第七章微生物的生長(zhǎng)和遺傳變異課件講義

第七章微生物的生長(zhǎng)和遺傳變異主要教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性第二節(jié)微生物的遺傳第三節(jié)微生物的變異第四節(jié)遺傳工程第五節(jié)微生物的馴化與保藏第七章微生物的生長(zhǎng)和遺傳變異主要教學(xué)內(nèi)容：1教學(xué)目的要求：掌握:1、微生物生長(zhǎng)的常用測(cè)定方法。2、微生物間歇培養(yǎng)時(shí)的生長(zhǎng)曲線。3、微生物年齡段的劃分及決定微生物生長(zhǎng)處于哪一個(gè)階段或時(shí)期的主要因素。4、微生物的世代時(shí)間及世代時(shí)間的測(cè)定時(shí)期。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性教學(xué)目的要求：第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性25、微生物生長(zhǎng)階段（或時(shí)期）與污水生物處理效果的關(guān)系及穩(wěn)定期在廢水處理過(guò)程中的具體應(yīng)用。6、生物膜的定義。7、生物膜的生長(zhǎng)特性。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性5、微生物生長(zhǎng)階段（或時(shí)期）與污水生物處理效果的關(guān)系及穩(wěn)定期3一、生長(zhǎng)與繁殖的基本概念微生物體積小，相對(duì)面積較大，物質(zhì)吸收快，轉(zhuǎn)化快。微生物（如細(xì)菌）的生長(zhǎng)與繁殖迅速，適應(yīng)性強(qiáng)。（一）、微生物的生長(zhǎng)微生物的生長(zhǎng)——指微生物在適宜的環(huán)境條件下，不斷地吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并按照自已的代謝方式進(jìn)行代謝活動(dòng)，如果同化作用大于異化作用，則細(xì)胞質(zhì)量不斷增加，體積得以增大，表現(xiàn)在細(xì)胞自身就是體積或重量的不斷增加，這種現(xiàn)象叫生長(zhǎng)。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性一、生長(zhǎng)與繁殖的基本概念第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性4（二）、微生物的繁殖微生物的繁殖——微生物生長(zhǎng)到一定階段，便分裂成子細(xì)胞（細(xì)菌主要是以二分裂的方式），子細(xì)胞重復(fù)以上過(guò)程，這就是繁殖。微生物繁殖很快，多數(shù)在20~30min繁殖一代（大腸桿菌37℃，18min；硝化細(xì)菌，8~24小時(shí)；只有少數(shù)可以長(zhǎng)達(dá)幾十小時(shí)，甚至幾天。）（三）、微生物生長(zhǎng)指標(biāo)的確定微生物生長(zhǎng)量法；微生物計(jì)數(shù)法。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性（二）、微生物的繁殖第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性5二、微生物生長(zhǎng)的測(cè)定方法微生物生長(zhǎng)的測(cè)定方法主要有計(jì)數(shù)法、測(cè)生長(zhǎng)量法、其它生理生化指標(biāo)法。為什么要測(cè)定微生物的生長(zhǎng)？原因：評(píng)價(jià)特定廢水處理時(shí)污泥馴化效果的好壞；評(píng)價(jià)特定細(xì)菌培養(yǎng)條件是否合適；評(píng)價(jià)水處理構(gòu)筑物（如曝氣池）是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)等。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性二、微生物生長(zhǎng)的測(cè)定方法第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性6（一）、計(jì)數(shù)法計(jì)數(shù)法有顯微鏡直接計(jì)數(shù)法、熒光染色計(jì)數(shù)法、活菌計(jì)數(shù)法、特定微生物計(jì)數(shù)法等。目前普遍采用的是顯微鏡直接計(jì)數(shù)法、活菌計(jì)數(shù)法。1、顯微鏡直接計(jì)數(shù)法顯微鏡直接計(jì)數(shù)法是常用的微生物生長(zhǎng)測(cè)定方法，特點(diǎn)是測(cè)定過(guò)程迅速，但不能確定微生物的死活。（微生物的死活不分）第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性（一）、計(jì)數(shù)法第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性7顯微鏡直接計(jì)數(shù)法有涂片染色法、計(jì)數(shù)器測(cè)定法、比例計(jì)數(shù)法等，目前普遍采用的是計(jì)數(shù)器測(cè)定法。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性顯微鏡直接計(jì)數(shù)法有涂片染色法、計(jì)數(shù)器測(cè)定法、比例計(jì)數(shù)法等，目8*（1）、計(jì)數(shù)器測(cè)定法計(jì)數(shù)器測(cè)定法采用特殊的微生物或血球計(jì)數(shù)板（器）進(jìn)行測(cè)定。操作過(guò)程是取一定體積的待測(cè)樣品放于計(jì)數(shù)器的測(cè)定小室與蓋玻片之間，在顯微鏡的高倍鏡下直接計(jì)數(shù)。由于測(cè)定小室的體積是已知的，因此根據(jù)得到的計(jì)數(shù)值就可以計(jì)算出微生物或細(xì)菌的數(shù)量。血球計(jì)數(shù)板上的計(jì)數(shù)室體積為0.1mm3，通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)換算可以計(jì)算出細(xì)菌或微生物的含量。(個(gè)/mL)。計(jì)數(shù)器構(gòu)造見(jiàn)下圖。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性*（1）、計(jì)數(shù)器測(cè)定法第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性9圖7-1血球計(jì)數(shù)板示意圖槽槽槽槽第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性記數(shù)室內(nèi)微生物或細(xì)菌的分布見(jiàn)下圖。圖7-1血球計(jì)數(shù)板示意圖槽槽槽槽第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其10圖7-2記數(shù)室內(nèi)微生物或細(xì)菌的分布第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性圖7-2記數(shù)室內(nèi)微生物或細(xì)菌的分布第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)112、活菌計(jì)數(shù)法特點(diǎn)：不含死的細(xì)菌細(xì)胞，但測(cè)定所需的時(shí)間較長(zhǎng)?；罹?jì)數(shù)法有平板計(jì)數(shù)法、液體計(jì)數(shù)法、薄膜計(jì)數(shù)法。其中以平板計(jì)數(shù)法最為常用。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性2、活菌計(jì)數(shù)法第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性12*（1）、平板計(jì)數(shù)法將樣品作一系列10倍梯度稀釋,然后將相應(yīng)稀釋度的樣品（如1mL，平行做2~3次）涂布到平板中，或與已經(jīng)融化好的固體培養(yǎng)基混合、搖勻、凝固。將待培養(yǎng)的平板倒置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，一定時(shí)間后觀察并計(jì)數(shù)生長(zhǎng)的微生物的菌落數(shù)，最終根據(jù)微生物的菌落數(shù)、取樣量、稀釋度并經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的換算得出樣品微生物的濃度。平板計(jì)數(shù)法具體做法見(jiàn)下圖。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性*（1）、平板計(jì)數(shù)法第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性13圖7-3平板計(jì)數(shù)法具體做法9ml無(wú)菌水第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性圖7-3平板計(jì)數(shù)法具體做法9ml無(wú)菌水第一節(jié)微生物14圖7-4皿底皿蓋第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性圖7-4皿底皿蓋第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性15第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性7-5細(xì)菌固體培養(yǎng)基上的典型群體特征第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性7-5細(xì)菌固體培養(yǎng)基上的典16平板計(jì)數(shù)法的主要注意事項(xiàng)：一般取菌落數(shù)在30~300個(gè)的平板進(jìn)行計(jì)數(shù)。過(guò)多或過(guò)少均不采用。原因：菌落數(shù)太多，計(jì)數(shù)費(fèi)時(shí)費(fèi)力；菌落數(shù)太少，計(jì)數(shù)誤差太大。培養(yǎng)皿倒置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。原因：為了防止培養(yǎng)基內(nèi)水分蒸發(fā)到皿蓋上而使培養(yǎng)基變干，影響微生物的培養(yǎng)。限用于能夠在培養(yǎng)基上形成菌落的微生物。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性平板計(jì)數(shù)法的主要注意事項(xiàng)：第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性17稀釋度菌液（mL)菌落數(shù)細(xì)菌濃度(個(gè)/mL)10-41142.044×104或4.4×105246.0平均44.0平板計(jì)數(shù)法試驗(yàn)實(shí)例第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性表7-1稀釋度菌液（mL)菌落數(shù)細(xì)菌濃度(個(gè)/mL)142.044×18（2）、液體計(jì)數(shù)法（如三管法或五管法）液體計(jì)數(shù)法主要用于不能在平板培養(yǎng)基上形成菌落的微生物。具體做法是：將待測(cè)樣品作10倍梯度稀釋?zhuān)∠鄳?yīng)稀釋度的樣品（1mL）分別接種到3管或5管一組的數(shù)組液體培養(yǎng)基中，培養(yǎng)一定時(shí)間后，觀察各管及各組中細(xì)菌是否生長(zhǎng)，記錄結(jié)果，根據(jù)讀數(shù)規(guī)則，查已專(zhuān)門(mén)處理好的最可能數(shù)表，得出細(xì)菌的最終含量。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性（2）、液體計(jì)數(shù)法（如三管法或五管法）第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)19試驗(yàn)結(jié)果舉例根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及讀數(shù)規(guī)則，查表得出微生物或細(xì)菌的含量。