微生物的生長繁殖與生存因子

1、第五章 微生物的生長繁殖與生存因子,1,第一節(jié) 微生物的生長繁殖,2,微生物在適宜的環(huán)境條件下，不斷吸收營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)行新陳代謝。如果同化作用大于異化作用，則表現(xiàn)為微生物個體生長，到一定階段開始分裂，微生物個體數(shù)量增多，表現(xiàn)為群體生長。微生物生長通常是指群體的增長。,3,4,一、微生物生長量測定方法,（一）測定微生物總數(shù)直接測定是常用的微生物生長測定方法，它借助顯微鏡直接觀察計數(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是測定過程快速，缺點(diǎn)是不能區(qū)分微生物的死活。

2、,5,計數(shù)器直接計數(shù)電子計數(shù)器計數(shù)染色涂片計數(shù)比濁法,6,1．計數(shù)器測定法,將菌液滴在血球計數(shù)板0.1ml 的計數(shù)格中，細(xì)菌被固定染色后，在顯微鏡下選擇數(shù)出若干小格中的細(xì)菌數(shù)目，（一般數(shù)125個小格），根據(jù)比例關(guān)系折算出單位體積菌液中細(xì)菌的數(shù)量。,7,如125個小格中有90個細(xì)菌則 (90÷125) ÷0.0025=288個/ml。這種方法只能測定個體較大微生物，個體若太小，則由于每一小格中細(xì)菌層層疊加，相互

3、遮擋，難以準(zhǔn)確計數(shù)。,9,3.涂片染色法,將已知體積(0.01ml)的待測樣品，均勻地涂布在載玻片的已知面積內(nèi)(1cm2)，經(jīng)固定染色后，在顯微鏡下選擇若干個視野計算細(xì)胞數(shù)量，每個視野的直徑和面積、對應(yīng)的微生物體積用目鏡測微尺測出，結(jié)合視野中的微生物數(shù)量從而推算0.01ml樣品的微生物數(shù)量。,10,涂片染色法,4．比濁計數(shù)法,測定懸浮細(xì)胞的快速方法。其原理是：單細(xì)胞微生物的懸液與濁度成正比，與光密度（OD）成反比?？捎梅止夤舛扔嫓y定細(xì)

4、菌懸液的光密度或透光度；也可以用濁度計測菌懸液的濁度。將未知細(xì)胞數(shù)的菌懸液和已知細(xì)胞數(shù)的菌懸液相比，可求出未知菌懸液所含的細(xì)胞數(shù)。,12,（1）制標(biāo)準(zhǔn)曲線,（2）測定菌液濁度，查表得出細(xì)菌數(shù)量,14,（二）測定活細(xì)菌數(shù),間接計數(shù)法又稱活菌計數(shù)法，通過測定樣品中活細(xì)菌數(shù)量來間接地表示細(xì)菌含量。優(yōu)點(diǎn)是只計數(shù)樣品中的活細(xì)菌數(shù)目，缺點(diǎn)是測定所需時間較長，手續(xù)繁瑣。,15,1.平板計數(shù)法,將待測細(xì)菌樣品先作10倍梯度稀釋，然后取相應(yīng)稀釋度的樣品涂

5、布于固體平板培養(yǎng)基上，或與未經(jīng)融化的固體培養(yǎng)基混合、搖勻，培養(yǎng)一定時間后觀察并計數(shù)生長的菌數(shù)，最終根據(jù)細(xì)菌數(shù)和取樣量計算出細(xì)菌濃度。,16,17,一般計數(shù)平板的細(xì)菌生長菌落數(shù)以30~300個為宜。細(xì)菌數(shù)量=數(shù)出的菌落數(shù)/稀釋度例如：10-5稀釋度時菌落數(shù)為100個，則細(xì)菌數(shù)量=100/10-5=107個/mL平板計數(shù)法是采用最廣的一種活菌計數(shù)法。,18,2.稀釋培養(yǎng)計數(shù)（MPN法）,液體計數(shù)法是根據(jù)統(tǒng)計學(xué)原理設(shè)計的一種方法。先將

6、待測菌液作10倍梯度稀釋，然后取相應(yīng)稀釋度樣品分別接種到3管或5管一組液體培養(yǎng)基中，培養(yǎng)一定時間后，觀察各管及各組中細(xì)菌是否生長、記錄結(jié)果，再查與之匹配的統(tǒng)計表，算出細(xì)菌的最終含量。也稱最可能數(shù)法或MPN法。,19,測定硫酸鹽還原菌的數(shù)量,用于硝化細(xì)菌、產(chǎn)甲烷菌、鐵細(xì)菌和硫酸鹽還原菌計數(shù)硫酸鹽還原菌是嚴(yán)格厭氧菌，代謝過程形成硫化氫，硫化氫與鐵生成黑色硫化亞鐵沉淀，在顯微鏡下這些沉淀很難與細(xì)菌區(qū)分；由于它是厭氧菌，不能在空氣狀態(tài)下生長

7、，因此平板培養(yǎng)計數(shù)也無法使用，對這類菌可利用其生長時產(chǎn)生的硫化亞鐵黑色特征進(jìn)行液體培養(yǎng)，按MPN法進(jìn)行計數(shù)。,20,（1）10倍梯度稀釋,(3)統(tǒng)計、查表、計算,①統(tǒng)計確定數(shù)量指標(biāo)取生長管數(shù)最多且稀釋度最高管中生長的管數(shù)，為數(shù)量指標(biāo)的第一位數(shù)字，后面兩個稀釋度的生長管數(shù)為后兩位數(shù)，就上例情況而言，3個重復(fù)生長的10-3和10-4兩個稀釋度，但兩者中高稀釋度的是10-4，其生長管數(shù)“3”為數(shù)量指標(biāo)的第一位數(shù)字；第二和第三位數(shù)則為2和0

