第六章-微生物的生長繁殖與生存

第六章微生物的生長繁殖與生存因子相關(guān)定義第一節(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)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏課程內(nèi)容提綱微生物的生長規(guī)律微生物的連續(xù)培養(yǎng)生長曲線在實(shí)際中的應(yīng)用微生物生長量的測定方法第一節(jié)微生物的生長繁殖生長：微生物利用營養(yǎng)物質(zhì)，細(xì)胞物質(zhì)的量增多，體積增大。繁殖：微生物細(xì)胞體積增大到一定程度時(shí)，細(xì)胞數(shù)目增多的過程。相關(guān)定義生長單個(gè)體微生物生長群體微生物生長分批培養(yǎng)連續(xù)培養(yǎng)在污水生物處理中這兩種方法均有應(yīng)用。研究微生物生長的方法分批培養(yǎng)概念：將定量的微生物接種到封閉的具有定量培養(yǎng)基的容器中，保持一定的溫度、pH、DO，微生物進(jìn)行生長繁殖,一定時(shí)間后停止培養(yǎng)。

結(jié)果出現(xiàn)微生物數(shù)量由：少多（達(dá)到高峰后）

少定量描述非絲狀單細(xì)胞微生物分批培養(yǎng)時(shí),液體培養(yǎng)基中微生物群體生長規(guī)律的經(jīng)典曲線。

以時(shí)間為橫坐標(biāo)，細(xì)胞數(shù)目（或是對數(shù)）或者細(xì)胞干重為縱坐標(biāo)的曲線。典型生長曲線將少量單細(xì)胞的純培養(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(shí)間取樣，測菌細(xì)胞數(shù)目。以培養(yǎng)時(shí)間為橫坐標(biāo)，以細(xì)菌增長數(shù)目的對數(shù)為縱坐標(biāo)，繪制所得的曲線。生長曲線的制作生長曲線分期：細(xì)分可分為6個(gè)時(shí)期即停滯期(適應(yīng)期)、加速期、對數(shù)期、減速期、靜止期、衰亡期。由于加速期和減速期持續(xù)時(shí)間很短，則把加速期并到停滯期，把減速期放到靜止期中。故，將生長曲線粗分為四個(gè)生長期。生長曲線T0活細(xì)胞數(shù)延滯期對數(shù)期穩(wěn)定期衰亡期T0活細(xì)胞數(shù)延滯期對數(shù)期穩(wěn)定期衰亡期延滯期：少量細(xì)胞接種到新培養(yǎng)基后的一段細(xì)胞數(shù)目不增加的適應(yīng)期。其長短主要受微生物的接種齡、接種量和培養(yǎng)基成分的影響。停滯期特點(diǎn)生長速率等于零細(xì)胞合成新的成分–補(bǔ)充消耗的材料–適應(yīng)新的培養(yǎng)基或別的培養(yǎng)條件

細(xì)胞形態(tài)變大或變長對外界不良環(huán)境敏感1.停滯期細(xì)菌數(shù)目的對數(shù)值時(shí)間t為什么會(huì)出現(xiàn)停滯期呢？

特征：不立即進(jìn)行細(xì)胞分裂、增殖，數(shù)量不變甚至減少適應(yīng)環(huán)境（合成相應(yīng)的酶），營養(yǎng)儲(chǔ)備（用于復(fù)制合成）停滯期停滯期－“萬事開頭難”影響停滯期長短的因素1.接種群體菌齡:1)對數(shù)期“種子”，停滯期較短；2)靜止期期或衰亡期“種子”,停滯期較長；因?yàn)樘幱陟o止期或衰亡期的細(xì)菌耗盡各種必要的細(xì)胞成分，需要時(shí)間合成新細(xì)胞物質(zhì)；或者因受到代謝產(chǎn)物過多積累而中毒，需要時(shí)間修補(bǔ)損傷；2接種量。1)接種量大，停滯期較短；2)接種量小，停滯期較長。3培養(yǎng)基成分:1)培養(yǎng)基成分豐富的，停滯期較短；2)培養(yǎng)基成分貧乏的,停滯期較長。因?yàn)樵谪S富的培養(yǎng)基上可直接利用各種成分，在貧乏環(huán)境中要產(chǎn)生新的酶類合成所缺少的營養(yǎng)物質(zhì)。

T0活細(xì)胞數(shù)延滯期對數(shù)期穩(wěn)定期衰亡期對數(shù)期：細(xì)胞數(shù)以幾何級數(shù)增長的一段時(shí)期。其時(shí)間長短主要受菌株種類、營養(yǎng)成分和營養(yǎng)物質(zhì)濃度的影響。細(xì)菌獲得豐富營養(yǎng)，生長速率最快，細(xì)胞呈對數(shù)增長，分裂時(shí)間間隔最短；由于營養(yǎng)物質(zhì)足以供給合成細(xì)胞使用，有毒的代謝產(chǎn)物累積較少，細(xì)菌生長速率恒定；代謝旺盛，細(xì)胞成分平衡發(fā)展；群體的生理特性較一致。故教學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用對數(shù)期細(xì)胞作為實(shí)驗(yàn)材料；發(fā)酵工業(yè)一般用對數(shù)期細(xì)胞作菌種。2.對數(shù)期影響因素：1）菌種；

