第一节微生物的生长繁殖.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,1,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,细菌生长曲线在污废水处理中的应用,微生物生长量的测定,2,基本概念,生长：微生物在适宜的环境条件下，不断吸收营养物质，按照自己的代谢方式进行新陈代谢活动。当同化作用大于异化作用时，微生物的细胞的迅速增大。（细胞质量的增加和个体体积的加大，即细胞组分与结构在,量方面的增加,）,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，使得个体数目增加（,质的变化,）。,3,基本概念,发育：从生长到繁殖由量变到质变的过程。,世代时间：细菌两次细胞分裂之间的时间。,在一定的培养条件下，微生物的世代时间是一定的，当环境条件发生改变，其世代时间也会改变,原核微生物的繁殖速度一般比真核微生物快，专性厌氧菌的世代时间多数比好氧菌的长,4,研究微生物生长的方法,微生物的生长可分为个体微生物生长和群体微生物生长。多数通过培养研究其,群体生长,。,生长,细菌群体数量的增长,，不是个体体积的增长。,提问：,为什么这里不考察细菌个体的生长呢？,个体太小，难观察计量,群体细菌对环境产生影响,5,一山不容二虎,提问：,弱势生物的群居优势是什么？,生存状况提高，攻防具佳,（攻）,群居的细菌获得营养的能力大大高于游离的细菌，,（防）,群居的细菌不易被天敌伤害，还能释放类似外激素的调节因子，使群体主动适应环境的变化，可有性生殖；,团结就是力量,6,外界因素引起的,细菌数量的增加、停滞、衰减等变化。,提问：,如何研究呢？,测菌数量变化与外因的关系,提问：细菌群的,“生、老、病、死”表现为何呢？,7,（“坐吃山空型”）,应用,：,生理特性研究、生物发酵和生物治污,8,细菌生长曲线,稳定期,衰亡期,细,菌,数,目,的,对,数,值,0,时间t,细菌的数量很大，都是,10的n次方,，取对数作图时方便，010代表110,10,总菌数,活菌数,停,滞,期,对,数,期,9,停滞期,细菌,数目的对数值,停滞期,0,时间,t,提问：,为什么会出现,停滞,期呢？,代谢活跃，,个体体积、重量增高,不立即进行细胞分裂、增殖，,数量不变甚至减少,适应环境（,合成相应的酶,），营养储备（,用于复制合成,）,岗前培训,10,故称,对数期,。,细菌数目,X,增长率倍率,的,对数,与时间成正比。,对数期,（青年）,11,细,菌数目的对数值,对,数,期,0,时间,t,如大肠杆菌在,20,时其代时是,35,条件下的,2,倍；,伤寒杆菌在含,0.125,的蛋白胨培养基中的代时为,800,min,，而在含,1.0,时仅为,40,min,。,繁殖速度最快,种类遗传,个体健康情况,(,营养、环境条件,),12,对数期细菌代时,G,计算,122,2,2,3,(2,2,)2)2,4,2,5,2,n,t,0,t,X=X,0,*2,n,X/X,0,=2,n,X,0,X,0,2,4,X(X,0,2,n,),(,n=1、2、3,),n,繁殖代数,代时,13,处于对数生长期的细胞，由于代谢旺盛，生长迅速，代时稳定，个体形态、化学组成和生理特性等均较一致，因此，在微生物发酵生产中，常用对数期的菌体作种子，它可以缩短停滞期，从而缩短发酵周期，提高劳动生产率与经济效益。对数生长期的细胞也是研究微生物生长代谢与遗传调控等生物学基本特性的极好材料。,14,静止期,死亡原因,营养短缺、代谢毒物增多,（相当于重量变化曲线中的增长率下降阶段,）,细,菌数目的对数值,0,时间,t,稳定期,15,人类群体有类似规律吗,？,衰亡期,（老年）,16,稳定期细胞,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,菌种本身的,遗传特性（如,转基因高效菌,）和接种数量,也会影响,停滞,期的长短。,17,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迟缓期,提问：,我们可以通过哪些手段缩短,停滞,期呢？,18,提问：,哪个时期,（迟缓期、对数期、稳定期、衰亡期）,代时最具有种属代表性？为什么？,对数期,代时,对数期细菌,代谢活力强,、,生长速率快,、群体细胞,化学组分,、,形态和生理特性,等比较一致。,教学实验和发酵工业用对数期细胞做实验材料。,细菌代时通常指,最适条件下,的,对数期代时,19,微生物的生长曲线，反映一种微生物在一定的生活环境中(如试管、摇瓶、发酵罐)生长繁殖和死亡的规律。它既可作为营养物和环境因素对生长繁殖影响的理论研究指标，也可用为调控微生物生长代谢的依据，以指导微生物生产实践。,20,通过对微生物生长曲线的分析，可见：,微生物在对数生长期生长速率最快。,营养物的消耗，代谢产物的积累，以及因此引起的培养条件的变化，是限制培养液中微生物继续快速增殖的主要原因。,用生活力旺盛的对数生长期细胞接种，可以缩短延迟期，加速进入对数生长期。,补充营养物，调节因生长而改变了环境,pH,、氧化还原电位，排除培养环境中的有害代谢产物，可延长对数生长期，提高培养液菌体浓度与有用代谢产物的产量。,对数生长期以菌体生长为主，稳定生长期以代谢产物合成与积累为主。