污染控制微生物學(xué)

污染控制微生物學(xué)污染控制微生物學(xué)第1頁

第七章微生物生長繁殖

污染控制微生物學(xué)第2頁

生長和繁殖統(tǒng)稱為發(fā)育，發(fā)育是一個(gè)復(fù)雜生命活動(dòng)。當(dāng)微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)后，經(jīng)過合成代謝作用，合成新細(xì)胞成份，使菌體重量增加(主要是原生質(zhì)和其它組成成份有規(guī)律地增加)，菌體體積長大，這種現(xiàn)象稱為生長。細(xì)胞生長是有程度，當(dāng)細(xì)胞增加到一定程度時(shí)就開始分裂，這種菌體數(shù)量增多現(xiàn)象稱為繁殖。生長是繁殖基礎(chǔ)，繁殖是生長結(jié)果。生長和繁殖雖有區(qū)分，但關(guān)系十分親密。微生物群體在生長過程中，個(gè)體細(xì)胞體積和重量改變不易被覺察，所以，常以細(xì)胞數(shù)量增加或以細(xì)胞群體重量增加作為生長繁殖指標(biāo)。污染控制微生物學(xué)第3頁微生物純培養(yǎng)生長

微生物學(xué)中將在試驗(yàn)室條件下，從一個(gè)細(xì)胞或一個(gè)細(xì)胞群繁殖得到后代稱為純培養(yǎng)。相對(duì)應(yīng)稱為不純培養(yǎng)物。純培養(yǎng)分離方法稀釋倒平皿法將待分離材料作一系列稀釋(如1:10、1:100、1:1000、1:10000…)，取不一樣稀釋液各少許與已熔化并冷卻至45℃瓊脂培養(yǎng)基相混合，傾入滅過菌培養(yǎng)皿中，待瓊脂培養(yǎng)基凝固后，保溫培養(yǎng)一定污染控制微生物學(xué)第4頁微生物純培養(yǎng)生長

時(shí)間，即有菌落出現(xiàn)。假如稀釋得當(dāng)，平皿中出現(xiàn)分散單個(gè)菌落便可能是由一個(gè)細(xì)菌繁殖所形成。挑取此單個(gè)菌落或再重復(fù)以上操作數(shù)次，可得到純培養(yǎng)。污染控制微生物學(xué)第5頁微生物純培養(yǎng)生長劃線法將熔化瓊脂培養(yǎng)基傾入無菌培養(yǎng)皿中，冷凝后，用接種環(huán)NFDCB取少許待分離材料，在培養(yǎng)基表面連續(xù)劃線，如，可作平行劃線、扇形劃線或其它形式連續(xù)劃線，伴隨接種環(huán)在培養(yǎng)基上移動(dòng)，細(xì)菌得以分散，經(jīng)保溫培養(yǎng)即形成菌落。在劃線開始個(gè)別，細(xì)菌分散度小，形成菌落往往連在一起。但因?yàn)檫B續(xù)劃線，細(xì)菌逐步降低，劃到最終?？尚纬蓡为?dú)孤立菌落。污染控制微生物學(xué)第6頁微生物純培養(yǎng)生長

