环境微生物学-第五章 微生物的生长繁殖与生存因子
微生物的生长繁殖与生存因子
计算生长量
①测细胞干重； ②测细胞含氮量; ③测DNA; ④生理指示法
第二节 微生物的生存因子
温度
■pH
氧化还原电位 溶解氧 表面张力
太阳辐射 水的活度与渗透压
第三节 其它不利环境因子对微生物的影响
紫外辐射和电离辐射对微生物的影响 超声波对微生物的影响 重金属对微生物的影响 极端温度对微生物的影响 极端pH对微生物的影响 干燥对微生物的影响 若干有机物对微生物的影响
用于微生物培养的摇床
一般摇床都可以控制转速和温度
生长曲线
以细菌个数或细菌数的对数或细菌的干重为纵坐标， 以培养时间为横坐标，连接坐标系上个点成一条曲 线，即细菌的生长曲线。
▲连续培养（Continuous culture)：
当微生物一单批培养方式培养到指数期的 后期时，一方面以一定速度连续流进新 鲜培养基并立即搅拌，另一方面利用溢 流的方式以同样的流速不断流出培养物， 已达到动态平衡。
第五章 微生物的生长繁殖与生存因子
主要内容：
微生物的生长繁殖 细菌的生长曲线 细菌生长曲线在污（废）水微生物处理中的应
用 微生物的生存因子 不利环境因子对微生物的影响 微生物与微生物之间的关系
第一节 微生物的生长繁殖
■微生物生长繁殖的概念
个体生长→个体繁殖→群体生长 群体生长=个体生长+个体繁殖 个体生长：细胞原生质总量的增加； 个体生长:①染色体DNA的复制和分离；
抗生素对微生物的影响
第四节 微生物与微生物之间的关系
竞争关系 原始合作关系 共生关系 偏害关系 捕食关系 寄生关系
第五节 菌种的退化、复壮与保藏
菌种的退化与复壮 菌种的保藏
环境微生物第五章微生物生长繁殖与生存因子
2、高温灭菌的原因
➢ 蛋白质核酸不可逆失活 ➢ 细胞膜上的脂类受热溶解
3、高温灭菌的指标
➢致死温度——10分钟内杀死微生物 所需的最低温度
➢致死时间——某一温度下杀死微生 物所需的最短时间
4、高温灭菌的影响因素
➢种类 ➢生理状态（菌龄） ➢有无芽孢 ➢含水量
5、高温灭菌的方法
➢干热灭菌（耐热物品）：灼烧、烘箱
➢紫外线的杀菌作用 260nm处杀菌力 最强
➢紫外线的穿透力极差
六、其它因素
➢ 化学物质对微生物的影响
➢ 重金属 ➢ 强氧化剂 ➢ 有机化合物
➢ 渗透压微生物的影响
➢ P太高，细胞失水，质壁分离死亡 ➢ P太低，细胞吸水，膨胀而破裂
§3微生物之间的相互关系
可概括为： ➢ 一种微生物为另一种微生物创造有利条件
➢ Eh受代谢产物影响很大
四、微生物与DO 1、 好氧菌（需充足DO）
➢ 供氧不足，絮体内部会缺氧 ➢ DO过高（高于0.2atm ），会中毒 ➢ 供氧方式：机械搅拌、鼓风曝气等
2、兼性厌氧菌 （既有氧化酶又有脱氢酶）
酵母菌： ➢好氧呼吸 ➢厌氧呼吸
产物：CO2+H2O 产物：乙醇+ CO2
3、厌氧菌
——一种微生物的代谢产物对另一种或另
一类微生物生长不利，或杀死或抑制对方。
➢特异性拮抗
微生物间 的化学战术
➢非特异性拮抗
——地盘战
五、竞争关系 ——不同的微生物种群在同一环境中，
对食物等营养、溶解氧、空间和其 他共同要求的物质互相竞争，互受 到不利影响。
六、捕食关系
本章重点
微生物生长曲线的四个时期及特点 生长曲线在废水生物处理中的应用 温度、PH、Eh、DO与微生物的关系 微生物之间的相互关系
微生物的生长繁殖与生存因子
第五章 微生物的生长繁殖与生存因子第一节 微生物的生长繁殖的概念生长：原生质与细胞组分的增加繁殖：菌体细胞数量的增加1. 微生物纯培养的生长纯培养（pure culture ）：单个细胞或一种细胞群繁殖得到的后代1.1 获得纯培养的方法：1) 平板分离法; 2) 液体分离法; 3) 单细胞挑取分离法; 4) 选择性培养基分离法1) 平板分离法a.划线分离法：快速、方便 分段划线（适用于浓度较大的样品）连续划线（适用于浓度较小的样品）b.稀释倾注分离法：先取稀释液注入平皿，再注入45℃左右的培养基，将稀释液冲开培养基表面、中间均会出现菌落c.涂布平板法（培养基表面出现菌落）：简单易行，但易造成机械损伤二）液体分离法：适用于细胞较大的微生物。
