第五章 微生物的生长繁殖和影响因子主要内容：
微生物的生长繁殖细菌的生长曲线细菌生长曲线在污（废）水微生物处理中的应用微生物的生存因子不利环境因子对微生物的影响微生物与微生物之间的关系第一节 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第一节 微生物的生长繁殖 (续）
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。
第一节 微生物的生长繁殖 (续）
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 。
用于培养微生物的摇床用于培养微生物的摇床一般摇床都可以控制转速和温度第一节 微生物的生长繁殖 (续）
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。
细菌的生长曲线第一节 微生物的生长繁殖 (续）
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、稳定期和衰亡期也可以粗分为四个时期（比较常用）
第一节 微生物的生长繁殖 (续）
下面按四个时期分别进行介绍 。
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 。
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 。
第一节 微生物的生长繁殖 (续）
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 。
第一节 微生物的生长繁殖 (续）
计算世代时间 G,
已知,t1,t2,X1,X2，
X2= X12n n=3.31(lg X2-lg X1)
由 G=( t2- t1)/n 可得,G=( t2- t1)/[3.31(lg X2-lg X1)]
另一种方法是假设,dX/dt=K1X 其中 K1为微生物的生长速度常数
ln(X2/X1)= K1(t2- t1)
令 X2=2 X1,则 t2- t1=G
代入,得,G=ln2/ K1 即 G=0.693/ K1
第一节 微生物的生长繁殖 (续）
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 。
第一节 微生物的生长繁殖 (续）
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） 。
第一节 微生物的生长繁殖 (续）
（ 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 。
第一节 微生物的生长繁殖 (续）
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 。
生物反应器（用于微生物的连续培养或分批培养，
可以控制温度、溶解氧,pH等多项指标）
第一节 微生物的生长繁殖 (续）
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。
第一节 微生物的生长繁殖 (续）
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 。
第一节 微生物的生长繁殖 (续）
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 。
微生物代谢速率与负荷的关系第一节 微生物的生长繁殖 (续）
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 。
第二节 微生物的生存因子微生物除需要营养外,还需要合适的环境生存因子 。 如果环境因子不正常,会造成微生物生命活动不正常,
甚至变异或死亡 。
