第三章細(xì)菌的生長和遺傳變異

第三章細(xì)菌的生長和遺傳變異第1頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

細(xì)菌吸收營養(yǎng)物質(zhì)以后，在酶的催化下進(jìn)行各種新陳代射反應(yīng)，如果同化作用大于異化作用，則細(xì)胞質(zhì)的量不斷增加，表現(xiàn)在細(xì)胞自身就是體積或重量的不斷增加。這種現(xiàn)象叫生長。生長到一定階段，細(xì)菌以二分裂的方式形成兩個子細(xì)胞，這就是繁殖，其特征是細(xì)菌個體數(shù)增加。細(xì)菌的生長繁殖很快，適宜的環(huán)境下每隔20～30min分裂一次。第2頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

細(xì)菌有沒有年輕、年老之分？

回答：有，但是細(xì)菌的所謂菌齡和人的老年、中年、幼年的概念不同。人是按出生之時算起，年紀(jì)越小越年輕，越大就越老。細(xì)菌則不然，細(xì)菌是以分裂法進(jìn)行繁殖的，一般繁殖一代的時間，只要20～30min，而且在一大群細(xì)菌中也無法區(qū)分每個細(xì)菌的年老年輕。因此細(xì)菌的所謂年齡是指一群細(xì)菌在一定的環(huán)境條件下生長而表現(xiàn)出來的待征。換句話說，描述細(xì)菌的生長往往用群體繁殖和生長所表現(xiàn)出來的待征來代表。第3頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月一、細(xì)菌生長測定方法(一)直接測定1、顯微鏡直接計數(shù)法顯微鏡直接計數(shù)法又稱全數(shù)法。它又分成下述幾種：(1)涂片染色法將已知體積的待測樣品，均勻地涂布在載玻片的已知面積內(nèi)，經(jīng)固定染色后計數(shù)菌數(shù)。一般藉助目測微尺的直徑標(biāo)準(zhǔn)來計算細(xì)菌的數(shù)量。(2)計數(shù)器測定法采用特殊的細(xì)菌或血球計數(shù)器進(jìn)行測定。操作過程是取一定體積的待測細(xì)菌樣品放于計數(shù)器的測定小室與載玻片之間，由于測定小室的體積是已知的，因此根據(jù)得到的計數(shù)值就可以計算出細(xì)菌含量。(3)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。第4頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月血球計數(shù)板法第5頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月2、比濁計數(shù)法

這是測定懸浮細(xì)胞的快速方法。其原理是細(xì)菌細(xì)胞是不透光的，光束通過懸浮液時會引起光的散射或吸收，降低透光度，在一定范圍內(nèi)透光度與溶液的混濁度即細(xì)胞濃度成正比，籍此可以測定細(xì)菌濃度。采用這種方法時，為了得到實(shí)際的細(xì)胞絕對含量，通常須將已知細(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。第6頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）制標(biāo)準(zhǔn)曲線（OD600）（2）測菌液濁度，查圖表得出細(xì)菌數(shù)量濁度儀或721分光光度儀第7頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)間接計數(shù)法間接計數(shù)法又稱活菌計數(shù)法。它是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。因此，這種方法不含死的細(xì)菌細(xì)胞，而且測定所需的時間也較長。它分下述幾種方法：1、平板計數(shù)法將待測細(xì)菌樣品先作10倍梯度稀釋，然后取相應(yīng)稀釋度的樣品涂布到平板中，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)生長的細(xì)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。一般計數(shù)平板的細(xì)菌生長菌落數(shù)以30～300個為宜。菌落數(shù)太多，計數(shù)時費(fèi)時費(fèi)力；菌落數(shù)太少，則計數(shù)結(jié)果誤差太大。平板計數(shù)法是采用最廣的一種活菌計數(shù)法。第8頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月提問：前述方法中計數(shù)的不都是活菌，如何分辨菌死活？繁殖提問：細(xì)菌繁殖的可見現(xiàn)象是什么？產(chǎn)生菌落（固體培養(yǎng)基培養(yǎng)）、菌液混濁（液體培養(yǎng)基培養(yǎng)）計數(shù)原理：一個細(xì)菌可繁殖成一個菌落或一群細(xì)菌.缺點(diǎn)：慢

分固體培養(yǎng)法和液體培養(yǎng)法第9頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月無菌水平板計數(shù)法—固體培養(yǎng)法第一步：菌樣巧妙稀釋得到不同稀釋度（10-x）菌液第10頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月菌樣被無菌水不同稀釋倍率后平板培養(yǎng)圖第11頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

