細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1課件

1、細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1第三章第三章 細(xì)菌細(xì)菌(xjn)的生長(zhǎng)和的生長(zhǎng)和遺傳變異遺傳變異第一頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1主要(zhyo)內(nèi)容n3-1 細(xì)菌的生長(zhǎng)及特性細(xì)菌的生長(zhǎng)及特性n3-2 細(xì)菌的遺傳細(xì)菌的遺傳(ychun)與變異與變異第二頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1一、生長(zhǎng)與繁殖的概念一、生長(zhǎng)與繁殖的概念(ginin)二、細(xì)菌生長(zhǎng)的測(cè)定方法二、細(xì)菌生長(zhǎng)的測(cè)定方法三、細(xì)菌的生長(zhǎng)特性三、細(xì)菌的生長(zhǎng)特性四、微生物膜的生長(zhǎng)特性四、微生物膜的生長(zhǎng)特性第三頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-13-1-1 生長(zhǎng)生長(zhǎng)(shngzhng)與繁殖與繁殖同化作用大于異化作用時(shí)，細(xì)胞質(zhì)的

2、量增加，表現(xiàn)(bioxin)在細(xì)胞體積或重量的不斷增加，這種現(xiàn)象稱生長(zhǎng)。生長(zhǎng)(shngzhng)一定程度后細(xì)胞分裂，這就是繁殖。個(gè)體的生長(zhǎng)和繁殖體現(xiàn)為群體的生長(zhǎng)。（微生物重量或數(shù)目的增加）。 群體生長(zhǎng)個(gè)體生長(zhǎng)個(gè)體繁殖群體生長(zhǎng)個(gè)體生長(zhǎng)個(gè)體繁殖在微生物學(xué)中“只有群體的重復(fù)”才有意義，因此“生長(zhǎng)”一般指群體生長(zhǎng)。第四頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-13-1-2 細(xì)菌細(xì)菌(xjn)的生長(zhǎng)測(cè)定方法的生長(zhǎng)測(cè)定方法計(jì)數(shù)法l直接(zhji)計(jì)數(shù)法借助顯微鏡l間接計(jì)數(shù)法平板計(jì)數(shù)生長(zhǎng)量測(cè)定法l測(cè)定重量(zhngling)、體積、含氮量來(lái)反映細(xì)菌的生長(zhǎng)第五頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1（一）（一）

3、計(jì)數(shù)法計(jì)數(shù)法1、直接(zhji)計(jì)數(shù)法（顯微鏡）涂片染色法：一定量樣品涂布在載玻片上，染色后計(jì)數(shù)。濾膜染色法：一定量樣品過(guò)濾到濾膜上，然后染色計(jì)數(shù)。比例計(jì)數(shù)法將已知顆粒濃度的液體與待測(cè)菌液按一定比例混合后在顯微鏡下，測(cè)各自(gz)的數(shù)目。第六頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1涂片涂片(t pin)(t pin)染色法染色法第七頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1第八頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器( (血球血球(xuqi)(xuqi)計(jì)數(shù)板）計(jì)數(shù)板）測(cè)定法測(cè)定法 第九頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1數(shù)了數(shù)了80個(gè)小格中有個(gè)小格中有120個(gè)細(xì)菌，樣品中的細(xì)菌

4、濃度是多少？個(gè)細(xì)菌，樣品中的細(xì)菌濃度是多少？(120個(gè)個(gè)80)400 / 110- 4 ml =600104個(gè)個(gè)/ml適用范圍：適用范圍：細(xì)菌個(gè)體細(xì)菌個(gè)體若太小、過(guò)多，由于每一小格中細(xì)菌層若太小、過(guò)多，由于每一小格中細(xì)菌層層疊加，相互遮擋，難以準(zhǔn)確計(jì)數(shù)。層疊加，相互遮擋，難以準(zhǔn)確計(jì)數(shù)。數(shù)數(shù)數(shù)數(shù)細(xì)菌（或其他微生物或細(xì)胞）數(shù)目，（一般數(shù)細(xì)菌（或其他微生物或細(xì)胞）數(shù)目，（一般數(shù)165=80個(gè)小格），個(gè)小格），折算折算樣品樣品(yngpn)細(xì)菌濃度；細(xì)菌濃度；第十頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1濾膜染色法濾膜染色法l一定量樣品過(guò)濾到濾膜上，然后一定量樣品過(guò)濾到濾膜上，然后(rnhu)染色計(jì)數(shù)。