一,温度微生物的生长要求有一定的温度范围：最低温度,最适温度,最高温度 。
根据细菌最适温度的不同,可把细菌分为：嗜冷菌 （ 5-
10℃ ）,嗜中温菌 （ 25-40℃ ）,嗜热菌 （ 50-60℃ ）
和嗜超热菌 （ 70-105℃ ） 。 大多数菌为 嗜中温菌 。
不同微生物对温度的要求不同，同一微生物在生长的不同时期对温度的要求也会不同。
温度对微生物的影响第二节 微生物的生存因子 (续）
二,pH
微生物的生命活动,物质代谢与 pH有密切关系 。 不同微生物对 pH的要求有不同 。 微生物对 pH的要求也存在最高,最低和最适三个点 。 常见的四大类微生物中,对
pH的最适 （ 范围 ） 要求分别是,细菌,6.5-7.5（ 4-
10） ；放线菌,7-8（ 5-10） ；霉菌,3-6（ 1.5-10） ；
酵母菌,5-6（ 1.5-10） 。
在废水生物处理中,pH一般在 6.5-8.5（ 6-9） 。 生物处理的主体是细菌,它要求 pH略为偏碱 。 过高的 pH会使原生动物呆滞,菌胶团解体,影响去除效果,而过低的
pH,会使霉菌大量繁殖,造成污泥膨胀 。
第二节 微生物的生存因子 (续）
三,氧化还原电位氧化环境具有正电位,还原环境具有负电位 。 各种微生物对氧化还原电位的要求不同,一般好氧微生物要求
Eh在 +300～ +400mV；专性厌氧的微生物要求在 -200~-
250mV；而兼性微生物,在 +100mV以上时进行好氧呼吸,在 +100mV以下时进行无氧呼吸 。
环境中的氧化还原电位受到氧分压和 pH等因子的影响 。
四,溶解氧微生物可分为：好氧微生物,兼性厌氧微生物和厌氧微生物 。
第二节 微生物的生存因子 (续）
1,好氧微生物
O2的作用有两个,一是作为最终电子受体,二是参与甾醇类和不饱和脂肪酸的合成 。
微生物只能利用溶解于水中的 O2,即溶解氧 （ DO） 。 DO与水温,大气压等因素有关,温度越高,氧的溶解度越小 。
在好氧生物处理中,DO是个十分重要的因子,要求提供充足的氧,一般曝气池中的 DO要求控制在 3~4mg/L。
2,兼性微生物即能在有氧条件下生存,又能在无氧条件下生存 。 但两者所表现的生理状态是很不同的 。
3,厌氧微生物只有在无氧条件下才能生存。对于专性厌氧微生物，要求绝对无氧的条件，氧的存在会使微生物死亡；另一些厌氧微生物，氧的存在与否对它没有影响，既不利用氧，也不中毒。
第二节 微生物的生存因子 (续）
五,太阳辐射辐射包括：可见光 （ 380-760nm）,紫外辐射 （ 280-
380nm）,近红外 （ 760-3000nm）,热红外 （ 6000-
15000nm） 及微波 （ 1-几厘米 ） 。 另外还有电离辐射等 。
可见光和红外辐射对进行光合作用的微生物有影响,能作为光合作用的能源 。
六,水的活度与渗透压水的活度 aw是用来衡量水的被吸附和溶液因子对水的可利用性的影响的指标,表示在一定温度 （ 如 25℃ ） 下,
某溶液或物质在与一定空间空气相平衡时的含水量与饱和空气水量的比值 。 大多数微生物在 aw为 0.95~0.99
时生长最好 。
第二节 微生物的生存因子 (续）
渗透压是在半透性膜两边的不同浓度的溶液之间产生的压力差。
微生物在不同渗透压的溶液中呈不同的反应：
等渗溶液，周围溶液 =体内（ 0.5-0.85%的 NaCL溶液，
也被称为生理盐水）
微生物生长良好；
低渗溶液，周围 <体内（如 0.01%的 NaCL溶液）
水分从细胞外进入细胞，细胞膨胀，严重者破裂；
高渗溶液，周围 >体内（如 20%的 NaCL溶液）
细胞内的水分子大量渗出，使细胞发生质壁分离。
微生物在不同渗透压溶液中的反应第二节 微生物的生存因子 (续）
七,表面张力表面张力是作用在物体表面单位长度上的收缩力 。 不同物质表面的表面张力不同,
会对微生物的生长,繁殖及形态产生影响 。
有些物质的加入,会改变溶液的表面张力,