用液体培养基对菌液做10倍系列稀释，使试管中只存在一个细胞，由此繁殖得到的后代必是纯培养三）单细胞（单孢子）分离法：在显微镜下用显微操纵器（单细胞挑取器）进行四）选择性培养基分离：微生物群落中数量占少数的微生物的分离纯化分离原则：抑制大多数其它微生物的生长；使待分离的微生物生长更快a.利用选择平板进行直接分离：(牛奶平板分离蛋白酶产生菌)b.富集培养：特定的环境条件 → 仅适应于该条件的微生物旺盛生长 → 待分离微生物在群落中的数量大大增加 → 从自然界中分离到所需的特定微生物1.2 纯培养的接种方法根据菌的生长速度的快慢来选择：斜面接种；液体接种一）斜面接种：为保存菌种和获得大量菌种1）蛇形划线法(适用于易扩散的菌种） 2）点种法（适用于真菌短时间保存菌种）二）穿刺接种法：用于接种试管深层琼脂培养基，以观察细菌运动及鉴定细菌用三）液体接种法：用接种针在液面边缘 → 产生混浊 → 搅匀、振荡1、小接种量；2、用无菌滴管或移液管；3、直接倒入2. 微生物生长繁殖的测定一）以数量变化对微生物生长情况进行测定1）显微镜直接计数法：采用细菌计数板或血球计数板，在显微镜下对微生物数量进行直接计数（计算一定容积里样品中微生物的数量）缺点：a. 不能区分死菌与活菌；b. 不适于对运动细菌的计数；c. 需要相对高的细菌浓度；d. 个体小的细菌在显微镜下难以观察2）比浊法：用光密度（OD ）在560nm 波长处测溶液混浊度（特点：快速、简便；但易受干扰）二）间接计数法：活菌法1）平板计数法：广泛用于各种样品的检测方法：1）涂布法（菌长在表面）； 2）倾注法（菌长在表面和基内）优点：常用、较准确、可对不同种微生物做活菌计数。
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第五章微生物的生长繁殖与生存因子一、选择题1．生长速率常数最大的时期是（）。
A．停滞期B．对数期C．静止期D．衰亡期【答案】B【解析】B项，对数期的细菌得到丰富的营养，细胞代谢活力最强，合成新细胞物质的速率最快，细菌生长旺盛。
这时的细菌数不但以几何级数增加，而且每分裂一次的时间间隔最短，生长速率常数最大。
2．下列关于恒浊连续培养的描述正确的是（）。
A．是使培养液中细菌的浓度恒定的培养方式B．在恒浊器中微生物始终以最高生长速率进行生长C．是一种设法使培养液的流速保持不变的培养方式D．微生物始终在低于其最高生长速率的条件下进行生长繁殖的方式【答案】A【解析】恒浊连续培养是使细菌培养液的浓度恒定，以浊度为控制指标的培养方式。
按实验目的，首先确定细菌的浊度保持在某一恒定值上。
调节进水（含一定浓度的培养基）流速，使浊度达到恒定（用自动控制的浊度计测定）。
3．固氮菌和纤维素分解菌生活在一起时的关系是（）A．拮抗B．共生C．寄生D．互生【答案】D【解析】D项，固氮菌固定的氮为纤维素分解菌提供氮源，纤维素分解菌分解纤维素的产物有机酸被固氮菌用作碳源和能源，也为纤维素分解菌解毒。
两者可以单独生活，共存于同一环境中，相互提供营养及其他生活条件，双方互为有利，相互受益，属于互生关系。
4．细菌的生长曲线中，总菌数和活菌数几乎相等的是（）。
A．适应期B．对数期C．稳定期D．衰亡期【答案】B【解析】B项，对数期由于营养物质足以供给合成细胞物质使用，因此细菌细胞质的合成速率与活菌数的增加速率一致，细菌总数的增加率和活菌数的增加率一致，总菌数和活菌数几乎相等。
5．常用的消毒酒精的浓度为（）。
A．30％B．70％C．95％D．100％【答案】B【解析】B项，醇是脱水剂和脂溶剂，可使蛋白质脱水、变性，溶解细胞质膜的脂质，进而杀死微生物机体。
体积分数为70％的乙醇杀菌力最强。
乙醇浓度过低无杀菌力，纯乙醇因不含水很难渗入细胞，又因它可使细胞表面迅速失水，表面蛋白质沉淀变性形成一层薄膜，阻止乙醇分子进入菌体内，故不起杀菌作用。
第5章-微生物的生长繁殖与生存因子2
5、丝状微生物（放线菌、霉菌） 的生长曲线
❖ 丝状微生物的群体生长有着与单细胞微生物类似的规 律。
❖ 丝状真菌的生长曲线：采用孢子接种，在液体培养基中 震荡培养，菌丝体通过断裂繁殖不形成产孢结构。以 时间为横坐标，以菌丝干重为纵坐标，绘制生长曲线。
第二十三页，编辑于星期五：十六点 五十一分。
出 水
新鲜培养基 流速控制阀
第二十九页，编辑于星期五：十六点 五十一分。
目前, 污水连续生物处理法均类似于恒化连
续培养；（流速不完全恒定）
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第三十页，编辑于星期五：十六点 五十一分。
第三十一页，编辑于星期五：十六点 五十一分。