10-210-3

10-410-5

各取1ml，均勻涂布于冷固體培養(yǎng)基平板上或與溫?zé)嵋簯B(tài)固體培養(yǎng)基混合冷卻。第三步：培養(yǎng)稀釋度過低，菌落密集無法計數(shù)可以計數(shù)，但數(shù)量過多，費(fèi)時費(fèi)力數(shù)量合適，統(tǒng)計計算，作為結(jié)果數(shù)量太少，誤差因素太大，不做計數(shù)第二步：接種平板每一個細(xì)菌會生成一個菌落第12頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月一般計數(shù)平板的細(xì)菌生長菌落數(shù)以30~300個為宜。第四步：計數(shù)細(xì)菌數(shù)量=？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125個細(xì)菌數(shù)量=125/10-5=1.25×107個/mL

平板計數(shù)法是采用最廣的一種活菌計數(shù)法如國標(biāo)法水中細(xì)菌總數(shù)的測定。注意：作空白，取平行樣（2～3組）均值，減小誤差平均第13頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月2、液體計數(shù)法液體計數(shù)法是根據(jù)統(tǒng)計學(xué)原理設(shè)計的一種方法。具體做法是；先將待測細(xì)菌樣品作10倍梯度稀釋，然后取相應(yīng)稀釋度的樣品分別接鐘到3管或5管—組的數(shù)組液體培養(yǎng)基中，培養(yǎng)一定時間后．觀察各管及各組中細(xì)菌是否生長，記錄結(jié)果，再查已專門處理好的最可能數(shù)(mostprobablenumber，MPN)表，得出細(xì)菌的最終含量。因此，這種方法又叫最可能數(shù)法或MPN法。第14頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

稀釋液體計數(shù)法特點(diǎn)：液體培養(yǎng)、統(tǒng)計學(xué)查表計數(shù)又稱MPN法（或最可能數(shù)法）MostProbableNumber例如測定SRB（硫酸鹽還原菌，厭氧）的數(shù)量提問：能用稀釋平板法計數(shù)嗎？為什么？一般不能，厭氧菌暴露在空氣中不能生長（除非厭氧培養(yǎng)箱）對這類菌可以利用它們生長時產(chǎn)生的硫化亞鐵黑色特征進(jìn)行深層隔氧液體培養(yǎng)，按MPN法進(jìn)行計數(shù)。第15頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

332010-4

10-5

10-63

10-

10-210-3

10-410-5（1）稀釋（2）稀釋接種樣品在液體表面加一層無菌液體石蠟隔絕氧氣，恒溫37℃培養(yǎng)14天記錄變黑的試管情況（3）培養(yǎng)1ml+9ml培養(yǎng)基提問：為什么有些試管變黑有些沒有？稀釋程度、取樣概率第16頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)統(tǒng)計－查表－計算

根據(jù)不同稀釋度變黑試管①統(tǒng)計出數(shù)量指標(biāo)三位數(shù)及其中最低稀釋度（取變黑的管數(shù)最多、稀釋度又最低的生長管數(shù)，為第一位數(shù)字，后面兩個稀釋度的生長管數(shù)后兩位數(shù)）提問：上例情況而言統(tǒng)計數(shù)量是幾？②查表表——MPN表32010-4第17頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月MPN三管法測數(shù)統(tǒng)計表水中大腸菌群、鐵細(xì)菌、硝化菌、亞硝化菌也用這種方法進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計。個菌/毫升細(xì)菌最可能數(shù)——通過其他精確的計數(shù)法，確定的各種數(shù)量指標(biāo)時細(xì)菌數(shù)量的最可能值上面例子中數(shù)量指標(biāo)“320”對應(yīng)的細(xì)菌最可能數(shù)為9.5個菌/毫升，最低稀釋度為10-4，折算出樣品中菌濃度為

？個菌/毫升。第18頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月3、薄膜計數(shù)法對于某些細(xì)菌含量較低的測定樣品(如空氣或飲用水)，可采用薄膜計數(shù)法。將待測樣品通過帶有許多小孔但又不讓細(xì)菌流出的微孔濾膜，藉助膜的作用將細(xì)菌截留和濃縮，再將膜放于固體培養(yǎng)基表面培養(yǎng)，然后類似于板計數(shù)那樣計算結(jié)果。這種方法的要求是樣品中不得含有過多的懸浮性固體或小顆粒。原理：膜抽濾（細(xì)菌濃縮）+膜平板培養(yǎng)

+

計數(shù)第19頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）抽濾（濾器及膜事先滅菌）薄膜計數(shù)法第20頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）濾膜培養(yǎng)膜有菌面沖上薄膜——微孔濾膜（φ0.45um）要求：樣品潔凈如空氣或飲用水。？堵孔、菌太多難以分散第21頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）統(tǒng)計計數(shù)提問：假如測出250個菌落，抽濾了50ml自來水，自來水中菌濃度是多少呢？