8、。因此所得的數(shù)量指標(biāo)為“320”。,②查表所查的統(tǒng)計表是通過其他精確的計數(shù)方法，確定的各種數(shù)量指標(biāo)時細(xì)菌數(shù)量可能的最大值，在確定了數(shù)量指標(biāo)后，可從MPN三管法統(tǒng)計表查相應(yīng)的細(xì)菌最大可能數(shù)量。,23,MPN三管法測數(shù)統(tǒng)計表,上面例子中數(shù)量指標(biāo)“320” 對應(yīng)的細(xì)菌最大可能數(shù)為9.5x104,3. 過濾計數(shù)法,對于某些細(xì)菌含量較低的樣品，可采用薄膜計數(shù)法。將待測樣品通過帶有許多小孔但又不讓細(xì)菌透過的微孔濾膜，藉助膜的作用將細(xì)菌濃縮，再將

9、膜放于固體培養(yǎng)基表面培養(yǎng)，然后類似于平板計數(shù)那樣計算結(jié)果。要求樣品中不得含有過多的懸浮性固體或小顆粒。,25,26,(三)計算生長量,細(xì)菌細(xì)胞盡管很微小，但是仍然具有一定的體積和重量，在細(xì)菌生長過程中，測定單位體積液體中細(xì)菌群體重量變化直接表示細(xì)菌生長數(shù)量的方法稱為重量法。,27,1.測定細(xì)胞干重法測定干重時，先將細(xì)菌分離，再烘干稱量。分離可采用離心法或過濾法。取已經(jīng)培養(yǎng)一段時間的待測樣品，用離心機(jī)收集生長后的細(xì)菌細(xì)胞，或用濾紙、濾

10、膜過濾截取生長后的細(xì)菌細(xì)胞，然后在105~110℃下進(jìn)行干燥，稱取干燥后重量，以此代表細(xì)菌生長量。,28,水處理工程設(shè)施中的細(xì)菌生長量通常采用這種細(xì)胞干重測定法。這種方法實(shí)際上測得的是水中懸浮物重量，如果水中非細(xì)菌類的懸浮物很多的話，勢必會嚴(yán)重干擾細(xì)菌計數(shù)的結(jié)果。,29,2.細(xì)胞含N量法,大多數(shù)生物蛋白質(zhì)氮含量較穩(wěn)定，一般為蛋白質(zhì)干重15％~16％，平均為16％。 水樣中菌體蛋白質(zhì)-N含量、單個細(xì)菌中蛋白質(zhì)含量(10-15~10-

11、11) g/細(xì)胞×(10～18％) 細(xì)菌的數(shù)目=菌體蛋白質(zhì)-N ÷16% ÷單個細(xì)胞的蛋白質(zhì)含量,30,凱氏定氮法 Kjeldahl determination 定義：測定化合物或混合物中總氮量的一種方法。即在有催化劑的條件下，用濃硫酸消化樣品將有機(jī)氮都轉(zhuǎn)變成無機(jī)銨鹽，然后在堿性條件下將銨鹽轉(zhuǎn)化為氨，隨水蒸氣餾出并為過量的酸液吸收，再以標(biāo)準(zhǔn)堿滴定，就可計算出樣品中的氮量。由于蛋白質(zhì)含氮量比較恒定，可由其

12、氮量計算蛋白質(zhì)含量，故此法是經(jīng)典的蛋白質(zhì)定量方法。,凱氏氮,31,,,32,33,,,34,35,,36,3.DNA含量法,同種細(xì)菌的DNA含量一致，可通過測定DNA的含量來表示細(xì)菌的生長量。,少量純細(xì)菌培養(yǎng)時細(xì)菌數(shù)量的測定。精確性非常高，對樣品純度以及儀器和人員的要求較高。,37,提問：當(dāng)你需要測定某水樣中細(xì)菌數(shù)量時，你該如何選擇方法？,視要求、水樣菌量、測試條件等等靈活選取,38,二、研究微生物生長的方法,微生物群體作為研究對象，

13、來研究它們生長，大體上可以分為兩種情況，一種是間歇式培養(yǎng)（分批式培養(yǎng)），另一種是連續(xù)式培養(yǎng)。一般通過測定細(xì)菌重量或數(shù)量隨培養(yǎng)時間延續(xù)的曲線關(guān)系來考察細(xì)菌的生長特性。,39,（一）分批培養(yǎng)和生長曲線,將少量單細(xì)胞微生物接種于一定量的液體培養(yǎng)基內(nèi)，在適宜的條件下培養(yǎng),并定時取樣測定活微生物數(shù)目的變化，叫做間歇培養(yǎng)（分批培養(yǎng)）。用坐標(biāo)法作圖,以時間為橫坐標(biāo),以單細(xì)胞微生物數(shù)量的對數(shù)為縱坐標(biāo),可以繪出一條有規(guī)律的曲線,稱為生長曲線。,40,生

