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1、第五章 微生物的生长繁殖及其控制1第1页，共75页，编辑于2022年，星期三5.1 微生物的生长繁殖微生物的生长繁殖5.1.1 微生物生长繁殖的概念微生物生长繁殖的概念生长生长 微生物细胞吸收营养物质，进行新陈代谢，当同化作用微生物细胞吸收营养物质，进行新陈代谢，当同化作用异化异化作用时，作用时，生命个体的重量和体积不断增大生命个体的重量和体积不断增大的过程。的过程。繁殖繁殖生命个体生长到一定阶段，通过特定方式产生新的生生命个体生长到一定阶段，通过特定方式产生新的生命个体，即引起命个体，即引起生命个体数量增加生命个体数量增加的生物学过程。的生物学过程。发育发育从生长到繁殖，是生物的构造和机能从
2、简单到复杂、从量变到从生长到繁殖，是生物的构造和机能从简单到复杂、从量变到质变的发展变化过程，这一过程称为发育。质变的发展变化过程，这一过程称为发育。个体生长个体生长微生物细胞个体吸收营养物质，进行新陈代谢，原微生物细胞个体吸收营养物质，进行新陈代谢，原生质与细胞组分的增加为个体生长。生质与细胞组分的增加为个体生长。群体生长群体生长群体中个体数目的增加。可以用重量、体积、密度或群体中个体数目的增加。可以用重量、体积、密度或浓度来衡量。浓度来衡量。第2页，共75页，编辑于2022年，星期三1.单细胞微生物的生长繁殖单细胞微生物的生长繁殖生长：生长：同化作用大于异化作用，细胞不断增长。同化作用大于
3、异化作用，细胞不断增长。繁殖：繁殖：单细胞个体生长到一定程度时，一个亲代细胞分裂为两个单细胞个体生长到一定程度时，一个亲代细胞分裂为两个大小、性状与亲代细胞相似的子代细胞，使得个体数目增加。大小、性状与亲代细胞相似的子代细胞，使得个体数目增加。世代时间：细菌的两次细胞分裂之间的时间。世代时间：细菌的两次细胞分裂之间的时间。2.多细胞微生物的生长繁殖多细胞微生物的生长繁殖生长：生长：细胞数目增加，个体数目不增加。细胞数目增加，个体数目不增加。繁殖：繁殖：细胞数目增加，个体数目也增加。细胞数目增加，个体数目也增加。第3页，共75页，编辑于2022年，星期三5.1.2 研究微生物生长的方法研究微生物
4、生长的方法(一一)分批培养分批培养(batch culture)1.概念：概念：分批培养是将一定量的微生物接种在一个分批培养是将一定量的微生物接种在一个封闭封闭的、盛的、盛有一定量液体培养基的容器内，保持一定的温度、有一定量液体培养基的容器内，保持一定的温度、pH和和DO，微生物在其中生长繁殖。微生物在其中生长繁殖。培养基一次性加入，不更换培养基一次性加入，不更换。2.细菌生长曲线细菌生长曲线 以以培养时间为横坐标培养时间为横坐标，以计数获得的，以计数获得的细菌数目的对数为纵坐细菌数目的对数为纵坐标标，可得到一条定量描述液体培养基中微生物生长规律的实验曲，可得到一条定量描述液体培养基中微生物生
5、长规律的实验曲线，该曲线则称为生长曲线。（线，该曲线则称为生长曲线。（growth curve)。第4页，共75页，编辑于2022年，星期三生长曲线的制作生长曲线的制作将少量单细胞的纯培养，接种到一恒定容积的新鲜液体将少量单细胞的纯培养，接种到一恒定容积的新鲜液体培养基中，在适宜条件下培养，每隔一定时间取样，培养基中，在适宜条件下培养，每隔一定时间取样，测细菌细胞数目。以培养时间为横坐标，以细菌增长数目测细菌细胞数目。以培养时间为横坐标，以细菌增长数目的对数为纵坐标，绘制所得的曲线。的对数为纵坐标，绘制所得的曲线。第5页，共75页，编辑于2022年，星期三第6页，共75页，编辑于2022年，星
6、期三其它名称：迟滞期、调整期、适应期其它名称：迟滞期、调整期、适应期1.现象：活菌数几乎没增加，曲线平行于横轴。现象：活菌数几乎没增加，曲线平行于横轴。2.特点：特点：初始阶段：细菌要适应新的环境，细菌总数有所减少初始阶段：细菌要适应新的环境，细菌总数有所减少末期：生长繁殖速度加快，细菌总数有所增加末期：生长繁殖速度加快，细菌总数有所增加细胞内细胞内RNA特别是特别是rRNA含量增高，原生质嗜碱性增强含量增高，原生质嗜碱性增强合成代谢活跃合成代谢活跃(核糖体、酶类、核糖体、酶类、ATP合成加快合成加快),开始细胞分裂开始细胞分裂对外界不良条件敏感对外界不良条件敏感,(如氯化钠浓度、温度、抗生素
