环境微生物学教学课件-13-1生长繁殖

环境微生物学教学课件环境微生物学教学课件-13-113-1生长繁殖生长繁殖生长繁殖的概念生长繁殖的概念n n生长：微生物在适宜的环境条件下，不断吸收营养生长：微生物在适宜的环境条件下，不断吸收营养生长：微生物在适宜的环境条件下，不断吸收营养生长：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。当物质，按照自己的代谢方式进行新陈代谢活动。当物质，按照自己的代谢方式进行新陈代谢活动。当物质，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同化作用大于异化作用时，微生物的细胞的迅速增同化作用大于异化作用时，微生物的细胞的迅速增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，即细胞大。（细胞质量的增加和个体体积的加大，即细胞大。（细胞质量的增加和个体体积的加大，即细胞大。（细胞质量的增加和个体体积的加大，即细胞组分与结构在组分与结构在组分与结构在组分与结构在量方面的增加量方面的增加量方面的增加量方面的增加）n n繁殖：当单细胞个体生长到一定程度时，由一个亲繁殖：当单细胞个体生长到一定程度时，由一个亲繁殖：当单细胞个体生长到一定程度时，由一个亲繁殖：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分裂为两个大小、形状与亲代细胞相似的子代细胞分裂为两个大小、形状与亲代细胞相似的子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（代细胞，使得个体数目增加（代细胞，使得个体数目增加（代细胞，使得个体数目增加（质的变化质的变化质的变化质的变化）。）。）。）。n n发育：从生长到繁殖由量变到质变的过程。发育：从生长到繁殖由量变到质变的过程。发育：从生长到繁殖由量变到质变的过程。发育：从生长到繁殖由量变到质变的过程。n n世代时间：细菌两次细胞分裂之间的时间。世代时间：细菌两次细胞分裂之间的时间。世代时间：细菌两次细胞分裂之间的时间。世代时间：细菌两次细胞分裂之间的时间。n n微生物的生长可分为个体微生物生长和群体微微生物的生长可分为个体微生物生长和群体微微生物的生长可分为个体微生物生长和群体微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生物生长。多数通过培养研究其生物生长。多数通过培养研究其生物生长。多数通过培养研究其群体生长群体生长群体生长群体生长。n n生长生长细菌群体数量的增长细菌群体数量的增长，不是个体，不是个体，不是个体，不是个体体积的增长。体积的增长。体积的增长。体积的增长。n n提问：提问：提问：提问：为什么这里不考察细菌个体的生长呢？为什么这里不考察细菌个体的生长呢？为什么这里不考察细菌个体的生长呢？为什么这里不考察细菌个体的生长呢？n个体太小，难观察计量个体太小，难观察计量n群体细菌对环境产生影响群体细菌对环境产生影响n n各类细菌都是倾向于各类细菌都是倾向于群居群居（物以类聚）（物以类聚）（物以类聚）（物以类聚）一一山山不不容容二二虎虎n n提问：提问：弱势生物的群居优势是什么？弱势生物的群居优势是什么？