成信工環(huán)境工程微生物學(xué)課件第6章 微生物的生長

第6章

微生物的生長主要內(nèi)容微生物的生長繁殖（重點(diǎn)）

生長規(guī)律及特點(diǎn)及在污（廢）水微生物處理中的應(yīng)用（重點(diǎn)）

培養(yǎng)方法純培養(yǎng)的分離和生長測定（重點(diǎn)）

微生物的環(huán)境因子的影響

微生物的生長

一、生長繁殖的概念微生物的生長繁殖概述生物個體由小到大的增長，即表現(xiàn)為細(xì)胞組分與結(jié)構(gòu)在量方面的增加生長指生物個體數(shù)目的增加繁殖

群體生長的實(shí)質(zhì)是包含著個體細(xì)胞生長與繁殖交替進(jìn)行的過程（一）細(xì)菌群體生長規(guī)律

把少量的純種細(xì)菌接種到一定量的液體培養(yǎng)基中，在一定的條件下培養(yǎng)，定時去細(xì)胞計數(shù)，以培養(yǎng)時間為橫坐標(biāo)，以菌數(shù)為縱坐標(biāo)，可以作出一條反映細(xì)菌在整個培養(yǎng)期間菌數(shù)變化規(guī)律的曲線。細(xì)菌的生長曲線二、生長規(guī)律微生物的生長規(guī)律生長曲線可分為四個時期：停滯期對數(shù)期衰亡期穩(wěn)定期微生物的生長曲線1.停滯期停滯期的特點(diǎn)：1.停滯期初：細(xì)菌細(xì)胞數(shù)目不增加；2.停滯期后：細(xì)胞分裂遲緩、代謝活躍停滯期長短的影響因素：1.菌種2.菌齡3.接種量4.接種前后培養(yǎng)條件2.對數(shù)期時代時間G:細(xì)菌細(xì)胞在生長對數(shù)期，每分裂一次所需要的時間。對數(shù)期的特點(diǎn)：1.代謝活力最強(qiáng)，生長率最高，合成新細(xì)胞物質(zhì)最快2.死亡率低或幾乎不死亡3.細(xì)胞健壯、整齊，群體細(xì)胞化學(xué)成分、形態(tài)和生理等特性比較一致——良好的實(shí)驗材料3.穩(wěn)定期產(chǎn)生原因？穩(wěn)定期的特點(diǎn)：1.細(xì)胞活力降低，2.細(xì)胞開始儲存一些物質(zhì)；3.細(xì)菌總數(shù)最大，可以收獲大量的菌體——發(fā)酵行業(yè)

4.衰亡期衰亡期的特點(diǎn)：1.細(xì)菌代謝活性降低，細(xì)菌衰老并出現(xiàn)自溶；2.細(xì)胞呈現(xiàn)多種形態(tài)，有時產(chǎn)生畸形;3.細(xì)胞大小懸殊；4.有些革蘭氏染色反應(yīng)陽性菌變成陰性反應(yīng)等。細(xì)菌生長曲線在污（廢）水微生物處理中的應(yīng)用研究微生物生長曲線的意義：