三、细菌生长曲线在污（废）水微生物处理中的应用
• 在污水生物处理过程中，如果条件适宜，活性污泥 的增长过程，与纯种单细胞微生物的增值过程大体相 仿，也存在停滞期、对数期、静止期和衰老期。
间的时间
多细胞微生物的世代时间：两次繁殖之间的 时间
世代时间的大小反映了一种微生物繁殖速度 的快慢。
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第四页，编辑于星期五：十六点 五十一分。
二、研究微生物生长的方法
单个体微生物生长 生长
分批培养 群体微生物生长
连续培养
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第五页，编辑于星期五：十六点 五十一分。
（一）分批培养（以细菌纯培养为例）
第五章 微生物的生长 繁殖与生存因子
第一节 微生物的生长繁殖
第二节 微生物的有利生存因子 第三节 微生物的不利生存因子
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第一节 微生物的生长繁殖
一、微生物生长繁殖的概念
1、微生物生长：
微生物的基本单位是细胞，微生物的生长是指在合适的环境条件下通过 新陈代谢把营养物质转变成细胞物质，使得其细胞物质有规律、不可逆 增加，导致细胞体积扩大的生物学过程。
第5章 微生物的生长繁殖与生存
一个微生物细胞
合适的外界条件，吸收营养物质，进行代谢。 如果同化作用的速度超过了异化作用 个体的生长 原生质的总量（重量、体积、大小）就不断增加 如果各细胞组分是按恰当的比例增长时，则达到一定程度后就 会发生繁殖，引起个体数目的增加。 群体内各个个体的进一步生长
群体的生长
2.世代时间
– 细菌两次细胞分裂的时间间隔。
个菌/毫升 MPN三管法测数统计表
数量 指标 000 001 010 020 100 101 110 102 110 111 120 细菌最 可能数 0.0 0.3 0.3 0.6 0.6 0.4 0.7 1.1 0.7 1.1 1.1 数量 指标 121 130 200 201 202 210 211 212 220 221 222 细菌最 可能数 1.5 1.6 0.9 1.4 2.0 1.5 2.0 3.0 2.0 3.0 3.5 数量 指标 223 230 231 232 300 301 302 310 311 312 313 细菌最 可能数 4.0 3.0 3.5 4.0 2.5 4.0 6.5 4.5 7.5 11.5 16.0 数量 指标 320 321 322 323 330 331 332 333 细菌最 可能数 9.5 15.0 20.0 30.0 25.0 45.0 110.0 140.0
2、电子计数器计数
较大的微生物如原生动物、藻类和非丝状的酵母 菌可用电子计数器直接计数。 原理是：在一个小孔的两侧各放置一个电极，通电 后，若有物体通过，电阻会发生变化。当细胞悬液通 过小孔时，每通过一个细胞，电阻就会增大（或电导 率下降），并产生一个信号，计数器就对该细胞自动 计数一次。电子计数器测量结果精确，但受微小颗粒 和丝状物干扰。
第五章微生物的生长与生存因子
（二） 测定活细菌数
（三） 计算生长量
（一） 测定微生物的总数 ① 计数器直接计数 ② 电子计数器计数 ③ 染色涂片计数法 ④ 比浊法
① 计数器(血球计数板）测定法
每 小 格 深 0 .1 m m 盖玻片 载玻片
0.052mm2×25
计 数 格 =4× 4=16 大 格 血球计数板 1 大 格 =5× 5=25 小 格 1 小 格 = 0 .0 5 m m × 0 .0 5 m m = 0 .0 0 2 5 m m
10.0
9.9 8.0
在污（废）水处理系统中，经常需要添加碱性物 质调节pH值。
例：厌氧消化 在厌氧消化中，为了控制好产酸阶段和产甲烷阶段的 产量，pH很关键，通常控制pH为6.6～7.6，最好控 制在6.8～7.2之间。城市生活污水、污泥中含蛋白质， 在处理时可不加缓冲物质。不过不含蛋白质、氨等物 质，在处理之前和处理过程中则需添加碱性物质。 缓冲物质有：碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠及氨等。
对数期的微生物要求进水有机物浓度高，不易 达到出水标准。
I.