這種單獨(dú)菌落可能是由單個(gè)細(xì)胞形成，因而取得純培養(yǎng)。用其它工具如形玻棒代替接種環(huán)在瓊脂培養(yǎng)基表面涂布，亦可得到一樣結(jié)果。污染控制微生物學(xué)第7頁微生物純培養(yǎng)生長單細(xì)胞挑取法單細(xì)胞挑取法是從待分離材料中只挑取一個(gè)細(xì)胞來培養(yǎng)。可用一臺(tái)顯微挑取器，裝置于顯微鏡上，把一滴細(xì)菌懸浮液置于載玻片上，用裝于顯微挑取器上極細(xì)毛細(xì)吸管，在顯微鏡下對(duì)準(zhǔn)一個(gè)單獨(dú)細(xì)菌細(xì)胞挑取，再接種于培養(yǎng)基上培養(yǎng)而得純培養(yǎng)。污染控制微生物學(xué)第8頁微生物純培養(yǎng)生長利用選擇培養(yǎng)基分離法不一樣細(xì)菌需要不一樣營養(yǎng)物。所以，能夠把培養(yǎng)基配制成適合于某種細(xì)菌生長而限制其它細(xì)菌生長環(huán)境。這么選擇培養(yǎng)基可用來分離培養(yǎng)純種。也能夠?qū)⒋蛛x樣品先進(jìn)行適當(dāng)處理，以排除不需要微生物。比如，想分離得到芽孢細(xì)菌，可在倒平皿前將樣品在高溫處理一段時(shí)間，以破壞全部或大個(gè)別非芽孢細(xì)菌，這么分離得到菌落將是芽孢形成菌。污染控制微生物學(xué)第9頁微生物純培養(yǎng)分離方法比較方法應(yīng)用范圍稀釋倒平皿法即可定性，又可定量，用途廣泛劃線法方法簡(jiǎn)便，多用于分離細(xì)菌單細(xì)胞挑取法局限于高度專業(yè)化研究利用選擇培養(yǎng)基分離法適適用于分離一些生理類型較特殊微生物污染控制微生物學(xué)第10頁微生物純培養(yǎng)生長微生物生長量測(cè)定主要有測(cè)定微生物數(shù)量、重量和細(xì)胞物質(zhì)成份等方法。測(cè)定微生物數(shù)量

1.全數(shù)測(cè)定(直接計(jì)數(shù)法)(1)計(jì)數(shù)器直接計(jì)數(shù)法

(2)涂片染色計(jì)數(shù)

(3)比濁法污染控制微生物學(xué)第11頁微生物純培養(yǎng)生長污染控制微生物學(xué)第12頁微生物純培養(yǎng)生長2.活菌計(jì)數(shù)(間接計(jì)數(shù)法)(1)平板計(jì)數(shù)法

(2)薄膜過濾計(jì)數(shù)法污染控制微生物學(xué)第13頁微生物純培養(yǎng)生長測(cè)定細(xì)胞物質(zhì)重量

采取干重法，用離心或過濾方法將菌體從菌懸液中分離出來，洗凈，烘干，稱重，求得單位容積菌懸液中細(xì)胞干重。這是測(cè)定細(xì)胞重量較為直接而可靠方法，但只適合用于菌體濃度較高樣品，而且要求樣品中不含菌體以外其它干物質(zhì)。在活性污泥法中常采取干重法來測(cè)定活性污泥重量，以近似代表活性污泥中微生物量，這一指標(biāo)稱為活性污泥濃度(符號(hào)為MLSS)，它表示每升活性污泥混合液中活性污泥毫克數(shù)。這種測(cè)定結(jié)果既包含活菌和死菌量，又包含有機(jī)顆粒和無機(jī)鹽類重量，因而，這一指標(biāo)隨非生物物質(zhì)含量增加，可靠性降低。污染控制微生物學(xué)第14頁微生物純培養(yǎng)生長DNA含量測(cè)定法因?yàn)镈NA在細(xì)胞生長中起主要作用，所以，測(cè)定DNA含量也是研究微生物生長一個(gè)主要化學(xué)測(cè)定方法。DNA測(cè)定不但能夠反應(yīng)細(xì)胞物質(zhì)重量，而且因?yàn)槊總€(gè)細(xì)菌細(xì)胞中DNA含量對(duì)于某類群微生物來說較恒定(平均為8.4×10-5ｍｇ)，所以，經(jīng)過測(cè)定細(xì)菌DNA還可推算出細(xì)菌細(xì)胞數(shù)量。另外，還可采取測(cè)定ATP方法，但因?yàn)榧?xì)胞內(nèi)ATP含量隨發(fā)育階段不一樣而改變較大，因而，用于反應(yīng)微生物量不如DNA佳。污染控制微生物學(xué)第15頁微生物生長曲線細(xì)菌純培養(yǎng)生長曲線研究細(xì)菌純培養(yǎng)生長曲線是采取分批培養(yǎng)，或稱為間歇培養(yǎng)(batchculture)。分批培養(yǎng)就是在一定體積液體培養(yǎng)基中接種少許細(xì)菌并保持一定條件(如溫度、pH、溶解氧等)進(jìn)行培養(yǎng)，結(jié)果出現(xiàn)了細(xì)菌數(shù)量由少到多，并到達(dá)高峰，又由多變少改變規(guī)律。測(cè)定生長曲線時(shí)，將少許經(jīng)純培養(yǎng)細(xì)菌接種到經(jīng)滅菌液體培養(yǎng)基中，在適宜條件下培養(yǎng)，定時(shí)取樣測(cè)定細(xì)菌數(shù)量。以細(xì)菌數(shù)對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo)，生長時(shí)間為橫坐標(biāo)，可得圖所表示曲線。污染控制微生物學(xué)第16頁污染控制微生物學(xué)第17頁微生物生長曲線遲緩期(lagphase)