7、等化学药物如氯化钠浓度、温度、抗生素等化学药物)3.原因：适应新的环境条件，合成新的酶，积累必要的中间产物原因：适应新的环境条件，合成新的酶，积累必要的中间产物.停滞期（停滞期（lag phase）第7页，共75页，编辑于2022年，星期三接种群体菌龄：接种群体菌龄：用对数生长期的菌种接种时，其停滞期较短，甚至检用对数生长期的菌种接种时，其停滞期较短，甚至检查不到停滞期查不到停滞期接种量：接种量：一般来说，一般来说，接种量增大可缩短甚至消除停滞期接种量增大可缩短甚至消除停滞期培养基成分：培养基成分：在营养成分丰富的天然培养基上生长的延滞期比在在营养成分丰富的天然培养基上生长的延滞期比在合成培养
8、基上生长时短；合成培养基上生长时短；接种后培养基成分有较大变化时，会使延接种后培养基成分有较大变化时，会使延滞期加长，所以发酵工业上尽量使发酵培养基的成分与种子培养基接滞期加长，所以发酵工业上尽量使发酵培养基的成分与种子培养基接近近。世代时间：世代时间：世代时间短，即繁殖速度较快的菌种的停滞期一般较短世代时间短，即繁殖速度较快的菌种的停滞期一般较短影响停滞期长短的因素影响停滞期长短的因素第8页，共75页，编辑于2022年，星期三 应用应用在发酵工业上需设法尽量缩短延迟期；在发酵工业上需设法尽量缩短延迟期；采取的缩短采取的缩短lag phase lag phase 的措施有：的措施有：增加接种量
9、；增加接种量；（群体优势（群体优势-适应性增强）适应性增强）采用对数生长期的健壮菌种；采用对数生长期的健壮菌种；调整培养基的成分，在种子培养基中加入发酵培养基的某些调整培养基的成分，在种子培养基中加入发酵培养基的某些成分。成分。选用繁殖快的菌种选用繁殖快的菌种在食品工业上，尽量在此期进行消毒或灭菌在食品工业上，尽量在此期进行消毒或灭菌第9页，共75页，编辑于2022年，星期三.对数期（对数期（log phase）其他名称：指数期其他名称：指数期 现象：现象：细胞数目以几何级数增加，其对数与时间呈直线关系。细胞数目以几何级数增加，其对数与时间呈直线关系。特点：特点：生长速率常数最大生长速率常数最
10、大,世代时间最短世代时间最短,细胞数目以几何级数增加细胞数目以几何级数增加菌体大小形态、生理特征等比较一致菌体大小形态、生理特征等比较一致代谢最旺盛代谢最旺盛对不良环境因素的抵抗力强对不良环境因素的抵抗力强影响因素：影响因素：菌种、营养成分、营养物浓度菌种、营养成分、营养物浓度培养温度、培养温度、DO、抑制剂抑制剂世代时间世代时间G=(t2-t1)/3.3(lg X2-lg X1)第10页，共75页，编辑于2022年，星期三应用意义：应用意义：由于此时期的菌种比较健壮，生产上用作接种的最佳菌龄；由于此时期的菌种比较健壮，生产上用作接种的最佳菌龄；发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度发酵
11、工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度食品工业上尽量使有害微生物不能进入此期食品工业上尽量使有害微生物不能进入此期是生理代谢及遗传研究或进行染色、形态观察等的良好是生理代谢及遗传研究或进行染色、形态观察等的良好材料。材料。第11页，共75页，编辑于2022年，星期三.静止期（静止期（stationary phase）又称：稳定期、恒定期或最高生长期又称：稳定期、恒定期或最高生长期特点：特点：新增殖的细胞数与老细胞的死亡数几乎相等，微生物的生长速率处新增殖的细胞数与老细胞的死亡数几乎相等，微生物的生长速率处于动态平衡，于动态平衡，培养基中的细胞数目达到最高值培养基中的细胞数目达到最高值。细胞分
12、裂速度下降，开始积累内含物，芽孢杆菌开始产芽孢。细胞分裂速度下降，开始积累内含物，芽孢杆菌开始产芽孢。对于发酵生产来说，一般在稳定期的后期产物积累达到高峰，是最对于发酵生产来说，一般在稳定期的后期产物积累达到高峰，是最佳的收获时期。佳的收获时期。原因：原因：对数期消耗了营养物质，使其浓度降低；对数期消耗了营养物质，使其浓度降低；有害代谢废物的大量积累有害代谢废物的大量积累(酸、醇、毒素等酸、醇、毒素等)；营养物的比例失调，如碳氮比不合适；营养物的比例失调，如碳氮比不合适；理化条件理化条件(pH、DO、氧化还原势等氧化还原势等)有所改变有所改变。第12页，共75页，编辑于2022年，星期三.衰亡
