应用微生物第五章 环境中的微生物应用及原理

第14—15次课第10—11周课题：第五章环境因子对微生物的影响教学目的要求：1、掌握灭菌、消毒等基本概念；2、掌握温度对微生物的影响；3、掌握辐射对微生物的影响；4、掌握水分对微生物的影响；5、掌握化学因子对微生物的影响；6、了解PH值对微生物的影响；7、了解生物间的相互作用。

主要教学内容：1、灭菌、消毒等基本概念；2、温度对微生物的影响；3、辐射对微生物的影响；4、水分对微生物的影响；5、化学因子对微生物的影响；6、PH值对微生物的影响；7、生物间的相互作用。

教学重点、难点：1、灭菌、消毒等基本概念；2、温度对微生物的影响；3、化学因子对微生物的影响。

教具：幻灯片学时数：4教学内容：§5-1基本概念彻底杀灭——灭菌杀灭微生物部分杀灭——消毒抑制：抑制无所谓生长——防腐1、灭菌；2、消毒；3、防腐；4、无菌；5、除菌；§5-2温度对微生物的影响一、高温的影响高温：高于微生物最适应的温度。

㈠干热法：1、干烤灭菌法；2、灼烧和焚烧；㈡湿热法：1、高压蒸汽灭菌法：适合于对培养基及多种器材、物料的灭菌；2、间歇灭菌法：适合不耐高压的培养基；3、连续加压灭菌法（连消法）优点：①即可杀灭微生物，又可减少营养成分的破坏，从而提高原料利用料；②缩短了发酵罐的占用时间；③提高了锅炉的利用率；④降低了劳动强度；4、巴氏消毒法：（低温消毒法）方法：①63℃30min (LTH)②75°15S （HTST）使用于：牛奶、啤酒、果酒和酱油等；目的：杀死无芽胞的病原菌，不损害营养价值，不影响风味；5、煮沸消毒法100℃--15min㈢影响灭菌效果的因素；1、结构；2、菌龄；3、菌体含水量；4、PH值二、高温的影响温度降低，微生物的代谢水平下降，可处于休眠状态；§5-3辐射对生物的影响一、紫外线的影响r 200—390mm1、杀菌机理①诱导同链DNA的相邻嘧啶形成嘧啶二聚体，减弱双链间氢的作用，引起双链结构扭曲变形，影响DNA的复制和转录，从而可引起突变死亡；②Uv可使空气中的O2 O3，H2O H2O2，由O3和OH2O2发挥杀菌作用；2、杀菌的特性；①穿透性差；②光复活作用；③暗复活作用；（切除修复）3、应用①空气消毒；②表面消毒；③诱变育种；二、X射线和r射线的影响电离辐射三、微波和超声波的影响1、微波热效应特点：加热均匀，加热时间短①杀菌原理：在微波作用下，微生物体内的极性分子发生振动，因摩擦产生过热，高热导致微生物死亡；②微生物加速分子运动，形成冲击波破坏而致微生物死亡；2、超声波生物学作用；§5-4水分子对微生物的影响水分要性表现为：缺水干燥诱导休眠；水分运动调节渗透压；1、干燥：不同微生物对于干燥的低抗能力不同；2、渗透压水分在膜两侧的运动是渗透压变化的主要原因；等渗溶液 5—8.5g∕l，Nacl液生长良好低渗溶液＜膨胀破裂高渗溶液＞生理干燥质壁分离§5-5化学因子对微生物的影响极低浓度：刺激生长发育浓度略高：抑菌浓度极高：杀菌抑菌或杀菌的主要原因：造成微生物大分子结构变化，包括损伤细胞壁，使蛋白质变性失活，诱发核酸改变。