遲緩期又稱滯留適應(yīng)期。當(dāng)菌種接種到新鮮培養(yǎng)基后，細(xì)菌并不馬上生長繁殖，而要經(jīng)過一段時(shí)間調(diào)整和適應(yīng)，以合成各種酶，并完善體內(nèi)酶系統(tǒng)和細(xì)胞其它成份。在這個(gè)時(shí)期，細(xì)胞代謝活力很強(qiáng)，蛋白質(zhì)和RNA含量增加，菌體體積顯著增大。在遲緩期末，細(xì)菌長度可達(dá)接種時(shí)6倍。遲緩期末期和對(duì)數(shù)期前期細(xì)胞，對(duì)熱、化學(xué)物質(zhì)等不良條件抵抗力減弱。細(xì)菌生長曲線能夠分為四個(gè)時(shí)期污染控制微生物學(xué)第18頁微生物生長曲線

遲緩期連續(xù)時(shí)間長短隨菌種特征、接種量、菌齡與移種至新鮮培養(yǎng)基前后所處環(huán)境條件是否相同等原因相關(guān)，短只幾分鐘，長可達(dá)幾小時(shí)。假如用對(duì)數(shù)期細(xì)菌接種到相同培養(yǎng)基上，并在同一溫度下培養(yǎng)，細(xì)菌則仍以原來生長速度繼續(xù)對(duì)數(shù)生長，而不會(huì)出現(xiàn)遲緩期，因而能夠縮短培養(yǎng)時(shí)間。污染控制微生物學(xué)第19頁微生物生長曲線對(duì)數(shù)期(logphase)

遲緩期末，細(xì)胞開始出現(xiàn)分裂，培養(yǎng)液中菌數(shù)增加，進(jìn)入對(duì)數(shù)期。在此時(shí)期，以細(xì)菌數(shù)對(duì)數(shù)與培養(yǎng)時(shí)間做圖則成一直線。對(duì)數(shù)期細(xì)菌按幾何級(jí)數(shù)增加，1→2→4→8→…，即20→21→22→23→…2n。每分裂一次為一個(gè)世代，每經(jīng)過一個(gè)世代，群體數(shù)目增加一倍。可見，細(xì)菌群體生長是按指數(shù)速率進(jìn)行，因而亦稱做指數(shù)增加。細(xì)菌群體這種指數(shù)增加可用以下方程式表示污染控制微生物學(xué)第20頁微生物生長曲線

