第五章微生物的生长繁殖与生存课件.ppt
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- 第五 微生物 生长 繁殖 生存 课件
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1、第五章第五章 微生物的生长繁殖微生物的生长繁殖 与生存因子与生存因子第一节第一节 微生物的生长繁殖微生物的生长繁殖一、微生物生长繁殖的概念一、微生物生长繁殖的概念v生长:生长:微生物不断吸收营养物质进行新陈代谢,同化微生物不断吸收营养物质进行新陈代谢,同化作用大于异化作用,微生物细胞不断增长,这就叫做作用大于异化作用,微生物细胞不断增长,这就叫做生长。生长。v繁殖:繁殖:一个亲代细胞分裂为两个与亲代细胞相似的子一个亲代细胞分裂为两个与亲代细胞相似的子代细胞,即为单细胞微生物的繁殖。代细胞,即为单细胞微生物的繁殖。v世代时间:世代时间:细菌两次细胞分裂之间的时间,称为世代细菌两次细胞分裂之间的时
2、间,称为世代时间。在一定培养条件下世代时间是一定的。时间。在一定培养条件下世代时间是一定的。二、研究微生物生长的方法二、研究微生物生长的方法v微生物的生长可分为微生物的生长可分为个体微生物生长个体微生物生长群体微生物生长群体微生物生长v微生物多数通过培养研究群体生长。培养方法微生物多数通过培养研究群体生长。培养方法有有分批培养分批培养和和连续培养连续培养。(一)分批培养(一)分批培养v将细菌接种到一定量新鲜将细菌接种到一定量新鲜的液体培养基中培养,定的液体培养基中培养,定时取样计数,以细菌量为时取样计数,以细菌量为纵坐标,以时间为横坐标,纵坐标,以时间为横坐标,连接各点形成一条曲线,连接各点形
3、成一条曲线,即细菌的生长曲线即细菌的生长曲线。停滞期停滞期指数期指数期静止期静止期衰亡期衰亡期v现象:现象:培养体系内细胞培养体系内细胞数目几乎保持不变。数目几乎保持不变。v原因:原因:细胞需要合成分细胞需要合成分裂所需的酶、裂所需的酶、ATP和其和其他成分,为细胞分裂作他成分,为细胞分裂作准备准备。v影响因素:影响因素:菌种的生理活性菌种的生理活性培养基的组分培养基的组分接种量接种量2.指数期(指数期(exponenial phase)v现象现象:细胞代谢活动旺:细胞代谢活动旺盛,分裂速度最快、代盛,分裂速度最快、代时最短,细胞数以几何时最短,细胞数以几何级数的方式增加。级数的方式增加。v原
4、因原因:细胞完成生理调:细胞完成生理调整,基质营养和环境适整,基质营养和环境适宜宜。v影响因素影响因素:遗传特性遗传特性培养条件和环境培养条件和环境 指数期的重要参数指数期的重要参数(1)繁殖代数()繁殖代数(n)指数生长可以用下式表示:指数生长可以用下式表示:X1:起始时细胞数目起始时细胞数目X2:指数生长某个时刻指数生长某个时刻 的细胞数目。的细胞数目。N:世代数世代数x1x2nxx2122lglglg12 n x x2lg/lglg12)x-x(n例如:一培养液中微生物数目由开始的例如:一培养液中微生物数目由开始的12,000(x1),经),经4h(t)后增加到)后增加到49,000,0
5、00(x2),共经过几代?),共经过几代?解:解:n (lg4.9107lg1.2104)0.30112(2)生长速率常数()生长速率常数(k)12)1lg2(lg322.312ttxxttnk(3)代时()代时(G)l 借助于借助于 n 和和 t,还可以计算出不同培养条件下的,还可以计算出不同培养条件下的代时代时G:在上例中,在上例中,G 460 /12 20minl该种微生物的代时为该种微生物的代时为2020分钟。在分钟。在4 4小时内共小时内共 繁殖了繁殖了1212代。代。/k)/n-t(t t/nG 112 3.稳定期稳定期(staionary)v现象:现象:体系内新生细胞数与体系内新
6、生细胞数与死亡细胞数相等,活菌数达死亡细胞数相等,活菌数达到最大值,产生次生代谢产到最大值,产生次生代谢产物。物。v原因:原因:营养物质逐渐消耗,营养物质逐渐消耗,代谢废物逐渐积累。代谢废物逐渐积累。v影响因素:影响因素:遗传特性遗传特性培养条件和环境培养条件和环境 4.衰亡期衰亡期(decline phase)v现象:现象:体系内细胞体系内细胞死亡速率超过生长死亡速率超过生长速率。速率。v原因:原因:菌体老化、菌体老化、生长环境进一步恶生长环境进一步恶化。化。v影响因素:影响因素:遗传特性遗传特性培养条件和环境培养条件和环境(二)微生物的连续培养(二)微生物的连续培养v 连续培养又称开放培养
