第五章2 微生物的生长繁殖控制因素

小结： 小结： 微生物的培养应该在最佳温度范围进行； 微生物的培养应该在最佳温度范围进行； 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； 低温有抑制细菌作用，可以让微生物休眠，但 低温有抑制细菌作用，可以让微生物休眠， 不会导致死亡。温度升高时，活性即可恢复。 不会导致死亡。温度升高时，活性即可恢复。
He、H2、N2 、 封瓶口 加入甲基蓝或 刃天青指示E 刃天青指示 h (显色表明有 2) 显色表明有O 显色表明有 无氧培养 罐内培养
可与兼性厌氧微生物混合培养，以去除O2，保证厌氧 可与兼性厌氧微生物混合培养， 环境。 环境。
7.2.5 太阳辐射
λ＜1000nm的红外辐射，可被不产氧的光合细 ＜ 的红外辐射， 的红外辐射 菌用作光源； 菌用作光源； λ ＝380～760nm的可见光是蓝细菌、藻类进行 的可见光是蓝细菌、 ～ 的可见光是蓝细菌 光合作用的能源。 光合作用的能源。 其余的辐射对微生物均有害。 其余的辐射对微生物均有害。
7.2 微生物的生长繁殖控制因素
7.2.1 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： 影响酶活性。温度变化影响酶促反应速率， 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。 细胞合成。 影响细胞膜的流动性。温度高，流动性大， 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， 质的运输；温度低，流动性降低，不利于物质运输， 因此， 因此，温度变化影响营养物质的吸收与代谢产物的分 泌。 影响物质的溶解度。对生长有影响。 影响物质的溶解度。对生长有影响。
3.污水生物处理时 宜维持在 ～8.5 污水生物处理时pH宜维持在 污水生物处理时 宜维持在6.5～ 大多数细菌、藻类、 ① 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， 围内均能生长繁殖，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； 聚形成良好的絮凝体，可取得良好的净化效果； ② pH＜6.5的酸性环境有利于霉菌和酵母菌的生长， 的酸性环境有利于霉菌和酵母菌的生长， ＜ 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， 若霉菌在活性污泥中大量繁殖，因其不能分泌粘性 物质于细胞表面，而降低了活性污泥的吸附能力， 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，结构松散不易沉降，处理效果下降， 其絮凝性较差，结构松散不易沉降，处理效果下降， 甚至导致活性污泥丝状膨胀。 甚至导致活性污泥丝状膨胀。
微生物举例 多数细菌、 多数细菌、放线菌和 真菌 霍乱弧菌 大肠杆菌、 大肠杆菌、酿酒酵母 产甲烷菌 乳酸菌
微量好氧微生物
microaerophilic bacteria
兼性厌氧微生物
facultative aerobe
专性厌氧微生物 厌氧 微生 物
anaerobe
耐氧厌氧微生物
aerotolerant anaerobe
在废水和污泥厌氧消化过程中， ◇ 在废水和污泥厌氧消化过程中，要控制好产酸阶 段和产甲烷阶段的产量， 很关键 很关键， 段和产甲烷阶段的产量，pH很关键，通常应控制 pH＝6.6～7.6之间， pH＝6.8～7.2为最佳。 之间， 为最佳。 ＝ ～ 之间 ＝ ～ 为最佳 城市生活污水、污泥若不含蛋白质、氨等物质， ◇ 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； 处理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。 期间也应投加，以碳酸氢钠为佳。 低的工业废水可采用霉菌和酵母菌处理， ◇ pH低的工业废水可采用霉菌和酵母菌处理，无需 低的工业废水可采用霉菌和酵母菌处理 调节pH， 调节 ，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。 解决，如采用生物膜法、接触氧化法等。
2.微生物按温度需求分类 微生物按温度需求分类
微生物 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 55℃以上 最适温度 ℃ 5～10 25～ 25～40 50～ 50～60 70～ 70～105 最高温度 ℃ 20～ 20～30 45～ 45～50 70～ 70～80 110～ 110～113
