水处理生物学细菌的生长和遗传变异培训课件

水水处理生物学理生物学细菌的菌的生生长和和遗传变异异主要内容n3-1 细菌的生长及特性细菌的生长及特性n3-2 细菌的遗传与变异细菌的遗传与变异2水处理生物学细菌的生长和遗传变异一、生长与繁殖的概念一、生长与繁殖的概念二、细菌生长的测定方法二、细菌生长的测定方法三、细菌的生长特性三、细菌的生长特性四、微生物膜的生长特性四、微生物膜的生长特性3水处理生物学细菌的生长和遗传变异3-1-1 生长与繁殖生长与繁殖同化作用大于异化作用时，细胞质的量增加，表现在细胞体积或重量的不断增加，这种现象称生长。生长一定程度后细胞分裂，这就是繁殖。个体的生长和繁殖体现为群体的生长。（微生物重量或数目的增加）。群体生长个体生长个体繁殖群体生长个体生长个体繁殖在微生物学中“只有群体的重复”才有意义，因此“生长”一般指群体生长。4水处理生物学细菌的生长和遗传变异3-1-2 细菌的生长测定方法细菌的生长测定方法计数法l直接计数法借助显微镜l间接计数法平板计数生长量测定法l测定重量、体积、含氮量来反映细菌的生长5水处理生物学细菌的生长和遗传变异（一）（一）计数法计数法1、直接计数法（显微镜）涂片染色法：一定量样品涂布在载玻片上，染色后计数。滤膜染色法：一定量样品过滤到滤膜上，然后染色计数。比例计数法将已知颗粒浓度的液体与待测菌液按一定比例混合后在显微镜下，测各自的数目。6水处理生物学细菌的生长和遗传变异涂片染色法涂片染色法1 1视野菌液视野菌液(ml)(ml)(0.1ml(0.1ml 1cm1cm2 2)*)*视野面积视野面积视野面积视野面积(cm(cm2 2)7水处理生物学细菌的生长和遗传变异8水处理生物学细菌的生长和遗传变异计数器计数器(血球计数板）血球计数板）测定法测定法1 11010-4-4 mlml菌液菌液9水处理生物学细菌的生长和遗传变异数了数了80个小格中有个小格中有120个细菌，样品中的细菌浓度是多少？个细菌，样品中的细菌浓度是多少？(120个个 80)400/110-4 ml=600104个个/ml适用范围：适用范围：测定个体较大的细菌或原生动物细细菌菌个个体体若若太太小小、过过多多，由由于于每每一一小小格格中中细细菌层层叠加，相互遮挡，难以准确计数。菌层层叠加，相互遮挡，难以准确计数。数数数数细菌（或其他微生物或细胞）数目，（一般数细菌（或其他微生物或细胞）数目，（一般数165=80个小格），个小格），折算折算样品细菌浓度；样品细菌浓度；10水处理生物学细菌的生长和遗传变异滤膜染色法滤膜染色法l一定量样品过滤到滤膜上，然后染色计数。一定量样品过滤到滤膜上，然后染色计数。l需要知道滤液的体积和滤膜的面积。需要知道滤液的体积和滤膜的面积。l在显微镜下计数，方法相同。在显微镜下计数，方法相同。11水处理生物学细菌的生长和遗传变异比例计数法比例计数法n比例比例样品菌液与等体积（或成一定比例）的血液混合，样品菌液与等体积（或成一定比例）的血液混合，观测二者比例观测二者比例如果如果如果如果平均每个视野中细菌数量平均每个视野中细菌数量/红血球的数量红血球的数量比例为比例为5.55.5：1 1，则细菌数量，则细菌数量=？5.5400万个万个/m l=2.2107个个/mL样品样品n红红血血球球数数已已知知(男男性性400500400500万万万万个个个个mLmL，女女性性350450350450万万万万个个个个mLmL)，平均平均400400万个万个/m mL L细细细细菌菌菌菌红红红红血血血血球球球球比例计数法将已知颗粒浓度的液体与待测菌液按一定比例混合后在显微镜下，测各自的数目。（特点：不要求记体积）12水处理生物学细菌的生长和遗传变异DAPI:46-diamidino-2-phenylindole,dihydrochloride4,6-二二脒基基-2苯基苯基吲哚DNA2Cl-H2N+NH2CNHH2N-C NH2Measurement of total cell counts全细胞染色法（死活不分）：DAPI染色染色，DTAFDAPI:无毒性荧光染料，能够与DAN双链强力结合并产生荧光。采用358nm紫外光照射能发射明亮的蓝色荧光。13水处理生物学细菌的生长和遗传变异5-DTAF:5-(4,6-dichlorotriazinyl)aminofluoresceinDNAOOHOOHOOHNHNNClNClMeasurement of total cell counts全细胞染色法（死活不分）：DAPI染色染色，DTAF14水处理生物学细菌的生长和遗传变异有必要区分细菌的死活吗？n饮用水中卫生细菌学标准是TBC 接种量：特别是X0/S0，即初期微生物浓度与基质浓度的比。产生延滞期的原因：缺乏分解新环境中有关基质的酶；缺乏充足的代谢中间产物。总细胞数活细胞数III培养时间细胞个数底物特点：底物充足46水处理生物学细菌的生长和遗传变异2）指数期（exponential phase）对数期、生长率上升阶段细胞数（量）以指数形式增加的时间段。