处在生长曲线上的哪一个阶段。实验证明，如果以,对数期,接种龄的“种子”接种，则子代培养物的延滞期就短。,接种量 接种量的大小明显影响延滞期的长短。,（基数大）,培养基成分 接种到营养丰富的天然培养基中的微生物，要比接种到营养单调的组合培养基中的延滞期短。,（2）指数期,又称对数期，是指在生长曲线中，紧接着延滞期的一个细胞以几何级数速度分裂的一段时期。,特点：,生长速率常数R最大，因而细胞每分裂一次所需的代时G或原生质增加一倍所需的倍增时间最短；,细胞进行平衡生长，菌体内各种成分最为均匀；,酶系活跃，代谢旺盛。,指数期的微生物可作为代谢、生理等研究的良好材料，是发酵生产中用作“种子”的最佳种龄。,繁殖代数,n,：,x,2,=x,1,2,n,以对数表示：,lgx,2,=lgx,1,+nlg2,生长速率常数,R,世代时间,G,指数生长期的三个参数,（3）稳定期,又称静止期或最高生长期。,特点：,细胞数目不增加(R=0)，,即处于新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等，或正生长与负生长相等的动态平衡之中。,菌体产量达到了最高点，而,且菌体产量与营养物质的消耗间呈现出一定的比例关系,细胞长、大,代谢旺盛(RNA含量增加),诱导酶迅速合成,对不良条件敏感，抵抗力降低,稳定期到来的原因主要是：,营养物尤其是生长限制因子的耗尽；,营养物的比例失调，例如,C,N,比值不合适等；,有害代谢产物的累积；,pH,、,氧化还原势等物化条件越来越不适宜，等等。,在稳定期时，细胞开始贮存糖原、异染颗粒和脂肪等贮藏物；多数芽孢杆菌在这时开始形成芽孢；有的微生物在稳定期时还开始合成抗生素等次生代谢产物。,应用,稳定期是以生产菌体或与菌体生长相平行的代谢产物的最佳收获期，也是对某些生长因子例如维生素和氨基酸等进行生物测定的必要前提。,此外，由于对稳定期到来的原因进行研究，还促进了连续培养技术的设计和研究。,注意三条曲线：生长曲线、底物消耗曲线、代谢产物合成曲线。,（4）衰亡期,特点：,个体死亡的速度超过新生的速度(繁殖数死亡数)，整个群体就呈现出负生长（R0）。,细胞形态多样，例如会产生很多膨大、不规则的退化形态；,有的微生物因蛋白水解酶活力的增强就发生自溶；,有的微生物在这时产生或释放对人类有用的抗生素等次生代谢产物；,在芽孢杆菌中，芽孢释放往往也发生在这一时期,产生衰亡期的原因主要是外界环境对继续生长越来越不利，从而引起,细胞内的分解,代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体死亡。,如：营养物耗尽，细菌利用贮存颗粒进行内源呼吸造成自身溶解；有毒代谢物积累，抑制细菌生长等。,活性污泥法的微生物的生长规律和纯菌种的一致，生长曲线也相似；,一般划为三个阶段：生长上升阶段、生长下降阶段、内源呼吸阶段,微生物生长曲线（按活微生物重量绘制）,mg/L,活,细,菌,重,量,细菌,内源呼吸,生长率,上,升,阶段,及细菌大量,死亡,阶段,生长率,下,降,阶段,t,0,时间,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？,时间,活,细,胞,重,量,营养物浓度（好氧细菌还包括氧气）下降,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,代谢产物积累对细菌的某些酶产生抑制,生长率下,降阶段,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,各种生物具有类似的规律,实验室通常采用细菌的数量变化绘制生长曲线，虽然两种曲线在本质上是相同的，但两种曲线也有它自身的特点和用途。,(“,落红不是无情物，化做红泥更护花。,或人吃人”),P123,3.连续培养微生物的生长规律,两种连续培养方式：,恒浊连续培养：维持培养液中细菌的浓度恒定。,恒化连续培养：维持进水中营养成分恒定。,适合污水生物处理。,连续培养装置示意图,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）,恒浊器,：,这是根据培养器内微生物的生长密度，并,借光电控制系统,来控制培养液流速，以取得菌体密度高、生长速度恒定的微生物细胞的连续培养器。,在恒浊器中的微生物，始终能以最高生长速率进行生长，并可在允许范围内控制不同的菌体密度。,连续培养的设备,恒化器,：,与恒浊器相反，恒化器是一种设法使培养液流速保持不变，并使微生物始终在低于其最高生长速率条件下进行生长繁殖的一种连续培养装置。,通过控制某一种营养物的浓度，使其始终成为生长限制因子的条件下达到的。