2）營養(yǎng)成分（營養(yǎng)豐富則代時(shí)短,指數(shù)期則短）

3）營養(yǎng)物濃度（概念：凡是處于較低濃度范圍內(nèi)，可影響生長速率和菌體產(chǎn)量的營養(yǎng)物稱為生長限制因子）

4）培養(yǎng)溫度（適合溫度）generationtime根據(jù)一定時(shí)間內(nèi)細(xì)菌的增殖數(shù)量可以計(jì)算出繁殖的代數(shù)（n），并以增殖時(shí)間除以繁殖代數(shù)求得每繁殖一代所需的時(shí)間，稱為世代時(shí)間（G）世代時(shí)間T0活細(xì)胞數(shù)延滯期對數(shù)期穩(wěn)定期衰亡期穩(wěn)定期：新繁殖的細(xì)胞數(shù)目與衰亡的細(xì)胞數(shù)目相等的一段時(shí)期。(3)靜止期又稱穩(wěn)定期（stationaryphase）特點(diǎn)：活細(xì)胞總數(shù)維持不變，即新繁殖的細(xì)胞數(shù)與衰亡的細(xì)胞數(shù)相等，菌體總數(shù)達(dá)到最高點(diǎn)；細(xì)胞生理上處于衰老，代謝活力鈍化，細(xì)胞成分合成緩慢；細(xì)胞生長速率為零。

營養(yǎng)物質(zhì)被消耗不能滿足生長需要，因此，營養(yǎng)物成為細(xì)菌生長的限制因子；細(xì)菌開始累積貯存物質(zhì)，如PHB、淀粉粒等；代謝廢物或有害物質(zhì)積累到抑制生長水平；

pH、氧化還原勢等物化條件越來越不適應(yīng)新生率等于死亡率。在穩(wěn)定期，細(xì)胞開始貯存糖原、異染粒和脂肪等貯藏物，產(chǎn)芽孢，產(chǎn)次生代謝產(chǎn)物。可通過補(bǔ)料、調(diào)節(jié)pH、調(diào)整溫度、流出產(chǎn)物等措施以延長穩(wěn)定期累積更多的代謝產(chǎn)物。出現(xiàn)的原因：生長限制因子的耗盡；營養(yǎng)物的比例失調(diào)；有害物質(zhì)的累積；pH、氧化還原勢等物質(zhì)條件越來越不適宜。T0活細(xì)胞數(shù)延滯期對數(shù)期穩(wěn)定期衰亡期衰亡期：細(xì)胞死亡數(shù)目超過新生的細(xì)胞數(shù)目的時(shí)期。死亡的細(xì)胞發(fā)生自溶。4）衰亡期：繼靜止期后，由于營養(yǎng)物被耗盡，細(xì)菌因缺乏營養(yǎng)而利用貯存物質(zhì)進(jìn)行內(nèi)源呼吸，即自身溶解。特點(diǎn)：細(xì)胞以指數(shù)速率死亡；死菌數(shù)大于新生菌數(shù)；細(xì)胞變形退化。影響衰亡期的因素與菌種的遺傳特性有關(guān):有些細(xì)菌的培養(yǎng)經(jīng)歷所有的各個(gè)生長時(shí)期，幾天以后死亡,有些細(xì)菌培養(yǎng)幾個(gè)月乃至幾年以后仍然有一些活的細(xì)胞；與營養(yǎng)物質(zhì)和有毒物質(zhì)有關(guān)：補(bǔ)充營養(yǎng)和能源，以及中和環(huán)境毒性，可以減緩死亡期細(xì)胞的死亡速率，延長細(xì)菌培養(yǎng)物的存活時(shí)間?；钚晕勰嘀形⑸锷L規(guī)律和純菌種基本一致、SBR是分批培養(yǎng)的原理應(yīng)用于污水生物處理的實(shí)例。菌種接種于培養(yǎng)基中后，細(xì)胞需要適應(yīng)新的環(huán)境，因此細(xì)胞數(shù)目不增加；經(jīng)過基礎(chǔ)物質(zhì)的積累，且因營養(yǎng)物質(zhì)豐富，所以細(xì)胞迅速分裂，細(xì)胞數(shù)目急劇增加；細(xì)胞的繁殖導(dǎo)致營養(yǎng)物質(zhì)不斷減少，某一種營養(yǎng)物質(zhì)不足時(shí)，有的細(xì)胞利用細(xì)胞內(nèi)的累積物繼續(xù)分裂，而會(huì)有一部分細(xì)胞因營養(yǎng)不足而死亡，表現(xiàn)為細(xì)胞數(shù)目不變；培養(yǎng)基中營養(yǎng)進(jìn)一步匱乏，細(xì)胞不斷裂解，細(xì)胞數(shù)目減少。接種的培養(yǎng)基中細(xì)胞變化趨勢生長曲線在實(shí)際中的應(yīng)用總結(jié)

在污水生物處理設(shè)計(jì)時(shí)，按水質(zhì)情況可利用不同生長階段的微生物處理污水：常規(guī)活性污泥法：利用減速期、靜止期；生物吸附法：靜止期；高負(fù)荷活性污泥法：對數(shù)期和減速期；延時(shí)曝氣法(氧化溝)：內(nèi)源呼吸期（衰亡期）延時(shí)曝氣法處理：針對有機(jī)物含量低，BOD5/CODcr比值小于0.3，可生化性差的污水；進(jìn)水對數(shù)期衰老期平推流式活性污泥法穩(wěn)定期占優(yōu)勢為什么常規(guī)活性污泥法不利用對數(shù)期而用靜止期微生物？對數(shù)期微生物：生長繁殖快，代謝活力強(qiáng)，能大量去除廢水中的有機(jī)物，相應(yīng)的，要求進(jìn)水有機(jī)物濃度高。由于進(jìn)水有機(jī)物濃度高，出水有機(jī)物濃度也相應(yīng)提高，且這時(shí)期微生物生長繁殖旺盛，細(xì)胞表面黏液層和夾膜尚未形成，運(yùn)動(dòng)活躍，不易自行凝聚成菌膠團(tuán)，沉淀性能差，導(dǎo)致出水水質(zhì)差。靜止期微生物：代謝活力比對數(shù)期差，但仍有相當(dāng)?shù)拇x活力，并且微生物積累大量的貯存物，強(qiáng)化了生物吸附能力，在二沉池中泥水分離效果好，出水水質(zhì)好。為什么延時(shí)曝氣法處理低濃度廢水時(shí)，不利用靜止期而用衰亡期的微生物？

