【正文】 ? 微生物的生長繁殖 ? 微生物的生存因子 ? 其它不利環(huán)境因子對微生物的影響 ? 微生物與微生物之間的關(guān)系 ? 菌種的退化、復(fù)壯與保藏 第六章 微生物的生長繁殖與生存因子 微生物的生長繁殖 一、微生物生長繁殖的概念 ? 生長（ growth） ： 吸收營養(yǎng)物質(zhì) 同化大于異化 細(xì)胞不斷增長（重量、體積、大?。? ? 繁殖（ reproduction） ： 個(gè)體數(shù)目增加 生長是繁殖的基礎(chǔ)，繁殖則是生長的結(jié)果。 從生長到繁殖這個(gè)量變到質(zhì)變的過程叫 發(fā)育 。 一個(gè)微生物細(xì)胞 合適的外界條件，吸收營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)行代謝 個(gè)體的生長 原生質(zhì)的總量 (重量、體積、大小 )就不斷增加 個(gè)體的繁殖 如果各細(xì)胞組分是按恰當(dāng)?shù)谋壤鲩L時(shí)，則達(dá)到一定程度后就會發(fā)生繁殖，引起個(gè)體數(shù)目的增加 群體內(nèi)各個(gè)個(gè)體的進(jìn)一步生長 群體的生長 多細(xì)胞微生物的生長只是細(xì)胞數(shù)目增加，不伴隨個(gè)體數(shù)目增加；如果細(xì)胞數(shù)目增加，個(gè)體數(shù)目也增加，則稱為多細(xì)胞微生物的繁殖 微生物的生長繁殖 世代時(shí)間（ G） 細(xì)菌兩次細(xì)胞分裂之間的時(shí)間，稱為世代時(shí)間。 指數(shù)生長： Nx＝ N02 n 式中： Nx、 N0為時(shí)間 tx和 t0時(shí)的細(xì)胞數(shù)， n為世代數(shù) 世代時(shí)間會隨著環(huán)境條件發(fā)生改變，環(huán)境工程中需要選取世代時(shí)間短的菌種，或縮短世代時(shí)間，以提高處理效率。 個(gè)體生長 個(gè)體繁殖 群體生長 群體生長 ＝ 個(gè)體生長 ＋ 個(gè)體繁殖 微生物的生長繁殖 二、研究微生物生長的方法 除了特定的目的以外，在微生物的研究和應(yīng)用中，只有群體的生長才有意義 。 培養(yǎng)方法： ? 分批培養(yǎng)（ batch culture） ? 連續(xù)培養(yǎng)（ continuous culture） 微生物的生長繁殖 （一）分批培養(yǎng) batch culture 分批培養(yǎng)：將一定量的微生物接種在一個(gè)封閉的、盛有一定量液體培養(yǎng)基的容器內(nèi)，保持一定的溫度、 pH和溶解氧量，微生物在其中生長繁殖。 應(yīng)用：生理特性研究、生物發(fā)酵和生物治污。 將少量微生物一次接種于一定容積的培養(yǎng)基中生長培養(yǎng)， 最后一次收獲。 靜止期 衰亡期 細(xì) 菌 數(shù) 目 的 對 數(shù) 值 0 時(shí)間 t 細(xì)菌的數(shù)量很大，都是 10的 n次方 ，取對數(shù)作圖時(shí)方便 總菌數(shù) 活菌數(shù) 停 滯 期 對 數(shù) 期 0 + _ 微生物的生長繁殖 典型生長曲線（ growth curve）： 定量描述液體培養(yǎng)基中微生物群體生長規(guī)律的實(shí)驗(yàn)曲線 微生物的生長繁殖 停滯期（遲滯期或適應(yīng)期） 為什么會出現(xiàn)停滯期？ 