如表面活性剂能降低表面张力,从而对微生物产生影响 。
第三节 其他不利环境因子对微生物的影响一,紫外辐射和电离辐射对微生物的影响紫外线：对微生物有致死作用,可用以杀菌,但穿透力较差,只能用于空气和物体表面的消毒；
电离辐射：低剂量时,有促进生长的作用；
高剂量时,则有致死作用 。
常用来进行诱变育种 。
第三节 其他不利环境因子对微生物的影响 (续）
二,超声波对微生物的影响超声波是频率超过 20000HZ的声波,人耳听不见 。
超声波具有强烈的生物学效应,能破坏细胞 。
常用来破坏细胞壁,制成细菌裂解液 。
三,重金属对微生物的影响汞,银,铜,铅及其化合物,能使蛋白质发生沉淀变性,使酶失去活性,而可以用来作为杀菌和防腐 。
第三节 其他不利环境因子对微生物的影响 (续）
四,极端温度对微生物的影响极端温度分高温和低温,影响有所不同 。
高温的影响在高温时，微生物的蛋白质会发生凝固变性，
呈不可逆的变性，导致微生物的死亡。 通常，可以利用高温对微生物的影响来达到杀灭微生物的目的。
第三节 其他不利环境因子对微生物的影响 (续）
灭菌 是指杀死一切微生物；而 消毒 仅是杀死致病微生物 。
高温灭菌的方法有：灼烧、干热灭菌和湿热灭菌。
灭菌的效果取决于细菌中最耐热的结构 —— 芽孢。
高温 消毒的方法：煮沸巴氏消毒法实验室所用高压蒸汽灭菌锅第三节 其他不利环境因子对微生物的影响 (续）
2,低温的影响低温下,微生物的代谢活力低,生长缓慢或停止,
但不致死 。 处于低温下的微生物一旦获得适宜的温度,即可恢复活性 。
利用这一特性,各种冰箱成为生物实验中保存生物样品或试剂的重要手段 。
一般冰箱的温度在 4℃ ~零下 18℃,可以用于保存一般的生物样品 。 而有的样品需要比较低的温度,甚至低达零下 70℃,或更低 （ 如使用液氮,
可以达到零下 196℃ ）
第三节 其他不利环境因子对微生物的影响 (续）
五,极端 pH对微生物的影响过高或过低的 pH对微生物的影响：
（ 1） 影响蛋白质的解离,从而影响细胞表面的电荷,影响营养物质的吸收；
（ 2） 影响营养物质的离子化,影响其进入细胞；
（ 3） 影响酶的活性；
（ 4） 降低抗热性 。
第三节 其他不利环境因子对微生物的影响 (续）
六,干燥对微生物的影响干燥能使微生物体内的蛋白质变性,引起代谢活动的停止,所以干燥会影响微生物的活性以至生命力 。
不同微生物对干燥的抗性差别很大,细菌的芽孢,藻类和真菌的孢子及原生动物的胞囊抗性较强 。
也可以用干燥的方法来保存微生物样品 。
第三节 其他不利环境因子对微生物的影响 (续）
七,若干有机物对微生物的影响
1,醇醇是脱水剂和脂溶剂,可使蛋白质脱水,变性,溶解细胞质膜的脂类物质,进而杀死微生物机体 。
体积分数为 70%左右的乙醇杀菌力最强 。
原因：
第三节 其他不利环境因子对微生物的影响 (续）
2,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 。 甲醛是气体,质量浓度为 370-
400g/L的甲醛水溶液称为福尔马林 。
3,表面活性剂常用的有酚,新洁尔灭,合成洗涤剂及染料等 。
第三节 其他不利环境因子对微生物的影响 (续）
八,抗生素对微生物的影响许多微生物在代谢过程中产生能杀死其他微生物或抑制其他微生物生长的化学物质,即抗生素 。
抗生素有广谱和狭谱之分 。 氯霉素,金霉素,土霉素和四环素可抑制许多不同种类的微生物,叫广谱抗生素 。 青霉素只能杀死或抑制革兰氏阳性菌,多粘菌素只能杀死革兰氏阴性菌,叫狭谱抗生素 。
抗生素对微生物的影响有以下四方面,(1)抑制微生物细胞壁合成； (2)破坏微生物的细胞质膜； (3)抑制蛋白质合成； (4)干扰核酸的合成 。
第四节 微生物与微生物之间的关系微生物不仅与环境因素密切相关,而且与其他生物之间也有密切关系 。 其实对于一个