13、期（衰亡期（decline phase）特点：特点：细菌利用贮存物进行内源呼吸细菌利用贮存物进行内源呼吸(自身溶解自身溶解)。细胞死亡数增加，死亡数大大超过新增殖的细胞数，群体中的细胞死亡数增加，死亡数大大超过新增殖的细胞数，群体中的活菌数目急剧下降，出现活菌数目急剧下降，出现“负生长负生长”。细胞内颗粒更明显，细胞出现多形态、畸形或衰退形细胞内颗粒更明显，细胞出现多形态、畸形或衰退形。衰亡期比其他各时期时间长，它的长短也与菌种和环境条件衰亡期比其他各时期时间长，它的长短也与菌种和环境条件有关。有关。产生原因：产生原因：生长条件的进一步恶化，使细胞内的分解代谢大大超过合生长条件的进一步恶化，使
14、细胞内的分解代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体的死亡成代谢，继而导致菌体的死亡第13页，共75页，编辑于2022年，星期三分批培养的应用：分批培养的应用：序批式间歇曝气器（序批式间歇曝气器（SBR）第14页，共75页，编辑于2022年，星期三(二二)连续培养连续培养(continous culture)1.概念：概念：在细菌进入对数生长期时，以一定的速率在细菌进入对数生长期时，以一定的速率不断地补充不断地补充新鲜营养物质新鲜营养物质，同时以同样的速率排除培养物，同时以同样的速率排除培养物(含菌体及代含菌体及代谢产物谢产物)，让培养的微生物长时间地处于对数生长期，以利，让培养的微生物长时间地处于
15、对数生长期，以利于微生物的增殖速率和代谢活性处于某种稳定状态。于微生物的增殖速率和代谢活性处于某种稳定状态。单批培养单批培养 恒浊法恒浊法恒化法恒化法 分批培养分批培养连续培养连续培养时间时间连续流入连续流入新鲜培养液新鲜培养液lg细胞数（个细胞数（个/ml）连续培养连续培养 第15页，共75页，编辑于2022年，星期三2.连续培养方法的分类连续培养方法的分类(1)恒浊连续培养恒浊连续培养 是是通过连续培养装置中的通过连续培养装置中的光电系统控制培养液中光电系统控制培养液中菌体浓度恒定菌体浓度恒定，使细菌生，使细菌生长连续进行的一种培养方长连续进行的一种培养方式。式。应用：应用：发酵工艺采用该
16、法发酵工艺采用该法以获得大量菌体和有经以获得大量菌体和有经济价值的代谢产物。济价值的代谢产物。第16页，共75页，编辑于2022年，星期三(2)恒化连续培养恒化连续培养 以恒定流速进水，以恒定流速进水，以相同流速流出代以相同流速流出代谢产物，以维持进谢产物，以维持进水中的水中的营养成分恒定营养成分恒定，使细菌处于最高生长使细菌处于最高生长速率状态的培养方法。速率状态的培养方法。应用：污水生物处理应用：污水生物处理(除除SBR法法)。第17页，共75页，编辑于2022年，星期三3.连续培养运行参数连续培养运行参数 稀释率稀释率DD流动速率流动速率/容积容积过低：新鲜营养补充不及时，导致大量细菌饥
17、饿而死亡；过低：新鲜营养补充不及时，导致大量细菌饥饿而死亡；过高：生长速率低于排出速率过高：生长速率低于排出速率第18页，共75页，编辑于2022年，星期三5.1.3 生长曲线在污水生物处理中的应用生长曲线在污水生物处理中的应用1.活性污泥的生长曲线活性污泥的生长曲线 迟缓期迟缓期 对数生长期对数生长期 减速生长期减速生长期 内源呼吸期内源呼吸期第19页，共75页，编辑于2022年，星期三2.活性污泥生长曲线对废水生物处理的指导意义活性污泥生长曲线对废水生物处理的指导意义 常规活性污泥法生物吸附法高负荷活性污泥法延时曝气法污泥消化生长下降阶段(减速期和稳定期)生长下降阶段(静止期)对数期和减速
18、期内源呼吸阶段(衰亡期)内源呼吸阶段第20页，共75页，编辑于2022年，星期三 常规活性污泥不利用对数生长期的微生物而利用静止常规活性污泥不利用对数生长期的微生物而利用静止期的微生物的原因期的微生物的原因：处于对数期的微生物代谢活力强，能去除大量有机物，但对处于对数期的微生物代谢活力强，能去除大量有机物，但对进水有机物浓度需求高，使出水不易达到排放标准；进水有机物浓度需求高，使出水不易达到排放标准；处于对数期的微生物生长繁殖旺盛，沉淀性能差，致使出水水处于对数期的微生物生长繁殖旺盛，沉淀性能差，致使出水水质差；质差；处于静止期的微生物活力相对较差，但仍有相当的活力，去处于静止期的微生物活力相
19、对较差，但仍有相当的活力，去除有机物的效果仍较好；除有机物的效果仍较好；处于静止期的微生物体内积累了大量贮存物，强化了微生物处于静止期的微生物体内积累了大量贮存物，强化了微生物的生物吸附能力，自我絮凝、凝合能力强，在二沉池中泥水的生物吸附能力，自我絮凝、凝合能力强，在二沉池中泥水分离效果好，出水水质好。分离效果好，出水水质好。第21页，共75页，编辑于2022年，星期三5.1.4 微生物生长量的测定方法微生物生长量的测定方法一、一、细胞数目的测定细胞数目的测定二、二、微生物生物量的测定微生物生物量的测定第22页，共75页，编辑于2022年，星期三一、一、细胞数目的测定细胞数目的测定 1.测定微