II. 静止期的微生物积累了大量的储存物，如：异 染颗粒、黏液、荚膜等，强化了生物吸附能力， 具有相当的代谢 活力。 III. 对数期的微生物絮凝能力差，沉淀性能差，出 水水质差；静止期的微生物絮凝能力强，泥水 分离效果好，出水水质好。
四、 微生物生长量的测定方法
-5 10
各 取 1ml ， 均 匀 涂 布 于 冷固体培养基平板上或 与温热液态固体培养基 混合冷却。
第三步：培养
每一个细菌会生成一个 菌落. 稀 释 过 低 菌 落 集 无 计数 度 ， 密 法 可以计数 ，但数量 过多，费 时费力 数量合 适，统 计计算， 作为结 果 数量太少 ，误差因 素太大， 不做计数
5-微生物的生长繁殖、营养及生存因子
②染色后活菌计数法
③比浊法 用分光光度法对无色的微生物悬浮液进行测 定，一般选用450~650nm波段。
（2）间接计数法（活菌计数法）
①平板菌落计数法 原理是每个活细菌在适宜的培养基和良好的 生长条件下可以通过生长形成菌落。
（三）测定细胞物质量 干重或湿重法 含氮量测定法 DNA测定法 其它生理指标测定法
4、 寄生
一种小型生物生活在另一种相对较大型生物的体内
或体表，从中取得营养和进行生长繁殖，同时使后者
蒙受损害甚至被杀死的现象。
寄生物（parasite）
寄主或宿主（host）
微生物间的寄生
噬菌体—细菌 蛭弧菌—细菌 真菌—真菌 真菌、细菌—原生动物
5、偏害（ 拮抗）
某种生物产生的代谢产物可抑制它种生物的生长发育 甚至将后者杀死。
第五章 微生物的生长繁殖、 营养及生存因子
一、 微生物的生长繁殖 二、 微生物的营养与培养基 三、 微生物的生存因子 四、 其它不利环境因子对微生物的影响 五、 微生物与微生物之间的关系
一、 微生物的生长繁殖
（一）概念 生长——生物个体由小到大的增长，即表现 为细胞组分与结构在量方面的增加。 繁殖——指生物个体数目的增加。 生长繁殖的速度是很快的，两者始终交替进 行。
二、 微生物的营养与培养基
营养物质：能够满足机体生长、繁殖和完成 各种生理活动所需的物质。 营养：生物体从外部环境中摄取其生命活动 所需的能量和物质，以满足正常生长繁殖需 要的一种最基本的生理功能。 营养物质是微生物生存的物质基础，而营养 是微生物维持和延续其生命形式的一种生理 过程。
（1）微生物的化学组成
第五章 微生物的生长繁殖与生存
指数期的重要参数
（1）繁殖代数（n） ）繁殖代数（ ）
指数生长可以用下式表示： 指数生长可以用下式表示：
x2 = x1 × 2
n
x2
lg x2 = lg x1 + nlg 2 n = ( lg x2 - lg x1 ) / lg 2
X1:起始时细胞数目 起始时细胞数目 X2:指数生长某个时刻 指数生长某个时刻 的细胞数目。 的细胞数目。 N:世代数 世代数
停滞期 指数期 静止期 衰亡期
细菌的生长曲线（ curve） 细菌的生长曲线（growth curve） 1.停滞期（Lag phase） 1.停滞期（ phase） 停滞期
现象： 现象：培养体系内细胞 数目几乎保持不变。 数目几乎保持不变。 原因： 原因：细胞需要合成分 裂所需的酶、 裂所需的酶、ATP和其 和其 他成分， 他成分，为细胞分裂作 准备 。 影响因素： 影响因素： 菌种的生理活性 培养基的组分 接种量
时间
恒浊器与恒化器的比较
装置 控制对 象 培养基 培养基 流速 生长速 率 产物 应用范 围
恒浊器
菌体密 度（内 控制） 控制）
无限制 生长因 子
不恒定
恒浊器 最高速 率
恒化器
培养基 流 速 （外控 制）
有限制 生长因 子
恒定
恒化器 低于最 高速率
大量菌 体或与 菌体相 平行的 代谢产 物 不同生 长速率 的菌体
细菌出流量
限制性营养因子
概念： 概念：凡是处于较
细胞数或菌体量
低浓度范围内， 低浓度范围内，可 影响生长速率和菌 体产量的营养物就 称限制性生长因子。 称限制性生长因子。 作用方式： 作用方式：影响微 生物的生长速率和 总生长量。 总生长量。
环境工程微生物学5~9章
环境工程微生物学5~9章第五章微生物的生长繁殖与生存因子1、微生物群的生长的研究方法微生物的培养方法有分批培养和连续培养-分批培养分批培养是讲一定量的微生物接种在一个封闭的，盛有一定体积液体培养基的容器内，保持一定的温度，pH，溶解氧，微生物在其中生长繁殖，结果出现微生物的数量由少变多，达到高峰后又有多变少，甚至死亡的变化规律。
这就是微生物的生长曲线。
-停滞期特点：（1）代谢活跃，个体体积重量增大；（2）不立即进行分裂增殖，数量不变，甚至变少。
缩短或消除停滞期的方法：（1）采用处于高效菌群对数期的菌种；（2）增大接种量；（3）保持接种前后所处的培养介质和条件一致。