八年级生物上册第五章《细菌和真菌在生物圈中的作用》常考知识点总结22.细菌真菌在自然界中作用：①作为分解者参与物质循环。

即把动植物遗体分解成二氧化碳、水和无机盐，被植物重新吸收利用，制造有机物。

故对于自然界中二氧化碳等物质的循环起重要作用。

②引起动植物和人患病。

这类微生物多营寄生生活，从活的动植物体上吸收营养物质。

如链球菌引起扁桃体炎，真菌引起癣、小麦叶锈病。

注意：脚气和细、真菌没关系（是缺维生素B1导致的）③与动植物共生。

共生指一种生物与另一种生物共同生活在一起，相互依赖、不能分开的现象，简言之，互利共生。

如真菌与藻类共生形成地衣④再如：根瘤菌与豆科植物，根瘤菌将空气中的氮转化为植物能够吸收的含氮物质，从而使土壤中氮元素含量增高，增加土壤肥力，提高农作物产量（氮是植物生活中需要量较大的物质）。

与动物共生：兔、牛、羊内有些细菌帮助分解维生素与人共生：人的肠道中有一些细菌能制造维生素B12和维生素K对身体有益23.人类对细菌和真菌的利用体现在四个方面：①食品制作。

即发酵原理的应用，发酵就是有机物在一定温度下被酵母或其他菌类分解成某些产物的过程②食品保存。

腐败原因-------细菌和真菌分解食品中的有机物并在其中生长繁殖所导致；保存原理-------将细菌和真菌杀死或抑制其生长繁殖；常用保存方法：“巴斯德”消毒法（依据高温灭菌原理）；罐藏法（依据高温消毒和防止于细菌和真菌接触的原理）；冷冻法、冷藏法（依据低温可以抑菌的原理）；真空包装法（依据破坏需氧菌类生存环境的原理）；晒制与烟熏法、腌制法、脱水法、渗透保存法（依据除去水分防止细菌和真菌生长的原理）；使用防腐剂；使用射线24.疾病防治：主要指抗生素治病（如青霉素）与转基因技术生产药品（如胰岛素）。

抗生素是真菌（另外还有放线菌）产生的可杀死某些致病菌的物质25.环境保护：无氧时一些杆菌、甲烷菌可将引发污染的有机物发酵分解，产生甲烷等，而有氧时另外一些细菌（如黄杆菌）可将这些废物分解成二氧化碳和水，这样都使污水得到净化26.制作馒头或面包时，用酵母菌，它产生的二氧化碳气体会在面团中形成许多小孔，使馒头或面包膨大和松软。

微生物处理技术在环境工程中的运用与实践微生物处理技术是现代环境工程的一种重要手段，它通过利用微生物的特性将污染物转化为无害的物质，从而达到净化环境的目的。

下面将从技术原理、应用场景及实践效果三个方面阐述微生物处理技术在环境工程中的运用及实践。

一、技术原理微生物处理技术主要通过微生物的代谢作用来降解有机物质，同时也可以通过微生物的吸附、氧化还原等作用来去除污染物。

常见的微生物处理技术包括活性污泥法、生物膜法、固定化微生物法等。

其中，活性污泥法是将含有污染物的废水引入一个反应槽，加入适当的微生物菌群和氧气，让污染物发生生物分解反应，从而达到净化水质的目的。

生物膜法是将微生物生长在固体或半固体支撑体表面的一层厚度约为0.5~5毫米的生物膜上，通过活性膜上微生物的代谢活动来去除有机质和氮磷等污染物。

固定化微生物法则是将微生物菌株固定在一种载体上，形成一种微生物固定床，通过代谢作用来去除废水中的有机物质。

二、应用场景微生物处理技术在环境工程中的应用场景非常广泛，主要包括以下方面：1、城市污水处理：微生物处理技术被广泛应用于城市污水处理中，可以使水质达到国家标准，从而保障居民生活用水的质量。