n生存状况提高，攻防具佳生存状况提高，攻防具佳n（攻）（攻）群居的细菌获得营养的能力大大高于游离群居的细菌获得营养的能力大大高于游离的细菌，的细菌，（防）（防）群居的细菌不易被天敌伤害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；应环境的变化，可有性生殖；n团结就是力量团结就是力量n n外界因素引起的外界因素引起的外界因素引起的外界因素引起的细菌数量的增加、停滞、衰细菌数量的增加、停滞、衰细菌数量的增加、停滞、衰细菌数量的增加、停滞、衰减等变化。减等变化。减等变化。减等变化。n n提问：提问：提问：提问：如何研究呢？如何研究呢？如何研究呢？如何研究呢？n n测菌数量变化与外因的关系测菌数量变化与外因的关系测菌数量变化与外因的关系测菌数量变化与外因的关系n细菌群体力量改变环境细菌群体力量改变环境n n通常都是将细菌群体作为研究对象，考察细通常都是将细菌群体作为研究对象，考察细通常都是将细菌群体作为研究对象，考察细通常都是将细菌群体作为研究对象，考察细菌群体的菌群体的菌群体的菌群体的生长规律生长规律生长规律生长规律“生、老、病、死生、老、病、死生、老、病、死生、老、病、死”。n n提问：细菌群的提问：细菌群的提问：细菌群的提问：细菌群的“生、老、病、死生、老、病、死生、老、病、死生、老、病、死”表现为何表现为何表现为何表现为何呢？呢？呢？呢？n n“生、老、病、死生、老、病、死”n n（根根根根据据据据投投投投食食食食方方方方式式式式）分分间间歇歇式式培培养养（分分分分批批批批培培培培养养养养）、连续式培养连续式培养两种情况两种情况n n1.间歇培养间歇培养n n提问：提问：提问：提问：如何人工进行细菌间歇培养？如何人工进行细菌间歇培养？如何人工进行细菌间歇培养？如何人工进行细菌间歇培养？n n开开开开始始始始时时时时的的的的一一一一次次次次性性性性投投投投料料料料和和和和接接接接种种种种细细细细菌菌菌菌（其其其其余余余余时时时时间间间间细细细细菌菌菌菌根据环境变化自行生灭）根据环境变化自行生灭）根据环境变化自行生灭）根据环境变化自行生灭）研究微生物生长的方法研究微生物生长的方法（“坐吃山空型坐吃山空型”）应用应用：生理特性研究、生物发酵和生物治污生理特性研究、生物发酵和生物治污生理特性研究、生物发酵和生物治污生理特性研究、生物发酵和生物治污细菌生长曲线细菌生长曲线 稳定期稳定期 衰衰亡亡期期 细细菌菌数数目目的的对对数数值值 0时间时间t t细菌的数量很大，都是细菌的数量很大，都是细菌的数量很大，都是细菌的数量很大，都是1010的的的的n n次方次方次方次方，取对数作图时方便，取对数作图时方便，取对数作图时方便，取对数作图时方便，010010代表代表代表代表1 110101010总菌数总菌数总菌数总菌数活菌数活菌数活菌数活菌数 迟迟 慢慢 期期对对数数期期 （1）迟缓期）迟缓期“万事开头难万事开头难万事开头难万事开头难”n n特征：特征：细细 菌菌 缓缓 数数 慢慢 目目 期期 的的 对对 数数 值值 0时间时间t提问：提问：提问：提问：为什么会出现迟缓为什么会出现迟缓为什么会出现迟缓为什么会出现迟缓期呢？期呢？期呢？期呢？n n 代谢活跃，代谢活跃，代谢活跃，代谢活跃，个体体积、重量增高个体体积、重量增高个体体积、重量增高个体体积、重量增高n n 不立即进行细胞分裂、增殖，不立即进行细胞分裂、增殖，不立即进行细胞分裂、增殖，不立即进行细胞分裂、增殖，数量不变甚至减少数量不变甚至减少岗前培训岗前培训岗前培训岗前培训适应环境（适应环境（合成相应的酶合成相应的酶），营养储备（，营养储备（用于复制合用于复制合成成）（2）对数期）对数期（青年）（青年）（青年）（青年）n n所有细菌均繁殖所有细菌均繁殖故称故称对数期对数期。