250÷50ml=5個/ml自來水樣品中的細(xì)菌數(shù)量=菌落數(shù)÷抽濾樣品的體積數(shù)提問：如何用活菌計數(shù)法測定較臟的水樣？減少濾液體積、無菌水稀釋第22頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月(三)重量法細(xì)菌細(xì)胞盡管很微小，但是仍然具有一定的體積和重量，因此藉助群體生長后的細(xì)胞重量，可以采用測定重量的方法直接來表示細(xì)菌生長的多少或快慢。1、測定細(xì)胞干重2、細(xì)胞含氮量3、DNA含量第23頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月已知單個細(xì)菌的平均重量除法計算細(xì)菌的濕重量＝10-15~10-11g/個細(xì)胞干重約為濕重的10％~20％。1.干重法方法：含菌水樣在105～110℃下進(jìn)行干燥恒重（本質(zhì)測水中懸浮物重量MLSS或MLVSS）。提問：已知什么條件通過測定細(xì)菌群體

重量知道其數(shù)量？第24頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月懸浮物＝無機(jī)物+有機(jī)物（包括細(xì)菌）提問：如何確定懸浮物中有機(jī)物與無機(jī)物的量？高溫(550℃)灼燒

無機(jī)物化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，高溫下不會分解提問：什么情況下可以直接用懸浮物的重量表示細(xì)菌的重量？懸浮物中絕大多數(shù)是細(xì)菌。第25頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

（1）懸浮物中絕大多數(shù)為細(xì)菌時細(xì)胞數(shù)目=MLSS÷個體細(xì)菌的平均干重量離心沉淀濾膜過濾計算105~110℃下進(jìn)行干燥恒重稱重或MLSS懸浮物第26頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）除細(xì)菌外還有大量無機(jī)懸浮物時

W無MLVSS揮發(fā)性懸浮物＝MLSS

－W無

=細(xì)菌群體的干重量細(xì)胞數(shù)目=

MLVSS÷個體細(xì)菌的平均干重量

550℃下灼燒2h稱重105~110℃下進(jìn)行干燥恒重稱重MLSS第27頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）有大量非細(xì)菌有機(jī)懸浮物時提問：如何測定呢？不能用重量法，應(yīng)改用其他方法?？傮w來說重量法方法誤差較大，一般只作為菌數(shù)粗略估算如活性污泥測定（以重量MLSS、MLVSS間接表示細(xì)菌數(shù)量）第28頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月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％。＊還需要測定哪些條件可以由以上比例確定菌樣中細(xì)菌濃度？如何試驗(yàn)操作及計算呢？

第29頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月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，第30頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月總污染物影響酶促反應(yīng)的方程表達(dá)式——v——總污染物微生物利用速度；V—（KX)—最大速度；X—微生物濃度

Ks－飽和常數(shù)

Ks勞倫斯方程忽略KX

KX(四)其它生理生化指標(biāo)法提問：v指什么？COD降解vO2消耗v＆＆產(chǎn)物產(chǎn)生v？求作試驗(yàn)！第31頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月提問：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32頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月“生、老、病、死”（根據(jù)投食方式）分間歇式培養(yǎng)（分批培養(yǎng)）、連續(xù)式培養(yǎng)兩種情況1、間歇培養(yǎng)和生長曲線

提問：如何人工進(jìn)行細(xì)菌間歇培養(yǎng)？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）二、細(xì)菌的生長特性（“坐吃山空型”）應(yīng)用：生理特性研究、生物發(fā)酵和生物治污第33頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第34頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）按細(xì)菌重量繪制的生長曲線

曲線：群體重量W(mg/l)——時間t

細(xì)菌內(nèi)源呼吸生長率上升階段

及細(xì)菌大量死亡階段

mg/L

活細(xì)菌重量t0時間曲線t`點(diǎn)切線斜率值=?

t`重量增長速率t`

生長率下降階段如以活細(xì)菌個數(shù)或細(xì)菌重量為縱坐標(biāo)，培養(yǎng)時間為橫坐標(biāo)，即可畫得一曲線，此曲線稱為細(xì)菌的生長曲線。第35頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月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

增長率

生上升階段

mg/mL

0時間t活細(xì)胞重量第36頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月②生長速率下降階段提問：為什么生長速率較前下降了？

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

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，沒有停止代謝產(chǎn)物積累對細(xì)菌的某些酶產(chǎn)生抑制第37頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月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)(“化做紅泥更護(hù)花或人吃人”)各種生物具有類似的規(guī)律實(shí)驗(yàn)室通常采用細(xì)菌的數(shù)量變化繪制生長曲線，雖然兩種曲線在本質(zhì)上是相同的，但數(shù)量曲線也有它自身的特點(diǎn)和用途。第38頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

（2）按細(xì)菌數(shù)目的對數(shù)繪制的生長曲線圖

生

長

速

率

穩(wěn)定期

衰老期

細(xì)菌數(shù)目的對數(shù)值

0時間t細(xì)菌的數(shù)量很大，都是10的n次方，取對數(shù)作圖時方便，0~10代表1～1010總菌數(shù)活菌數(shù)

