第六章_微生物的生长繁殖与生存因子
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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
第六章微生物的生长繁殖与生存因子(共45张PPT)
25～40
45～50
嗜热菌
30 50～60 70～80
嗜•超废热水菌中的5细5以菌上一般都7是0～嗜1中05温菌1，10最～适11温3 度多 在30℃左右，嗜冷菌和嗜热菌占少数。
低温型微生物（嗜冷微生物）:
•最适生长温度在5-15℃,主要分布在地球的两极、冷泉、深海、冷
冻场所及冷藏食品中。
例：假单孢菌中的某些嗜冷菌在低温下生长，常引起冷藏食品的 腐败。
与否对它没有影响，既不利用氧，也不中毒。 不同种的微生物，其生长繁殖速度不同。 （1）恒浊连续培养
第二节 微生物的生存因子
• 适宜环境： 微生物能正常地进行生命活动
• 不适宜环境： 微生物的正常生命活动受到抑制或
被迫暂时改变原有的一些特征。 • 恶劣环境：
微生物死亡或发生遗传变异。
一、温度
微生物的生长要求有一定的温度范围：
在高温下能生长的原因： ①酶蛋以及核糖体有较强的抗热性 ②核酸具有较高的热稳定性（核酸中G+C含量高（tRNA），可 提供形成氢键，增加热稳定性 ）。
③细胞膜中饱和脂肪酸含量高，较高温度下能维持正常的液晶状态。
④细胞生长速率快，能迅速合成生物大分子，以弥补由于高温 造成的破坏。
二、pH
微生物对pH的要求存在最高、最低和最适三个点。
◆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。
• 提问：根据上述原因选择接种何种状态的细菌停滞期会较长？
• 对数期的细菌、静止期或衰亡期、受损细胞、富集培养基的细菌 • 后三种
静止期细胞基
本耗尽了各种辅 酶或其他细胞成 分
最低生长温度、最适生长温度、最高生长温度。 根据细菌最适生长温度的不同，可把细菌分为：嗜冷菌、 嗜中温菌、嗜热菌和嗜超热菌。
第六章微生物的生长繁殖与生存因子ppt课件
对数生长期 对数生长期 对数生长期
静止期（最高生长量） 静止期（最高生长量）
6.1 微生物的生长繁殖
（二）连续培养 continuous culture
连续培养又称开放培养，具体地说，当微 生物以分批培养的方式培养到指数期的后期时， 一方面以一定速度连续流入新鲜培养基和通入 无菌空气；另一方面，利用溢流的方式，以同 样的流速不断流出培养物。容器内的培养物就 可达到动态平衡，其中的微生物可长期保持在 指数期的平衡生长状态和恒定的生长速率上， 于是形成了连续生长。
生物； ❖ 用高负荷活性污泥法处理废水时，宜用对数期和稳定期微生物； ❖ 对于有机物含量低、BOD5/COD<0.3、可生化性差的废水，
可用衰亡期微生物处理； ❖ 对间歇排放的低浓度有机废水可采用含衰亡期微生物的间歇曝
气法进行生物处理。
连续生物处理中的细菌状态表
细菌的生 长阶段
应用举例
特点
迟缓期
无
第六章 微生物的生长繁殖与生存因子
微生物的生长繁殖 微生物的生存因子 其它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
6.1 微生物的生长繁殖
一、微生物生长繁殖的概念
生长（growth）：
吸收营养物质 同化大于异化
细胞不断增长（重量、体积、大小）
繁殖（reproduction）： 个体数目增加
提问：数了125个小格中有90个细菌，样品中的细菌浓度是 多少？
(90个÷125) * 400 / 0.1ml =2880个/ml
适用范围：测定个体较大的细菌或原生动物 细菌个体若太小、过多，由于每一小格中细 菌层层叠加，相互遮挡，难以准确计数。
2、涂片染色法
微生物生长与生存
细菌世代时间的测定：
G tx t0 (1) n
细菌代时数的计算
式中：n为繁殖的代数； N0为对数期开始(t0 )时细菌数，CFU/mL； Nx为对数期后期(tx)时的细菌数，CFU/mL
代时G 的计算
要求某种细菌的代时（世代时间）G，先要测定该种细菌原始 的细菌数，假设t0 时的原始细菌总数为103CFU/mL，将它置于适当 的温度条件下培养10h后，再测得tx=10h的细菌总数为109 CFU/mL， 用下式计算G 。
低温对中温性和高温性微生物的生长不利，
但并不能致死，一旦温度恢复，即能复活。
