1、第三章第三章 细菌的生长和遗细菌的生长和遗传变异传变异 主要内容 3-1 细菌的生长及特性细菌的生长及特性 3-2 细菌的遗传与变异细菌的遗传与变异 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 3-1-1 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
2、学中“只有群体的重复”才有意义，因此“生长”一般指群体生长。3-1-2 细菌的生长测定方法细菌的生长测定方法 计数法 直接计数法借助显微镜 间接计数法平板计数 生长量测定法 测定重量、体积、含氮量来反映细菌的生长（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。涂片染色法涂片染色法 1 1视野菌液视野菌液(ml)(ml)(0.1ml 1cm2)*视野面积视野面积(cm2)0.1ml菌液均匀均匀涂布，染色 面积 1c
3、m2 计数 每个视野细菌的平均数量 细菌数量=视野中的菌液体积 =个/mL 目镜中的视野 每个视野的面积由目测微尺的单元格量出，视野中菌液的体积按比例折算 计数器计数器(血球计数板）血球计数板）测定法测定法 计数格计数格=44=16 大格大格 血球计数板血球计数板 1 大格大格=55=25 小格小格 1 小格小格=0.05mm0.05mm=0.0025mm2 总体积总体积=16250.00250.1=0.1mm3=110-4mL 每小格长宽每小格长宽 11mm 每小格深每小格深 0.1mm 盖玻片盖玻片 计数板计数板 菌液滴 染色（或不染色）面积 1cm2 血球计数板 110-4 ml菌液 数
4、了数了80个小格中有个小格中有120个细菌个细菌，样品中的细菌浓度是多少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 细菌个体细菌个体若若太小太小、过多过多，由于每一小格中细由于每一小格中细菌层层叠加菌层层叠加，相互遮挡相互遮挡，难以准确计数难以准确计数。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；滤膜染色法滤膜染色法 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
5、染色计数。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。在显微镜下计数，方法相同。在显微镜下计数，方法相同。比例计数法比例计数法 比例比例样品菌液与等体积样品菌液与等体积（或成一定比例或成一定比例）的血液混合的血液混合，观测二者比例观测二者比例 样品溶液与等体积的血液混合 涂片 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=？5.55.5400400万个万个/m l=2.2/m l=2.210107 7个个/mLmL样品样品 红血球红血球数已知数已知(男性男性400500万个万个mL，女
6、性女性350450万个万个mL)，平均平均400400万个万个/m/mL 细细菌菌 红红血血球球 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）DAPI:46-diamidino-2-phenylindole,dihydrochloride 4,64,6-二二脒脒基基-2 2苯基苯基吲哚吲哚 DNA 2Cl-H2N+NH2 C N H H2N-C NH2 Measurement of total cell counts 全细胞染色法（死活不分）：DAPI染色染色，DTAF DAPI:无毒性荧光染料，能够与DAN双链强力结合并产生荧光。采
7、用358nm紫外光照射能发射明亮的蓝色荧光。5-DTAF:5-(4,6-dichlorotriazinyl)aminofluorescein DNA O OH O OH O O H NH N N Cl N Cl Measurement of total cell counts 全细胞染色法（死活不分）：DAPI染色染色，DTAF 有必要区分细菌的死活吗？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 2）指数期（e
8、xponential 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 指数期数学描述 1dxrk Xdt10lnXK tX10K tXX e世代时间 0t tGnn 世代数 02nXX0lglglg2XXn3）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
9、 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 数学表达 生长下降阶段 S很低，其浓度对微生物影响大 2dsk Sdt即有机物分解速度与其浓度成正比 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
10、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 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 1dxdtxmax基质浓度s maxssksKs:饱和常数，与 max12的s值相等 KsS时 maxmaxssSk SkkSmaxs Ks Monod公式（莫诺特公式）经验公式（微生物增长）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
11、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 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。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
12、当于活性污泥中的负荷。F/M（食稀比）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 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（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
13、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。（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。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）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：0.47 TOC：0.46 T-N：0.11 T-P：0.22 生物膜干组成：（g-/g-生物膜）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 第一次作业 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。