2、工业废水处理：工业部门通常排放的废水含有各种污染物，采用微生物处理技术可以有效地降解这些有机质和重金属等污染物。

3、土壤修复：微生物处理技术可以用于污染土壤的修复，通过加入特定的微生物群来修复土壤中的重金属、有机物等污染物。

4、生活垃圾处理：生活垃圾中含有大量的有机物质，采用微生物处理技术可以使其降解，减少对环境的污染。

三、实践效果微生物处理技术在环境工程中的实践效果非常显著，已经在许多实际应用中得到了证明。

例如，北京奥林匹克公园的污水处理设施采用微生物法，处理后的水质可以用于灌溉园林绿化。

上海的红枫湖生态修复工程中，采用微生物处理技术进行污染物的处理，最终实现了生态湖泊的恢复。

此外，微生物处理技术还在许多工业领域中取得了显著的效果，例如石油污水处理、染料废水处理等。

第五章微生物的分布与消毒灭菌第一节微生物的分布微生物在自然界里分布是非常广泛的一、土壤中的微生物：✧土壤环境适合微生物的生长：pH(5.5-8.5)，渗透压(3-6)，通气，动植物尸体（有机质），矿质元素，而且土壤具有保温性，与空气相比，昼夜温差和季节温差的变化要小得多，所以无论是盛夏，还是寒冬，土壤中都存在大量的微生物。

✧种类：细菌>放线菌>真菌>藻类>原生动物二、水中的微生物：水环境：地球的70%左右由水覆盖，其中溶解和悬浮有机、无机物，流动水有氧渗入可供微生物生长。

习惯上我们把水体中的微生物分为淡水微生物和海洋微生物两大类。

淡水微生物是指我们生活的河、湖里的微生物，这里面有许多致病性微生物，也就是存在病原菌，所以我们生活中的饮用水都是经过处理的，不然就会引起一些肠道性传染病。

一般来说，我们会以水体中大肠杆菌的数量来衡量水体污染情况，根据规定，每1000毫升自来水中，大肠杆菌群的指数不得超过3个。

为了消灭水体中的病原菌，我们常用的方法是采用次氯酸盐和液体氯来消毒处理，如果水体中的游离性氯保持在0.2-0.4PPM的话，就能杀死作伤寒杆菌、痢疾杆菌等肠道杆菌。

作用：在水生环境的食物链中起关键作用。

三、空气中的微生物：环境：空气中没有微生物生活所需要的基本条件，所以它不是微生物生长繁殖的主要场所，但是空气中飘浮着许多微生物种类分布：主要是真菌和细菌，在医院，公共场所致病菌的数量多。

科赫沉降法（沉降平板法）：打开皿盖5分钟进行培养，一般认为皿内100cm2上微生物的数量等于10m3空气中微生物的数量。

作用：可迅速全球传播，对地球上生物繁衍有一定意义。

四、生物体内外的微生物：1.人体内外的微生物1)正常菌丛：生活在健康动物各部位，数量大、种类较稳定且一般是有益无害的微生物。

2)条件致病菌：凡属正常菌群的微生物，由于机体防御性降低、生存部位的改变或因数量剧增等情况而引起疾病者。

第五章微生物的生长及影响因素先介绍如何在实验室或生产实践中使微生物生长，即如何培养微生物；然后介绍微生物生长的规律（包括个体和群体）；以及环境条件对微生物生长的影响；最后讨论控制微生物生长特别是有害微生物生长的方法。

生长：微生物个体重量的增加和体积增大的现象。

繁殖：微生物数量增多的现象。

第一节微生物生长一、微生物的培养方法（一）微生物的纯培养及获得方法1.纯培养：微生物学将从一个细胞或一种细胞群繁殖得到的后代叫作纯培养。

2.获得方法（分离方法）：只有分离到微生物的纯菌种，才能研究和利用微生物，目前常用的分离方法有：①释倒平板法：按不同的稀释度将待分离的材料进行稀释（10倍稀释法），然后分别倒平板，培养得到单一菌落，挑取，分离，纯化即得。