小结： 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。 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。
二、pH
微生物也有最适应的pH 范围，微生物不同， pH范围不同。 （一）微生物生长繁殖适宜的酸碱度
时间t
影响停滞期长短的因素 1).菌龄:
对数期“种子”，停滞期较短； 静止期或衰亡期“种子”,停滞期较长； 2).接种量: 接种量大，停滞期较短； 接种量小，停滞期较长。 3).培养基成分: 培养基成分丰富的，停滞期较短； 培养基成分与种子培养基一致,停滞期较短。 4).培养条件: 温度.酸碱度.氧气等条件适合停滞期较短。
(一)分批培养法
分批培养；是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，保持一定的温度、pH和溶 解氧量，微生物在其中生长繁殖，结果出现微生物的数量由 少变多，达到高峰后又由多变少，甚至死亡的变化规律。
细菌的生长曲线：将少量细菌接种到一种新鲜的、定量 的液体培养基中进行分批培养，定时取样(例如，每2h取样1 次)计数。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，在坐标系上各点连接成一条曲线， 即细菌的生长曲线。
G tx t0 (1) n
细菌代时数的计算
式中：n为繁殖的代数； N0为对数期开始(t0 )时细菌数，CFU/mL； Nx为对数期后期(tx)时的细菌数，CFU/mL
代时G 的计算
要求某种细菌的代时（世代时间）G，先要测定该种细菌原始 的细菌数，假设t0 时的原始细菌总数为103CFU/mL，将它置于适当 的温度条件下培养10h后，再测得tx=10h的细菌总数为109 CFU/mL， 用下式计算G 。
低温对中温性和高温性微生物的生长不利，
但并不能致死，一旦温度恢复，即能复活。
小结： 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。 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。
二、pH
微生物也有最适应的pH 范围，微生物不同， pH范围不同。 （一）微生物生长繁殖适宜的酸碱度
时间t
影响停滞期长短的因素 1).菌龄:
对数期“种子”，停滞期较短； 静止期或衰亡期“种子”,停滞期较长； 2).接种量: 接种量大，停滞期较短； 接种量小，停滞期较长。 3).培养基成分: 培养基成分丰富的，停滞期较短； 培养基成分与种子培养基一致,停滞期较短。 4).培养条件: 温度.酸碱度.氧气等条件适合停滞期较短。
(一)分批培养法
分批培养；是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，保持一定的温度、pH和溶 解氧量，微生物在其中生长繁殖，结果出现微生物的数量由 少变多，达到高峰后又由多变少，甚至死亡的变化规律。
细菌的生长曲线：将少量细菌接种到一种新鲜的、定量 的液体培养基中进行分批培养，定时取样(例如，每2h取样1 次)计数。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，在坐标系上各点连接成一条曲线， 即细菌的生长曲线。
第四版环境工程微生物学课后习题答案(周群英)
环境工程微生物学课后习题答案（周群英第四版）目录环境工程微生物学................................................................................... 错误!未定义书签。
绪论 (2)1、何谓原核微生物？它包括哪些微生物？ (2)2、何谓真核微生物？它包括哪些微生物？ (2)3、微生物是如何分类的？ (2)6、写出大肠埃希氏杆菌和桔草芽孢杆菌的拉丁文全称。
(2)7、微生物有哪些特点？ (2)第一章病毒 (2)第二章原核微生物 (7)1、细菌有哪几种形态？各举一种细菌为代表。
