YYH-第五章-微生物的生長繁殖與生存因子

第五章微生物的

生長繁殖和生存因子

楊毅紅冰島間歇溫泉硫細(xì)菌間歇溫泉多發(fā)生于火山運動活躍的區(qū)域，水溫可接近沸點。這種細(xì)菌竟能在對大多數(shù)生命來說極其惡劣的環(huán)境中生存下來。本章核心問題如何在實驗室中培養(yǎng)微生物？微生物生長受那些物理因素的影響，它們?nèi)绾斡绊懳⑸锏纳L？內(nèi)容提要第一節(jié)微生物的生長繁殖第二節(jié)微生物的生存因子第三節(jié)其他不利環(huán)境因子對微生物的影響第四節(jié)微生物與微生物之間的關(guān)系第五節(jié)菌種的退化、復(fù)壯與保藏重點、難點重點：微生物的生長曲線、生長曲線在污水處理中的作用、微生物生長繁殖的生存因子和環(huán)境因子難點：生長曲線在污水處理中的應(yīng)用第一節(jié)微生物的生長繁殖

微生物的生長繁殖概念研究微生物生長的方法細(xì)菌生長曲線在污（廢）水生物處理中的應(yīng)用微生物生長量的測定方法一個微生物細(xì)胞合適的外界條件，吸收營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)行代謝。如果同化作用的速度超過了異化作用個體的生長原生質(zhì)的總量（重量、體積、大?。┚筒粩嘣黾尤绻骷?xì)胞組分是按恰當(dāng)?shù)谋壤鲩L時，則達(dá)到一定程度后就會發(fā)生繁殖，引起個體數(shù)目的增加。群體內(nèi)各個個體的進(jìn)一步生長群體的生長微生物細(xì)胞吸收營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)行新陳代謝，當(dāng)同化作用>異化作用時，生命個體的重量和體積不斷增大的過程。生長生命個體生長到一定階段，通過特定方式產(chǎn)生新的生命個體，即引起生命個體數(shù)量增加的生物學(xué)過程。繁殖

群體生長的實質(zhì)是包含著個體細(xì)胞生長與繁殖交替進(jìn)行的過程:群體生長=個體生長+個體繁殖一、微生物生長繁殖的概念細(xì)菌細(xì)胞分裂通常是：二等分分裂；酵母和少數(shù)細(xì)菌的細(xì)胞分裂通過出芽方式完成。世代時間簡稱代時（Ｇenerationtime,G）

：

就是一個世代所需的時間，因而也就是群體細(xì)胞數(shù)目擴大1倍所需的時間，有時也被稱為倍增時間。單細(xì)胞微生物的世代時間：兩次細(xì)胞分裂之間的時間。多細(xì)胞生物的世代時間：兩次繁殖之間的時間。

世代時間的大小反映了一種微生物繁殖速度的快慢。不同種的微生物，其生長繁殖速度不同。原核微生物的繁殖速度一般比真核微生物快。好氧微生物快于厭氧微生物。二、研究微生物生長的方法生長單個體微生物生長群體微生物生長分批培養(yǎng)連續(xù)培養(yǎng)（一）分批培養(yǎng)和生長曲線1.分批培養(yǎng)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。只有開始時的一次性投料和接種細(xì)菌（其余時間細(xì)菌根據(jù)環(huán)境變化自行生滅）

（“坐吃山空型”）應(yīng)用：生理特性研究、污水生物處理(SBR)等

將少量細(xì)菌的純培養(yǎng)，接種到一恒定容積的新鮮液體培養(yǎng)基中，在適宜條件下培養(yǎng)，每隔一定時間取樣，測菌細(xì)胞數(shù)目。以培養(yǎng)時間為橫坐標(biāo)，以細(xì)菌增長數(shù)目的對數(shù)為縱坐標(biāo)，繪制所得的一條反映細(xì)菌在整個培養(yǎng)期間菌數(shù)變化規(guī)律的曲線。生長曲線細(xì)菌純培養(yǎng)生長曲線圖

生

長

速

率

靜止期

衰亡期

細(xì)菌數(shù)目的對數(shù)值0時間t總菌數(shù)活菌數(shù)

停

滯

期對數(shù)期0+_時期的劃分：按照生長速率常數(shù)（growthraceconstant）不同為什么微生物數(shù)目用對數(shù)值作圖？

（1）停滯期特點：初期，適者生存，細(xì)菌總數(shù)下降；末期代謝活躍，個體體積、重量增高;停滯時期長短受多因素影響。

細(xì)

菌停

數(shù)滯

目期

的

對

數(shù)

值

0時間t提問：為什么會出現(xiàn)停滯期呢？適應(yīng)環(huán)境（合成相應(yīng)的酶），營養(yǎng)儲備（用于復(fù)制合成）？－“萬事開頭難”菌種

