第六章 微生物生长繁殖与生态因子1

1、 第五章第五章 微生物的生长繁殖与环境因子的影响微生物的生长繁殖与环境因子的影响 第一节第一节 微生物的生长微生物的生长 一、微生物生长繁殖的概念一、微生物生长繁殖的概念 一个微生物细胞在适宜的环境条件下，会不断地一个微生物细胞在适宜的环境条件下，会不断地吸收营养物质，并按照自己的代谢方式不断进行新吸收营养物质，并按照自己的代谢方式不断进行新陈代谢。如果同化作用的速度超过了异化作用，则陈代谢。如果同化作用的速度超过了异化作用，则其原生质的总量（重量、体积、大小）就不断增加，其原生质的总量（重量、体积、大小）就不断增加，于是出现了个体细胞的于是出现了个体细胞的生长；生长；如果这是一种平衡生如果这

2、是一种平衡生长，即各种细胞组分是按恰当比例增长时，则达到长，即各种细胞组分是按恰当比例增长时，则达到一定程度后就会引起个体数目的增加，对单细胞微一定程度后就会引起个体数目的增加，对单细胞微生物来说，这就是生物来说，这就是繁殖，繁殖，不久原有的个体已发展成不久原有的个体已发展成一个群体。一个群体。 随着群体中各个个体的进一步生长繁殖，随着群体中各个个体的进一步生长繁殖，就引起了这一群体的生长。群体的生长就引起了这一群体的生长。群体的生长可用其重量、体积、个体密度等指标来可用其重量、体积、个体密度等指标来测定。微生物学中的生长一般是指测定。微生物学中的生长一般是指群体群体生长。生长。 多细胞微生物

3、的生长只是细胞数目的增加，多细胞微生物的生长只是细胞数目的增加，不伴随个体数目的增加。如果不但细胞不伴随个体数目的增加。如果不但细胞数目增加，个体数目也增加，则称为多数目增加，个体数目也增加，则称为多细胞微生物的繁殖。细胞微生物的繁殖。世代时间世代时间： 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。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。不同种的微生物，其生长繁殖速度不同。

4、原核微生物的繁殖速度一般比真核微生物快。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），从一般应用的角度，对于单细胞生物（如细菌），我们常常把生长我们常常把生长=繁殖。繁殖。二、微生物的培养方法和生长曲线二、微生物的培养方法和生长曲线 1、微生物的培养方法、微生物的培养方法（1）微生物的纯培养及获得方法）微生物的纯培养及获得方法 纯培养纯培养：在实验室条件下，从一个单细在实验室条件下，从一个单细胞繁殖而得到的后代称为纯培养。胞繁殖而得到的后代称为纯培养。常用分离纯化技术：常用分离纯化技术：固体培养操作方法：固体培养操作方法： 涂布平板法、稀释倒平板法、平板

5、划线涂布平板法、稀释倒平板法、平板划线法、稀释摇管法。法、稀释摇管法。单细胞（孢子）分离法：采用显微分离技单细胞（孢子）分离法：采用显微分离技术直接分离获取单细胞（孢子），进行培术直接分离获取单细胞（孢子），进行培养从而获得纯培养物。养从而获得纯培养物。选择培养：包括选择培养和富集培养选择培养：包括选择培养和富集培养 在整个微生物实验过程中，防止其他微在整个微生物实验过程中，防止其他微生物的进入是十分重要的，若其他微生生物的进入是十分重要的，若其他微生物进入纯培养中，便称为污染。物进入纯培养中，便称为污染。 防止污染的方法：防止污染的方法： 器皿的灭菌器皿的灭菌 环境的控制环境的控制 操作过程

6、的控制操作过程的控制( (无菌操作无菌操作) )（2 2）微生物的培养方法）微生物的培养方法 根据培养过程中对氧气的需要可分为好氧培养根据培养过程中对氧气的需要可分为好氧培养和厌氧培养；和厌氧培养； 根据所用培养基分为固体培养和液体培养。根据所用培养基分为固体培养和液体培养。 好氧培养方法好氧培养方法 固体培养：固体培养： 试管斜面、培养皿平板等。试管斜面、培养皿平板等。 液体培养：试管液体培养、摇瓶培养、台式发液体培养：试管液体培养、摇瓶培养、台式发酵罐、各种发酵罐（工业）。酵罐、各种发酵罐（工业）。n发酵罐 也可叫做生物反应器，一般是一钢质圆筒形直立容器，其底和盖为扁球形，高与直径之比一般

7、为1 22.5，在其内外装配着各种各样的管道、阀门和仪表。 厌氧培养方法厌氧培养方法 微生物的厌氧培养方法不需要提供氧气，对微生物的厌氧培养方法不需要提供氧气，对于厌氧微生物来说，氧气是有害的，因此要采于厌氧微生物来说，氧气是有害的，因此要采用各种方法去氧或放在氧化还原电位低的条件用各种方法去氧或放在氧化还原电位低的条件下进行培养。在实验室中除了要用特殊的培养下进行培养。在实验室中除了要用特殊的培养装置，还需要在培养基中加入还原剂和氧化还装置，还需要在培养基中加入还原剂和氧化还原指示剂。原指示剂。 高层琼脂柱，厌氧培养皿（高层琼脂柱，厌氧培养皿（ BrewerBrewer皿、皿、 BrayBr

8、ay皿、皿、 SpraySpray皿）皿）nBrewer皿、 Bray皿、 Spray皿。n用严格厌氧方法配置、分装、灭菌后的厌氧培养基称为预还原无氧灭菌培养基即PRAS培养基。厌氧罐技术厌氧罐技术二、二、分批培养和连续培养分批培养和连续培养 （1）分批培养）分批培养 分批培养分批培养是将一定量的微生物接种在一个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封闭的、盛有一定量液体培养基的容器内，保持一定的温度、内，保持一定的温度、pH和溶解氧量，和溶解氧量，微生物在其中生长繁殖，结果出现微生微生物在其中生长繁殖，结果出现微生物数量又少变多，达到高峰后又由多变物数量又少变多，达到