5、染色計(jì)數(shù)。l需要知道濾液的體積和濾膜的面積。需要知道濾液的體積和濾膜的面積。l在顯微鏡下計(jì)數(shù)，方法相同。在顯微鏡下計(jì)數(shù)，方法相同。第十一頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1比例比例(bl)(bl)計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)法法n比例比例樣品菌液與等體積（或成一定樣品菌液與等體積（或成一定(ydng)比例）的血液混合，比例）的血液混合，觀測(cè)二者比例觀測(cè)二者比例平均每個(gè)視野中細(xì)菌平均每個(gè)視野中細(xì)菌(xjn)(xjn)數(shù)量數(shù)量/ /紅血球的數(shù)紅血球的數(shù)量比例為量比例為5.55.5：1 1，則細(xì)菌，則細(xì)菌(xjn)(xjn)數(shù)量數(shù)量= =？5.55.5400400萬(wàn)個(gè)萬(wàn)個(gè)/m l =2.2/m l =2.21010

6、7 7個(gè)個(gè)/ /mLmL樣品樣品n紅血球紅血球數(shù)已知數(shù)已知(男性男性，女性，女性)，平均平均400400萬(wàn)個(gè)萬(wàn)個(gè)/m/m比例計(jì)數(shù)法將已知顆粒濃度的液體與待測(cè)菌液按一定比例混合后在顯微鏡下，測(cè)各自的數(shù)目。（特點(diǎn)：不要求記體積）第十二頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1DAPI:46-diamidino-2-phenylindole,dihydrochloride4,6-4,6-二二脒脒基基-2-2苯基苯基(bn j)(bn j)吲哚吲哚DNA2Cl-H2N+NH2CNHH2N -C NH2Measurement of total cell counts全細(xì)胞(xbo)染色法（死活不分）：DA

7、PI染色染色，DTAFDAPI:無(wú)毒性熒光染料，能夠與DAN雙鏈強(qiáng)力結(jié)合并產(chǎn)生熒光。采用358nm紫外光照射(zhosh)能發(fā)射明亮的藍(lán)色熒光。第十三頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-15-DTAF : 5-(4,6-dichlorotriazinyl) aminofluoresceinDNAOOHOOHOOHNHNNClNClMeasurement of total cell counts全細(xì)胞染色法（死活(shu)不分）：DAPI染色染色，DTAF第十四頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1有必要(byo)區(qū)分細(xì)菌的死活嗎？n飲用水中衛(wèi)生細(xì)菌學(xué)標(biāo)準(zhǔn)是TBC 接種量：特別是X0/S0，

8、即初期微生物濃度(nngd)與基質(zhì)濃度(nngd)的比。產(chǎn)生(chnshng)延滯期的原因： 缺乏分解新環(huán)境中有關(guān)基質(zhì)的酶； 缺乏充足的代謝中間產(chǎn)物。總細(xì)胞數(shù)活細(xì)胞數(shù)III培養(yǎng)時(shí)間細(xì)胞個(gè)數(shù)底物特點(diǎn)：底物充足第四十六頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-12）指數(shù)(zhsh)期（exponential phase） 對(duì)數(shù)期、生長(zhǎng)率上升階段細(xì)胞數(shù)（量）以指數(shù)形式增加的時(shí)間段。 細(xì)菌 特點(diǎn)：生長(zhǎng)速率(sl)最大，世代時(shí)間（generation time）最短 酶系活躍、代謝旺盛細(xì)胞進(jìn)行平衡生長(zhǎng)，體內(nèi)各成分最為均勻 底物特點(diǎn)：底物充足(chngz)，大量被細(xì)菌消耗，降解速率最高總細(xì)胞數(shù)活細(xì)胞數(shù)III培

9、養(yǎng)時(shí)間細(xì)胞個(gè)數(shù)第四十七頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1指數(shù)期數(shù)學(xué)(shxu)描述1dxrkXdt10lnXKtX10KtXXe世代(shdi)時(shí)間0t tGnn 世代(shdi)數(shù)02nXX0lglglg2XXn第四十八頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-13）穩(wěn)定期（stationary phase）： 恒定(hngdng)期、靜止期、生長(zhǎng)下降期細(xì)菌特點(diǎn)(tdin)：凈增長(zhǎng)速度為零繁殖與死亡速度相等正生長(zhǎng)與負(fù)生長(zhǎng)相等底物(d w)特點(diǎn)： 底物被大量消耗，不能夠維持對(duì)數(shù)期細(xì)菌高生長(zhǎng)速率所需要的有機(jī)物質(zhì)，導(dǎo)致細(xì)菌生長(zhǎng)率下降出現(xiàn)穩(wěn)定期的原因： 營(yíng)養(yǎng)物尤其是生長(zhǎng)因子耗盡 營(yíng)養(yǎng)物比例失調(diào) p