20、生物的总数测定微生物的总数(直接计数法直接计数法)计数器直接计数计数器直接计数 染色涂片计数染色涂片计数 比例计数法比例计数法 比浊法比浊法 2.测定活菌数测定活菌数(间接计数法间接计数法)第23页，共75页，编辑于2022年，星期三1.测定微生物的总数测定微生物的总数(直接计数法直接计数法)计数器计数器(血球计数板）血球计数板）血球计数板）血球计数板）测定法测定法0.052mm225适用范围：适用范围：测定个体较大的细菌或原生动物测定细胞个体形态较小的则采用细菌计数板细菌计数板细菌计数板细菌计数板。第24页，共75页，编辑于2022年，星期三 1.测定微生物的总数测定微生物的总数(直接计数法
21、直接计数法)涂片染色法涂片染色法1 1视野菌液视野菌液(ml)ml)(0.01(0.01mlml 1 1cmcm2 2)视野面积视野面积视野面积视野面积(cmcm2 2)第25页，共75页，编辑于2022年，星期三1.测定微生物的总数测定微生物的总数(直接计数法直接计数法)比例计数法比例计数法l比例比例样品菌液与等体积的血液混合，样品菌液与等体积的血液混合，观测二者比例观测二者比例提问：提问：提问：提问：如果如果如果如果平均每个视野中平均每个视野中细菌数量细菌数量/红血球的数红血球的数量量比例为比例为5.55.5：1 1，则细菌数量，则细菌数量=？5.54005.5400万个万个/m lm l
22、=2.210=2.2107 7个个/mLmL样品样品l红红血血球球数数已已知知(男男性性400500400500万万万万个个个个mlml，女女性性350450350450万万万万个个个个mlml)，平平均均400400万个万个/mlml细细细细菌菌菌菌红红红红血血血血球球球球第26页，共75页，编辑于2022年，星期三 1.测定微生物的总数测定微生物的总数(直接计数法直接计数法)比浊计数法比浊计数法l浊浊细菌悬浮液的浊度细菌悬浮液的浊度l l细细细细菌菌菌菌不不不不完完完完全全全全透透透透光光光光，一一一一定定定定范范范范围围围围内内内内细细细细菌菌菌菌溶溶溶溶液液液液的的的的混混混混浊浊浊浊
23、度度度度与与与与细细细细菌数量成菌数量成菌数量成菌数量成正比正比l l常用仪器：常用仪器：常用仪器：常用仪器：浊度计、分光光度计浊度计、分光光度计第27页，共75页，编辑于2022年，星期三一、一、细胞数目的测定细胞数目的测定 2.测定活菌数测定活菌数(间接计数法间接计数法)载玻片薄琼脂层培养计数载玻片薄琼脂层培养计数 平板菌落计数平板菌落计数 液体稀释培养计数液体稀释培养计数 薄膜过滤计数薄膜过滤计数第28页，共75页，编辑于2022年，星期三无菌水无菌水2.活菌计数法活菌计数法(间接计数法间接计数法)平板菌落计数法平板菌落计数法第一步：菌样巧妙稀释第一步：菌样巧妙稀释第一步：菌样巧妙稀释第
24、一步：菌样巧妙稀释得到不同稀得到不同稀释度释度 （10-x）菌液）菌液菌样被菌样被菌样被菌样被无菌水无菌水无菌水无菌水不同稀不同稀不同稀不同稀释倍率释倍率释倍率释倍率后后后后平板平板平板平板培养图培养图培养图培养图第29页，共75页，编辑于2022年，星期三 10-2 10-3 10-4 10-5 各各各各取取取取1 1mlml，均均均均匀匀匀匀涂涂涂涂布布布布于于于于冷冷冷冷固固固固体体体体培培培培养养养养基基基基平平平平板板板板上上上上或或或或与与与与温温温温热热热热液液液液态态态态固固固固体体体体培培培培养养养养基基基基混混混混合合合合冷却。冷却。冷却。冷却。第三步：培养第三步：培养第三
25、步：培养第三步：培养稀稀稀稀释释释释度度度度过过过过低低低低，菌菌菌菌落落落落密密密密集集集集无无无无法法法法计数计数计数计数可可可可以以以以计计计计数数数数，但但但但数数数数量量量量过过过过多多多多，费费费费时时时时费力费力费力费力数量合数量合数量合数量合适，统适，统适，统适，统计计算，计计算，计计算，计计算，作为结作为结作为结作为结果果果果数数数数量量量量太太太太少少少少，误误误误差差差差因因因因素素素素太太太太大大大大，不不不不做做做做计计计计数数数数第二步：接种平板第二步：接种平板每一个细菌会生成一个菌每一个细菌会生成一个菌每一个细菌会生成一个菌每一个细菌会生成一个菌落落落落第30页，