由于低濃度有機(jī)物滿足不了靜止期微生物的營養(yǎng)要求，處理效果不會(huì)好。若采用延時(shí)曝氣法，通常曝氣時(shí)間在8h以上，甚至24h，延長水力停留時(shí)間，適當(dāng)增大進(jìn)水量，提高有機(jī)負(fù)荷，滿足微生物的營養(yǎng)要求，從而取得較好的處理效果。序批式活性污泥法污水的可生化性氧化溝氧化溝一方面連續(xù)進(jìn)料，另一方面又連續(xù)出料。原理：進(jìn)料=補(bǔ)足營養(yǎng)(“污染物”)

出料=稀釋菌濃度、毒物濃度它又分為兩種：1)恒濁連續(xù)培養(yǎng)2)恒化連續(xù)培養(yǎng)。（二）連續(xù)培養(yǎng)恒濁——培養(yǎng)基濁度恒定（實(shí)質(zhì)是細(xì)菌數(shù)量恒定）以濁度為控制指標(biāo)。當(dāng)濁度大時(shí)，加大進(jìn)水流速，降低濁度；當(dāng)濁度小時(shí)，降低流速，提高濁度。1）恒濁連續(xù)培養(yǎng)

2）恒化連續(xù)培養(yǎng)恒化——進(jìn)料營養(yǎng)物總量恒定恒定的流速進(jìn)水，恒定流速出水尤其適合污水生物處理，除SBR法外；單批培養(yǎng)恒濁法恒化法單批培養(yǎng)

連續(xù)培養(yǎng) 時(shí)間連續(xù)流入新鮮培養(yǎng)液lg細(xì)胞數(shù)（個(gè)/ml）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）恒濁培養(yǎng)使用范圍：用于生產(chǎn)大量菌體、生產(chǎn)與菌體生長相平行的某些代謝產(chǎn)物，如氨基酸、乳酸、乙醇等。裝置控制對象培養(yǎng)基培養(yǎng)基流速生長速率產(chǎn)物應(yīng)用范圍恒濁器菌體密度（內(nèi)控制）無限制生長因子不恒定最高大量菌體或與菌體形成相平行的產(chǎn)物生產(chǎn)為主恒化器培養(yǎng)基流速（外控制）有限制生長因子恒定低于最高不同生長速率的菌體實(shí)驗(yàn)室為主恒濁器與恒化器的比較微生物的生長量測定常用的方法有:稱重法、含N量測定法、DNA含量測定法和代謝活性法

。而測定微生物數(shù)量變化常用的方法有直接計(jì)數(shù)法、稀釋平板計(jì)數(shù)法、最大概率法和比濁法。微生物生長量的測定方法微生物生長量的測定方法測定微生物總數(shù)：計(jì)數(shù)器直接計(jì)數(shù)；比例計(jì)數(shù)法；比濁法測定活細(xì)菌數(shù)：平板菌落法（CFU）計(jì)數(shù)；液體稀釋培養(yǎng)計(jì)數(shù)計(jì)算生長量：測細(xì)胞干重法；通過測細(xì)胞含氮量確定細(xì)胞濃度四、微生物生長量的測定方法（一）測定微生物總數(shù)1、計(jì)數(shù)器直接計(jì)數(shù):用血球計(jì)數(shù)板（可測細(xì)菌、酵母菌等）在顯微鏡下直接計(jì)數(shù)。

優(yōu)點(diǎn)：能測定一定容積中細(xì)胞總數(shù)；簡單方便，測定速度快；

缺點(diǎn)：所測數(shù)目包括活菌和死菌，要求檢測人員較高技術(shù)，能分辨活、死菌。原理：在一個(gè)小孔得兩側(cè)各放一個(gè)電極，通電后，若有物體通過，電阻會(huì)發(fā)生改變。當(dāng)細(xì)胞懸液通過小孔時(shí)，每通過一個(gè)細(xì)胞，電阻就會(huì)增加并產(chǎn)生一個(gè)信號，計(jì)數(shù)器就對該細(xì)胞自動(dòng)計(jì)數(shù)一次。適用于較大的微生物如原生動(dòng)物、藻類和非絲狀的酵母菌等；

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)精確；

缺點(diǎn)：受微小顆粒和絲狀物干擾大。2、電子計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)用0.01ml吸管吸取定量稀釋的細(xì)菌懸液均勻涂于刻有1cm2的計(jì)數(shù)板上，經(jīng)固定、染色后、在顯微鏡下觀察幾個(gè)視野并計(jì)數(shù)，取平均值。每毫升原菌液的細(xì)菌數(shù)＝視野中的平均菌數(shù)×1cm2/視野面積×100×稀釋3、染色圖片計(jì)數(shù)血球計(jì)數(shù)板法原理：單細(xì)胞微生物的懸液與濁度成正比，與光密度成反比。細(xì)胞數(shù)越多，濁度越大，透光度越小。因此可用分光光度計(jì)測定菌懸液的透光度；或用濁度計(jì)測菌懸液的濁度，即可測得該菌懸液的細(xì)胞濃度，將未知細(xì)胞數(shù)的菌懸液和已知細(xì)胞數(shù)的菌懸液相比，可求出未知菌懸液所含的細(xì)胞數(shù)。測定前：將該菌懸液經(jīng)10倍稀釋法稀釋成系列濃度的菌懸液，分別取各稀釋濃度的菌懸液1ml至于平皿中，倒平板，培養(yǎng)和計(jì)數(shù)。然后以細(xì)菌數(shù)和光密度值制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，以便用比濁法測得光密度值后，可在標(biāo)準(zhǔn)曲線上求出相應(yīng)得細(xì)菌數(shù)。比濁法測定細(xì)菌懸液細(xì)胞數(shù)1、稀釋培養(yǎng)計(jì)數(shù)：適用于生長較慢得細(xì)菌；2、過濾計(jì)數(shù)：適用于含菌量較少得水樣，將水樣過0.45um濾膜，至于已倒好得平板上面培養(yǎng)得到生長菌落，計(jì)數(shù)；大腸菌群通常用此法。3、菌落計(jì)數(shù)：平板菌落（CFU）計(jì)數(shù)應(yīng)用最廣泛，單位容量中的細(xì)菌均勻分布于營養(yǎng)瓊脂平板上而生長的菌落形成單位數(shù)（二）測定活細(xì)菌數(shù)首先將待分離的樣品進(jìn)行連續(xù)稀釋,目的是得到高度稀釋的效果,使一支試管中分配不到一個(gè)微生物。如果經(jīng)過稀釋后的大多數(shù)試管中沒有微生物生長,那么有微生物生長的試管得到的培養(yǎng)物可能就是由一個(gè)微生物個(gè)體繁殖而來的純培養(yǎng)物。這種方法適合于細(xì)胞較大的微生物。液體稀釋法2第二節(jié)微生物的生存因子溫度pH溶解氧氧化還原電位水活度滲透壓