14、長曲線,,,穩(wěn)定期,,,衰老期,,,,,微生物的數(shù)量很大，都是10的n次方，取對數(shù)作圖時方便。,總細(xì)胞數(shù),活細(xì)胞數(shù),提問：為什么微生物數(shù)目用對數(shù)值作圖？,,,,,41,（1）停滯期,當(dāng)細(xì)菌被接種到新鮮培養(yǎng)基中，開始一段時間內(nèi)，通常不立即進(jìn)行細(xì)胞分裂、增殖，生長速率近于零，細(xì)胞數(shù)目幾乎保持不變，甚至稍有減少，這段時間被稱為停滯期。,特征代謝活躍，體積增大，從介質(zhì)中快速吸收各種營養(yǎng)物質(zhì)，大量合成細(xì)胞分裂所需的酶類、ATP和其他細(xì)胞成分，

15、為細(xì)胞分裂作準(zhǔn)備。,42,應(yīng)用,在實(shí)際工作中如接種菌種以啟動新的水處理設(shè)施，投加新鮮污泥時，接種的細(xì)菌不習(xí)慣于新環(huán)境，會出現(xiàn)或長或短的停滯期，停滯期的出現(xiàn)會增加操作時間，降低工作效率?？梢酝ㄟ^增加接種量、采用最適種齡、選用繁殖速率快的菌種以及盡量保持接種前后所處的培養(yǎng)介質(zhì)和條件一致等方法來縮短或消除停滯期。,43,（2）對數(shù)期,一旦細(xì)菌細(xì)胞的生理修復(fù)或調(diào)整完成，停滯期即告結(jié)束，細(xì)胞開始進(jìn)入快速分裂階段。這一時期細(xì)胞數(shù)目的增加以2n級數(shù)

16、進(jìn)行，細(xì)菌的數(shù)目X的增長率只與細(xì)菌的初始數(shù)量有關(guān)。,44,①特點(diǎn),對數(shù)期的細(xì)胞分裂速度最快、繁殖一代的時間最短、代謝活動旺盛、對環(huán)境變化敏感，并且細(xì)胞內(nèi)的核糖體等組分也像細(xì)胞數(shù)目一樣以同樣的對數(shù)生長速率增加，細(xì)胞合成核糖體以及蛋白質(zhì)越多，其生長速率也越快。,45,②細(xì)菌代時的計算,細(xì)菌的代時即世代時間，或稱倍增時間是指細(xì)菌繁殖一代即個體數(shù)目增加一倍的時間。細(xì)菌代時的測定必須以對數(shù)期的生長細(xì)胞作為對象。,46,在對數(shù)期分別測定t0時刻與t

17、時間細(xì)菌的數(shù)量X0與X，基于細(xì)菌的二分裂生長。 t0 t 1→2→22→23（（22）×2）→24→25… … 2n X0→……X0·24→……X0·2n (n=1、2、3…) X n是細(xì)菌的代數(shù),,47,（3）靜止期,如果對數(shù)期的細(xì)胞分裂不

18、受節(jié)制的連續(xù)進(jìn)行，理論上一個代時為20min。重10-12g的細(xì)菌，經(jīng)過48h的對數(shù)生長之后，其群體重量可達(dá)到地球重量的4000倍。在一個封閉的系統(tǒng)中，細(xì)菌的對數(shù)生長只能維持一個短暫的時期，最終生長將會降低，代時延長，細(xì)胞活力減退。此時新生的細(xì)胞數(shù)目與死亡的細(xì)胞數(shù)目相等，總菌數(shù)達(dá)到最大值，活菌數(shù)保持恒定。,48,特征,靜止期細(xì)胞從生理上的年輕轉(zhuǎn)化為衰老，表現(xiàn)為細(xì)菌的代謝活力鈍化，細(xì)胞含有較少的核糖體，RNA和蛋白質(zhì)合成緩慢，mRNA的

19、水平低下，因此細(xì)胞的生長變得不平衡，細(xì)胞的形狀有的也發(fā)生改變。因不能維持細(xì)胞壁的合成與修復(fù)，細(xì)胞的染色特點(diǎn)也發(fā)生變化，如G+轉(zhuǎn)變?yōu)镚-。,49,（4）衰亡期,處于靜止期的細(xì)菌繼續(xù)培養(yǎng)，細(xì)胞的死亡率將逐漸增加，最終群體中活的細(xì)胞數(shù)目將以對數(shù)速率急劇下降，此階段就被稱為衰亡期。,50,特點(diǎn),衰亡期細(xì)胞的總數(shù)雖然鏡檢直接計數(shù)可能會保持不變，但間接計數(shù)檢測到的細(xì)胞數(shù)目卻在減少（?），同時伴隨著細(xì)胞的裂解或自溶可釋放出一些代謝產(chǎn)物，如氨基酸、轉(zhuǎn)化

20、酶或抗生素等。,51,衰亡期的長短與對數(shù)生長期一樣在不同微生物中變化是很大的，主要與菌種的遺傳特性有關(guān)。通過補(bǔ)充營養(yǎng)和能源，以及中和環(huán)境毒性，可以減緩死亡期的細(xì)胞死亡速率，延長細(xì)菌培養(yǎng)物的存活時間。,52,（二） 連續(xù)培養(yǎng),連續(xù)培養(yǎng)與間歇培養(yǎng)不同，它的特點(diǎn)是一方面連續(xù)進(jìn)料，另一方面又連續(xù)出料。分為兩種：恒濁連續(xù)培養(yǎng)和恒化連續(xù)培養(yǎng)。,53,（1）恒濁連續(xù)培養(yǎng),一種使培養(yǎng)液中細(xì)菌的濃度恒定，以濁度為控制指標(biāo)的培養(yǎng)方式。培養(yǎng)基提供足夠量的