緩

慢

期對數(shù)期0+_第39頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月緩慢期－“萬事開頭難”特征：細(xì)菌

緩數(shù)

慢目

期的

對

數(shù)

值0時間t提問：為什么會出現(xiàn)遲緩期呢？細(xì)胞不分裂（不生長），但細(xì)胞變大，細(xì)胞內(nèi)RNA含量增高，原生質(zhì)呈堿性，合成代謝活躍，易合成新的誘導(dǎo)酶，對外界環(huán)境變化敏感。接種物中死細(xì)胞較多或培養(yǎng)基不豐富時延滯期較長。個體體積、重量增高.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)儲備（用于復(fù)制合成）第40頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月提問：根據(jù)上述原因選擇接種何種狀態(tài)的細(xì)菌遲緩期會較長？對數(shù)期的細(xì)菌、穩(wěn)定期或衰亡期、受損細(xì)胞、富集培養(yǎng)基的細(xì)菌后三種穩(wěn)定期細(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”酶菌種本身的遺傳特性（如轉(zhuǎn)基因高效菌）和接種數(shù)量也會影響遲緩期的長短。第41頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月在實(shí)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)或長或短的遲緩期，遲緩期的出現(xiàn)會增加操作時間，降低工作效率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遲緩期提問：我們可以通過哪些手段縮短遲緩期呢？第42頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

對數(shù)期（青年）所有細(xì)菌均繁殖故稱對數(shù)期。（相當(dāng)于重量法細(xì)菌曲線的增長率上升階段）細(xì)菌數(shù)目X增長率倍率的對數(shù)與時間成正比。第43頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

特點(diǎn)平均代時（繁殖一代的時間）最短提問：細(xì)菌的代時與哪些因素有關(guān)？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。四個時期繁殖速度最快種類遺傳、個體健康情況(營養(yǎng)、環(huán)境條件)第44頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月提問：哪個時期（遲緩期、對數(shù)期、穩(wěn)定期、衰亡期）代時最具有種屬代表性？為什么？最短值→無限長（休眠）對數(shù)期代時——最短值細(xì)菌代時通常指最適條件下的對數(shù)期代時第45頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

穩(wěn)定期（中年）出生率＝死亡率細(xì)菌

緩數(shù)

慢目

期的

對

穩(wěn)定期對

數(shù)

衰老期數(shù)

期值0t時間死亡原因—營養(yǎng)短缺、代謝毒物增多（相當(dāng)于重量變化曲線中的增長率下降階段）新繁殖的細(xì)胞與死亡細(xì)胞數(shù)目相等，菌體產(chǎn)量達(dá)到最高，細(xì)胞開始儲藏糖原、脂肪等儲藏物，產(chǎn)芽孢的開始形成芽孢，開始合成次生代謝產(chǎn)物?？赡苡捎跔I養(yǎng)物的消耗或抑制生長的代謝產(chǎn)物積累，細(xì)胞停止增殖，但仍存活。

第46頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

死亡期（老年）死亡率＞出生率（相當(dāng)于重量法的內(nèi)源呼吸階段）提問：如何給細(xì)菌延年益壽呢？補(bǔ)營養(yǎng)、環(huán)保（去除環(huán)境毒物）人類群體有類似規(guī)律嗎？如果把地球看作是封閉的間歇式培養(yǎng)基，人類看作是細(xì)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”。第47頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)菌的生長曲線和廢水生物處理的關(guān)系第48頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月2、連續(xù)培養(yǎng)

連續(xù)培養(yǎng)與間歇培養(yǎng)不同，它的特點(diǎn)是一方面連續(xù)進(jìn)料，另一方面又連續(xù)出料的培養(yǎng)方式。它又分為兩種：恒濁連續(xù)培養(yǎng)和恒化連續(xù)培養(yǎng)。第49頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)恒濁連續(xù)培養(yǎng)

培養(yǎng)基提供足夠量的營養(yǎng)元素，細(xì)菌保持最大速率生長。通過控制進(jìn)料流速使裝置內(nèi)細(xì)菌濁度保持一定，保持理論上的對數(shù)生長期，可獲得大量菌體或與菌體代謝相平衡的代謝產(chǎn)物。這種方式往往用于細(xì)菌的生理生化研究。第50頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

恒濁連續(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）新鮮培養(yǎng)基光電池光源流速控制閥出水很少應(yīng)用反饋控制第51頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)恒化連續(xù)培養(yǎng)

這種方式與水處理裝置的運(yùn)行方式比較相似。固定恒定的進(jìn)料流速，又以同樣的速率排出，進(jìn)水組分及反應(yīng)器中營養(yǎng)物濃度基本不變。這種方式往往有一種限制性營養(yǎng)生長因子控制生長。第52頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