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性試驗(yàn)結(jié)果舉例根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及讀數(shù)規(guī)則，查表得出微生物或細(xì)菌的含20（3）、薄膜計(jì)數(shù)法對(duì)于某些細(xì)菌含量較低的測(cè)定樣品（如空氣或飲用水），可以采用薄膜計(jì)數(shù)法。該方法是將一定體積的待測(cè)樣品通過(guò)帶有許多小孔但又不讓細(xì)菌流出的微孔濾膜，借助膜的作用將微生物截留，再將膜（有細(xì)菌的一面向上）放于固體培養(yǎng)基表面培養(yǎng)，然后類(lèi)似平板計(jì)數(shù)法計(jì)算結(jié)果。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性（3）、薄膜計(jì)數(shù)法第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性21圖7-6濾器裝置第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性上述活菌計(jì)數(shù)法所用的樣品必須成分散的懸浮狀態(tài)，否則要強(qiáng)化分散。圖7-6濾器裝置第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性上述活菌計(jì)22（二）、測(cè)生長(zhǎng)量法測(cè)生長(zhǎng)量法有測(cè)重量法、光密度法、測(cè)元素法、測(cè)其它生理生化指標(biāo)法法等。目前普遍采用的是測(cè)重量法、光密度法、測(cè)其它生理生化指標(biāo)法。*1、重量法（測(cè)定細(xì)胞干重）過(guò)程：取經(jīng)過(guò)培養(yǎng)一段時(shí)間的待測(cè)微生物樣品，用離心機(jī)離心后收集生長(zhǎng)后的微生物細(xì)胞，或用濾紙、濾膜過(guò)濾截取生長(zhǎng)后的微生物細(xì)胞，然后在105~110℃下進(jìn)行干燥（恒重），稱(chēng)取干燥后的重量，以此代表微生物生長(zhǎng)量的多少。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性（二）、測(cè)生長(zhǎng)量法第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性23活性污泥水處理構(gòu)筑物內(nèi)微生物生長(zhǎng)量通常用這種細(xì)胞干重測(cè)定法?；钚晕勰喾ㄖ形⑸锏纳L(zhǎng)量指標(biāo)是混合液懸浮固體濃度MLSS或混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度（MLVSS）。測(cè)定MLSS具體做法1：取一定體積的待測(cè)活性污泥樣品，放于蒸發(fā)皿中干燥，然后稱(chēng)重。（恒重）測(cè)定MLSS具體做法2：取一定體積的待測(cè)活性污泥樣品（一般用量筒量取100mL），經(jīng)過(guò)濾→干燥（105~110℃左右）→稱(chēng)重。（恒重）第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性活性污泥水處理構(gòu)筑物內(nèi)微生物生長(zhǎng)量通常用這種細(xì)胞干重測(cè)定法。24MLSS不僅包括細(xì)菌或微生物，還包括無(wú)機(jī)顆粒等。因此MLVSS能更精確地表示細(xì)菌或微生物的生長(zhǎng)量。MLVSS測(cè)定過(guò)程是：將已測(cè)得干重的污泥樣品，放于馬福爐內(nèi)550℃下灼燒2h，微生物中含有的各種有機(jī)物就被分解成為CO2和H2O并蒸發(fā)掉。因此燒掉的部分就是揮發(fā)性懸浮固體重量。實(shí)際水處理中，MLSS用的較多（原因：測(cè)定方便、迅速）。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性MLSS不僅包括細(xì)菌或微生物，還包括無(wú)機(jī)顆粒等。因此MLVS25*2、光密度法（比濁計(jì)數(shù)法）光密度法是測(cè)定懸浮細(xì)胞的快速方法。原理是：溶液的吸光度與溶液的混濁度即微生物懸浮細(xì)胞濃度正比。根據(jù)懸浮溶液的吸光度，查已經(jīng)繪制好的標(biāo)準(zhǔn)曲線，（吸光度與微生物濃度的關(guān)系曲線），可以得到溶液中微生物的濃度。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性*2、光密度法（比濁計(jì)數(shù)法）第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性26*3、其它生理生化指標(biāo)法微生物生長(zhǎng)過(guò)程中，要吸收和消耗一些物質(zhì)，同時(shí)產(chǎn)生和分泌另外一些物質(zhì)。通過(guò)測(cè)定這些物質(zhì)的變化，可以間接表示或估計(jì)微生物的生長(zhǎng)情況。如測(cè)定待測(cè)樣品中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（COD）的消耗，溶解氧的消耗，有機(jī)酸的產(chǎn)生，H2和CH4的產(chǎn)生（厭氧微生物的生長(zhǎng)及活性測(cè)定）。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性*3、其它生理生化指標(biāo)法第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性27（三）、其它元素法（如測(cè)細(xì)胞含氮量、蛋白質(zhì)、DNA含量等）、熒光染色計(jì)數(shù)法等。以上測(cè)定法均需要按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性（三）、其它第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性28三、微生物的生長(zhǎng)特性（一）、間歇培養(yǎng)間歇培養(yǎng)的特點(diǎn)：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)一次性投加。*1、間歇培養(yǎng)生長(zhǎng)曲線間歇培養(yǎng)的方法：將少量微生物接種于一定量的液體培養(yǎng)基內(nèi)，在適宜的溫度下培養(yǎng)，在培養(yǎng)過(guò)程中不加入也不取出培養(yǎng)基和微生物。微生物間歇培養(yǎng)模式見(jiàn)下圖。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性三、微生物的生長(zhǎng)特性第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性29圖7-7微生物間歇培養(yǎng)模式菌種和液體培養(yǎng)基一次性加入。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性圖7-7微生物間歇培養(yǎng)模式菌種和液體培養(yǎng)基一次性加入。第30間歇培養(yǎng)生長(zhǎng)曲線的測(cè)定：在間歇培養(yǎng)過(guò)程中定時(shí)取樣測(cè)定活微生物數(shù)目或重量的變化，以活微生物個(gè)數(shù)或微生物重量為縱坐標(biāo)，培養(yǎng)時(shí)間為橫坐標(biāo)，即可繪制出一曲線，此曲線稱(chēng)為微生物的生長(zhǎng)曲線。微生物的生長(zhǎng)曲線分為：按活微生物重量繪制和按微生物數(shù)目的對(duì)數(shù)繪制兩種。按活微生物重量繪制的曲線見(jiàn)下圖。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性間歇培養(yǎng)生長(zhǎng)曲線的測(cè)定：在間歇培養(yǎng)過(guò)程中定時(shí)取樣測(cè)定活微生物31圖7-8微生物生長(zhǎng)曲線（按活微生物重量繪制）第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性圖7-8微生物生長(zhǎng)曲線（按活微生物重量繪制）第一節(jié)微32曲線特點(diǎn)：將微生物或細(xì)菌的生長(zhǎng)分為3個(gè)階段：生長(zhǎng)率上升階段，生長(zhǎng)率下降階段，內(nèi)源呼吸階段。生長(zhǎng)率上升階段：上升階段初期，食料充足，微生物或細(xì)菌是在適應(yīng)新的環(huán)境，一般不進(jìn)行分裂，菌數(shù)不增加，但菌體逐漸增大，以后很快進(jìn)入迅速繁殖的階段，到上升階段后期，生長(zhǎng)率達(dá)到最高，此時(shí)分解培養(yǎng)基中有機(jī)物的速率也最高。（生長(zhǎng)率上升階段，微生物數(shù)目的對(duì)數(shù)同培養(yǎng)時(shí)間呈直線關(guān)系，所以生長(zhǎng)率上升階段又稱(chēng)為對(duì)數(shù)生長(zhǎng)階段。）第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性曲線特點(diǎn)：將微生物或細(xì)菌的生長(zhǎng)分為3個(gè)階段：生長(zhǎng)率上升階段，33生長(zhǎng)率下降階段：經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，由于食料減少和對(duì)微生物有毒代謝產(chǎn)物的積累，環(huán)境逐漸不利于微生物的生長(zhǎng)，微生物生長(zhǎng)繁殖速度逐漸下降，進(jìn)入生長(zhǎng)率下降階段。（用于廢水處理時(shí)菌體聚集效果好，活性污泥絮體能較好地形成，二沉池中容易沉淀，出水效果好。）內(nèi)源呼吸階段：培養(yǎng)基中的食料已經(jīng)很少，菌體內(nèi)貯藏的物質(zhì)，甚至體內(nèi)的酶被都被當(dāng)作營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)利用，此時(shí)微生物新合成的細(xì)胞質(zhì)不足以因內(nèi)源呼吸而耗去的細(xì)胞質(zhì)，因此，微生物重量逐漸減少（因微生物死亡和內(nèi)源呼吸）。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性生長(zhǎng)率下降階段：經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，由于食料減少和對(duì)微生物有毒代34*微生物年齡段的劃分：上述3個(gè)階段中，生長(zhǎng)率上升階段是微生物或細(xì)菌的年輕階段，生長(zhǎng)繁殖快、動(dòng)能大；生長(zhǎng)率下降階段是微生物或細(xì)菌的中年階段，生長(zhǎng)活躍性、繁殖速度、動(dòng)能均小于年輕階段；內(nèi)源呼吸階段是微生物或細(xì)菌的衰老階段，死亡速度大于繁殖速度，生長(zhǎng)不活躍，動(dòng)能小。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性*微生物年齡段的劃分：上述3個(gè)階段中，生長(zhǎng)率上升階段是微生物35細(xì)菌的年齡表征法與人的不同，是用其群體特征來(lái)表征。按微生物數(shù)目的對(duì)數(shù)繪制的生長(zhǎng)曲線見(jiàn)下圖。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性36圖7-9微生物生長(zhǎng)曲線（按微生物數(shù)目的對(duì)數(shù)繪制）

第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性圖3-8把曲線分為四個(gè)時(shí)期，即：緩慢增長(zhǎng)期、對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期、穩(wěn)定增長(zhǎng)期、衰老期。與重量生長(zhǎng)曲線的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