n细菌数目细菌数目X X增长率倍率增长率倍率的的对数对数与时间成正比。与时间成正比。特点特点n n平均代时平均代时平均代时平均代时（繁殖一代的时间）（繁殖一代的时间）（繁殖一代的时间）（繁殖一代的时间）最短最短n n提问：提问：提问：提问：细菌的代时与哪些因素有关？细菌的代时与哪些因素有关？细菌的代时与哪些因素有关？细菌的代时与哪些因素有关？细细菌菌 数数 目目 的的 对对 对对 数数 数数 期期 值值 0时间时间t 如大肠杆菌在如大肠杆菌在20时其代时其代时是时是35条件下的条件下的2倍；倍；伤寒杆菌在含伤寒杆菌在含0.125的蛋的蛋白胨培养基中的代时为白胨培养基中的代时为800min，而在含，而在含1.0时仅为时仅为40min。n n繁殖速度最快繁殖速度最快繁殖速度最快繁殖速度最快n n 种类遗传种类遗传种类遗传种类遗传、个体健康情况、个体健康情况、个体健康情况、个体健康情况(营养、环境条件营养、环境条件营养、环境条件营养、环境条件)n n此此时时所所有有细细菌菌在在二二分分裂裂生生长长,分分分分别别别别测测测测定定定定t0时刻与时刻与时刻与时刻与t时间细菌的数量时间细菌的数量时间细菌的数量时间细菌的数量X0与与与与X对数期细菌代时对数期细菌代时G计算计算n n1 12 22 22 22 23 3(2(22 2)2)2)2 24 42 25 522n nt0 0tX=X0*2nX/X0=2nn nX X0 0XX0 0224 4 X(X X(X0 022n n)()(n=1n=1、2 2、3 3)n n n n繁殖代数繁殖代数繁殖代数繁殖代数 n n代时代时（3）稳定）稳定期期（中年）（中年）（中年）（中年）n n出生率死亡率出生率死亡率 细细 菌菌 缓缓 数数 慢慢 目目 期期 的的 对对 稳定期稳定期 对对 数数 衰老期衰老期 数数 期期 值值 0 t 时间时间n n死亡死亡死亡死亡原因原因原因原因n n营营营营养养养养短短短短缺缺缺缺、代代代代谢谢谢谢毒毒毒毒物物物物增增增增多多多多n n（相相相相当当当当于于于于重重重重量量量量变变变变化化化化曲曲曲曲线线线线中中中中的增长率下降阶段的增长率下降阶段的增长率下降阶段的增长率下降阶段）（4）死亡期）死亡期（老年）（老年）（老年）（老年）n n死亡率出生率死亡率出生率死亡率出生率死亡率出生率（相当于重量法的内源呼吸阶段）（相当于重量法的内源呼吸阶段）（相当于重量法的内源呼吸阶段）（相当于重量法的内源呼吸阶段）n n提问：提问：提问：提问：如何给细菌延年益寿呢？如何给细菌延年益寿呢？如何给细菌延年益寿呢？如何给细菌延年益寿呢？n n补营养补营养补营养补营养、环保环保环保环保（去除环境毒物）（去除环境毒物）（去除环境毒物）（去除环境毒物）人类群体有类似规律吗人类群体有类似规律吗？n n提问：提问：提问：提问：根据上述原因选择接种何种状态的细菌根据上述原因选择接种何种状态的细菌根据上述原因选择接种何种状态的细菌根据上述原因选择接种何种状态的细菌迟缓期会较长？迟缓期会较长？迟缓期会较长？迟缓期会较长？