26、共75页，编辑于2022年，星期三l一一般般计计数数平平板板的的细细菌菌生生长长菌菌落落数数以以30300个个为为宜。宜。l l第四步第四步：计数计数l细菌数量细菌数量=？l细菌数量细菌数量=数出的菌落数数出的菌落数/稀释度稀释度l例如：例如：10-5稀释度时菌落数为稀释度时菌落数为125个个l细菌数量细菌数量=125/10-5=1.25107个个/mLl 平板计数法是采用最广的一种活菌计数法平板计数法是采用最广的一种活菌计数法平均第31页，共75页，编辑于2022年，星期三二、二、微生物生物量的测定微生物生物量的测定 测细胞干重法测细胞干重法 含含N量测定法量测定法 DNA测定法测定法 生理
27、指标法生理指标法第32页，共75页，编辑于2022年，星期三5.2 微生物的生长因子微生物的生长因子5.2.1 温度温度1.温度对微生物的影响具体表现在：温度对微生物的影响具体表现在：l影响酶活性。温度变化影响酶促反应速率，最终影响细胞合成。影响酶活性。温度变化影响酶促反应速率，最终影响细胞合成。l影响细胞膜的流动性。温度高，流动性大，有利于物质的运输；影响细胞膜的流动性。温度高，流动性大，有利于物质的运输；温度低，流动性降低，不利于物质运输，因此，温度变化影响温度低，流动性降低，不利于物质运输，因此，温度变化影响营养物质的吸收与代谢产物的分泌。营养物质的吸收与代谢产物的分泌。l影响物质的溶解
28、度。对生长有影响。影响物质的溶解度。对生长有影响。第33页，共75页，编辑于2022年，星期三2.微生物按温度需求分类微生物按温度需求分类3.各类微生物生长的适宜温度各类微生物生长的适宜温度微生物最低温度 最适温度 最高温度 嗜冷菌505102030嗜中温菌51025404550嗜热菌3050607080嗜超热菌55以上70105110113微生物原生动物放线菌霉菌藻类废水生物处理中的微生物适宜温度 162523372337283030左右第34页，共75页，编辑于2022年，星期三4.嗜冷微生物在低温下生长的机理嗜冷微生物在低温下生长的机理 它们体内的酶能在低温下有效地催化，在高温下它们体内
29、的酶能在低温下有效地催化，在高温下酶活性丧失酶活性丧失 主动运输物质的功能良好，能有效地集中必需营养物主动运输物质的功能良好，能有效地集中必需营养物 细胞膜中的细胞膜中的不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸含量高，低温下也能保持半含量高，低温下也能保持半流动状态，可以进行物质的传递流动状态，可以进行物质的传递第35页，共75页，编辑于2022年，星期三5.低温对微生物的影响低温对微生物的影响 当环境温度低于微生物的最适生长温度时，微生物的代当环境温度低于微生物的最适生长温度时，微生物的代谢极其微弱，基本处于休眠状态，当微生物的原生质结构谢极其微弱，基本处于休眠状态，当微生物的原生质结构并未破坏时，不会很快
30、造成死亡并能在较长时间内保持活并未破坏时，不会很快造成死亡并能在较长时间内保持活力，当温度提高时，可以恢复正常的生命活动。力，当温度提高时，可以恢复正常的生命活动。l应用：应用：低温保藏菌种低温保藏菌种 当温度过低，造成微生物细胞冻结时，有的微生物当温度过低，造成微生物细胞冻结时，有的微生物会死亡，有些则并不死亡。会死亡，有些则并不死亡。6.高温对微生物的影响高温对微生物的影响 高温下蛋白质发生不可逆变性，膜受热出现小孔，破坏细胞高温下蛋白质发生不可逆变性，膜受热出现小孔，破坏细胞结构结构第36页，共75页，编辑于2022年，星期三小结：小结：vv 微生物的培养应该在最佳温度范围进行；微生物的
31、培养应该在最佳温度范围进行；vv 超过最高温度会对细菌造成伤害甚至导致死亡；超过最高温度会对细菌造成伤害甚至导致死亡；超过最高温度会对细菌造成伤害甚至导致死亡；超过最高温度会对细菌造成伤害甚至导致死亡；vv 低温有抑制细菌作用，可以让微生物休眠，但不会导低温有抑制细菌作用，可以让微生物休眠，但不会导低温有抑制细菌作用，可以让微生物休眠，但不会导低温有抑制细菌作用，可以让微生物休眠，但不会导致死亡。温度升高时，活性即可恢复。致死亡。温度升高时，活性即可恢复。致死亡。温度升高时，活性即可恢复。致死亡。温度升高时，活性即可恢复。第37页，共75页，编辑于2022年，星期三5.2.2 pH1.环境环境
