第六章__微生物的生长繁殖与生存案例

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第六章 微生物的生长繁 殖与生存因子
课程内容提纲
相关定义 第一节 微生物的生长繁殖 第二节 微生物的生存因子 第三节 其他不利环境因子对微生物影响 第四节 微生物与微生物之间的关系 第五节 菌种的衰退、复壮和保藏

第一节
微生物的生长繁殖
微生物的生长规律 微生物的连续培养 生长曲线在实际中的应用 微生物生长量的测定方法
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; 与营养物质和有毒物质有关:补充营养和能 源,以及中和环境毒性,可以减缓死亡期细胞 的死亡速率,延长细菌培养物的存活时间。
活性污泥中微生物生长规律和纯菌种基本一致、 SBR是分批培养的原理应用于污水生物处理的实例。
静止期微生物:
代谢活力比对数期差,但仍有相当的代谢活力,并 且微生物积累大量的贮存物,强化了生物吸附能力, 在二沉池中泥水分离效果好,出水水质好。
为什么延时曝气法处理低浓度废水时,不利
用静止期而用衰亡期的微生物?
由于低浓度有机物满足不了静止期
微生物的营养要求,处理效果不会好。 若采用延时曝气法,通常曝气时间在 8h以上,甚至24h,延长水力停留时间, 适当增大进水量,提高有机负荷,满 足微生物的营养要求,从而取得较好 的处理效果。
影响因素: 1)菌种;
2)营养成分(营养丰富则代时短,指数 期则短)

3)营养物浓度(概念:凡是处于较低 浓度范围内,可影响生长速率和菌体产量 的营养物称为生长限制因子)
ห้องสมุดไป่ตู้

4)培养温度(适合温度)
世代时间
generation time 根据一定时间内细菌的增殖数量可以计算 出繁殖的代数(n),并以增殖时间除以繁 殖代数求得每繁殖一代所需的时间,称为 世代时间(G)
测定微生物总数:计数器直接计数;比 例计数法;比浊法 测定活细菌数:平板菌落法(CFU)计 数;液体稀释培养计数 计算生长量:测细胞干重法;通过测细 胞含氮量确定细胞浓度

四、微生物生长量 的测定方法
(一)测定微生物总数 1、计数器直接计数:用血球计数板(可 测细菌、酵母菌等)在显微镜下直接计数。 优点:能测定一定容积中细胞总数;简 单方便,测定速度快; 缺点:所测数目包括活菌和死菌,要求 检测人员较高技术,能分辨活、死菌。
时间t
适应环境(合成相应 的酶),营养储备(用 于复制合成)
影响停滞期长短的因素 1.接种群体菌龄: 1)对数期“种子”,停滞期较短; 2)静止期期或衰亡期“种子”,停滞期较长;因
为处于静止期或衰亡期的细菌耗尽各种必要的细胞成分,需要 时间合成新细胞物质;或者因受到代谢产物过多积累而中毒, 需要时间修补损伤;
序批式活性污泥法
污水的可生化性
氧化沟
氧化沟
(二)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
它又分为两种: 1)恒浊连续培养 2)恒化连续培养。
1)恒浊连续培养
恒浊——培养基浊度恒定(实质是细菌数量 恒定) 以浊度为控制指标。 当浊度大时,加大进水流速,降低浊度; 当浊度小时,降低流速,提高浊度。
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, 如氨基酸、乳酸、乙醇等。
恒浊器与恒化器的比较
装置 控制对 象 菌体密 度(内 控制) 培养 基 无限 制生 长因 子 培养 基流 速 不恒 定 生长速 率 最高 产物 应用 范围 生产 为主
恒浊 器
大量菌 体或与 菌体形 成相平 行的产 物 不同生 长速率 的菌体
液体稀释法
对样品做10倍连续稀释,从适宜的3个连续稀释度 中各取5ml试样,接种3组共9支装有培养液的试 管中(每管接入1ml)。经培养后,记录每个稀 释度出现生长的试管数,然后查 M.P.N.表(most probable number,最大可能数),根据样品稀释 倍数就可计算处其中的活菌含量。
接种的培养基中细胞变化趋势

