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1课程名称：《环境工程微生物学》第5讲次授课题目第五章微生物的生长繁殖与生存因子第一节微生物的生长繁殖本讲目的要求及重点难点：【目的要求】掌握世代时间、细菌的生长曲线、抗生素等；掌握细菌生长繁殖中各时期的特点。【重点】细菌的生长曲线。【难点】细菌生长繁殖中各时期的特点。内容【本讲课程的引入】微生物的生长特征对于处理废水的意义重大，很多现有的生物处理废水技术都是应用了微生物的生长特征，今天我们就学习这部分内容。【本讲课程的内容】第一节微生物的生长繁殖一、生长繁殖的概念(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。正常情况下，同化作用大于异化作用，微生物的细胞不断迅速增长，细胞长到一定程度时，就会由一个细胞分裂成细胞。当发生个体数目的增加时，就称为繁殖。单细胞生物的生长和繁殖裂殖、芽殖、孢子繁殖等多细胞生物的生长和繁殖世代时间：单细胞微生物的世代时间：两次细胞分裂之间的时间多细胞生物的世代时间：两次繁殖之间的时间世代时间的大小反映了一种微生物繁殖速度的快慢。不同种的微生物，其生长繁殖速度不同。原核微生物的繁殖速度一般比真核微生物快。从一般应用的角度，对于单细胞生物（如细菌），我们常常把生长=繁殖。二、研究微生物生长的方法由于微生物个体太小，难以研究单个微生物，多数是通过培养研究其群体生长。常用的培养方法有：分批培养和连续培养。（一）分批培养分批培养是将一定量的微生物接种在一个封闭的、盛有一定量液体培养基的容器内，保持一定的温度、pH和溶解氧量，微生物在其中生长繁殖；结果会出现微生物数量由少变多，达到高峰后又由多变少，甚至死亡的变化规律。细菌的生长曲线。各种细菌的生长速率不一，每一种细菌都有各自的生长曲线，但曲线的形状基本相同。其他微生物也有形状类似的生长曲线。污(废)水生物处理中混合生长的活性污泥微生物也有类似的生长曲线。细菌的生长曲线图P117微生物的生长曲线，可以细分为六个时期：停滞期、加速期、对数期、减速期、2稳定期和衰亡期，也可以粗分为四个时期（比较常用）。下面按四个时期进行介绍。1．停滞期少量细菌刚接入一定量的新鲜液体培养基中，并不立即生长繁殖，需要有一个适应过程（产生适应酶）。此时细胞物质开始增加，但数量不增加或增加很少。（1）特征①细胞数目基本不增加；②存活细菌的细胞物质增加，菌体体积增大；③细胞内合成代谢活跃；④对环境条件的变化较敏感。（2）停滞的长短取决于某些因素：接种量、菌龄、营养等。如果接种量大、菌龄小、营养和环境条件好，则停滞期就短。处于停滞期的细菌对外界环境条件较敏感，易受外界不良环境条件的影响而发生变异。（3）缩短停滞期措施:利用对数生长期的细胞作为种子，尽量使接种前后所使用的培养基组分不要相差太大，适当扩大接种量.2．对数期（指数期）细菌的生长速度达到最大，细菌数以几何级数增加，在生长曲线上呈直线关系。处于对数期的细菌，得到丰富的营养，代谢活力最强，细菌旺盛生长。此时的细菌比较整齐（群体内比较一致）健壮。对不良环境条件的抗性也比较强。（1）特征①菌数以几何级数增加；②世代时间最短；③生长速率最高；④对不良环境因素的抵抗力强；⑤群体中细胞的化学组分及形态、生理特性都比较一致。（2）影响对数期长短的因素：除菌种因素外，主要是温度、培养基的营养成分和浓度。3．