恒化連續(xù)培養(yǎng)

恒化——？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(shí)驗(yàn)室研究（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)物總量第53頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第54頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

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）第55頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月污(廢)水連續(xù)處理中的細(xì)菌生長狀態(tài)不同的生物反應(yīng)器，

細(xì)菌的生長狀態(tài)可能不同！乃至同一反應(yīng)器內(nèi)不同位置處第56頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月連續(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(diǎn)遲緩期無連續(xù)化穩(wěn)定操作中沒有這一階段對數(shù)生長期高負(fù)荷活性污泥法(大部分區(qū)域)穩(wěn)定期生物膜法常規(guī)活性污泥法(大部分區(qū)域)生長繁殖快，代謝活力強(qiáng)，能大量去除廢水中有機(jī)物。（缺點(diǎn)是細(xì)菌表面的粘液層和莢膜尚未形成，運(yùn)動很活躍，不易自行凝聚成菌膠團(tuán)，沉淀性能差，致使出水水質(zhì)有機(jī)物濃度相對較高）衰老期低濃度污水延時曝氣法污泥的厭氧消化營養(yǎng)物濃度過低，難以滿足其他階段細(xì)菌的生長需要雖然比對數(shù)生長期的差，但仍有相當(dāng)?shù)拇x活力，細(xì)菌體內(nèi)積累了大量貯存物，如異染粒、聚β—羥基丁酸等，體表的粘液層和莢膜強(qiáng)化了細(xì)菌的生物吸附能力，自我絮凝、聚合能力強(qiáng)，在二沉池中泥水分離效果好，出水水質(zhì)好。1:0.4~0.8BOD.d-細(xì)菌與降解BOD重量比1:0.4以下第57頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月進(jìn)水對數(shù)期穩(wěn)定期衰老期平推流式活性污泥法占優(yōu)勢第58頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)細(xì)菌的遺傳與變異

所謂細(xì)菌的遺傳性是指每種細(xì)菌所具備的親代性狀在子代重現(xiàn)，其子代的性狀與親代基本上一致的現(xiàn)象。

一種生物的親代和子代以及個體之間，在形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理機(jī)能方面都有所差異，這一現(xiàn)象叫做變異。

第59頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月一、細(xì)菌的遺傳

(一)細(xì)菌遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)遺傳學(xué)的研究表明，一切生物遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)是核酸。含有DNA的微生物中遺傳物質(zhì)是DNA。不含有DNA，只含有RNA(核糖核酸)的微生物中，遺傳物質(zhì)是RNA。第60頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)核酸的結(jié)構(gòu)核酸是一種多聚核苷酸(polynucleotide)，水解過程如下：核苷的戊糖和堿基的差異又分為DNA及RNA．如表3—1。核苷的戊糖和堿基的差異又分為DNA及RNA．如表3—1。(二)核酸的結(jié)構(gòu)

核酸是一種多聚核苷酸(polynucleotide)，水解過程如下：第61頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月1、DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)1953年華生(Watson)和克里克(Crick)通過X射線衍射法觀察DN

核苷的戊糖和堿基的差異又分為DNA及RNA．如下表：第62頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月JamesDeweyWatson（1928～）

FrancisHarryComptonCrick

（1916～）

1953年，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型被提出來了，兩位創(chuàng)立者是美國生物化學(xué)家沃森（JamesDeweyWatson，1928～）和英國生物物理學(xué)家克里克（FrancisHarryComptonCrick，1916～）。獲1962年的諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎。

第63頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月富蘭克林拍攝的DNA晶體的X射線衍射照片，這張照片正是發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵

第64頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月1、DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)1953年華生(Watson)和克里克(Crick)通過X射線衍射法觀察DNA結(jié)構(gòu)，提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型：(1)兩條走向相反的多核苷酸鏈，以右手方向沿同一軸心平行盤繞成雙螺旋，螺旋直徑為2nm。(2)兩條鏈間借堿基對的氫鍵相連。A與T之間有2個氫鍵，G與C之間有3個氫鍵(RNA鏈中4與U之間為2個氫鍵，G與C之間為3個氫鍵)。這種堿基相配的關(guān)系稱為堿基互補(bǔ)或堿基配對。(3)一個DNA分子可含幾十萬或幾百萬個堿基對，兩個相鄰的堿基對之間的距離為0.34nm，每個螺旋的距離為3.4nm。第65頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA雙螺旋模型第66頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第67頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的發(fā)現(xiàn)，是生物學(xué)史上的一座里程碑：●為DNA復(fù)制提供了構(gòu)型上的解釋，使人們對DNA作為基因的物質(zhì)基礎(chǔ)不再懷疑●奠定了分子遺傳學(xué)的基礎(chǔ)。DNA雙螺旋模型在科學(xué)上的影響是深遠(yuǎn)的第68頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月2、RNA在細(xì)胞里的三種類型(1)信使RNA(mRNA)它是以DNA的一條單鏈為模扳．在RNA聚合酶的催比下，按堿基互補(bǔ)原則合成的(見圖3—6)。由于傳達(dá)了DNA的遺傳信息，故稱信使RNA。（從細(xì)胞核——細(xì)胞質(zhì)）第69頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)轉(zhuǎn)移RNA(tRNA)它存在于細(xì)胞質(zhì)里，在蛋白質(zhì)合成過程中起轉(zhuǎn)移氨基酸的作用(圖3—7和圖3—8)。根據(jù)mRNA的遺傳密碼依次準(zhǔn)確地將合成多肽的原料—氨基酸運(yùn)送到工廠，是氨基酸的特異運(yùn)輸車。第70頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