一、溫度溫度對于微生物有那些影響？溫度是微生物最重要的生存條件之一。當(dāng)處于最佳范圍時(shí)，每上升10℃，酶促反應(yīng)速度提高1～2倍。代謝速率和生長速率也提高，繁殖能力最強(qiáng)，微生物進(jìn)行大量繁殖。不同微生物對溫度的要求不同?？蓪⑽⑸锓譃槭壤渚⑹戎袦鼐⑹葻峋?、嗜超熱菌。所有微生物中，多部分是嗜中溫菌，其他較少。污水處理系統(tǒng)中，為了保證微生物能夠處于較好的工作狀態(tài)，需要為其提供較適合的溫度。一般控制在20～30℃左右。冬天，需要進(jìn)行加熱處理。嗜冷菌，最適合在5～15℃，甚至很多細(xì)菌可以在0℃以下正常生存。冰箱中冷藏的蔬菜、水果發(fā)霉變質(zhì)腐爛的原因。高溫主要破壞微生物的機(jī)體的基本組成物質(zhì)——蛋白質(zhì)，酶蛋白和脂肪。蛋白質(zhì)被高溫嚴(yán)重破壞而發(fā)生凝固，為不可逆變性，微生物經(jīng)超高溫處理后必然死亡。細(xì)胞質(zhì)膜含有受熱易溶解的脂類，當(dāng)用超高溫處理時(shí)，細(xì)胞質(zhì)膜的脂肪受熱溶解使膜產(chǎn)生小孔，引起細(xì)胞內(nèi)含物泄漏而死亡。高溫的殺菌效果和微生物的種類，數(shù)量，生理狀態(tài)，芽孢有無及pH都有關(guān)系。高溫是如何殺菌的？高溫殺菌力與什么有關(guān)系？一、溫度小結(jié)：微生物的培養(yǎng)應(yīng)該在最佳溫度范圍進(jìn)行。超過最高溫度會(huì)對細(xì)菌造成傷害甚至導(dǎo)致死亡。低溫有抑制細(xì)菌作用。可以讓微生物休眠，但不會(huì)導(dǎo)致死亡。溫度升高時(shí)，活性即可恢復(fù)。微生物也有最適應(yīng)的pH范圍，微生物不同，pH范圍不同。多數(shù)細(xì)菌：最佳6.5～7.5，適應(yīng)范圍4～10；一般要求中性或偏堿性；放線菌：最佳7.5～8.0，一般要求中性或偏堿性；霉菌和酵母菌：可在酸性或偏堿性環(huán)境生活，最喜歡3～6的環(huán)境。生長極限：1.5～10。二、pHpH對微生物的影響：1）引起細(xì)胞膜電荷的變化，影響對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收

2）影響胞內(nèi)及胞外酶的活性培養(yǎng)基中pH調(diào)節(jié)的措施：外源調(diào)節(jié):堿(NaOH或KOH)酸(H2SO4或HCl)內(nèi)源調(diào)節(jié):緩沖溶液;CaCO3在培養(yǎng)微生物過程中，什么原因使培養(yǎng)基pH下降？什么原因使pH上升？在生產(chǎn)中如何調(diào)節(jié)控制pH？（1）培養(yǎng)基自身的改變（水分、溫度的影響）（2）微生物之間的相互作用（當(dāng)競爭較激烈時(shí)有些細(xì)菌會(huì)產(chǎn)酸、產(chǎn)堿）（3）代謝產(chǎn)物的作用（如乳酸菌產(chǎn)生乳酸、不少細(xì)菌代謝過程中產(chǎn)生檸檬酸）引起培養(yǎng)基pH值改變的原因1.污水處理生物處理構(gòu)筑物內(nèi)pH控制在6.5～8.5之間：因?yàn)閜H低于6.5的酸性環(huán)境不利于細(xì)菌和原生動(dòng)物生長，尤其對菌膠團(tuán)細(xì)菌不利；相反，對霉菌和酵母菌有利，若活性污泥中有大量霉菌繁殖，吸附能力和凝聚性能下降，造成活性污泥結(jié)構(gòu)松散，不易沉降，甚至導(dǎo)致活性污泥膨脹，進(jìn)而影響出水水質(zhì)；小結(jié)2.微生物培養(yǎng)基中應(yīng)該加入緩沖物質(zhì)：因?yàn)樵谂囵B(yǎng)基中，隨著微生物生長繁殖和代謝活動(dòng)的進(jìn)行，會(huì)造成pH的變化，如大腸桿菌在pH為7.2－7.6的培養(yǎng)基中生長，分解葡萄糖產(chǎn)生有機(jī)酸，使培養(yǎng)基變酸；微生物在含蛋白質(zhì)、蛋白胨等中性培養(yǎng)基中生長，可經(jīng)微生物分解，產(chǎn)生胺類等堿性物質(zhì)，使培養(yǎng)基pH升高；因此，考慮培養(yǎng)基成分時(shí)，要加入緩沖性物質(zhì)，如磷酸鹽等小結(jié)3.污泥厭氧處理時(shí)，也要控制好pH，一般在6.6～7.6，最好控制在6.8～7.2之間。城市污泥、污水中含有蛋白質(zhì)，在處理時(shí)可不加緩沖物質(zhì)；如不含蛋白質(zhì)，處理前需投加；若是連續(xù)運(yùn)行，在運(yùn)行之前，運(yùn)行期間都要注意投加緩沖物質(zhì)；常用緩沖物質(zhì)：碳酸氫鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉及氨等小結(jié)用Eh表示，單位為V或mV。氧化環(huán)境時(shí)，Eh為正，充滿氧氣時(shí)，上限為+820mV；還原環(huán)境時(shí)，mV為負(fù)，充滿氫氣時(shí)，下限為-400mV。不同微生物要求的氧化還原電位不同：1.一般好氧微生物：+300～+400mV