7、,是在研究典型生长连续培养又称开放培养,是在研究典型生长曲线的基础上,通过认识稳定期到来的原因,曲线的基础上,通过认识稳定期到来的原因,并采取相应的有效措施而实现的。并采取相应的有效措施而实现的。v常用连续培养装置:常用连续培养装置:恒浊器恒浊器恒化器恒化器 1、恒浊器、恒浊器(turbidostat)v根据培养器内微生物的根据培养器内微生物的生长密度,借助光电控生长密度,借助光电控制系统来控制培养液流制系统来控制培养液流速,以取得菌体密度高、速,以取得菌体密度高、生长速度恒定的微生物生长速度恒定的微生物细胞。细胞。v控制因子:菌体密度控制因子:菌体密度 2、恒化器、恒化器(chemostat
8、或或bactogen)v恒化器是一种设法使培养液流速恒化器是一种设法使培养液流速保持不变,并使微生物始终在低保持不变,并使微生物始终在低于其最高生长速率条件下进行生于其最高生长速率条件下进行生长繁殖的一种连续培养装置。长繁殖的一种连续培养装置。v适用于污水处理。适用于污水处理。v控制因子控制因子稀释率稀释率:控制生长速率:控制生长速率限制性营养因子限制性营养因子:控制菌体密度:控制菌体密度稀释率稀释率v概念:稀释率概念:稀释率(D)F/V,表示单位,表示单位容积培养液容积培养液(V)中不断流入的新鲜中不断流入的新鲜培养液的速率培养液的速率(F),其单位为,其单位为h-1。v在恒化器中,生物量随
9、时间的变在恒化器中,生物量随时间的变化是:化是:dX/dt X-DX 在稳态运转时,在稳态运转时,dX/dt=0,所,所以以D等于该微生物的比生长速率等于该微生物的比生长速率()。细菌出流量细菌出流量限制性营养因子限制性营养因子:凡是处于较低凡是处于较低浓度范围内,可影浓度范围内,可影响生长速率和菌体响生长速率和菌体产量的营养物就称产量的营养物就称限制性生长因子。限制性生长因子。作用方式:作用方式:影响微生影响微生物的生长速率和总物的生长速率和总生长量。生长量。8.0mg/ml6.0mg/ml4.0mg/ml2.0mg/ml1.0mg/ml0.5mg/ml0.2mg/ml0.1mg/ml只最大
10、收只最大收获量受影响获量受影响生长速度和最大生长速度和最大收获量受影响收获量受影响时间时间细胞数或菌体量细胞数或菌体量恒浊器与恒化器的比较恒浊器与恒化器的比较 装置装置控 制 对控 制 对象象培养基培养基培 养 基培 养 基流速流速生 长 速生 长 速率率产物产物应 用 范应 用 范围围恒浊器恒浊器菌 体 密菌 体 密度(内度(内控制)控制)无 限 制无 限 制生 长 因生 长 因子子不恒定不恒定恒 浊 器恒 浊 器最 高 速最 高 速率率大 量 菌大 量 菌体 或 与体 或 与菌 体 相菌 体 相平 行 的平 行 的代 谢 产代 谢 产物物生 产 为生 产 为主主恒化器恒化器培 养 基培 养
11、 基流速流速(外 控(外 控制)制)有 限 制有 限 制生 长 因生 长 因子子恒定恒定恒 化 器恒 化 器低 于 最低 于 最高速率高速率不 同 生不 同 生长 速 率长 速 率的菌体的菌体实 验 室实 验 室为主为主三、细菌生长曲线在污三、细菌生长曲线在污(废废)水生物处水生物处理中的应用理中的应用v常规活性污泥法常规活性污泥法利用利用生长率下降阶段生长率下降阶段,包括静,包括静止期及衰亡期。止期及衰亡期。v生物吸附生物吸附利用利用静止期静止期。v高负荷活性污泥法高负荷活性污泥法利用利用对数生长期对数生长期。v延时曝气延时曝气利用利用衰亡期衰亡期(BOD5与与COD比值小于比值小于0.3,
12、可生化性差的废水)。,可生化性差的废水)。四、微生物生长量的测定方法四、微生物生长量的测定方法v测定微生物总数测定微生物总数v测定活细菌数测定活细菌数v计算生长量计算生长量计数器直接计数法计数器直接计数法对于对于16 25规格,通常计算规格,通常计算4个角中格的细胞平均数,个角中格的细胞平均数,再换算成样品中的微生物数量。再换算成样品中的微生物数量。对于对于25 16规格,通常计算规格,通常计算4个角及个角及1个中央中格的细胞平均个中央中格的细胞平均 数。再换算成样品中的微生物数量。数。再换算成样品中的微生物数量。平板菌落计数法平板菌落计数法步骤步骤1.梯度稀释梯度稀释步骤步骤2.涂布或混合倒
