1、7.2 微生物的生长繁殖控制因素,7.2.1 温度 1. 温度对微生物的影响具体表现在： 影响酶活性。温度变化影响酶促反应速率，最终影响细胞合成。 影响细胞膜的流动性。温度高，流动性大，有利于物质的运输；温度低，流动性降低，不利于物质运输，因此，温度变化影响营养物质的吸收与代谢产物的分泌。 影响物质的溶解度。对生长有影响。,2.微生物按温度需求分类3.各类微生物生长的适宜温度,4.嗜冷微生物在低温下生长的机理它们体内的酶能在低温下有效地催化，在高温下酶活性丧失 主动运输物质的功能良好，能有效地集中必需营养物细胞膜中的不饱和脂肪酸含量高，低温下也能保持半流动状态，可以进行物质的传递,5.低温对微
2、生物的影响当环境温度低于微生物的最适生长温度时，微生物的代谢极其微弱，基本处于休眠状态，当微生物的原生质结构并未破坏时，不会很快造成死亡并能在较长时间内保持活力，当温度提高时，可以恢复正常的生命活动。 应用：低温保藏菌种当温度过低，造成微生物细胞冻结时，有的微生物会死亡，有些则并不死亡。 6. 高温对微生物的影响高温下蛋白质发生不可逆变性，膜受热出现小孔，破坏细胞结构,小结：微生物的培养应该在最佳温度范围进行；超过最高温度会对细菌造成伤害甚至导致死亡；低温有抑制细菌作用，可以让微生物休眠，但不会导致死亡。温度升高时，活性即可恢复。,7.2.2 pH,1.环境pH对微生物的影响 影响膜表面电荷的
3、性质及膜的通透性，进而影响对物质的吸收能力。 改变酶活性、酶促反应的速率及代谢途径：如：酵母菌在pH4.55产乙醇，在pH6.5以上产甘油、酸。 环境pH值还影响培养基中营养物质的离子化程度，从而影响营养物质吸收，或有毒物质的毒性。,2.微生物适宜的pH范围 大多数细菌、藻类和原生动物的最适生长pH6.57.5，它们能适应pH410之间的环境。,3.污水生物处理时pH宜维持在6.58.5 大多数细菌、藻类、放线菌和原生动物在此范围内均能生长繁殖，有利于细菌形成菌胶团互相凝聚形成良好的絮凝体，可取得良好的净化效果； pH6.5的酸性环境有利于霉菌和酵母菌的生长，若霉菌在活性污泥中大量繁殖，因其不
4、能分泌粘性物质于细胞表面，而降低了活性污泥的吸附能力，其絮凝性较差，结构松散不易沉降，处理效果下降，甚至导致活性污泥丝状膨胀。,4.培养基pH的变化 原因a 分解葡萄糖、乳糖有机酸，pHb 分解蛋白质、蛋白胨及氨基酸NH3和胺类，pHc 细胞选择性地吸收阴阳离子，pH解决方法在配制培养基时应加入缓冲物质，如KH2PO4和K2HPO4 。, 在废水和污泥厌氧消化过程中，要控制好产酸阶段和产甲烷阶段的产量，pH很关键，通常应控制pH6.67.6之间， pH6.87.2为最佳。 城市生活污水、污泥若不含蛋白质、氨等物质，处理之前就要投加缓冲物质；若连续运行则在运行期间也应投加，以碳酸氢钠为佳。 pH
5、低的工业废水可采用霉菌和酵母菌处理，无需调节pH，其所引起的丝状膨胀可通过改革工艺来解决，如采用生物膜法、接触氧化法等。,小结：污水生物处理的构筑物内pH控制在6.58.5之间；微生物培养基中应该加入缓冲物质。,7.2.3 氧化还原电位(Eh),1. 微生物与Eh Eh0，氧化环境，上限为820mV Eh0，还原环境，下限为400mV各类微生物适宜的Eh 对于好氧生物处理系统，Eh处于+200+600mV视为正常,2. 影响Eh的因素 氧分压:氧分压高，Eh高；氧分压低， Eh低。 pH:pH高，Eh高；pH低， Eh 低。3. 控制Eh的还原剂抗坏血酸、硫二乙醇钠、硫化氢和铁等,7.2.4