n n对数期的细菌、稳定期或衰亡期、受损细胞、对数期的细菌、稳定期或衰亡期、受损细胞、对数期的细菌、稳定期或衰亡期、受损细胞、对数期的细菌、稳定期或衰亡期、受损细胞、富集培养基的细菌富集培养基的细菌富集培养基的细菌富集培养基的细菌n n后三种后三种后三种后三种稳定期细胞稳定期细胞稳定期细胞稳定期细胞基基基基本耗尽了各种本耗尽了各种本耗尽了各种本耗尽了各种辅酶或其他细辅酶或其他细辅酶或其他细辅酶或其他细胞成分胞成分胞成分胞成分受损细受损细受损细受损细胞胞胞胞养伤养伤养伤养伤修复修复修复修复富集培养基细富集培养基细富集培养基细富集培养基细菌需要菌需要菌需要菌需要合成合成合成合成“自力更生自力更生自力更生自力更生”酶酶酶酶菌种本身的菌种本身的菌种本身的菌种本身的遗传特性（如遗传特性（如遗传特性（如遗传特性（如转基因高效菌转基因高效菌转基因高效菌转基因高效菌）和接种）和接种）和接种）和接种数量数量数量数量也会影响迟缓期的长短。也会影响迟缓期的长短。也会影响迟缓期的长短。也会影响迟缓期的长短。A A在实际工作中如接种菌种以启动在实际工作中如接种菌种以启动在实际工作中如接种菌种以启动在实际工作中如接种菌种以启动新的水处理设施，投加新鲜污泥新的水处理设施，投加新鲜污泥新的水处理设施，投加新鲜污泥新的水处理设施，投加新鲜污泥时，接种的细菌不习惯于新环境，时，接种的细菌不习惯于新环境，时，接种的细菌不习惯于新环境，时，接种的细菌不习惯于新环境，会出现或长或短的迟缓期，会出现或长或短的迟缓期，会出现或长或短的迟缓期，会出现或长或短的迟缓期，迟缓迟缓迟缓迟缓期的出现会增加操作时间，降低期的出现会增加操作时间，降低期的出现会增加操作时间，降低期的出现会增加操作时间，降低工作效率工作效率工作效率工作效率采用处于采用处于高效菌群对数期高效菌群对数期的菌种的菌种、增大接种量增大接种量、尽量保持尽量保持接种前后所处的培养介质和条件一致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等方法来缩短或消除迟缓期提问：提问：我们可以通过哪些手段缩短迟缓期呢？我们可以通过哪些手段缩短迟缓期呢？我们可以通过哪些手段缩短迟缓期呢？我们可以通过哪些手段缩短迟缓期呢？n n提提提提问问问问：哪哪哪哪个个个个时时时时期期期期（迟迟迟迟缓缓缓缓期期期期、对对对对数数数数期期期期、稳稳稳稳定定定定期期期期、衰衰衰衰亡亡亡亡期期期期）代时最具有种属代表性？为什么？代时最具有种属代表性？为什么？代时最具有种属代表性？为什么？代时最具有种属代表性？为什么？n n对数期对数期对数期对数期代时代时代时代时n n对数期细菌对数期细菌对数期细菌对数期细菌代谢活力强代谢活力强代谢活力强代谢活力强、生长速率快生长速率快生长速率快生长速率快、群体细胞、群体细胞、群体细胞、群体细胞化学组分化学组分化学组分化学组分、形态和形态和形态和形态和生理特性生理特性生理特性生理特性等比较一致。等比较一致。等比较一致。等比较一致。n n提问？提问？提问？提问？教学实验和发酵工业用对数期细胞做实验材料。教学实验和发酵工业用对数期细胞做实验材料。教学实验和发酵工业用对数期细胞做实验材料。教学实验和发酵工业用对数期细胞做实验材料。n n细细菌菌代代时时通通常常指指最最适适条条件件下下的的对对数数期期代时代时 2.连续培养连续培养 n n一方面连续进料，另一方面又连续出料。一方面连续进料，另一方面又连续出料。一方面连续进料，另一方面又连续出料。一方面连续进料，另一方面又连续出料。n n原理：原理：原理：原理：进料进料进料进料=补足营养补足营养补足营养补足营养(“污染物污染物污染物污染物”)n n 出料出料出料出料=稀释菌浓度、毒物浓度稀释菌浓度、毒物浓度稀释菌浓度、毒物浓度稀释菌浓度、毒物浓度n n它又分为两种它又分为两种它又分为两种它又分为两种：恒浊恒浊恒浊恒浊连续培养连续培养连续培养连续培养、恒化恒化恒化恒化连续培养连续培养连续培养连续培养。