菌种接种于培养基中后,细胞需要适应新的 环境,因此细胞数目不增加;经过基础物质 的积累,且因营养物质丰富,所以细胞迅速 分裂,细胞数目急剧增加;细胞的繁殖导致 营养物质不断减少,某一种营养物质不足时, 有的细胞利用细胞内的累积物继续分裂,而 会有一部分细胞因营养不足而死亡,表现为 细胞数目不变;培养基中营养进一步匮乏, 细胞不断裂解,细胞数目减少。
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。
在稳定期,细胞开始贮存糖原、异染
粒和脂肪等贮藏物,产芽孢,产次生代 谢产物。 可通过补料、调节pH、调整温度、流 出产物等措施以延长稳定期累积更多的 代谢产物。
出现的原因:生长限制因子的耗尽;
平 推 流 式 活 性 污 泥 法
衰老期
稳定期
占优势
对数期
进水
为什么常规活性污泥法不利用对数期而用静
止期微生物? 对数期微生物:
生长繁殖快,代谢活力强,能大量去除废水中的有 机物,相应的,要求进水有机物浓度高。
由于进水有机物浓度高,出水有机物浓度也相应提 高,且这时期微生物生长繁殖旺盛,细胞表面黏液 层和夹膜尚未形成,运动活跃,不易自行凝聚成菌 胶团,沉淀性能差,导致出水水质差。
(二)测定活细菌数
1、稀释培养计数:适用于生长较慢得
细菌;
2、过滤计数:适用于含菌量较少得水样,
将水样过0.45um滤膜,至于已倒好得平板上面培 养得到生长菌落,计数;大肠菌群通常用此法。
3、菌落计数:平板菌落(CFU)计数应
用最广泛,单位容量中的细菌均匀分布于营养琼 脂平板上而生长的菌落形成单位数
2)恒化连续培养
恒化——进料营养物总量恒定 恒定的流速进水,恒定流速出水 尤其适合污水生物处理,除SBR法外;
lg细胞数(个/ml)
连续流入 新鲜培养 液
单批培养
恒浊法 连续培养
恒化法
单批培养 时间
连续培养
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)
恒浊培养
平板菌落计数法(CFU)
1ml 1ml
9ml 1ml 1ml
1ml
9ml
1ml
9ml 1ml 9ml
× 2
× 2
× 2
最常用的活菌计数法。 将适当稀释的菌液倾注平板或涂布在平板表面,经保 温培养后,以平板上出现的菌落数乘以稀释度就可 以计算出原菌液的含菌量。 直径9cm的培养皿平板上出现菌落数一般以50~500为 宜。按照国家标准规定的样品菌落总数测定的计数 原则,以平板菌落数在30~300之间为报告依据。
恒化 器
培养基 流速 (外控 制)
有限 制生 长因 子
恒定
低于最 高
实验 室为 主
微生物生长量的测定方法
微生物的生长量测定常用的方法有: 称重法、含N量测定法、DNA含量测定 法和 代谢活性法 。 而测定微生物数量变化常用的方法 有直接计数法、稀释平板计数法、最 大概率法 和 比浊法。
微生物生长量的测定方法
相关定义
生长:微生物利用营养物质,细胞
物质的量增多,体积增大。
繁殖:微生物细胞体积增大到一定
程度时,细胞数目增多的过程。
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
在污水生物处理中这两种方法均有应用。
分批培养概念:将定量的微生物接种到封
闭的具有定量培养基的容器中,保持一定的温 度、pH、DO,微生物进行生长繁殖,一定时间 后停止培养。
稳定期:新 繁殖的细胞数 目与衰亡的细 胞数目相等的 一段时期。
(3)静止期又称稳定期(stationary phase)
特点:
活细胞总数维持不变,即新繁殖的细胞 数与衰亡的细胞数相等,菌体总数达到最 高点;
细胞生理上处于衰老,代谢活力钝化, 细胞成分合成缓慢; 细胞生长速率为零。
营养物质被消耗不能满足生长需要 ,因此,营养物成为细菌生长的限制 因子;细菌开始累积贮存物质,如 PHB、淀粉粒等;
营养物的比例失调;有害物质的累积; pH、氧化还原势等物质条件越来越不 适宜。