4.培养基 的变化 培养基pH的变化 培养基 原因 a 分解葡萄糖、乳糖 有机酸，pH↓ 分解葡萄糖、乳糖→有机酸 有机酸， 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，pH↑ 和胺类， c 细胞选择性地吸收阴阳离子，pH↑↓ 细胞选择性地吸收阴阳离子， 解决方法 在配制培养基时应加入缓冲物质， 在配制培养基时应加入缓冲物质，如KH2PO4和 K2HPO4 。
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， 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， 物的代谢极其微弱，基本处于休眠状态，当微生物的 原生质结构并未破坏时， 原生质结构并未破坏时，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， 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。 生命活动。 应用：低温保藏菌种 应用： 当温度过低，造成微生物细胞冻结时， 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。 物会死亡，有些则并不死亡。 6. 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， 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
小结： 小结： 污水生物处理的构筑物内pH控制在 ～8.5之 污水生物处理的构筑物内pH控制在6.5～8.5之 控制在6.5 间； 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。
7.2.3 氧化还原电位(Eh) 氧化还原电位(
1. 微生物与 h 微生物与E Eh＞0，氧化环境，上限为＋820mV ，氧化环境，上限为＋ Eh＜0，还原环境，下限为－400mV ，还原环境，下限为－ 各类微生物适宜的Eh 各类微生物适宜的
7.2.2 pH
1.环境 对微生物的影响 环境pH对微生物的影响 环境 影响膜表面电荷的性质及膜的通透性， ◆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。 对物质的吸收能力。 改变酶活性、酶促反应的速率及代谢途径： ◆改变酶活性、酶促反应的速率及代谢途径：如： 酵母菌在pH4.5～5产乙醇，在pH6.5以上产甘油、 产乙醇， 以上产甘油、 酵母菌在 ～ 产乙醇 以上产甘油 酸。 环境pH值还影响培养基中营养物质的离子化程度 值还影响培养基中营养物质的离子化程度， ◆环境 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， 毒物质的毒性。 从而影响营养物质吸收，或有毒物质的毒性。
2.微生物适宜的pH范围 2.微生物适宜的 范围 微生物适宜的pH 大多数细菌、藻类和原生动物的最适生长pH＝ 大多数细菌、藻类和原生动物的最适生长pH＝ 6.5～7.5，它们能适应pH＝4～10之间的环境。 6.5～7.5，它们能适应pH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 最低pH 最低 4.5 4.5 4.2 1.5 5.0 1.5 2.5 最适pH 最适 7.4—7.6 6.0—7.5 7.0—7.5 5.0—6.0 7.0—8.0 3.0—6.0 3.8—6.0 最高pH 最高 9.0 8.5 9.3 9.0 10.0 10.0 8.0
微生物 好氧微生物 300～400 ～ 兼性厌氧微生物 专性厌氧微生物 ～－200 －250～－ ～－
Eh(mV)
＞100，好氧呼吸 ， ＜100，无氧呼吸 ，
对于好氧生物处理系统， 处于+200～+600mV视 mV视 ◇ 对于好氧生物处理系统，Eh处于 ～ 为正常
2. 影响 h的因素 影响E 氧分压:氧分压高 氧分压高， 氧分压低， 氧分压 氧分压高，Eh高；氧分压低， Eh低。 pH:pH高，Eh高；pH低， Eh 低。 高 低 3. 控制 h的还原剂 控制E 抗坏血酸、硫二乙醇钠、 抗坏血酸、硫二乙醇钠、硫化氢和铁等