-对数期特点：（1）繁殖速度最大；（2）平均代时最短；（3）形态、染色、生物活性都很典型。
-静止期特点：（1）消耗了大量营养物质，代谢毒物增多；（2）死亡率=出生率。
-衰亡期特点：死亡率>出生率（相当于内源呼吸阶段）连续培养定义：是细胞培养对数期后，以一定速率流入新鲜培养基，并利用溢流方式等流出培养物，使容器内培养物或细菌达到动态平衡。
微生物生长维持在某一对数生长期的生长速率。
-恒浊连续培养（细菌以最高生长速率生长）恒浊连续培养是使细菌培养液的浓度恒定，以浊度为控制指标的培养方式。
-恒化连续培养（使细菌在低于最高生长速率的条件下生长繁殖）恒化连续培养是维持进水中的营养成分恒定，以恒定流速进水，以相同流速流出代谢产物。
2、细菌生长曲线在污水生物处理中应用-常规活性污泥法利用生长速率下降阶段的微生物，包括减速期、静止期。
-生物吸附法利用生长速率下降阶段的微生物。
-高负荷活性污泥法利用生长速率上升阶段（对数期）和生长速率下降阶段（减速期）的微生物。
-有机物含量低的污水，利用内源呼吸阶段（衰亡期）的微生物。
-为什么常规活性污泥法不利用对数生长期的微生物而利用静止期的？（1）对数生长期的微生物虽然生长繁殖快，代谢活力强，能大量去除污水中的有机物，但相应要求进水有机物浓度高，则出水的绝对值也相应提高，不易达到排放标准。
第五章 微生物的生长繁殖与生长因子I
②采用对数生长期的健壮菌种；
③调整培养基的成分，在种子基中加入发酵培养 基的某些成分； ④选用繁殖快的菌种。
2、对数期（指数期） logarithmic phase
细菌生长速度达到最大，细胞数目以几何级数增加， 其对数与时间呈直线关系。 特点：
（1）细菌迅速分裂，菌数按几何级数增加； （2）世代时间最短，而且恒定； （3）生长速度最高而且恒定； （4）代谢活力强无死亡； （5）菌体整齐，体积恢复到原来大小； （6）对环境敏感，生理性状及菌体成分较一致
4、衰亡期 decline phase
由于营养缺乏和代谢产物积累造 成自身中毒，细胞生长受阻，时间和 菌数对数呈反比，生长曲线直线下降。
细 菌 数 目 的 对 数 值
缓 慢 期 对 数 期 0 稳定期 衰亡期
t
时间
特点： ① 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“负生长”。 ② 细胞进行内源性呼吸（因为营养缺乏），出现多形态、畸 形或衰退形，芽孢开始释放。 ③ 因菌体本身产生的酶及代谢产物的作用，使菌体死亡。 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。 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 成代谢，继而导致菌体的死亡
C源的葡萄糖、麦芽糖、乳酸；生长因子、无机盐等。
恒化器Chemostat 或bactogen
稀释率/稀释度（D）：新鲜培养基流入的速度为f， 培养器中培养液体积为V，稀释度为D=f/V，表示单 位时间内，新加入的培养基体积与培养器内培养基 总体积之比。 随着D增大，细菌浓度先升后降，但在相当大范 围内这种变化不明显。当稀释度增大到最大比生长 速率时，微生物的增长速率赶不上流出速率，结果 必然是到某一时刻，微生物浓度降到维持生长所必 需的最低浓度（临界浓度）之下，这时培养器内微 生物浓度趋于零。这时的D为临界稀释度。
第五章_微生物的生长繁殖与生存因子(答案)
第五章微生物的生长繁殖与生存因子一、名词解释1、生长曲线：将一定量的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，微生物的数量由少变多，达到高峰后又由多变少，甚至死亡的变化规律。
每隔一定时间取样，测细胞数目，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。
2、分批培养：将一定量的微生物接种在一个封闭的、盛有一定体积液体培养基的容器内，保持一定的稳定、pH和溶解氧量，微生物在其中生长繁殖，最后一次收获的培养方式。
3、连续培养：在微生物培养的过程中，不断地供给新鲜的营养物质，同时排除含菌体及代谢产物的发酵液，让培养的微生物长时间地处于对数生长期，以利于微生物的增殖速度和代谢活性处于某种稳定状态。
连续培养有恒浊连续培养和恒化连续培养。
4、代时：细菌两次细胞分裂之间的时间。
5、恒浊连续培养：使细菌培养液的浓度恒定，以浊度为控制指标的一种连续培养方式。
6、恒化连续培养：维持进水中的营养成分恒定（其中对细菌生长有限制作用的成分要保持低浓度水平），以恒定流速进水，以相同流速流出代谢产物，使微生物处于最高生长效率状态下生长的一种连续培养方式。
7、好氧微生物：在有氧存在的条件下才能生长的微生物。
