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CompanyLOGOChap6Microbialgrowthandcontrol微生物的生长与控制-4…主讲教师:李祝单位：化学与环境工程学院E-mail:iamlizhu@163.comTel：13296598808湖北工业大学专业基础课程——环境微生物2Contents有害微生物的控制5菌种的退化复壮与保藏7微生物生长的影响因子34微生物之间的关系36微生物的生长规律2微生物培养法概论3微生物的生长繁殖13§4微生物生长的影响因子微生物生长影响因子超声波，化学药剂，…….温度pH氧化还原电位干燥渗透压光线4一、温度一般来说无芽孢的细菌在水中加热到100℃迅速死亡。（一）高温杀菌的机理？1）蛋白质、核酸变性2）细胞膜溶解细胞膜中的脂类在高温作用下溶解，“失血过多”•1.高温的影响5（二）影响高温杀菌的因素细菌的种类、含水量、芽孢有无、以及湿热或干热1）细菌种类如种类致死温度℃水生细菌25~30肠道细菌45~50温泉细菌80~100以上62）含水量细菌细胞含水量高的更容易被杀死。？分子层次现象——蛋白质的凝固温度与含水量有关。水—热的良导体73）芽孢不同芽孢菌高温耐受能力比较表炭疽热杆菌蜡状芽孢杆菌枯草芽孢杆菌嗜热脂肪芽孢杆菌蒸汽灭菌温度℃105100100120灭菌时间min5~1066~71284）湿热与干热湿热—水蒸汽干热—热空气蒸汽灭菌锅烘箱121℃20～30min160～170℃2h灭菌9•湿热灭菌温度低时间短？•保水（热空气蒸发蛋白质水分）；•蒸汽冷凝放热；•凝水热传导能力强于空气；102.适宜温度提问：为什么会存在适宜温度？酶的活性根据细菌适宜温度的不同，可将细菌分为四大类，嗜冷菌、嗜中温菌、嗜热菌及嗜超热菌。生长速率0温度℃最低温度最适温度最高温度11废水中的细菌一般都是嗜中温菌，最适温度多在30℃左右，嗜冷菌和嗜热菌占少数。低温、中温和高温细菌的生长温度范围细菌最低温度℃最适温度℃最高温度℃嗜冷菌—5～05～1020～30嗜中温菌5～1025～4045～50嗜热菌3050～6070～80嗜超热菌55以上70～105110～113123．低温低温——细胞结冻～最适温度下限进入休眠状态提问：？酶活性降低，导致代谢、遗传普遍停滞；•冰渣导致细胞膜破裂，失“血”过多•膜细胞流动性变差。•一旦获得适宜温度，即可恢复活性•提问：细胞内外冻结易导致死亡，原因何在？13•嗜中温菌（耐冷喜温）一般在5℃以下处于休眠状态，因此通常实验室用冰箱的4℃冷藏温度保藏细菌或甘油、石蜡冷冻保存菌种14•低温下冷藏的食物变质———嗜冷细菌（或霉菌）的最适宜温度在5～15℃之间。•—具备低温活性酶—细胞质膜含有大量的不饱和脂肪酸，在低温下能保持半流动性，使之能有效地集中必需的营养物质。嗜冷细菌的秘密武器是什么？15二、pH的影响大多数细菌最适环境pH为6～8，可生存的pH范围在4～10之间。研究表明细胞内部由于细胞膜的屏蔽作用、磷酸盐缓冲及细菌能动的调节，pH一般都保持中性，环境的pH难以影响细胞内的pH变化。提问：外界的pH变化如何对细菌产生影响？1.影响细胞膜蛋白及胞外水解酶的活性从而影响营养物的正常吸收与转运162.影响营养物的解离与吸收主要影响一些极性营养物如脂肪酸、氨基酸以乙酸的吸收为例，中性或碱性pH阴离子状态酸性pH下的分子状态OOCH3═C═O-CH3═C═OH同性相斥，难以吸收正常吸收细菌表面带有电荷，如“—”17某些细菌，例如氧化铁硫杆菌和其他极端嗜酸茵，需在酸性环境中生活，其最适pH为3，在pH为1．5时仍可生活。各种工业废水通常设前调节池，维持曝气池pH7左右。事实上，净化污(废)水的微生物适应pH变化的能力比较强，pH在6．5～8．5均可不加调节。18三、氧化还原电位（ORP)什么是氧化还原电位？——某物质与氢电极构成原电池时的电压高低,反映物质氧化性强弱。