微生物的生長曲線形象的描述微生物的群體增長規(guī)律及其環(huán)境中營養(yǎng)濃度的變化情況。微生物生長曲線的研究對科研和生產(chǎn)實(shí)踐具有重要的意義：理論：它不僅可以作為控制微生物生長發(fā)育及環(huán)境因素對微生物影響的理論基礎(chǔ)，工程：而且對生長曲線變化規(guī)律及內(nèi)涵的理解，對廢水生物處理工藝的合理設(shè)計將具有重要的指導(dǎo)意義。由于廢水生物處理（活性污泥）實(shí)際是連續(xù)運(yùn)行，其微生物生長規(guī)律不同于分批培養(yǎng)時的規(guī)律，它只能是處于生長曲線的某一階段。細(xì)菌生長曲線在污（廢）水微生物處理中的應(yīng)用在廢水生物處理設(shè)計時，根據(jù)廢水的水質(zhì)情況(主要是有機(jī)物濃度)，可以利用不同生長階段的微生物處理廢水。（1）高負(fù)荷活性污泥法：利用生長上升階段（對數(shù)期）的微生物；（2）常規(guī)的活性污泥法：利用生長下降階段（穩(wěn)定期）的微生物；（3）對于有機(jī)物含量低，可生化性差的廢水，可用延時曝氣法處理，即利用內(nèi)源呼吸階段（衰亡期）的微生物處理。微生物代謝速率與負(fù)荷的關(guān)系細(xì)菌生長曲線在污（廢）水微生物處理中的應(yīng)用1.對數(shù)期的細(xì)胞生長繁殖快，代謝旺盛，它相應(yīng)的要求的進(jìn)水濃度高，那么，出水濃度也就越高；2.運(yùn)動活躍，不易凝聚，污泥沉降性能不好，影響出水水質(zhì)；3.對數(shù)期的細(xì)胞，有一定的代謝活力，并且一些細(xì)菌形成莢膜，有利于污泥沉降，保證良好的出水水質(zhì)。以吸附生物降解法（AB法）為例說明生長曲線的特點(diǎn)

A段特點(diǎn)：A段為高負(fù)荷（有機(jī)污染物濃度高）階段。污泥的活性高，微生物吸附分解速度快，增長速度很高。污泥中的微生物處于生長曲線的對數(shù)生長期。出水水質(zhì)差

B段特點(diǎn)：經(jīng)A段的廢水有機(jī)濃度降低，微生物的生長速率開始下降，凝聚作用明顯，污泥易沉降，此時的污泥中的微生物處于生長曲線的穩(wěn)定期。出水水質(zhì)好細(xì)菌生長曲線在污（廢）水微生物處理中的應(yīng)用A、B兩端工藝的巧妙配合（對數(shù)生長與平穩(wěn)生長）對高濃度有機(jī)廢水的處理從實(shí)踐上取得了理想的效果。進(jìn)水對數(shù)期穩(wěn)定期衰老期平推流式活性污泥法占優(yōu)勢微生物多是通過培養(yǎng)研究其群體生長。常用的培養(yǎng)方法有：分批培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)。（1）分批培養(yǎng)分批培養(yǎng)是將一定量的微生物接種在一個封閉的、盛有一定量液體培養(yǎng)基的容器內(nèi)，保持一定的溫度、pH和溶解氧量，微生物在其中生長繁殖；結(jié)果會出現(xiàn)微生物數(shù)量由少變多，達(dá)到高峰后又由多變少，甚至死亡的變化規(guī)律。（二）研究微生物生長的方法研究微生物生長的方法（2）連續(xù)培養(yǎng)連續(xù)培養(yǎng)有恒濁連續(xù)培養(yǎng)和恒化連續(xù)培養(yǎng)兩種。a．恒濁連續(xù)培養(yǎng)——是一種使培養(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。發(fā)酵工業(yè)采用此法可獲得大量的菌體和有經(jīng)濟(jì)價值的代謝產(chǎn)物。研究微生物生長的方法b．恒化連續(xù)培養(yǎng)——是維持進(jìn)水中的營養(yǎng)成分恒定(其中對細(xì)菌生長有限制作用的成分要保持低濃度水平)，以恒定流速進(jìn)水，以相同流速流出代謝產(chǎn)物，使細(xì)菌處于最高生長速率狀態(tài)的培養(yǎng)方式。

在連續(xù)培養(yǎng)中，微生物的生長狀態(tài)和規(guī)律與分批培養(yǎng)中的不同。它們往往處于相當(dāng)分批培養(yǎng)中生長曲線的某一個生長階段。研究微生物生長的方法目前,污水連續(xù)生物處理法均類似于恒化連續(xù)培養(yǎng)；（流速不完全恒定）

