第六章微生物的生長繁殖與生存因子

第六章微生物的生長繁殖與生存因子優(yōu)選第六章微生物的生長繁殖與生存因子外界因素引起的細菌數(shù)量的增加、停滯、衰減等變化。提問：如何研究呢？測菌數(shù)量變化與外因的關(guān)系細菌群體力量改變環(huán)境通常都是將細菌群體作為研究對象，考察細菌群體的生長規(guī)律——“生、老、病、死”。提問：細菌群的“生、老、病、死”表現(xiàn)為何呢？第一節(jié)微生物的生長繁殖主要內(nèi)容：

微生物的生長繁殖概念細菌的生長曲線微生物生長曲線在污（廢）水生物處理中的應(yīng)用

一個微生物細胞合適的外界條件，吸收營養(yǎng)物質(zhì)，進行代謝。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骷毎M分是按恰當?shù)谋壤鲩L時，則達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)各個個體的進一步生長群體的生長微生物細胞吸收營養(yǎng)物質(zhì)，進行新陳代謝，當同化作用>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)量增加的生物學過程。繁殖

群體生長的實質(zhì)是包含著個體細胞生長與繁殖交替進行的過程:

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。單細胞微生物的世代時間：兩次細胞分裂之間的時間。多細胞生物的世代時間：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。

“生、老、病、死”（根據(jù)投食方式）分分批培養(yǎng)、連續(xù)式培養(yǎng)兩種情況1.分批培養(yǎng)只有開始時的一次性投料和接種細菌（其余時間細菌根據(jù)環(huán)境變化自行生滅）（“坐吃山空型”）應(yīng)用：生理特性研究、生物發(fā)酵和生物治污二、研究微生物生長的方法靜止期細胞基本耗盡了各種輔酶或其他細胞成分一、微生物生長繁殖的概念通空氣或氧及向培養(yǎng)基中添加氧化性物質(zhì)：Fe(OH)3等G=(t2-t1)/n靜止期細胞基本耗盡了各種輔酶或其他細胞成分微生物的生長繁殖概念1．好氧微生物（專性好氧和微量好氧）外界pH對微生物生長的影響群體生長的實質(zhì)是包含著個體細胞生長與繁殖交替進行的過程:群體生長=個體生長+個體繁殖提問：我們可以通過哪些手段縮短停滯期呢？一般細菌在紫外線下照射5min即能被殺死，芽孢則需10min。低溫、保護劑、干燥、無營養(yǎng)第一節(jié)微生物的生長繁殖好氧、耐氧微生物的超氧化物歧化酶將超氧陰離子轉(zhuǎn)化為毒性稍低的過氧化氫，過氧化氫酶再將過氧化氫轉(zhuǎn)化為無毒的水。生長曲線的制作：接種 適溫培養(yǎng)定時取樣測定生長量將少量細菌的純培養(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，測菌細胞數(shù)目。以培養(yǎng)時間為橫坐標，以細菌增長數(shù)目的對數(shù)為縱坐標，繪制所得的一條反映細菌在整個培養(yǎng)期間菌數(shù)變化規(guī)律的曲線。

細菌純培養(yǎng)生長曲線圖

生

長

速

率

靜止期

衰亡期

細菌數(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＊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；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。通空氣或氧及向培養(yǎng)基中添加氧化性物質(zhì)：Fe(OH)3等生物處理的主體是細菌，它要求pH略為偏堿。原生質(zhì)的總量（重量、體積、大?。┚筒粩嘣黾游⑸锏恼Ｉ顒邮艿揭种苹虮黄葧簳r改變原有的一些特征。細菌表面帶有電荷，如“—”（3）生長速率常數(shù)(R)好氧、耐氧微生物的超氧化物歧化酶將超氧陰離子轉(zhuǎn)化為毒性稍低的過氧化氫，過氧化氫酶再將過氧化氫轉(zhuǎn)化為無毒的水。微生物死亡或發(fā)生遺傳變異。最適生長溫度為45℃-55℃,主要分布在溫泉、堆肥和土壤中。測菌數(shù)量變化與外因的關(guān)系0t（1）停滯期特點：代謝活躍，個體體積、重量增高。不立即進行細胞分裂、增殖，數(shù)量不變甚至減少

細

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）？崗前培訓(xùn)－“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?！镉绊懲陂L短的因素：提問：根據(jù)上述原因選擇接種何種狀態(tài)的細菌停滯期會較長？對數(shù)期的細菌、靜止期或衰亡期、受損細胞、富集培養(yǎng)基的細菌后三種靜止期細胞基本耗盡了各種輔酶或其他細胞成分受損細胞養(yǎng)傷修復(fù)富集培養(yǎng)基細菌需要合成“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，接種的細菌不習慣于新環(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？停滯期的出現(xiàn)會增加操作時間，降低工作效率！（2）對數(shù)期

細

菌

數(shù)

目

的

對

對

數(shù)

數(shù)

期

值

0時間t如大腸桿菌在20℃時其代時是35℃條件下的2倍；傷寒桿菌在含0.125％的蛋白胨培養(yǎng)基中的代時為800min，而在含1.0％時僅為40min。特點：繁殖速度最快，代謝最旺盛，代時最短應(yīng)用：接種用的好種子；代謝、生理研究的好材料提問：細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)？（青年）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)

（3）靜止期（中年）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)物中的細胞數(shù)目達到最高值＊細胞分裂速度下降，開始積累內(nèi)含物，產(chǎn)芽孢的細菌開始產(chǎn)芽孢