圖7-9微生物生長(zhǎng)曲線（按微生物數(shù)目的對(duì)數(shù)繪制）第一節(jié)37緩慢增長(zhǎng)期對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期穩(wěn)定增長(zhǎng)期衰老期生長(zhǎng)率上升階段生長(zhǎng)率下降階段內(nèi)源呼吸階段生長(zhǎng)率上升階段初期第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性生長(zhǎng)率上升階段生長(zhǎng)率下降階段內(nèi)源呼吸階段生長(zhǎng)率上升階段初期第38生長(zhǎng)曲線上每一時(shí)期的主要特點(diǎn)：緩慢期:生長(zhǎng)率上升階段初期,微生物不繁殖，數(shù)目不增加，但菌體體積增長(zhǎng)很快，其后期只有個(gè)別菌體繁殖。對(duì)數(shù)期：微生物繁殖速度迅速增加。穩(wěn)定期：食料減少供不應(yīng)求和細(xì)菌有毒代謝產(chǎn)物的積累，微生物生長(zhǎng)繁殖速度逐漸下降，同時(shí)菌體死亡數(shù)目逐漸上升，最后達(dá)到新增加的微生物數(shù)與死亡數(shù)基本相等，活菌數(shù)保持相對(duì)平衡并處于最大值。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性生長(zhǎng)曲線上每一時(shí)期的主要特點(diǎn)：第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性39衰老期（內(nèi)源呼吸階段）：微生物或細(xì)菌死亡速度大大增加，超過(guò)其繁殖速度，只有少數(shù)菌體進(jìn)行繁殖，微生物進(jìn)行內(nèi)源呼吸，，所以活微生物曲線顯著下降。*決定微生物生長(zhǎng)處于哪一個(gè)階段或時(shí)期的主要因素是：微生物周?chē)鸂I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的多少，即食料/微生物——F/M，如下圖。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性衰老期（內(nèi)源呼吸階段）：微生物或細(xì)菌死亡速度大大增加，超過(guò)其40圖7-10（沉降性能好）第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性圖7-10（沉降性能好）第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性41曝氣池中活性污泥混合液的絮凝沉降性能可用污泥沉降比SV、污泥沉降指數(shù)SVI來(lái)評(píng)價(jià)。污泥沉降比SV——是指曝氣池混合液在100mL量筒中沉淀30min，污泥體積與原混合液體積之比，用百分?jǐn)?shù)表示。一般生活污水和城市污水的SV為15%~30%。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性曝氣池中活性污泥混合液的絮凝沉降性能可用污泥沉降比SV、污泥42t=0mint=30min水第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性圖7-11污泥沉降比SV測(cè)定示意圖t=0mint=30min水第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性圖43*2、微生物的世代時(shí)間（以對(duì)數(shù)期為準(zhǔn)）微生物的世代時(shí)間——指微生物繁殖一代所需的時(shí)間?；蛭⑸飩€(gè)體數(shù)目增加一倍的時(shí)間。或微生物細(xì)胞兩次分裂之間的時(shí)間間隔。*細(xì)菌的世代時(shí)間測(cè)定計(jì)算如下：P124第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性*2、微生物的世代時(shí)間（以對(duì)數(shù)期為準(zhǔn)）第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)44第七章微生物的生長(zhǎng)和遺傳變異課件講義45微生物繁殖的一般規(guī)律是：好氧菌比厭氧菌的世代時(shí)間短；單細(xì)胞比多細(xì)胞的世代時(shí)間短；原核微生物比真核微生物的世代時(shí)間短。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性微生物繁殖的一般規(guī)律是：好氧菌比厭氧菌的世代時(shí)間短；單細(xì)胞比46*3、微生物生長(zhǎng)階段與污水生物處理微生物生長(zhǎng)階段（或時(shí)期）與污水處理處理效果的關(guān)系對(duì)數(shù)期（生長(zhǎng)率上升階段）：在廢水處理過(guò)程中，如果維持微生物在對(duì)數(shù)期，此時(shí)微生物繁殖很快，活力很強(qiáng)，代謝速率高，處理廢水的能力較高；但對(duì)數(shù)期微生物活力強(qiáng)大不易凝聚和沉淀，且對(duì)數(shù)期要求廢水中有機(jī)物的濃度較高，則相對(duì)處理過(guò)的水中有機(jī)物濃度必將較高，所以利用此階段進(jìn)行污水的生化學(xué)處理難于得到較好的出水。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性*3、微生物生長(zhǎng)階段與污水生物處理第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其47穩(wěn)定期：穩(wěn)定期的微生物或污泥代謝活性和凝聚沉降性能均較好，在二沉池中泥水分離效果好，出水水質(zhì)好。因此，處理效果好的活性污泥法構(gòu)筑物中普遍運(yùn)行在這一范圍（即利用穩(wěn)定期的微生物）。穩(wěn)定期應(yīng)用舉例：水處理構(gòu)筑物是連續(xù)進(jìn)水和出水，完全混合活性污泥法水處理構(gòu)筑物是利用穩(wěn)定期的微生物。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性穩(wěn)定期：穩(wěn)定期的微生物或污泥代謝活性和凝聚沉降性能均較好，在48進(jìn)水回流污泥菌膠團(tuán)或活性污泥（微生物群體）生化處理后曝氣池剩余污泥出水二沉池圖7-12好氧活性污泥法處理廢水第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性進(jìn)水回流污泥菌膠團(tuán)或活性污泥（微生物群體）生化處理后曝氣池剩49圖7-13圖7-1350衰老期（內(nèi)源呼吸期）：處于衰老期的微生物代謝速率低，動(dòng)能小，容易凝聚沉降，但水中有細(xì)小的泥花（死亡的細(xì)菌所致），水處理指標(biāo)比穩(wěn)定期差。衰老期只出現(xiàn)在某些特殊水處理的場(chǎng)合，如延時(shí)曝氣和污泥消化。延時(shí)曝氣活性污泥法利用內(nèi)源呼吸期的微生物是因?yàn)榇斯に嚳梢圆慌拍嗷蛏倥拍?，主要用于不宜采用污泥處理技術(shù)的小城鎮(zhèn)的廢水處理。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性衰老期（內(nèi)源呼吸期）：處于衰老期的微生物代謝速率低，動(dòng)能小，51圖3-11圖3-11圖7-14高負(fù)荷活性污泥法（沉降性能好）第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性圖3-11圖3-11圖7-14高負(fù)荷活性污泥法（沉降性能好）52特殊情況緩慢期可出現(xiàn)在下列情況：水處理系統(tǒng)投產(chǎn)前，污泥的培養(yǎng)或馴化（活性污泥被接種到與原來(lái)生長(zhǎng)條件不同的廢水中，營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型發(fā)生改變，污泥需培養(yǎng)或馴化）；污水處理廠因故中斷運(yùn)行后再運(yùn)行。應(yīng)采取措施縮短緩慢期，如利用對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期代謝旺盛的污泥接種、增加接種量、利用相同類(lèi)型反應(yīng)器的污泥接種等。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性特殊情況第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性53對(duì)數(shù)期可出現(xiàn)在下列情況：進(jìn)水有機(jī)物濃度突然增高，污泥回流量不變時(shí)。此時(shí)，應(yīng)該調(diào)整工藝。如增加污泥回流量，同時(shí)增加曝氣量。衰老期可出現(xiàn)在下列情況：進(jìn)水BOD突然減少，污泥回流不變時(shí)。此時(shí)需調(diào)整工藝。如減少污泥回流，同時(shí)減少曝氣量。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性對(duì)數(shù)期可出現(xiàn)在下列情況：進(jìn)水有機(jī)物濃度突然增高，污泥回流量不54四、微生物膜的生長(zhǎng)特性微生物膜存在于生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤(pán)等附著型反應(yīng)器系統(tǒng)中。（一）、微生物膜的定義和成分*生物膜——是一種不可逆的黏附于固體表面的，被微生物胞外多聚物包裹的有組織的微生物群體。成分：生物膜中有水（分含量可高達(dá)97%）、微生物、多聚糖、吸附的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、微生物代謝產(chǎn)物和裂解產(chǎn)物等。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性四、微生物膜的生長(zhǎng)特性第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性55（二）、生物膜的生長(zhǎng)特性*生物膜的形成主要包括三個(gè)階段。見(jiàn)下圖。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性圖7-15生物膜形成的三個(gè)階段示意圖（二）、生物膜的生長(zhǎng)特性第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性圖7-56教學(xué)目的要求：掌握:1、微生物遺傳性的概念及遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。2、微生物質(zhì)粒的概念及其特性、在環(huán)境工程中的應(yīng)用舉例。第二節(jié)微生物的遺傳教學(xué)目的要求：第二節(jié)微生物的遺傳57微生物或細(xì)菌同其它生物一樣，有其固有的遺傳性。*微生物的遺傳性——是指在一定的環(huán)境條件下，微生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、代謝、繁殖和對(duì)異物的敏感等性狀相對(duì)穩(wěn)定，并能代代相傳，子代與親代之間表現(xiàn)出相似性的現(xiàn)象。例如：第二節(jié)微生物的遺傳微生物或細(xì)菌同其它生物一樣，有其固有的遺傳性。第二節(jié)微生58大腸桿菌是短桿菌，生活條件要求pH7.2，溫度37℃，在糖類(lèi)物質(zhì)存在的條件下產(chǎn)酸、產(chǎn)氣。大腸桿菌的親代能將這些特性傳給子代，這就是大腸桿菌的遺傳性。降解廢水中六價(jià)鉻的細(xì)菌等。微生物的保守遺傳性的規(guī)律是：老齡菌比幼齡菌大。營(yíng)養(yǎng)和外界條件的劇烈變化將導(dǎo)致遺傳性不適應(yīng)而引起死亡，緩慢變化可導(dǎo)致變異，即誘變。第二節(jié)微生物的遺傳大腸桿菌是短桿菌，生活條件要求pH7.2，溫度37℃，在糖59一、遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)及其存在形式(一)、遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)*遺傳學(xué)的研究表明，一切生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是核酸。根據(jù)核酸戊糖和堿基的差異分為脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），見(jiàn)下表。第二節(jié)微生物的遺傳一、遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)及其存在形式第二節(jié)微生物的遺傳60第二節(jié)微生物的遺傳表7-2第二節(jié)微生物的遺傳表7-261核酸的結(jié)構(gòu)核酸是一種多聚核苷酸：第二節(jié)微生物的遺傳核酸的結(jié)構(gòu)第二節(jié)微生物的遺傳62第二位碳原子第二位碳原子63DNA分子中的堿基有:A第二節(jié)微生物的遺傳DNA分子中的堿基有:A第二節(jié)微生物的遺傳64RNA分子中的堿基有:A、G、C、UU第二節(jié)微生物的遺傳RNA分子中的堿基有:A、G、C、UU第二節(jié)微生物的遺傳65含有DNA的微生物中遺傳物質(zhì)是DNA，不含有DNA，只含有RNA（核糖核酸）的微生物中，遺傳物質(zhì)是RNA（如某些病毒）。