9、高峰后又由多变少，甚至死亡的变化规律。少，甚至死亡的变化规律。 以细菌纯种培养为例：以细菌纯种培养为例： 将少量细菌接种到新鲜的、定量的液体培养基培将少量细菌接种到新鲜的、定量的液体培养基培养，当少量纯种细菌接种到恒定容积的液体培养养，当少量纯种细菌接种到恒定容积的液体培养基后，在适宜的温度通气等条件下，它们的群体基后，在适宜的温度通气等条件下，它们的群体就会有规律地生长起来。如果以细胞数目的对数就会有规律地生长起来。如果以细胞数目的对数值为纵坐标，以培养时间为横坐标，就可画出一值为纵坐标，以培养时间为横坐标，就可画出一条有规律的曲线，即细菌的生长曲线。条有规律的曲线，即细菌的生长曲线。细菌的

10、生长曲线细菌的生长曲线 各种细菌的生长速率不一，各种细菌的生长速率不一，每一种细菌都有各自的生长每一种细菌都有各自的生长曲线，曲线，但曲线的形状基本相同。但曲线的形状基本相同。其他微生物也有形状类似的其他微生物也有形状类似的生长曲线。生长曲线。用于培养微生物的摇床用于培养微生物的摇床一般摇床都可以控制转速和温度一般摇床都可以控制转速和温度 （2 2）连续培养）连续培养 连续培养：在一个恒定容积的流动系统中培养连续培养：在一个恒定容积的流动系统中培养微生物，一方面以一定的速度不微生物，一方面以一定的速度不 断流入新鲜培断流入新鲜培养基，另一方面又以同样的流速不断流出培养物，养基，另一方面又以同样

11、的流速不断流出培养物，使培养系统中微生物保持在使培养系统中微生物保持在 指数期的平衡生长指数期的平衡生长状态。状态。 按控制方式分恒浊器和恒化器两种。按控制方式分恒浊器和恒化器两种。 恒浊器：恒浊器：是一种根据培养器内微生物的是一种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。度恒定的微生物细胞的连续培养器。 发酵工业采用此法可获得大量的菌体和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。有经济价值的代谢产物。 恒化器：恒化器：是一种设法使培养

12、液的流速保持不变，是一种设法使培养液的流速保持不变，并使微生物始终在低于其最高生长速率的条并使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连续培养装置。这是一件下进行生长繁殖的连续培养装置。这是一种通过控制某一营养物的浓度（碳源、氮源、种通过控制某一营养物的浓度（碳源、氮源、无机盐、生长因子），使其始终成为生长限无机盐、生长因子），使其始终成为生长限制因子的条件下达到的。制因子的条件下达到的。 在连续培养中在连续培养中 ，微生物的生长状态和规律，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。批培养中生

13、长曲线的某一个生长阶段。 恒化器适用于污水生物处理。恒化器适用于污水生物处理。 在废水生物处理的连续运行过程中，活性在废水生物处理的连续运行过程中，活性污泥中的微生物生长规律与分批培养时的污泥中的微生物生长规律与分批培养时的规律不同。它只是分批培养生长曲线的某规律不同。它只是分批培养生长曲线的某一生长阶段：或是加速期，或是对数期一生长阶段：或是加速期，或是对数期（生长上升阶段），或是减速期，或是静（生长上升阶段），或是减速期，或是静止期（生长下降阶段），或是衰亡期（内止期（生长下降阶段），或是衰亡期（内源呼吸阶段）。源呼吸阶段）。 三、生长曲线的各个时期及其特点三、生长曲线的各个时期及其特点

14、细菌的生长曲线可分为粗分为四个时期：细菌的生长曲线可分为粗分为四个时期：停滞期（加速期）、对数期、静止期停滞期（加速期）、对数期、静止期（减速期）和衰亡期（减速期）和衰亡期 1 1、停滞期、停滞期 指少量细菌接种到新鲜液体培养基中，指少量细菌接种到新鲜液体培养基中，开始培养的一段时间内并不马上分裂，开始培养的一段时间内并不马上分裂，细菌的数量维持恒定，或增加很少。细菌的数量维持恒定，或增加很少。 特点：特点：（1 1）菌体体积增大；）菌体体积增大；（2 2）合成代谢活跃，胞内的）合成代谢活跃，胞内的RNARNA、蛋白质、蛋白质等物质含量有所增加；等物质含量有所增加；（3 3）对不良环境条件较敏

15、感。）对不良环境条件较敏感。 影响延滞期长短的因素：影响延滞期长短的因素： （1）菌种）菌种 （2）菌龄）菌龄 （3）接种量）接种量 （4）培养基成分）培养基成分 缩短延滞期的措施：缩短延滞期的措施： （1）通过遗传学方法改变种的遗传特性；）通过遗传学方法改变种的遗传特性； （2）利用对数生长期的细胞作为）利用对数生长期的细胞作为“种子种子”； （3）适当扩大接种量）适当扩大接种量 （4）尽量使接种前后所使用的培养基组成）尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大。不要相差太大。 2 2、对数期、对数期 细菌经过停滞期进入对数期，并以最细菌经过停滞期进入对数期，并以最大的速率生长和分裂，导致