10、H、DO、氧化還原電位的變化總細(xì)胞數(shù)活細(xì)胞數(shù)III培養(yǎng)時(shí)間細(xì)胞個(gè)數(shù)第四十九頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1數(shù)學(xué)(shxu)表達(dá)生長(zhǎng)(shngzhng)下降階段 S很低，其濃度(nngd)對(duì)微生物影響大2dsk Sdt即有機(jī)物分解速度與其濃度成正比第五十頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-14）衰亡期（decline phase, death phase）內(nèi)源呼吸期（endogenous respiration phase）內(nèi)源呼吸：體內(nèi)貯藏物質(zhì)酶等一部分細(xì)胞物質(zhì)的氧化。細(xì)菌特點(diǎn)：細(xì)胞會(huì)發(fā)生自溶現(xiàn)象（autolysis），蛋白質(zhì)水解酶活力 往往產(chǎn)生芽孢出現(xiàn)死亡(swng)期的原因： 營(yíng)

11、養(yǎng)物不足 外界(wiji)條件惡化底物特點(diǎn)：底物被微生物大量耗盡，微生物因得不到營(yíng)養(yǎng) 而進(jìn)行(jnxng)內(nèi)源呼吸總細(xì)胞數(shù)活細(xì)胞數(shù)III培養(yǎng)時(shí)間細(xì)胞個(gè)數(shù)第五十一頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1細(xì)菌(xjn)生長(zhǎng)的數(shù)學(xué)描述生長(zhǎng)與基質(zhì)濃度(nngd)的關(guān)系微生物比增長(zhǎng)速度：?jiǎn)挝?dnwi)時(shí)間，單位(dnwi)微生物量的增加量1dxdtxmax基質(zhì)濃度s第五十二頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1maxssksKs: 飽和常數(shù)，與max12的s值相等KsS時(shí)maxmaxssSk SkkSmaxsKsMonod公式（莫諾特公式）經(jīng)驗(yàn)(jngyn)公式（微生物增長(zhǎng)）第五十三頁(yè)，共六十八頁(yè)。

12、細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1對(duì)于像活性污泥這樣的混合微生物群，也有類似的生長(zhǎng)(shngzhng)曲線。細(xì)菌生長(zhǎng)期與廢水細(xì)菌生長(zhǎng)期與廢水(fishu)生物處理：生物處理： 水處理(chl)中如何避免緩慢期接種對(duì)數(shù)期或代謝旺盛的污泥增加接種量污泥馴化 微生物維持到對(duì)數(shù)期可獲得高的處理能力， 即分解速度高，但處理效果不一定好菌活力大，不易凝聚和沉淀需要充足的營(yíng)養(yǎng)物，故得不到好的水質(zhì)第五十四頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1 處于穩(wěn)定期污泥雖然生長(zhǎng)速度有所下降，但有一定(ydng)的代謝活性，絮凝沉降性能好。 故傳統(tǒng)的活性污泥法常運(yùn)行在這個(gè)范圍。 衰亡期只出現(xiàn)(chxin)在某些特殊的水處理場(chǎng)合，

13、如延時(shí)曝氣及污泥消化，出水水質(zhì)好。第五十五頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1食料/微生物代謝速率內(nèi)源呼吸階段生長(zhǎng)率下降階段生長(zhǎng)率上升階段（沉降性能好）（沉降性能差）大多數(shù)活性污泥處理系統(tǒng)運(yùn)行范圍延時(shí)曝氣，污泥消化微生物代謝速率與食料微生物代謝速率與食料/微生物的關(guān)系微生物的關(guān)系注意：各個(gè)階段的食物/菌量比發(fā)生變化，相當(dāng)于活性污泥中的負(fù)荷。F/M（食稀比）第五十六頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1連續(xù)培養(yǎng)（continuous cultivation）是一種連續(xù)進(jìn)料又連續(xù)出料的培養(yǎng)方式(fngsh)根據(jù)控制因素的不同分為恒濁連續(xù)培養(yǎng)（turbidostat）：培養(yǎng)基提供足夠量的營(yíng)養(yǎng)元