：繁殖速度較快的菌種的停滯期一般較短；接種物菌齡：用對數(shù)生長期的菌種接種時，其停滯期較短，甚至檢查不到停滯期；接種量：一般來說，接種量增大可縮短甚至消除停滯期；培養(yǎng)基成分：

在營養(yǎng)成分豐富的天然培養(yǎng)基上生長的停滯期比在合成培養(yǎng)基上生長時短；

接種后培養(yǎng)基成分有較大變化時，會使停滯期加長。影響停滯期長短的因素：根據(jù)上述原因選擇接種何種狀態(tài)的細(xì)菌停滯期會較長？對數(shù)期的細(xì)菌、靜止期或衰亡期、受損細(xì)胞、富集培養(yǎng)基的細(xì)菌靜止期細(xì)胞基本耗盡了各種輔酶或其他細(xì)胞成分受損細(xì)胞養(yǎng)傷修復(fù)富集培養(yǎng)基細(xì)菌需要合成“自力更生”酶。在實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…

采用處于高效菌群對數(shù)期的菌種、增大接種量、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。提問：我們可以通過哪些手段縮短停滯期呢？（2）對數(shù)期/指數(shù)期

細(xì)

菌

數(shù)

目

的

對

對

數(shù)

數(shù)

期

值

0時間t如大腸桿菌在G20℃=2G35℃；傷寒桿菌在含0.125％的蛋白胨培養(yǎng)基中G=800min，而在1.0％時G=40min。特點：代謝最旺盛，代時最短，生長速率最快；群體中的細(xì)胞化學(xué)組分及形態(tài)、生理特性都比較一致。提問：細(xì)菌的代時與哪些因素有關(guān)？

種類遺傳、個體健康情況(營養(yǎng)、環(huán)境條件)？G=(t2-t1)/n=(t2-t1)/3.322(lgX2-lgX1)

R=1/G=3.322(lgX2-lgX1)/(t2-t1)

X2=X1·2n兩邊取對數(shù)：lgX2=lgX1+nlg2（lg2=0.301）n=3.322(lgX2-lgX1)x2x1t1t2Lg細(xì)胞數(shù)/ml培養(yǎng)時間對數(shù)期三個重要參數(shù)（1）繁殖代數(shù)(n)（3）生長速率常數(shù)(R)（2）代時(G)注意細(xì)菌代時的測定必須以對數(shù)期的生長細(xì)胞作為對象。對數(shù)期的生長速率與時間的關(guān)系可能是線性函數(shù)，而不是指數(shù)函數(shù)。（溶解氧供應(yīng)不足）

（3）靜止期

細(xì)

菌

停

數(shù)

滯

目

期

的

對

靜止期

對

數(shù)衰亡期

數(shù)

期

值

0t時間產(chǎn)生原因：營養(yǎng)物尤其是生長限制因子的耗盡；營養(yǎng)物的比例失調(diào)，如碳氮比不合適;有害代謝廢物的積累（酸、醇、毒素等）物化條件（pH、氧化還原勢等）不合適;如果對數(shù)期的細(xì)胞分裂不受節(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。特點：出生率＝死亡率;微生物的生長速率處于動態(tài)平衡，培養(yǎng)物中的細(xì)胞數(shù)目達(dá)到最高值;細(xì)胞分裂速度下降，開始積累內(nèi)含物，產(chǎn)芽孢的細(xì)菌開始產(chǎn)芽孢.（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

細(xì)

菌

數(shù)

緩

目

期

的

對

對

數(shù)衰亡期

數(shù)

期

值

0t時間產(chǎn)生原因：營養(yǎng)物耗盡；細(xì)菌進(jìn)行內(nèi)源呼吸，自身溶解；有毒代謝產(chǎn)物累積抑制繁殖。特點：生長速率負(fù)增長，群體中的活菌數(shù)目急劇下降，死亡率＞出生率；細(xì)胞形態(tài)多樣，出現(xiàn)畸形，形成衰退型；蛋白水解酶活躍，出現(xiàn)菌體死亡、自溶等，發(fā)生自溶的菌生長曲線表現(xiàn)為向下跌落的趨勢；芽孢細(xì)菌芽孢大量釋放。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。2.連續(xù)培養(yǎng)連續(xù)培養(yǎng)類型恒濁連續(xù)培養(yǎng)恒化連續(xù)培養(yǎng)一方面連續(xù)進(jìn)料，另一方面又連續(xù)出料。原理：進(jìn)料=補足營養(yǎng)(“污染物”)

出料=稀釋菌濃度、毒物濃度

（1）恒濁連續(xù)培養(yǎng)