细菌 特点：生长速率最大，世代时间（generation time）最短 酶系活跃、代谢旺盛细胞进行平衡生长，体内各成分最为均匀 底物特点：底物充足，大量被细菌消耗，降解速率最高总细胞数活细胞数III培养时间细胞个数47水处理生物学细菌的生长和遗传变异指数期数学描述世代时间n 世代数48水处理生物学细菌的生长和遗传变异3）稳定期（stationary phase）：恒定期、静止期、生长下降期细菌特点：净增长速度为零繁殖与死亡速度相等正生长与负生长相等底物特点：底物被大量消耗，不能够维持对数期细菌高生长速率所需要的有机物质，导致细菌生长率下降出现稳定期的原因：营养物尤其是生长因子耗尽 营养物比例失调 pH、DO、氧化还原电位的变化总细胞数活细胞数III培养时间细胞个数49水处理生物学细菌的生长和遗传变异4）衰亡期（decline phase,death phase）内源呼吸期（endogenous respiration phase）内源呼吸：体内贮藏物质酶等一部分细胞物质的氧化。细菌特点：细胞会发生自溶现象（autolysis），蛋白质水解酶活力 往往产生芽孢出现死亡期的原因：营养物不足 外界条件恶化底物特点：底物被微生物大量耗尽，微生物因得不到营养 而进行内源呼吸总细胞数活细胞数III培养时间细胞个数51水处理生物学细菌的生长和遗传变异细菌生长的数学描述生长与基质浓度的关系微生物比增长速度：单位时间，单位微生物量的增加量基质浓度s52水处理生物学细菌的生长和遗传变异Ks:饱和常数，与的s值相等KsS时sKsMonod公式（莫诺特公式）经验公式（微生物增长）53水处理生物学细菌的生长和遗传变异对于像活性污泥这样的混合微生物群，也有类似的生长曲线。细菌生长期与废水生物处理：细菌生长期与废水生物处理：水处理中如何避免缓慢期接种对数期或代谢旺盛的污泥增加接种量污泥驯化 微生物维持到对数期可获得高的处理能力，即分解速度高，但处理效果不一定好菌活力大，不易凝聚和沉淀需要充足的营养物，故得不到好的水质54水处理生物学细菌的生长和遗传变异 处于稳定期污泥虽然生长速度有所下降，但有一定的代谢活性，絮凝沉降性能好。故传统的活性污泥法常运行在这个范围。衰亡期只出现在某些特殊的水处理场合，如延时曝气及污泥消化，出水水质好。55水处理生物学细菌的生长和遗传变异食料/微生物代谢速率内源呼吸阶段生长率下降阶段生长率上升阶段（沉降性能好）（沉降性能差）大多数活性污泥处理系统运行范围延时曝气，污泥消化微生物代谢速率与食料微生物代谢速率与食料/微生物的关系微生物的关系注意：各个阶段的食物/菌量比发生变化，相当于活性污泥中的负荷。F/M（食稀比）56水处理生物学细菌的生长和遗传变异3-1-4 微生物膜的生长特性微生物膜的生长特性1.生物膜的生长 液体培养基中加入固体物质（载体），微生物在其表面吸附、生长、繁殖形成形成膜，这种膜叫微生物膜。微生物膜的生长膜厚的增加，密度也将发生变化从单位固体表面积上的微生物量（mg/cm2）上看可分为6个阶段延滞期、加速增长期、恒速增长期、减速增长期、安定期、脱落期59水处理生物学细菌的生长和遗传变异延滞期延滞期加速增长期加速增长期恒速增长期恒速增长期减速增长期减速增长期安定期安定期脱落期脱落期60水处理生物学细菌的生长和遗传变异61水处理生物学细菌的生长和遗传变异（1）延滞期：细胞吸附在固体表面上的过程（沉降）影响吸附速度的因子：材质、表面性质、形状、细胞的性质、操作条件（2）加速增长期：还没有形成完整的膜（3）恒速增长期：活性细胞量达到最大，形成完整的膜。膜表面凹凸不平。62水处理生物学细菌的生长和遗传变异（4）减速增长期：恒速增长期与安定期的过渡期，持续时间短。（5）安定期：增长速度与脱落速度相平衡，膜量及膜厚达到最大值。（6）脱落期：外因：流体的剪切力 内因：细菌的死亡、气泡的形成，细胞外高分子量的变化。63水处理生物学细菌的生长和遗传变异2.生物膜的特性（1）有效膜厚并不是全部有活性基质的扩散细胞的死亡70200m（平均100 m），并不是越厚越好。（2）密度（与膜厚有关）微生物膜的湿密度：密度有时小于水，一般接近于1。（因为有气泡的存在）64水处理生物学细菌的生长和遗传变异湿生物膜组成（体积比）：细胞5-15%，气泡2-18%，水7090%（3）组成：（g-/g-生物膜）COD：0.47TOC：0.46T-N：0.11T-P：0.22生物膜干组成：（g-/g-生物膜）65水处理生物学细菌的生长和遗传变异膜厚膜体积/载体表面积生物膜湿重/表面积生物膜湿重（载体膜）载体生物膜生物量的测定方法：超声波脱落，按照细菌数量测定。生物膜的测量方法66水处理生物学细菌的生长和遗传变异第一次作业n请绘制间歇培养模式下的细菌生长曲线并说明各个生长阶段底物和细菌生长的特点。67水处理生物学细菌的生长和遗传变异