21、營養(yǎng)元素，細(xì)菌保持最大速率生長。通過控制進(jìn)料流速使裝置內(nèi)細(xì)菌濁度保持一定，保持理論上的對數(shù)生長期，可獲得大量菌體或與菌體代謝相平衡的代謝產(chǎn)物。這種方式往往用于細(xì)菌的生理生化研究。,54,（2）恒化連續(xù)培養(yǎng),新鮮培養(yǎng)基以恒定的流速流入，與培養(yǎng)器內(nèi)的培養(yǎng)基瞬間混合，培養(yǎng)器內(nèi)的培養(yǎng)基繼而也以相同的流速恒定流出，進(jìn)水組分及反應(yīng)器中營養(yǎng)物濃度基本不變，因而這種細(xì)菌培養(yǎng)稱為恒化連續(xù)培養(yǎng)。污水處理工藝中，除SBR外，其余均采用恒化連續(xù)培養(yǎng)。,55,

22、56,,,57,第五章 微生物的生長繁殖與生存因子,第二節(jié) 微生物的生存因子,58,一.溫度,(一)微生物生長的溫度范圍 溫度是微生物的重要生存因子。在適宜的溫度范圍內(nèi)，溫度每提高10℃,酶促反應(yīng)速率提高1~2倍。每種微生物都有一定的溫度生長范圍，不同的微生物要求的最高、最低、最適生長溫度不同。,59,適宜溫度,為什么會存在適宜溫度？ 酶的活性,,60,不同細(xì)菌的生長適宜溫度,根據(jù)微生物生長溫度范圍和最適溫度，通常把微生物分

23、成嗜冷菌、嗜中溫菌、嗜熱菌及嗜超熱菌。,廢水中的細(xì)菌一般都是嗜中溫菌，最適溫度 多在30℃左右，嗜冷菌和嗜熱菌占少數(shù)。,嗜熱菌最適50-60℃,在堆肥、溫泉中存在。在地中海發(fā)現(xiàn)一屬嗜超熱菌，叫火球菌屬，最適生長溫度高達(dá)105℃。,63,嗜中溫微生物自然界中絕大多數(shù)是如此。,64,嗜冷菌最適生長溫度5-10℃，如熒光極毛桿菌可在-4℃生長.,65,耶爾森氏菌在0-4℃環(huán)境中生長 ，廣泛存在于各種動物體內(nèi)，以及蔬菜、水果等

24、食品上。熟食品存放在冰箱中不能超過3天；如小孩吃吞感染食品后，則腸胃不舒服，脹鼓，無胃口。,66,(二)溫度對微生物生長影響,1.升高溫度，細(xì)胞中生化反應(yīng)速率加快：每升高10℃，生化反應(yīng)速度增加一倍。2.溫度過高，細(xì)胞蛋白質(zhì)、核酸可遭破壞。3.降溫可延緩微生物的生命活動。在適宜的溫度界限以外，過高過低的溫度均對微生物有影響。,67,1.高溫滅菌法,超過微生物最高生長溫度可將微生物殺死，可用來滅菌.高溫滅菌原因：1）蛋白質(zhì)、

25、核酸變性2）細(xì)胞膜溶解 細(xì)胞膜中的脂類在高溫作用下溶解.A火焰滅菌（灼燒滅菌）：將工具在酒精火焰上滅菌；B干熱滅菌：在干燥箱中利用熱空氣來滅菌； 干熱滅菌使用溫度：160-180℃，常用170℃，含水物品不能利用此法。,(三)利用溫度的滅菌方法,68,2.濕熱滅菌,濕熱滅菌使用溫度:100-130℃,常用121℃，含水物品常利用此法。在同樣溫度下濕熱滅菌效果要比干熱滅菌效率要求，其原因是:1.菌體蛋白質(zhì)吸收熱水分凝

26、固比干熱凝固容易;2.濕熱比干熱傳導(dǎo)快，穿透力強(qiáng)，能迅速提高物體內(nèi)部溫度。3.蒸汽與物品接觸，凝結(jié)成水,放出潛能,能迅速提高溫度,加速微生物死亡。,蒸汽滅菌鍋,69,A 高壓蒸汽滅菌法：121℃常用30′B 常壓蒸汽滅菌法：100℃ 常6-8hrsC 煮沸消毒法：100℃ 15′可殺死所有營養(yǎng)細(xì)胞，部分芽孢。,70,3.間歇滅菌法,用100℃ 15-30′→28-37℃,12-24hrs(使殘留的芽孢萌發(fā)或營養(yǎng)細(xì)胞再被殺死)→1

27、00℃（15-30′）→可以反復(fù)2-3次。適用于不耐熱藥品、營養(yǎng)物、特殊培養(yǎng)基等。,71,4.巴氏消毒法（低溫消毒法）,牛奶、酒等在高溫下營養(yǎng)和風(fēng)味容易受破壞，利用較低溫度既可殺死病菌又能保持這些營養(yǎng)物質(zhì)風(fēng)味不變。巴氏消毒使用溫度：A :62-65℃ 20-30′ B :72℃ 10′（少用）超高溫巴氏消毒法：130℃ 2″牛奶65℃ 30′、71℃ 15′（迅速冷卻到00C即可飲用）,72,1.低于冰點(diǎn)的溫度能殺死微生物

