5-环境工程微生物学讲稿.doc

课程名称：环境工程微生物学 第 5 讲次授课题目第五章 微生物的生长繁殖与生存因子第一节 微生物的生长繁殖本讲目的要求及重点难点： 【目的要求】掌握世代时间、细菌的生长曲线、抗生素等；掌握细菌生长繁殖中各时期的特点。【重 点】细菌的生长曲线。【难 点】细菌生长繁殖中各时期的特点。内 容【本讲课程的引入】 微生物的生长特征对于处理废水的意义重大，很多现有的生物处理废水技术都是应用了微生物的生长特征，今天我们就学习这部分内容。【本讲课程的内容】第一节 微生物的生长繁殖一、生长繁殖的概念 (微)生物在适宜的环境条件下，不断吸收营养物质，按照自己的代谢方式进行新陈代谢活动。正常情况下，同化作用大于异化作用，微生物的细胞不断迅速增长，细胞长到一定程度时，就会由一个细胞分裂成细胞。 当发生个体数目的增加时，就称为繁殖。单细胞生物的生长和繁殖裂殖、芽殖、孢子繁殖等多细胞生物的生长和繁殖 世代时间： 单细胞微生物的世代时间：两次细胞分裂之间的时间 多细胞生物的世代时间：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。不同种的微生物，其生长繁殖速度不同。原核微生物的繁殖速度一般比真核微生物快。 从一般应用的角度，对于单细胞生物（如细菌），我们常常把生长=繁殖。二、研究微生物生长的方法 由于微生物个体太小，难以研究单个微生物，多数是通过培养研究其群体生长。常用的培养方法有：分批培养和连续培养。 （一）分批培养 分批培养是将一定量的微生物接种在一个封闭的、盛有一定量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；结果会出现微生物数量由少变多，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。各种细菌的生长速率不一，每一种细菌都有各自的生长曲线，但曲线的形状基本相同。其他微生物也有形状类似的生长曲线。污(废)水生物处理中混合生长的活性污泥微生物也有类似的生长曲线。细菌的生长曲线图P117微生物的生长曲线，可以细分为六个时期：停滞期、加速期、对数期、减速期、稳定期和衰亡期，也可以粗分为四个时期（比较常用）。下面按四个时期进行介绍。 1停滞期 少量细菌刚接入一定量的新鲜液体培养基中，并不立即生长繁殖，需要有一个适应过程（产生适应酶）。此时细胞物质开始增加，但数量不增加或增加很少。（1）特征 细胞数目基本不增加；存活细菌的细胞物质增加，菌体体积增大；细胞内合成代谢活跃；对环境条件的变化较敏感。（2）停滞的长短取决于某些因素：接种量、菌龄、营养等。如果接种量大、菌龄小、营养和环境条件好，则停滞期就短。处于停滞期的细菌对外界环境条件较敏感，易受外界不良环境条件的影响而发生变异。（3）缩短停滞期措施:利用对数生长期的细胞作为种子，尽量使接种前后所使用的培养基组分不要相差太大，适当扩大接种量. 2对数期（指数期） 细菌的生长速度达到最大，细菌数以几何级数增加，在生长曲线上呈直线关系。 处于对数期的细菌，得到丰富的营养，代谢活力最强，细菌旺盛生长。此时的细菌比较整齐（群体内比较一致）健壮。对不良环境条件的抗性也比较强。（1）特征菌数以几何级数增加； 世代时间最短； 生长速率最高； 对不良环境因素的抵抗力强； 群体中细胞的化学组分及形态、生理特性都比较一致。 （2）影响对数期长短的因素：除菌种因素外，主要是温度、培养基的营养成分和浓度。 3静止期 由于对数期的细菌迅速生长繁殖，消耗了大量的营养物质，同时代谢产物的大量积累对细菌本身产生毒害作用；另外，pH 、溶解氧、氧化还原电位等条件也变得不利。结果造成细菌的生长速率逐渐下降，甚至到零。 在静止期，细菌总数达到最大，新生数与死亡数大致相等，保持动态平衡。此时的细菌开始积累贮存物质，芽孢菌形成芽孢。细菌总数达到最大值并恒定一段时间；生长速率降低直至零； 细胞开始积累贮存物质。4衰老期 营养物质被耗尽，细菌进入内源呼吸阶段（微生物消耗自身的贮存物质进行呼吸）。有害物质大量积累，不利于细菌的生长繁殖，此时，死亡率增加，活菌数减少。细菌常出现畸形或衰退型。 从根本上说，细菌的不同生长时期，是由外界提供的营养物的量决定的，即所谓的负荷（F/M）。 细菌少繁殖或不繁殖，或自溶；细菌群体呈现负增长；出现多形态，如畸形或衰退型。(二)连续培养 连续培养有恒浊连续培养和恒化连续培养两种。 1恒浊连续培养是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。按试验目的，首先确定培养液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)。当浊度较大时，加大进水流速，以降低浊度;浊度较小时，降低流速，提高浊度。发酵工业采用此法可获得大量的菌体和有经济价值的代谢产物。2恒化连续培养是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，使细菌处于最高生长速率状态的培养方式。 在连续培养中 ，微生物的生长状态和规律与分批培养中的不同。它们往往处于相当分批培养中生长曲线的某一个生长阶段。 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，也可以存在停滞期、对数期、静止期和衰老期。但由于活性污泥是多种微生物的混合群体，其生长受废水性质、浓度、水温、pH、溶解氧等多种环境因素影响，因此，在处理构筑物中通常仅出现生长曲线中的某一、二个阶段。且处于不同阶段时的污泥，其特性有很大的区别。由于废水生物处理（活性污泥）实际是连续运行，其微生物生长规律不同于分批培养时的规律，它只能是处于生长曲线的某一阶段。一般把活性污泥生长曲线的划分成三个阶段： 生长上升阶段、生长下降阶段和内源呼吸阶段。对于常规活性污泥法，是利用静止期（生长下降阶段）的微生物，这时因为：对数期的微生物生长繁殖快，代谢活力强，能大量去除废水中的有机物，但是相应地要求进水有机物浓度要高，而出水有机物浓度也相应提高，不易达到排放标准；又因为对数期的微生物生长旺盛，没形成荚膜和粘液层，不易形成菌胶团，沉淀性能差，降低出水水质。而处于静止期的微生物虽然代谢活力略低，但仍能较好地去除水中的有机物，且微生物体内积累了大量的贮存物，形成荚膜等，强化了微生物的生物吸附能力，自我絮凝、聚合能力强，在二沉池泥水分离效果好，出水水质好。当然也有利用其他阶段微生物的废水生物处理方法，如高负荷活性污泥法是利用对数期（生长上升阶段）和减速期（生长下降阶段），延时曝气法是利用衰亡期（内源呼吸阶段）等等。四、微生物生长量的测定方法 大致有以下几种： 1.测定微生物总数 如计数器直接计数，