16、细菌数量大的速率生长和分裂，导致细菌数量以几何级数增加。以几何级数增加。 代时（代时（G G）- -每繁殖一代所需要的时间每繁殖一代所需要的时间 G=G=（t t2 2-t-t1 1 ）/ / 3.322(lg N3.322(lg Nx x-lg N-lg N0 0) ) 特点：特点：（1 1）细菌生长速度最快，代时最短。）细菌生长速度最快，代时最短。（2 2）酶系活跃，代谢旺盛。）酶系活跃，代谢旺盛。（3 3）菌体细胞成分均衡增加。）菌体细胞成分均衡增加。 生产上广泛地用对数生长期细菌作生产上广泛地用对数生长期细菌作“种子种子”，在科研上它常作为理想的实验材料。在科研上它常作为理想的实验材料

17、。 3、静止期、静止期 由于营养物质消耗，代谢产物积累和由于营养物质消耗，代谢产物积累和pH等环境变化，环境条件逐步不适宜等环境变化，环境条件逐步不适宜于细菌生长，导致细菌生长速率降低于细菌生长，导致细菌生长速率降低直至零，进入静止期。直至零，进入静止期。特点：特点：（1 1）细菌总数最大，即新生细胞数与）细菌总数最大，即新生细胞数与衰亡细胞数相等；衰亡细胞数相等；（2 2）细菌开始积累贮存物质，如异染）细菌开始积累贮存物质，如异染粒、粒、PHBPHB、糖原、淀粉粒、脂肪粒等；、糖原、淀粉粒、脂肪粒等；（3 3）芽孢菌形成芽孢；）芽孢菌形成芽孢；（4 4）细菌产生次生代谢物。）细菌产生次生代谢

18、物。 4、衰亡期、衰亡期 营养物质耗尽和有毒代谢产物的大量营养物质耗尽和有毒代谢产物的大量积累，细菌死亡速率逐步增加和活菌积累，细菌死亡速率逐步增加和活菌数逐步减少，细菌群体进入衰亡期。数逐步减少，细菌群体进入衰亡期。 特点：特点： （1 1）细胞形态不规则；）细胞形态不规则； （2 2）细胞可出现自溶；）细胞可出现自溶； （3 3）释放芽孢；）释放芽孢； （4 4）释放某些次生代谢产物）释放某些次生代谢产物 从根本上说，细菌的不同生长时期，是由从根本上说，细菌的不同生长时期，是由外界提供的营养物的量决定的，即所谓的外界提供的营养物的量决定的，即所谓的负荷（负荷（F/M）。）。 活性污泥法中的

19、序批式间歇曝气器活性污泥法中的序批式间歇曝气器（SBR）是将分批培养的原理应用于）是将分批培养的原理应用于废水的生物处理。废水的生物处理。三、细菌生长曲线在污水微生物处理中的应用三、细菌生长曲线在污水微生物处理中的应用 在污水生物处理过程中，活性污泥是多种微生物的混合在污水生物处理过程中，活性污泥是多种微生物的混合群体，如果条件适宜，活性污泥的增长过程，与纯种单群体，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、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。对数期、静止期和衰老期。 在处理构筑物中通常仅出现生长曲线中的某一、

20、二个阶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。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。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：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。生长上升阶段、生长下降阶段和内源呼吸阶段。 废水生物处理设计时，按水质情况，可利用不废水生

21、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废水。同生长阶段的微生物处理废水。 常规活性污泥法常规活性污泥法利用生长下降阶段（减速期、利用生长下降阶段（减速期、静止期）的微生物；静止期）的微生物； 生物吸附法生物吸附法利用生长速率利用生长速率下降阶段（静止期）的微生物；下降阶段（静止期）的微生物；高负荷活性污高负荷活性污泥法泥法利用生长上升阶段和生长下降阶段的微生利用生长上升阶段和生长下降阶段的微生物；物；延时曝气法延时曝气法处理低浓度有机废水时用内源处理低浓度有机废水时用内源呼吸阶段微生物。呼吸阶段微生物。 常规活性污泥法不利用对数期的微生物而常规活性污泥法不利用对数期的微生物而

22、利用静止期的微生物的原因：利用静止期的微生物的原因：对数期的微对数期的微生物生长繁殖快，代谢活力强，能大量去生物生长繁殖快，代谢活力强，能大量去除废水中的有机物，但相应要求进水有机除废水中的有机物，但相应要求进水有机物浓度高，则出水有机物浓度也相应提高，物浓度高，则出水有机物浓度也相应提高，不易达到排放标准；且对数期的微生物生不易达到排放标准；且对数期的微生物生长繁殖旺盛，细胞表面荚膜和粘液层尚未长繁殖旺盛，细胞表面荚膜和粘液层尚未形成，不易形成菌胶团，沉淀性能差，降形成，不易形成菌胶团，沉淀性能差，降低出水水质。低出水水质。 而处于静止期的微生物虽然代谢活力而处于静止期的微生物虽然代谢活力略

23、低，但仍能较好地去除水中的有机略低，但仍能较好地去除水中的有机物；且菌体内积累了大量的贮存物，物；且菌体内积累了大量的贮存物，形成荚膜等，强化了微生物的吸附能形成荚膜等，强化了微生物的吸附能力，自我絮凝、聚合能力强，在二沉力，自我絮凝、聚合能力强，在二沉池中泥水分离效果好，出水水质好。池中泥水分离效果好，出水水质好。 用延时曝气法处理低浓度有机废水时不用用延时曝气法处理低浓度有机废水时不用静止期的微生物，而用衰亡期（内源呼吸静止期的微生物，而用衰亡期（内源呼吸阶段）的微生物的原因：阶段）的微生物的原因：低浓度有机物满低浓度有机物满足不了静止期的微生物的营养要求，处理足不了静止期的微生物的营养要