8、兼性厌氧微生物：是一类既能在无氧条件下，又可以在有氧条件下生存的微生物。
特点是在有氧条件下借呼吸产能，而在无氧条件下课借发酵或无氧呼吸产能；细胞内含有超氧化物歧化酶和过氧化氢酶。
例如一些酵母菌和许多细菌等。
9、厌氧微生物：在无氧条件下才能生存的微生物。
10、消毒：用物理、化学方法杀死治病菌，或者杀死所有微生物的营养细胞和一部分芽孢。
11、灭菌：是通过超高温或其他的物理、化学方法将所有微生物的营养细胞和所有的芽孢或孢子全部杀死的过程。
12、互生关系：指两种可以单独生活的生物共存于同一环境中，相互提供营养及其他生活条件，双方互为有利，相互受益。
13、共生关系：指两种不能单独生活的微生物共同生活于同一环境中，各自执行优势的生理功能，在营养上互为有利而所形成的共生体，这两者之间的关系就叫共生关系。
微生物的生长繁殖与生存因子
每个视野的面积 由目测微尺的单 元格量出，视野 中菌液的体积按 比例折算 目镜中的视野
计数
每个视野细菌的平均数量 细菌数量= 视野中的菌液体积
=
××个/mL
4．比浊计数法
测定悬浮细胞的快速方法。 其原理是：单细胞微生物的悬液与浊度成正比，与光密
度（ OD ）成反比。可用分光光度计测定细菌悬液的光
2.稀释培养计数（MPN法）
液体计数法是根据统计学原理设计的一种方法。 先将待测菌液作 10 倍梯度稀释，然后取相应稀释度样品 分别接种到 3管或5管一组液体培养基中，培养一定时间 后，观察各管及各组中细菌是否生长、记录结果，再查 与之匹配的统计表，算出细菌的最终含量。
也称最可能数法或MPN法。
培养基 肉汤 牛奶 肉汤或牛奶
培养温度 ℃ 37 37 37
代时 min 17 12.5 16~18
E. aerogenes
B. Cereus（蜡状芽孢杆菌） B. thermophilus（嗜热芽孢杆菌） Lactobacillus acidophilus（嗜酸乳杆菌）
组合
肉汤 肉汤 牛奶
37
30 55 37
第五章 微生物的生长繁殖与生存因子
1
第一节 微生物的生长繁殖
2
微生物在适宜的环境条件下，不断吸收营养物质，
进行新陈代谢。如果同化作用大于异化作用，则 表现为微生物个体生长，到一定阶段开始分裂， 微生物个体数量增多，表现为群体生长。 微生物生长通常是指群体的增长。
3
菌名 E. coli（大肠杆菌） E. coli Enterobacter aerogenes（产气肠细菌）
密度或透光度；也可以用浊度计测菌悬液的浊度。将未 知细胞数的菌悬液和已知细胞数的菌悬液相比，可求出 未知菌悬液所含的细胞数。
第五章微生物的生长繁殖与生存因子
微生物生长曲线
1.停滞期 停滞期特点 • 生长速率等于零 •细胞合成新的成分 – 补充消耗的材料 – 适应新的培养基或别的培养条件
• 细胞形态变大或变长
• 对外界不良环境敏感
停滞期－“万事开头难”
特征： 不立即进行细胞分裂、增殖，数量不变甚至减少
细 菌 数 目 的 对 数 值
提问：为什么会出现停滞 期呢？
营养物质被消耗不能满足生长需要
• 代谢废物或有害物质积累到抑制生长水平
• pH、氧化还原势等物化条件越来越不适应
•新生率等于死亡率
4）衰亡期 特点： • 细胞以指数速率死亡； • 细胞变形退化。
影响衰亡期的因素
•与菌种的遗传特性有关 : 有些细菌的培养经历所 有的各个生长时期，几天以后死亡 , 有些细菌 培养几个月乃至几年以后仍然有一些活的细胞；
一、温度 温度对于微生物有那些影响？ 温度是微生物最重要的生存条件之一。 当处于最佳范围时，每上升10℃，酶促反应速度 提高1～2倍。代谢速率和生长速率也提高，繁殖 能力最强，微生物进行大量繁殖。 不同微生物对温度的要求不同。可将微生物分为 嗜冷菌、嗜中温菌、嗜热菌、嗜超热菌。
细菌 嗜冷菌 嗜中温菌 嗜热菌 嗜超热菌
最低温度 －5 ～0 5～10 30 55℃以上
最适温度 5～10 25～40 50～60 70～105
最高温度 20～30 45～50 70～80 110～113
低温、中温和高温细菌的生长温度范围
微生物 原生动物 真核藻类 真菌 蓝细菌 细菌 古菌
温度 45～50 56 60 70～73 ＞90 113
好氧生物处理系统中，为了保证微生物的正常工作， 必须为它们提供足够的溶解氧。 工程上，通常采用鼓风曝气的形式向水中强制充氧， 对于生活污水厂，BOD5200～300mg/L。如果曝气池的 活性污泥浓度在2000～3000mg/L时，溶解氧必须保证 在2mg/L以上。通常控制在3～4mg/L。
微生物的生长繁殖与生长因子
• 原理：通过认识稳定期到来，并采取相应的有效措施： 反“稳定期”的到来。
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三、连续培养 恒浊培养 保持细菌培养液浊度