32、pH对微生物的影响对微生物的影响影响膜表面电荷的性质及膜的通透性，进而影响对物影响膜表面电荷的性质及膜的通透性，进而影响对物质的吸收能力。质的吸收能力。改变酶活性、酶促反应的速率及代谢途径：如：酵改变酶活性、酶促反应的速率及代谢途径：如：酵母菌在母菌在pH4.55产乙醇，在产乙醇，在pH6.5以上产甘油、酸。以上产甘油、酸。环境环境pH值还影响培养基中营养物质的离子化程度，从而影值还影响培养基中营养物质的离子化程度，从而影响营养物质吸收，或有毒物质的毒性。响营养物质吸收，或有毒物质的毒性。第38页，共75页，编辑于2022年，星期三2.2.微生物适宜的微生物适宜的微生物适宜的微生物适宜的pHp
33、H范围范围范围范围 大多数细菌、藻类和原生动物的最适生长大多数细菌、藻类和原生动物的最适生长pHpH6.56.57.57.5，它们能适应它们能适应pHpH4 41010之间的环境。之间的环境。之间的环境。之间的环境。微生物种类最低pH最适pH最高pH大肠埃希氏菌枯草芽孢杆菌金黄色葡萄球菌黑曲霉放线菌酵母菌霉菌 4.5 4.5 4.2 1.5 5.0 1.5 2.57.47.66.07.57.07.55.06.07.08.03.06.03.86.0 9.0 8.5 9.3 9.0 10.0 10.0 8.0第39页，共75页，编辑于2022年，星期三3.污水生物处理时污水生物处理时pH宜维持在宜
34、维持在6.58.5 大多数细菌、藻类、放线菌和原生动物在此范围大多数细菌、藻类、放线菌和原生动物在此范围内均能生长繁殖，有利于细菌形成菌胶团互相凝聚形内均能生长繁殖，有利于细菌形成菌胶团互相凝聚形成良好的絮凝体，可取得良好的净化效果；成良好的絮凝体，可取得良好的净化效果；pH6.5的酸性环境有利于霉菌和酵母菌的生长，若霉的酸性环境有利于霉菌和酵母菌的生长，若霉菌在活性污泥中大量繁殖，因其不能分泌粘性物质于细菌在活性污泥中大量繁殖，因其不能分泌粘性物质于细胞表面，而降低了活性污泥的吸附能力，其絮凝性较差胞表面，而降低了活性污泥的吸附能力，其絮凝性较差，结构松散不易沉降，处理效果下降，甚至导致活性
35、污，结构松散不易沉降，处理效果下降，甚至导致活性污泥丝状膨胀。泥丝状膨胀。第40页，共75页，编辑于2022年，星期三4.培养基培养基pH的变化的变化原因原因 a 分解葡萄糖、乳糖分解葡萄糖、乳糖有机酸，有机酸，pH b 分解蛋白质、蛋白胨及氨基酸分解蛋白质、蛋白胨及氨基酸NH3和胺类，和胺类，pH c 细胞选择性地吸收阴阳离子，细胞选择性地吸收阴阳离子，pH解决方法解决方法 在配制培养基时应加入缓冲物质，如在配制培养基时应加入缓冲物质，如KH2PO4和和K2HPO4。第41页，共75页，编辑于2022年，星期三 在废水和污泥厌氧消化过程中，要控制好产酸阶段和产甲在废水和污泥厌氧消化过程中，要
36、控制好产酸阶段和产甲烷阶段的产量，烷阶段的产量，pH很关键，通常应控制很关键，通常应控制pH6.67.6之间，之间，pH6.87.2为最佳为最佳。城市生活污水、污泥若不含蛋白质、氨等物质，处理城市生活污水、污泥若不含蛋白质、氨等物质，处理之前就要投加缓冲物质；若连续运行则在运行期间也之前就要投加缓冲物质；若连续运行则在运行期间也应投加，以碳酸氢钠为佳。应投加，以碳酸氢钠为佳。pH低的工业废水可采用霉菌和酵母菌处理，无需调节低的工业废水可采用霉菌和酵母菌处理，无需调节pH，其所引起的丝状膨胀可通过改革工艺来解决，如采其所引起的丝状膨胀可通过改革工艺来解决，如采用生物膜法、接触氧化法等。用生物膜法
37、、接触氧化法等。第42页，共75页，编辑于2022年，星期三小结：小结：vv 污水生物处理的构筑物内污水生物处理的构筑物内pH控制在控制在控制在控制在6.56.58.58.5之间；之间；之间；之间；vv 微生物培养基中应该加入缓冲物质。微生物培养基中应该加入缓冲物质。第43页，共75页，编辑于2022年，星期三5.2.3 氧化还原电位氧化还原电位(Eh)1.微生物与微生物与EhlEh0，氧化环境，上限为氧化环境，上限为820mVlEh0，还原环境，下限为还原环境，下限为400mV各类微生物适宜的各类微生物适宜的Eh 对于好氧生物处理系统对于好氧生物处理系统，Eh处于处于+200+600mV视为