24、求，处理效果不会好。若采用延时曝气法，延长曝效果不会好。若采用延时曝气法，延长曝气时间和水力停留时间，以增大进水量，气时间和水力停留时间，以增大进水量，提高有机负荷，满足微生物的营养要求，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。从而取得较好的处理效果。 四、微生物生长繁殖的测定四、微生物生长繁殖的测定 1、微生物生长的测定、微生物生长的测定 （1）直接法）直接法 测体积测体积 称干重称干重 优点，可适用于一切微生物；缺点，无法区分活菌和优点，可适用于一切微生物；缺点，无法区分活菌和死菌。死菌。 如测曝气池中混合液悬浮固体浓度（如测曝气池中混合液悬浮固体浓度（MLSS)或混合

25、液或混合液挥发性悬浮固体浓度（挥发性悬浮固体浓度（MLVSS)。 （2 2）间接法）间接法 比浊法比浊法 细菌培养物在其生长过程中，由于细菌培养物在其生长过程中，由于原生质含量的增加，会引起培养物混浊度的增原生质含量的增加，会引起培养物混浊度的增高。可目测，精确测定用分光光度计，一般选高。可目测，精确测定用分光光度计，一般选用用450nm450nm650nm650nm波段。波段。 优点，比较准确。优点，比较准确。 生理指标法生理指标法 测细胞中某种物质的含量测细胞中某种物质的含量 2 2、微生物繁殖的测定、微生物繁殖的测定 （1 1）微生物总数的测定）微生物总数的测定 比例计数法比例计数法 血

26、球计数板法血球计数板法CAICAI 优点，简便、快速、直观；缺点，测得结果是优点，简便、快速、直观；缺点，测得结果是死菌和活菌的总和。死菌和活菌的总和。 （2）活菌数的测定）活菌数的测定 平板菌落计数法平板菌落计数法CAI 优点，可以获得活菌的信息；缺点，操作较繁需要培养优点，可以获得活菌的信息；缺点，操作较繁需要培养一段时间才能取得，易受多种因素的影响。一段时间才能取得，易受多种因素的影响。 液体稀释法液体稀释法 根据活菌在液体培养基中会使其变混浊。对未知菌样作根据活菌在液体培养基中会使其变混浊。对未知菌样作连续的连续的10倍系列稀释，接种装有培养液的试管，经培倍系列稀释，接种装有培养液的试

27、管，经培养后，记录每个稀释度生长的管数，然后查养后，记录每个稀释度生长的管数，然后查MPN表，表，再根据样品的稀释倍数就可计算出其中的活菌含量。再根据样品的稀释倍数就可计算出其中的活菌含量。 优点，可计算活菌数，较准确；缺点，比较繁琐。优点，可计算活菌数，较准确；缺点，比较繁琐。 五、微生物死亡的测定五、微生物死亡的测定 微生物的死亡，意味着不可恢复地失去生长与微生物的死亡，意味着不可恢复地失去生长与分裂繁殖的能力。对于一个不是受机械性破坏分裂繁殖的能力。对于一个不是受机械性破坏的微生物细胞来说，死亡一词仅仅是就测定细的微生物细胞来说，死亡一词仅仅是就测定细菌活力所用的条件而言的。菌活力所用的

28、条件而言的。 通常用培养的方法来确定微生物的死亡。通常用培养的方法来确定微生物的死亡。 第二节第二节 影响微生物的生长的环境因子影响微生物的生长的环境因子 一、温度一、温度 每一种微生物有三种基本温度：最低温度，最适温每一种微生物有三种基本温度：最低温度，最适温度和最高温度。度和最高温度。 根据最适温度的不同，可将微生物分为根据最适温度的不同，可将微生物分为嗜冷菌、嗜嗜冷菌、嗜中温菌、嗜热菌及嗜超热菌。中温菌、嗜热菌及嗜超热菌。 最适温度：某菌分裂代时最短或生长速率最高时的最适温度：某菌分裂代时最短或生长速率最高时的温度。温度。 不同微生物对温度的要求不同，同一微生物在生长不同微生物对温度的要

29、求不同，同一微生物在生长的不同时期对温度的要求也会不同。的不同时期对温度的要求也会不同。 原生动物的最适温度为原生动物的最适温度为1625； 多数放线菌的最适温度为多数放线菌的最适温度为2337；霉菌的温度范围和放线菌差不多；霉菌的温度范围和放线菌差不多； 多数藻类的最适温度在多数藻类的最适温度在2830。 废水生物处理中，多数是中温性微生物。废水生物处理中，多数是中温性微生物。一般控制温度在一般控制温度在30左右。左右。 嗜冷微生物的适宜温度在嗜冷微生物的适宜温度在515之间。之间。可引起冷藏食物变质。可引起冷藏食物变质。 嗜冷微生物低温生长的原因：嗜冷微生物低温生长的原因：具备有效地具备有

30、效地催化反应的酶；主动运输物质的功能运转催化反应的酶；主动运输物质的功能运转良好，使之能获取必需的营养物质；细胞良好，使之能获取必需的营养物质；细胞质膜含有大量的不饱和脂肪酸，低温下能质膜含有大量的不饱和脂肪酸，低温下能保持半流动性。保持半流动性。 1、高温度的影响、高温度的影响 高温对微生物的致死作用，主要是高温对微生物的致死作用，主要是它可引起蛋白质、核酸和脂类等重它可引起蛋白质、核酸和脂类等重要生物高分子发生降解或改变其空要生物高分子发生降解或改变其空间结构，从而变性或破坏。间结构，从而变性或破坏。 灭菌：灭菌：采用强烈的理化因素使任何物体内外采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切部的