(7)2、细菌有哪些一般结构和特殊结构？它们各有哪些生理功能？ (7)3、荚膜、粘液层、菌胶团和衣鞘 (7)第三章真核微生物 (12)第四章微生物的生理 (15)第五章微生物的生长繁殖与生存因子 (20)第六章微生物的遗传与变异 (28)第七章微生物的生态 (35)第八章微生物在环境物质循环中的作用 (40)第九章水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理 (44)第十章有机固体废物与废弃的微生物处理及微生物群落 (48)第十一章有机固体废物与废气的微生物处理及其微生物群落 (54)1，何谓堆肥法，堆肥化和堆肥？ (54)2，叙述好氧堆肥的机理。
参与堆肥发酵的微生物有哪些？ (54)3，好氧堆肥的运行条件有哪些？ (55)4，好氧堆肥法有几种工艺？简述各个工艺的过程。
(55)第十二章微生物学新技术在环境工程中的应用 (60)1. 酶制剂剂型有几种？ (60)2. 何谓固定化酶和固定化微生物？ (60)3. 酶和酶菌体固定化方法有哪几种？各用什么载体？ (60)4. 固定化酶和固定化微生物有什么优点？存在什么问题？ (60)5. 生物膜是固定化微生物吗？为什么？ (60)6. 何谓表面活性剂？生物表面活性剂有哪几类？ (60)7. 絮凝剂有几类？微生物絮凝剂在污水生物处理中起什么作用？ (60)8. 叙述污水处理中微生物絮凝剂的作用原理？ (60)9. 微生物制剂有哪些用途？ (60)10. 有几种产氢微生物？它们是如何产氢的？ (61)11. 请叙述微生物产氢电池的工作原理。
微生物的生长繁殖与生长因子
culture），是相对于上述绘制典型生长曲线时所采用 的那种单批培养（batch culture）或密闭培养（closed culture）而言的。
• 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）
• 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）
第六章微生物的生长及其控制
第六章微⽣物的⽣长及其控制第六章微⽣物的⽣长及其控制1.概述⽣长: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.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的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。
⽣长是⼀个量变的过程，繁殖是⼀个质变的过程2.细菌的个体⽣长1.染⾊体DNA的复制和分离细菌的染⾊体为环形双链DNA分⼦。
染⾊体⼀双向的⽅式进⾏连续的复制，在细胞分裂之前不仅完成了染⾊体的复制，⽽且也开始了2个⼦细胞DNA分⼦的复制。
当细胞的⼀个世代即将结束时，不仅为即将形成的2个⼦细胞各备有⼀份完整的遗传信息，⽽且也具有已经按亲本⽅式复制的基因组。
其复制点附着在细胞膜上，随膜的⽣长和细胞分裂，2个未来的⼦细胞基因组不断地分离，最后达到2个⼦细胞中。
细菌在个体⽣长中通过染⾊体DNA的复制，使其遗传特性能保持⾼度的连续性和稳定性。
2.细胞壁的扩增细胞在⽣长过程中，细胞壁只有通过扩增，才能使细胞体积扩⼤。
3.细菌分裂的调节细菌进⼊分裂时期，此时在细菌长度的中间位置，通过细胞质膜内陷并伴随新合成的肽聚糖插⼊，导致横隔壁向⼼⽣长，最后在中⼼回合，完成⼀次分裂，将细菌分裂成2个⼤⼩相等的⼦细菌。
细胞在⽣长和分裂伴随细胞壁的裂解和闭合2个过程。
前者将细胞壁打开，有利于细胞壁物质插⼊；后者在新合成的细胞壁物质插⼊后的开⼝处重新闭合形成完整的细胞壁，以利于机体⽣存。
影响细菌的⽣长和分裂的主要因素是：转肽酶（催化2个肽聚糖的短肽链的链接）；D-Ala-D-Ala-梭肽酶（催化五肽转变为四肽）青霉素竞争性抑制转肽酶。
3. 细菌的群体⽣长繁殖1.⽣长的规律细菌以⼆分裂繁殖,即细胞核⾸先进⾏有丝分裂,然后细胞质通过胞质分裂⽽分开,形成2个相同的个体.分批培养:在封闭系统中对微⽣物进⾏的培养,既不补充营养也不移去培养物质，保持整个培养液体积不变的培养⽅式。
培养曲线：以时间为横坐标，以菌数为纵坐标，依据不同培养时间⾥细菌数量变化，作出培养期间菌数变化规律的曲线。
微生物的生长繁殖
嗜中温菌
嗜热菌 嗜超热菌
废水中的细菌一般都是嗜中温菌，最适温度 多在30℃左右，嗜冷菌和嗜热菌占少数。
嗜热菌
最适50-60℃,在堆肥、温泉中存在。
•美国报道：在地中海发现一属嗜超热菌，叫 火球菌属，最适生长温度高达105℃。
• 嗜中温微生物
• 自然界中绝大多数是如此。
嗜冷菌
最适生长温度5-10℃，如荧光极毛杆菌可在-4℃生长.