，大于+100mV，才能生活。2.兼性菌：+100mV為界，大于時(shí)進(jìn)行好氧呼吸，小于時(shí)進(jìn)行無氧呼吸。3.厭氧菌：－200～－250

mV。三、氧化還原電位

對于好氧生物處理系統(tǒng)，Eh

處于+200～+600mV視為正常。如果，出水中Eh下降，處理效果不佳。三、氧化還原電位微生物與O的關(guān)系好氧微生物厭氧微生物兼性微生物專性好氧微生物微量好氧微生物專性厭氧微生物耐氧厭氧微生物四、溶解氧必須有氧才能生存，氧氣對于好氧微生物的作用：1.最終電子受體；2.參與物質(zhì)合成好氧微生物做好氧呼吸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生毒害物質(zhì)如：過氧化氫、過氧化物和羥自由基等。但由于好氧微生物體內(nèi)也有相應(yīng)的酶可以分解上述物質(zhì)，因此，好氧微生物可以在氧氣條件下正常生存。（一）好氧微生物

若含有機(jī)物的廢水，DO濃度很低，冬季由于水溫低，污水好氧生物處理中DO能得到正常維持；而夏季水溫高，氧不易溶于水，常造成供氧不足。因此，夏季曝氣池中常出現(xiàn)絲狀細(xì)菌的優(yōu)勢生長，從而造成活性污泥絲狀膨脹。（一）好氧微生物

（一）好氧微生物故：好氧生物處理系統(tǒng)中，為了保證微生物的正常工作，必須為它們提供足夠的溶解氧。工程上，通常采用鼓風(fēng)曝氣的形式向水中強(qiáng)制充氧，對于生活污水廠，BOD5200～300mg/L。如果曝氣池的活性污泥濃度在2000～3000mg/L時(shí)，溶解氧必須保證在2mg/L以上。通?？刂圃?～4mg/L?？煞譃閮煞N，一種有氧就要死亡；另一種，有氧無氧無所謂，生活過程中，不會(huì)中毒也不利用氧。通常說的厭氧菌多指第一種，稱為專項(xiàng)厭氧菌。它在有氧條件下，代謝過程中會(huì)產(chǎn)生過氧化氫，但體內(nèi)不具有過氧化氫酶，專性厭氧微生物將被過氧化氫殺死。（二）厭氧微生物厭氧微生物在培養(yǎng)時(shí)，培養(yǎng)基必須保證無氧。方法：惰性氣體驅(qū)氧：氮?dú)饣蚝?。用膠塞密封培養(yǎng)裝置，并在容器中加入氧化還原性顏料（甲基藍(lán)或刃天青），當(dāng)在還原態(tài)時(shí)無色，氧化態(tài)時(shí)顯色。一旦顯色，說明有氧存在。可在培養(yǎng)裝置中預(yù)先加入些兼性微生物混合培養(yǎng)，一旦有氧，可被兼性細(xì)菌消耗掉。（二）厭氧微生物（三）兼性菌環(huán)境中有氧時(shí)，靠呼吸產(chǎn)能。環(huán)境中氧不足或是無氧時(shí)，借發(fā)酵或無氧呼吸產(chǎn)能。兼性菌的作用：1.積極作用：a.污水處理溶解氧充足時(shí)，好氧菌與兼性菌都起作用，當(dāng)供氧故障時(shí)，兼性菌仍可起作用，但不如有足夠溶解氧時(shí)處理效果好。b.水解酸化

在污泥厭氧消化中，兼性厭氧微生物起水解、發(fā)酵作用，將大分子的蛋白質(zhì)、脂肪、糖類等水解為小分子的有機(jī)酸和醇；c.脫氮：A/O系統(tǒng)；A2/O系統(tǒng)等2.消極作用a.土壤脫氮，N素?fù)p失，土壤肥力下降。b.污水處理過程中產(chǎn)生硝酸鹽和亞硝酸鹽，遇氨轉(zhuǎn)化為亞硝酸胺，危害水體和人體健康，污水必須脫氮。（三）兼性菌有氧條件下進(jìn)行厭氧生活，靠專性發(fā)酵獲能量。含SOD、過氧化物酶，而無過氧化氫酶耐氧菌（aerotolerantanaerobe）類型與O2關(guān)系代謝類型專性好氧必須有氧好氧呼吸微好氧有氧，含量低好氧呼吸兼性可有、可無有氧呼吸或發(fā)酵專性厭氧氧有毒害或致死無氧呼吸耐氧可在有氧下存活，不用氧氣發(fā)酵氧氣與微生物的關(guān)系五.水活度水分對微生物很重要，但是，水對微生物的影響，不但取決于環(huán)境中水的含量，更取決于水的有效性。環(huán)境中水的有效性用水的活度αw表示。αw指在一定溫度和壓力下，溶質(zhì)蒸氣壓與純水蒸氣壓之比。環(huán)境中的αw介于0～1之間，溶液濃度越大，αw越小。微生物一般在αw為0.65～0.99的條件下生長,αw過低時(shí),大多數(shù)微生物將停止生長。不同微生物的αw也不同。