細(xì) 菌 數(shù) 停滯期 目 的 對 數(shù) 值 0 時(shí)間 t 缺乏分解或催化有關(guān)底物的酶或輔酶 缺乏充足的中間代謝物 特征： ? 生長速率為零，不立即進(jìn)行細(xì)胞分裂、增殖， 數(shù)量不變甚至減少 ? 細(xì)胞內(nèi) RNA含量高，原生質(zhì)呈嗜堿性 ? 代謝活躍， 個(gè)體體積、重量增高 ? 細(xì)胞形態(tài)變大或增長 ? 對外界不良環(huán)境敏感 微生物的生長繁殖 停滯期（遲滯期或適應(yīng)期） 影響停滯期長短的因素： ? 菌種： 遺傳特性 繁殖速度較快的菌種的延遲期一般較短； ? 接種量： 接種量大，停滯期短。 ? 接種群體菌齡： 接種對數(shù)期的細(xì)菌，停滯期大大縮短。 靜止期或衰亡期基本耗盡各種輔酶或其它細(xì)胞成分，代謝產(chǎn)物積累中毒，而使停滯期延長。 ? 營養(yǎng)： 從富集培養(yǎng)基轉(zhuǎn)移到貧乏培養(yǎng)基中也出現(xiàn)停滯期。 （ 盡量保持 接種前后所處的培養(yǎng)介質(zhì)和條件一致 ）。 微生物的生長繁殖 停滯期（遲滯期或適應(yīng)期） 在實(shí)際工作中如接種菌種以啟動(dòng)新的水處理設(shè)施，投加新鮮污泥時(shí)，接種的細(xì)菌不習(xí)慣于新環(huán)境，會出現(xiàn)或長或短的遲緩期，遲緩期的出現(xiàn)會增加操作時(shí)間，降低工作效率。 采用處于 高效菌群對數(shù)期 的菌種、 增大接種量 、盡量保持 接種前后所處的培養(yǎng)介質(zhì)和條件一致 等方法來縮短或消除停滯期。 微生物的生長繁殖 對數(shù)期 細(xì) 菌 數(shù) 目 的 對 對 數(shù) 數(shù) 期 值 0 時(shí)間 t 特征： ? 生長速率常數(shù)最大，代時(shí)最短 ? 酶系活躍，代謝旺盛 ? 對不良環(huán)境的抵抗力強(qiáng) ? 群體中細(xì)胞的化學(xué)組分及形態(tài)、生理特性都比較一致 指數(shù)生長： Nx＝ N02 n 微生物的生長繁殖 x0l g N l g N n l g 2??x0l g N l g Nnl g 2??x0ttGn??對數(shù)期細(xì)菌代時(shí) G計(jì)算 指數(shù)生長： Nx＝ N02 n 21x0 ( t t )GNlgN?? 微生物的生長繁殖 靜止期 特征： ? 生生率＝死亡率 ? 活菌數(shù)達(dá)最高，且保持相對穩(wěn)定 ? 開始積累貯存物質(zhì)（ PHB、異染粒、糖原、淀粉粒、脂肪粒等） 細(xì) 菌 數(shù) 目 的 靜止期 對 數(shù) 值 0 t 時(shí)間 原因： ? 營養(yǎng)物尤其是生長限制因子的耗盡 ? 營養(yǎng)物比例失調(diào) ? 有害代謝產(chǎn)物累積 ? pH、氧化還原電位等物理化學(xué)條件變化 微生物的生長繁殖 衰亡期 特征： ? 生生率 ＜ 死亡率 ? 活菌數(shù)減少 ? 細(xì)胞出現(xiàn)多形態(tài)、畸形或衰退型 原因： ? 內(nèi)源呼吸，即自溶 ? 