②平皿划线法：在培养基表面用接种环平行或连续划线，培养可得单菌落，分离纯化得纯培养。

平行扇形连续③单细胞挑取法：用单细胞挑取仪（显微镜挑取器）在显微镜下直接挑取单个细胞（菌体）进行培养，而获得纯培养的方法。

④选择培养基分离法：用只适于一种微生物生长的培养基培养，结果只有一种微生物生长，挑取即得。

⑤涂抹培养皿分离法：平板上滴0.2ml菌悬液，用玻璃刮棒涂抹，培养后挑取菌落，纯化即得。

另外，有煮沸法分离芽孢杆菌；利用致死温度的不同分离噬菌体。

（二）微生物的培养方法1.好氧培养法：a.实验室：试管斜面，平板。

b.工业：半固体物料（浅盘法，转桶法，厚层培养法）c.食用菌：袋栽法，床栽法。

2.固体培养法：a.实验室：摇瓶培养法，试管液体培养法，三角瓶浅层培养法，小型台式发酵罐等。

b.工业：发酵罐（通用型搅拌发酵罐，气泡塔型发酵罐，其他形式的发酵罐）。

3.厌氧培养法：a.验室：厌氧培养皿，厌氧试管，厌氧罐。

b.工业：液体静置培养法。

二、微生物的同步生长及同步培养方法1.同步培养法：能使培养物中所有的微生物细胞都处于相同的生长阶段的培养方法成为同步培养法。

2.同步生长：培养物中的所有微生物细胞都处于同一生长阶段，并都能同时分裂的生长方式。

生长曲线以少量纯培养细菌接种有限的液体培养基，并在培养过程中定时取样测数，可以发现细菌的生长有一定的规律，若以时间为横坐标，菌数的对数为纵坐标，可以绘出一条类似于S形的曲线，这就是细菌的生长曲线。

由生长曲线可将细菌的群体生长划分为4个时期：延迟期、对数期、稳定期、衰亡期。

延迟期这个时期内的细菌细胞通常表现为个体变长，体积增大和代谢活跃，细胞内的RNA含量增加使细胞质的嗜碱性增强，并由于代谢活性的提高而使贮藏物消失；细胞对外界理化因子（如NaCl、热、紫外线、x—射线等）的抵抗能力减弱。

细菌延滞期的长短取决于菌种的遗传特性、菌龄及接种前后培养条件的差异等。

将处于对数期的培养物接种到相同的培养环境中可以缩短乃至消除延滞期。

对数期生长旺盛，代谢活力增强，分裂速度加快，菌数以几何级数增加，代时稳定，其生长曲线表现为一条上升的直线。

稳定期在对数末期，由于营养物质(包括限制性营养物质)的逐渐消耗,有生理毒性的代谢产物在培养基中的积累及培养环境条件中pH和氧化还原电位Eh等对细菌生长不利的变化，使细菌的生长速度降低，增殖率下降而死亡率上升，当两者趋于平衡时，就转入稳定期。

可以通过补料，调节ｐH、温度或通气量等措施来延长稳定期衰亡期细菌在经过稳定期后，由于营养和环境条件进一步恶化,死亡率迅速增加，以致明显超过增殖率，这时尽管群体的总菌数仍然较高，但活菌数急剧下降，其对数与时间呈反比，表现为按几何级数下降，生长曲线直线下垂，有人又称其为对数死亡期。

这个时期的细胞常表现为多形态，产生许多大小或形态上变异的畸形或退化型，其革兰氏染色亦不稳定，许多G+细菌的衰老细胞可能表现为G-。

恒浊法和恒化法培养核心内容是什么？大概过程是指什么？1.恒浊连续培养不断调节流速而使细菌培养液浊度保持恒定的连续培养方法叫恒浊连续培养。

在恒浊连续培养中装有浊度计，借光电池检测培养室中的浊度(即菌液浓度)，并根据光电效应产生的电信号的强弱变化，自动调节新鲜培养基流入和培养物流出培养室的流速。

第五章题库及作业一、基础题1．什么叫分批培养和连续培养？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；结果出现微生物数量由少变多，达到高峰又由多变少，甚至死亡的变化规律，这就是细菌的生长曲线。

培养液中细菌的浓度恒定，以浊度为控制指标的培养方式。

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。

废水的生物处理，除SBR 外，均采用恒化连续培养原理2．微生物的生长曲线有哪几个阶段？它们的特点是什么？①停滞期（或适应期）：细菌产生适应酶，细胞物质增加，个体增大，个体数目不增加n 停滞期初期：一部分细菌适应环境，而另一部分死亡,细菌总数下降；n 停滞期末期：细胞物质增加，个体体积增大，细胞代谢活力强，细胞中RNA含量高、嗜碱性强，开始细胞分裂。