新鲜培养基 流速控制阀 新鲜培养基 流速控制阀
流出物 光源 光电池
恒化培养器
恒浊培养器
（1）恒浊连续培养
一种使培养液中细菌的浓度恒定，以浊度为控 制指标的培养方式。培养基提供足够量的营养 元素，细菌保持最大速率生长。通过控制进料 流速使装置内细菌浊度保持一定，保持理论上 的对数生长期，可获得大量菌体或与菌体代谢 相平衡的代谢产物。这种方式往往用于细菌的 生理生化研究。
不同微生物的对pH忍受能力有很大差异
有些专性嗜酸微生物能在pH1~5环境中 生长，在中性环境下，其细胞膜会分解而 死亡，此类菌叫专性嗜酸菌；
三、氧化还原电位（ORP)
提问：什么是氧化还原电位？ ——某物质与氢电极构成原电池时的电压高低 ——是物质氧化性强弱的标志。
电压表 V H2
提问：pH7.0, 30℃条件下 饱和Fe3+溶液中测得的电压 值为＋0.771,该值代表
0 最低温度 最适温度
温度℃ 最高温度
嗜冷菌、嗜中温菌、嗜热菌及嗜超热菌。
不同细菌的生长适宜温度
低温、中温和高温细菌的生长温度范围 细菌 嗜冷菌 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 11 0 ～ 11 3
微生物生长与生存ppt课件
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三、氧化还原电位（Eh）
Eh的高低说明环境中O2和H2含量的多少。 单位为V或mV。 （一）自然界的Eh
在自然界中， Eh的上限为+820mv，此时 环境中存在高浓度O2，而且没有利用O2的系 统存在， Eh的下限为-400mv，此时环境中 充满H2。
39
（二）不同微生物适应的Eh
不
~ 好氧：+300 +400mv，Eh>+100mv才能良
105℃
废水生物处理的微生物几乎都是中温 性的
29
（二）温度对微生物生长的影响 在适宜的温度范围内，微生物的生长速率
随温度的升高而加快，到最适宜温度，生长速 率达最大。若温度过高，超过适宜温度上限， 微生物则停止生长，甚至死亡。
1.高温对微生物的影响 高温——此处是指超过微生物生长的最高 温度，即致死温度，高温能杀死微生物。
由计算得知：繁殖一代细菌需要30min的时间。
12
３．静止期 细菌经过对数期的快速增长，当增长速度 达到一个最大值后，由于各种因素（营养、 O、pH、Eh等）的改变，使生长速度逐渐 降低，甚至出现零增长（繁殖与死亡速率 相等），此时细菌数量最大，并保持一段 时间，这一时期即为静止期。
13
4. 衰亡期
细菌世代时间的测定：
G tx t0 (1)
n
10
细菌代时数的计算
式中：n为繁殖的代数；
N0为对数期开始(t0 )时细菌数，CFU/mL；
Nx为对数期后期(tx)时的细菌数，CFU/mL
11
代时G 的计算
要求某种细菌的代时（世代时间）G，先要测定该种细菌原始 的细菌数，假设t0 时的原始细菌总数为103CFU/mL，将它置于适当 的温度条件下培养10h后，再测得tx=10h的细菌总数为109 CFU/mL， 用下式计算G 。
三、氧化还原电位（Eh）
Eh的高低说明环境中O2和H2含量的多少。 单位为V或mV。 （一）自然界的Eh
在自然界中， Eh的上限为+820mv，此时 环境中存在高浓度O2，而且没有利用O2的系 统存在， Eh的下限为-400mv，此时环境中 充满H2。
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（二）不同微生物适应的Eh
不
~ 好氧：+300 +400mv，Eh>+100mv才能良
105℃
废水生物处理的微生物几乎都是中温 性的
29
（二）温度对微生物生长的影响 在适宜的温度范围内，微生物的生长速率
随温度的升高而加快，到最适宜温度，生长速 率达最大。若温度过高，超过适宜温度上限， 微生物则停止生长，甚至死亡。
1.高温对微生物的影响 高温——此处是指超过微生物生长的最高 温度，即致死温度，高温能杀死微生物。
由计算得知：繁殖一代细菌需要30min的时间。
12
３．静止期 细菌经过对数期的快速增长，当增长速度 达到一个最大值后，由于各种因素（营养、 O、pH、Eh等）的改变，使生长速度逐渐 降低，甚至出现零增长（繁殖与死亡速率 相等），此时细菌数量最大，并保持一段 时间，这一时期即为静止期。
13
4. 衰亡期
细菌世代时间的测定：
G tx t0 (1)
n
10
细菌代时数的计算
式中：n为繁殖的代数；
N0为对数期开始(t0 )时细菌数，CFU/mL；
Nx为对数期后期(tx)时的细菌数，CFU/mL
11
代时G 的计算