31、一切微生物永远丧失其生长繁殖能力微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施。的措施。分杀菌和溶菌两种。分杀菌和溶菌两种。 消毒：消毒：采用较温和的理化因素，仅杀死采用较温和的理化因素，仅杀死物体表面或内部一部分对人体有害的病物体表面或内部一部分对人体有害的病原菌，而对被消毒的物体基本无害的措原菌，而对被消毒的物体基本无害的措施灭菌。施灭菌。 高温灭菌方法高温灭菌方法 （1）干热灭菌法）干热灭菌法 火燃灼烧法火燃灼烧法 接种针、接种环的灭菌接种针、接种环的灭菌 烘箱内热空气灭菌法烘箱内热空气灭菌法 150170 维维持持12h。金属器械、玻璃器皿的灭菌。金属器械、玻璃器皿的灭菌。 （2）湿热灭菌法）湿热

32、灭菌法 巴氏消毒法巴氏消毒法 指对牛奶、啤酒、果酒或酱指对牛奶、啤酒、果酒或酱油等不能进行高温灭菌的液体进行的一种油等不能进行高温灭菌的液体进行的一种消毒方法，其目的是杀死其中无芽孢的病消毒方法，其目的是杀死其中无芽孢的病原菌，而又不影响它们的风味。原菌，而又不影响它们的风味。6366 ，30min 或或70 ，15min 。 煮沸消毒法煮沸消毒法 100数分钟，饮用水数分钟，饮用水的消毒。的消毒。 间歇灭菌法间歇灭菌法 适用于不耐热培养基的适用于不耐热培养基的灭菌。将待灭菌的培养基在灭菌。将待灭菌的培养基在80100下蒸煮下蒸煮1560min，再置于室温或，再置于室温或37下保温过夜，如此重

33、复下保温过夜，如此重复3天，即可天，即可在较低温度下达到彻底灭菌的效果。在较低温度下达到彻底灭菌的效果。 高压蒸汽灭菌法高压蒸汽灭菌法 在特定的设备灭菌锅里完成。在特定的设备灭菌锅里完成。 在在121维持维持1520min。含糖培养基。含糖培养基115维维持持35min。培养基、多种器材和物料的灭菌。培养基、多种器材和物料的灭菌。 影响加压蒸汽灭菌效果的因素：影响加压蒸汽灭菌效果的因素： 1.灭菌物体的含菌量灭菌物体的含菌量 2.灭菌锅空气的排除程度灭菌锅空气的排除程度 3.灭菌对象的灭菌对象的pH 4.灭菌对象的体积灭菌对象的体积 5.加热与散热的速度加热与散热的速度 实验室所用高压蒸汽灭菌

34、锅实验室所用高压蒸汽灭菌锅 2 2、低温的影响、低温的影响 低温对微生物生长的影响主要是通过降低酶反应低温对微生物生长的影响主要是通过降低酶反应速度使微生物的生长收到抑制。在低温下，微生速度使微生物的生长收到抑制。在低温下，微生物的代谢活力极低，生长缓慢或停止，但不致死，物的代谢活力极低，生长缓慢或停止，但不致死，而是处于休眠状态，低温下的微生物一旦获得适而是处于休眠状态，低温下的微生物一旦获得适宜的温度，即可恢复活性。宜的温度，即可恢复活性。 利用这一特性，各种冰箱成为生物实验中保存生利用这一特性，各种冰箱成为生物实验中保存生物样品或试剂的重要手段。物样品或试剂的重要手段。 一般冰箱的温度在

35、一般冰箱的温度在44零下零下1818，可以用于保，可以用于保存一般的生物样品。而有的样品需要比较低的温存一般的生物样品。而有的样品需要比较低的温度，甚至低达零下度，甚至低达零下7070，或更低（如使用液氮，或更低（如使用液氮，可以达到零下可以达到零下196196） 二、二、pH 不同的微生物要求不同的不同的微生物要求不同的pH（P104表表6-6）。）。常见的四大类微生物中，对常见的四大类微生物中，对pH的最适的最适（范围）要求分别是，细菌：（范围）要求分别是，细菌：6.5 7.5（4 10）；放线菌：）；放线菌：7 8（5 10）；）；霉菌：霉菌：3 6（1.5 10）；酵母菌：）；酵母菌：

36、5-6（1.5-10）。）。 在废水生物处理中，在废水生物处理中，pHpH一般在一般在6.56.58.58.5。生。生物处理的主体是细菌，它要求物处理的主体是细菌，它要求pHpH略为偏碱。略为偏碱。过高的过高的pHpH会使原生动物呆滞，菌胶团解体，会使原生动物呆滞，菌胶团解体，影响去除效果，而过低的影响去除效果，而过低的pHpH，会使霉菌大量，会使霉菌大量繁殖，造成污泥膨胀。繁殖，造成污泥膨胀。 有机固体废气物的有机固体废气物的pHpH为为5 5 8 8。堆肥初期。堆肥初期pHpH下降至下降至5 5以下，以后上升至以下，以后上升至8.58.5，成熟堆肥的，成熟堆肥的pHpH在在7 7 8 8之

37、间。之间。 微生物的生命活动也会改变环境中的微生物的生命活动也会改变环境中的pHpH。n微生物的生命活动也会改变环境中的微生物的生命活动也会改变环境中的pH。 在废水和污泥厌氧消化过程中，要控制好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，产酸阶段和产甲烷阶段的产量，pH很关键。很关键。通常通常pH应控制在应控制在6.6 7.6，最好控制在，最好控制在6.8 7.2之间。之间。 pH较低的工业废水可用霉菌和酵母菌处理。较低的工业废水可用霉菌和酵母菌处理。 过高或过低的过高或过低的pH对微生物的影响：对微生物的影响： 1、影响蛋白质解离，从而影响细胞表面电荷，、影响蛋白质解离