幾種不同微生物的生長曲線舉例！細(xì)菌真菌噬菌體（一）純培養(yǎng)物的分離1.純種分離的必要性

目前為了提高廢水的處理效率，人們正著手研究采用特種純種微生物處理廢水，特別是針對于含有含鹽、特殊污染物的廢水。2.分離方法a.稀釋平皿分離法b.劃線分離微生物純培養(yǎng)物的分離

純培養(yǎng)(pureculture)——微生物學(xué)中把從一個細(xì)胞或一群相同的細(xì)胞經(jīng)過培養(yǎng)繁殖而得到的后代,稱純培養(yǎng).實(shí)驗：細(xì)菌純種的分離技術(shù)稀釋分離涂布平板1.做一系列的10倍稀釋（10-5-10-8）2.對每種稀釋樣，取50-100微升轉(zhuǎn)移到倒好固體培養(yǎng)基的平面皿中），平行樣3.涂布棒在酒精火焰上滅菌消毒4.涂布棒在平面皿中涂布樣品5.培養(yǎng)6.培養(yǎng)1-2天的菌落觀察劃線分離1.接種環(huán)在火焰上滅菌2.接種環(huán)挑取單個菌落3.接種環(huán)連續(xù)劃線4.培養(yǎng)1-2天5.純培養(yǎng)物的獲得微生物純培養(yǎng)物的生長的測定

1.計數(shù)法（總菌數(shù)，活菌數(shù)）2.重量法（干重、蛋白質(zhì)、DNA）3.生理指標(biāo)法總菌數(shù)（直接計數(shù)，濁度法）涂片顯微鏡直接計數(shù)法：將一已知體積(如1ml)的菌液滴一滴在載玻片上(一滴為0.05ml)，均勻涂布，在顯微鏡下觀察，計數(shù)細(xì)胞數(shù)目，推算出1ml的總菌數(shù)，最后推算出菌液的總菌數(shù)。血球計數(shù)法微生物純培養(yǎng)物的生長的測定

總菌數(shù)微生物純培養(yǎng)物的生長的測定

總菌數(shù)微生物純培養(yǎng)物的生長的測定

c.濁度測定法：測定細(xì)胞數(shù)使用較多的一種方法。懸液中細(xì)胞濃度與濁度成正比，與透光度成反比。利用微生物生長數(shù)量與菌液濁度的關(guān)系，通過濁度計或光電比色計迅速測定菌液中的總菌數(shù)。以光密度值表示菌液的細(xì)胞濃度。具體做法：先將細(xì)菌在標(biāo)準(zhǔn)情況下培養(yǎng)液中菌數(shù)與濁度的關(guān)系作成標(biāo)準(zhǔn)曲線，再將待測菌液的透光率在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出可能菌數(shù)。注意各次測定條件必須一致?？偩鷶?shù)微生物純培養(yǎng)物的生長的測定

活菌數(shù)平板計數(shù)法：稀釋，將菌液作若干次10倍稀釋，達(dá)8次左右，取后面的3-5個稀釋液個一定量(常1ml)，與適當(dāng)?shù)墓腆w培養(yǎng)基混合制成平板；或取0.1ml在固體培養(yǎng)基上均勻涂布；待菌落形成后，計算菌落數(shù)目，看數(shù)值有無10倍的關(guān)系，取平均數(shù)，換算出相應(yīng)稀釋倍數(shù)的活菌數(shù)。活菌數(shù)微生物純培養(yǎng)物的生長的測定

活菌數(shù)微生物純培養(yǎng)物的生長的測定

a.細(xì)胞干重測定法：取一定容積的同一培養(yǎng)物相鄰兩個時間的樣品，經(jīng)相同速度的離心或過濾，然后用無菌水或緩沖液沖洗，1-2次離心或過濾；離心或過濾的樣品置80度溫度下干燥24小時(有條件可真空干燥)，作后將兩組樣品用合適的衡器測出各自的重量，比較細(xì)胞干重，了解生長情況。優(yōu)點(diǎn)是快速而相對準(zhǔn)確；缺點(diǎn)是不能區(qū)別細(xì)胞死活，要求菌液濃度高重量法微生物純培養(yǎng)物的生長的測定