28、原因：A、細(xì)胞體內(nèi)水分轉(zhuǎn)變成冰晶，引起細(xì)胞明顯脫水；B、冰晶對細(xì)胞結(jié)構(gòu)尤其是細(xì)胞質(zhì)膜的物理損傷。采用快速冷凍或細(xì)胞懸液中加入保護(hù)劑，可以減少冰凍對細(xì)胞的損害。由于低溫菌的活動，常導(dǎo)致食物變質(zhì)。溫度愈低腐敗愈慢。,(四)低溫對微生物的影響,73,2.低溫可延緩微生物的生理活動（低溫保藏微生物）,低溫下微生物生存原理A、在低溫下酶仍起作用B、低溫微生物質(zhì)膜中不飽和脂肪含量高處于低溫下大部分微生物代謝活動降低，生長略有停滯，但

29、仍能存活，一旦遇到合適生長溫度就可以生長繁殖，并常在4-7℃冰箱中保存。,74,嗜中溫菌（耐冷喜溫）一般在5℃以下處于休眠狀態(tài)，因此通常實(shí)驗(yàn)室用冰箱的4℃冷藏溫度保藏細(xì)菌。,,,或甘油、石蠟冷凍保存菌種,75,低溫下冷藏的食物變質(zhì)—嗜冷細(xì)菌（或霉菌）的最適宜溫度在5～15℃之間。,提問：嗜冷細(xì)菌有什么環(huán)保用途？,北方冬季的污水處理,76,4.超低溫保藏的微生物原理,A.快速冰凍形成的冰晶體小，故對細(xì)胞損害小B.超低溫保藏的微生物往往

30、使用了防凍保護(hù)劑（如甘油），可以降低脫水的有害作用。如大多數(shù)微生物在10%甘油等防凍劑中，保存在-96℃左右的液N內(nèi)，超低溫可保藏多年甚至于百年。,77,二．pH,影響微生物生長的一個重要因素1.引起細(xì)胞膜電荷的變化，從而影響了微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。2.影響代謝過程中酶的活性。3.改變生長環(huán)境中營養(yǎng)物質(zhì)的可給性,以及有害物質(zhì)毒性。,78,每一種微生物都有其最適pH和一定pH范圍，在最適pH內(nèi)酶活性最高。霉菌，酵母菌生長適宜范

31、圍中性偏酸；放線菌，細(xì)菌生長適宜中性或中性偏堿。含酸多的食品能抑制微生物生長繁殖,殺菌時間可適當(dāng)縮短。在食品工業(yè)中，常用酸來作食品防腐劑。,79,不同微生物的對pH忍受能力有很大差異,有些專性嗜酸微生物能在pH1~5環(huán)境中生長，在中性環(huán)境下，其細(xì)胞膜會分解而死亡，此類菌叫專性嗜酸菌；,80,三、氧化還原電位（ORP),提問：什么是氧化還原電位？——某物質(zhì)與氫電極構(gòu)成原電池時的電壓高低 ——是物質(zhì)氧化性強(qiáng)弱的標(biāo)志。,提問：pH7

32、.0, 30℃條件下飽和Fe3+溶液中測得的電壓值為＋0.771,該值代表Fe3+/Fe2+ 的氧化還原電位為+0.771,81,影響水樣氧化還原電位的因素氧化性物質(zhì)（主要是氧氣濃度）與還原性物質(zhì)（有機(jī)物、H2S等）的含量.,82,好氧活性污泥法控制在＋200～＋600mV是正常的過低過高如何調(diào)節(jié)？改變曝氣力度,厭氧污泥消化系統(tǒng)氧化還原電位應(yīng)控制在在-100～-200mV過高，將不利于厭氧細(xì)菌的生長，應(yīng)改進(jìn)工藝降低水中溶解

33、氧量。,應(yīng)用,83,四.溶解氧,根據(jù)微生物與分子氧的關(guān)系，將微生物分為好氧微生物、厭氧微生物和兼性厭氧微生物。,84,在微生物世界中，絕大多數(shù)種類都是好氧微生物或兼性厭氧微生物。厭氧微生物的種類相對較少。,85,五、干燥,細(xì)菌基本上是生活在水中的生物。干燥使菌體內(nèi)蛋白質(zhì)變性，引起代謝活動停止，影響微生物的活性以至生命力。環(huán)境中過于干燥細(xì)菌如何生存？（在不受熱和其它外界因素干擾下）干燥細(xì)胞將處于長期休眠狀態(tài)細(xì)菌的芽孢、藻類和真菌的

34、孢子及原生動物的胞囊都比營養(yǎng)細(xì)胞抗干燥。,用干燥法防止食物腐?。?xì)菌滋生）如方便面、干果、肉干、葡萄干等。用干燥法來保存細(xì)菌，如將細(xì)菌放置在干燥的沙土中可以長期保存。一旦提供潮氣則會很快復(fù)活。,,86,六．滲透壓,———是不同溶液被半透膜隔離開時，由于 膜半透性及兩側(cè)水分子濃度差異形成的水壓 。,有半透膜,左水分子凈通量＞0 右側(cè)液位↑，直至平衡,,,,,87,衡量方法：通常以一定濃度溶液與純水間形成的滲透壓作為

35、該溶液的滲透壓 提問：水將從 滲透壓一方流向 滲透壓的一方？低、高,滲透壓可影響細(xì)菌生存：1.相同滲透壓溶液中細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)水含量穩(wěn)定，細(xì)菌生活得最好。等滲透壓溶液-0.85％的食鹽(NaCl)溶液（生理鹽水）。常作為進(jìn)行細(xì)菌稀釋分離的稀釋液。,88,2.高滲透壓溶液中,提問：哪些是高滲透壓溶液？細(xì)菌會發(fā)生什么現(xiàn)象？濃溶液；質(zhì)壁分離—防腐（細(xì)菌滋生）如用5～30%的鹽水腌咸菜、咸魚，用60～80%的糖