恒濁——培養(yǎng)基濁度恒定（實質(zhì)是細(xì)菌數(shù)量恒定）新鮮培養(yǎng)基光電池光源流速控制閥出水發(fā)酵工業(yè)、細(xì)菌的生理生化研究反饋控制化——？新鮮培養(yǎng)基流速控制閥出水應(yīng)用：污水生物處理（細(xì)菌生理特性研究、細(xì)菌的快速篩選等）。

流速恒定進(jìn)料營養(yǎng)物總量(2)恒化連續(xù)培養(yǎng)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）往往只處于生長曲線中的某一階段……在連續(xù)培養(yǎng)中，微生物的生長規(guī)律與分批培養(yǎng)有何不同？

不同的污水在生物處理過程中，其活性污泥中的微生物不僅種群不同，且生長狀態(tài)也不同。可利用不同生長階段的微生物處理不同有機物濃度的廢水。

三、細(xì)菌的生長曲線在廢水微生物處理的應(yīng)用大多數(shù)活性污泥處理系統(tǒng)的運行范圍活細(xì)菌數(shù)目對數(shù)對數(shù)期穩(wěn)定期適應(yīng)期衰亡期活細(xì)菌重量mg/L活性污泥生長曲線①生長速率上升階段提問：為什么培養(yǎng)初期細(xì)菌群體重量增長速率隨時間不斷增大？A.營養(yǎng)物豐富，細(xì)菌增殖；B.細(xì)菌在細(xì)胞內(nèi)以糖原、油滴等形式儲存營養(yǎng)物，細(xì)菌個體重量增大

生長率

上升階段

mg/mL

0時間t活細(xì)胞重量②生長速率下降階段提問：為什么增長速率較前下降了？

生長率下

降階段

mg/mL

0時間t活細(xì)胞重量營養(yǎng)物濃度（好氧細(xì)菌還包括氧氣）下降;代謝產(chǎn)物積累對細(xì)菌的某些酶產(chǎn)生抑制

這些限制性因素還不是十分嚴(yán)重，細(xì)菌的代謝速度變慢，沒有停止③內(nèi)源呼吸及死亡階段

內(nèi)源呼吸+毒物濃度更高（個體）瘦→死（群體）死亡率大于出生率從曲線上反映為活細(xì)菌重量的進(jìn)一步持續(xù)下降。提問：此時細(xì)菌的出生率是否為零呢？為什么？不是，利用死亡細(xì)菌的殘體營養(yǎng)連續(xù)生物處理中的細(xì)菌狀態(tài)表細(xì)菌的生長階段應(yīng)用舉例特點停滯期無連續(xù)化穩(wěn)定操作中無此階段對數(shù)期高負(fù)荷活性污泥法(大部分區(qū)域)生長繁殖快，代謝活力強，能大量去除廢水中有機物。缺點：粘液層和莢膜尚未形成，運動很活躍，不易自行凝聚成菌膠團，沉淀性能差，致使出水有機物濃度相對較高靜止期生物膜法常規(guī)活性污泥法(大部分區(qū)域)仍有相當(dāng)?shù)拇x活力，細(xì)菌體內(nèi)累積了大量貯存物，如異染粒聚β-羥基丁酸等，體表的粘液層和莢膜強化了細(xì)菌的生物吸附能力，自我絮凝、聚合能力強，在二沉池中泥水分離效果好，出水水質(zhì)好。衰亡期低濃度污水延時曝氣法污泥的厭氧消化廢水有機營養(yǎng)物濃度過低，難以滿足其他階段細(xì)菌的生長需要進(jìn)水對數(shù)期靜止期衰亡期平推流式活性污泥法

占優(yōu)勢1.適應(yīng)期:a2.對數(shù)增長期:（a→b）

活性污泥增長曲線的四個階段3.減速增長期（b→c）4.內(nèi)源呼吸期（c→d）四、微生物生長量的測定方法(一）測定微生物總數(shù)包括細(xì)胞數(shù)測定和細(xì)胞生物量的測定。其優(yōu)點是測定過程快速，缺點是不能區(qū)分微生物的死活。電子計數(shù)器計數(shù)計數(shù)器直接計數(shù)染色涂片計數(shù)

比例計數(shù)法比濁計數(shù)法1.電子計數(shù)器細(xì)胞懸液通過小孔導(dǎo)致電阻變化….較大的微生物可用原生動物、藻類和非絲狀酵母菌2.計數(shù)器直接計數(shù)常用的微生物生長測定方法，用血球計數(shù)板在顯微鏡直接觀察計數(shù)。細(xì)菌、酵母菌、藻類和原生動物等。