14、素，細(xì)菌保持最大速率生長(zhǎng)，通過(guò)(tnggu)控制進(jìn)料流速保持細(xì)菌濁度一定，使其處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期。恒化連續(xù)培養(yǎng)（chemostat）：固定恒定的進(jìn)料流速，同樣的流速排出，反應(yīng)器中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度不變，為限制性營(yíng)養(yǎng)因子控制生長(zhǎng)。3. 半連續(xù)培養(yǎng)（semi-batch cultivation）、半間歇式Fill and draw第五十七頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-14. 分批補(bǔ)料式培養(yǎng)（fed batch）以低速把高濃度的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)連續(xù)(linx)加入培養(yǎng)器中，但不出料。體積是隨時(shí)間變化的特點(diǎn)：能任意控制培養(yǎng)液中的底物濃度，所以沒(méi)有流出。供應(yīng)速度與微生物消費(fèi)速度達(dá)到平衡，所以能保持(boch)一定

15、的濃度。主要用于： 有抑制作用的底物 生長(zhǎng)因子添加(tin ji) 高濃度菌體培養(yǎng)第五十八頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-13-1-4 微生物膜的生長(zhǎng)微生物膜的生長(zhǎng)(shngzhng)特性特性1. 生物膜的生長(zhǎng)(shngzhng) 液體培養(yǎng)基中加入固體物質(zhì)（載體），微生物在其表面吸附、生長(zhǎng)(shngzhng)、繁殖形成形成膜，這種膜叫微生物膜。微生物膜的生長(zhǎng)膜厚的增加，密度也將發(fā)生變化從單位固體表面積上的微生物量（mg/cm2）上看可分為6個(gè)階段延滯期、加速增長(zhǎng)期、恒速增長(zhǎng)期、減速增長(zhǎng)期、安定期、脫落期第五十九頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1延滯期延滯期加速增長(zhǎng)期加速增長(zhǎng)期恒速增

16、長(zhǎng)期恒速增長(zhǎng)期減速減速(jin s)增長(zhǎng)期增長(zhǎng)期安定期安定期脫落期脫落期第六十頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1第六十一頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1（1）延滯期：細(xì)胞吸附在固體表面上的過(guò)程(guchng)（沉降）影響吸附速度的因子：材質(zhì)、表面性質(zhì)、形狀、細(xì)胞(xbo)的性質(zhì)、操作條件（2）加速增長(zhǎng)期：還沒(méi)有形成(xngchng)完整的膜（3）恒速增長(zhǎng)期： 活性細(xì)胞量達(dá)到最大，形成完整的膜。膜表面凹凸不平。第六十二頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1（4）減速(jin s)增長(zhǎng)期： 恒速增長(zhǎng)期與安定期的過(guò)渡期，持續(xù)時(shí)間短。（5）安定期(dngq)： 增長(zhǎng)速度與脫落速度相平衡

17、，膜量及膜厚達(dá)到最大值。（6）脫落期： 外因：流體(lit)的剪切力 內(nèi)因：細(xì)菌的死亡、氣泡的形成，細(xì)胞外高分子量的變化。第六十三頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-12. 生物膜的特性(txng)（1）有效(yuxio)膜厚并不是全部有活性基質(zhì)的擴(kuò)散細(xì)胞的死亡70200m（平均(pngjn)100 m），并不是越厚越好。（2）密度（與膜厚有關(guān)） 微生物膜的濕密度：密度有時(shí)小于水，一般接近于1。（因?yàn)橛袣馀莸拇嬖冢┑诹捻?yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1濕生物膜組成（體積比）： 細(xì)胞(xbo)5-15%，氣泡2-18%，水7090%（3）組成(z chn)： （g-/g-生物膜）COD：0.47TOC：0.46T-N：0.11T-P：0.22生物膜干組成(z chn)： （g-/g-生物膜）第六十五頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1膜厚膜體積/載體(zit)表面積生物膜濕重/表面積生物膜濕重（載體膜）載體生物膜生物量的測(cè)定方法：超聲波脫落，按照細(xì)菌數(shù)量測(cè)定。生物膜的測(cè)量方法第六十六頁(yè)，共六十八頁(yè)。細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-1第一次作業(yè)(zuy)n請(qǐng)繪制間歇培養(yǎng)模式下