36、溶液做蜜餞等。,—海洋對各種病原菌（淡水菌）的殺滅—高含鹽廢水（如油田采出水）難于生物處理的原因 提問：如何解決？沖?。桓咝Ъ?xì)菌的篩選；細(xì)菌基因改造。,89,3.低滲透壓溶液,提問：細(xì)菌于其中會如何？如純水外界大量水流入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞膨脹，甚至破裂。綜合以上幾點(diǎn)，在微生物實(shí)驗(yàn)室中稀釋菌液，應(yīng)該用生理鹽水（0.85%）工業(yè)廢水生物處理時一般不考慮滲透壓問題，是否需要考慮有待態(tài)實(shí)踐中解決。,90,七.光線,1.可見光2.紫外

37、光(UV)3.電離輻射4.超聲波,91,1.可見光：,波長380～760nm電磁波強(qiáng)的可見光和連續(xù)長時間可見光照射可以殺死微生物.原因：光氧化作用：光線被細(xì)胞內(nèi)的色素吸收，在有氧條件下使一些酶和其他敏感部分失活，而殺死微生物，如果無O2存在，則對微生物沒有損害作用。,92,2 .紫外光(UV),波長200-300nm紫外光都有殺菌效能，一般細(xì)菌在紫外線下照射5min即能被殺死，芽孢則需10min。紫外線波長在260nm左右者殺

38、菌力最強(qiáng)UV殺菌原理：引起核酸形成胸腺嘧啶二聚體，從而干擾了核酸的復(fù)制;微生物細(xì)胞在UV下，生成H2O2，能發(fā)生很強(qiáng)的氧化作用。,93,經(jīng)UV照射的微生物，在可見光下，可以激活DNA修復(fù)酶，能修復(fù)UV輻射引起的損傷——光復(fù)活作用。在UV處理時，只有當(dāng)UV引起的損傷比修復(fù)力大時，才能使微生物死亡。UV缺點(diǎn)，穿透力弱，一層薄紙也可濾掉大部分，只適應(yīng)于空氣的表面消毒。,94,殺菌的光源254nm的紫外光缺點(diǎn)——穿透性很弱甚至于不

39、能透過普通玻璃，因此只作為容器的表面殺菌，或無菌室中的空氣殺菌。,,實(shí)驗(yàn)室使用,95,3.電離輻射,χ射線,γ射線等高能電磁波,具有較強(qiáng)穿透力。這些射線照射物質(zhì)后,使該物質(zhì)產(chǎn)生電離作用,所以叫做電離輻射.,96,來源——銥, X-射線10-3～0.1nm 鈷、鐳, γ射線10-6nm 特點(diǎn)——高能量，穿透力強(qiáng),已經(jīng)開始被用于油田注水殺細(xì)菌(腐蝕性細(xì)菌)。殺菌機(jī)理——？高能量激發(fā)水分解產(chǎn)生O·

40、自由基或H2O2等強(qiáng)氧化劑 優(yōu)缺點(diǎn)——？一次性投資較大，但使用時成本較低，殺菌效果穩(wěn)定,97,用輻射保存糧食、蔬菜、畜禽產(chǎn)品及飲料,又能保持食物的營養(yǎng)和風(fēng)味.電離輻射:低劑量(500倫琴)照射可以促進(jìn)微生物生長，用10萬倫琴以上高劑量處理有殺菌作用.,98,4.超聲波,提問：超聲波——？超過人的聽覺能力上限20千Hz（波長小于1.6cm)的聲波,(B超),人工來源—振動頭超聲波(2000赫茲以上)使細(xì)胞破裂,其效果與頻率、處理

41、時間,微生物種類,細(xì)胞大小,形狀及數(shù)量等均有關(guān)系。除芽孢外，幾乎所有的微生物都受超聲波的破壞,大多數(shù)情況下，芽孢不受影響。,99,(一)重金屬及鹽類,大多數(shù)重金屬及其所形成的化合物，都是有效的殺菌劑或防腐劑。重金屬離子帶陽電荷，易與帶陰電荷的菌體蛋白質(zhì)結(jié)合，使蛋白質(zhì)變性，有較強(qiáng)的殺菌作用。Hg、Ag、砷與細(xì)菌酶蛋白的-SH結(jié)合，使蛋白質(zhì)變性，妨礙細(xì)菌代謝活動。,八.化學(xué)藥劑,100,銅 硫酸銅對真菌和藻類的殺傷力比細(xì)菌強(qiáng)。

42、常用硫酸銅與石灰配制成的波爾多液，在農(nóng)業(yè)上可用以防治某些植物病毒。,,,,,101,在遠(yuǎn)距離取水樣作檢測時，一般1L混合液中加10ml質(zhì)量濃度為1g／L的硫酸銅，原因何在？抑制攜帶過程中微生物的呼吸，盡量保持水質(zhì)不變。,102,鉛鉛對細(xì)菌等各類微生物也有毒害。將微生物浸在質(zhì)量濃度為1～5g／L的鉛鹽溶液中幾分鐘內(nèi)就會死亡。,103,（二）有機(jī)化合物,酚、醇（對芽孢無效，細(xì)胞脫水劑，蛋白質(zhì)變性劑）;醛（對芽孢有效），常用殺菌劑。殺