（1）恒浊连续培养恒浊连续培养 n n恒浊恒浊恒浊恒浊培养基浊度培养基浊度培养基浊度培养基浊度恒定（恒定（恒定（恒定（实质是细菌数实质是细菌数实质是细菌数实质是细菌数量恒定量恒定量恒定量恒定）新鲜培养基新鲜培养基光电池光电池光源光源流速控制阀流速控制阀出出出出水水水水n n很少很少很少很少应用应用应用应用 反反反反馈馈馈馈控控控控制制制制（2）恒化连续培养恒化连续培养 n n化化化化？新鲜培养基新鲜培养基流速控制阀流速控制阀出出出出水水水水n n应用：应用：应用：应用：环境工程、生物环境工程、生物环境工程、生物环境工程、生物工程、实验室研究（工程、实验室研究（工程、实验室研究（工程、实验室研究（细细细细菌生理特性研究、细菌菌生理特性研究、细菌菌生理特性研究、细菌菌生理特性研究、细菌的快速筛选等的快速筛选等的快速筛选等的快速筛选等）。）。）。）。流速恒定流速恒定流速恒定流速恒定进料营养物总量进料营养物总量进料营养物总量进料营养物总量n n目前目前目前目前,污水连续生物处理法均污水连续生物处理法均污水连续生物处理法均污水连续生物处理法均类似类似类似类似于于于于恒化连续恒化连续恒化连续恒化连续培养培养培养培养；（流速不完全恒定）；（流速不完全恒定）；（流速不完全恒定）；（流速不完全恒定）3污污(废废)水连续处理中的细菌生长状态水连续处理中的细菌生长状态n不同的生物反应器不同的生物反应器，细细菌菌的的生生长状态可能不同！长状态可能不同！n 乃至同一乃至同一 反应器内反应器内不同位置处不同位置处连续生物处理中的细菌状态表连续生物处理中的细菌状态表 细菌的生细菌的生长阶段长阶段应用举例应用举例特点特点迟缓期迟缓期无无连续化稳定操作中没有这一阶段连续化稳定操作中没有这一阶段对数生长期对数生长期高负荷活性污高负荷活性污泥法泥法(大部分区域大部分区域)稳定期稳定期生物膜法生物膜法常规活性污泥法常规活性污泥法 (大部分区域大部分区域)生长繁殖快，代谢活力强，能大量生长繁殖快，代谢活力强，能大量去除废水中有机物。去除废水中有机物。（缺点是细菌缺点是细菌表面的表面的粘液层和荚膜尚未形成粘液层和荚膜尚未形成，运，运动很活跃，不易自行凝聚成菌胶动很活跃，不易自行凝聚成菌胶团，团，沉淀性能差沉淀性能差，致使出水水质有，致使出水水质有机物浓度相对较高机物浓度相对较高）衰老期衰老期低浓度污水延时低浓度污水延时曝气法曝气法污泥的厌氧消化污泥的厌氧消化营养物浓度过低，难以满足其他阶营养物浓度过低，难以满足其他阶段细菌的生长需要段细菌的生长需要虽然比对数生长期的差，但仍有相虽然比对数生长期的差，但仍有相当的代谢活力，细菌体内积累了大当的代谢活力，细菌体内积累了大量贮存物，如异染粒、聚量贮存物，如异染粒、聚羟基羟基丁酸等，体表的粘液层和荚膜强化丁酸等，体表的粘液层和荚膜强化了细菌的生物吸附能力，了细菌的生物吸附能力，自我絮自我絮凝、聚合能力强，在二沉池中泥水凝、聚合能力强，在二沉池中泥水分离效果好，分离效果好，出水水质好出水水质好。1:0.40.81:0.40.8BOD.dBOD.d-细菌与降解细菌与降解细菌与降解细菌与降解BODBOD重量比重量比重量比重量比1:0.41:0.4以下以下以下以下进水进水对数期对数期稳定期稳定期衰老期衰老期n平平流流式式活活性性污污泥泥法法n占优势占优势