提问：pH7.0,30℃条件下饱和Fe3+溶液中测得的电压值为＋0.771,该值代表什么？Fe3+/Fe2+的氧化还原电位为+0.77119通常如何测定水样的氧化还原电位？pH测定仪mv档，其中一个惰性的铂丝电极与一个参比电极（如甘汞电极）不同细菌适宜的氧化还原电位(mv)好氧细菌兼性厌氧细菌厌氧细菌＋300～＋400＋100好氧呼吸-100无氧呼吸—200～—250提问：影响水样氧化还原电位的因素有哪些？氧化性物质（主要是氧气浓度）与还原性物质（有机物、H2S等）的含量20好氧活性污泥法控制在＋200～＋600mV是正常的提问：过低过高如何调节？改变曝气力度厌氧污泥或污水处理系统应控制在在—100～—200mV过高，将不利于厌氧细菌的生长，应改进工艺降低水中溶解氧量。应用21四、干燥细菌基本上是生活在水中的生物。提问：环境中过于干燥细菌如何生存？（在不受热和其它外界因素干扰下）干燥细胞将处于长期休眠状态——用干燥法防止食物腐败（细菌滋生）如方便面、干果、肉干、葡萄干等。——用干燥法来保存细菌，如将细菌放置在干燥的沙土中可以长期保存。一旦提供潮气则会很快复活。22起始状态最终平衡状态浓差势能＝渗透压势能0.1%10%渗透压10%NaClNaCl半透性——水分子自由通过，其余分子扩散速度受限五．渗透压———是不同溶液被半透膜隔离开时，由于膜半透性及两侧水分子浓度差异形成的水压。有半透膜左水分子净通量＞0右侧液位↑，直至平衡•没有半透膜——液位不变，盐扩散V＝水扩散V•23衡量方法：通常以一定浓度溶液与纯水间形成的渗透压作为该溶液的渗透压提问：水将从渗透压一方流向渗透压的一方？低、高渗透压可影响细菌生存：1.相同渗透压溶液中细菌细胞内水含量稳定，细菌生活得最好。等渗透压溶液——0．85％的食盐(NaCl)溶液（生理盐水）。常作为进行细菌稀释分离的稀释液。242.高渗透压溶液中提问：哪些是高渗透压溶液？细菌会发生什么现象？浓溶液；质壁分离—防腐（细菌滋生）如用5～30%的盐水腌咸菜、咸鱼，用60～80%的糖溶液做蜜饯等。•—海洋对各种病原菌（淡水菌）的杀灭•—高含盐废水（如油田采出水）难于生物处理的原因•提问：如何解决？•冲稀;防垢剂;细菌基因改造；253.低渗透压溶液提问：细菌于其中会如何？如纯水外界大量水流入细菌细胞内，细胞膨胀，甚至破裂。综合以上几点，在微生物实验室中稀释菌液，应该用生理盐水（0.85%）(除非稀释后马上就用的可以用无菌的蒸馏水。)26六．光线1.阳光提问：通常细菌在阴暗环境中能够更好的生长，原因？包括阳光和灯光•紫外线（波长0.1～400nm）•一般细菌在紫外线下照射5min即能被杀死，芽孢则需10min。紫外线波长在260nm左右者杀菌力最强•提问：杀菌机理？•蛋白质和核酸变性27（二）X-射线、γ射线(不带电)来源——铱,X-射线10-3～0.1nm钴、镭,γ射线10-6nm特点——高能量，穿透力强•已经开始被用于油田注水杀细菌(腐蚀性细菌)。•杀菌机理——？•高能量激发水分解产生O·自由基或H2O2等强氧化剂•优缺点——？•一次性投资较大，但使用时成本较低，杀菌效果稳定28七.超声波提问：超声波——？超过人的听觉能力上限20千Hz（波长小于1.6cm)的声波(B超)•人工来源—振动头•几乎所有的细菌体都能被超声波所破坏，但敏感程度各有不同。•*超声波的杀菌（或细胞破碎）的机理？29八．化学药剂指对细菌有抑制作用的药剂（对细菌生长有利的药剂被归于营养物）1.无机药剂（一）重金属提问：机理？与酶的—SH结合，使酶变性低浓度时可作为细菌的营养物，高浓度则对细菌产生抑制。30提问：在远距离取水样作检测时，一般1L混合液中加10ml质量浓度为1g／L的硫酸铜，原因何在？抑制携带过程中微生物的呼吸，尽量保持水质不变。31（二）氧化剂与酸碱提问：机理？氧化细胞膜穿孔•0．1％的高锰酸钾溶液常用于消毒公用茶具和水果、皮肤。•漂白粉、液氯、臭氧、三氯异氰尿酸•常用于饮水或游泳池水的消毒。