計數(shù)器直接測定將菌液滴在血球計數(shù)板0.1ml

的計數(shù)格中，固定染色后，在顯微鏡下選擇數(shù)出若干個小格中的細(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。如125個小格中有90個細(xì)菌則(90÷125)÷0.0025=288個/ml菌液中細(xì)菌數(shù)目就為288個/ml。這種方法只能測定個體較大的細(xì)菌，細(xì)菌個體若太小，則由于每一小格中細(xì)菌層層疊加，相互遮擋，難以準(zhǔn)確計數(shù)。若適當(dāng)稀釋，效果較好。3.染色涂片計數(shù)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)，固定染色在顯微鏡下選擇若干個視野計算細(xì)胞的數(shù)量計算

涂片染色法

4．比例計數(shù)法將待測樣品溶液與等體積的血液混合，然后涂片，在顯微鏡下測定細(xì)菌與紅血球數(shù)的比例，因血液中的紅血球數(shù)已知(男性400~500萬個／ml，女性350~450萬個／ml)，由此可以測得細(xì)菌數(shù)量。

5．比濁計數(shù)法快速測定懸浮細(xì)胞其原理：細(xì)菌細(xì)胞不完全透光，光束通過懸浮液時會引起光的散射或吸收，降低透光度，透光度與溶液的混濁度即細(xì)胞濃度成正比。須將已知細(xì)胞濃度的樣品按上述測定程序制成標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后根據(jù)透光度或光密度值從標(biāo)準(zhǔn)曲線中直接查得細(xì)菌含量。

（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50（二）測定活細(xì)菌數(shù)通過測定樣品中活的細(xì)菌數(shù)量來間接地表示細(xì)菌的含量。優(yōu)點在于只計數(shù)樣品中的活細(xì)菌數(shù)目，缺點在于測定所需的時間較長，手續(xù)繁瑣。稀釋培養(yǎng)計數(shù)過濾計數(shù)菌落計數(shù)1.稀釋培養(yǎng)計數(shù)法（MPN法）根據(jù)統(tǒng)計學(xué)原理設(shè)計；mostprobablenumber適用于生長比較慢的細(xì)菌，如硝化細(xì)菌、鐵細(xì)菌、硫酸鹽還原菌等；步驟：先將待測菌液作10倍梯度稀釋，每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，即最可能數(shù)表(MPN)，算出細(xì)菌的最終含量。因此，這種方法又叫最可能數(shù)法或MPN法。MPN舉例：測定硫酸鹽還原菌的數(shù)量嚴(yán)格厭氧菌，生長中形成了硫化氫，硫化氫與鐵生成大量黑色的硫化亞鐵沉淀，在顯微鏡下這些沉淀很難與細(xì)菌區(qū)分；由于厭氧，不能在空氣狀態(tài)下生長，平板培養(yǎng)計數(shù)也無法使用。可以利用它們生長時產(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)。（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)取生長的管數(shù)最多的且稀釋度最高稀釋度的生長管中生長的管數(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)，如上例，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。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)量的可能的最大值，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。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9.5x1042.過濾計數(shù)法對于某些細(xì)菌含量較低的樣品，可采用此法；待測樣品通過微孔濾膜，藉助膜的作用將細(xì)菌濃縮，再將膜放于固體培養(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。3.菌落計數(shù)法應(yīng)用最廣泛；CFU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。注意：計數(shù)精確性與各稀釋液中微生物分散的均勻性有關(guān)，取樣前應(yīng)搖勻且對每一個稀釋液應(yīng)多做幾塊平板以減少誤差。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(三)計算生長量細(xì)菌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。1.測定細(xì)胞干重法先將細(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)一段時間的待測細(xì)菌樣品，用離心機收集生長后的細(xì)菌細(xì)胞，或用濾紙、濾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，稱取干燥后的重量，以此代表細(xì)菌生長量的多少。水處理工程設(shè)施中的細(xì)菌生長量通常采用（要求SS?。?；2.細(xì)胞含N量法大多數(shù)生物包括細(xì)菌，細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)氮含量比較穩(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)菌中的蛋白質(zhì)含量(10-15~10-11)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)含量凱氏氮（有機氮+氨氮）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。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第二節(jié)微生物的生存因子適宜環(huán)境：

微生物能正常地進(jìn)行生命活動不適宜環(huán)境：

微生物的正常生命活動受到抑制或被迫暫時改變原有的一些特征。惡劣環(huán)境：

微生物死亡或發(fā)生遺傳變異。決定特定環(huán)境是否適宜各類微生物生存的物理因素，即為生存因子。細(xì)菌能生活在每一處適合生命存在的地方-在人類生態(tài)復(fù)雜的內(nèi)臟，冰凍的南極冰川，以及極高靜水壓和極高溫度的海溝中。溫度高于71℃，地球上所有的生命體就剩下細(xì)菌了。嗜熱嗜酸菌在60℃，pH1~2的條件下仍能存活。在燃燒的煤炭表面和熱泉里都能找到它的蹤跡，但在37.7℃它就被“凍”死了。第二節(jié)微生物的生存因子決定特定環(huán)境是否適宜各類微生物生存的物理因素，即為生存因子。適宜環(huán)境：