DNA中多核酸鏈的一個(gè)小片段如下：第二節(jié)微生物的遺傳含有DNA的微生物中遺傳物質(zhì)是DNA，不含有DNA，只含有66第二節(jié)微生物的遺傳第二節(jié)微生物的遺傳67（二）、DNA的分子結(jié)構(gòu)及其多樣性1、DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)圖7-16DNA的二維結(jié)構(gòu)第二節(jié)微生物的遺傳（二）、DNA的分子結(jié)構(gòu)及其多樣性圖7-16DNA的二維68（1）、兩條走向相反的多核苷酸鏈，盤(pán)繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋直徑為2nm。（2）、兩條鏈間借堿基對(duì)的氫鍵相連。（3）、一個(gè)DNA分子可含有幾十萬(wàn)或幾百萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)，兩個(gè)相鄰的堿基對(duì)之間的距離為0.34nm，每個(gè)螺旋的距離為3.4nm。2、DNA的多樣性生物中的DNA均有4種脫氧核糖核苷酸變化排列組成，但各種生物DNA的4種堿基含量往往是不均等的，4種堿基的含量之比也不同，體現(xiàn)了不同生物間DNA分子具有高度的多樣性。第二節(jié)微生物的遺傳（1）、兩條走向相反的多核苷酸鏈，盤(pán)繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋直徑69（三）遺傳物質(zhì)在微生物細(xì)胞中的主要存在形式遺傳物質(zhì)在微生物細(xì)胞中存在的主要形式有染色體、真核微生物的細(xì)胞器、染色體外的質(zhì)粒、RNA（某些病毒）等。1、染色體染色體是遺傳物質(zhì)的主要載體，DNA是主要成分。原核微生物中（如細(xì)菌）染色體中的DNA不與蛋白質(zhì)結(jié)合，也沒(méi)有核膜包圍，而是以單獨(dú)裸露狀態(tài)存在于細(xì)胞質(zhì)中的DNA分子，拉直時(shí)比細(xì)胞長(zhǎng)許多倍。第二節(jié)微生物的遺傳（三）遺傳物質(zhì)在微生物細(xì)胞中的主要存在形式第二節(jié)微生物的70如大腸桿菌的長(zhǎng)度為2μm，其DNA長(zhǎng)度為1l00μm至1400μm，它在細(xì)胞中央高度折疊形成具有空間結(jié)構(gòu)的一個(gè)核區(qū)。由于含有磷酸根，而帶有很高的負(fù)電荷。真核微生物細(xì)胞核中染色體的DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合，真核微生物DNA的量大于原核微生物。第二節(jié)微生物的遺傳如大腸桿菌的長(zhǎng)度為2μm，其DNA長(zhǎng)度為1l00μm至14071*2、質(zhì)粒（攜帶某些次要的遺傳信息）質(zhì)粒——是微生物染色體外或附加于染色體的攜帶有某種特異性遺傳信息的DNA分子。第二節(jié)微生物的遺傳*2、質(zhì)粒（攜帶某些次要的遺傳信息）第二節(jié)微生物的遺傳72質(zhì)粒目前發(fā)現(xiàn)存在于原核微生物和真核微生物的酵母。質(zhì)粒一般是小型環(huán)狀DNA分子，攜帶少數(shù)遺傳信息，在細(xì)胞分裂中能進(jìn)行復(fù)制，傳給后代，并表現(xiàn)一定的遺傳特性。質(zhì)粒的存在與否不影響微生物細(xì)胞的生存，喪失質(zhì)粒僅喪失由其決定的某些特性。即質(zhì)粒不是細(xì)胞生死存亡所必需，可以消失。微生物中的質(zhì)粒還具有以下特性：第二節(jié)微生物的遺傳質(zhì)粒目前發(fā)現(xiàn)存在于原核微生物和真核微生物的酵母。第二節(jié)微73（1）、可轉(zhuǎn)移性某些質(zhì)?？梢酝ㄟ^(guò)細(xì)胞間的接合作用或其他途徑從供體細(xì)胞向受體細(xì)胞轉(zhuǎn)移。（受體細(xì)胞即獲得該質(zhì)粒所決定的遺傳性狀。）舉例：第二節(jié)微生物的遺傳（1）、可轉(zhuǎn)移性第二節(jié)微生物的遺傳74圖7-17質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移細(xì)菌2細(xì)菌1第二節(jié)微生物的遺傳圖7-17質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移細(xì)菌2細(xì)菌1第二節(jié)微生物的遺75（2）、可整合性在某種特定條件下，質(zhì)粒DNA可以整合到染色體上，并可以重新脫離。（3）、可重組性不同來(lái)源的質(zhì)粒之間，質(zhì)粒與染色體之間的基因可以發(fā)生重組，形成新的重組質(zhì)粒，從而使細(xì)胞具有新的表現(xiàn)性狀。（4）、可消除性經(jīng)過(guò)某些理化因素處理如加熱、或加入化學(xué)藥劑等質(zhì)?？梢员幌Ｙ|(zhì)粒也可能不明原因地自行消失。第二節(jié)微生物的遺傳（2）、可整合性第二節(jié)微生物的遺傳76質(zhì)粒的分類(lèi)如下：抗藥性質(zhì)粒、抗生素產(chǎn)生質(zhì)粒、降解質(zhì)粒等等。與環(huán)境工程有關(guān)的主要是降解質(zhì)粒。降解質(zhì)粒——指攜帶分解某種化合物酶系基因的質(zhì)粒，能賦予宿主細(xì)胞降解某種化合物的能力。質(zhì)粒在環(huán)境工程中的應(yīng)用舉例：如：降解辛烷的質(zhì)粒、降解二甲苯的質(zhì)粒、降解甲苯的質(zhì)粒等。第二節(jié)微生物的遺傳質(zhì)粒的分類(lèi)如下：第二節(jié)微生物的遺傳773、細(xì)胞器DNA如存在于真核微生物線粒體、葉綠體等細(xì)胞器中的少量DNA，攜帶有編碼相應(yīng)酶的基因。4、RNA某些病毒和微生物噬菌體是以RNA為遺傳物質(zhì)的。5、其他第二節(jié)微生物的遺傳3、細(xì)胞器DNA第二節(jié)微生物的遺傳78二、遺傳物質(zhì)的復(fù)制遺傳物質(zhì)有DNA、RNA，多數(shù)生物體內(nèi)的遺傳物質(zhì)是DNA，只有少數(shù)病毒的遺傳物質(zhì)是RNA。DNA、RNA均具自我復(fù)制的能力。（一）、DNA的復(fù)制第二節(jié)微生物的遺傳二、遺傳物質(zhì)的復(fù)制第二節(jié)微生物的遺傳79圖7-18第二節(jié)微生物的遺傳圖7-18第二節(jié)微生物的遺傳80在不產(chǎn)生變異的情況下，通過(guò)DNA復(fù)制形成的兩個(gè)新的DNA分子與原來(lái)的DNA分子是完全相同。因此，子代的遺傳性狀與親代相同。如果由于某種原因，DNA的分子發(fā)生了變化，導(dǎo)致合成的蛋白質(zhì)或生物酶發(fā)生變化，則細(xì)菌子代所表現(xiàn)的性狀將不同于親代，此時(shí)細(xì)菌產(chǎn)生了變異。（一）、RNA的復(fù)制單鏈復(fù)制。第二節(jié)微生物的遺傳在不產(chǎn)生變異的情況下，通過(guò)DNA復(fù)制形成的兩個(gè)新的DNA分子81三、遺傳信息的傳遞和表達(dá)遺傳信息的傳遞和表達(dá)有三個(gè)步驟：復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯。遺傳信息轉(zhuǎn)錄、翻譯均需要RNA的參與。*（一）、RNA在細(xì)胞里的三種類(lèi)型及其功能1、信使RNA（mRNA）以一條DNA的單鏈為模板，按堿基互補(bǔ)原則合成的，由于傳達(dá)了DNA的信息（DNA合成蛋白質(zhì)的信息），稱(chēng)為信使RNA。第二節(jié)微生物的遺傳三、遺傳信息的傳遞和表達(dá)第二節(jié)微生物的遺傳82轉(zhuǎn)錄過(guò)程中DNA的胸腺嘧啶T變?yōu)槟蜞奏）圖7-19第二節(jié)微生物的遺傳轉(zhuǎn)錄過(guò)程中DNA的胸腺嘧啶T變?yōu)槟蜞奏）圖7-19第二節(jié)832、轉(zhuǎn)移RNA（tRNA）tRNA根據(jù)mRNA的指令（遺傳密碼）轉(zhuǎn)移細(xì)胞內(nèi)的氨基酸以合成蛋白質(zhì)。即在蛋白質(zhì)合成過(guò)程中起轉(zhuǎn)移相應(yīng)氨基酸的作用。每一個(gè)遺傳密碼對(duì)應(yīng)一個(gè)tRNA。tRNA結(jié)構(gòu)舉例：第二節(jié)微生物的遺傳2、轉(zhuǎn)移RNA（tRNA）第二節(jié)微生物的遺傳84次黃嘌呤核苷酸圖7-20次黃嘌呤核苷酸圖7-2085多核苷酸單鏈結(jié)構(gòu)。但通過(guò)自身回折，使鏈內(nèi)一些可以配對(duì)的堿基相遇而形成較短的雙螺旋結(jié)構(gòu)，不能配對(duì)的堿基區(qū)則形成突環(huán)。第二節(jié)微生物的遺傳圖7-21多核苷酸單鏈結(jié)構(gòu)。但通過(guò)自身回折，使鏈內(nèi)一些可以配對(duì)的堿基相863、核糖體RNA蛋白質(zhì)合成的主要場(chǎng)所。有大小兩個(gè)亞基。小亞基：在合成蛋白質(zhì)時(shí)，識(shí)別mRNA的啟動(dòng)密碼和終止密碼。大亞基蛋白質(zhì)的合成基地。第二節(jié)微生物的遺傳3、核糖體RNA第二節(jié)微生物的遺傳87（二）、遺傳信息的傳遞與表達(dá)過(guò)程1、將攜帶遺傳信息的DNA復(fù)制；2、將DNA攜帶的遺傳信息轉(zhuǎn)錄到mRNA上；（以形成合成蛋白質(zhì)中氨基酸的密碼子以及合成過(guò)程中的啟動(dòng)密碼和終止密碼。用于合成蛋白質(zhì)的遺傳密碼的編碼字典見(jiàn)P141表）第二節(jié)微生物的遺傳（二）、遺傳信息的傳遞與表達(dá)過(guò)程第二節(jié)微生物的遺傳88每種氨基酸有1~6個(gè)密碼不等。最多如絲氨酸6個(gè)密碼；最少如色氨酸1個(gè)密碼。3、將mRNA獲得的遺傳信息翻譯成蛋白質(zhì)。圖7-22第二節(jié)微生物的遺傳每種氨基酸有1~6個(gè)密碼不等。圖7-22第二節(jié)微生物的遺89蛋白質(zhì)的合成過(guò)程圖7-23蛋白質(zhì)的合成過(guò)程圖7-2390細(xì)菌遺傳性的應(yīng)用？（此時(shí)不希望產(chǎn)生變異）分離所得的純種用于特定廢水的處理含氰化物廢水處理的菌種、含六價(jià)鉻廢水處理的菌種、硫酸渣的微生物脫硫菌種（氧化亞鐵硫桿菌）等。第二節(jié)微生物的遺傳細(xì)菌遺傳性的應(yīng)用？（此時(shí)不希望產(chǎn)生變異）第二節(jié)微生物的遺91四、基因表達(dá)的調(diào)控?fù)?jù)前述（第六章）：按與營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)存在是否有關(guān)可將生物酶分為組成酶和誘導(dǎo)酶。組成酶與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（基質(zhì)）存在與否無(wú)關(guān)，在微生物體內(nèi)都存在著相當(dāng)?shù)臄?shù)量。如分解葡萄糖的酶。誘導(dǎo)酶需要經(jīng)誘導(dǎo)物誘導(dǎo)產(chǎn)生，這些酶稱(chēng)為誘導(dǎo)酶。如分解乳糖的酶等。第二節(jié)微生物的遺傳四、基因表達(dá)的調(diào)控第二節(jié)微生物的遺傳92例如，葡萄糖和乳糖共存時(shí)，不合成降解乳糖的酶，而利用現(xiàn)成的葡萄糖組成酶分解葡萄糖作碳源、能源，葡萄糖利用完畢，分解乳糖的酶才被乳糖誘導(dǎo)合成。誘導(dǎo)酶的誘導(dǎo)合成受結(jié)構(gòu)基因、調(diào)節(jié)基因、操縱基因的控制。即基因表達(dá)的調(diào)控。廢水處理？第二節(jié)微生物的遺傳例如，葡萄糖和乳糖共存時(shí)，不合成降解乳糖的酶，而利用現(xiàn)成的葡93教學(xué)目的要求：掌握:1、微生物變異發(fā)生的途徑。2、自發(fā)突變、誘發(fā)突變、接合的概念。第三節(jié)微生物的變異教學(xué)目的要求：第三節(jié)微生物的變異94微生物的變異主要是基因變異造成的，基因變異分為基因突變和基因重組?；颉侵敢欢尉幋a蛋白質(zhì)多肽鏈的DNA。（某些病毒基因?yàn)镽NA）基因變化源于DNA分子的變化。*微生物變異的發(fā)生途徑：第三節(jié)微生物的變異微生物的變異主要是基因變異造成的，基因變異分為基因突變和基因95圖7-24微生物變異的發(fā)生途徑同一個(gè)細(xì)胞DNA分子上的變化。不同細(xì)胞間DNA的融合。