②对数期：特点：细胞代谢活力最强，合成新细胞物质的速度最快，细菌生长旺盛。

细胞数量以几何级数增长，细胞分裂一次的时间间隔最短。

如要保持对数增长，就要定时，定量地加入营养③静止期：对数期消耗了大量营养物质，使培养基营养物浓度降低，DO下降，pH，Eh值降低。

生长率下降，死亡率上升。

新生的细菌数量= 死亡的细菌数量。

营养物质成为限制因子，细菌开始积累贮存物质。

④衰亡期：表现：死亡率增加，活菌数减少，甚至死亡数大于新生菌数，活菌数在一个阶段以几何级数下降，衰亡期的细菌常出现多形态、畸形或衰退型；有的细菌产生芽孢。

3．如何缩短微生物生长曲线中停滞期的时间？（1）接种量大，时间短；（2）接种群体菌龄；处于对数期的菌种可缩短时间。

而处于静止期和衰亡期的菌种，则时间延长，因为：曾耗尽了辅酶和细胞成分，需要时间合成新细胞物质；因代谢产物过多积累而中毒，需要修补。

（3）营养；从丰富培养基接种到贫乏培养基也出现停滞期，因为细菌需要产生新的酶类以合成新物质。

微生物在环境污染修复原理及技术中的应用生物修复技术就是利用生物分解有毒有害物质的能力处理土壤、水源中的污染物，净化环境。

随着环境保护问题日益突出，各国对于各种环境污染修复方法的研究进一步深入，大量的实验研究证明，使用微生物处理净化有害物质是可以运用于大面积污染物治理的有效方法。

生物修复的方法有许多，根据修复环境，生物修复技术可分为土壤生物修复、地下水生物修复、沉积物生物修复和海洋生物修复等。

一、微生物修复技术在水环境污染中的应用1.1海洋污染的微生物修复目前，以微生物为主要处理技术的原位生物修复技术在石油污染物的治理方而效果显著，通过培养和筛选过程，在受到石油烃组分氏期污染的区域中讲微生物菌株进行选育和基因改良，然后再将它们投放到受污染的海域，进行石油烃的微生物降解和修复。

同时，微生物降解是去除多环芳烃的主要途径，海洋中的多环芳烃通过微生物产最终代谢为酚和醇，代谢产生的内酮酸和乙酸等物质一方面叫一以被微生物利用合成细胞成分，一方面也可以氧化成一氧化碳和水。

1.2河流湖泊污染的微生物修复对于浅水湖泊，在水中加入营养盐，用曝气法混合，底泥中的有机污染物叫一作为碳源被微生物利用，使污染的湖泊得以修复。

利用微生物生态修复剂进行富营养化人上湖水质的修复取得了显著的成效，水体中Chla, COD,TP浓度在经过处理之后有明显的下降。

1.3废水污染的微生物修复目前，废水污染的微生物修复主要是对重金属离子和有机污染物的修复。

微生物治理水体重金属主要表现为微生物对重金属离子的吸附作用。

微生物吸附剂主要来源于一此细菌、真菌、酵母及藻类生物。

如黑根霉吸附Cr6+，藤黄球菌吸附Cu2+，金黄素链霉菌通过和Au3+进行离子交换降低其毒性等。

1.4水体底泥污染的微生物修复微生物修复技术能够有效去除多环芳烃的污染，水体中高等水生植物可提供微生物生氏所需的碳源和能源，使根系周围好氧菌数量增多，使得水溶性差的芳香烃在根系旁迅速降解，因此使用微生物和水生植物的生态系统修复水体效果更显著。

微生物应用研究的基本原理及应用微生物是一类无形但却无所不在的生物体，其数量之多、物种之广泛，令人无法想象。

它们主要分为细菌、真菌、藻类和病毒等几大类。

虽然人们在日常生活中非常容易接触到一些微生物，例如常见的酵母、酸奶中的乳酸菌和发酵豆腐的微生物等等，但是真正深入地了解微生物的生命活动、结构和作用，以及在应用方面的研究和开发，却需要我们进行更深入的学习和研究。