静止期由于对数期的细菌迅速生长繁殖，消耗了大量的营养物质，同时代谢产物的大量积累对细菌本身产生毒害作用；另外，pH、溶解氧、氧化还原电位等条件也变得不利。结果造成细菌的生长速率逐渐下降，甚至到零。在静止期，细菌总数达到最大，新生数与死亡数大致相等，保持动态平衡。此时的细菌开始积累贮存物质，芽孢菌形成芽孢。①细菌总数达到最大值并恒定一段时间；②生长速率降低直至零；3③细胞开始积累贮存物质。4．衰老期营养物质被耗尽，细菌进入内源呼吸阶段（微生物消耗自身的贮存物质进行呼吸）。有害物质大量积累，不利于细菌的生长繁殖，此时，死亡率增加，活菌数减少。细菌常出现畸形或衰退型。从根本上说，细菌的不同生长时期，是由外界提供的营养物的量决定的，即所谓的负荷（F/M）。①细菌少繁殖或不繁殖，或自溶；②细菌群体呈现负增长；③出现多形态，如畸形或衰退型。(二)连续培养连续培养有恒浊连续培养和恒化连续培养两种。1．恒浊连续培养——是一种使培养液中细菌的浓度恒定，以浊度为控制指标的培养方式。按试验目的，首先确定培养液的浊度保持在某一恒定值上。调节进水(含一定浓度的培养基)流速，使浊度达到恒定(用自动控制的浊度计测定)。当浊度较大时，加大进水流速，以降低浊度;浊度较小时，降低流速，提高浊度。发酵工业采用此法可获得大量的菌体和有经济价值的代谢产物。2．恒化连续培养——是维持进水中的营养成分恒定(其中对细菌生长有限制作用的成分要保持低浓度水平)，以恒定流速进水，以相同流速流出代谢产物，使细菌处于最高生长速率状态的培养方式。在连续培养中，微生物的生长状态和规律与分批培养中的不同。它们往往处于相当分批培养中生长曲线的某一个生长阶段。三、细菌生长曲线在污（废）水微生物处理中的应用在污水生物处理过程中，如果条件适宜，活性污泥的增长过程，与纯种单细胞微生物的增值过程大体相仿，也可以存在停滞期、对数期、静止期和衰老期。但由于活性污泥是多种微生物的混合群体，其生长受废水性质、浓度、水温、pH、溶解氧等多种环境因素影响，因此，在处理构筑物中通常仅出现生长曲线中的某一、二个阶段。且处于不同阶段时的污泥，其特性有很大的区别。由于废水生物处理（活性污泥）实际是连续运行，其微生物生长规律不同于分批培养时的规律，它只能是处于生长曲线的某一阶段。一般把活性污泥生长曲线的划分成三个阶段：生长上升阶段、生长下降阶段和内源呼吸阶段。对于常规活性污泥法，是利用静止期（生长下降阶段）的微生物，这时因为：对数期的微生物生长繁殖快，代谢活力强，能大量去除废水中的有机物，但是相应地要求进水有机物浓度要高，而出水有机物浓度也相应提高，不易达到排放标准；又因为对数期的微生物生长旺盛，没形成荚膜和粘液层，不易形成菌胶团，沉淀性能差，降低出水水质。而处于静止期的微生物虽然代谢活力略低，但仍能较好地去除水中的有机物，且微生物体内积累了大量的贮存物，形成荚膜等，强化了4微生物的生物吸附能力，自我絮凝、聚合能力强，在二沉池泥水分离效果好，出水水质好。当然也有利用其他阶段微生物的废水生物处理方法，如高负荷活性污泥法是利用对数期（生长上升阶段）和减速期（生长下降阶段），延时曝气法是利用衰亡期（内源呼吸阶段）等等。四、微生物生长量的测定方法大致有以下几种：1.测定微生物总数如计数器直接计数，或测定菌浊液的光密度值等。2.测定活细菌数平板菌落（CFU）计数、薄膜过滤计数等。3.计算生长量测定细胞干重，测定某一组份（如含氮量、DNA）或生理指标。【本讲课程的小结】今天我们主要讲了微生物生长和繁殖的特征，重要的内容是细菌的生长曲线。【本讲课程的作业】作业：复习今天的内容。