（ 或一种 ） 生物而言,其他生物个体 （ 或种 ） 就是它的环境因素 。 根据两种生物种之间的关系 （ 有利,不利或中性 ）,可形成多种类型的相互关系 。 下面介绍几种常见的生物 （ 微生物 ） 之间的相互关系：
第四节 微生物与微生物之间的关系 (续）
一,竞争关系不同的微生物对于资源发生竞争,互相受到不好的影响,如对营养物质,空间地位等等 。 如在活性污泥中,菌胶团细菌和丝状菌会发生对溶解氧或营养的竞争 。
第四节 微生物与微生物之间的关系 (续）
二,原始合作关系 （ 互生关系 ）
两种可以单独生活的微生物共存,互为有利 。 这是一种可分可合,合比分好的相互关系 。
如 在植物根部生长的根际微生物与高等植物之间存在着互生关系,在人体肠道中,
正常菌群与人之间也存在着互生关系 。
又如在氧化塘中的藻类和细菌 。
第四节 微生物与微生物之间的关系 (续）
三,共生关系两种不可以单独生活的微生物共存,互为有利,彼此分离就不能很好地生活 。 地衣就是微生物间共生的典型例子,它是真菌和蓝细菌或藻类的共生体 。
叶状地衣 （南极石耳） 壳状地衣 （南极中国长城站海边崖岩上的地衣群落）
壳状地衣 （南极丽石黄衣，红色和赤星衣，米黄色） 壳状地衣 （南极的瘿茶渍衣）
第四节 微生物与微生物之间的关系 (续）
四,偏害关系 （ 拮抗关系 ）
拮抗关系是指一种微生物在其生命活动中,产生某种代谢产物或改变环境条件,从而抑制其他微生物的生长繁殖,甚至杀死其它微生物的现象 。
可分为特异性偏害和非特异性偏害 。 如乳酸菌对其他细菌的影响,产生抗生素的微生物 （ 如青霉菌产生青霉素 ） 对其他微生物的影响 （ 如革兰氏染色阳性菌 ） 等 。
第四节 微生物与微生物之间的关系 (续）
五,捕食关系一种微生物吞食另一种微生物,如原生动物吞食细菌等 。
六,寄生关系寄生指的是小型生物生活在较大型的生物体内或体表,从后者获得营养,进行生长,繁殖,并使后者蒙受损害甚至被杀死的现象 。 前者为寄生菌,
后者为寄主或宿主 。 如噬菌体与细菌的关系 。
微生物的生长繁殖细菌的生长曲线细菌生长曲线在污（废）水微生物处理中的应用微生物的生存因子不利环境因子对微生物的影响微生物与微生物之间的关系第一节 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第一节 微生物的生长繁殖 (续）
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。
第一节 微生物的生长繁殖 (续）
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 。
用于培养微生物的摇床用于培养微生物的摇床一般摇床都可以控制转速和温度第一节 微生物的生长繁殖 (续）
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。
细菌的生长曲线第一节 微生物的生长繁殖 (续）
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、稳定期和衰亡期也可以粗分为四个时期（比较常用）
第一节 微生物的生长繁殖 (续）
下面按四个时期分别进行介绍 。
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 。
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 。
第一节 微生物的生长繁殖 (续）
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 。
第一节 微生物的生长繁殖 (续）
计算世代时间 G,
已知,t1,t2,X1,X2，
X2= X12n n=3.31(lg X2-lg X1)
由 G=( t2- t1)/n 可得,G=( t2- t1)/[3.31(lg X2-lg X1)]