6、溶解氧DO,根据微生物与分子氧的关系可将微生物分为,7.2.4.1 好氧微生物与氧的关系 1.氧对好氧微生物的作用 作为微生物好氧呼吸的最终电子受体 参与甾醇类和不饱和脂肪酸的生物合成 2. 溶解氧的供给好氧微生物需要的氧是溶于水的氧，即溶解氧。夏季水温高，常造成供氧不足，促使丝状细菌的优势生长，从而造成活性污泥的丝状膨胀。因此，在活性污泥生物处理中需设置充氧设备充氧，如通过叶轮机械搅拌、鼓风曝气等方式充氧。溶解氧的质量浓度维持在34mg/L为宜。,7.2.4.2 兼性厌氧微生物与氧的关系 1.不同氧条件的生理状态 好氧条件：氧化酶活性强，细胞色素及电子传递体系的其它组分正常存在； 无氧条件：
7、氧化酶无活性，细胞色素和电子传递体系的其它组分减少或全部丧失。 巴斯德效应：指将氧通入正在发酵的酵母菌悬液中，使得发酵速度下降，葡萄糖的消耗速度也显著下降的现象。,2.不同氧条件下废水生物处理中的微生物 供氧正常：好氧微生物和兼性厌氧微生物共同起积极作用； 供氧不足：好氧微生物不起作用，兼性厌氧微生物起积极作用，但有机物分解不彻底； 污水、污泥厌氧消化：兼性厌氧微生物起水解、发酵作用，将大分子的蛋白质、脂肪等水解为小分子的有机酸和醇等。,3.反硝化细菌 有O2时：进行好氧呼吸 缺O2时：进行反硝化作用,NO3,NO2,N2,7.2.4.3 厌氧微生物与氧的关系 1. 厌氧微生物的氧毒害机制 专
8、性厌氧微生物不具有过氧化氢酶，会被代谢过程中产生的H2O2杀死； 专性厌氧微生物不具有超氧化物歧化酶(SOD)，而被超氧阴离子杀死； 2. 厌氧微生物的培养方法可与兼性厌氧微生物混合培养，以去除O2，保证厌氧环境。,He、H2、N2,加入甲基蓝或 刃天青指示Eh (显色表明有O2),封瓶口,无氧培养 罐内培养,7.2.5 太阳辐射,1000nm的红外辐射，可被不产氧的光合细菌用作光源； 380760nm的可见光是蓝细菌、藻类进行光合作用的能源。 其余的辐射对微生物均有害。,7.2.6 水的活度与渗透压,5.2.6.1 水的活度w 水的活度w 表示在一定温度下，某溶液或物质在与一定空间空气相平衡
9、时的含水量与空气饱和水量的比值，用小数表示。 多数微生物在w 0.950.99时生长最好。大多数微生物在w 0.600.65时停止活动。,7.2.6.2 渗透压 渗透压 当两液面高差产生的压力足够阻止水再流动时，此时两液面高差间的压力即为渗透压。,半透膜,清水,蔗 糖 溶 液,h,溶液的浓度决定渗透压溶质的分子或离子数越多，渗透压越大同质量浓度溶液，溶质分子越小，其渗透压越大离子溶液的渗透压比分子溶液的渗透压大 细菌的渗透压G (2.02.5)MPaG (0.50.6)MPa,微生物在不同渗透压溶液的反应 等渗溶液：形态大小不变，生长良好。 应用：在实验室用(NaCl)8.5g/L的生理盐水稀