微生物能正常地進(jìn)行生命活動不適宜環(huán)境：

微生物的正常生命活動受到抑制或被迫暫時改變原有的一些特征。惡劣環(huán)境：

微生物死亡或發(fā)生遺傳變異。微生物的生長要求有一定的溫度范圍：

最低、最適和最高生長溫度。

根據(jù)細(xì)菌最適生長溫度的不同，可把細(xì)菌分為：嗜冷菌嗜中溫菌嗜熱菌嗜超熱菌大多數(shù)菌為嗜中溫菌。在25~40℃范圍內(nèi)長得最好一、溫度溫度對微生物生長速率的影響廢水中的細(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)。嗜冷微生物最適生長溫度在5-15℃,主要分布在地球的兩極、冷泉、深海、冷凍場所及冷藏食品中。例：假單孢菌中的某些嗜冷菌在低溫下生長，常引起冷藏食品的腐敗。生存機理：—具備低溫活性酶；—主動運輸物質(zhì)的功能運轉(zhuǎn)良好；

—細(xì)胞質(zhì)膜含有大量的不飽和脂肪酸，在低溫下能保持半流動性，使之能有效地集中必需的營養(yǎng)物質(zhì)。嗜熱微生物最適生長溫度為50℃-60℃,主要分布在溫泉、堆肥和土壤中。少數(shù)在沸騰熱泉中的嗜熱菌能夠忍受110℃的高溫。內(nèi)華達(dá)州黑巖沙漠間歇泉，溫度接近沸點，嗜熱硫細(xì)菌仍可生長繁殖高溫菌和中溫菌在低溫環(huán)境中的代謝能力為什么減弱？溫度不僅是微生物生長的重要條件因素，同時也是抑制其生長的重要條件因素。在低溫條件下，微生物的代謝極微弱，基本處于休眠狀態(tài)，但不致死。嗜中溫微生物在低于10℃的溫度下不生長，因為蛋白質(zhì)合成的啟動受阻，不能合成蛋白質(zhì)。又由于許多酶對反饋抑制異常敏感，很易和反饋抑制劑緊密結(jié)合，從而影響微生物的生長。處于低溫下的微生物一旦獲得適宜溫度，即可恢復(fù)活性，以原來的生長速率生長繁殖。二、pHpH值的變化可能導(dǎo)致酶和其他蛋白質(zhì)變性，也會擾亂細(xì)胞膜上的離子泵。很多細(xì)菌總是產(chǎn)生足量的酸作為代謝副產(chǎn)物而最后限制了自身的生長。

大多數(shù)微生物的最適pH值通常接近中性（7），最適上下浮動1個pH值范圍生長；

根據(jù)對酸堿的忍耐程度，可分成：嗜酸菌中性菌嗜堿菌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，酵母菌生長適宜范圍中性偏酸；放線菌，細(xì)菌生長適宜中性或中性偏堿。

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。吃石頭的細(xì)菌，產(chǎn)酸腐蝕新墨西哥州的龍舌蘭洞穴美國西南Carlsbad山洞微生物在培養(yǎng)基中分解葡萄糖，乳產(chǎn)生有機酸會引起培養(yǎng)基的pH下降，培養(yǎng)基變酸。微生物在含有蛋白質(zhì)、蛋白胨及氨基酸等中性物質(zhì)培養(yǎng)基中生長，這些物質(zhì)可經(jīng)微生物分解，產(chǎn)生NH3和胺類等堿性物質(zhì)，使培養(yǎng)基pH上升。各種工業(yè)廢水通常設(shè)前調(diào)節(jié)池，維持曝氣池pH7左右。處理過程中也可投加緩沖物質(zhì)，如：碳酸氫鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉及氨事實上，凈化污(廢)水的微生物適應(yīng)pH變化的能力比較強，pH在6.5～8.5均可不加調(diào)節(jié)。三、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,反映該物質(zhì)氧化性強弱。氧化環(huán)境具有正電位，還原環(huán)境具有負(fù)電位。提問：影響水樣氧化還原電位的因素有哪些？

氧化性物質(zhì)（主要是氧氣濃度）與還原性物質(zhì)（有機物、H2S等）的含量。

Eh的改變方法

降低Eh

除氧及向培養(yǎng)基中添加還原性物質(zhì)：H2S、抗壞血酸、含巰基化合物（半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫蘇糖醇等）升高Eh

通空氣或氧及向培養(yǎng)基中添加氧化性物質(zhì)：Fe(OH)3等好氧活性污泥法控制在＋200～＋600mV是正常的提問：過低過高如何調(diào)節(jié)？改變曝氣力度

厭氧污泥或污水處理系統(tǒng)應(yīng)控制在-100～-200mV.過高，將不利于厭氧細(xì)菌的生長，應(yīng)改進(jìn)工藝降低水中溶解氧量。應(yīng)用