第三節(jié)微生物的變異圖7-24微生物變異的發(fā)生途徑同一個(gè)細(xì)胞DNA分子上96一、基因突變基因突變——是由于某種原因引起生物體內(nèi)的DNA鏈上堿基的缺失、置換或插入，改變了基因內(nèi)部原有的堿基排列順序，引起后代表現(xiàn)型突然發(fā)生了可遺傳的變化。（一）、基因突變的發(fā)生機(jī)理與途徑1、基因突變的類(lèi)型自發(fā)突變、誘發(fā)突變。第三節(jié)微生物的變異一、基因突變第三節(jié)微生物的變異97（1）、自發(fā)突變*自發(fā)突變──凡是在沒(méi)有特設(shè)的誘變條件下，由外界環(huán)境的自然作用或微生物體內(nèi)的生理和生化變化而發(fā)生的基因突變。（是指微生物在自然條件而沒(méi)有人工參與時(shí)發(fā)生的突變。）自發(fā)突變的主要特性：無(wú)定向性、自發(fā)性、稀有性、可逆性等等。第三節(jié)微生物的變異（1）、自發(fā)突變第三節(jié)微生物的變異98（2）、誘發(fā)突變*誘發(fā)突變──是指人為地利用物理化學(xué)因素，引起細(xì)胞DNA分子中堿基對(duì)發(fā)生的變化。物理因素引起基因突變稱(chēng)為物理誘變。物理誘變因素有紫外線、X射線、γ射線、快中子、激光和高溫等?；瘜W(xué)物質(zhì)引起基因突變稱(chēng)為化學(xué)誘變。例如：在亞硝酸作用下，腺嘌呤氧化脫氨形成烯醇式次黃嘌呤He，互變異構(gòu)形成酮式次黃嘌呤Hk，從而引起的化學(xué)突變。第三節(jié)微生物的變異（2）、誘發(fā)突變第三節(jié)微生物的變異99圖7-25烯醇式次黃嘌呤He互變異構(gòu)形成酮式次黃嘌呤Hk第三節(jié)微生物的變異HK只能與C配對(duì)圖7-25烯醇式次黃嘌呤He互變異構(gòu)形成酮式次黃嘌呤Hk第三100其它化學(xué)物質(zhì)的誘變？誘發(fā)突變的主要特性：誘發(fā)性、突變率高等。微生物誘變的應(yīng)用？（此時(shí)希望產(chǎn)生變異）含酚廢水用生活污水處理系統(tǒng)的污泥進(jìn)行生物處理時(shí)的微生物馴化過(guò)程。含鹽度較高的工業(yè)廢水用生活污水處理系統(tǒng)的污泥進(jìn)行生物處理時(shí)的微生物馴化過(guò)程。生活污水處理系統(tǒng)的污泥中，微生物發(fā)生誘發(fā)突變，產(chǎn)生突變體，降解廢水中酚或處理高鹽度工業(yè)廢水。其它難降解有機(jī)物的微生物馴化過(guò)程？第三節(jié)微生物的變異其它化學(xué)物質(zhì)的誘變？第三節(jié)微生物的變異1012、基因突變發(fā)生的機(jī)理與途徑基因突變發(fā)生的機(jī)理與途徑分為點(diǎn)突變、染色體畸變兩大類(lèi)。點(diǎn)突變是由于DNA鏈上的一對(duì)或少數(shù)幾對(duì)堿基被另一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)堿基對(duì)取代發(fā)生改變的突變類(lèi)型，包括堿基置換和移碼突變。染色體畸變是DNA鏈上大段發(fā)生變化或損傷所引起的突變類(lèi)型，包括DNA鏈上的堿基插入、缺失、堿基的重復(fù)、堿基的易位、堿基的倒位等。第三節(jié)微生物的變異2、基因突變發(fā)生的機(jī)理與途徑第三節(jié)微生物的變異102堿基片段的變化（一段染色體發(fā)生的）圖3-15基因突變的類(lèi)型圖7-26第三節(jié)微生物的變異堿基片段的變化圖3-15基因突變的類(lèi)型圖7-26第三節(jié)103以增加一個(gè)堿基為例說(shuō)明堿基變化引起的移碼突變RNA以增加一個(gè)堿基為例說(shuō)明堿基變化引起的移碼突變RNA104（二）突變類(lèi)型形態(tài)突變型、生化突變型、致死突變型等等。生化突變型中的抗性突變型對(duì)環(huán)境工程治理有重要意義，如抗某種藥物、抗某種有機(jī)有毒化合物、抗高鹽度等。第三節(jié)微生物的變異（二）突變類(lèi)型第三節(jié)微生物的變異105二、基因重組基因重組——兩個(gè)不同性狀的個(gè)體細(xì)胞，其中一個(gè)細(xì)胞（供體細(xì)胞）的DNA與另一個(gè)細(xì)胞（受體細(xì)胞）的DNA融合，使基因重新排列，遺傳給后代，產(chǎn)生新品種或表達(dá)新的遺傳性狀，稱(chēng)為基因重組。重組后的生物體與基因突變一樣也表現(xiàn)出新的遺傳性狀。第三節(jié)微生物的變異二、基因重組第三節(jié)微生物的變異106原核微生物或細(xì)菌的基因重組只是部分遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和重組，如轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)等，其中接合得到了應(yīng)用。（一）轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化——是供體細(xì)胞研碎物中的DNA片段直接吸收進(jìn)入活的受體細(xì)胞的基因重組方式。受體細(xì)胞獲得了供體細(xì)胞的部分遺傳性狀。第三節(jié)微生物的變異原核微生物或細(xì)菌的基因重組只是部分遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和重組，如轉(zhuǎn)107圖7-27圖7-27108（二）接合*接合──是遺傳物質(zhì)通過(guò)細(xì)胞與細(xì)胞的直接接觸而進(jìn)行的轉(zhuǎn)移和重組。大腸桿菌F質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移圖7-28第三節(jié)微生物的變異（二）接合圖7-28第三節(jié)微生物的變異109把兩種質(zhì)粒接合到一個(gè)細(xì)菌內(nèi)，可獲得同時(shí)具有降解兩種染料的新菌種。見(jiàn)下圖。圖7-29兩種不同的質(zhì)粒接合到一個(gè)細(xì)菌中的模式第三節(jié)微生物的變異把兩種質(zhì)粒接合到一個(gè)細(xì)菌內(nèi)，可獲得同時(shí)具有降解兩種染料的新菌110（三）轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)——遺傳物質(zhì)通過(guò)噬菌體的攜帶而轉(zhuǎn)移的基因重組。B菌A菌噬菌體DNA第三節(jié)微生物的變異圖7-30轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程示意圖（三）轉(zhuǎn)導(dǎo)B菌A菌噬菌體DNA第三節(jié)微生物的變異圖7-111教學(xué)目的要求：掌握:1、超級(jí)微生物的概念。第四節(jié)遺傳工程教學(xué)目的要求：第四節(jié)遺傳工程112一、基因工程基因工程又叫重組DNA技術(shù)。主要是篩選出微生物細(xì)胞中能降解某一種污染物的基因，去執(zhí)行凈化相應(yīng)的污染物?；蚬こ痰湫褪疽鈭D如下圖。第四節(jié)遺傳工程一、基因工程第四節(jié)遺傳工程113第四節(jié)遺傳工程圖7-31第四節(jié)遺傳工程圖7-31114二、遺傳工程在水污染控制及環(huán)境工程中的應(yīng)用應(yīng)用舉例：同時(shí)降解氯化芳香化合物和甲基芳香化合物的基因工程菌的構(gòu)建成功。降解石油烴的基因工程菌的構(gòu)建成功。用于清除大面積海洋石油污染。降解木質(zhì)素的基因工程菌的構(gòu)建成功。用于生物制漿造紙的清潔生產(chǎn)工藝等。超級(jí)微生物的構(gòu)建。第四節(jié)遺傳工程二、遺傳工程在水污染控制及環(huán)境工程中的應(yīng)用第四節(jié)遺傳工程115*超級(jí)微生物——用人工方法選出的多質(zhì)粒、多功能的新菌種。（一）降解石油的超級(jí)微生物例如降解石油的超級(jí)微生物接合第四節(jié)遺傳工程*超級(jí)微生物——用人工方法選出的多質(zhì)粒、多功能的新菌種。第四116石油是由飽和、不飽和、直鏈、支鏈、芳香烴類(lèi)等化合物組成，不溶于水，成分復(fù)雜。美國(guó)科學(xué)家將能降解脂（含質(zhì)粒A）且能在海水中存活的銅綠假單胞菌作受體細(xì)胞，分別將能降解芳烴的質(zhì)粒B、萜烴的質(zhì)粒C和多環(huán)芳烴質(zhì)粒D，用人工接合進(jìn)入受體細(xì)胞，獲得了能在海水中存活且降解石油的多質(zhì)?！俺?jí)細(xì)菌”。第四節(jié)遺傳工程石油是由飽和、不飽和、直鏈、支鏈、芳香烴類(lèi)等化合物組成，不溶117圖7-324種不同降解質(zhì)粒接合在同一受體假單胞菌中的模式超級(jí)微生物1234第四節(jié)遺傳工程圖7-324種不同降解質(zhì)粒接合在同一受體假單胞菌中的模式118（二）降解染料的質(zhì)粒降解不同染料的質(zhì)粒接合。通過(guò)接合，同時(shí)獲得降解兩種染料的新菌種等。第四節(jié)遺傳工程（二）降解染料的質(zhì)粒第四節(jié)遺傳工程119教學(xué)目的要求：掌握:1、菌種保藏的常用方法。第五節(jié)微生物的馴化與保藏教學(xué)目的要求：第五節(jié)微生物的馴化與保藏120一、微生物的馴化微生物的馴化過(guò)程主要是微生物誘發(fā)突變的過(guò)程。微生物或活性污泥的馴化過(guò)程主要包括：（1）、微生物細(xì)胞啟動(dòng)誘導(dǎo)酶的合成菌種投入到新的環(huán)境以后，微生物細(xì)胞啟動(dòng)誘導(dǎo)酶的合成，以使其適應(yīng)新的環(huán)境。（2）、隨著馴化時(shí)間的延長(zhǎng)，微生物群落正向突變得以積累部分微生物發(fā)生變異產(chǎn)生誘變酶，降解原來(lái)不能降解的酚等污染物，微生物群落正向突變得以積累。第五節(jié)微生物的馴化與保藏一、微生物的馴化第五節(jié)微生物的馴化與保藏121（3）、最大污染物負(fù)荷閾值出現(xiàn)，污泥馴化結(jié)束污泥或微生物馴化時(shí)注意的問(wèn)題：待降解污染物的濃度要緩慢提高。如果濃度提高過(guò)快，則有可能全面殺死所用的微生物，造成馴化失敗。（濃度提高的幅度要具體做試驗(yàn)確定）二、微生物的保藏與復(fù)壯（一）菌種的保藏菌種的保藏方法有：斜面冰箱保藏法、石蠟油封藏法、冷凍干燥保藏法等等。目前常用的是斜面冰箱保藏法、石蠟油封藏法。第五節(jié)微生物的馴化與保藏（3）、最大污染物負(fù)荷閾值出現(xiàn)，污泥馴化結(jié)束第五節(jié)微生物122*1、斜面冰箱保藏法將待保藏的菌種接種在斜面固體培養(yǎng)基上，充分生長(zhǎng)后，放在約4℃的冰箱中（低溫微生物？），根據(jù)不同菌種的需要每隔一定時(shí)間轉(zhuǎn)接到新鮮培養(yǎng)基上以免死亡。第五節(jié)微生物的馴化與保藏*1、斜面冰箱保藏法第五節(jié)微生物的馴化與保藏123不產(chǎn)芽胞的細(xì)菌最好一個(gè)月移種一次。酵母菌、霉菌、放線菌及有芽孢的細(xì)菌是2~6個(gè)月。缺點(diǎn)：保藏時(shí)間較短。*2、石蠟油封藏法在斜面培養(yǎng)基等的頂端，覆蓋滅過(guò)菌的液體石蠟，并應(yīng)高于斜面1cm，垂直放在4℃的冰箱中保藏。第五節(jié)微生物的馴化與保藏不產(chǎn)芽胞的細(xì)菌最好一個(gè)月移種一次。第五節(jié)微生物的馴化與保124優(yōu)點(diǎn)：保藏時(shí)間較長(zhǎng)，1~2年或更長(zhǎng)。缺點(diǎn)：對(duì)能分解烴類(lèi)的微生物或厭氧微生物保藏效果較差3、其它保藏方法（略）第五節(jié)微生物的馴化與保藏優(yōu)點(diǎn)：保藏時(shí)間較長(zhǎng)，1~2年或更長(zhǎng)。第五節(jié)微生物的馴化與125一、名詞解釋

1、細(xì)菌的世代時(shí)間2、微生物的遺傳性3、質(zhì)粒4、降解質(zhì)粒5、自發(fā)突變6、誘發(fā)突變7、接合8、超級(jí)微生物二、問(wèn)答題1、簡(jiǎn)述采用血球板計(jì)數(shù)法、平板計(jì)數(shù)法、光密度法（比濁計(jì)數(shù)法）、細(xì)胞干重測(cè)定法、其它生理生化法測(cè)定細(xì)菌生長(zhǎng)的方法。

習(xí)題一、名詞解釋習(xí)題126

2、簡(jiǎn)述細(xì)菌間歇培養(yǎng)曲線四個(gè)時(shí)期的主要特點(diǎn)及形成原因，并說(shuō)明決定細(xì)菌處于各個(gè)時(shí)期的主要影響因素。3、試述影響緩慢期長(zhǎng)短的主要因素。在廢水處理時(shí)，什么情況下會(huì)出現(xiàn)緩慢期？應(yīng)該延長(zhǎng)緩慢期還是縮短緩慢期？4、試述微生物在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期、穩(wěn)定期和內(nèi)源呼吸期與廢水處理效果的關(guān)系。習(xí)題2、簡(jiǎn)述細(xì)菌間歇培養(yǎng)曲線四個(gè)時(shí)期的主要特點(diǎn)及形成原因，并1275、試述細(xì)菌質(zhì)粒的特性，并舉例說(shuō)明其在環(huán)境工程中的具體應(yīng)用。6、簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)合成過(guò)程三種RNA的功能。