微生物最低Aω值

微生物最低Aω值一般細(xì)菌一般酵母菌一般霉菌0.900.880.80嗜鹽細(xì)菌干生性霉菌耐滲透壓酵母0.750.650.63五.水活度用半透膜將兩種不同濃度溶液隔開后即可產(chǎn)生滲透壓。滲透壓與濃度有關(guān)。說明：濃度相同時(shí)，分子小的物質(zhì)溶液滲透壓大。離子溶液比分子溶液滲透壓大。六、滲透壓微生物喜歡怎樣的滲透壓環(huán)境呢？微生物在不同滲透壓環(huán)境中的狀態(tài)a.5～8.5g/L的NaCl（生理鹽水0.9％）b.0.1g/L的NaClc.200g/L的NaCla.等滲溶液，細(xì)胞形態(tài)與大小不變。b.低滲溶液，溶液中水分進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，細(xì)胞膨脹。c.高滲溶液，細(xì)胞內(nèi)水分流出，細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離。

故低滲和高滲溶液對微生物生長均不利，實(shí)驗(yàn)室常用生理鹽水稀釋菌液；微生物在不同滲透壓環(huán)境中的狀態(tài)高滲溶液常用于保存食物腐敗對于一般微生物來說，在含鹽5%~30%或含糖30%~80%的高滲條件下可抑制或殺死某些微生物。但各種微生物承受滲透壓的能力不同，有些能在高滲條件下生長，稱其為耐高滲微生物。六、滲透壓第三節(jié)其他不利環(huán)境因子對微生物的影響輻射對微生物的影響微波和超聲波的影響重金屬對微生物的影響極端溫度對微生物的影響干燥對微生物的影響極端pH對微生物的影響若干有機(jī)物對微生物的影響1.UV（紫外線）日光中波長在200～390nm的部分。具有殺菌功能。尤其260nm左右。人們制造的紫外殺菌燈的波長為253.7nm。由于穿透力差，只能進(jìn)行：a.空氣消毒：b.表面消毒：c.誘變育種：D：用于飲用水和污水的消毒。一、輻射輻射對微生物的影響紫外線：100－400nm260nm―――破壞核酸（胸酰嘌呤二聚體）

280nm―――破壞蛋白質(zhì)有O2時(shí)：u.v.+O2→O3X－射線和－射線2.電離輻射為高能電磁波，具有較強(qiáng)的穿透力。常用于罐頭消毒。X射線和射線對微生物生命活動(dòng)影響表現(xiàn)為：低劑量照射促進(jìn)微生物生長；高劑量對微生物有致死作用,可引起水和其他物質(zhì)的電離，產(chǎn)生游離基，使核酸、蛋白質(zhì)或酶發(fā)生變化，造成細(xì)胞損傷或死亡。微波：微波的范圍在915—2450MHz之間。機(jī)理：微波產(chǎn)生熱效應(yīng)，使蛋白質(zhì)、酶等物質(zhì)變性，導(dǎo)致微生物死亡。特點(diǎn)：加熱均勻，熱能利用率高、加熱時(shí)間短。應(yīng)用：食品消毒、滅菌。二、微波和超聲波的影響頻率在20000Hz以上的人耳聽不到的聲波。對于微生物具有破壞能力。超聲波頻率越高，殺菌效果越好。桿菌比球菌易被殺死。大的細(xì)菌比小的細(xì)菌易被殺死。作用機(jī)理a.超聲波作用下，內(nèi)含物劇烈振蕩，失去活性；b.溶液受超聲波作用產(chǎn)生空腔，巨大壓力導(dǎo)致細(xì)菌死亡c.溶液產(chǎn)生大量微小氣泡，對微生物進(jìn)行猛烈沖擊，細(xì)菌破裂。超聲波機(jī)理：1.與酶的－SH基結(jié)合，導(dǎo)致酶失去活性；

2.與蛋白質(zhì)結(jié)合，發(fā)生變性或沉淀。三、重金屬離子四、極端溫度：超高溫和超低溫常用高溫消毒或滅菌。二者概念不同。消毒：是指殺滅或清除傳播媒介上的病原微生物，使之達(dá)到無害化的處理。滅菌：是指殺滅或清除傳播媒介上的所有微生物（包括芽胞），使之達(dá)到無菌程度。經(jīng)過滅菌的物品稱“無菌物品”。滅菌可包括消毒，而消毒卻不能代替滅菌。消毒多用于衛(wèi)生防疫方面，滅菌則主要用于醫(yī)療護(hù)理。方法有：干熱滅菌法和濕熱滅菌法。常用的消毒防腐劑及其應(yīng)用類型

名稱及使用方法

作用原理

應(yīng)用范圍鹵素及其化合物0.2—0.5mg/L氯氣10%—20%漂白粉0.5%—1%漂白粉2.5%碘酒破壞細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)飲水、游泳池水地面水、空氣等皮膚

染料2%—4%龍膽紫與蛋白質(zhì)的羧基結(jié)合皮膚、傷口

酸類0.1%苯甲酸

0.1%山梨酸食品防腐食品防腐極端溫度影響消毒巴斯德消毒法煮沸消毒法滅菌灼燒烘箱熱空氣法（160～170℃）干熱滅菌法濕熱滅菌法高壓蒸汽滅菌

（0.105MPa，121℃）牛奶、飲品常壓蒸汽滅菌（<100℃）（1）干熱滅菌法滅菌方法：160～170攝氏度下維持1～2h。適宜對象：金屬制品、清潔玻璃器皿等。（2）火焰滅菌法適宜對象：接種環(huán)、接種針、棉塞等。烘箱160～170℃2h滅菌1、干熱法（1）高壓蒸汽滅菌法滅菌方法：0.105MPa，121攝氏度，15-30min適合對象：培養(yǎng)基注意事項(xiàng)：滅菌前應(yīng)排盡鍋內(nèi)的冷空氣，否則達(dá)不到實(shí)際滅菌所需的溫度。蒸汽滅菌鍋121℃20～30min2、濕熱法（2）間歇滅菌法滅菌方法：100攝氏度蒸煮15～60min37攝氏度培養(yǎng)24h100攝氏度蒸煮15～60min