b.DNA含量的測定c.含氮量的測定微生物純培養(yǎng)物的生長的測定

生理指標(biāo)法微生物純培養(yǎng)物的生長的測定微生物的環(huán)境因子一、溫度微生物的生長要求有一定的溫度范圍：根據(jù)細(xì)菌最適溫度的不同，可把細(xì)菌分為：低溫型（5-10℃）中溫型（25-40℃）高溫型（50-80℃）微生物的環(huán)境因子在高溫時，微生物的蛋白質(zhì)會發(fā)生凝固變性，呈不可逆的變性，導(dǎo)致微生物的死亡。

高溫滅菌的方法有：灼燒、干熱滅菌和濕熱滅菌。

高溫消毒的方法：煮沸、巴氏消毒法等溫度對微生物的影響高溫的影響低溫下，微生物的代謝活力低，生長緩慢或停止，但不致死。處于低溫下的微生物一旦獲得適宜的溫度，即可恢復(fù)活性。生物實(shí)驗中冰箱保存生物樣品或試劑溫度對微生物的影響低溫的影響二、pH微生物的生命活動、物質(zhì)代謝與pH有密切關(guān)系。不同微生物對pH的要求有不同。微生物對pH的要求也存在最高、最低和最適三個點(diǎn)。常見的四大類微生物中，對pH的最適（范圍）要求分別是，溫度對微生物的影響細(xì)菌：6.5-7.5（4-10）；放線菌：7-8（5-10）；霉菌：3-6（1.5-10）；酵母菌：5-6（1.5-10）。在廢水生物處理中，pH一般在6.5-8.5（6-9）。生物處理的主體是細(xì)菌，它要求pH略為偏堿。過高的pH會使原生動物呆滯，菌膠團(tuán)解體，影響去除效果，而過低的pH，會使霉菌大量繁殖，造成污泥膨脹。溫度對微生物的影響溫度對微生物的影響溫度對微生物的影響溫度對微生物的影響1．好氧微生物2．兼性微生物3．厭氧微生物

DO對微生物的影響Eh對微生物的影響重金屬對微生物的影響汞、銀、銅、鉛及其化合物，能使蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀變性，使酶失去活性，而可以用來作為殺菌和防腐。紫外輻射和電離輻射對微生物的影響

紫外線(260nm-280nm)：對微生物有致死作用，可用以殺菌，但穿透力較差，只能用于空氣和物體表面的消毒；紫外線的作用機(jī)理：形成T的二聚體，從而導(dǎo)致DNA復(fù)制出現(xiàn)錯誤。電離輻射：低劑量時，有促進(jìn)生長的作用；高劑量時，則有致死作用。常用來進(jìn)行誘變育種。光復(fù)活性太陽輻射對微生物的影響微生物在不同滲透壓溶液中的反應(yīng)超聲波對微生物的影響超聲波是頻率超過20000HZ的聲波，人耳聽不見。超聲波具有強(qiáng)烈的生物學(xué)效應(yīng)，能破壞細(xì)胞。常用來破壞細(xì)胞壁，制成細(xì)菌裂解液。其他因素對微生物的影響G->G+若干化學(xué)物質(zhì)對微生物的影響1．醇醇是脫水劑和脂溶劑，可使蛋白質(zhì)脫水、變性，溶解細(xì)胞質(zhì)膜的脂類物質(zhì)，使細(xì)胞膜的透性增加。

體積分?jǐn)?shù)為70%左右的乙醇?xì)⒕ψ顝?qiáng)。2．甲醛甲醛是很有效的殺菌劑，對細(xì)菌、真菌及其孢子和病毒均有效。甲醛是氣體，質(zhì)量濃度為370-400g/L的甲醛水溶液稱為福爾馬林。3．表面活性劑其他因素對微生物的影響抗生素對微生物的影響其他因素對微生物的影響抗生素對微生物的影響有以下四方面：(1)抑制微生物細(xì)胞壁合成