,在连续培养中，微生物的生长状态和规律与分批培养不同，往往是处在相当于分批培养中生长曲线的某一生长阶段。,如：废水生物处理的连续运行过程中，活性污泥中的微生物处在相当于分批培养生长曲线的生长阶段：加速期或对数期，或静止期或衰亡期。,连续培养微生物的生长规律,污水连续处理中，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。,4.生长曲线在污水生物处理中的应用,进水,对数期,衰老期,平推流式活性污泥法,稳定期,占优势,废水生物处理设计时，按废水的水质情况，可利用不同阶段的微生物处理废水。,如：,常规活性污泥法，,生长下降,阶段（减速、静止期）（,P125,）,生物吸附法，生长下降阶段（静止期）,高负荷活性污泥法，生长上升阶段（对数期），和生长下降阶段（减速期）,延时曝气法处理低浓度有机废水，利用衰亡期微生物,此外，还需考虑到控制微生物生长的一些参数，如稀释速率,D,（,P126,）,第二节 微生物的生存因子（环境因素对微生物的长的影响）,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。,细菌,最低温度（,）,最适温度（,）,最高温度（,）,嗜冷菌,50,510,2030,嗜中温菌,510,2540,4550,嗜热菌,30,5060,7080,嗜超热菌,55以上,70105,110113,低温、中温和高温细菌的生长温度范围,所有微生物中，多部分是嗜中温菌，其他较少。,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。,嗜冷菌，最适合在515，甚至很多细菌可以在0以下正常生存。,可以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。,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。,二、pH,1.污水处理生物处理构筑物内pH控制在6.58.5之间。,2.微生物培养过程中，培养基的pH值下降或上升，如何调控？（加入缓冲物质，或通过在线监测用泵加酸或碱）,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,各种工业废水通常设前,调节池,，维持曝气池,pH7,左右。,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,6585,均可不加调节,。,微生物在其生命活动过程中会能动地改变外界环境的,pH,那么,如何控制pH值？,通过总结实践中的经验,一般把调节,pH,的措施分成,治标,和,治本,两大类,前者是根据表面现象而进行的直接,及时,快速但不持久的表面化调节,后者则是根据内在机制而采用的间接,缓效但可发挥持久作用的调节.现将这两类措施表解如下:,pH,调节,过酸,治标,治本,过酸,过碱,过碱,加入NaOH,Na2CO3等碱液中和治标,加入H2SO4,HCl等酸液中和,1、加适当氮源,如：加尿素,NaNO3,NH4OH或蛋白质等,2、提高通气量,1、加适当碳源:加糖,乳酸,醋酸,柠檬酸或油脂等,2、降低通气量,虽然微生物外环境的,pH,变化很大,但细胞内环境中的,pH,却相当稳定,一般都接近中性.这就免除了DNA,ATP,菌绿素和叶绿素等重要成分被酸破坏,或RNA,磷脂类等被碱破坏的可能性.与细胞内环境的中性,pH,相适应的是,胞内酶的最适,pH,一般都接近中性,而位于周质空间的酶和分泌到细胞外的胞外酶的最适,pH,则接近环境的,pH,.,pH,除了对细胞发生直接影响之外,还对细胞产生种种间接的影响.例如,可影响培养基中营养物质的离子化程度,从而影响微生物对营养物质的吸收,影响环境中有害物质对微生物的毒性,以及影响代谢反应中各种酶的活性等.,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，E,h,处于+200+600mV视为正常。,如果，出水中E,h,下降，处理效果不佳。,四、溶解氧(P100),微生物与氧气的关系,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。,反应器中，采用何种方式？,对于生活污水厂，BOD,5,200300mg/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。,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氢酶，专性厌氧微生物将被过氧化氢杀死。,（二）厌氧微生物,厌氧微生物在培养时，培养基必须保证无氧。