【文章內(nèi)容簡介】 增加接種量、采用最適種齡(處于對數(shù)期的菌種)、選用繁殖速率快的菌種以及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遲緩期。,應(yīng)用(y236。ngy242。ng),第四十二頁，共九十八頁。,（2）對數(shù)(du236。 sh249。)期,一旦細菌細胞的生理修復(fù)或調(diào)整完成，遲緩期即告結(jié)束，細胞開始進入快速分裂階段。這一時期細胞數(shù)目的增加(zēngjiā)以2n級數(shù)進行，細菌的數(shù)目X的增長率只與細菌的初始數(shù)量有關(guān)。,故稱對數(shù)期。相當于重量法細菌(x236。jūn)曲線的生長率上升階段。,第四十三頁，共九十八頁。,①特點(t232。diǎn),對數(shù)(du236。 sh249。)期的細胞分裂速度最快、繁殖一代的時間最短、代謝活動旺盛、對環(huán)境變化敏感，并且細胞內(nèi)的核糖體等組分也像細胞數(shù)目一樣以同樣的對數(shù)生長速率增加，細胞合成核糖體以及蛋白質(zhì)越多，其生長速率也越快。不同細菌對數(shù)期的生長速率卻變化很大，這與菌種本身的遺傳特性有關(guān)，同時受環(huán)境條件(如溫度、培養(yǎng)基成分等)的影響。,如大腸桿菌(d224。 ch225。nɡ ɡǎn jūn)在20℃時其代時是35℃條件下的2倍；傷寒桿菌在含0．125％的蛋白陳水培養(yǎng)基中的代時為800min，而在含1．0％時僅為40min。,第四十四頁，共九十八頁。,②細菌(x236。jūn)代時的計算,細菌的代時即世代時間，或稱倍增時間是指細菌繁殖一代即個體數(shù)目增加一倍的時間。細菌在不同的生長期，不同培養(yǎng)(p233。iyǎng)溫度、pH、營養(yǎng)物濃度和性質(zhì)的情況下，倍增時間不一樣，對數(shù)期的細菌細胞代謝活性最強，組成新細胞物質(zhì)最快，細菌數(shù)目呈幾何級數(shù)增加，代時穩(wěn)定，因此細菌代時的測定必須以對數(shù)期的生長細胞作為對象。其測定計算如下：,第四十五頁，共九十八頁。,在對數(shù)期分別測定t0時刻與t時間(sh237。jiān)細菌的數(shù)量X0與X，基于細菌的二分裂生長 t0 t 1→2→22→23（（22）2）→24→25……2n X0→……X024→……X02n (n=3…) …X n就是細菌的代數(shù),第四十六頁，共九十八頁。,（3）穩(wěn)定期,如果對數(shù)期的細胞分裂不受節(jié)制的連續(xù)進行，理論上一個代時為20 min。重10—12g的細菌，經(jīng)過48h的對數(shù)生長之后，其群體重量可達到地球重量的4000倍。然而由于營養(yǎng)物的有限，這種情況不會發(fā)生。在一個封閉的系統(tǒng)中，細菌的對數(shù)生長只能維持一個短暫的時期，最終生長將會降低(ji224。ngdī)，代時延長，細胞活力減退。此時新生的細胞數(shù)目與死亡的細胞數(shù)目相等，總菌數(shù)達到最大值，活菌數(shù)保持恒定。圖中的生長速率為一定值，故將其稱為穩(wěn)定期。相當于重量生長曲線中的生長率下降階段。,第四十七頁，共九十八頁。,①特征(t232。zhēng),穩(wěn)定期細胞的特征是從生理上的年輕轉(zhuǎn)化為衰老，表現(xiàn)為細菌的代謝活力鈍化，細胞含有較少的核糖體，RNA和蛋白質(zhì)合成緩慢，mRNA的水平低下，因此細胞的生長變得不平衡，細胞的形狀有的也發(fā)生改變。因不能維持細胞壁的合成與修復(fù)(xiūf249。)，細胞的染色特點也發(fā)生變化，如G+轉(zhuǎn)變?yōu)镚—。,但此時細胞的很多功能，如能量代謝和某些生物合成過程還在繼續(xù)進行(j236。nx237。