另一种方法是假设,dX/dt=K1X 其中 K1为微生物的生长速度常数
ln(X2/X1)= K1(t2- t1)
令 X2=2 X1,则 t2- t1=G
代入,得,G=ln2/ K1 即 G=0.693/ K1
第一节 微生物的生长繁殖 (续）
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 。
第一节 微生物的生长繁殖 (续）
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） 。
第一节 微生物的生长繁殖 (续）
（ 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 。
第一节 微生物的生长繁殖 (续）
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 。
生物反应器（用于微生物的连续培养或分批培养，
可以控制温度、溶解氧,pH等多项指标）
第一节 微生物的生长繁殖 (续）
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。
第一节 微生物的生长繁殖 (续）
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 。
第一节 微生物的生长繁殖 (续）
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 。
微生物代谢速率与负荷的关系第一节 微生物的生长繁殖 (续）
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 。
第二节 微生物的生存因子微生物除需要营养外,还需要合适的环境生存因子 。 如果环境因子不正常,会造成微生物生命活动不正常,
甚至变异或死亡 。
一,温度微生物的生长要求有一定的温度范围：最低温度,最适温度,最高温度 。
根据细菌最适温度的不同,可把细菌分为：嗜冷菌 （ 5-
10℃ ）,嗜中温菌 （ 25-40℃ ）,嗜热菌 （ 50-60℃ ）
和嗜超热菌 （ 70-105℃ ） 。 大多数菌为 嗜中温菌 。
不同微生物对温度的要求不同，同一微生物在生长的不同时期对温度的要求也会不同。
温度对微生物的影响第二节 微生物的生存因子 (续）
二,pH
微生物的生命活动,物质代谢与 pH有密切关系 。 不同微生物对 pH的要求有不同 。 微生物对 pH的要求也存在最高,最低和最适三个点 。 常见的四大类微生物中,对
pH的最适 （ 范围 ） 要求分别是,细菌,6.5-7.5（ 4-
10） ；放线菌,7-8（ 5-10） ；霉菌,3-6（ 1.5-10） ；
酵母菌,5-6（ 1.5-10） 。
在废水生物处理中,pH一般在 6.5-8.5（ 6-9） 。 生物处理的主体是细菌,它要求 pH略为偏碱 。 过高的 pH会使原生动物呆滞,菌胶团解体,影响去除效果,而过低的
pH,会使霉菌大量繁殖,造成污泥膨胀 。
第二节 微生物的生存因子 (续）
三,氧化还原电位氧化环境具有正电位,还原环境具有负电位 。 各种微生物对氧化还原电位的要求不同,一般好氧微生物要求
Eh在 +300～ +400mV；专性厌氧的微生物要求在 -200~-
250mV；而兼性微生物,在 +100mV以上时进行好氧呼吸,在 +100mV以下时进行无氧呼吸 。
环境中的氧化还原电位受到氧分压和 pH等因子的影响 。
四,溶解氧微生物可分为：好氧微生物,兼性厌氧微生物和厌氧微生物 。
第二节 微生物的生存因子 (续）
1,好氧微生物
O2的作用有两个,一是作为最终电子受体,二是参与甾醇类和不饱和脂肪酸的合成 。
微生物只能利用溶解于水中的 O2,即溶解氧 （ DO） 。 DO与水温,大气压等因素有关,温度越高,氧的溶解度越小 。
