环境微生物学教学课件-13-1生长繁殖

微生物的生长繁殖生长繁殖的概念生长：微生物在适宜的环境条件下，不断吸收营养物质，按照自己的代谢方式进行新陈代谢活动。当同化作用大于异化作用时，微生物的细胞的迅速增大。（细胞质量的增加和个体体积的加大，即细胞组分与结构在量方面的增加）繁殖：当单细胞个体生长到一定程度时，由一个亲代细胞分裂为两个大小、形状与亲代细胞相似的子代细胞，使得个体数目增加（质的变化）。发育：从生长到繁殖由量变到质变的过程。世代时间：细菌两次细胞分裂之间的时间。微生物的生长可分为个体微生物生长和群体微生物生长。多数通过培养研究其群体生长。生长——细菌群体数量的增长，不是个体体积的增长。提问：为什么这里不考察细菌个体的生长呢？个体太小，难观察计量群体细菌对环境产生影响各类细菌都是倾向于群居（物以类聚）一山不容二虎提问：弱势生物的群居优势是什么？生存状况提高，攻防具佳（攻）群居的细菌获得营养的能力大大高于游离的细菌，（防）群居的细菌不易被天敌伤害，还能释放类似外激素的调节因子，使群体主动适应环境的变化，可有性生殖；团结就是力量外界因素引起的细菌数量的增加、停滞、衰减等变化。提问：如何研究呢？测菌数量变化与外因的关系细菌群体力量改变环境通常都是将细菌群体作为研究对象，考察细菌群体的生长规律——“生、老、病、死”。提问：细菌群的“生、老、病、死”表现为何呢？“生、老、病、死”（根据投食方式）分间歇式培养（分批培养）、连续式培养两种情况1.间歇培养提问：如何人工进行细菌间歇培养？开始时的一次性投料和接种细菌（其余时间细菌根据环境变化自行生灭）研究微生物生长的方法（“坐吃山空型”）应用：生理特性研究、生物发酵和生物治污细菌生长曲线稳定期衰亡期细菌数目的对数值0时间t细菌的数量很大，都是10的n次方，取对数作图时方便，0~10代表1～1010总菌数活菌数迟慢期对数期（1）迟缓期－“万事开头难”特征：细菌缓数慢目期的对数值0时间t提问：为什么会出现迟缓期呢？代谢活跃，个体体积、重量增高不立即进行细胞分裂、增殖，数量不变甚至减少岗前培训适应环境（合成相应的酶），营养储备（用于复制合成）（2）对数期（青年）所有细菌均繁殖K——比例常数KXdtdXKtXX0ln故称对数期。细菌数目X增长率倍率的对数与时间成正比。特点平均代时（繁殖一代的时间）最短提问：细菌的代时与哪些因素有关？细菌数目的对对数数期值0时间t如大肠杆菌在20℃时其代时是35℃条件下的2倍；伤寒杆菌在含0.125％的蛋白胨培养基中的代时为800min，而在含1.0％时仅为40min。繁殖速度最快种类遗传、个体健康情况(营养、环境条件)此时所有细菌在二分裂生长,分别测定t0时刻与t时间细菌的数量X0与X对数期细菌代时G计算1→2→22→23((22)×2)→24→25……2nt0t00lg3.32lg/lgXXXXnX=X0*2nX/X0=2nX0→……X0·24→……X(X0·2n)(n=1、2、3…)n—繁殖代数nttG0代时（3）稳定期（中年）出生率＝死亡率细菌缓数慢目期的对稳定期对数衰老期数期值0t时间死亡原因—营养短缺、代谢毒物增多（相当于重量变化曲线中的增长率下降阶段）（4）死亡期（老年）死亡率＞出生率（相当于重量法的内源呼吸阶段）提问：如何给细菌延年益寿呢？补营养、环保（去除环境毒物）人类群体有类似规律吗？提问：根据上述原因选择接种何种状态的细菌迟缓期会较长？对数期的细菌、稳定期或衰亡期、受损细胞、富集培养基的细菌后三种稳定期细胞基本耗尽了各种辅酶或其他细胞成分受损细胞养伤修复富集培养基细菌需要合成“自力更生”酶菌种本身的遗传特性（如转基因高效菌）和接种数量也会影响迟缓期的长短。在实际工作中如接种菌种以启动新的水处理设施，投加新鲜污泥时，接种的细菌不习惯于新环境，会出现或长或短的迟缓期，迟缓期的出现会增加操作时间，降低工作效率采用处于高效菌群对数期的菌种、增大接种量、尽量保持接种前后所处的培养介质和条件一致等方法来缩短或消除迟缓期提问：我们可以通过哪些手段缩短迟缓期呢？提问：哪个时期（迟缓期、对数期、稳定期、衰亡期）代时最具有种属代表性？为什么？对数期代时对数期细菌代谢活力强、生长速率快、群体细胞化学组分、形态和生理特性等比较一致。提问？教学实验和发酵工业用对数期细胞做实验材料。细菌代时通常指最适条件下的对数期代时2.连续培养一方面连续进料，另一方面又连续出料。原理：进料=补足营养(“污染物”)出料=稀释菌浓度、毒物浓度它又分为两种：恒浊连续培养、恒化连续培养。（1）恒浊连续培养恒浊——培养基浊度恒定（实质是细菌数量恒定）新鲜培养基光电池光源流速控制阀出水很少应用反馈控制（2）恒化连续培养化——？新鲜培养基流速控制阀出水应用：环境工程、生物工程、实验室研究（细菌生理特性研究、细菌的快速筛选等）。流速恒定进料营养物总量目前,污水连续生物处理法均类似于恒化连续培养；（流速不完全恒定）3．污(废)水连续处理中的细菌生长状态不同的生物反应器，细菌的生长状态可能不同！乃至同一反应器内不同位置处连续生物处理中的细菌状态表细菌的生长阶段应用举例特点迟缓期无连续化稳定操作中没有这一阶段对数生长期高负荷活性污泥法(大部分区域)稳定期生物膜法常规活性污泥法(大部分区域)生长繁殖快，代谢活力强，能大量去除废水中有机物。（缺点是细菌表面的粘液层和荚膜尚未形成，运动很活跃，不易自行凝聚成菌胶团，沉淀性能差，致使出水水质有机物浓度相对较高）衰老期低浓度污水延时曝气法污泥的厌氧消化营养物浓度过低，难以满足其他阶段细菌的生长需要虽然比对数生长期的差，但仍有相当的代谢活力，细菌体内积累了大量贮存物，如异染粒、聚β—羟基丁酸等，体表的粘液层和荚膜强化了细菌的生物吸附能力，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。1:0.4~0.8BOD.d-细菌与降解BOD重量比1:0.4以下进水对数期稳定期衰老期平流式活性污泥法占优势