13、平板涂布或混合倒平板平板菌落计数法平板菌落计数法Spread plate methodPour plate method步骤步骤3.保温培养并计数保温培养并计数平板菌落计数法平板菌落计数法第二节第二节 微生物的生存因子微生物的生存因子一、温度一、温度v根据对微生物的影响可将温度分为四种:根据对微生物的影响可将温度分为四种:最低温度最低温度:微生物能生长的温度低限。:微生物能生长的温度低限。最适温度最适温度:微生物生长繁殖速度最快的温度。:微生物生长繁殖速度最快的温度。最高温度最高温度:微生物能生长的温度高限。:微生物能生长的温度高限。致死温度致死温度:微生物在:微生物在10min内被杀死的最低
14、温度。内被杀死的最低温度。微生物类群微生物类群最低生长温度最低生长温度最适生长温度最适生长温度最高生长温度最高生长温度嗜嗜冷菌冷菌嗜嗜中温菌中温菌嗜嗜热菌热菌超超嗜嗜热菌热菌-5051030555102540506070105203045507080110113污水冷却塔污水冷却塔调节池调节池 l一定范围内,升高温度可加速酶促反应。一定范围内,升高温度可加速酶促反应。l极端高温引起菌体蛋白质变性。极端高温引起菌体蛋白质变性。l极端高温引起细胞膜脂类溶解,产生穿孔。极端高温引起细胞膜脂类溶解,产生穿孔。影响高温效应的因素:影响高温效应的因素:菌种与菌龄菌种与菌龄 温度与延续的时间温度与延续的时间
15、 菌体含水量菌体含水量 PHPH条件条件 菌体密度菌体密度 l代谢影响代谢影响 降低代谢速率,抑制菌体生长降低代谢速率,抑制菌体生长,导致敏感菌死亡。导致敏感菌死亡。l物理效应物理效应 裂解或冰晶刺伤裂解或冰晶刺伤l化学效应化学效应 脱水脱水l反馈抑制效应反馈抑制效应 影响因素:影响因素:菌种菌种降温速度降温速度介质介质 1 4 8 10 20 70 100 500 9080 70 60 50 40 30 20 10 0冷冻速率冷冻速率/(/min)存活率存活率/%ABCDFEG反馈抑制效应反馈抑制效应l嗜热微生物可在高温环境下进行正常的生长繁殖嗜热微生物可在高温环境下进行正常的生长繁殖,主要
16、原因是主要原因是:微生物体内的酶和蛋白质比其他微生物更耐热。微生物体内的酶和蛋白质比其他微生物更耐热。细胞膜中含有较多的饱和脂肪酸细胞膜中含有较多的饱和脂肪酸,形成强疏水键形成强疏水键保持细胞膜在高温下的稳定性。保持细胞膜在高温下的稳定性。l嗜冷微生物可在低温环境下进行正常的生长繁殖嗜冷微生物可在低温环境下进行正常的生长繁殖,主要原因是主要原因是:微生物体内具有在低温下仍可有效工作的酶。微生物体内具有在低温下仍可有效工作的酶。细胞膜中含有较多的不饱和脂肪酸细胞膜中含有较多的不饱和脂肪酸,在低温下仍可在低温下仍可保持具有活性的半流动性。保持具有活性的半流动性。v灭菌灭菌 干热灭菌和湿热灭菌干热灭
17、菌和湿热灭菌v消毒消毒 巴斯德消毒和煮沸消毒巴斯德消毒和煮沸消毒v菌种保存菌种保存 低温抑制微生物生长与变异低温抑制微生物生长与变异 电热干燥箱灭菌电热干燥箱灭菌适用对象:不含适用对象:不含水的器皿。水的器皿。应用条件:应用条件:160160,1 12h2h v 适用对象:含水基质或易燃物适用对象:含水基质或易燃物品,如培养基、无菌水,工作品,如培养基、无菌水,工作服等服等。v 灭菌方法灭菌方法高压蒸汽灭菌:高压蒸汽灭菌:121121,151530 min30 min。间歇灭菌:间歇灭菌:100100,每天处,每天处理一次(约理一次(约30min30min),一般需),一般需三次三次。鲜乳的消
18、毒鲜乳的消毒消毒方法消毒方法处理时间处理时间杀菌效果杀菌效果对品质对品质的影响的影响储藏储藏期限期限巴斯德巴斯德消毒法消毒法较长较长杀死病原菌杀死病原菌可保持色泽和风可保持色泽和风味味较短较短高温短时间杀菌高温短时间杀菌法法较短较短杀死病原菌杀死病原菌可保持色泽和风可保持色泽和风味味较短较短超高温瞬时杀菌超高温瞬时杀菌法法极短极短杀死病原菌杀死病原菌及腐败菌及腐败菌有时会影响有时会影响色泽和风味色泽和风味较长较长v 低温下微生物仍可存活,但低温下微生物仍可存活,但生长、繁殖停滞,不发生变生长、繁殖停滞,不发生变异,因而低温又广泛用于菌异,因而低温又广泛用于菌种保藏。种保藏。v 通常使用超低温冰
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