tRNA的二級結(jié)構(gòu)：

三葉草形狀

RNA三葉草型的二級結(jié)構(gòu)可分為：氨基酸接受區(qū)、反密碼區(qū)、二氫尿嘧啶區(qū)、TΨC區(qū)和可變區(qū)。除氨基酸接受區(qū)外，其余每個區(qū)都含有一個突環(huán)和一個臂。如圖所示：第71頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月tRNA的

三級結(jié)構(gòu)：倒“L”形，所有的tRNA折疊后形成大小相似及三維構(gòu)象相似的三級結(jié)構(gòu)，這有利于攜帶的氨基酸的tRNA進(jìn)入核糖體的特定部位。如圖所示：第72頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)核糖體RNA約占細(xì)胞總RNA的80％，它的主要成分是核糖體核酸(rRNA)和蛋白質(zhì)。一個核糖體包含有大小兩個亞基，它是蛋白質(zhì)合成的主要場所，即提供一個環(huán)境能使tRNA對應(yīng)到mRNA上的密碼子，而合成蛋白質(zhì)。rRNA：是組成核糖體的主要成分，核糖體是合成蛋白質(zhì)的中心。第73頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月(三)DNA的復(fù)制

DNA的復(fù)制過程包括解旋和復(fù)制。首先DNA雙螺旋分子在解旋酶的作用下，兩條多核苷酸鏈的堿基對之間的氫鍵斷裂，分離成兩條單鏈，然后各自以原有的多核苷酸鏈，按照堿基排列順序，合成一條互補(bǔ)的新鏈，復(fù)制后的DNA雙鏈，由一條新鏈和一條舊鏈構(gòu)成。新鏈的堿基與舊鏈的堿基以氫鍵相連接成新的雙螺旋結(jié)構(gòu)，稱為半保留復(fù)制，整個復(fù)制過程是邊解旋邊復(fù)制的，如圖3—9。第74頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第75頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月(四)微生物中的DNA

1、原核微生物中的DNA原核微生物中的DNA不與蛋白質(zhì)結(jié)合，也沒有核膜，而是以單獨(dú)裸露狀態(tài)存在，通常也稱染色體，絕大多數(shù)微生物的DNA是雙鏈的(有的呈環(huán)狀、有的呈線狀)，只有少數(shù)微生物的DNA是單鏈的。細(xì)菌的DNA拉直時比細(xì)胞長許多倍，如大腸桿菌的長度為2μm，其DNA長度為1100μm至1400μm，它在細(xì)胞中央，高度折疊形成具有空間結(jié)構(gòu)的一個核區(qū)。由于含有磷酸根，而帶有很高的負(fù)電荷。此外，還有少量的DNA(約占細(xì)胞中總DNAl％)存在于細(xì)胞質(zhì)中，稱為質(zhì)粒(plasmid)。

第76頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

DNA幾乎全部集中在染色體上，每種生物的染色體數(shù)目是一定的，如細(xì)菌只有一個環(huán)狀染色體。染色體上含有大量不同的基因，基因數(shù)目為幾個到幾百甚至幾千個不等，染色體是遺傳信息主要貯藏場所。除染色體外另有一類較小環(huán)狀DNA分子獨(dú)立存在于染色體外，也攜帶少數(shù)基因，這就是質(zhì)粒，在細(xì)胞分裂中也能進(jìn)行復(fù)制，傳給后代，并具有一套與細(xì)胞核染色體相對獨(dú)立的遺傳信息，表現(xiàn)一定的遺傳特性。質(zhì)粒一般只存在于細(xì)菌。質(zhì)粒存在與否不影響微生物細(xì)胞的生存，只有當(dāng)宿主細(xì)胞表現(xiàn)某種特性時才能被檢出。喪失質(zhì)粒僅喪失由其決定的某些持性。常見的質(zhì)粒有F因子，R因子，產(chǎn)細(xì)菌素因子及降解質(zhì)粒等等。有的質(zhì)粒能通過細(xì)胞和細(xì)胞的接觸而轉(zhuǎn)移，使受體細(xì)胞獲得該質(zhì)粒決定的遺傳性狀。最近發(fā)現(xiàn)某些酵母菌也有質(zhì)粒。