38、，从而影响细胞表面电荷，进而影响对营养物质的吸收。进而影响对营养物质的吸收。 2、影响营养物质的离子化，影响其进入细胞。、影响营养物质的离子化，影响其进入细胞。 3、影响酶活性。、影响酶活性。 4、降低抗热性。、降低抗热性。 三、氧化还原电位三、氧化还原电位 氧化还原电位（氧化还原电位（ Eh）的单位为）的单位为V或或mV。各种微生。各种微生物要求的氧化还原电位不同。一般好氧微生物在物要求的氧化还原电位不同。一般好氧微生物在Eh为为+100mV以上才能生长，适宜的以上才能生长，适宜的Eh为为300400mV；兼性厌氧微生物在；兼性厌氧微生物在Eh为为+100mV以上时进行好氧呼吸，在以上时进行

39、好氧呼吸，在Eh为为+100mV以下时进以下时进行无氧呼吸或发酵；专性厌氧细菌要求的行无氧呼吸或发酵；专性厌氧细菌要求的Eh为为 -200-250mV。 氧化还原电位与氧分压和氧化还原电位与氧分压和pH有关。氧分有关。氧分压越高，氧化还原电位越高；压越高，氧化还原电位越高； pH低时，低时，氧化还原电位会下降。在氧化还原电位会下降。在pH相对稳定的相对稳定的条件下，可通过增加通气量提高环境中条件下，可通过增加通气量提高环境中（培养基）氧分压，或加入氧化剂，从而（培养基）氧分压，或加入氧化剂，从而增加增加Eh值；也可通过加入还原剂降低值；也可通过加入还原剂降低Eh值，如抗坏血酸、硫化氢、半胱氨酸

40、、谷值，如抗坏血酸、硫化氢、半胱氨酸、谷胱甘肽和二硫苏糖醇等。胱甘肽和二硫苏糖醇等。 四、溶解氧四、溶解氧 根据氧和微生物生长的关系，可将微生物根据氧和微生物生长的关系，可将微生物分为分为好氧微生物好氧微生物（专性好氧微生物和微好（专性好氧微生物和微好氧微生物）、氧微生物）、兼性厌氧微生物兼性厌氧微生物和和厌氧微生厌氧微生物（物（专性厌氧微生物和耐氧厌氧微生物）。专性厌氧微生物和耐氧厌氧微生物）。 1、好氧微生物、好氧微生物 专性好氧微生物：其生长必需氧；专性好氧微生物：其生长必需氧； 微好氧微生物：在有少量氧存在的条件下微好氧微生物：在有少量氧存在的条件下生长最好。生长最好。 大多数细菌、放

41、线菌、霉菌、原生动物和大多数细菌、放线菌、霉菌、原生动物和微型后生动物都属于好氧微生物。微型后生动物都属于好氧微生物。 O2的作用：的作用： （1）氧作为好氧微生物呼吸最终电子受体；）氧作为好氧微生物呼吸最终电子受体；（2）参与甾醇类和不饱和脂肪酸的合成。）参与甾醇类和不饱和脂肪酸的合成。 细胞含超氧化物歧化酶和过氧化氢酶，可以细胞含超氧化物歧化酶和过氧化氢酶，可以 抵抗在利用氧的过程中产生的有毒物质。抵抗在利用氧的过程中产生的有毒物质。 微生物只能利用溶解于水中的微生物只能利用溶解于水中的O2，即溶解，即溶解氧（氧（DO）。）。DO与水温、大气压等因素有与水温、大气压等因素有关，温度越高，氧

42、的溶解度越小。关，温度越高，氧的溶解度越小。 污水生物处理中需要设置污水生物处理中需要设置充氧设备充氧。充氧设备充氧。如表面叶轮机械搅拌、鼓风曝气等。如表面叶轮机械搅拌、鼓风曝气等。 实验室常用实验室常用摇床摇床充氧。充氧。 在好氧生物处理中，一般曝气池中的在好氧生物处理中，一般曝气池中的DO要求控制在要求控制在34mg/L。 常用名词：常用名词： BOD：即生化需氧量，即生化需氧量，是一种表示水中有机物是一种表示水中有机物含量的间接指标，一般指含量的间接指标，一般指20下，下，1L污水中所污水中所含的有机物（主要是有机碳源），在进行微生物含的有机物（主要是有机碳源），在进行微生物氧化时，氧化

43、时，5日内所消耗的分子氧的毫克数日内所消耗的分子氧的毫克数（mg/L）。）。 COD：即化学需氧量，使用强氧化剂使：即化学需氧量，使用强氧化剂使1L污水污水中的有机物迅速进行化学氧化时所消耗的氧的毫中的有机物迅速进行化学氧化时所消耗的氧的毫克数（克数（mg/L）。强氧化剂常用重铬酸钾。）。强氧化剂常用重铬酸钾。 2、兼性厌氧微生物、兼性厌氧微生物 兼性厌氧微生物在有氧或无氧条件下均能兼性厌氧微生物在有氧或无氧条件下均能生长，在有氧时进行好氧代谢，氧化酶活生长，在有氧时进行好氧代谢，氧化酶活性强，细胞色素及电子传递体系的其他组性强，细胞色素及电子传递体系的其他组分正常存在；无氧时进行厌氧代谢，细

44、胞分正常存在；无氧时进行厌氧代谢，细胞色素及电子传递体系的其他组分减少或全色素及电子传递体系的其他组分减少或全部丧失，氧化酶无活性，一旦通入氧气，部丧失，氧化酶无活性，一旦通入氧气，这些组分的活性很快恢复。这些组分的活性很快恢复。 兼性厌氧微生物除有酵母菌、肠道细菌、硝酸盐兼性厌氧微生物除有酵母菌、肠道细菌、硝酸盐还原菌、某些原生动物及微型后生动物等。还原菌、某些原生动物及微型后生动物等。 在污水好氧生物处理中，当供氧不足时，兼性厌在污水好氧生物处理中，当供氧不足时，兼性厌氧微生物起积极作用，但有机物分解不彻底。氧微生物起积极作用，但有机物分解不彻底。 在污水、污泥厌氧消化中，兼性厌氧微生物的