要求某种细菌的代时（世代时间）G，先要测定该种细菌原始 的细菌数，假设t0 时的原始细菌总数为103CFU/mL，将它置于适当 的温度条件下培养10h后，再测得tx=10h的细菌总数为109 CFU/mL， 用下式计算G 。
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（3）生长速率常数(R) R = 1 /G = 3.322 (lgX2-lgX1) / (t2-t1) t1 t2
培养时间
（3）静止期（中年）
特点： ＊出生率＝死亡率 ＊微生物的生长速率处于动态平衡，培养物中的细胞数目达到最高值 ＊细胞分裂速度下降，开始积累内含物，产芽孢的细菌开始产芽孢
细 菌 数 目 的 对 数 值
第六章
微生物的生长繁殖和生存因子
• 各类细菌都是倾向于群居（物以类聚）
提问：弱势生物的群居优势是什么？
生存状况提高，攻防具佳 （攻）群居的细菌获得营养的能力大大高于游 离的细菌， （防）群居的细菌不易被天敌伤害， 还能释放类似外激素的调节因子，使群体主动 适应环境的变化，可有性生殖；
团结就是力量
二、研究微生物生长的方法
• “生、老、病、死”
• （根据投食方式）分分批培养、连续式培养两种情况
• 1.分批培养
• 只有开始时的一次性投料和接种细菌（其余时间细菌根据环境变化自 行生灭）
（“坐吃山空型”）
应用：生理特性研究、生物发酵和生物治污
生长曲线的制作：
接种
适温培养
定时取样测 定生长量
将少量细菌的纯培养，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，测菌细胞数目。 以培养时间为横坐标，以细菌增长数目的对数为纵坐标，绘 制所得的一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线。
◆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。
• 提问：根据上述原因选择接种何种状态的细菌停滞期会较长？
• 对数期的细菌、静止期或衰亡期、受损细胞、富集培养基的细菌 • 后三种
静止期细胞基 本耗尽了各种 辅酶或其他细 胞成分
外界pH对微生物生长的影响
1. 影响细胞膜蛋白及胞外水解酶的活性从而影响营养物的正常吸收与转运 2.影响营养物的解离与吸收
• 主要影响一些极性营养物如脂肪酸、氨基酸 • 以乙酸的吸收为例，
中性或碱性 pH 阴离子状态 O CH3═C═O 酸性 pH 下的分子状态 O CH 3═C═OH
细菌表面带有电荷，如“—”
二、pH
微生物对pH的要求存在最高、最低和最适三个点。
常见的四大类微生物中 ，对 pH 的最适（范围） 细菌：6.5-7.5（4-10）； 放线菌：7-8（5-10）； 霉菌：3-6（1.5-10）； 酵母菌：5-6（1.5-10）。
在废水生物处理中，pH一般在6.5-8.5（6-9）。生物处 理的主体是细菌，它要求pH略为偏碱。过高的pH会使原生 动物呆滞，菌胶团解体，影响去除效果，而过低的pH，会 使霉菌大量繁殖，造成污泥膨胀。
＊细胞形态多样，出现畸形，形成衰退型； ＊蛋白水解酶活跃，出现菌体死亡、自溶等，发生自溶的菌生长曲线表现为向
下跌落的趋势；
＊芽孢细菌芽孢大量释放。
细 菌 数 目 的 对 数 值 延 缓 期 对 数 期 0 稳定期 衰亡期
•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。
一、温度
微生物的生长要求有一定的温度范围： 最低生长温度、最适生长温度、最高生长温度。 根据细菌最适生长温度的不同，可把细菌分为： 嗜冷菌、嗜中温菌、嗜热菌和嗜超热菌。
大多数菌为嗜中温菌。
温度对微生物生长速率的影响
低温、中温和高温细菌的生长温度范围
最低温度℃ 最适温度℃ 最高温度℃
细菌 嗜冷菌 嗜中温菌 嗜热菌 嗜超热菌
3、Eh的改变方法 • 降低Eh 除氧及向培养基中添加还原性物质：H2S、抗坏血酸、含 巯基化合物（半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等） • 升高Eh 通空气或氧及向培养基中添加氧化性物质：Fe(OH)3等
四、溶解氧
微生物可分为：好氧微生物、兼性厌氧微生物和厌氧微 生物。
1．好氧微生物（专性好氧和微量好氧） O2 的作用有两个，一是作为最终电子受体，二是参与甾醇类 和不饱和脂肪酸的合成。 微生物只能利用溶解于水中的 O2 ，即溶解氧（ DO ）。 DO 与水 温、大气压等因素有关，温度越高，氧的溶解度越小。 在好氧生物处理中， DO是个十分重要的因子，要求提供充足 的氧，一般曝气池中的DO要求控制在3-4mg/L。