7、基因重組有幾種形式，各有什么特點(diǎn)？8、舉例說(shuō)明細(xì)菌的變異在環(huán)境工程中的應(yīng)用。9、污泥的馴化過(guò)程主要包括哪些方面？馴化時(shí)要注意的問(wèn)題是什么？三、思考題1、怎樣利用細(xì)菌的變異來(lái)定向進(jìn)行工業(yè)廢水的生物處理？或怎樣進(jìn)行活性污泥的馴化工作？

習(xí)題5、試述細(xì)菌質(zhì)粒的特性，并舉例說(shuō)明其在環(huán)境工程中的具體應(yīng)128第七章微生物的生長(zhǎng)和遺傳變異主要教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性第二節(jié)微生物的遺傳第三節(jié)微生物的變異第四節(jié)遺傳工程第五節(jié)微生物的馴化與保藏第七章微生物的生長(zhǎng)和遺傳變異主要教學(xué)內(nèi)容：129教學(xué)目的要求：掌握:1、微生物生長(zhǎng)的常用測(cè)定方法。2、微生物間歇培養(yǎng)時(shí)的生長(zhǎng)曲線。3、微生物年齡段的劃分及決定微生物生長(zhǎng)處于哪一個(gè)階段或時(shí)期的主要因素。4、微生物的世代時(shí)間及世代時(shí)間的測(cè)定時(shí)期。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性教學(xué)目的要求：第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性1305、微生物生長(zhǎng)階段（或時(shí)期）與污水生物處理效果的關(guān)系及穩(wěn)定期在廢水處理過(guò)程中的具體應(yīng)用。6、生物膜的定義。7、生物膜的生長(zhǎng)特性。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性5、微生物生長(zhǎng)階段（或時(shí)期）與污水生物處理效果的關(guān)系及穩(wěn)定期131一、生長(zhǎng)與繁殖的基本概念微生物體積小，相對(duì)面積較大，物質(zhì)吸收快，轉(zhuǎn)化快。微生物（如細(xì)菌）的生長(zhǎng)與繁殖迅速，適應(yīng)性強(qiáng)。（一）、微生物的生長(zhǎng)微生物的生長(zhǎng)——指微生物在適宜的環(huán)境條件下，不斷地吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并按照自已的代謝方式進(jìn)行代謝活動(dòng)，如果同化作用大于異化作用，則細(xì)胞質(zhì)量不斷增加，體積得以增大，表現(xiàn)在細(xì)胞自身就是體積或重量的不斷增加，這種現(xiàn)象叫生長(zhǎng)。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性一、生長(zhǎng)與繁殖的基本概念第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性132（二）、微生物的繁殖微生物的繁殖——微生物生長(zhǎng)到一定階段，便分裂成子細(xì)胞（細(xì)菌主要是以二分裂的方式），子細(xì)胞重復(fù)以上過(guò)程，這就是繁殖。微生物繁殖很快，多數(shù)在20~30min繁殖一代（大腸桿菌37℃，18min；硝化細(xì)菌，8~24小時(shí)；只有少數(shù)可以長(zhǎng)達(dá)幾十小時(shí)，甚至幾天。）（三）、微生物生長(zhǎng)指標(biāo)的確定微生物生長(zhǎng)量法；微生物計(jì)數(shù)法。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性（二）、微生物的繁殖第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性133二、微生物生長(zhǎng)的測(cè)定方法微生物生長(zhǎng)的測(cè)定方法主要有計(jì)數(shù)法、測(cè)生長(zhǎng)量法、其它生理生化指標(biāo)法。為什么要測(cè)定微生物的生長(zhǎng)？原因：評(píng)價(jià)特定廢水處理時(shí)污泥馴化效果的好壞；評(píng)價(jià)特定細(xì)菌培養(yǎng)條件是否合適；評(píng)價(jià)水處理構(gòu)筑物（如曝氣池）是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)等。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性二、微生物生長(zhǎng)的測(cè)定方法第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性134（一）、計(jì)數(shù)法計(jì)數(shù)法有顯微鏡直接計(jì)數(shù)法、熒光染色計(jì)數(shù)法、活菌計(jì)數(shù)法、特定微生物計(jì)數(shù)法等。目前普遍采用的是顯微鏡直接計(jì)數(shù)法、活菌計(jì)數(shù)法。1、顯微鏡直接計(jì)數(shù)法顯微鏡直接計(jì)數(shù)法是常用的微生物生長(zhǎng)測(cè)定方法，特點(diǎn)是測(cè)定過(guò)程迅速，但不能確定微生物的死活。（微生物的死活不分）第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性（一）、計(jì)數(shù)法第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性135顯微鏡直接計(jì)數(shù)法有涂片染色法、計(jì)數(shù)器測(cè)定法、比例計(jì)數(shù)法等，目前普遍采用的是計(jì)數(shù)器測(cè)定法。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性顯微鏡直接計(jì)數(shù)法有涂片染色法、計(jì)數(shù)器測(cè)定法、比例計(jì)數(shù)法等，目136*（1）、計(jì)數(shù)器測(cè)定法計(jì)數(shù)器測(cè)定法采用特殊的微生物或血球計(jì)數(shù)板（器）進(jìn)行測(cè)定。操作過(guò)程是取一定體積的待測(cè)樣品放于計(jì)數(shù)器的測(cè)定小室與蓋玻片之間，在顯微鏡的高倍鏡下直接計(jì)數(shù)。由于測(cè)定小室的體積是已知的，因此根據(jù)得到的計(jì)數(shù)值就可以計(jì)算出微生物或細(xì)菌的數(shù)量。血球計(jì)數(shù)板上的計(jì)數(shù)室體積為0.1mm3，通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)換算可以計(jì)算出細(xì)菌或微生物的含量。(個(gè)/mL)。計(jì)數(shù)器構(gòu)造見(jiàn)下圖。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性*（1）、計(jì)數(shù)器測(cè)定法第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性137圖7-1血球計(jì)數(shù)板示意圖槽槽槽槽第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性記數(shù)室內(nèi)微生物或細(xì)菌的分布見(jiàn)下圖。圖7-1血球計(jì)數(shù)板示意圖槽槽槽槽第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其138圖7-2記數(shù)室內(nèi)微生物或細(xì)菌的分布第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性圖7-2記數(shù)室內(nèi)微生物或細(xì)菌的分布第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)1392、活菌計(jì)數(shù)法特點(diǎn)：不含死的細(xì)菌細(xì)胞，但測(cè)定所需的時(shí)間較長(zhǎng)?；罹?jì)數(shù)法有平板計(jì)數(shù)法、液體計(jì)數(shù)法、薄膜計(jì)數(shù)法。其中以平板計(jì)數(shù)法最為常用。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性2、活菌計(jì)數(shù)法第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性140*（1）、平板計(jì)數(shù)法將樣品作一系列10倍梯度稀釋,然后將相應(yīng)稀釋度的樣品（如1mL，平行做2~3次）涂布到平板中，或與已經(jīng)融化好的固體培養(yǎng)基混合、搖勻、凝固。將待培養(yǎng)的平板倒置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，一定時(shí)間后觀察并計(jì)數(shù)生長(zhǎng)的微生物的菌落數(shù)，最終根據(jù)微生物的菌落數(shù)、取樣量、稀釋度并經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的換算得出樣品微生物的濃度。平板計(jì)數(shù)法具體做法見(jiàn)下圖。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性*（1）、平板計(jì)數(shù)法第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性141圖7-3平板計(jì)數(shù)法具體做法9ml無(wú)菌水第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性圖7-3平板計(jì)數(shù)法具體做法9ml無(wú)菌水第一節(jié)微生物142圖7-4皿底皿蓋第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性圖7-4皿底皿蓋第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性143第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性7-5細(xì)菌固體培養(yǎng)基上的典型群體特征第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性7-5細(xì)菌固體培養(yǎng)基上的典144平板計(jì)數(shù)法的主要注意事項(xiàng)：一般取菌落數(shù)在30~300個(gè)的平板進(jìn)行計(jì)數(shù)。過(guò)多或過(guò)少均不采用。原因：菌落數(shù)太多，計(jì)數(shù)費(fèi)時(shí)費(fèi)力；菌落數(shù)太少，計(jì)數(shù)誤差太大。培養(yǎng)皿倒置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。原因：為了防止培養(yǎng)基內(nèi)水分蒸發(fā)到皿蓋上而使培養(yǎng)基變干，影響微生物的培養(yǎng)。限用于能夠在培養(yǎng)基上形成菌落的微生物。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性平板計(jì)數(shù)法的主要注意事項(xiàng)：第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性145稀釋度菌液（mL)菌落數(shù)細(xì)菌濃度(個(gè)/mL)10-41142.044×104或4.4×105246.0平均44.0平板計(jì)數(shù)法試驗(yàn)實(shí)例第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性表7-1稀釋度菌液（mL)菌落數(shù)細(xì)菌濃度(個(gè)/mL)142.044×146（2）、液體計(jì)數(shù)法（如三管法或五管法）液體計(jì)數(shù)法主要用于不能在平板培養(yǎng)基上形成菌落的微生物。