45、作在污水、污泥厌氧消化中，兼性厌氧微生物的作用是水解大分子的蛋白质、脂肪、糖等。用是水解大分子的蛋白质、脂肪、糖等。 3、厌氧微生物、厌氧微生物 在无氧条件下才能生存的微生物叫厌氧微生物。在无氧条件下才能生存的微生物叫厌氧微生物。 专性厌氧微生物要在绝对无氧条件下才能生存，专性厌氧微生物要在绝对无氧条件下才能生存，即使短暂接触空气，也会抑制其生长甚至致死。即使短暂接触空气，也会抑制其生长甚至致死。通过发酵、无氧呼吸、循环光合磷酸化或甲烷通过发酵、无氧呼吸、循环光合磷酸化或甲烷发酵获得能量，细胞内缺乏发酵获得能量，细胞内缺乏SOD和细胞色素和细胞色素氧化酶，大多数还缺乏过氧化氢酶。氧化酶，大多数

46、还缺乏过氧化氢酶。如梭菌属、如梭菌属、产甲烷菌等。产甲烷菌等。 耐氧微生物耐氧微生物 可在分子氧存在下进行可在分子氧存在下进行发酵性厌氧生活的厌氧菌；生长不需发酵性厌氧生活的厌氧菌；生长不需要氧，但分子氧对它们也无害；不具要氧，但分子氧对它们也无害；不具呼吸链，靠发酵和底物水平磷酸化产呼吸链，靠发酵和底物水平磷酸化产能；细胞含能；细胞含SOD和过氧化物酶。如乳和过氧化物酶。如乳酸乳杆菌、肠膜明串珠菌等。酸乳杆菌、肠膜明串珠菌等。 氧对厌氧菌的毒害机制：氧对厌氧菌的毒害机制：生物体内极易产生物体内极易产生的超氧阴离子自由基，可破坏各种重要生的超氧阴离子自由基，可破坏各种重要的生物大分子和膜结构，

47、还可形成其他活的生物大分子和膜结构，还可形成其他活性氧化物，故对生物体极其有害。厌氧菌性氧化物，故对生物体极其有害。厌氧菌因为不能合成因为不能合成SOD，所以根本无法是超氧，所以根本无法是超氧阴离子自由基歧化成过氧化氢，因此，在阴离子自由基歧化成过氧化氢，因此，在有氧存在时，它们体内形成的超氧阴离子有氧存在时，它们体内形成的超氧阴离子自由基就使自身受到毒害。自由基就使自身受到毒害。 培养厌氧微生物需在无氧条件下进行。培养厌氧微生物需在无氧条件下进行。 五、辐射五、辐射 辐射包括：可见光（辐射包括：可见光（380 380 760nm760nm）、紫外）、紫外辐射（辐射（280 280 380nm

48、380nm）、近红外（）、近红外（760 760 3000nm3000nm）、热红外（）、热红外（6000 6000 15000nm15000nm）及）及微波（微波（1 1 几厘米）。另外还有电离辐射几厘米）。另外还有电离辐射等。等。 可见光和红外辐射对进行光合作用的微生可见光和红外辐射对进行光合作用的微生物有影响，能作为光合作用的能源。物有影响，能作为光合作用的能源。 紫外辐射对微生物的影响紫外辐射对微生物的影响 紫外辐射（紫外辐射（200 380nm)的杀菌机制：的杀菌机制：由于由于微生物细胞中的核酸和蛋白质对紫外辐射有特微生物细胞中的核酸和蛋白质对紫外辐射有特别强的吸收能力。别强的吸收能

49、力。DNA、RNA对紫外的吸收峰对紫外的吸收峰在在260nm处，蛋白质的吸收峰在处，蛋白质的吸收峰在280 nm处。处。紫外辐射能引起紫外辐射能引起DNA链上两个相邻的胸腺嘧啶链上两个相邻的胸腺嘧啶分子形成胸腺嘧啶二聚体，致使分子形成胸腺嘧啶二聚体，致使DNA不能复制，不能复制，导致微生物死亡。导致微生物死亡。 紫外辐射穿透力较差，只能用于紫外辐射穿透力较差，只能用于空气和物空气和物体表面消毒。体表面消毒。紫外辐射的杀菌力随其剂量紫外辐射的杀菌力随其剂量的增加而增强。紫外辐射的剂量是辐射强的增加而增强。紫外辐射的剂量是辐射强度与辐射时间的乘积，如果紫外辐射杀菌度与辐射时间的乘积，如果紫外辐射杀

50、菌灯的功率和辐射距离不变，则用辐射时间灯的功率和辐射距离不变，则用辐射时间表示相对剂量。表示相对剂量。 光复活现象：光复活现象：经紫外线照射的微生物，经紫外线照射的微生物，随即暴露于可见光下，有一部分受损伤的随即暴露于可见光下，有一部分受损伤的细胞可恢复其活力。细胞可恢复其活力。 不同的微生物对紫外辐射的抵抗力不同。不同的微生物对紫外辐射的抵抗力不同。 紫外辐射的应用：紫外辐射的应用：（1）空气消毒）空气消毒 无菌室、无菌箱等无菌室、无菌箱等（2）表面消毒）表面消毒 胶质离心管、牛奶瓶等胶质离心管、牛奶瓶等（3）诱变育种）诱变育种（4）用于饮用水和污（废）水的消毒）用于饮用水和污（废）水的消毒