(2)恒化连续培养
新鲜培养基 • 化——？ 进料营养物总量
流速恒定
流速控制阀
应用：环境工程、生物 工程、实验室研究（细
菌生理特性研究、细菌的快 速筛选等）。
出 水
• 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）
第二节 微生物的生存因子
• 适宜环境： 微生物能正常地进行生命活动 • 不适宜环境： 微生物的正常生命活动受到抑制 或被迫暂时改变原有的一些特征。 • 恶劣环境： 微生物死亡或发生遗传变异。
—5～0
5～10 30 55以上
5～10 25～40 50～60 70～105
20～30 45～50 70～80 110～113
• 废水中的细菌一般都是嗜中温菌，最适温度多 在30℃左右，嗜冷菌和嗜热菌占少数。
低温型微生物（嗜冷微生物）:
•最适生长温度在5-15℃,主要分布在地球的两极、冷泉、 深海、冷冻场所及冷藏食品中。
约1-6月 简便 约6-12 月
简便
约1-2年 简便 约10年 约1-10 年 >5-15 年 >15年 较简便 简便有效 繁而高效 繁而高效
甘油悬浮液保藏 低温、保护剂、干燥、 细菌、酵母 菌 法 无营养 砂土保藏法 冷冻干燥保藏法 液氮保藏法 干燥、无营养 干燥、低温、无氧、 有保护剂 超低温、有保护剂 产孢子的微 生物 各大类 各大类
停 滞 期 对 数 期 0 静止期 衰亡期
t
时间
• 产生原因： ★营养物尤其是生长限 制因子的耗尽； ★营养物的比例失调， 如碳氮比不合适; ★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;
（4）衰亡期（老年）
特点：
＊生长速率负增长，群体中的活菌数目急剧下降，死亡率＞出生率；
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
一、微生物生长繁殖的概念
细菌纯培养生长曲线图
生 长 速 + 率 0 对 数 期
_
细 菌 数 目 的 对 数 值
停 滞 期
总菌数
静止期
衰 亡 期
活菌数
0 时间t
时期的划分：按照生长速率常数（growth race constant）不同
－“万事开头难” （1）停滞期 • 特点：代谢活跃，个体体积、重量 增高。 • 不立即进行细胞分裂、增殖，数量 不变甚至减少
同性相斥，难以吸收
正常吸收
三、氧化还原电位（简称ORP或Eh)
• ——某物质与氢电极构成原电池时的电压高低 , 反 映该物质氧化性强弱。
提问：影响水样氧化还原电位的因素有哪些？
氧化性物质（主要是氧气浓度）与还原性物质（有机
物、H2S等）的含量
不同细菌适宜的氧化还原电位(mv)
好氧细菌 ＋300～＋ 400 兼性厌氧细菌 ＋100 好氧呼吸 -100 无氧呼吸 厌氧细菌 —200～—250
• 细菌群体力量改变环境
• 通常都是将细菌群体作为研究对象，考察细菌群体的 生长规律——“生、老、病、死”。
提问：细菌群的“生、老、病、死”表现为何 呢？ 外界因素引起的细菌数量的增加、停滞、衰 减等变化。
提问：如何研究呢？ 测菌数量变化与外因的关系
第一节 微生物的生长繁殖
主要内容：
微生物的生长繁殖概念 细菌的生长曲线 微生物生长曲线在污（废）水生物处理中 的应用
时间t
对数期三个重要参数 （1）繁殖代数(n) X2 = X1 ·2n lgX2 = lgX1 + nlg2 （2）代时(G) G = (t2-t1) / n
Lg 细胞数/ml
两边取对数： （lg2 =0.301） x2 x1
n = 3.322 ( lgX2 - lgX1)
= (t2-t1) / 3.322(lgX2-lgX1)
？
2.连续培养
• 一方面连续进料，另一方面又连续出料。 • 原理：进料=补足营养(“污染物”) • 出料=稀释菌浓度、毒物浓度
恒浊连续培养 连续培养类型 恒化连续培养
（1）恒浊连续培养
新鲜培养基
• 恒浊——培养基浊度 恒定（实质是细菌数 量恒定）
流速控制阀
很少应用
反 馈 控 制
光电池
出 水
光源
生长 繁殖
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。 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。
群体生长的实质是包含着个体细胞生长与繁殖交替进行的 过程: 群体生长 = 个体生长 + 个体繁殖
例：假单孢菌中的某些嗜冷菌在低温下生长，常引起冷藏 食品的腐败。
在低温下生长的机理： —具备低温活性酶 —细胞质膜含有大量的不饱和脂肪酸，在低温下能 保持半流动性，使之能有效地集中必需的营养物质。