10、释菌液。 低渗溶液：水分子大量渗入细胞内，使细胞膨胀，严重者破裂。 高渗溶液：细胞内大量失水，使细胞发生质壁分离。 应用：用高渗溶液保存食物可防止腐败。,7.3 其它控制因素,7.3.1 紫外辐射和电离辐射对微生物的影响 一、 紫外辐射的影响 1. 紫外辐射对微生物有致死作用260nm左右的紫外辐射杀菌力最强 致死原因： 微生物细胞中的核酸、蛋白质等对紫外辐射有特别强的吸收能力，可引起DNA链上的两个邻近的胸腺嘧啶分子形成胸腺嘧啶二聚体(T=T)，使DNA不能复制，导致死亡。,2. 复活现象 光复活 经UV照射的微生物，随即暴露于蓝色可见光下，使T=T恢复正常状态，使一部分受损的细胞恢复活力。
11、 暗复活 DNA链在黑暗条件下进行修复。 3. 微生物对紫外辐射的抵抗力 GG 芽孢营养细胞 4. 应用 杀菌消毒 诱变育种,二、 电离辐射的影响 X射线(0.10.01nm) 、射线(0.010.001nm) 对微生物生命活动的影响表现 低剂量照射，促进微生物生长或引起微生物发生变异； 高剂量照射，对微生物有致死作用。,7.3.2 超声波 超声波 频率大于20000Hz的声波，能破坏几乎所有的细菌体。 超声波的杀菌效果与其频率、处理时间、细菌大小、形状和细菌数有关。 杀菌机制: 细胞内含物受到强烈振荡，胶体发生絮状沉淀，凝胶液化或乳化，从而失去生物活性； 溶液受到超声波作用产生空腔，引起巨大
12、的压力变化，使细菌死亡； 溶于溶液中的气体变成无数极微小的气泡迅速猛烈地冲击细菌，使之破裂。,应用 利用超声波破坏菌体，制成细菌裂解液，用于研究细菌的结构、化学组成、酶活性等； 可利用超声波从组织中提取病毒； 利用频率为8001000kHz的超声波治疗疾病,7.3.3 重金属对微生物的影响 Hg、Ag、Cu、Pb及其化合物可有效地杀菌和防腐，是蛋白质的沉淀剂。 杀菌机理： 其与酶的SH结合，使酶失活； 与菌体蛋白结合，使之变性或沉淀。 质量浓度为205mg/L的二氯化汞对大多数细菌有致死作用。 硫酸铜对真菌和藻类的杀伤力较强。 波多尔液(硫酸铜石灰)在农业上可用于防止某些植物病毒。 1L水样中
13、加10mL质量浓度为1g/L的硫酸铜溶液可抑制微生物的呼吸。 质量浓度为15g/L的铅盐溶液对微生物有致死作用。,7.3.4 极端温度对微生物的影响 1. 超高温致死作用 机理：蛋白质和酶蛋白在高温下发生不可逆的凝固作用；细胞质膜中的脂肪受热溶解使膜产生小孔，引起细胞内含物泄漏而致死。 2. 超高温杀菌效果的影响与微生物的种类、数量、生理状态、芽孢有无及pH都有关。 无芽孢杆菌比芽孢杆菌不耐热； 营养细胞比芽孢不耐热； 湿细菌比干细菌不抗热； 酸性条件下细菌易被杀死； 幼龄菌比老龄菌易被杀死。,3. 灭菌和消毒 (1) 灭菌(sterilization) 通过超高温或其它物理、化学因素将所有微
14、生物的营养细胞和所有的芽孢或孢子全部杀死。 干热灭菌(dry heat sterilization) 优点：可保持物品的干燥 缺点：对于传热性差或体积较大的物品效果较差 应用：玻璃器皿、金属用具等耐热物品的灭菌 湿热灭菌(moist heat sterilization) 特点：温度低、时间短、灭菌效果高 相同温度下，湿热灭菌的效力比干热灭菌高，原因 湿热情况下，菌体蛋白容易受热凝固变性； 湿热的穿透力和热传导都比干热强； 湿热的蒸汽冷凝会放出潜热。,高压蒸汽灭菌,(2) 消毒(disinfection) 用物理、化学因素杀死致病菌(有芽孢和无芽孢的细菌)，或是杀死所有微生物的营养细胞或一部分