51、 电离辐射对微生物的影响电离辐射对微生物的影响 -射线和射线和-射线均能使被照射的物质产生射线均能使被照射的物质产生电离作用，故称为电离辐射。电离作用，故称为电离辐射。 低剂量时，有促进生长的作用；高剂量时，低剂量时，有促进生长的作用；高剂量时，则有致死作用。则有致死作用。 -射线和射线和-射线能使其他物质氧化或产生射线能使其他物质氧化或产生自由基而作用于生物分子，或直接作用于生自由基而作用于生物分子，或直接作用于生物分子，打断氢键、使双键氧化、破坏环状物分子，打断氢键、使双键氧化、破坏环状结构或使某些分子聚合等方式，破坏和改变结构或使某些分子聚合等方式，破坏和改变生物大分子的结构，以抑制或杀

52、死微生物。生物大分子的结构，以抑制或杀死微生物。 六、水的活度与渗透压六、水的活度与渗透压 1、水的活度、水的活度 水活度水活度表示在天然或人为环境中，微生物表示在天然或人为环境中，微生物可实际利用的自由水或游离水的含量。可实际利用的自由水或游离水的含量。其定量涵义为：其定量涵义为：在相同的温度和压力下，在相同的温度和压力下，某溶液的蒸汽压（某溶液的蒸汽压（P）和纯水的蒸汽压）和纯水的蒸汽压（P0）之比，即）之比，即 aw = PP0 纯水的纯水的 aw=1，当水中有溶质时，水活，当水中有溶质时，水活度变小。度变小。 通常，细菌生长需要的通常，细菌生长需要的 aw 值值 霉菌霉菌 耐盐细菌耐盐

53、细菌 耐旱真菌。耐旱真菌。 微生物生长需要的水活度在微生物生长需要的水活度在 0.600.998。当环境中的当环境中的 aw 值低于微生物生长需要时，值低于微生物生长需要时，微生物的生长受阻，甚至停止生长。微生物的生长受阻，甚至停止生长。 各种微生物生长繁殖范围的各种微生物生长繁殖范围的aw值在值在0.9980.60之间（之间（p108表表6-7） 干燥能使微生物体内的蛋白质变性，引起干燥能使微生物体内的蛋白质变性，引起代谢活动的停止，所以干燥会影响微生代谢活动的停止，所以干燥会影响微生物的活性以至生命力。物的活性以至生命力。 不同微生物对干燥的抗性差别很大，细菌不同微生物对干燥的抗性差别很大

54、，细菌的芽孢、藻类和真菌的孢子及原生动物的芽孢、藻类和真菌的孢子及原生动物的胞囊抗性较强。的胞囊抗性较强。 也可以用干燥的方法来保存微生物样品。也可以用干燥的方法来保存微生物样品。 2、渗透压、渗透压 水或其他溶剂通过半透性膜而进行扩散的水或其他溶剂通过半透性膜而进行扩散的现象称为渗透。在渗透时溶剂通过半透膜现象称为渗透。在渗透时溶剂通过半透膜时受到的阻力称为渗透压。渗透压的大小时受到的阻力称为渗透压。渗透压的大小与溶液浓度成正比。等渗溶液最适宜微生与溶液浓度成正比。等渗溶液最适宜微生物的生长，高渗溶液会使细胞发生质壁分物的生长，高渗溶液会使细胞发生质壁分离，低渗溶液会使细胞吸水膨胀。微生物离

55、，低渗溶液会使细胞吸水膨胀。微生物可通过体内糖原、可通过体内糖原、PHB等大分子贮藏物的等大分子贮藏物的合成或分解来调节细胞的渗透压。合成或分解来调节细胞的渗透压。微生物在不同渗透压溶液中的反应微生物在不同渗透压溶液中的反应 高渗溶液通常用来保藏食品，原理是用高高渗溶液通常用来保藏食品，原理是用高的渗透压阻止微生物的生长。但不同的的渗透压阻止微生物的生长。但不同的微生物对渗透压的耐受性不同。微生物对渗透压的耐受性不同。 在日常生活中，常用在日常生活中，常用1015%的盐浓度的盐浓度（盐渍）和（盐渍）和5070%的糖浓度（糖蜜）的糖浓度（糖蜜）来保藏食品）。来保藏食品）。 七、超声波七、超声波

56、超声波是频率超过超声波是频率超过20000HZ20000HZ的声波，的声波，人耳听不见。人耳听不见。 超声波具有强烈的生物学效应，能破超声波具有强烈的生物学效应，能破坏细胞。常用来破坏细胞壁，制成细坏细胞。常用来破坏细胞壁，制成细菌裂解液。菌裂解液。 八、重金属八、重金属 汞、银、铜、铅及其化合物，能使蛋白质汞、银、铜、铅及其化合物，能使蛋白质发生沉淀变性，使酶失去活性，因而可发生沉淀变性，使酶失去活性，因而可以用来作为杀菌和防腐。以用来作为杀菌和防腐。 当（当（HgCl2）的质量浓度为）的质量浓度为205mg/L时，对大多数细菌有致死作用。自然界时，对大多数细菌有致死作用。自然界中有些细菌能耐汞，甚至能转化汞。中有些细菌能耐汞，甚至能转化汞。 可可用耐汞菌处理含汞废水。耐汞菌可将无用耐汞菌处理含汞废水。耐汞菌可将无机汞转化有机汞并成为菌体的一部分，机汞转化有机汞并成为菌体的一部分，然后再从菌体中回收汞。然后再从菌体中回收汞。 升汞（升汞（HgCl2）：）：0.050.1% 用于非金属用于非金属 器