43、菌原理：A.損傷細(xì)胞膜和壁B.抑制某些酶系統(tǒng)，使蛋白質(zhì)變性。,104,（三）氧化劑,KMnO4、過氧化氫、過氧乙酸等，能使菌體酶蛋白中的巰基，氧化成-S-S基，使酶失活而達(dá)到殺菌、防腐、消毒。,105,（四）鹵素,以Cl、I最常用，Cl用于自來水，I用于皮膚消毒。,106,第五章 微生物的生長繁殖與生存因子,第二節(jié) 微生物的生存因子（二）,107,（五）表面活性物質(zhì),具有降低表面張力效應(yīng)的物質(zhì)叫表面活性劑。1.酚苯酚,又名石

44、碳酸，可引起蛋白質(zhì)變性，并破壞細(xì)胞質(zhì)膜。質(zhì)量濃度為1g能抑制微生物生長，10g/L的石碳酸在20min內(nèi)可殺死細(xì)菌，30~50g/L的石碳酸溶液幾分鐘可殺死細(xì)菌；50g/L的石碳酸溶液可作噴霧消毒。芽孢和病毒在50g/L石碳酸溶液中可存活幾小時。甲酚的殺菌能力比其他酚強(qiáng)，但難溶于水，易于皂液或堿液形成乳濁液，成為來蘇爾。 10~20g/L用于皮膚消毒， 30~50g/L用于消毒桌面和用具。,108,2. 新潔爾滅季銨鹽的一種，對許多

45、非芽孢型致病菌、G+及G-菌有著較強(qiáng)的致死作用。3.合成洗滌劑陽離子型洗滌劑比陰離子型殺菌力強(qiáng)。,109,(六)染料,許多染料如孔雀綠、亮綠、結(jié)晶紫都有殺菌作用。染料要達(dá)到一定濃度時才具有對細(xì)菌抑制和殺死的作用。常用的皮膚消毒劑紫藥水就是1％濃度的結(jié)晶紫溶液。細(xì)菌染色用的染料濃度一般在0.1％-5％范圍內(nèi)。,110,(七) 抗生素,許多微生物在代謝過程中產(chǎn)生能殺死其他微生物或抑制其他微生物生長的化學(xué)物質(zhì)，即抗生素?？股赜袕V譜和

46、狹譜之分。氯霉素、金霉素、土霉素和四環(huán)素可抑制許多不同種類的微生物，叫廣譜抗生素。青霉素只能殺死或抑制革蘭氏陽性菌，多粘菌素只能殺死革蘭氏陰性菌，叫狹譜抗生素。,111,作用機(jī)制：,抑制微生物細(xì)胞壁的合成破壞微生物的細(xì)胞質(zhì)膜抑制蛋白質(zhì)合成干擾核酸的合成,112,,113,114,第四節(jié) 微生物與微生物之間的關(guān)系,（1）既利甲又利乙（+ +）例如共生、互利共棲、互養(yǎng)共棲和協(xié)同共棲等。（2）利甲而損乙（+ -）例如寄生、捕食和拮抗

47、等。（3）利甲而不損乙（+ 0）例如偏利共棲、衛(wèi)星狀共棲和互生等。（4）不損甲而利乙（0 +）例同（3）。（5）既不損甲也不損乙，既不利甲也不利乙（0 0）例如無關(guān)共棲。（6）不利甲而損乙（0 -）例如偏害共棲。（7）損甲而不利乙（- 0）例同（6）。（8）損甲而利乙（- +）例同（2）。（9）既損甲又損乙（- -）例如競爭共棲。,115,互生—互惠互利互生關(guān)系分為偏利關(guān)系和互利關(guān)系，偏利關(guān)系指只有一方獲利（奉獻(xiàn)），互利

48、則是互惠互利。共生—共同依存互生關(guān)系的極端表現(xiàn)，形成特殊的共生體，不能分開獨(dú)自生活拮抗(對抗)——“競爭、斗爭、戰(zhàn)爭”，包括競爭、毒害、捕食三種類型。,提問：藻類、好氧菌與厭氧菌之間是何關(guān)系？,互生為主,116,提問：地衣中的真菌與藻類是何關(guān)系？共生,,南極巖石上的地衣,北極巖石上的地衣和苔蘚,藻類光合作用制造糖,117,118,,,,,119,提問：青霉菌與其周圍細(xì)菌的關(guān)系是什么？拮抗,提問：原生動物與細(xì)菌間關(guān)系？拮抗及偏

49、利互生,此處沒有細(xì)菌,細(xì)菌菌落,？,120,提問：活性污泥中細(xì)菌間的相互關(guān)系是什么？競爭、互生（同種）等,121,寄生關(guān)系,122,冬蟲夏草，是子囊菌寄生于鱗翅目幼蟲而形成的。冬季，蟲體蟄伏在土中，真菌孢子侵入蟲體，并生長發(fā)育，使蟲體內(nèi)充滿菌絲，幼蟲死亡。來年溫暖潮濕時，自幼蟲的頭部長出棒狀子實(shí)體露出土面，形似野草，故謂“冬蟲夏草”。,123,* 綜合分析一下活性污泥中各種生物內(nèi)部及之間的相互關(guān)系及對水處理效果的影響？,124,第

50、五節(jié) 菌種的衰退、復(fù)壯與保藏,125,一、菌種的衰退與復(fù)壯的概念1.衰退（degeneration）： 菌種在培養(yǎng)或保藏過程中，由于自發(fā)突變的存在，出現(xiàn)某些原有優(yōu)良生產(chǎn)性狀的劣化、遺傳標(biāo)記的丟失等現(xiàn)象，稱為菌種的衰退。衰退的原因：①基因突變，②分離現(xiàn)象。常見的衰退現(xiàn)象： 菌落和細(xì)胞形態(tài)的改變； 生長速度緩慢，產(chǎn)孢子越來越少； 抵抗力、抗不良環(huán)境能力減弱等。代謝產(chǎn)物生產(chǎn)能力或其對宿主寄生能力下降；,126,2.菌種