第77頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月大腸桿菌質(zhì)粒的分子結(jié)構(gòu)示意圖質(zhì)粒能夠“友好”地“借居”在宿主細(xì)胞中。一般來說，質(zhì)粒的存在與否對宿主細(xì)胞生存沒有決定性的作用，但是，質(zhì)粒的復(fù)制則只能在宿主細(xì)胞內(nèi)完成。

質(zhì)粒是基因工程最常用的運(yùn)載體，它存在于許多細(xì)菌以及酵母菌等生物中，是細(xì)胞染色體外能夠自主復(fù)制的很小的環(huán)狀DNA分子，最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒。大腸桿菌的質(zhì)粒中常含有抗藥基因，如抗四環(huán)素的標(biāo)記基因。細(xì)菌質(zhì)粒的大小只有普通細(xì)菌染色體DNA的百分之一左右。第78頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月質(zhì)粒的特點(diǎn)細(xì)胞染色體外能自主復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子質(zhì)粒是基因工程中最常用的運(yùn)載體最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒存在于許多細(xì)菌及酵母菌等生物中質(zhì)粒的存在對宿主細(xì)胞無影響質(zhì)粒的復(fù)制只能在宿主細(xì)胞內(nèi)完成第79頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

2、真核微生物中的DNA真核微生物的DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合，主要存在于細(xì)胞核的染色體上，在普通顯微鏡下可看到真核微生物染色體，外面包有核膜，構(gòu)成真正的細(xì)胞核，真核微生物細(xì)胞核中DNA的量大于原核微生物核區(qū)中DNA的量，DNA也存在于真核微生物的葉綠體、線粒體等細(xì)胞器中，但是量很少。一般不超過細(xì)胞核DNA的1％，并且不與蛋白質(zhì)相結(jié)合。第80頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月(五)遺傳信息的傳遞和表達(dá)

第81頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

生物體的遺傳信息大多都貯存在DNA上，只有少數(shù)病毒的遺傳信息貯存在RNA上。遺傳信息的傳遞和表達(dá)可概括為3個步驟，以DNA為例說明如下：1、將攜帶遺傳信息的DNA復(fù)制；2、將DNA攜帶的遺傳信息轉(zhuǎn)錄到RNA上；3、將RNA獲得的信息翻譯成蛋白質(zhì)。這3個步驟在分子遺傳學(xué)中稱為中心法則。

第82頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA貯存的信息通過堿基排列的序列傳給后代，以DNA一條鏈為模板以堿基互補(bǔ)原則合成mRNA的過程稱為轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄必須忠實(shí)無誤。mRNA包括四種堿基A、G、C、U，而蛋白質(zhì)中含有20種氨基酸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)證明3個堿基序列決定一個氨基酸的遺傳密碼，共有64個密碼。編碼字典見表3—2。其中61個密碼分別代表20種氨基酸。每一種氨基酸有1個到6個密碼不等，另外3個密碼UAA、UAG、UGA為肽鏈終止信號，不代表任何氨基酸。密碼AUG代表蛋氨酸，也是肽鏈合成的起動信號。第83頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第84頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

mRNA攜帶著由DNA轉(zhuǎn)錄來的遺傳信息。這些信息蘊(yùn)藏在mRNA的3字密碼上，密碼的序列決定了蛋白質(zhì)中氨基酸的序列。在蛋白質(zhì)合成中，核糖體的小亞基主要識別mRNA的起動密碼子AUG，并搭到mRNA的鏈上移動，直到遇到mRNA的終止信號UAA、UAG、UGA時，合成工作終止。tRNA按mRNA密碼的指示，依賴一種強(qiáng)特異性的氨基酰tRNA合成酶，將不同的氨基酸活化，活化后的氨基酸被特異的tRNA攜帶，按排列順序結(jié)合到核糖體的大亞基上，縮合成肽鏈，如圖3—11。蛋白質(zhì)或者多肽鏈?zhǔn)歉鞣N遺傳性狀的物質(zhì)基礎(chǔ)。

第85頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第86頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月(六)基因表達(dá)的調(diào)控基因是具有遺傳功能的DNA分子上的片段，平均含有1000個堿基對。一個DNA分子中含有許多基因，不同基因分子含堿基對的數(shù)量和排列序列不同，并具有自我復(fù)制能力。各種基因在染色體上均有其特定的位置稱為位點(diǎn)，如果染色體上基因缺失、重復(fù)、或在新的位置上和別的基因相鄰，改變了原有的排列序列，都會引起某些性狀的變異。由于基因的功能差異，又可分為結(jié)構(gòu)基因、調(diào)節(jié)基因和操縱基因。