723723eehh0还原环境下限为400mv各类微生物适宜的e处于200600mvmv视视为正常为正常微生物好氧微生物兼性厌氧微生物专性厌氧微生物mv300400100好氧呼吸100无氧呼吸250200的还原剂抗坏血酸硫二乙醇钠硫化氢和铁等724724dodo根据微生物与分子氧的关系可将微生物分为微生物类型最适生长的o氧分压101kpa微生物举例专性好氧微生物strictaerobe02多数细菌放线菌和真菌微量好氧微生物microaerophilicbacteria000302霍乱弧菌兼性厌氧微生物facultativeaerobe有氧无氧均无影响大肠杆菌酿酒酵母专性厌氧微生物anaerobe0005产甲烷菌耐氧厌氧微生物aerotolerantanaerobe代谢无需氧氧的存在对于无用也无害乳酸菌7241好氧微生物与氧的关系1
3.反硝化细菌 反硝化细菌 有O2时：进行好氧呼吸 缺O2时：进行反硝化作用
NO3－ NO2－ N2
7.2.4.3 厌氧微生物与氧的关系 1. 厌氧微生物的氧毒害机制 专性厌氧微生物不具有过氧化氢酶 过氧化氢酶， 专性厌氧微生物不具有过氧化氢酶，会被代谢过程 中产生的H 杀死； 中产生的 2O2杀死； 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)，而 专性厌氧微生物不具有超氧化物歧化酶 ， 超氧阴离子杀死 杀死； 被超氧阴离子杀死； 2. 厌氧微生物的培养方法
7.2.4.1 好氧微生物与氧的关系 1.氧对好氧微生物的作用 氧对好氧微生物的作用 作为微生物好氧呼吸的最终电子受体 参与甾醇类和不饱和脂肪酸的生物合成 2. 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， 夏季水温高，常造成供氧不足，促使丝状细菌的 活性污泥的丝状膨胀。 优势生长，从而造成活性污泥的丝状膨胀 因此， 优势生长，从而造成活性污泥的丝状膨胀。因此，在 活性污泥生物处理中需设置充氧设备充氧， 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、鼓风曝气等方式充氧。 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3～ 为宜。 度维持在 ～4mg/L为宜。 为宜
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 原生动物 放线菌 适宜温 度℃ 16～25 ～ 霉菌 藻类 28～30 ～ 废水生物处理中的微 生物 30左右 左右
23～37 23～37 ～ ～
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， ①它们体内的酶能在低温下有效地催化，在高温 下酶活性丧失 主动运输物质的功能良好， ② 主动运输物质的功能良好，能有效地集中必需 营养物 细胞膜中的不饱和脂肪酸含量高， 不饱和脂肪酸含量高 ③细胞膜中的不饱和脂肪酸含量高，低温下也能 保持半流动状态， 保持半流动状态，可以进行物质的传递
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 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； 极作用； 供氧不足：好氧微生物不起作用， 供氧不足：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； 起积极作用，但有机物分解不彻底； 污水、污泥厌氧消化：兼性厌氧微生物起水解、 污水、污泥厌氧消化：兼性厌氧微生物起水解、发 酵作用，将大分子的蛋白质、 酵作用，将大分子的蛋白质、脂肪等水解为小分子 的有机酸和醇等。 的有机酸和醇等。
7.2.4 溶解氧DO 溶解氧DO
根据微生物与分子氧的关系可将微生物分为
微生物类型 专性好氧微生物 好氧 微生 物
strict aerobe
最适生长的O 最适生长的O2氧分压 101kPa) (×101kPa) 0.2 0.003～ 0.003～0.2 有氧无氧均无影响 P(O2)＜0.005 代谢无需氧， 代谢无需氧，氧的存 在对于无用也无害
7.2.4.2 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 好氧条件：氧化酶活性强，细胞色素及电子传递体 好氧条件：氧化酶活性强， 系的其它组分正常存在； 系的其它组分正常存在； 无氧条件：氧化酶无活性， 无氧条件：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。 系的其它组分减少或全部丧失。 ◇ 巴斯德效应：指将氧通入正在发酵的酵母菌悬液中， 巴斯德效应：指将氧通入正在发酵的酵母菌悬液中， 使得发酵速度下降， 使得发酵速度下降，葡萄糖的消耗速度也显著下降 的现象。 的现象。