微生物的生长和遗传变异_1课件

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1、第七章 微生物的生长和遗传变异,主要教学内容： 第一节 微生物的生长及其特性 第二节 微生物的遗传 第三节 微生物的变异 第四节 遗传工程 第五节 微生物的驯化与保藏,教学目的要求： 掌握: 1、微生物生长的常用测定方法。 2、微生物间歇培养时的生长曲线。 3、微生物年龄段的划分及决定微生物生长处于哪一个阶段或时期的主要因素。 4、微生物的世代时间及世代时间的测定时期。,第一节 微生物的生长及其特性,5、微生物生长阶段（或时期）与污水生物处理效果的关系及稳定期在废水处理过程中的具体应用。 6、生物膜的定义。 7、生物膜的生长特性。,第一节 微生物的生长及其特性,一、生长与繁殖的基本概念 微生物

2、体积小，相对面积较大，物质吸收快，转化快。微生物（如细菌）的生长与繁殖迅速，适应性强。 （一）、微生物的生长 微生物的生长指微生物在适宜的环境条件下，不断地吸收营养物质，并按照自已的代谢方式进行代谢活动，如果同化作用大于异化作用，则细胞质量不断增加，体积得以增大，表现在细胞自身就是体积或重量的不断增加，这种现象叫生长。,第一节 微生物的生长及其特性,（二）、微生物的繁殖 微生物的繁殖微生物生长到一定阶段，便分裂成子细胞（细菌主要是以二分裂的方式），子细胞重复以上过程，这就是繁殖。 微生物繁殖很快，多数在2030min繁殖一代（大肠杆菌37，18min；硝化细菌，824小时；只有少数可以长达几十

3、小时，甚至几天。） （三）、微生物生长指标的确定 微生物生长量法； 微生物计数法。,第一节 微生物的生长及其特性,二、微生物生长的测定方法 微生物生长的测定方法主要有计数法、测生长量法、其它生理生化指标法。 为什么要测定微生物的生长？ 原因： 评价特定废水处理时污泥驯化效果的好坏； 评价特定细菌培养条件是否合适； 评价水处理构筑物（如曝气池）是否正常运转等。,第一节 微生物的生长及其特性,（一）、计数法 计数法有显微镜直接计数法、荧光染色计数法、活菌计数法、特定微生物计数法等。目前普遍采用的是显微镜直接计数法、活菌计数法。 1、显微镜直接计数法 显微镜直接计数法是常用的微生物生长测定方法，特点

4、是测定过程迅速，但不能确定微生物的死活。（微生物的死活不分）,第一节 微生物的生长及其特性,显微镜直接计数法有涂片染色法、计数器测定法、比例计数法等，目前普遍采用的是计数器测定法。,第一节 微生物的生长及其特性,*（1）、计数器测定法 计数器测定法采用特殊的微生物或血球计数板（器）进行测定。操作过程是取一定体积的待测样品放于计数器的测定小室与盖玻片之间，在显微镜的高倍镜下直接计数。由于测定小室的体积是已知的，因此根据得到的计数值就可以计算出微生物或细菌的数量。 血球计数板上的计数室体积为0.1mm3，通过简单的数学换算可以计算出细菌或微生物的含量。(个/mL)。 计数器构造见下图。,第一节 微

5、生物的生长及其特性,图7-1 血球计数板示意图,槽,槽,槽,槽,第一节 微生物的生长及其特性,记数室内微生物或细菌的分布见下图。,图7-2 记数室内微生物或细菌的分布,第一节 微生物的生长及其特性,2、活菌计数法 特点：不含死的细菌细胞，但测定所需的时间较长。 活菌计数法有平板计数法、液体计数法、薄膜计数法。其中以平板计数法最为常用。,第一节 微生物的生长及其特性,*（1）、平板计数法 将样品作一系列10倍梯度稀释,然后将相应稀释度的样品（如1mL，平行做23次）涂布到平板中，或与已经融化好的固体培养基混合、摇匀、凝固。将待培养的平板倒置于培养箱中培养，一定时间后观察并计数生长的微生物的菌落数

6、，最终根据微生物的菌落数、取样量、稀释度并经过简单的换算得出样品微生物的浓度。 平板计数法具体做法见下图。,第一节 微生物的生长及其特性,图 7-3 平板计数法具体做法,9ml无菌水,第一节 微生物的生长及其特性,图7-4,皿底,皿盖,第一节 微生物的生长及其特性,第一节 微生物的生长及其特性,7-5 细菌固体培养基上的典型群体特征,平板计数法的主要注意事项： 一般取菌落数在30300个的平板进行计数。过多或过少均不采用。 原因：菌落数太多，计数费时费力；菌落数太少，计数误差太大。 培养皿倒置于培养箱中培养。 原因：为了防止培养基内水分蒸发到皿盖上而使培养基变干，影响微生物的培养。 限用于能够