根据发酵目的的不同，确定在微生物发酵的不同时期进行收获。微生物生长曲线可以用于指导微生物发酵工程中的工艺条件优化以获得最大的经济效益。,21,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,它又分为两种：,恒浊连续培养,、,恒化连续培养,。,22,新鲜培养基,光电池,光源,流速控制阀,出水,很少,应用,反馈控制,23,新鲜培养基,流速控制阀,出水,应用：,环境工程、生物工程、实验室研究（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,24,25,细菌生长曲线在污水处理中的应用,不同废污水生物活性污泥处理法中，其活性污泥中微生物的生长状态不同，或处于静止期，或处于对数期，或处于衰亡期等,在废水生物处理设计时，按废水的水质情况（主要是有机物浓度），可利用不同生长阶段的微生物处理废水,26,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,迟缓期,无,连续化稳定操作中没有这一阶段,对数生长期,高负荷活性污泥法,(大部分区域),稳定期,生物膜法,常规活性污泥法,(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。,（,缺点是细菌,表面的,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,，致使出水水质有,机物浓度相对较高,）,衰老期,低浓度污水延时,曝气法,污泥的厌氧消化,营养物浓度过低，难以满足其他阶,段细菌的生长需要,虽然比对数生长期的差，但仍有相,当的代谢活力，细菌体内积累了大,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,。,细菌与降解BOD重量比,1:0.4以下,1:0.40.8,BOD.d,-,27,进水,对数期,稳定期,衰老期,平流式活性污泥法,占优势,28,微生物生长量的测定方法,（一）,直接计数法,（测微生物总数）,借助显微镜观察测定,优点：,快速,提问:,有哪些缺点?,缺点：,不能区分细菌的死活,分四种：,29,0.05,2,mm,2,25,0.1ml菌液,m,30,提问：,数了125个小格中有90个细菌，样品中的细菌浓度是多少？,(90个125)*400/0.1ml=2880个/ml,适用范围：,测定个体较大的细菌或原生动物,细菌个体若太小、过多，由于每一小格中细菌层层叠加，相互遮挡，难以准确计数。,数数,细菌（或其他微生物或细胞）数目，,（,一般数,125,个小格,），,折算,样品细菌浓度；,31,1视野菌液,(ml),(0.01,ml,1,cm,2,)*视野面积,(cm,2,),32,提问：,如果,平均每个视野中,细菌数量/红血球的数量,比例为5.5：1，则细菌数量=？,5.5400万个/m l,=2.210,7,个/,mL,样品,红血球,数已知,(,男性,400500,万个,ml,，,女性,350450,万个,ml,),，,平均,400,万个,/ml,细菌,红血球,33,提问：,如何定量二者关系呢？,细菌不完全透光，一定范围内,菌溶液的混浊度与菌数量成,正比,34,浊度仪或721分光光度仪,35,36,无菌水,1.,稀释平板计数法,固体培养法,第一步：菌样巧妙稀释,得到不同稀释度 （10,-x,）菌液,菌样被,无菌水,不同稀释倍率后,平板培养图,37,10,-,2,10,-3,10,-4,10,-5,各取,1ml,，,均匀,涂布,于冷固体培养基平板上或与温热液态固体培养基,混合,冷却。,第三步：培养,稀释度过低，菌落密集无法计数,可以计数，但数量过多，费时费力,数量合适，统计计算，作为结果,数量太少，误差因素太大，,不做计数,第二步：接种平板,每一个细菌会生成一个菌落,38,第四步,：,计数,细菌数量,=,？,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,125,个,细菌数量,=125/10,-5,=1.2510,7,个,/,mL,平板计数法是采用最广的一种活菌计数法,如国标法水中,细菌菌落总数,（,CFU,Colony Forming Unit,）,的测定,。,注意：,作空白及取平行样（,2,3,组）均值减小误差,平均,39,对这类菌可以利用它们生长时产生的,硫化亚铁黑色特征,进行,深层隔氧液体培养,，按,MPN,法进行计数。,40,41,方法：,含菌水样在,105,110,下进行干燥恒重,（,本质测水中悬浮物重量,MLSS,或,MLVSS,）,。,2.细胞含N量法,3.DNA含量法,4.,其它生理生化指标法,Mixed Liquor Suspended Solids,Mixed Liquor Volatile Suspended Solids,42,无机物化学性质稳定，高温下不会分解,提问：,什么情况下可以直接用悬浮物的重量表示细菌的重量？,悬浮物中绝大多数是细菌,。,干重法,43,离心沉淀,滤膜过滤,计算,105110,下进行干燥,恒重,称重,或,MLSS,悬浮物,44,550,下灼烧,2h,称重,105110,下进,行干燥恒重,称重,MLSS,45,46,视要求、水样菌量、测试条件等等灵活选取,47,