第87頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

結(jié)構(gòu)基因決定某一種蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)相應(yīng)的一段DNA，可將攜帶的特定遺傳信息轉(zhuǎn)錄給mRNA，再以mRNA為模板合成特定氨基酸序列的蛋白質(zhì)。

調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因帶有阻遏蛋白，控制結(jié)構(gòu)基因的活性。平時阻遏蛋白與操縱基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因無活性，不能合成酶或蛋白質(zhì)，當(dāng)有誘導(dǎo)物與阻遏蛋白結(jié)合時，操縱基因負(fù)責(zé)打開控制結(jié)構(gòu)基因的開關(guān)，于是結(jié)構(gòu)基因就能合成相應(yīng)的酶或蛋白質(zhì)。

操縱基因操縱基因O位于結(jié)構(gòu)基因的一端，與—系列結(jié)構(gòu)基因合起來形成一個操縱子。第88頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月基因表達(dá)是基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯、

產(chǎn)生有生物活性的蛋白質(zhì)的整個過程第89頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月例如大腸桿菌中降解乳糖的酶由3個蛋白質(zhì)Z、Y和A所組成。受結(jié)構(gòu)基因z、y及a控制，當(dāng)培養(yǎng)基中不存在乳糖時，調(diào)節(jié)基因I的阻遏蛋白與操縱基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因就不能表達(dá)出來，當(dāng)培養(yǎng)基中除乳糖外無其它碳源時，乳糖是誘導(dǎo)物，與調(diào)節(jié)基因I的阻遏蛋白結(jié)合，使阻遏蛋白喪失與操縱基因結(jié)合的能力，此時操縱基因“開動”，結(jié)構(gòu)基因z、y及a合成蛋白質(zhì)Z、Y和A，從而形成分解乳糖的酶(如圖3—12所示)，培養(yǎng)基中乳糖就被大腸桿菌分解利用，當(dāng)乳糖全部被利用后，阻遏蛋白就與操縱基因結(jié)合，操縱基因“關(guān)閉”，酶的合成停止。遺傳性狀的表現(xiàn)是在基因控制下個體發(fā)育的結(jié)果，即從基因到表現(xiàn)型必需通過酶催化的代謝活力來實(shí)現(xiàn)，而酶的合成直接受基因控制，一個基因控制一種酶，或者說一種蛋白質(zhì)的合成控制一個生化步驟，從而控制新陳代謝決定遺傳性狀的表現(xiàn)。第90頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第91頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月二、細(xì)菌的變異

細(xì)菌的遺傳性狀發(fā)生變化稱為細(xì)菌的變異，主要是由基因突變和基因重組造成的(圖3－14)。

第92頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第93頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月(一)基因突變

微生物群體中偶而會出現(xiàn)個別在形態(tài)或生理方面有所不同的個體，個體的變異性能夠遺傳，產(chǎn)生變株。這是由于某些原因，引起生物體內(nèi)的DNA鏈上堿基的缺乏、置換或插入，改變了基因內(nèi)部原有的堿基排列順序(基因型的改變)，引起表現(xiàn)型突然發(fā)生了可遺傳的變化。當(dāng)后代突然表現(xiàn)和親代顯然不同的遺傳的表現(xiàn)型時，這樣的變異稱為突變。第94頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

突變的主要特點(diǎn)有：(1)突變的發(fā)生是無定向的(2)突變發(fā)生的頻率很低，即稀有性。突變率是指每一細(xì)胞在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的機(jī)率，通常為10－5～10－10(3)自發(fā)性(4)獨(dú)立性(5)穩(wěn)定性(6)可逆性(7)誘變性。通過人為施加誘變劑處理后突變率可大大提高，一般可提高10～105倍。第95頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)突變發(fā)生機(jī)理，突變可分為點(diǎn)突變和染色體畸變兩大類。根據(jù)突變發(fā)生過程是否受人為誘變劑影響可分為自發(fā)突變和誘發(fā)突變兩大類。第96頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)基因重組兩個不同性狀的個體細(xì)胞，其中一個細(xì)胞(供體細(xì)胞)的DNA與另一個細(xì)胞(受體細(xì)胞)的DNA融合，使基因重新排列，遺傳給后代，產(chǎn)生新品種或表達(dá)新的遺傳性狀，稱為基因重組。第97頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

在基因重組時，不發(fā)生任何堿基對結(jié)構(gòu)上的變比。重組后的生物體表現(xiàn)出重組后的新的遺傳性狀。微生物中基因重組的形式很多。在真核微生物中，基因重組是通過二個配子相互融合的有性繁殖的過程中發(fā)生的，故稱為雜交。在原核微生物中通常只是部分遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和重組，如轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)和接合等都是基因重組在細(xì)胞水平上