低温：酶活性下降、新陈代谢缓慢
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2、高温灭菌
干热灭菌：干燥条件，160℃维持1-2h。
高温灭菌
高压蒸汽灭菌法：密闭条件下，水加热蒸发形成高压 的同时产生高温。利用高温杀死菌。
湿热灭菌 间歇灭菌法：100℃，30-60min 冷却，37℃培养1d
反复三次
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巴斯德消毒法：采用60-70℃的温度处理15-30min 的消毒方法。
恒化培养 保持细菌培养液营养物质 浓度
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• 恒法器（turbidostat）这是根据培养器内微生物的生长密 度，并借光电控制系统来控制培养液流速，以取得菌体密 度高、生长速度恒定的微生物细胞的连续培养器。在恒浊 器中的微生物，始终能以最高生长速率进行生长，并可在 允许范围内控制不同的菌体密度。
3 应用
稳定期是以生产菌体或与菌 体生长相平行的代谢产物， 例如单细胞蛋白、乳酸等为
• 对不良条件敏感，抵抗力降低
目的的一些发酵生产的最佳
2 稳定期到来的原因主要是：
• 营养物尤其是生长限制因子的耗尽；
收获期，也是对某些生长因 子例如维生素和氨基酸等进 行生物测定的必要前提。此
• 营养物的比例失调，如 C／N比值不合适； 外，由于对稳定期到来的原
辐射：能量通过空间传递的一种物理现象。 1、可见光：（400nm—800nm）
第一篇第五章微生物的生长繁殖与生存因子
测体积法:SV30 菌体内重要组成测定法
含N量法 DNA/RNA法
叶…绿…素法
No Image
Cncnc-micro
测生长量(间接法)
比浊法 生理指标法
计繁殖数
比例计数法 血球计数板法 液体稀释法 平板菌落计数法 滤膜培养法
各种型号的全自动血球计数仪
五、微生物的生存因子
温度 PH 氧气
No Image
一、微生物的生长与繁殖的概念
• 微生物的生长：微生物在适宜的环境条件下，进行 代谢活动，当同化作用大于异化作用时，微生物的细 胞物质有规律地、不可逆地增加，导致细胞体积扩大 的生物学过程，叫微生物的生长。
• 微生物的繁殖：微生物生长到一定阶段，由于细胞 结构的复制与重建并通过特定方式产生新的生命个 体，即引起生命个体数量增加的生物学过程。
霍乱弧菌、氢单胞菌,贝日阿托氏菌、发硫菌、浮游球衣菌等
耐氧厌氧菌（aerotolerant anaerobes）
如乳酸菌
Im 厌Naoge氧菌（anaerobes，在氧分压为0.005以下atm下生长良好）
第五章
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微 生 物 的 生长繁殖 生存因子
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内容提要
微生物生长繁殖的概念 研究微生物生长的方法（微生物的生长规律） 细菌生长曲线在污（废）水生物处理中的应用 微生物生长量的测定方法 微生物的生存因子 其他不利环境因子对微生物的影响
微生物与微生物之间的关系
菌种的退化、复壮与保藏
2、PH
影响细胞膜透性与稳定性 影响物质溶解度 影响细胞表面电荷分布 因此影响微生物生长、繁殖，发育。 各类微生物能够生长的PH值较宽， 但细胞内部PH值却接近中性。
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对数期 停滞期
静止期
衰亡期
典型的生长曲线
（二）连续培养
将微生物置于一定容积的培养基中，经过培养生 长，最后一次收获，此称分批培养（batch culture）。
如果在培养器中不断补充新鲜营养物质，并及时 不断地以同样速度排出培养物，就可保证培养器 中总菌量基本不变。这种培养方法叫连续培养法 （continuous cultivation）。
制微生物生长速率。菌体生长速率恒 出 定，菌体均一、密度稳定，产量低于 水
最高菌体产量。 应用范围：实验室科学研究。
生长曲线
对数期 停滞期
静止期
衰亡期
以培养时间为横坐标，以细菌数目的对数为纵坐标作图，得 到的曲线称为繁殖曲线，又称为生长曲线。
1. 停滞期
（滞留期，适应期）
现象：细菌不立即生长繁殖，活菌数基本不增加。 原因：适应新的环境条件，合成新的酶，积累必
要的中间产物。 特点：分裂迟缓、代谢活跃。
现象：细胞代谢活性最强，合成 新细胞物质最快，菌体大小、形 态、生理特征等比较一致。
特点：细菌数以几何级数增加， 代时稳定。