細(xì)菌群體這種指數(shù)增加可用以下方程式表示：Ｘ2=Ｘ1·2ｎ式中：Ｘ1、Ｘ2——分別為時(shí)間ｔ1和ｔ2時(shí)刻細(xì)胞數(shù)；ｎ——世代數(shù)。世代時(shí)間是由遺傳性決定，不一樣菌種對(duì)數(shù)期世代時(shí)間不一樣，同一菌種世代時(shí)間受培養(yǎng)基組成及物理環(huán)境影響也不一樣。對(duì)數(shù)期細(xì)菌生長速度到達(dá)高潮，世代時(shí)間最短，細(xì)胞代謝活性比較穩(wěn)定，酶活力也高。這個(gè)時(shí)期細(xì)胞是作為研究工作理想材料。污染控制微生物學(xué)第21頁微生物生長曲線穩(wěn)定時(shí)(stationaryphase)

因?yàn)樵谏L過程中，營養(yǎng)物質(zhì)不停被消耗，同時(shí)，一些有毒性代謝產(chǎn)物不停積累，致使細(xì)菌分裂速率降低，世代時(shí)間延長，細(xì)菌細(xì)胞活力減退。這時(shí)，群體中細(xì)菌繁殖速度與死亡速度近乎相等，活菌數(shù)目保持穩(wěn)定。處于穩(wěn)定時(shí)細(xì)胞開始積累體內(nèi)貯藏物質(zhì)，如肝糖粒、淀粉粒、異染顆粒等，研究認(rèn)為，此時(shí)菌膠團(tuán)細(xì)菌大量分泌體外貯藏物質(zhì)莢膜，所以，更易形成菌膠團(tuán)。大多數(shù)產(chǎn)芽孢細(xì)菌在此時(shí)期開始產(chǎn)生芽孢。污染控制微生物學(xué)第22頁微生物生長曲線衰亡期(deathphase)

此期環(huán)境變得更不適于微生物生長，細(xì)胞活力繼續(xù)衰退，死亡率大于繁殖率，活菌數(shù)快速降低。在衰亡期中細(xì)胞形狀和大小很不一致，有些產(chǎn)生畸形細(xì)胞，細(xì)菌生命活動(dòng)主要依賴于內(nèi)源呼吸，并展現(xiàn)大量死亡。微生物生長曲線反應(yīng)一個(gè)微生物在一定生活環(huán)境中生長繁殖和死亡規(guī)律。它既可作為營養(yǎng)和環(huán)境影響理論研究指標(biāo)，亦可作為調(diào)控微生物生長發(fā)育依據(jù)，指導(dǎo)微生物生產(chǎn)實(shí)踐。污染控制微生物學(xué)第23頁微生物生長曲線污染控制微生物學(xué)第24頁微生物生長曲線連續(xù)培養(yǎng)研究細(xì)菌純培養(yǎng)生長曲線是采取分批培養(yǎng)，或稱為間歇培養(yǎng)(batchculture)。分批培養(yǎng)就是在一定體積液體培養(yǎng)基中接種少許細(xì)菌并保持一定條件(如溫度、pH、溶解氧等)進(jìn)行培養(yǎng)，結(jié)果出現(xiàn)了細(xì)菌數(shù)量由少到多，并到達(dá)高峰，又由多變少改變規(guī)律。測(cè)定生長曲線時(shí)，將少許經(jīng)純培養(yǎng)細(xì)菌接種到經(jīng)滅菌液體培養(yǎng)基中，在適宜條件下培養(yǎng)，定時(shí)取樣測(cè)定細(xì)菌數(shù)量。以細(xì)菌數(shù)對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo)，生長時(shí)間為橫坐標(biāo)，可得圖所表示曲線。污染控制微生物學(xué)第25頁

連續(xù)培養(yǎng)：是一個(gè)讓新鮮培養(yǎng)基不停流入，失效培養(yǎng)基不停流出，以維持培養(yǎng)基組成對(duì)應(yīng)穩(wěn)定、防止代謝產(chǎn)物積累，從而使對(duì)數(shù)生長久能較長時(shí)間維持下去一個(gè)培養(yǎng)方法。裝置：培養(yǎng)基貯存系統(tǒng)、新鮮培養(yǎng)基流入系統(tǒng)、培養(yǎng)物流出系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。