具體做法是：將待測(cè)樣品作10倍梯度稀釋?zhuān)∠鄳?yīng)稀釋度的樣品（1mL）分別接種到3管或5管一組的數(shù)組液體培養(yǎng)基中，培養(yǎng)一定時(shí)間后，觀察各管及各組中細(xì)菌是否生長(zhǎng)，記錄結(jié)果，根據(jù)讀數(shù)規(guī)則，查已專(zhuān)門(mén)處理好的最可能數(shù)表，得出細(xì)菌的最終含量。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性（2）、液體計(jì)數(shù)法（如三管法或五管法）第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)147試驗(yàn)結(jié)果舉例根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及讀數(shù)規(guī)則，查表得出微生物或細(xì)菌的含量。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性試驗(yàn)結(jié)果舉例根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及讀數(shù)規(guī)則，查表得出微生物或細(xì)菌的含148（3）、薄膜計(jì)數(shù)法對(duì)于某些細(xì)菌含量較低的測(cè)定樣品（如空氣或飲用水），可以采用薄膜計(jì)數(shù)法。該方法是將一定體積的待測(cè)樣品通過(guò)帶有許多小孔但又不讓細(xì)菌流出的微孔濾膜，借助膜的作用將微生物截留，再將膜（有細(xì)菌的一面向上）放于固體培養(yǎng)基表面培養(yǎng)，然后類(lèi)似平板計(jì)數(shù)法計(jì)算結(jié)果。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性（3）、薄膜計(jì)數(shù)法第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性149圖7-6濾器裝置第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性上述活菌計(jì)數(shù)法所用的樣品必須成分散的懸浮狀態(tài)，否則要強(qiáng)化分散。圖7-6濾器裝置第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性上述活菌計(jì)150（二）、測(cè)生長(zhǎng)量法測(cè)生長(zhǎng)量法有測(cè)重量法、光密度法、測(cè)元素法、測(cè)其它生理生化指標(biāo)法法等。目前普遍采用的是測(cè)重量法、光密度法、測(cè)其它生理生化指標(biāo)法。*1、重量法（測(cè)定細(xì)胞干重）過(guò)程：取經(jīng)過(guò)培養(yǎng)一段時(shí)間的待測(cè)微生物樣品，用離心機(jī)離心后收集生長(zhǎng)后的微生物細(xì)胞，或用濾紙、濾膜過(guò)濾截取生長(zhǎng)后的微生物細(xì)胞，然后在105~110℃下進(jìn)行干燥（恒重），稱(chēng)取干燥后的重量，以此代表微生物生長(zhǎng)量的多少。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性（二）、測(cè)生長(zhǎng)量法第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性151活性污泥水處理構(gòu)筑物內(nèi)微生物生長(zhǎng)量通常用這種細(xì)胞干重測(cè)定法。活性污泥法中微生物的生長(zhǎng)量指標(biāo)是混合液懸浮固體濃度MLSS或混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度（MLVSS）。測(cè)定MLSS具體做法1：取一定體積的待測(cè)活性污泥樣品，放于蒸發(fā)皿中干燥，然后稱(chēng)重。（恒重）測(cè)定MLSS具體做法2：取一定體積的待測(cè)活性污泥樣品（一般用量筒量取100mL），經(jīng)過(guò)濾→干燥（105~110℃左右）→稱(chēng)重。（恒重）第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性活性污泥水處理構(gòu)筑物內(nèi)微生物生長(zhǎng)量通常用這種細(xì)胞干重測(cè)定法。152MLSS不僅包括細(xì)菌或微生物，還包括無(wú)機(jī)顆粒等。因此MLVSS能更精確地表示細(xì)菌或微生物的生長(zhǎng)量。MLVSS測(cè)定過(guò)程是：將已測(cè)得干重的污泥樣品，放于馬福爐內(nèi)550℃下灼燒2h，微生物中含有的各種有機(jī)物就被分解成為CO2和H2O并蒸發(fā)掉。因此燒掉的部分就是揮發(fā)性懸浮固體重量。實(shí)際水處理中，MLSS用的較多（原因：測(cè)定方便、迅速）。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性MLSS不僅包括細(xì)菌或微生物，還包括無(wú)機(jī)顆粒等。因此MLVS153*2、光密度法（比濁計(jì)數(shù)法）光密度法是測(cè)定懸浮細(xì)胞的快速方法。原理是：溶液的吸光度與溶液的混濁度即微生物懸浮細(xì)胞濃度正比。根據(jù)懸浮溶液的吸光度，查已經(jīng)繪制好的標(biāo)準(zhǔn)曲線，（吸光度與微生物濃度的關(guān)系曲線），可以得到溶液中微生物的濃度。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性*2、光密度法（比濁計(jì)數(shù)法）第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性154*3、其它生理生化指標(biāo)法微生物生長(zhǎng)過(guò)程中，要吸收和消耗一些物質(zhì)，同時(shí)產(chǎn)生和分泌另外一些物質(zhì)。通過(guò)測(cè)定這些物質(zhì)的變化，可以間接表示或估計(jì)微生物的生長(zhǎng)情況。如測(cè)定待測(cè)樣品中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（COD）的消耗，溶解氧的消耗，有機(jī)酸的產(chǎn)生，H2和CH4的產(chǎn)生（厭氧微生物的生長(zhǎng)及活性測(cè)定）。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性*3、其它生理生化指標(biāo)法第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性155（三）、其它元素法（如測(cè)細(xì)胞含氮量、蛋白質(zhì)、DNA含量等）、熒光染色計(jì)數(shù)法等。以上測(cè)定法均需要按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性（三）、其它第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性156三、微生物的生長(zhǎng)特性（一）、間歇培養(yǎng)間歇培養(yǎng)的特點(diǎn)：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)一次性投加。*1、間歇培養(yǎng)生長(zhǎng)曲線間歇培養(yǎng)的方法：將少量微生物接種于一定量的液體培養(yǎng)基內(nèi)，在適宜的溫度下培養(yǎng)，在培養(yǎng)過(guò)程中不加入也不取出培養(yǎng)基和微生物。微生物間歇培養(yǎng)模式見(jiàn)下圖。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性三、微生物的生長(zhǎng)特性第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性157圖7-7微生物間歇培養(yǎng)模式菌種和液體培養(yǎng)基一次性加入。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性圖7-7微生物間歇培養(yǎng)模式菌種和液體培養(yǎng)基一次性加入。第158間歇培養(yǎng)生長(zhǎng)曲線的測(cè)定：在間歇培養(yǎng)過(guò)程中定時(shí)取樣測(cè)定活微生物數(shù)目或重量的變化，以活微生物個(gè)數(shù)或微生物重量為縱坐標(biāo)，培養(yǎng)時(shí)間為橫坐標(biāo)，即可繪制出一曲線，此曲線稱(chēng)為微生物的生長(zhǎng)曲線。微生物的生長(zhǎng)曲線分為：按活微生物重量繪制和按微生物數(shù)目的對(duì)數(shù)繪制兩種。按活微生物重量繪制的曲線見(jiàn)下圖。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性間歇培養(yǎng)生長(zhǎng)曲線的測(cè)定：在間歇培養(yǎng)過(guò)程中定時(shí)取樣測(cè)定活微生物159圖7-8微生物生長(zhǎng)曲線（按活微生物重量繪制）第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性圖7-8微生物生長(zhǎng)曲線（按活微生物重量繪制）第一節(jié)微160曲線特點(diǎn)：將微生物或細(xì)菌的生長(zhǎng)分為3個(gè)階段：生長(zhǎng)率上升階段，生長(zhǎng)率下降階段，內(nèi)源呼吸階段。生長(zhǎng)率上升階段：上升階段初期，食料充足，微生物或細(xì)菌是在適應(yīng)新的環(huán)境，一般不進(jìn)行分裂，菌數(shù)不增加，但菌體逐漸增大，以后很快進(jìn)入迅速繁殖的階段，到上升階段后期，生長(zhǎng)率達(dá)到最高，此時(shí)分解培養(yǎng)基中有機(jī)物的速率也最高。（生長(zhǎng)率上升階段，微生物數(shù)目的對(duì)數(shù)同培養(yǎng)時(shí)間呈直線關(guān)系，所以生長(zhǎng)率上升階段又稱(chēng)為對(duì)數(shù)生長(zhǎng)階段。）第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性曲線特點(diǎn)：將微生物或細(xì)菌的生長(zhǎng)分為3個(gè)階段：生長(zhǎng)率上升階段，161生長(zhǎng)率下降階段：經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，由于食料減少和對(duì)微生物有毒代謝產(chǎn)物的積累，環(huán)境逐漸不利于微生物的生長(zhǎng)，微生物生長(zhǎng)繁殖速度逐漸下降，進(jìn)入生長(zhǎng)率下降階段。（用于廢水處理時(shí)菌體聚集效果好，活性污泥絮體能較好地形成，二沉池中容易沉淀，出水效果好。）內(nèi)源呼吸階段：培養(yǎng)基中的食料已經(jīng)很少，菌體內(nèi)貯藏的物質(zhì)，甚至體內(nèi)的酶被都被當(dāng)作營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)利用，此時(shí)微生物新合成的細(xì)胞質(zhì)不足以因內(nèi)源呼吸而耗去的細(xì)胞質(zhì)，因此，微生物重量逐漸減少（因微生物死亡和內(nèi)源呼吸）。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性生長(zhǎng)率下降階段：經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，由于食料減少和對(duì)微生物有毒代162*微生物年齡段的劃分：上述3個(gè)階段中，生長(zhǎng)率上升階段是微生物或細(xì)菌的年輕階段，生長(zhǎng)繁殖快、動(dòng)能大；生長(zhǎng)率下降階段是微生物或細(xì)菌的中年階段，生長(zhǎng)活躍性、繁殖速度、動(dòng)能均小于年輕階段；內(nèi)源呼吸階段是微生物或細(xì)菌的衰老階段，死亡速度大于繁殖速度，生長(zhǎng)不活躍，動(dòng)能小。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性*微生物年齡段的劃分：上述3個(gè)階段中，生長(zhǎng)率上升階段是微生物163細(xì)菌的年齡表征法與人的不同，是用其群體特征來(lái)表征。按微生物數(shù)目的對(duì)數(shù)繪制的生長(zhǎng)曲線見(jiàn)下圖。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性164圖7-9微生物生長(zhǎng)曲線（按微生物數(shù)目的對(duì)數(shù)繪制）