7、在培养基上形成菌落的微生物。,第一节 微生物的生长及其特性,平板计数法试验实例,第一节 微生物的生长及其特性,表7-1,（2）、液体计数法（如三管法或五管法） 液体计数法主要用于不能在平板培养基上形成菌落的微生物。 具体做法是：将待测样品作10倍梯度稀释，取相应稀释度的样品（1mL）分别接种到3管或5管一组的数组液体培养基中，培养一定时间后，观察各管及各组中细菌是否生长，记录结果，根据读数规则，查已专门处理好的最可能数表，得出细菌的最终含量。,第一节 微生物的生长及其特性,试验结果举例,根据试验结果及读数规则，查表得出微生物或细菌的含量。,第一节 微生物的生长及其特性,（3）、薄膜计数法 对于

8、某些细菌含量较低的测定样品（如空气或饮用水），可以采用薄膜计数法。 该方法是将一定体积的待测样品通过带有许多小孔但又不让细菌流出的微孔滤膜，借助膜的作用将微生物截留，再将膜（有细菌的一面向上）放于固体培养基表面培养，然后类似平板计数法计算结果。,第一节 微生物的生长及其特性,图7-6 滤器装置,第一节 微生物的生长及其特性,上述活菌计数法所用的样品必须成分散的悬浮状态，否则要强化分散。,（二）、测生长量法 测生长量法有测重量法、光密度法、测元素法、测其它生理生化指标法法等。目前普遍采用的是测重量法、光密度法、测其它生理生化指标法。 *1、重量法（测定细胞干重） 过程：取经过培养一段时间的待测微

9、生物样品，用离心机离心后收集生长后的微生物细胞，或用滤纸、滤膜过滤截取生长后的微生物细胞，然后在105110下进行干燥（恒重），称取干燥后的重量，以此代表微生物生长量的多少。,第一节 微生物的生长及其特性,活性污泥水处理构筑物内微生物生长量通常用这种细胞干重测定法。活性污泥法中微生物的生长量指标是混合液悬浮固体浓度MLSS或混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）。 测定MLSS具体做法1：取一定体积的待测活性污泥样品，放于蒸发皿中干燥，然后称重。（恒重） 测定MLSS具体做法2：取一定体积的待测活性污泥样品（一般用量筒量取100mL），经过滤干燥（105110左右）称重。（恒重）,第一节 微生

10、物的生长及其特性,MLSS不仅包括细菌或微生物，还包括无机颗粒等。因此MLVSS能更精确地表示细菌或微生物的生长量。 MLVSS测定过程是：将已测得干重的污泥样品，放于马福炉内550下灼烧2h，微生物中含有的各种有机物就被分解成为CO2和H2O 并蒸发掉。因此烧掉的部分就是挥发性悬浮固体重量。 实际水处理中，MLSS用的较多（原因：测定方便、迅速）。,第一节 微生物的生长及其特性,*2、光密度法（比浊计数法） 光密度法是测定悬浮细胞的快速方法。原理是：溶液的吸光度与溶液的混浊度即微生物悬浮细胞浓度正比。根据悬浮溶液的吸光度，查已经绘制好的标准曲线，（吸光度与微生物浓度的关系曲线），可以得到溶液

11、中微生物的浓度。,第一节 微生物的生长及其特性,*3、其它生理生化指标法 微生物生长过程中，要吸收和消耗一些物质，同时产生和分泌另外一些物质。通过测定这些物质的变化，可以间接表示或估计微生物的生长情况。 如测定待测样品中营养物质（COD）的消耗，溶解氧的消耗，有机酸的产生，H2和CH4的产生（厌氧微生物的生长及活性测定）。,第一节 微生物的生长及其特性,（三）、其它 元素法（如测细胞含氮量、蛋白质、DNA含量等）、荧光染色计数法等。 以上测定法均需要按照实验指导书进行。,第一节 微生物的生长及其特性,三、微生物的生长特性 （一）、间歇培养 间歇培养的特点：营养物质一次性投加。 *1、间歇培养生