有毒代謝產(chǎn)物大量積累 細(xì) 菌 數(shù) 目 的 衰亡期 對 數(shù) 值 0 t 時(shí)間 什么時(shí)期菌體代謝產(chǎn)物最多 什么時(shí)期細(xì)菌細(xì)胞代謝活性最強(qiáng) 什么時(shí)候細(xì)菌細(xì)胞總數(shù)最多 什么時(shí)期世代時(shí)間短而穩(wěn)定 對數(shù)生長期 靜止期（最高生長量） 靜止期（最高生長量） 對數(shù)生長期 對數(shù)生長期 小 結(jié) 微生物的生長繁殖 （二）連續(xù)培養(yǎng) continuous culture 連續(xù)培養(yǎng)又稱開放培養(yǎng)，具體地說，當(dāng)微生物 以分批培養(yǎng)的方式培養(yǎng)到指數(shù)期的后期時(shí) ，一方面以一定速度連續(xù)流入新鮮培養(yǎng)基和通入無菌空氣；另一方面，利用溢流的方式，以同樣的流速不斷流出培養(yǎng)物。容器內(nèi)的培養(yǎng)物就可達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，其中的微生物可長期保持在指數(shù)期的平衡生長狀態(tài)和恒定的生長速率上，于是形成了連續(xù)生長。 微生物的生長繁殖 恒濁連續(xù)培養(yǎng) 光電池 光源 流速控制閥 出水 反饋控制 ? 恒濁 —— 培養(yǎng)基濁度恒定（實(shí)質(zhì)是細(xì)菌數(shù)量恒定） 不斷調(diào)節(jié)流速使培養(yǎng)液濁度保持恒定 。 ? 發(fā)酵生產(chǎn)較多（ 收獲大量菌體和代謝產(chǎn)物 ），生物治污很少應(yīng)用 微生物的生長繁殖 恒化連續(xù)培養(yǎng) ? 恒化 —— 維持進(jìn)水中的營養(yǎng)成分恒定 恒定流速，及時(shí)補(bǔ)充營養(yǎng)，營養(yǎng)物濃度基本恒定，從而保持恒定生長速率。又稱恒組成連續(xù)培養(yǎng)。培養(yǎng)基成分中，必須將某種必需的營養(yǎng)物控制在較低的濃度，以作為限制性因子，而其它營養(yǎng)物過量。常用的有氨、氨基酸、葡萄糖、生長因子、無機(jī)鹽等。 ? 應(yīng)用：環(huán)境工程、生物工程、實(shí)驗(yàn)室研究（細(xì)菌生理特性研究、細(xì)菌的快速篩選研究等） 流速控制閥 出水 不同點(diǎn)： 分批培養(yǎng)：經(jīng)歷四個(gè)時(shí)期 連續(xù)培養(yǎng)：理論上，對數(shù)生長期 分批培養(yǎng)與連續(xù)培養(yǎng)特征的比較 微生物的生長繁殖 恒化連續(xù)培養(yǎng) 目前 , 污水連續(xù)生物處理法均類似于 恒化連續(xù)培養(yǎng) 。（流速不完全恒定） 除了 SBR法外，其余的污廢水生物處理一般均采用恒化連續(xù)培養(yǎng)。 微生物的生長繁殖 三、細(xì)菌生長曲線在污水微生物處理中的應(yīng)用 不同的生物反應(yīng)器，乃至同一反應(yīng)器的不同位置，細(xì)菌的生長狀態(tài)可能不同！ 根據(jù)廢水的水質(zhì)情況，可利用不同生長階段的微生物處理廢水。 細(xì)菌生長曲線在污水處理中的應(yīng)用 在廢水處理中，不同系統(tǒng)狀態(tài)可用不同生長階段的微生物： ?用初期培養(yǎng)的活性污泥處理廢水時(shí)，宜接種對數(shù)期微生物； ?在常規(guī)活性污泥法和生物膜法的處理運(yùn)行中，宜接入穩(wěn)定期微生物； ?用高負(fù)荷活性污泥法處理廢水時(shí)，宜用對數(shù)期和穩(wěn)定期微生物； ?對于有機(jī)物含量低、 BOD5/COD、可生化性差的廢水，可用衰亡期微生物處理；