目標(biāo)：培養(yǎng)物密度或培養(yǎng)基化學(xué)組成維持在一定水平上微生物生長曲線污染控制微生物學(xué)第26頁連續(xù)培養(yǎng)裝置類型

連續(xù)培養(yǎng)裝置有兩種類型：恒化器連續(xù)培養(yǎng)裝置

恒濁器連續(xù)培養(yǎng)裝置常見一個(gè)連續(xù)培養(yǎng)方法為恒化連續(xù)培養(yǎng)。

微生物生長曲線污染控制微生物學(xué)第27頁微生物生長曲線污染控制微生物學(xué)第28頁恒化器連續(xù)培養(yǎng)裝置

經(jīng)過控制培養(yǎng)基中某種限制性營養(yǎng)物質(zhì)濃度在一定范圍內(nèi)改變，以控制機(jī)體生長速率改變，從而控制新鮮培養(yǎng)基流入速率。當(dāng)某種營養(yǎng)物質(zhì)濃度低于或高于原定范圍時(shí)，就會(huì)經(jīng)過控制系統(tǒng)，調(diào)整培養(yǎng)基流入速率，以提升或降低這種物質(zhì)濃度，從而使微生物生長速率維持一定，確保連續(xù)培養(yǎng)正常進(jìn)行。

微生物生長曲線污染控制微生物學(xué)第29頁

在這種裝置中，微生物生長速度能夠經(jīng)過調(diào)整限制性底物濃度或培養(yǎng)基流速加以控制。通常只需要限制某一個(gè)底物(如氮源或能源)濃度，就能夠調(diào)整生長速度。污染控制微生物學(xué)第30頁活性污泥增加曲線在廢水生物處理中，為了描述活性污泥中微生物生長，常采取間歇培養(yǎng)法取得圖所表示曲線。活性污泥中微生物種類繁多，不但包含細(xì)菌，而且還含有原生動(dòng)物和后生動(dòng)物等微生物，所以，不是純培養(yǎng)生長曲線，但曲線形式與純培養(yǎng)類似?；钚晕勰嘣黾忧€能夠分為三個(gè)時(shí)期：對(duì)數(shù)生長久、減速生長久和內(nèi)源呼吸期。微生物生長曲線污染控制微生物學(xué)第31頁對(duì)數(shù)生長久

此期，微生物處于營養(yǎng)物質(zhì)過剩環(huán)境中，微生物以最大速率氧化分解廢水中有機(jī)物，并合成新細(xì)胞物質(zhì)，所以，微生物快速增加。這一時(shí)期相當(dāng)于純培養(yǎng)生長曲線中對(duì)數(shù)期。在此期間，活性污泥微生物含有很高能量水平，因而不能形成良好活性污泥絮凝體。

微生物生長曲線污染控制微生物學(xué)第32頁

在對(duì)數(shù)生長久，活性污泥微生物增加速率普通可用下式表示：式中：X——ｔ時(shí)刻揮發(fā)性活性污泥濃度(MLVSS)，

(也可由活性污泥濃度MLVSS代替)；

K1——揮發(fā)性活性污泥增加速度常數(shù)。微生物生長曲線污染控制微生物學(xué)第33頁減速生長久此期營養(yǎng)物質(zhì)不再過剩，而且成為微生物深入生長限制原因?？茖W(xué)試驗(yàn)表明，此時(shí)有機(jī)底物去除率與存在有機(jī)底物濃度成正比。式中：S——某一時(shí)間ｔ時(shí)有機(jī)底物濃度；

K2——有機(jī)底物降解常數(shù)。微生物生長曲線污染控制微生物學(xué)第34頁內(nèi)源呼吸期此時(shí)營養(yǎng)物質(zhì)近乎耗盡，所以活性污泥微生物靠內(nèi)源呼吸維持生命活動(dòng)，并使活性污泥量降低。因?yàn)槟芰克降停跄w形成速率增加，吸附有機(jī)