15、芽孢。 煮沸消毒将待消毒的物品置于水中煮沸15min以上，杀死细菌的所以营养细胞和部分芽孢。 巴斯德消毒(Pasteurization)常用6070的温度将食品处理1530min，以除去食品中的微生物，同时保持食品的营养和风味不变。,7.3.5 极端pH对微生物的影响1. pH过低，引起机体表面由带负电变为带正电，从而影响对营养物的吸收；2. pH过高或过低，影响培养基中有机化合物的离子化作用，从而间接影响微生物；3. 极端pH影响酶的活性，进而影响细胞内的生化过程，甚至直接破坏细胞；4. 极端pH降低微生物对高温的抵抗能力。,7.3.6 干燥对微生物的影响 干燥能使菌体内蛋白质变性，引起代谢
16、活动的停止。干燥细胞的代谢处于停滞状态，若不提供条件，则一直呈休眠状态长期存活。 可用灭菌的沙土管保存菌种、孢子，也可用真空冷冻干燥保存菌种。 细菌的芽孢、藻类和真菌的孢子及原生动物的胞囊比营养细胞抗干燥。,7.3.7 若干有机物对微生物的影响 (一) 醇 醇是脱水剂和脂溶剂，可使蛋白质脱水变性，脂类溶解，进而杀死微生物机体。 体积分数为70的乙醇杀菌能力最强。 甲醇杀菌力差，对人有毒，不宜作为杀菌剂。废水生物脱氮处理工艺中，常用甲醇作为碳源。 丙醇、丁醇及其它高级醇杀菌力均比乙醇强，但不溶于水，故不能作杀菌剂。,(二) 甲醛 甲醛是很有效的杀菌剂，对细菌、真菌及其孢子和病毒均有效。 福尔马林
17、(质量浓度为370400g/L的甲醛水溶液)的蒸气有强烈的刺激性，有杀菌和抑菌作用，可用于厂房、无菌室消毒。 杀菌机理：甲醛与蛋白质的氨基结合干扰细菌的代谢机能。 甲醛溶液是动物组织和原生动物标本的固定剂。,(三) 表面活性剂 1. 酚 酚及其衍生物能引起蛋白质变性，并破坏细胞质膜1 g/L 抑菌 苯酚 10 g/L 杀菌50 g/L 喷雾消毒空气甲酚 杀菌力比其它酚强几倍，难溶于水，易与皂液或碱液形成乳浊液，叫来苏尔。1020 g/L 消毒皮肤30 50 g/L 消毒桌面和用具,2. 新洁尔灭(季胺盐) 对非芽孢型的致病菌、G及G等有极强的致死作用 低稀释度：有杀菌及去垢作用，对人无毒； 高
18、稀释度：仅有抑菌作用； 1g/L的水溶液：可用于冷却循环水的杀菌除垢。 3. 合成洗涤剂去污能力强，在硬水中不形成沉淀，具有杀菌去污作用。杀菌力：阳离子型阴离子型非离子型,4. 染料 孔雀绿、亮绿、结晶紫等三苯甲烷染料及丫淀黄都有抑菌作用 G比G反应敏感 在培养基中加入某种染料可制成选择性培养基 质量浓度为1g/L以下的染料可作微生物的营养源,7.3.8 抗生素对微生物的影响 1. 抗生素 是指微生物在代谢过程中产生能杀死其它微生物或抑制其它微生物生长的化学物质。 广谱型抗生素：对多种微生物起作用，如氯霉素、金霉素、土霉素和四环素等； 狭谱型抗生素：仅对某一类微生物起作用，如青霉素、多粘菌素等 2. 抗生素的作用机制 抑制细胞壁的合成，如青霉素； 破坏细胞膜功能，如多粘菌素； 抑制蛋白质合成，如氯霉素，四环素、链霉素等； 干扰核酸代谢，如利福霉素、新生霉素、丝裂霉素、灰黄霉素。,