ng)，生物化工中作為產(chǎn)品的某些細菌代謝產(chǎn)物如抗生素和某些酶就是在穩(wěn)定期，特別是在對數(shù)期與穩(wěn)定期轉(zhuǎn)換階段所產(chǎn)生的。某些細菌的芽孢產(chǎn)生也發(fā)生在穩(wěn)定期。,第四十八頁，共九十八頁。,（3）死亡(sǐw225。ng)期,如果處于穩(wěn)定期的細菌繼續(xù)培養(yǎng)，細胞的死亡率將逐漸增加，最終群體中活的細胞數(shù)目將以對數(shù)(du236。 sh249。)速率急劇下降，此階段就被稱為死亡期。相當于重量法的內(nèi)源呼吸階段。,第四十九頁，共九十八頁。,①特點(t232。diǎn),死亡期細胞的總數(shù)雖然鏡檢直接計數(shù)可能(kěn233。ng)會保持不變，但間接菌落計數(shù)檢測到的活細胞數(shù)目卻在減少，同時伴隨著細胞的裂解或自溶可釋放出一些代謝產(chǎn)物，如氨基酸、轉(zhuǎn)化酶、外膚酶或抗生素等。個體細胞呈現(xiàn)多種形態(tài)，有時產(chǎn)生畸形，細胞大小懸殊，有的細胞內(nèi)含很多的空泡，G+染色反應(yīng)轉(zhuǎn)變成G—染色反應(yīng)。,第五十頁，共九十八頁。,死亡期的長短與對數(shù)生長期一樣在不同微生物中變化是很大的，主要與菌種的遺傳特性有關(guān)。 有些細菌的培養(yǎng)物經(jīng)歷所有的各個生長時期，幾天以后死亡；另一些細菌培養(yǎng)物在幾個月甚至幾年以后仍然含有一些活的細菌。產(chǎn)芽孢的細菌其芽孢比代謝活躍的營養(yǎng)細胞更易于幸存下來。 通過補充營養(yǎng)和能源，以及中和環(huán)境毒性，可以減緩死亡期的細胞死亡速率(s249。lǜ)，延長細菌培養(yǎng)物的存活時間。,第五十一頁，共九十八頁。,3．細菌(x236。jūn)生長曲線在污(廢)水微生物處理中的應(yīng)用,不同的廢水生物活性污泥處理法中，其活性污泥中細菌的生長(shēngzhǎng)狀態(tài)不同，或處于靜止期，或處于對數(shù)生長(shēngzhǎng)期，或處于衰亡期，等等。 在廢水生物處理設(shè)計時，按廢水的水質(zhì)情況(主要是有機物濃度)，可利用不同生長階段的微生物處理廢水。,第五十二頁，共九十八頁。,第五十三頁，共九十八頁。,之所以利用的是細菌特定(t232。d236。ng)的生長階段，是由于水處理大多為連續(xù)化操作，細菌處于一個相對穩(wěn)定的環(huán)境中，細菌必然維持在一個與環(huán)境相適應(yīng)的生長階段。只有當環(huán)境發(fā)生變化時，細菌的生長狀態(tài)才會發(fā)生變化。從這里可以看到細菌的連續(xù)培養(yǎng)與分批培養(yǎng)時的規(guī)律是不同的。,第五十四頁，共九十八頁。,4.連續(xù)培養(yǎng),連續(xù)(li225。nx249。)培養(yǎng)與間歇培養(yǎng)不同，它的特點是一方面連續(xù)(li225。nx249。)進料，另一方面又連續(xù)(li225。nx249。)出料。它又分為兩種：恒濁連續(xù)培養(yǎng)和恒化連續(xù)培養(yǎng)。,第五十五頁，共九十八頁。,（1）恒濁連續(xù)培養(yǎng),是一種(yī zhǒnɡ)使培養(yǎng)液中細菌的濃度恒定，以濁度為控制指標的培養(yǎng)方式。培養(yǎng)基提供足夠量的營養(yǎng)元素，細菌保持最大速率生長。通過控制進料流速使裝置內(nèi)細菌濁度保持一定，保持理論上的對數(shù)生長期，可獲得大量菌體或與菌體代謝相平衡的代謝產(chǎn)物。這種方式往往用于細菌的生理生化研究。,第五十六頁，共九十八頁。,（2）恒化連續(xù)培養(yǎng),這種方式新鮮培養(yǎng)基以恒定的流速流入，與培養(yǎng)器內(nèi)的培養(yǎng)基瞬間混合，培養(yǎng)器內(nèi)的培養(yǎng)基繼而也以相同的流速恒定流出，進水組分及反應(yīng)器中營養(yǎng)物濃度基本不變，因而這種細菌培養(yǎng)稱為恒化連續(xù)培養(yǎng)。