衰亡期:细胞 死亡数目超过新 生的细胞数目的 时期。死亡的细 胞发生自溶。
4)衰亡期:继静止期后,由于营养物被 耗尽,细菌因缺乏营养而利用贮存物质进 行内源呼吸,即自身溶解。 特点:
细胞以指数速率死亡;死菌数大于新生 菌数; 细胞变形退化。
生长曲线在实际中的应用
总结
在污水生物处理设计时,按水质情况可利用 不同生长阶段的微生物处理污水:
常规活性污泥法:利用减速期、静止期;
生物吸附法:静止期;
高负荷活性污泥法:对数期和减速期; 延时曝气法(氧化沟):内源呼吸期(衰亡期) 延时曝气法处理:针对有机物含量低,
BOD5/CODcr比值小于0.3,可生化性差的污 水;
生长曲线
生长曲线分期:细分可分为6个时 期即停滞期(适应期)、加速期、对数 期、减速期、静止期、衰亡期。 由于加速期和减速期持续时间很短, 则把加速期并到停滞期,把减速期放 到静止期中。故,将生长曲线粗分为 四个生长期。
延滞期:少 量细胞接种到 新培养基后的 一段细胞数目 不增加的适应 期。其长短主 要受微生物的 接种龄、接种 量和培养基成 分的影响。
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
为什么会出现停滞期呢?
停滞期
3、染色图片计数
用0.01ml吸管吸取定量稀 释的细菌悬液均匀涂于刻有 1cm2的计数板上,经固定、 染色后、在显微镜下观察几 个视野并计数,取平均值。
每毫升原菌液的细菌数= 视野中的平均菌数×1 cm2/ 视野面积×100×稀释
血球计数板法
比浊法测定细菌悬液细胞数
原理:单细胞微生物的悬液与浊度成正比,与光密 度成反比。细胞数越多,浊度越大,透光度越小。因 此可用分光光度计测定菌悬液的透光度;或用浊度计 测菌悬液的浊度,即可测得该菌悬液的细胞浓度,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。 测定前:将该菌悬液经10倍稀释法稀释成系列浓度 的菌悬液,分别取各稀释浓度的菌悬液1ml至于平皿 中,倒平板,培养和计数。然后以细菌数和光密度值 制作标准曲线,以便用比浊法测得光密度值后,可在 标准曲线上 求出相应得细菌数。
2、电子计数器计数
原理:在一个小孔得两侧各放一个电极,通电 后,若有物体通过,电阻会发生改变。当细胞悬 液通过小孔时,每通过一个细胞,电阻就会增加 并产生一个信号,计数器就对该细胞自动计数一 次。 适用于较大的微生物如原生动物、藻类和非 丝状的酵母菌等; 优点:结构精确; 缺点:受微小颗粒和丝状物干扰大。
结果出现微生物数量由: 少 多(达到高峰后) 少
典型生长曲线
定量描述非丝状单细胞微生物分批 培养时,液体培养基中微生物群体生长 规律的经典曲线。 以时间为横坐标,细胞数目(或是对 数)或者细胞干重为纵坐标的曲线。
生长曲线的制作
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,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,绘制所得的曲 线。
2 接种量。 1)接种量大,停滞期较短; 2)接种量小,停滞期较长。 3 培养基成分: 1)培养基成分丰富的,停滞期较短; 2) 培养基成分贫乏的 , 停滞期较长。 因为在丰富的培养基
上可直接利用各种成分,在贫乏环境中要产生新的酶类合成所 缺少的营养物质。
对数期:细 胞数以几何级 数增长的一段 时期。其时间 长短主要受菌 株种类、营养 成分和营养物 质浓度的影响。
2.对数期
细菌获得丰富营养,生长速率最快,细胞呈对 数增长,分裂时间间隔最短;
由于营养物质足以供给合成细胞使用,有毒 的代谢产物累积较少,细菌生长速率恒定; 代谢旺盛,细胞成分平衡发展;
群体的生理特性较一致。
故教学实验中常用对数期细胞作为实验材料; 发酵工业一般用对数期细胞作菌种。
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