代时（G）——单个细胞完成一次分裂所需的时间，亦即增
加一代所需的时间。
例：大肠杆菌在接种时的细胞浓度为每毫升103个，经过10小时的培 养，细胞浓度增加至每毫升109个。求该菌的世代时间（G）和繁殖 代数（n）。
在微生物学中提到的“生长”，一 般均指群体生长。
群体生长 = 个体生长 + 个体繁殖
二、 微生物生长的测定
显微镜直接计数法
比浊法测定细菌悬液细胞数
在一定波长下，测定菌悬液的光密度，以光密度 (optical density, 即O.D.)表示菌量。
浊度仪 或721分 光光度 仪
菌落计数法
产生原因：
营养物尤其是生长限制因子的耗尽 有害代谢废物的积累（酸、醇、毒素等） 物化条件（pH、氧化还原势等）不合适
常规活性污泥法一般利用静止期的微生物。
4. 衰亡期
特点： 细菌开始利用自身的储藏物质作为养料，进行内源呼吸 （自溶），发生自溶的菌生长曲线表现为向下跌落的趋 势。 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“负生长”。 细胞内颗粒更明显，细胞出现多形态、畸形或衰退形， 芽孢开始释放。
特点：微生物始终以最高速 率进行生长，并可在允许范 围内控制不同的菌体密度； 但工艺复杂，烦琐。
出 光源 水
新鲜培养基
流速控制阀
反 馈 控 制
光电池
使用范围：用于生产大量菌体、 生产与菌体生长相平行的某些代 谢产物，如乳酸、乙醇等。
恒化连续培养
概念：以恒定流速使营养物质浓 度恒定而保持细菌生长速率恒定的方 法。 原理：通过控制某一种营养物浓度 （如碳、氮源、生长因子等） ，使 其始终成为生长限制因子，而达到控 制培养液流速保持不变，并使微生物 始终在低于其最高生长速率条件下进 行生长繁殖。 特点：维持营养成分的亚适量，控
3. 静止期
（稳定期，恒定期）
特点：
整个培养物中新增殖的细胞数与老细胞的死亡数处于动态平 衡，此时生长速度逐渐趋向零，培养物中的细胞数目达到最高 水平；
细胞分裂速度下降，开始积累内含物，大多数芽孢细菌也在此 阶段形成芽孢 ；
是发酵过程积累代谢产物的重要阶段，某些放线菌抗生素的大 量形成也在此时期。
第五章 微生物的生长繁殖 与生存因子
第一节 微生物的生长繁殖
一、微生物生长繁殖的概念
生长——微生物细胞吸收营养物质，进行新陈代 谢，当同化作用>异化作用时，生命个体的重量 和体积不断增大的过程。
繁殖——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，即引起生命个体数量增加 的生物学过程。
每个平板上的菌落数目合适（30-300个），便于准 确计数
膜过滤培养法
当样品中菌数很低时，可以将一定体积的湖水、海水 或饮用水等样品通过膜过滤器，然后将将膜转到相应 的培养基上进行培养，对形成的菌落进行统计。
三、 研究微生物生长的方法
（一）分批培养
将少 量微生物 一次接种 于一定容 积的培养 基中生长 培养，最 后一次性 收获。
控制连续培养的方法主要有：
恒浊连续培养
恒化连续培养
速，使培养液浊度保持恒定 的连续培养方法。
原理：通过调节新鲜培养基 流入的速度和培养物流出的 速度来维持菌浓度不变,即浊 度不变。主要采用恒浊器 （光电控制系统测定培养器 内微生物的生长密度），当 浊度高时，使新鲜培养基的 流速加快，浊度降低，则减 慢培养基的流速。
在实际工作中如接种菌种以启动新的水处理设 施，投加新鲜污泥时，接种的细菌不习惯于新环 境，会出现或长或短的停滞期，停滞期的出现会 增加操作时间，降低工作效率。
采用处于高效菌群对数期的菌种、增大接种量、 尽量保持接种前后所处的培养介质和条件一致等 方法来缩短或消除停滞期。
2. 对数期（log phase）
影响停滞期长短的因素
菌种 ：繁殖速度较快的菌种的停滞期一般较短；
接种群体菌龄：用对数生长期的菌种接种时，其停滞期 较短，甚至检查不到停滞期；
接种量：一般来说，接种量增大可缩短甚至消除停滞期 （发酵工业上一般采用1/10的接种量）；
培养基成分：在营养成分丰富的天然培养基上生长的停 滞期比在合成培养基上生长时短；接种后培养基成分有 较大变化时，会使停滞期加长，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。
发育——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。
个体生长——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。
群体生长——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。
由于微生物的个体极小，所以常用群体生长来反映个体生长的状况