微生物可分為：轉(zhuǎn)性好氧微生物、兼性厭氧微生物和厭氧微生物。1．好氧微生物（專性好氧和微量好氧）

O2的作用有兩個，一是作為最終電子受體，二是參與甾醇類和不飽和脂肪酸的合成。微生物只能利用溶解于水中的O2，即溶解氧（DO）。DO與水溫、大氣壓等因素有關(guān)，溫度越高，氧的溶解度越小。在好氧生物處理中，DO是個十分重要的因子，要求提供充足的氧，一般曝氣池中的DO要求控制在3-4mg/L。四、溶解氧

專性好氧菌

好氧菌

微好氧菌

兼性厭氧菌

耐氧厭氧菌

厭氧菌

(專性)厭氧菌四、溶解氧1．好氧微生物（專性好氧和微量好氧）

O2的作用有兩個，一是作為最終電子受體，二是參與甾醇類和不飽和脂肪酸的合成。微生物只能利用溶解于水中的O2，即溶解氧（DO）。DO與水溫、大氣壓等因素有關(guān)，溫度越高，氧的溶解度越小。在好氧生物處理中，DO是個十分重要的因子，要求提供充足的氧，一般曝氣池中的DO要求控制在3-4mg/L。2．兼性微生物即能在有氧條件下生存，又能在無氧條件下生存。但兩者所表現(xiàn)的生理狀態(tài)是很不同的。如酵母菌。3．厭氧微生物（專性厭氧和耐氧)

只有在無氧條件下才能生存。對于專性厭氧微生物，要求絕對無氧的條件，氧的存在會使微生物死亡，如產(chǎn)甲烷菌;另一些厭氧微生物(也叫耐氧微生物），氧的存在與否對它沒有影響，既不利用氧，也不中毒。如乳酸菌。氧對專性厭氧微生物有什么不良影響？在氧氣存在時，專性厭氧微生物代謝產(chǎn)生的NADH2和O2反應(yīng)生成H2O2和NAD，而專性厭氧微生物沒有過氧化氫酶，它將被生成的過氧化氫殺死。O2還可以產(chǎn)生游離O,由于專性厭氧微生物沒有破壞O的超氧化物歧化酶而被O殺死。耐氧的厭氧微生物雖具有超氧化物歧化酶，能耐O2然而他們?nèi)狈ρ趸瘹涿?，仍會被氧化氫殺死。在培養(yǎng)不同類型的微生物時，要采用相應(yīng)的措施保證不同微生物的生長。培養(yǎng)好氧微生物：需震蕩或通氣，保證充足的氧氣。培養(yǎng)專性厭氧微生物：需排除環(huán)境中的氧氣，同時在培養(yǎng)基中添加還原劑，降低培養(yǎng)基中的氧化還原電位勢。培養(yǎng)兼性厭氧或耐氧微生物：可深層靜止培養(yǎng)。五．太陽輻射

正面生物學(xué)效應(yīng)：波長比1000nm短的紅外輻射（不產(chǎn)氧的光合細(xì)菌用作能源）；380~760nm的可見光（藍(lán)細(xì)菌和藻類光合作用）其他輻射均是有害的六．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。所有微生物的膜都是選擇性透過的。高滲溶液等滲溶液高滲溶液在西班牙加那利群島的蘭薩羅特島上的鹽湖和周圍的鹽田。這里的水中生長有嗜好高鹽度環(huán)境的鹽桿菌，而這些鹽桿菌需要通過體內(nèi)的粉紅色素來吸收光能維持生命。隨著鹽桿菌的不斷繁殖，湖水也就變成了粉紅色。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。提問：在高滲溶液中，細(xì)菌會發(fā)生什么現(xiàn)象？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？沖稀;嗜高滲透壓菌;細(xì)菌基因改造；3.低滲透壓溶液提問：細(xì)菌處于純水中會如何？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，在微生物實驗室中稀釋菌液，應(yīng)該用生理鹽水（0.85%）(除非稀釋后馬上就用的可以用無菌的蒸餾水。)你喜歡吃香辣食物嗎？可能你不會喜歡它們流行的原因。在罐裝和冷藏等現(xiàn)代食品保存法出現(xiàn)之前，控制食品中的微生物生長是個非常困難的問題。食品保藏一段時間后，不可避免會有變質(zhì)氣味，而香料就被用來掩蓋這種難聞的氣味。另外，一些香料也有防腐劑的功效。大蒜的抗菌功效早已被我們熟知。因此，我們應(yīng)該認(rèn)識到環(huán)境中存在著許多對微生物不利的環(huán)境因子。第三節(jié)其他不利環(huán)境因子對微生物的影響