作为生命科学中的一个重要分支，微生物学在生物技术、医药、环保、食品等领域都有广泛的应用。

而在微生物应用研究中，有几个最基本的原则和应用，这些原则和应用将在本文中一一探讨。

1、微生物的结构和形态研究微生物结构和形态研究是微生物学最基本的方面之一。

对于微生物结构和形态的研究，主要是通过显微镜下的观察来进行的。

细菌是其中最小的一类微生物，通常需要使用电子显微镜才能观察到。

微生物的形态特点和它们的特定结构有很大的关系。

例如，细胞壁在细菌中就是个很重要的结构。

细菌的细胞壁通常由两层构成，内层由荒芽孢多糖组成，而外层由脂多糖组成。

细菌的型态和组成与细胞壁的结构有关，如球形的细菌多数都有单层的细菌细胞壁组成，而长形的则多半具有双层壁的结构。

此外，病毒也是具有一定结构的微生物，它有外套壳、核糖核酸、外层膜等结构组成。

针对微生物结构和形态的研究，可以帮助人们了解微生物的基本构成和生命活动的机制。

比如，珊瑚礁病毒的结构，就是其中一项研究成果，它不仅被用于病毒学领域的研究，在生物技术应用中也有很大作用。

2、微生物的代谢与生长调控研究微生物代谢和生长调控研究是微生物学中重要的研究领域之一，它主要关注微生物如何利用氧气、水、矿物质和光子等物质转换为能量，以及如何调节自身的生长。

微生物代谢和生长调控的研究，可以为疾病治疗和工业生产等领域开发新的应用和方法。

以疾病治疗为例，微生物代谢的能力可以被用于制造许多符合生物活性物质，例如抗生素、眼药水、消化药和心脏药等等。

而在工业应用中，微生物在酿酒、发酵、糖化和脱水等过程中有着至关重要的作用，如啤酒的酿造就需要酵母菌进行酵母发酵。

环境工程微生物学5~9章第五章微生物的生长繁殖与生存因子1、微生物群的生长的研究方法微生物的培养方法有分批培养和连续培养-分批培养分批培养是讲一定量的微生物接种在一个封闭的，盛有一定体积液体培养基的容器内，保持一定的温度，pH，溶解氧，微生物在其中生长繁殖，结果出现微生物的数量由少变多，达到高峰后又有多变少，甚至死亡的变化规律。

这就是微生物的生长曲线。

-停滞期特点：（1）代谢活跃，个体体积重量增大；（2）不立即进行分裂增殖，数量不变，甚至变少。

缩短或消除停滞期的方法：（1）采用处于高效菌群对数期的菌种；（2）增大接种量；（3）保持接种前后所处的培养介质和条件一致。

-对数期特点：（1）繁殖速度最大；（2）平均代时最短；（3）形态、染色、生物活性都很典型。

-静止期特点：（1）消耗了大量营养物质，代谢毒物增多；（2）死亡率=出生率。

-衰亡期特点：死亡率>出生率（相当于内源呼吸阶段）连续培养定义：是细胞培养对数期后，以一定速率流入新鲜培养基，并利用溢流方式等流出培养物，使容器内培养物或细菌达到动态平衡。

微生物生长维持在某一对数生长期的生长速率。

-恒浊连续培养（细菌以最高生长速率生长）恒浊连续培养是使细菌培养液的浓度恒定，以浊度为控制指标的培养方式。

-恒化连续培养（使细菌在低于最高生长速率的条件下生长繁殖）恒化连续培养是维持进水中的营养成分恒定，以恒定流速进水，以相同流速流出代谢产物。

2、细菌生长曲线在污水生物处理中应用-常规活性污泥法利用生长速率下降阶段的微生物，包括减速期、静止期。

-生物吸附法利用生长速率下降阶段的微生物。

-高负荷活性污泥法利用生长速率上升阶段（对数期）和生长速率下降阶段（减速期）的微生物。

-有机物含量低的污水，利用内源呼吸阶段（衰亡期）的微生物。

-为什么常规活性污泥法不利用对数生长期的微生物而利用静止期的？（1）对数生长期的微生物虽然生长繁殖快，代谢活力强，能大量去除污水中的有机物，但相应要求进水有机物浓度高，则出水的绝对值也相应提高，不易达到排放标准。