在好氧生物处理中,DO是个十分重要的因子,要求提供充足的氧,一般曝气池中的 DO要求控制在 3~4mg/L。
2,兼性微生物即能在有氧条件下生存,又能在无氧条件下生存 。 但两者所表现的生理状态是很不同的 。
3,厌氧微生物只有在无氧条件下才能生存。对于专性厌氧微生物，要求绝对无氧的条件，氧的存在会使微生物死亡；另一些厌氧微生物，氧的存在与否对它没有影响，既不利用氧，也不中毒。
第二节 微生物的生存因子 (续）
五,太阳辐射辐射包括：可见光 （ 380-760nm）,紫外辐射 （ 280-
380nm）,近红外 （ 760-3000nm）,热红外 （ 6000-
15000nm） 及微波 （ 1-几厘米 ） 。 另外还有电离辐射等 。
可见光和红外辐射对进行光合作用的微生物有影响,能作为光合作用的能源 。
六,水的活度与渗透压水的活度 aw是用来衡量水的被吸附和溶液因子对水的可利用性的影响的指标,表示在一定温度 （ 如 25℃ ） 下,
某溶液或物质在与一定空间空气相平衡时的含水量与饱和空气水量的比值 。 大多数微生物在 aw为 0.95~0.99
时生长最好 。
第二节 微生物的生存因子 (续）
渗透压是在半透性膜两边的不同浓度的溶液之间产生的压力差。
微生物在不同渗透压的溶液中呈不同的反应：
等渗溶液，周围溶液 =体内（ 0.5-0.85%的 NaCL溶液，
也被称为生理盐水）
微生物生长良好；
低渗溶液，周围 <体内（如 0.01%的 NaCL溶液）
水分从细胞外进入细胞，细胞膨胀，严重者破裂；
高渗溶液，周围 >体内（如 20%的 NaCL溶液）
细胞内的水分子大量渗出，使细胞发生质壁分离。
微生物在不同渗透压溶液中的反应第二节 微生物的生存因子 (续）
七,表面张力表面张力是作用在物体表面单位长度上的收缩力 。 不同物质表面的表面张力不同,
会对微生物的生长,繁殖及形态产生影响 。
有些物质的加入,会改变溶液的表面张力,
如表面活性剂能降低表面张力,从而对微生物产生影响 。
第三节 其他不利环境因子对微生物的影响一,紫外辐射和电离辐射对微生物的影响紫外线：对微生物有致死作用,可用以杀菌,但穿透力较差,只能用于空气和物体表面的消毒；
电离辐射：低剂量时,有促进生长的作用；
高剂量时,则有致死作用 。
常用来进行诱变育种 。
第三节 其他不利环境因子对微生物的影响 (续）
二,超声波对微生物的影响超声波是频率超过 20000HZ的声波,人耳听不见 。
超声波具有强烈的生物学效应,能破坏细胞 。
常用来破坏细胞壁,制成细菌裂解液 。
三,重金属对微生物的影响汞,银,铜,铅及其化合物,能使蛋白质发生沉淀变性,使酶失去活性,而可以用来作为杀菌和防腐 。
第三节 其他不利环境因子对微生物的影响 (续）
四,极端温度对微生物的影响极端温度分高温和低温,影响有所不同 。
高温的影响在高温时，微生物的蛋白质会发生凝固变性，
呈不可逆的变性，导致微生物的死亡。 通常，可以利用高温对微生物的影响来达到杀灭微生物的目的。
第三节 其他不利环境因子对微生物的影响 (续）
灭菌 是指杀死一切微生物；而 消毒 仅是杀死致病微生物 。
高温灭菌的方法有：灼烧、干热灭菌和湿热灭菌。
灭菌的效果取决于细菌中最耐热的结构 —— 芽孢。
高温 消毒的方法：煮沸巴氏消毒法实验室所用高压蒸汽灭菌锅第三节 其他不利环境因子对微生物的影响 (续）
2,低温的影响低温下,微生物的代谢活力低,生长缓慢或停止,
但不致死 。 处于低温下的微生物一旦获得适宜的温度,即可恢复活性 。
利用这一特性,各种冰箱成为生物实验中保存生物样品或试剂的重要手段 。
一般冰箱的温度在 4℃ ~零下 18℃,可以用于保存一般的生物样品 。 而有的样品需要比较低的温度,甚至低达零下 70℃,或更低 （ 如使用液氮,
可以达到零下 196℃ ）
第三节 其他不利环境因子对微生物的影响 (续）
五,极端 pH对微生物的影响过高或过低的 pH对微生物的影响：