細

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;（4）衰亡期（老年）特點：＊生長速率負增長，群體中的活菌數(shù)目急劇下降，死亡率＞出生率；＊細胞形態(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；＊芽孢細菌芽孢大量釋放。

細

菌

延

數(shù)

緩

目

期

的

對

穩(wěn)定期

對

數(shù)

衰亡期

數(shù)

期

值

0t時間產(chǎn)生原因：生長條件的進一步惡化，使細胞內(nèi)的分解代謝大大超過合成代謝，繼而導(dǎo)致菌體的死亡。？提問：如何給細菌延年益壽呢？補營養(yǎng)、環(huán)保（去除環(huán)境毒物）如果把地球看作是封閉的間歇式培養(yǎng)基，人類看作是細菌，人口若不加控制，必將經(jīng)歷由于資源枯竭，污染物遍地而引發(fā)的大滅絕。自救——節(jié)約、節(jié)育防止“營養(yǎng)物消耗過快”，環(huán)保防止“有害代謝物毒性抑制”。人類群體有類似規(guī)律嗎？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)進料，另一方面又連續(xù)出料。原理：進料=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)是細菌數(shù)量恒定）新鮮培養(yǎng)基光電池光源流速控制閥出水很少應(yīng)用反饋控制化——？新鮮培養(yǎng)基流速控制閥出水應(yīng)用：環(huán)境工程、生物工程、實驗室研究（細菌生理特性研究、細菌的快速篩選等）。流速恒定進料營養(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）即能在有氧條件下生存，又能在無氧條件下生存。④細胞生長速率快，能迅速合成生物大分子，以彌補由于高溫造成的破壞。X2=X1·2n兩邊取對數(shù)：應(yīng)用：接種用的好種子；外界pH對微生物生長的影響最適生長溫度在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。（3）靜止期（中年）不同種的微生物，其生長繁殖速度不同。原生質(zhì)的總量（重量、體積、大?。┚筒粩嘣黾英奂毎ぶ酗柡椭舅岷扛撸^高溫度下能維持正常的液晶狀態(tài)。特點：繁殖速度最快，代謝最旺盛，代時最短★營養(yǎng)物的比例失調(diào)，如碳氮比不合適;恒濁——培養(yǎng)基濁度恒定（實質(zhì)是細菌數(shù)量恒定）外界因素引起的細菌數(shù)量的增加、停滯、衰減等變化。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。一、溫度

微生物的生長要求有一定的溫度范圍：最低生長溫度、最適生長溫度、最高生長溫度。根據(jù)細菌最適生長溫度的不同，可把細菌分為：嗜冷菌、嗜中溫菌、嗜熱菌和嗜超熱菌。大多數(shù)菌為嗜中溫菌。溫度對微生物生長速率的影響廢水中的細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)。低溫、中溫和高溫細菌的生長溫度范圍細菌最低溫度℃最適溫度℃最高溫度℃嗜冷菌—5～0

5～1020～30嗜中溫菌

5～1025～4045～50嗜熱菌

3050～6070～80嗜超熱菌55以上70～105110～113低溫型微生物（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。在低溫下生長的機理：—具備低溫活性酶

—細胞質(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)。方法主要措施適宜菌種保藏期評價冰箱保藏法（斜面）低溫各大類約1-6月簡便冰箱保藏法（半固體）低溫、避氧細菌、酵母菌約6-12月簡便石蠟油封保藏法低溫、阻氧各大類約1-2年簡便甘油懸浮液保藏法低溫、保護劑、干燥、無營養(yǎng)細菌、酵母菌約10年較簡便砂土保藏法干燥、無營養(yǎng)產(chǎn)孢子的微生物約1-10年簡便有效冷凍干燥保藏法干燥、低溫、無氧、有保護劑各大類>5-15年繁而高效液氮保藏法超低溫、有保護劑各大類>15年繁而高效現(xiàn)有的微生物保藏法高溫型微生物：最適生長溫度為45℃-55℃,主要分布在溫泉、堆肥和土壤中。在高溫下能生長的原因：①酶蛋以及核糖體有較強的抗熱性②核酸具有較高的熱穩(wěn)定性（核酸中G+C含量高（tRNA），可提供形成氫鍵，增加熱穩(wěn)定性）。③細胞膜中飽和脂肪酸含量高，較高溫度下能維持正常的液晶狀態(tài)。④細胞生長速率快，能迅速合成生物大分子，以彌補由于高溫造成的破壞。二、pH常見的四大類微生物中，對pH的最適（范圍）細菌：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）。

微生物對pH的要求存在最高、最低和最適三個點。

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。主要影響一些極性營養(yǎng)物如脂肪酸、氨基酸以乙酸的吸收為例，細菌表面帶有電荷，如“—”1.影響細胞膜蛋白及胞外水解酶的活性從而影響營養(yǎng)物的正常吸收與轉(zhuǎn)運2.影響營養(yǎng)物的解離與吸收外界pH對微生物生長的影響三、氧化還原電位（簡稱ORP或Eh)——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。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

不同細菌適宜的氧化還原電位(mv)好氧細菌兼性厭氧細菌厭氧細菌＋300～＋400＋100好氧呼吸-100無氧呼吸—200～—2503、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等四、溶解氧

微生物可分為：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。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。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)厭氧菌氧毒害厭氧菌的機制：超氧陰離子是活性氧的形式之一，帶奇數(shù)電子，負電荷。它即有分子性質(zhì)，