51、的復(fù)壯（rejuvenation）：使衰退的菌種恢復(fù)原來優(yōu)良性狀。狹義的復(fù)壯是指在菌種已發(fā)生衰退的情況下，通過純種分離和生產(chǎn)性能測定等方法，從衰退的群體中找出未衰退的個體，以達(dá)到恢復(fù)該菌原有典型性狀的措施；廣義的復(fù)壯是指在菌種的生產(chǎn)性能未衰退前就有意識的經(jīng)常、進(jìn)行純種的分離和生產(chǎn)性能測定工作，以期菌種的生產(chǎn)性能逐步提高。實(shí)際上是利用自發(fā)突變（正變）不斷地從生產(chǎn)中選種。,127,菌種的復(fù)壯措施：①純種分離：（平板劃線法、涂布法等

52、）。 ②通過寄主體內(nèi)生長進(jìn)行復(fù)壯（如Bacillus thuringiensis復(fù)壯）； ③淘汰已衰退的個體（采用比較激烈的理化條件進(jìn)行處理，以殺死生命力較差的已衰退個體）。④采用有效的菌種保藏方法。,128,3.防止菌種衰退的方法： ①控制傳代次數(shù)（DNA復(fù)制過程中，堿基的錯配率5x10-4，自發(fā)突變率10-8~10-9，采用良好的菌種保藏方法，可減少移種和傳代數(shù)）； ②選擇合適的培養(yǎng)條件； ③采用不

53、同類型的細(xì)胞進(jìn)行傳代（對絲狀微生物而言，通常采用穩(wěn)定的單核孢子進(jìn)行接種）； ④采用有效的菌種保藏方法。,129,二、菌種保藏：1.目的：①存活，不丟失，不污染 ②防止優(yōu)良性狀喪失 ③隨時為生產(chǎn)、科研提供優(yōu)良菌種2. 原理：選用優(yōu)良的純種，（最好是休眠體，如分生孢子、芽胞等），創(chuàng)造降低微生物代謝活動強(qiáng)度，生長繁殖受抑制，難以發(fā)生突變的環(huán)境條件。（干燥、低溫、缺氧、缺營養(yǎng) 以及添加保護(hù)劑等）,130,1．定期移植法簡便

54、易行，不需要特殊設(shè)備，能隨時發(fā)現(xiàn)所保存的菌種是否死亡、變異、退化和受雜菌污染。斜面培養(yǎng)、液體培養(yǎng)及穿刺培養(yǎng)均可。保存的溫度和時間。細(xì)菌4~6℃保存，每月移植一次，芽孢桿菌3~6個月移植一次；放線菌4~6℃保存，每3個月移植一次；酵母菌4~6℃保存，每4~6月移植一次；霉菌4~6℃保存，每6個月移植一次，20℃保存，2周移植一次。,131,2．干燥法將菌種接種到干燥載體上，如河沙、土壤、硅膠、濾紙及麩皮等，以保藏菌種。以砂土保藏法

55、用得較普遍，通常把接種菌種的砂土放在干燥器內(nèi)，于常溫或低溫下保藏，芽孢桿菌、梭狀芽孢桿菌、放線菌及霉菌均可用此法保藏。,132,3．隔絕空氣法該法是定期移植法的輔助方法。用液體石蠟封住半固體培養(yǎng)物來保藏菌種。將待保存的斜面菌種用橡皮塞代替原有的棉塞塞緊，這樣可使菌種保藏較長時間。原理：抑制微生物代謝，推遲細(xì)胞老化，防止培養(yǎng)基水分蒸發(fā)，從而延長微生物的壽命。,4．蒸餾水懸浮法這是一種最簡單的保藏法，只要將菌種懸浮于無菌蒸餾水中，將容

56、器封好便可達(dá)到目的。球衣菌就可用此法保藏。,利用低溫、干燥和隔絕空氣等幾個保藏菌種的重要方法的綜合作用。A.先用保護(hù)劑制成細(xì)胞懸液并分裝于安瓶內(nèi)。保護(hù)劑有牛奶、甘油等，作用是進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞保護(hù)細(xì)菌細(xì)胞在冷凍、低溫水分升華時細(xì)胞組織足夠的強(qiáng)度，不致使細(xì)菌受到傷害。B.將懸液凍結(jié)成冰。抽氣進(jìn)行真空干燥，樣品水分大量升華，待樣品水分升華95％以上時，凍干樣品呈現(xiàn)酥狀或松散的片狀。C.對安瓶進(jìn)行熔斷封口，置室溫或低溫保藏。這種方法可使

57、菌種穩(wěn)定保藏幾年至十幾年，是最好的保藏方法。,5．綜合法（冷凍干燥法）,134,世界各國的菌種保藏機(jī)構(gòu),中國微生物菌種保藏委員會(CCCCM)中國典型培養(yǎng)物保藏中心(CCTCC)美國典型菌種保藏中心(ATCC)美國北部地區(qū)研究實(shí)驗(yàn)室(NRRL)荷蘭的霉菌中心保藏所(CBS)英國的國家典型菌種保藏中心(NCTC)日本的大阪發(fā)酵研究所(IFO)國際微生物聯(lián)合會(IAMS)還專門設(shè)立了世界菌種保藏委員會(WFGC),用計算機(jī)儲存