38、正视为正视为正视为正常常常常微生物好氧微生物兼性厌氧微生物专性厌氧微生物Eh(mV)300400100，好氧呼吸100，无氧呼吸250200第44页，共75页，编辑于2022年，星期三2.影响影响Eh的因素的因素l氧分压氧分压:氧分压高，氧分压高，Eh高；氧分压低，高；氧分压低，Eh低。低。lpH:pH高，高，Eh高；高；pH低，低，Eh 低。低。3.控制控制Eh的还原剂的还原剂 抗坏血酸、硫二乙醇钠、硫化氢和铁等抗坏血酸、硫二乙醇钠、硫化氢和铁等第45页，共75页，编辑于2022年，星期三5.2.4 溶解氧溶解氧DO根据微生物与分子氧的关系可将微生物分为根据微生物与分子氧的关系可将微生物分为
39、微生物类型最适生长的O2氧分压(101kPa)微生物举例好氧微生物专性好氧微生物strict aerobe0.2多数细菌、放线菌和真菌微量好氧微生物microaerophilic bacteria0.0030.2霍乱弧菌兼性厌氧微生物facultative aerobe有氧无氧均无影响大肠杆菌、酿酒酵母厌氧微生物专性厌氧微生物anaerobeP(O2)0.005产甲烷菌耐氧厌氧微生物aerotolerant anaerobe代谢无需氧，氧的存在对于无用也无害乳酸菌第46页，共75页，编辑于2022年，星期三5.2.4.1 好氧微生物与氧的关系好氧微生物与氧的关系1.氧对好氧微生物的作用氧对好氧
40、微生物的作用l作为微生物好氧呼吸的最终电子受体作为微生物好氧呼吸的最终电子受体l参与甾醇类和不饱和脂肪酸的生物合成参与甾醇类和不饱和脂肪酸的生物合成2.溶解氧的供给溶解氧的供给 好氧微生物需要的氧是溶于水的氧，即溶解氧。好氧微生物需要的氧是溶于水的氧，即溶解氧。夏季水温高，常造成供氧不足，促使丝状细菌的优势生夏季水温高，常造成供氧不足，促使丝状细菌的优势生长，从而造成长，从而造成活性污泥的丝状膨胀活性污泥的丝状膨胀。因此，在活性污泥。因此，在活性污泥生物处理中需设置充氧设备充氧，如通过叶轮机械搅拌、生物处理中需设置充氧设备充氧，如通过叶轮机械搅拌、鼓风曝气等方式充氧。溶解氧的质量浓度维持在鼓风
41、曝气等方式充氧。溶解氧的质量浓度维持在34mg/L为宜。为宜。第47页，共75页，编辑于2022年，星期三5.2.4.2 兼性厌氧微生物与氧的关系兼性厌氧微生物与氧的关系1.不同氧条件的生理状态不同氧条件的生理状态l好氧条件：好氧条件：氧化酶活性强，细胞色素及电子传递体系的其氧化酶活性强，细胞色素及电子传递体系的其它组分正常存在；它组分正常存在；l无氧条件：无氧条件：氧化酶无活性，细胞色素和电子传递体系氧化酶无活性，细胞色素和电子传递体系的其它组分减少或全部丧失。的其它组分减少或全部丧失。巴斯德效应：巴斯德效应：指将氧通入正在发酵的酵母菌悬液中，使得发指将氧通入正在发酵的酵母菌悬液中，使得发酵
42、速度下降，葡萄糖的消耗速度也显著下降的现象。酵速度下降，葡萄糖的消耗速度也显著下降的现象。第48页，共75页，编辑于2022年，星期三2.不同氧条件下废水生物处理中的微生物不同氧条件下废水生物处理中的微生物l供氧正常：供氧正常：好氧微生物和兼性厌氧微生物共同起积极作用；好氧微生物和兼性厌氧微生物共同起积极作用；l供氧不足：供氧不足：好氧微生物不起作用，兼性厌氧微生物起好氧微生物不起作用，兼性厌氧微生物起积极作用，但有机物分解不彻底；积极作用，但有机物分解不彻底；l污水、污泥厌氧消化：污水、污泥厌氧消化：兼性厌氧微生物起水解、发酵作兼性厌氧微生物起水解、发酵作用，将大分子的蛋白质、脂肪等水解为小
43、分子的有机酸和用，将大分子的蛋白质、脂肪等水解为小分子的有机酸和醇等。醇等。第49页，共75页，编辑于2022年，星期三3.反硝化细菌反硝化细菌l有有O2时：进行好氧呼吸时：进行好氧呼吸l缺缺O2时：进行反硝化作用时：进行反硝化作用NO3NO2N2第50页，共75页，编辑于2022年，星期三5.2.4.3 厌氧微生物与氧的关系厌氧微生物与氧的关系1.厌氧微生物的氧毒害机制厌氧微生物的氧毒害机制l专性厌氧微生物不具有专性厌氧微生物不具有过氧化氢酶过氧化氢酶，会被代谢过程中产生，会被代谢过程中产生的的H2O2杀死；杀死；l专性厌氧微生物不具有专性厌氧微生物不具有超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶(SOD
44、)，而被而被超氧阴离子超氧阴离子杀死；杀死；2.厌氧微生物的培养方法厌氧微生物的培养方法可与兼性厌氧微生物混合培养，以去除可与兼性厌氧微生物混合培养，以去除O2，保证厌氧环境。，保证厌氧环境。He、H2、N2加入甲基蓝或加入甲基蓝或刃天青指示刃天青指示Eh(显色表明有显色表明有O2)封瓶口封瓶口无氧培养无氧培养罐内培养罐内培养第51页，共75页，编辑于2022年，星期三5.2.5 太阳辐射太阳辐射l1000nm的红外辐射，可被不产氧的光合细菌用作的红外辐射，可被不产氧的光合细菌用作光源；光源；l 380760nm的可见光是蓝细菌、藻类进行光合的可见光是蓝细菌、藻类进行光合作用的能源。作用的能源