包括：紫外輻射、極端溫度、超聲波、干燥、極端pH、重金屬、有機物、抗生素…本節(jié)內(nèi)容的重點：控制微生物的物理和化學(xué)方法。生物性危害標(biāo)志滅菌和消毒定義：

滅菌—殺死或除去材料中或物品上所有的微生物。消毒—減少物體表面或材料內(nèi)部病原微生物的數(shù)量，使其無法引起疾病。滅菌之后的無菌狀態(tài)意味著材料表面或內(nèi)部不存在活的生物體。稱為消毒劑的藥品一般針對非生命物品，而防腐劑針對活的組織。你愿意到生物四級“高級實驗室”里工作嗎？在那里你需要穿連體防護服，通過生命管線呼吸新鮮空氣，任何一個細(xì)小裂縫和穿孔都可能置你于死地。出艙時，需要經(jīng)過一系列帶有單向門把手的房間。首先連體防護服要經(jīng)過消毒劑噴淋清洗；脫去后進(jìn)入下一個房間用殺菌劑淋浴和擦洗。穿在太空服內(nèi)的衣服也要留在這里。然后在下一個房間拿回上街穿的衣服。如阿根廷出血熱與剛果出血熱、埃博拉病毒，馬爾堡病毒，拉薩熱，克里米亞-剛果出血熱，天花，以及其他各種出血性疾病。紫外線：200~390nm，以260nm左右的輻射殺菌力最強。機理：主要是通過破壞DNA和蛋白質(zhì)來殺死微生物。如DNA吸收紫外線，形成嘧啶二聚體，導(dǎo)致DNA復(fù)制異常。應(yīng)用：對微生物有致死作用，可用以殺菌，在消滅活病毒方面特別有效；但穿透力較差，只能用于：

空氣消毒：無菌室、無菌箱

物體表面的消毒：超凈臺誘變育種純凈水和污水的消毒:醫(yī)院污水（紫外輻射+微電解消毒器）

一、輻射離子輻射包括X射線和γ射線。X射線：0.1~0.01nmγ射線：0.01~0.001nm原理：損害DNA，并會產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)強氧化劑-過氧化物。殺死細(xì)胞或引起突變。應(yīng)用：塑料、醫(yī)療設(shè)備和藥品的滅菌。也可用于防止食品變質(zhì)。醫(yī)院里通常采用輻射對免疫缺陷病人的食物進(jìn)行消毒。二、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。二、極端溫度在解釋加熱能預(yù)防食物變質(zhì)的巴斯德理論出現(xiàn)前50年，歐洲人就采用加熱的方法處理罐裝食品。熱滅菌：如果被滅菌的物品不會受熱破壞，那么加熱滅菌是優(yōu)選的方法。將所有微生物的營養(yǎng)細(xì)胞核所有的芽孢和孢子全部殺死。原理：蛋白質(zhì)高溫變性，細(xì)胞質(zhì)膜溶解。二、極端溫度1.高溫滅菌法火焰滅菌（灼燒滅菌）：將工具在酒精火焰上滅菌；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。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高，其原因是:1.菌體蛋白質(zhì)吸收熱水分凝固比干熱凝固容易;2.濕熱比干熱傳導(dǎo)快，穿透力強，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。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)→100℃（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。煮沸消毒法將水加熱至100℃，煮沸15min-30min，可殺死所有營養(yǎng)細(xì)胞和部分芽孢，達(dá)到消毒物的目的。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℃20-30min

B:72℃15-16S經(jīng)消毒后殘留的只是部分嗜熱菌及耐熱性菌以及芽孢等，但這些細(xì)菌多數(shù)是乳酸菌，乳酸菌不但對人無害反而有益健康。三、超聲波頻率超過20000Hz；具有強烈的生物學(xué)作用，幾乎所有的細(xì)菌體都能被超聲波所破壞。機理：使細(xì)胞內(nèi)含物受強烈振蕩，膠體發(fā)生絮狀沉淀、凝膠液化或乳化，從而失去活性；產(chǎn)生空腔，引起巨大的壓力變化；溶于溶液中的氣體變成無數(shù)極小的氣泡迅速猛烈地沖擊細(xì)菌，使之破裂。應(yīng)用：（1）制細(xì)菌裂解液，研究化學(xué)組成、酶；（2）從組織中提取病毒；（3）治療疾病，引起致病微生物發(fā)生破壞性改變；（4）對汽車車廂內(nèi)的空氣消毒；（5）殺滅飲用水、食品、飲料中的細(xì)菌；（6）破碎高濃污水和活性污泥余泥中的細(xì)菌，增加生化降解性。三、超聲波四、干燥古埃及人把易腐食物曬干防治變質(zhì)；農(nóng)民將谷物種子放在干燥處，不然在潮濕節(jié)，谷物和面粉很容易發(fā)霉。原理：干燥能使菌體內(nèi)蛋白變性，引起代謝活動停止。應(yīng)用：成為保藏物品和食物的好方法。真空冷凍干燥保存菌種。如方便面、干果、肉干、葡萄干等。（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)；一旦提供潮氣則會很快復(fù)活。提問：環(huán)境中過于干燥細(xì)菌如何生存？用做藥劑的重金屬包括：汞、銀、銅、鉛及其化合物、硒。它們能有效抑制細(xì)菌生長。機理：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。應(yīng)用：硝酸銀曾廣泛用于預(yù)防新生兒的淋球菌感染；硫柳汞和紅藥水等有機汞化合物用于傷口的表面消毒；二硫化硒能殺死真菌及孢子，含硒制劑通常用來治療真菌性皮膚?。涣蛩徙~能有效控制藻類生長。五、重金屬清潔魚缸如果你有一個魚缸，也許你會為缸里的水像綠豆湯而發(fā)愁，這是因為里面生長了大量的藻類。在缸內(nèi)放一些銀幣就能解決這個問題。銀幣溶解到水中的銅足以抑制藻類生長。

