最新微生物生长曲线和其在污染控制工程中的应用主题讲座课件

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微生物学(PPT格式课件)第六章微生物的生长及控制

微生物学(PPT格式课件)第六章微生物的生长及控制
一、温度(temperature)
微生物学(PPT格式课件)第六章微生物的生长及控制
根据温度对微生物的影响分类
嗜冷菌 (<20oC) 嗜温菌 (20-45oC) 嗜热菌 (50-60oC) 嗜高温菌 (80-95oC) 极端高温菌(105-150oC)
应用范围
生产为主
实验室为主
分批培养与连续培养的比较
微生物学(PPT格式课件)第六章微生物的生长及控制
连续培养的优缺点
优点
高效自控产品质量稳定节约动力、人力、水和蒸汽等
缺点
菌种容易退化容易污染杂菌营养物的利用率低于单批培养
微生物学(PPT格式课件)第六章微生物的生长及控制
Thermophile and Biotechnology
来自嗜热菌的酶可在高温下稳定的催化生物化学反应；
其中由Thermus aquaticus 中分离出来的 DNA 聚合酶， Taq polymerase，已广泛应用于PCR反应；
分离自Pyrocuccus furiosus 的 pfu polymerase应用于
嗜碱微生物（basophile）多数放线菌、硝化细菌、根瘤菌等
耐碱微生物（basotolerant microorganism）若干链霉菌
• 嗜酸微生物（acidophile） • 多数真菌
• 耐酸微生物(acidotolerant microorganism) 乳酸杆菌、醋酸杆菌，许多肠杆菌等
微生物学(PPT格式课件)第六章微生物的生长及控制
Ⅲ 稳定期(stationary phase)
①生长速率常数R=0，即新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等；

微生物生长曲线PPT

3
微生物典型生长曲线分为延滞期（适应期）、指数期、稳定期和衰亡期
4
停滞期：
（1）细胞物质开始增加；
（2）有的细胞开始不适应环境而死亡；
（3）细菌总数下降；
（4）停滞期末期，细胞代谢活动能力强，细胞中RNA含量高，嗜碱性强。对不良环境条件较敏感，呼吸速度、核酸及蛋白质的合成速度接近对数细，并开始细胞分裂。
6
测定细菌生长曲线
实验目的了解细菌生长曲线特征，测定细菌繁殖的代时；学习液体培养基的配制以及接种方法；反复练习无菌操作技术；了解不同细菌，不同接种方法在同一培养基上生长速度的不同；掌握利用细菌悬液混浊度间接测定细菌生长的方法
7
实验原理
将一定量的细菌接种在液体培养基内，在一定条件下培养，可观察到细菌的生长繁殖有一定的规律性，如以细菌的活菌数的对数作纵坐标，以培养时间作横坐标，可绘成一条曲线，成为生长曲线（如图一）。
微生物的生长曲线
——汤俊华
1
一微生物生长曲线二生长曲线的四个时期三生长曲线各个时期的特点四测定细菌生长曲线四生产应用
2
微生物生长曲线是以微生物数量（活细菌个数或细菌重量）为纵坐标，培养时间为横坐标画得的曲线。一般说，微生物（细菌）重量的变化比个数的变化更能在本质上反应出生长的过程。曲线可分为三个阶段即生长率上升阶段（对数生长阶段）、生长率下降阶段及内源呼吸阶段。
8
单细胞微生物的发酵具有四个阶段，即Ⅰ调整期（延滞期）、 Ⅱ对数期（生长旺盛期）、Ⅲ平衡期（稳定期）、Ⅳ死亡期（衰亡期）。生长曲线可表示细菌从开始生长到死亡的全过程的动态。不同的微生物有不同的生长曲线，同一种微生物在不同的培养条件下，其生长曲线也不一样。因此，测定微生物的生长曲线对于了解和掌握微生物的生长规律是很有帮助的。测定微生物生长曲线的方法很多，有血球计数板法、平板菌落计数法、称重法和比浊法等。本实验采用比浊法测定，由于细菌悬液的浓度与混浊度成正比，因此，可利用分光光度计测定细菌悬液的光密度来推知菌液的浓度。将所测得的光密度值（OD600）与其对应的培养时间作图，即可绘出该菌在一定条件下的生长曲线。注意，由于光密度表示的是培养液中的总菌数，包括活菌与死菌，因此所测定的生长曲线的衰亡期不明显。

关于微生物的生长及其控制 (2)课件

2.对数期（Log phase）
特点 1）代时最短，生长速度最快； 2）细胞稳定（平衡）生长：细胞内各种物质按比例生长，菌体成分均匀； 3）酶活性高，代谢稳定，菌体大小基本一致。
3.稳定期（Stationary phase）
特点：
1）生长速度为零，新生=死亡，达到动态平衡； 2）活菌数的总量达到最大值； 3）胞内的储藏物开始形成（如肝糖粒、脂肪粒等）；
细菌生长曲线的分期
滞留适应期对数生长期稳定生长期衰亡期
1.滞留适应期（Lag phase）
特点：
1）细菌数量不增加或增加很少，代谢活跃； 2）细胞内RNA，尤其是rRNA的含量很高，细胞的嗜碱性强；
3）细胞体积增大，拉长； 4）细胞内的代谢活力强，特别是合成一些必需的酶类；
5）抗性有所降低，对不良环境因素表现很敏感。
死微生物或抑制微生物生长的化学物质。
抗微生物剂通常又将它们分为
消毒剂：可杀死微生物，通常用于非生物材料的灭菌或消毒。 HgCl2、CuSO4、碘液、氯气、乙烯氧化物、甲醛剂、臭氧
防腐剂：能杀死微生物或抑制其生长，但对人及动物的体表组织无毒性或毒性低，可作为外用抗微生物药物。
有机汞、0.1%-1％硝酸银、碘液、70%乙醇、3％过氧化氢
各种抗微生物化学制剂杀菌能力的比较标准：
在临床上最早使用的消毒剂----石炭酸
石炭酸系数：指在一定时间内被试药剂能杀死全部供试菌
的最高稀释度和达到同效的石炭酸的最高稀释度的比率。一般规定处理时间为10分钟，而供试菌定为 Salmonella typhi（伤寒沙门氏菌）。
2．抗代谢物 (Antimetabolite)
关于微生物的生长及其控制 (2)