45、。l其余的辐射对微生物均有害。其余的辐射对微生物均有害。第52页，共75页，编辑于2022年，星期三5.2.6 水的活度与渗透压水的活度与渗透压5.2.6.1 水的活度水的活度wl水的活度水的活度w 表示在一定温度下，某溶液或物质表示在一定温度下，某溶液或物质在与一定空间空气相平衡时的含水量与空气饱和水在与一定空间空气相平衡时的含水量与空气饱和水量的比值，用量的比值，用小数小数表示。表示。l多数微生物在多数微生物在w 0.950.99时生长最好。大多数微时生长最好。大多数微生物在生物在w 0.600.65时停止活动。时停止活动。第53页，共75页，编辑于2022年，星期三5.2.6.2 渗透压
46、渗透压l渗透压渗透压 当两液面高差产生的压力足够阻止水再流动当两液面高差产生的压力足够阻止水再流动时，此时两液面高差间的压力即为渗透压。时，此时两液面高差间的压力即为渗透压。半透膜半透膜清水清水蔗蔗糖糖溶溶液液h第54页，共75页，编辑于2022年，星期三l溶液的浓度决定渗透压溶液的浓度决定渗透压 溶质的分子或离子数越多，渗透压越大溶质的分子或离子数越多，渗透压越大 同质量浓度溶液，溶质分子越小，其渗透压越大同质量浓度溶液，溶质分子越小，其渗透压越大 离子溶液的渗透压比分子溶液的渗透压大离子溶液的渗透压比分子溶液的渗透压大l细菌的渗透压细菌的渗透压 G(2.02.5)MPa G (0.50.6
47、)MPa第55页，共75页，编辑于2022年，星期三l微生物在不同渗透压溶液的反应微生物在不同渗透压溶液的反应 等渗溶液：等渗溶液：形态大小不变，生长良好。形态大小不变，生长良好。应用：在实验室用应用：在实验室用(NaCl)8.5g/L的的生理盐水稀释菌液生理盐水稀释菌液。低渗溶液：低渗溶液：水分子大量渗入细胞内，使细胞膨胀，严重者破水分子大量渗入细胞内，使细胞膨胀，严重者破裂。裂。高渗溶液：高渗溶液：细胞内大量失水，使细胞发生质壁分离。细胞内大量失水，使细胞发生质壁分离。应用：用高渗溶液保存食物可防止腐败。应用：用高渗溶液保存食物可防止腐败。第56页，共75页，编辑于2022年，星期三5.2
48、.7 表面张力表面张力l 是作用在物体表面单位长度上的收缩力是作用在物体表面单位长度上的收缩力l(H2O)7.3104 N/m (培养基培养基)4.51046.5104N/ml胆汁可降低胆汁可降低，可用于实验鉴别肺炎球菌和链球菌可用于实验鉴别肺炎球菌和链球菌l可用胆酸盐分离大肠菌群可用胆酸盐分离大肠菌群第57页，共75页，编辑于2022年，星期三5.3 其它不利环境因子对微生物的影响其它不利环境因子对微生物的影响5.3.1 紫外辐射和电离辐射对微生物的影响紫外辐射和电离辐射对微生物的影响一、一、紫外辐射的影响紫外辐射的影响1.紫外辐射对微生物有致死作用紫外辐射对微生物有致死作用 260nm左右
49、的紫外辐射杀菌力最强左右的紫外辐射杀菌力最强致死原因：致死原因：微生物细胞中的核酸、蛋白质等对紫外辐射微生物细胞中的核酸、蛋白质等对紫外辐射有特别强的吸收能力，可引起有特别强的吸收能力，可引起DNA链上的两个邻近的胸链上的两个邻近的胸腺嘧啶分子形成腺嘧啶分子形成胸腺嘧啶二聚体胸腺嘧啶二聚体(T=T)，使使DNA不能复制，不能复制，导致死亡。导致死亡。第58页，共75页，编辑于2022年，星期三2.复活现象复活现象l光复活光复活 经经UV照射的微生物，随即暴露于蓝色可照射的微生物，随即暴露于蓝色可见光下，使见光下，使T=T恢复正常状态，使一部分受损的细胞恢复正常状态，使一部分受损的细胞恢复活力。
50、恢复活力。l暗复活暗复活 DNA链在黑暗条件下进行修复。链在黑暗条件下进行修复。3.微生物对紫外辐射的抵抗力微生物对紫外辐射的抵抗力lGGl芽孢营养细胞芽孢营养细胞4.应用应用l杀菌消毒杀菌消毒l诱变育种诱变育种第59页，共75页，编辑于2022年，星期三二、二、电离辐射的影响电离辐射的影响X射线射线(0.10.01nm)、射线射线(0.010.001nm)对微生物生命活动的影响表现对微生物生命活动的影响表现l低剂量照射，促进微生物生长或引起微生物发生变异；低剂量照射，促进微生物生长或引起微生物发生变异；l高剂量照射，对微生物有致死作用。高剂量照射，对微生物有致死作用。第60页，共75页，编辑