现有的微生物保藏法
方法 主要措施 适宜菌种
各大类 细菌、酵母 菌 各大类
保藏期
评价
冰箱保藏法（斜 低温 面） 冰箱保藏法（半 低温、避氧 固体） 石蜡油封保藏法 低温、阻氧
培养时间
（3）静止期（中年）
特点： ＊出生率＝死亡率 ＊微生物的生长速率处于动态平衡，培养物中的细胞数目达到最高值 ＊细胞分裂速度下降，开始积累内含物，产芽孢的细菌开始产芽孢
细 菌 数 目 的 对 数 值
第六章
微生物的生长繁殖和生存因子
• 各类细菌都是倾向于群居（物以类聚）
提问：弱势生物的群居优势是什么？
生存状况提高，攻防具佳 （攻）群居的细菌获得营养的能力大大高于游 离的细菌， （防）群居的细菌不易被天敌伤害， 还能释放类似外激素的调节因子，使群体主动 适应环境的变化，可有性生殖；
团结就是力量
二、研究微生物生长的方法
• “生、老、病、死”
• （根据投食方式）分分批培养、连续式培养两种情况
• 1.分批培养
• 只有开始时的一次性投料和接种细菌（其余时间细菌根据环境变化自 行生灭）
（“坐吃山空型”）
应用：生理特性研究、生物发酵和生物治污
生长曲线的制作：
接种
适温培养
定时取样测 定生长量
将少量细菌的纯培养，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，测菌细胞数目。 以培养时间为横坐标，以细菌增长数目的对数为纵坐标，绘 制所得的一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线。
◆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。
• 提问：根据上述原因选择接种何种状态的细菌停滞期会较长？
• 对数期的细菌、静止期或衰亡期、受损细胞、富集培养基的细菌 • 后三种
静止期细胞基 本耗尽了各种 辅酶或其他细 胞成分
外界pH对微生物生长的影响
1. 影响细胞膜蛋白及胞外水解酶的活性从而影响营养物的正常吸收与转运 2.影响营养物的解离与吸收
• 主要影响一些极性营养物如脂肪酸、氨基酸 • 以乙酸的吸收为例，
中性或碱性 pH 阴离子状态 O CH3═C═O 酸性 pH 下的分子状态 O CH 3═C═OH
细菌表面带有电荷，如“—”
二、pH
微生物对pH的要求存在最高、最低和最适三个点。
常见的四大类微生物中 ，对 pH 的最适（范围） 细菌：6.5-7.5（4-10）； 放线菌：7-8（5-10）； 霉菌：3-6（1.5-10）； 酵母菌：5-6（1.5-10）。
在废水生物处理中，pH一般在6.5-8.5（6-9）。生物处 理的主体是细菌，它要求pH略为偏碱。过高的pH会使原生 动物呆滞，菌胶团解体，影响去除效果，而过低的pH，会 使霉菌大量繁殖，造成污泥膨胀。
＊细胞形态多样，出现畸形，形成衰退型； ＊蛋白水解酶活跃，出现菌体死亡、自溶等，发生自溶的菌生长曲线表现为向
下跌落的趋势；
＊芽孢细菌芽孢大量释放。
细 菌 数 目 的 对 数 值 延 缓 期 对 数 期 0 稳定期 衰亡期
•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。
一、温度
微生物的生长要求有一定的温度范围： 最低生长温度、最适生长温度、最高生长温度。 根据细菌最适生长温度的不同，可把细菌分为： 嗜冷菌、嗜中温菌、嗜热菌和嗜超热菌。
大多数菌为嗜中温菌。
温度对微生物生长速率的影响
低温、中温和高温细菌的生长温度范围
最低温度℃ 最适温度℃ 最高温度℃
细菌 嗜冷菌 嗜中温菌 嗜热菌 嗜超热菌
3、Eh的改变方法 • 降低Eh 除氧及向培养基中添加还原性物质：H2S、抗坏血酸、含 巯基化合物（半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等） • 升高Eh 通空气或氧及向培养基中添加氧化性物质：Fe(OH)3等
四、溶解氧
微生物可分为：好氧微生物、兼性厌氧微生物和厌氧微 生物。
1．好氧微生物（专性好氧和微量好氧） O2 的作用有两个，一是作为最终电子受体，二是参与甾醇类 和不饱和脂肪酸的合成。 微生物只能利用溶解于水中的 O2 ，即溶解氧（ DO ）。 DO 与水 温、大气压等因素有关，温度越高，氧的溶解度越小。 在好氧生物处理中， DO是个十分重要的因子，要求提供充足 的氧，一般曝气池中的DO要求控制在3-4mg/L。
(2)恒化连续培养
新鲜培养基 • 化——？ 进料营养物总量
流速恒定
流速控制阀
应用：环境工程、生物 工程、实验室研究（细
菌生理特性研究、细菌的快 速筛选等）。
出 水