,方法：,（,1,）,惰性气体驱氧：氮气或氦气。,（,2,）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。,（,3,）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）兼性厌氧菌,有氧无氧都能生存。,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,氧气与微生物的关系,类型,与O,2,关系,代谢类型,专性好氧,必须有氧,好氧呼吸,微好氧,有氧，含量低,好氧呼吸,兼性,可有、可无,有氧呼吸或发酵、无氧呼吸,专性厌氧,氧有毒害或致死,无氧呼吸,耐氧,可在有氧下存活，不用氧气,发酵,1.辐射,2.水的活度,3.渗透压,4.表面张力,（如：表面活性剂）,五、其它因子,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。,环境中水的有效性用水的活度,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。,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；,2.与蛋白质结合，发生变性或沉淀。,四、极端温度,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：,用于牛奶,啤酒,果酒和酱油等不能进行高温灭菌的液体的一种消毒方法,其主要目的是杀死其中无芽孢的病原菌(如牛奶中的结核杆菌或沙门氏菌),而又不影响它们的风味.,低温维持法,(LTLT),:在63（,61.6-62.8）下保持30分钟可进行牛奶消毒;,高温瞬时法,(HTST):,用于牛奶消毒时只要在72（71.7）下保持15 30秒钟即可.,1856年，法国多尔城酒坊生产的一批口味纯正的啤酒一两天之内全部变得酸溜溜的。老板心急如焚地向巴斯德求救。,巴斯德用显微镜仔细观察。他发现变酸啤酒里尽是些胡文虎克早年报道过的杆状细菌(乳酸杆菌)，而口味正常的啤酒内却是些从未见过的形状奇特圆头圆脑的小怪物(酵母菌)；继续观察还发现，酒内乳酸杆菌数量越多，就酸度越大。巴斯德运用显微镜观察找到了啤酒变酸的原因：酿好的啤酒受到乳酸杆菌污染所致。用什么方法，既能杀死酒内的乳酸杆菌，制止酸化，又能保持啤酒的芳香口味呢？巴斯德通过实验室的反复试验观察，终于寻找到一种两全其美的杀菌消毒方法把啤酒加热至61.7保持3分钟时间。这就是人们为了纪念这位卓越的科学家而命名的巴氏消毒法。,五、极端pH值对微生物的影响,1.pH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，不做杀毒剂。,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。有些抗生素影响双链分开，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。利用自身的独特功能组成共同体，在营养上互利。,例证：地衣（真菌与藻类）,4.偏害（拮抗关系）,两种微生物生存在同一环境中时，甲微生物对于乙微生物有害，但乙对于甲无害。,偏害分为非特异性偏害与特异性偏害。,非特异性偏害例证：乳酸菌与其他微生物,特异性偏害例证：青霉菌与革兰氏阳性菌,5.捕食,两种微生物生存在同一环境中时，甲微生物吞食乙微生物。,例证：原生动物与细菌、真菌等,6.寄生,两种微生物生存在同一环境中时，甲微生物寄生在乙微生物内从而获得营养。,例证：噬菌体与细菌,第五节 菌种的退化、复壮与保藏,一、基本概念,1.菌种退化,微生物易变异。变异分为正变和负变。所谓退化，指的是负变。,菌种退化：指群体中退化的细菌占到一定数量后表现出的菌种性能下降的现象。,2.菌种复壮,为了保持菌种的优良特性能够得到保存，需要进行退化菌种的复壮。方法有纯种分离、寄生复壮等。,3.保藏,对于优良的菌种需要进行保藏，以便更好的进行科研、生产及教学工作。,保藏目的：使优良菌种不受污染、不退化、不死亡。,保藏原理：人为的创造一定的环境，使被保藏的菌种处于很低的新陈代谢状态，使微生物的生长、繁殖受到抑制，使微生物处于休眠状态。,保藏方法：定期移植、干燥、隔绝空气、冷冻等。,思考,1.画图解释微生物生长曲线各个时期的特征。常规活性污泥法应该利用那个时期的微生物？为什么？,2.pH过高或过低对微生物生长有什么影响？为什么污水生物处理的pH一般要维持在6.5以上？,3.微生物培养过程中，什么原因使培养基pH下降？什么原因使pH上升？在生产中如何调节控制pH？,4.好氧微生物培养中，如何控制溶氧浓度？,