第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性圖3-8把曲線分為四個(gè)時(shí)期，即：緩慢增長(zhǎng)期、對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期、穩(wěn)定增長(zhǎng)期、衰老期。與重量生長(zhǎng)曲線的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

圖7-9微生物生長(zhǎng)曲線（按微生物數(shù)目的對(duì)數(shù)繪制）第一節(jié)165緩慢增長(zhǎng)期對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期穩(wěn)定增長(zhǎng)期衰老期生長(zhǎng)率上升階段生長(zhǎng)率下降階段內(nèi)源呼吸階段生長(zhǎng)率上升階段初期第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性生長(zhǎng)率上升階段生長(zhǎng)率下降階段內(nèi)源呼吸階段生長(zhǎng)率上升階段初期第166生長(zhǎng)曲線上每一時(shí)期的主要特點(diǎn)：緩慢期:生長(zhǎng)率上升階段初期,微生物不繁殖，數(shù)目不增加，但菌體體積增長(zhǎng)很快，其后期只有個(gè)別菌體繁殖。對(duì)數(shù)期：微生物繁殖速度迅速增加。穩(wěn)定期：食料減少供不應(yīng)求和細(xì)菌有毒代謝產(chǎn)物的積累，微生物生長(zhǎng)繁殖速度逐漸下降，同時(shí)菌體死亡數(shù)目逐漸上升，最后達(dá)到新增加的微生物數(shù)與死亡數(shù)基本相等，活菌數(shù)保持相對(duì)平衡并處于最大值。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性生長(zhǎng)曲線上每一時(shí)期的主要特點(diǎn)：第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性167衰老期（內(nèi)源呼吸階段）：微生物或細(xì)菌死亡速度大大增加，超過(guò)其繁殖速度，只有少數(shù)菌體進(jìn)行繁殖，微生物進(jìn)行內(nèi)源呼吸，，所以活微生物曲線顯著下降。*決定微生物生長(zhǎng)處于哪一個(gè)階段或時(shí)期的主要因素是：微生物周?chē)鸂I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的多少，即食料/微生物——F/M，如下圖。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性衰老期（內(nèi)源呼吸階段）：微生物或細(xì)菌死亡速度大大增加，超過(guò)其168圖7-10（沉降性能好）第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性圖7-10（沉降性能好）第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性169曝氣池中活性污泥混合液的絮凝沉降性能可用污泥沉降比SV、污泥沉降指數(shù)SVI來(lái)評(píng)價(jià)。污泥沉降比SV——是指曝氣池混合液在100mL量筒中沉淀30min，污泥體積與原混合液體積之比，用百分?jǐn)?shù)表示。一般生活污水和城市污水的SV為15%~30%。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性曝氣池中活性污泥混合液的絮凝沉降性能可用污泥沉降比SV、污泥170t=0mint=30min水第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性圖7-11污泥沉降比SV測(cè)定示意圖t=0mint=30min水第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性圖171*2、微生物的世代時(shí)間（以對(duì)數(shù)期為準(zhǔn)）微生物的世代時(shí)間——指微生物繁殖一代所需的時(shí)間?；蛭⑸飩€(gè)體數(shù)目增加一倍的時(shí)間?；蛭⑸锛?xì)胞兩次分裂之間的時(shí)間間隔。*細(xì)菌的世代時(shí)間測(cè)定計(jì)算如下：P124第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性*2、微生物的世代時(shí)間（以對(duì)數(shù)期為準(zhǔn)）第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)172第七章微生物的生長(zhǎng)和遺傳變異課件講義173微生物繁殖的一般規(guī)律是：好氧菌比厭氧菌的世代時(shí)間短；單細(xì)胞比多細(xì)胞的世代時(shí)間短；原核微生物比真核微生物的世代時(shí)間短。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性微生物繁殖的一般規(guī)律是：好氧菌比厭氧菌的世代時(shí)間短；單細(xì)胞比174*3、微生物生長(zhǎng)階段與污水生物處理微生物生長(zhǎng)階段（或時(shí)期）與污水處理處理效果的關(guān)系對(duì)數(shù)期（生長(zhǎng)率上升階段）：在廢水處理過(guò)程中，如果維持微生物在對(duì)數(shù)期，此時(shí)微生物繁殖很快，活力很強(qiáng)，代謝速率高，處理廢水的能力較高；但對(duì)數(shù)期微生物活力強(qiáng)大不易凝聚和沉淀，且對(duì)數(shù)期要求廢水中有機(jī)物的濃度較高，則相對(duì)處理過(guò)的水中有機(jī)物濃度必將較高，所以利用此階段進(jìn)行污水的生化學(xué)處理難于得到較好的出水。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性*3、微生物生長(zhǎng)階段與污水生物處理第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其175穩(wěn)定期：穩(wěn)定期的微生物或污泥代謝活性和凝聚沉降性能均較好，在二沉池中泥水分離效果好，出水水質(zhì)好。因此，處理效果好的活性污泥法構(gòu)筑物中普遍運(yùn)行在這一范圍（即利用穩(wěn)定期的微生物）。穩(wěn)定期應(yīng)用舉例：水處理構(gòu)筑物是連續(xù)進(jìn)水和出水，完全混合活性污泥法水處理構(gòu)筑物是利用穩(wěn)定期的微生物。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性穩(wěn)定期：穩(wěn)定期的微生物或污泥代謝活性和凝聚沉降性能均較好，在176進(jìn)水回流污泥菌膠團(tuán)或活性污泥（微生物群體）生化處理后曝氣池剩余污泥出水二沉池圖7-12好氧活性污泥法處理廢水第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性進(jìn)水回流污泥菌膠團(tuán)或活性污泥（微生物群體）生化處理后曝氣池剩177圖7-13圖7-13178衰老期（內(nèi)源呼吸期）：處于衰老期的微生物代謝速率低，動(dòng)能小，容易凝聚沉降，但水中有細(xì)小的泥花（死亡的細(xì)菌所致），水處理指標(biāo)比穩(wěn)定期差。衰老期只出現(xiàn)在某些特殊水處理的場(chǎng)合，如延時(shí)曝氣和污泥消化。延時(shí)曝氣活性污泥法利用內(nèi)源呼吸期的微生物是因?yàn)榇斯に嚳梢圆慌拍嗷蛏倥拍啵饕糜诓灰瞬捎梦勰嗵幚砑夹g(shù)的小城鎮(zhèn)的廢水處理。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性衰老期（內(nèi)源呼吸期）：處于衰老期的微生物代謝速率低，動(dòng)能小，179圖3-11圖3-11圖7-14高負(fù)荷活性污泥法（沉降性能好）第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性圖3-11圖3-11圖7-14高負(fù)荷活性污泥法（沉降性能好）180特殊情況緩慢期可出現(xiàn)在下列情況：水處理系統(tǒng)投產(chǎn)前，污泥的培養(yǎng)或馴化（活性污泥被接種到與原來(lái)生長(zhǎng)條件不同的廢水中，營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型發(fā)生改變，污泥需培養(yǎng)或馴化）；污水處理廠因故中斷運(yùn)行后再運(yùn)行。應(yīng)采取措施縮短緩慢期，如利用對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期代謝旺盛的污泥接種、增加接種量、利用相同類(lèi)型反應(yīng)器的污泥接種等。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性特殊情況第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性181對(duì)數(shù)期可出現(xiàn)在下列情況：進(jìn)水有機(jī)物濃度突然增高，污泥回流量不變時(shí)。此時(shí)，應(yīng)該調(diào)整工藝。如增加污泥回流量，同時(shí)增加曝氣量。衰老期可出現(xiàn)在下列情況：進(jìn)水BOD突然減少，污泥回流不變時(shí)。此時(shí)需調(diào)整工藝。如減少污泥回流，同時(shí)減少曝氣量。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性對(duì)數(shù)期可出現(xiàn)在下列情況：進(jìn)水有機(jī)物濃度突然增高，污泥回流量不182四、微生物膜的生長(zhǎng)特性微生物膜存在于生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤(pán)等附著型反應(yīng)器系統(tǒng)中。（一）、微生物膜的定義和成分*生物膜——是一種不可逆的黏附于固體表面的，被微生物胞外多聚物包裹的有組織的微生物群體。成分：生物膜中有水（分含量可高達(dá)97%）、微生物、多聚糖、吸附的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、微生物代謝產(chǎn)物和裂解產(chǎn)物等。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性四、微生物膜的生長(zhǎng)特性第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性183（二）、生物膜的生長(zhǎng)特性*生物膜的形成主要包括三個(gè)階段。見(jiàn)下圖。第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性圖7-15生物膜形成的三個(gè)階段示意圖（二）、生物膜的生長(zhǎng)特性第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)及其特性圖7-184教學(xué)目的要求：掌握:1、微生物遺傳性的概念及遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。2、微生物質(zhì)粒的概念及其特性、在環(huán)境工程中的應(yīng)用舉例。第二節(jié)微生物的遺傳教學(xué)目的要求：第二節(jié)微生物的遺傳185微生物或細(xì)菌同其它生物一樣，有其固有的遺傳性。*微生物的遺傳性——是指在一定的環(huán)境條件下，微生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、代謝、繁殖和對(duì)異物的敏感等性狀相對(duì)穩(wěn)定，并能代代相傳，子代與親代之間表現(xiàn)出相似性的現(xiàn)象。例如：第二節(jié)微生物的遺傳微生物或細(xì)菌同其它生物一樣，有其固有的遺傳性。第二節(jié)微生186大腸桿菌是短桿菌，生活條件要求pH7.2，溫度37℃，在糖類(lèi)物質(zhì)存在的條件下產(chǎn)酸、產(chǎn)氣。大腸桿菌的親代能將這些特性傳給子代，這就是大腸桿菌的遺傳性。降解廢水中六價(jià)鉻的細(xì)菌等。微生物的保守遺傳性的規(guī)律是：老齡菌比幼齡菌大。營(yíng)養(yǎng)和外界條件的劇烈變化將導(dǎo)致遺傳性不適應(yīng)而引起死亡，緩慢變化可導(dǎo)致變異，即誘變。第二節(jié)微生物的遺傳大腸桿菌是短桿菌，生活條件要求pH7.2，溫度37℃，在糖187一、遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)及其存在形式(一)、遺傳的物質(zhì)