除了分批式間歇曝氣器 (SBR)法外，其余的污水生物處理法均采用的是恒化連續(xù)培養(yǎng)。 這種方式總是有一種限制性營養(yǎng)物控制生長。如碳源豐富，氮源相對不足；或碳氮源都很充足而微量元素相對較少等，限制性營養(yǎng)物的出現(xiàn)是一種必然現(xiàn)象，這是由于細菌生長時的營養(yǎng)物繁多，同時(t243。ngsh237。)有著固定的配比，培養(yǎng)基或廢水中的成分不可能如細菌所需要的那樣正好匹配，因此出現(xiàn)這種或那種營養(yǎng)物的相對不足，而成為限制型因子，生產(chǎn)實踐中，找出該限制因子是提高生物效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。,第五十七頁，共九十八頁。,①稀釋(xīsh236。)率,第五十八頁，共九十八頁。,②稀釋(xīsh236。)率的影響,在恒化器中，由于稀釋率大小不僅直接決定限制性因子濃度的多少而且有一沖淡的作用，細菌群體數(shù)目的凈變化是細菌生長所引起的細胞數(shù)目增加(zēngjiā)與連續(xù)流入的新培養(yǎng)基稀釋帶出細菌引起的細胞數(shù)目減少的總增量。,細菌(x236。jūn)隨排出液排出，細菌(x236。jūn)量減少,細菌生長，細菌量增加,第五十九頁，共九十八頁。,稀釋率的大小對細菌菌體生長的影響可以分為以下幾種(jǐ zhǒnɡ)情況（如圖中所示）,第六十頁，共九十八頁。,Ⅰ.當稀釋(xīsh236。)率高于細菌的最大生長速率,稀釋率很高時，進料流速太高， A點位置后，菌體數(shù)目在最大生長速率時的增加低于因稀釋作用而使菌體數(shù)目減少的速率，則反應(yīng)器內(nèi)的細菌數(shù)量持續(xù)減少，最終容器中的細菌被流加的新培養(yǎng)基完全洗去。這一原理，常被用于特殊菌的篩選，當容器中有幾種細菌時，在容器培養(yǎng)基環(huán)境中比較而言生長速率最大的細菌，隨著稀釋率的升高，必然是最后被洗出。 例如為篩選能降解丙烯腈的細菌，我們(wǒ men)可以先使培養(yǎng)基中唯一的碳源是丙烯腈，繼而向容器中加入足夠數(shù)量有潛在可能降解丙烯腈的混合細菌，逐步提高稀釋率，此時完全不能利用丙烯腈生長的細菌由于生長速率最低，將首先被洗出，繼而是能微弱利用丙烯腈的細菌，最后是能較好地利用丙烯腈的細菌，這樣最后被洗出的細菌就可以被用于丙烯腈廢水的生物降解工作中。,第六十一頁，共九十八頁。,Ⅱ.當稀釋(xīsh236。)率小于細菌的最大生長速率,稀釋率太低時，A點以前，營養(yǎng)物的供給總量不足，細菌不能以最大生長速率繁殖，但細菌通過限制繁殖分裂的頻率即代時，維持一個較對數(shù)期低的代時，這時反應(yīng)器中的基質(zhì)濃度維持不變，其中限制因子濃度保持不變，該濃度的大小就成為細菌數(shù)量變化的唯一制約因素，細菌數(shù)量將達到該濃度許可的最大量，由于細菌消耗營養(yǎng)物的成比例關(guān)系，基質(zhì)中的濃度必然降到限制性營養(yǎng)因子耗盡時的平衡濃度，隨著稀釋率的提高(t237。 gāo)，細菌的代時由于生存條件的改善提高(t237。 gāo)，由于稀釋率升高營養(yǎng)物流入反應(yīng)器的重量增加而引起的細菌總量的提高部分全部從反應(yīng)器中隨流出液帶出，反應(yīng)器中的基質(zhì)濃度與細菌的數(shù)量繼續(xù)維持恒定，細菌生理趨向于對數(shù)期的最大生長速率。,第六十二頁，共九十八頁。,Ⅲ.當稀釋(xīsh236。)率等于細菌的最大生長速率,即A點位置，此時細菌的代時縮短到受自身遺傳因素限制的最短時間，即對數(shù)期的代時，反應(yīng)器中的細菌數(shù)目繼續(xù)維持在限制性營養(yǎng)物濃度耗盡時的細菌最大數(shù)量并保持恒定(h233。ngd236。ng)。 恒化反應(yīng)器中細菌生長的規(guī)律提示我們