• 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）
第二节 微生物的生存因子
• 适宜环境： 微生物能正常地进行生命活动 • 不适宜环境： 微生物的正常生命活动受到抑制 或被迫暂时改变原有的一些特征。 • 恶劣环境： 微生物死亡或发生遗传变异。
—5～0
5～10 30 55以上
5～10 25～40 50～60 70～105
20～30 45～50 70～80 110～113
• 废水中的细菌一般都是嗜中温菌，最适温度多 在30℃左右，嗜冷菌和嗜热菌占少数。
低温型微生物（嗜冷微生物）:
•最适生长温度在5-15℃,主要分布在地球的两极、冷泉、 深海、冷冻场所及冷藏食品中。
约1-6月 简便 约6-12 月
简便
约1-2年 简便 约10年 约1-10 年 >5-15 年 >15年 较简便 简便有效 繁而高效 繁而高效
甘油悬浮液保藏 低温、保护剂、干燥、 细菌、酵母 菌 法 无营养 砂土保藏法 冷冻干燥保藏法 液氮保藏法 干燥、无营养 干燥、低温、无氧、 有保护剂 超低温、有保护剂 产孢子的微 生物 各大类 各大类
停 滞 期 对 数 期 0 静止期 衰亡期
t
时间
• 产生原因： ★营养物尤其是生长限 制因子的耗尽； ★营养物的比例失调， 如碳氮比不合适; ★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;
（4）衰亡期（老年）
特点：
＊生长速率负增长，群体中的活菌数目急剧下降，死亡率＞出生率；
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
一、微生物生长繁殖的概念
细菌纯培养生长曲线图
生 长 速 + 率 0 对 数 期
_
细 菌 数 目 的 对 数 值
停 滞 期
总菌数
静止期
衰 亡 期
活菌数
0 时间t
时期的划分：按照生长速率常数（growth race constant）不同
－“万事开头难” （1）停滞期 • 特点：代谢活跃，个体体积、重量 增高。 • 不立即进行细胞分裂、增殖，数量 不变甚至减少
同性相斥，难以吸收
正常吸收
三、氧化还原电位（简称ORP或Eh)
• ——某物质与氢电极构成原电池时的电压高低 , 反 映该物质氧化性强弱。
提问：影响水样氧化还原电位的因素有哪些？
氧化性物质（主要是氧气浓度）与还原性物质（有机
物、H2S等）的含量
不同细菌适宜的氧化还原电位(mv)
好氧细菌 ＋300～＋ 400 兼性厌氧细菌 ＋100 好氧呼吸 -100 无氧呼吸 厌氧细菌 —200～—250
• 细菌群体力量改变环境
• 通常都是将细菌群体作为研究对象，考察细菌群体的 生长规律——“生、老、病、死”。
提问：细菌群的“生、老、病、死”表现为何 呢？ 外界因素引起的细菌数量的增加、停滞、衰 减等变化。
提问：如何研究呢？ 测菌数量变化与外因的关系
第一节 微生物的生长繁殖
主要内容：
微生物的生长繁殖概念 细菌的生长曲线 微生物生长曲线在污（废）水生物处理中 的应用
时间t
对数期三个重要参数 （1）繁殖代数(n) X2 = X1 ·2n lgX2 = lgX1 + nlg2 （2）代时(G) G = (t2-t1) / n
Lg 细胞数/ml
两边取对数： （lg2 =0.301） x2 x1
n = 3.322 ( lgX2 - lgX1)
= (t2-t1) / 3.322(lgX2-lgX1)
？
2.连续培养
• 一方面连续进料，另一方面又连续出料。 • 原理：进料=补足营养(“污染物”) • 出料=稀释菌浓度、毒物浓度
恒浊连续培养 连续培养类型 恒化连续培养
（1）恒浊连续培养
新鲜培养基
• 恒浊——培养基浊度 恒定（实质是细菌数 量恒定）
流速控制阀
很少应用
反 馈 控 制
光电池
出 水
光源
生长 繁殖
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。 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。
群体生长的实质是包含着个体细胞生长与繁殖交替进行的 过程: 群体生长 = 个体生长 + 个体繁殖
例：假单孢菌中的某些嗜冷菌在低温下生长，常引起冷藏 食品的腐败。
在低温下生长的机理： —具备低温活性酶 —细胞质膜含有大量的不饱和脂肪酸，在低温下能 保持半流动性，使之能有效地集中必需的营养物质。
现有的微生物保藏法
方法 主要措施 适宜菌种
各大类 细菌、酵母 菌 各大类
保藏期
评价
冰箱保藏法（斜 低温 面） 冰箱保藏法（半 低温、避氧 固体） 石蜡油封保藏法 低温、阻氧