硫酸銅對真菌和藻類的殺傷力比細(xì)菌強。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。提問：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。過高或過低的pH對微生物生長繁殖不利：（1）影響蛋白質(zhì)的解離，從而影響細(xì)胞表面的電荷，影響營養(yǎng)物質(zhì)的吸收；（2）影響營養(yǎng)物質(zhì)的離子化，影響其進(jìn)入細(xì)胞；（3）影響酶的活性；（4）降低抗熱性。六、極端pH對微生物的影響（一）醇與水混合，醇能使蛋白質(zhì)變性。還是脂溶劑，能溶解細(xì)胞膜。乙醇、異丙醇可做皮膚消毒劑。70%乙醇的殺菌力最強易揮發(fā)，無法使皮膚無菌，能殺死皮膚表面的微生物營養(yǎng)細(xì)胞，但無法殺死芽孢、抗性菌及毛孔深處的細(xì)菌。七、若干有機物對微生物的影響提問：為什么乙醇濃度過低或過純殺菌力差？提示：革蘭氏染色（95％乙醇脫色）——可使細(xì)胞表面迅速失水，表面蛋白質(zhì)沉淀變性形成一層致密薄膜，阻止乙醇分子進(jìn)入菌體內(nèi)，故殺菌差。甲醇

甲醇?xì)⒕Σ睿瑢θ擞卸?，不宜作殺菌劑。在廢水生物反硝化脫氮處理工藝中，缺碳源時常用甲醇作碳源。丙醇、丁醇及其他高級醇的殺菌力均比乙醇強，但由于不溶于水，不作殺菌劑。（二）甲醛能破壞蛋白質(zhì)和核酸的結(jié)構(gòu)，是有效的殺菌劑，對細(xì)菌、真菌及其孢子和病毒均有效。37%，福爾馬林，是動物組織和原生動物標(biāo)本的固定劑。會破壞核酸，所以會引發(fā)癌癥，不能用在有可能危害人體細(xì)胞的場合。1）酚能引起蛋白質(zhì)變性，并破壞細(xì)胞質(zhì)膜。苯酚又名石炭酸。1867年Lister將它作為消毒劑后，就成為一種標(biāo)準(zhǔn)的消毒劑。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，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。（三）表面活性劑2.新潔爾滅季銨鹽的一種，對許多非芽孢型致病菌、G+及G-菌有著較強的致死作用。3.合成洗滌劑陽離子型洗滌劑比陰離子型殺菌力強。非離子型的洗滌劑沒有殺菌力。目前使用的主要是陰離子型（烷基鈉鉀鹽）的LAS(直鏈烷基苯磺酸鈉)合成洗滌劑，它可被微生物降解。無水洗手劑效果如何？常常會找不到一個可以洗手的地方。近來多種洗手產(chǎn)品面市，據(jù)稱只要用一點點凝膠就能替代原來的肥皂和水。它們確實有效嗎？據(jù)實驗室的檢測結(jié)果，很多洗手產(chǎn)品只有很小甚至沒有任何作用。（四）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)。八、抗生素對微生物的影響

放線菌和霉菌所產(chǎn)生,能殺死其他微生物或抑制其生長的物質(zhì)抗生素有廣譜和狹譜之分提問：什么是廣譜、狹譜？廣—普遍氯霉素、金霉素、土霉素和四環(huán)素狹—不普遍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?？股氐淖饔脵C制抗生素對微生物的影響有以下幾方面：①抑制細(xì)胞壁形成青霉素抑制革蘭氏陽性菌肽聚糖的合成，進(jìn)而阻礙細(xì)胞壁合成；革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁的肽聚糖含量很低，因此只受到部分損傷②破壞微生物的細(xì)胞膜