反復(fù)三次適宜對象：含芽孢的微生物2、濕熱法（3）高溫瞬時(shí)滅菌法滅菌方法：135～140攝氏度保持5～15s處理對象：牛奶、飲料。（4）巴氏消毒法滅菌方法：60～85攝氏度處理15s～30min。巴氏消毒法（法語：Pasteurisation），法國生物學(xué)家路易·巴斯德于1864年發(fā)明的消毒方法，亦稱低溫消毒法，冷殺菌法，利用較低的溫度既可殺死病菌又能保持物品中營養(yǎng)物質(zhì)風(fēng)味不變的消毒法。處理對象：牛奶、飲料。低溫維持消毒法（LTH）：63攝氏度保持30min高溫瞬時(shí)消毒法（HTST）:75攝氏度維持15s具體方法3、影響滅菌效果的因素（1）結(jié)構(gòu)（2）菌齡（3）菌體含水量（4）pH值（5）煮沸消毒法滅菌方法：100攝氏度處理15min。處理對象：飲用水。濕熱滅菌法比干熱滅菌法優(yōu)越，因?yàn)闈駸岬拇┩噶蜔醾鲗?dǎo)都比干熱的強(qiáng)，濕熱時(shí)微生物吸收高溫水分，菌體蛋白易凝固變性，所以滅菌效果好滅菌方法有哪幾種？試述其優(yōu)缺點(diǎn)。二、低溫的影響低溫——細(xì)胞結(jié)凍～最適溫度下限進(jìn)入休眠狀態(tài)酶活性降低，導(dǎo)致代謝、遺傳普遍停滯；嗜中溫菌（耐冷喜溫）一般在5℃以下處于休眠狀態(tài)，因此通常實(shí)驗(yàn)室用冰箱的4℃冷藏溫度保藏細(xì)菌或甘油、石蠟冷凍保存菌種低溫的用途菌種保藏液氮的溫度（-195℃）、干冰溫度（-70℃）、-20℃和4℃（常加大分子保護(hù)劑如糊精、血清白蛋白等）食品冷藏冷藏（0-4℃）與凍藏（-18℃）1.pH過低，改變微生物表面帶電狀態(tài)，由帶負(fù)電改為帶正電。影響對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。2.過高過低pH值導(dǎo)致有機(jī)物離子化。進(jìn)而間接影響微生物。3.極端pH使酶促反應(yīng)受到抑制，甚至酶系統(tǒng)遭到破壞。4.過高或過低pH均降低微生物對高溫的抵抗力。極端pH值對微生物的影響六、干燥：使菌體內(nèi)蛋白質(zhì)變性，引起代謝活動(dòng)停止七、醇、醛、酚等對微生物的影響1.醇醇為脫水劑也為脂溶劑?？梢詫?dǎo)致蛋白脫水、溶解細(xì)胞膜的脂類物質(zhì)。從而達(dá)到殺菌的目的。（醫(yī)生打針）。常用的醇為乙醇。注意：1.乙醇?xì)⒕哪芰Σ⒉慌c濃度成正比，在70％時(shí)最強(qiáng)。2.甲醇?xì)⒍静钋叶拘詮?qiáng)，不做殺毒劑。3.丙醇、丁醇?xì)⒍灸芰Ρ纫掖即?，但不溶于水，也不做殺毒劑?.甲醛40％福爾馬林溶液。3.酚及其衍生物可以使蛋白質(zhì)變性，并破壞細(xì)胞膜。4.洗滌劑八、抗生素對微生物的影響抗生素廣譜抗生素：金霉素、氯霉素、土霉素等狹譜抗生素青霉素：G+多粘菌素：G－不同的抗生素針對微生物的不同部位發(fā)生作用。1.破壞微生物細(xì)胞壁青霉素抑制革蘭氏陽性菌的肽聚糖（40～90％）的合成，導(dǎo)致細(xì)胞壁合成受阻，微生物失去保護(hù)。加之在膜內(nèi)外滲透壓的作用下，革蘭氏陽性菌被殺死。說明：人類細(xì)胞不具有細(xì)胞壁，不受青霉素?fù)p害。2.破壞微生物細(xì)胞質(zhì)膜多粘菌素的游離氨基可與革蘭氏陰性菌細(xì)胞質(zhì)膜的磷酸根結(jié)合，損害細(xì)胞質(zhì)膜，破壞細(xì)胞質(zhì)膜的滲透屏障作用。導(dǎo)致體內(nèi)核酸外流，死亡。3.抑制蛋白質(zhì)合成氯霉素、金霉素、土霉素等與核糖體蛋白結(jié)合，抑制蛋白質(zhì)的合成。4.干擾核酸的合成部分抗生素可以與DNA結(jié)合，干擾DNA復(fù)制。有些抗生素影響雙鏈分開，破壞復(fù)制。1.干擾細(xì)菌細(xì)胞壁合成2.抑制細(xì)菌蛋白質(zhì)合成3.抑制細(xì)菌核酸合成4.損傷細(xì)菌細(xì)胞膜5.增強(qiáng)吞噬細(xì)胞的功能抑菌殺菌八、抗生素對微生物的影響第四節(jié)微生物之間的關(guān)系微生物之間關(guān)系種內(nèi)關(guān)系競爭互助種間關(guān)系互生偏害寄生捕食正相互作用正相互作用