（ 1） 影响蛋白质的解离,从而影响细胞表面的电荷,影响营养物质的吸收；
（ 2） 影响营养物质的离子化,影响其进入细胞；
（ 3） 影响酶的活性；
（ 4） 降低抗热性 。
第三节 其他不利环境因子对微生物的影响 (续）
六,干燥对微生物的影响干燥能使微生物体内的蛋白质变性,引起代谢活动的停止,所以干燥会影响微生物的活性以至生命力 。
不同微生物对干燥的抗性差别很大,细菌的芽孢,藻类和真菌的孢子及原生动物的胞囊抗性较强 。
也可以用干燥的方法来保存微生物样品 。
第三节 其他不利环境因子对微生物的影响 (续）
七,若干有机物对微生物的影响
1,醇醇是脱水剂和脂溶剂,可使蛋白质脱水,变性,溶解细胞质膜的脂类物质,进而杀死微生物机体 。
体积分数为 70%左右的乙醇杀菌力最强 。
原因：
第三节 其他不利环境因子对微生物的影响 (续）
2,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 。 甲醛是气体,质量浓度为 370-
400g/L的甲醛水溶液称为福尔马林 。
3,表面活性剂常用的有酚,新洁尔灭,合成洗涤剂及染料等 。
第三节 其他不利环境因子对微生物的影响 (续）
八,抗生素对微生物的影响许多微生物在代谢过程中产生能杀死其他微生物或抑制其他微生物生长的化学物质,即抗生素 。
抗生素有广谱和狭谱之分 。 氯霉素,金霉素,土霉素和四环素可抑制许多不同种类的微生物,叫广谱抗生素 。 青霉素只能杀死或抑制革兰氏阳性菌,多粘菌素只能杀死革兰氏阴性菌,叫狭谱抗生素 。
抗生素对微生物的影响有以下四方面,(1)抑制微生物细胞壁合成； (2)破坏微生物的细胞质膜； (3)抑制蛋白质合成； (4)干扰核酸的合成 。
第四节 微生物与微生物之间的关系微生物不仅与环境因素密切相关,而且与其他生物之间也有密切关系 。 其实对于一个
（ 或一种 ） 生物而言,其他生物个体 （ 或种 ） 就是它的环境因素 。 根据两种生物种之间的关系 （ 有利,不利或中性 ）,可形成多种类型的相互关系 。 下面介绍几种常见的生物 （ 微生物 ） 之间的相互关系：
第四节 微生物与微生物之间的关系 (续）
一,竞争关系不同的微生物对于资源发生竞争,互相受到不好的影响,如对营养物质,空间地位等等 。 如在活性污泥中,菌胶团细菌和丝状菌会发生对溶解氧或营养的竞争 。
第四节 微生物与微生物之间的关系 (续）
二,原始合作关系 （ 互生关系 ）
两种可以单独生活的微生物共存,互为有利 。 这是一种可分可合,合比分好的相互关系 。
如 在植物根部生长的根际微生物与高等植物之间存在着互生关系,在人体肠道中,
正常菌群与人之间也存在着互生关系 。
又如在氧化塘中的藻类和细菌 。
第四节 微生物与微生物之间的关系 (续）
三,共生关系两种不可以单独生活的微生物共存,互为有利,彼此分离就不能很好地生活 。 地衣就是微生物间共生的典型例子,它是真菌和蓝细菌或藻类的共生体 。
叶状地衣 （南极石耳） 壳状地衣 （南极中国长城站海边崖岩上的地衣群落）
壳状地衣 （南极丽石黄衣，红色和赤星衣，米黄色） 壳状地衣 （南极的瘿茶渍衣）
第四节 微生物与微生物之间的关系 (续）
四,偏害关系 （ 拮抗关系 ）
拮抗关系是指一种微生物在其生命活动中,产生某种代谢产物或改变环境条件,从而抑制其他微生物的生长繁殖,甚至杀死其它微生物的现象 。
可分为特异性偏害和非特异性偏害 。 如乳酸菌对其他细菌的影响,产生抗生素的微生物 （ 如青霉菌产生青霉素 ） 对其他微生物的影响 （ 如革兰氏染色阳性菌 ） 等 。
第四节 微生物与微生物之间的关系 (续）
五,捕食关系一种微生物吞食另一种微生物,如原生动物吞食细菌等 。
六,寄生关系寄生指的是小型生物生活在较大型的生物体内或体表,从后者获得营养,进行生长,繁殖,并使后者蒙受损害甚至被杀死的现象 。 前者为寄生菌,
后者为寄主或宿主 。 如噬菌体与细菌的关系 。