12、长曲线 间歇培养的方法：将少量微生物接种于一定量的液体培养基内，在适宜的温度下培养，在培养过程中不加入也不取出培养基和微生物。 微生物间歇培养模式见下图。,第一节 微生物的生长及其特性,图7-7 微生物间歇培养模式,菌种和液体培养基一次性加入。,第一节 微生物的生长及其特性,间歇培养生长曲线的测定：在间歇培养过程中定时取样测定活微生物数目或重量的变化，以活微生物个数或微生物重量为纵坐标，培养时间为横坐标，即可绘制出一曲线，此曲线称为微生物的生长曲线。 微生物的生长曲线分为：按活微生物重量绘制和按微生物数目的对数绘制两种。 按活微生物重量绘制的曲线见下图。,第一节 微生物的生长及其特性,图7-8

13、 微生物生长曲线（按活微生物重量绘制）,第一节 微生物的生长及其特性,曲线特点：将微生物或细菌的生长分为3个阶段：生长率上升阶段，生长率下降阶段，内源呼吸阶段。 生长率上升阶段：上升阶段初期，食料充足，微生物或细菌是在适应新的环境，一般不进行分裂，菌数不增加，但菌体逐渐增大，以后很快进入迅速繁殖的阶段，到上升阶段后期，生长率达到最高，此时分解培养基中有机物的速率也最高。（生长率上升阶段，微生物数目的对数同培养时间呈直线关系，所以生长率上升阶段又称为对数生长阶段。）,第一节 微生物的生长及其特性,生长率下降阶段：经过一定时间后，由于食料减少和对微生物有毒代谢产物的积累，环境逐渐不利于微生物的生长

14、，微生物生长繁殖速度逐渐下降，进入生长率下降阶段。（用于废水处理时菌体聚集效果好，活性污泥絮体能较好地形成，二沉池中容易沉淀，出水效果好。） 内源呼吸阶段：培养基中的食料已经很少，菌体内贮藏的物质，甚至体内的酶被都被当作营养物质来利用，此时微生物新合成的细胞质不足以因内源呼吸而耗去的细胞质，因此，微生物重量逐渐减少（因微生物死亡和内源呼吸）。,第一节 微生物的生长及其特性,*微生物年龄段的划分：上述3个阶段中，生长率上升阶段是微生物或细菌的年轻阶段，生长繁殖快、动能大；生长率下降阶段是微生物或细菌的中年阶段，生长活跃性、繁殖速度、动能均小于年轻阶段；内源呼吸阶段是微生物或细菌的衰老阶段，死亡速

15、度大于繁殖速度，生长不活跃，动能小。,第一节 微生物的生长及其特性,细菌的年龄表征法与人的不同，是用其群体特征来表征。 按微生物数目的对数绘制的生长曲线见下图。,第一节 微生物的生长及其特性,图7-9 微生物生长曲线（按微生物数目的对数绘制）,第一节 微生物的生长及其特性,图3-8把曲线分为四个时期，即：缓慢增长期、对数增长期、稳定增长期、衰老期。与重量生长曲线的对应关系如下：,缓慢增长期 对数增长期 稳定增长期 衰老期,生长率上升阶段,生长率下降阶段,内源呼吸阶段,生长率上升阶段初期,第一节 微生物的生长及其特性,生长曲线上每一时期的主要特点： 缓慢期:生长率上升阶段初期, 微生物不繁殖，数

16、目不增加，但菌体体积增长很快，其后期只有个别菌体繁殖。 对数期：微生物繁殖速度迅速增加。 稳定期：食料减少供不应求和细菌有毒代谢产物的积累，微生物生长繁殖速度逐渐下降，同时菌体死亡数目逐渐上升，最后达到新增加的微生物数与死亡数基本相等，活菌数保持相对平衡并处于最大值。,第一节 微生物的生长及其特性,衰老期（内源呼吸阶段）：微生物或细菌死亡速度大大增加，超过其繁殖速度，只有少数菌体进行繁殖，微生物进行内源呼吸，所以活微生物曲线显著下降。 *决定微生物生长处于哪一个阶段或时期的主要因素是：微生物周围营养物质的多少，即食料/微生物F/M，如下图。,第一节 微生物的生长及其特性,图7-10,（沉降性能好）,第一节 微生物的生长及其特性,曝气池中活性污泥混合液的絮凝沉降性能可用污泥沉降比SV、污泥沉降指数SVI来评价。 污泥沉降比SV是指曝气池混合液在100mL量筒中沉淀30min，污泥体积与原混合液体积之比，用百分数表示。 一般生活污水和城市污水的SV为15%30%。,第一节 微生物的生长及其特性,t=0min,t=3