偏利共生：對一個(gè)物種有利，對另一個(gè)物種無關(guān)緊要（海產(chǎn)蛤與豆蟹）；

原始協(xié)作：對雙方都有利，但是這種協(xié)作又不是必需的，即離開協(xié)作，雙方仍能獨(dú)立生活（食蟲鳥與有蹄類動(dòng)物

）；

互利共生：對雙方都有利，而且已經(jīng)發(fā)展到彼此不能獨(dú)立生存的程度（白蟻與鞭毛蟲

）；偏利共生（commensalism）亦稱共棲，指種間相互作用對一方?jīng)]有影響，而對另一方有益（若對一方?jīng)]有影響，對另一方有害則稱偏害共生）。與互利共生和原始協(xié)作一同屬于“正相互作用”。兩種都能獨(dú)立生存的生物以一定的關(guān)系生活在一起的現(xiàn)象。偏利共生兩種動(dòng)物同穴共棲，互不侵犯，和平共處。雙方互利，但雙方離開后，都能各自生存。稱為“原始合作”。原始合作魚蚌共生河里生活著一種無齒蚌，和鳑鮍魚共生在一起。當(dāng)雌魚快產(chǎn)卵時(shí)，就游到河蚌身邊，把產(chǎn)卵管插進(jìn)貝殼縫隙里，將卵產(chǎn)在蚌體內(nèi)，雄魚則緊隨其后，也把精子產(chǎn)在蚌體內(nèi)，使卵受精。受精卵在蚌體內(nèi)孵化成小魚，逐漸長大。當(dāng)小魚即將離開蚌體時(shí)，蚌將自己的幼子寄存在小魚的腮腔中，魚又成了小蚌的“保姆”了。小魚到處游動(dòng)，待小蚌能獨(dú)立生活時(shí)，便從魚腮中脫落，沉到河底，逐漸長大成蚌。原始合作-典例寄居蟹和?？木有芳认裎r又像蟹，身上背著螺殼，那是它棲身的“房子”。其實(shí)寄居蟹的“房子”是強(qiáng)取豪奪而來。房子原來的主人是油螺，寄居蟹強(qiáng)硬沖進(jìn)去，用螯足將油螺殺死，撕爛，把自己的身體盤曲在里面，將螺殼居為己有。?？珴甚r艷，但行動(dòng)遲緩，它停在寄居蟹的螺殼上，一同出游，親密無間。寄居蟹覓食的同時(shí)，海葵也尋到了食物。當(dāng)遇到敵人時(shí)，寄居蟹舉起兩只大螯抗敵，?？麆t從刺細(xì)胞內(nèi)噴出毒汁，直至把敵人擊退。原始合作-典例互利共生是指兩種生物生活在一起，彼此有利，兩者分開以后雙方的生活都要受到很大影響，甚至不能生活而死亡?；ダ采紫伜湍c內(nèi)鞭毛蟲白蟻以木材為食，但是它本身不能消化纖維素，必須要依靠腸內(nèi)鞭毛蟲分泌的消化纖維素的酶，才能將纖維素分解，分解后的產(chǎn)物供雙方利用?；ダ采?典例豆科植物和根瘤菌根瘤菌與豆科植物之間有一定的寄主特異性，但不十分嚴(yán)格，例如豌豆根瘤菌能與豌豆共生，也能與蠶豆共生，但不能與大豆共生。在整個(gè)共生階段，根瘤菌在寄主內(nèi)合成固氮酶。豆科植物供給根瘤菌碳水化合物，根瘤菌供給植物氮素養(yǎng)料，從而形成互利共生關(guān)系。據(jù)估計(jì)根瘤菌固定的氮約占生物固氮的40%?；ダ采?典例人與人體腸道菌群人體腸道的菌群在一般情況下，它們的巨大數(shù)量足以排阻和抑制外來腸道致病菌的入侵，還為人提供維生素B1、B2、B12、K、葉酸等營養(yǎng)物質(zhì)。而人體腸道為這些微生物提供良好的棲息場所。當(dāng)人長期服用廣譜抗生素致使腸道中正常菌群失調(diào)后，就會(huì)出現(xiàn)維生素缺乏癥?；ダ采?典例負(fù)相互作用競爭

捕食

寄生

偏害指不同的微生物種群在同一環(huán)境中，對食物等營養(yǎng)、溶解氧及其他共同要求的物質(zhì)互相競爭，互相受到不利影響。競爭關(guān)系廣泛存在于自然界中。例證：污水處理中經(jīng)常存在著對DO及營養(yǎng)的競爭。競爭關(guān)系有的生物不是通過代謝產(chǎn)物對抗對方，而是吞食對方。原生動(dòng)物與細(xì)菌、藻類等捕食關(guān)系一種小型生物生活在另一種較大型生物的體內(nèi)或體表（或是細(xì)胞內(nèi)），從中取得營養(yǎng)和進(jìn)行生產(chǎn)繁殖，同時(shí)使后者蒙受損害甚至被殺死的現(xiàn)象。例證：噬菌體與細(xì)菌專性寄生：寄生菌不能離開寄主而生成；兼性寄生：離開宿主后能營腐生生活寄生關(guān)系偏害共生，又稱偏害共棲、片害共生，是兩種生物間共生關(guān)系的一種。偏害共生就是兩種生物生活在一起，其中一方不獲得利益，但另一方卻要做一些犧牲（卻并不一定要死亡，即使個(gè)體會(huì)死亡，但被害的種族也不至于死滅）。偏害關(guān)系偏害關(guān)系-例子偏害共生的例子如青霉菌分泌青霉素抑制其他細(xì)菌，又如胡桃科的植物分泌胡桃醌來抑制其他植物在附近生長。冬黑麥對小麥、向日葵對蓖麻、番茄對黃瓜都有抑制作用向日葵蓖麻偏害關(guān)系偏害關(guān)系番茄黃瓜作用類型物種相互作用的一般特征甲乙中性作用00兩個(gè)種群彼此都不受影響競爭直接干涉型--兩個(gè)種群直接相互抑制資源利用型--資源缺乏進(jìn),雙方受抑制偏害作用-0種群甲受抑制，種群乙不受影響捕食作用+-

捕食者得利，被捕食者受抑制寄生作用