•醋酸、石灰乳（生石灰：水＝1：4~8可有效地消毒粪便和其它排泄物）322.有机药剂（一）醇（中效）提问：机理？•（对人•轻—脱水、损害胃粘膜•重—神经抑制—呼吸、心跳衰竭）•—脱水剂和脂溶剂•可使蛋白质脱水、变性，溶解细胞质膜的脂类物质，进而杀死微生物机体。33•1）乙醇•体积分数为70～80％的乙醇杀菌力最强。乙醇浓度过低或过纯杀菌力差；•提问：过纯？差•提示：革兰氏染色（95％乙醇脱色）•——可使细胞表面迅速失水，表面蛋白质沉淀变性形成一层致密薄膜，阻止乙醇分子进入菌体内，故杀菌差。34•2）甲醇•甲醇杀菌力差，对人有毒，不作杀菌剂。•在废水生物反硝化脱氮处理工艺中，缺碳源时常用甲醇作碳源。•3）其它醇•丙醇、丁醇及其他高级醇的杀菌力均比乙醇强，但由于不溶于水，不作杀菌剂。352）合成洗涤剂阳离子型洗涤剂（有机铵盐）杀菌力强。非离子型的洗涤剂没有杀菌力。•目前使用的主要是阴离子型（烷基钠钾盐）的LAS(直链烷基苯磺酸钠)合成洗涤剂，它可被微生物降解。364）抗生素•放线菌和霉菌所产生,能杀死其他微生物或抑制其生长的物质抗生素有广谱和狭谱之分提问：什么是广谱、狭谱？广—普遍氯霉素、金霉素、土霉素和四环素狭—不普遍青霉素只能杀死或抑制革兰氏阳性菌，多粘菌素只能杀死革兰氏阴性菌，叫狭谱抗生素。37抗生素对微生物的影响有以下四方面：①抑制细胞壁形成青霉素抑制革兰氏阳性菌肽聚糖的合成，进而阻碍细胞壁合成；革兰氏阴性菌细胞壁的肽聚糖含量很低，因此只受到部分损伤；菌体内部不断由于物质合成膨大，细胞壁不生长，菌体胀破。38提问：青霉素对人体有害吗？为什么？本身没有。人和动物的细胞不具细胞壁，不含肽聚糖，所以不受青霉素的损害。提问：为什么打青霉素先作皮试？5～6％人会有严重过敏反应（免疫系统自杀行为）39②破坏微生物的细胞膜多粘菌素中的游离氨基与革兰氏阴性菌细胞质膜中的磷酸根(P043—)结合，损伤其细胞质膜。③抑制蛋白质合成氯霉素、金霉素、土霉素、四环素、链霉素、卡那霉素、新霉素、庆大霉素、嘌呤霉素及春日霉素等都能与核糖体蛋白结合，抑制微生物蛋白质合成。同时，上述广谱抗生素能与酶组分中的金属离子结合，抑制酶的活性。40§5有害微生物的控制有害微生物控制灭菌消毒防腐化疗411灭菌2消毒3防腐4化疗一、基本概念421、灭菌（sterilization）采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施，称为灭菌。可分为杀菌和溶菌。2、消毒（disinfection）消毒是一种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或动物、植物有害的病原菌而对被消毒的对象基本无害的措施。433、防腐（antisepsis）利用某种理化因素完全抑制霉腐微生物的生长繁殖从而达到防止食品等霉腐的措施，主要有：1）低温；2）缺氧；3）干燥；4）高渗；5）高酸度；6）高醇度；7）防腐剂4、化疗即化学治疗（chemotherapy）利用具有高度选择毒力的化学物质来抑制宿主内病原微生物的生长繁殖，借以达到治疗传染病的一种措施。用于化疗目的化学物质称化学治疗剂，主要有各种抗生素，磺胺类药物和中药中的有效成分。44二、物理灭菌因素的代表－－高温灭菌湿热灭菌效力高的原因：1)有水，蛋白质易凝固2)热蒸汽的穿透力强3)蒸汽有潜热存在45三、化学杀菌剂或制菌剂酚：石碳酸合成洗涤剂(一)表面消毒剂抗菌谱（三）抗生素(antibiotics)抗代谢药物--磺胺类aa对抗物--5甲基色嘌呤(二)化学治疗剂46(三)抗生素由生物在其生命活动中产生的一种次生代谢物，在低浓度时可抑制或杀死其它的微生物。抗菌谱：抗生素对微生物作用的范围。47抗生素的作用方式抑制细胞壁的形成：青霉素、杆菌肽、环丝氨酸阻碍核酸的合成：利福霉素、丝裂霉素、博莱霉素干扰蛋白质的合成：链霉素、红霉素、四环素损