微生物的生长及其控制 PPT课件

菌种本身
细菌、酵母菌的延滞期较短霉菌次之放线菌最长接种龄种子的年龄接种量：
发酵工业上一般采用1/10的接种量
培养基成分
‹#› 26
缩短延滞期的意义和方法(重点）
在发酵工业上需设法尽量缩短延迟期
接种对数生长期的菌种，采用最适菌龄加大接种量用与培养菌种相同组成分的培养基选用繁殖快的菌种
单细胞微生物的生长特征
细菌是以二分裂的方式进行繁殖的，每分裂一次，为一个世代。每经过一个世代，群体数目增加一倍。这种类型的群体生长为指数生长。
‹#› 21
这种指数增长可以用以下的方程式表示： X2=X1· 2n 式中： X2 和X1为时间t2和t1时的细胞数，n为世代数 lgx2=lgx1+nlg2
第三章
微生物的生长及其控制
Growth and Control of Microorganisms
‹#› 1
主要内容
测定微生物生长繁殖的方法微生物的生长规律影响微生物生长的主要因素有害微生物的控制
‹#› 2
概述
细胞生长营养物质（环境中）
新陈代谢
跨膜
营养物质（原
料、胞内）
规律增长
合成细胞成分
在食品工业上，尽量在此期进行消毒或灭菌
‹#› 27
2.指数期(exponential phase)
（对数期）
指数期的细胞是进行生理、代谢、遗传等研究的最好材料。
现象：细胞数目以几何级数增加，其对数与时
间呈直线关系。
生理特性：
R最大，G（代时）最短细胞代谢活动比较稳定，菌体内各种成分最均匀，生理特性较一致。酶活力最高，酶系活跃，代谢旺盛活菌数几乎接近于总菌数

微生物生长曲线ppt课件

微生物的生长曲线
——汤俊华
精选ppt
1
一微生物生长曲线二生长曲线的四个时期三生长曲线各个时期的特点四测定细菌生长曲线四生产应用
精选ppt
2
微生物生长曲线是以微生物数量（活细菌个数或细菌重量）为纵坐标，培养时间为横坐标画得的曲线。一般说，微生物（细菌）重量的变化比个数的变化更能在本质上反应出生长的过程。曲线可分为三个阶段即生长率上升阶段（对数生长阶段）、生长率下降阶段及内源呼吸阶段。
成因微生物刚刚接种到培养基之上，其代谢系统需要适应新的环境，同时要合成酶、辅酶、其他代谢中间代谢产物等，所以此时期的细胞数目没有增加。
对数期：
（1）菌体以几何数增加，增长速度快；
（2）细胞代谢能力最强；
（3）细菌很少死亡或不死亡。
成因经过调整期的准备，为此时期的微生物生
长提供了足够的物质基础，同时外界环境也是最佳
精选ppt
8
单细胞微生物的发酵具有四个阶段，即Ⅰ调整期（延滞期）、 Ⅱ对数期（生长旺盛期）、Ⅲ平衡期（稳定期）、Ⅳ死亡期（衰亡期）。生长曲线可表示细菌从开始生长到死亡的全过程的动态。不同的微生物有不同的生长曲线，同一种微生物在不同的培养条件下，其生长曲线也不一样。因此，测定微生物的生长曲线对于了解和掌握微生物的生长规律是很有帮助的。测定微生物生长曲线的方法很多，有血球计数板法、平板菌落计数法、称重法和比浊法等。本实验采用比浊法测定，由于细菌悬液的浓度与混浊度成正比，因此，可利用分光光度计测定细菌悬液的光密度来推知菌液的浓度。将所测得的光密度值（OD600）与其对应的培养时间作图，即可绘出该菌在一定条件下的生长曲线。注意，由于光密度表示的是培养液中的总菌数，包括活菌与死菌，因此所测定的生长曲线的衰亡期不明显。

关于微生物的生长及其控制课件课件

（二）抗代谢药物——磺胺类药物
关于微生物的生长及其控制课件
控制（有害）微生物的生长速率消灭不需要的微生物，
在实际应用中具有重要的意义。
一、几个基本概念
抑制(Inhibition)：生长停止，但不一定死亡；防腐(Antisepsis)：防止或抑制霉腐微生物在食品等物质上的生长；化疗(Chemotherapy)：杀死或抑制宿主体内的病原微生物；死亡(Death)：生长能力不可逆丧失；消毒(Disinfection)：杀死或灭活病原微生物（营养体细胞）；灭菌(Sterilization)：杀死包括芽孢在内的所有微生物；
称为灭菌。
Eg. 高温灭菌、辐射灭菌等
杀菌（bacteriocidation）
灭
菌体虽死，但形体尚存
菌
溶菌（bacteriolysis）
菌体杀死后，其细胞发生溶化、消失的现象
（二）消毒（disinfection）
消除毒害
“毒害”就是指传染源或致病菌
消毒是一种采用较温和的理化因素，仅杀死
物体表面或内部一部分对人体或动、植物有害的病原菌，而对被消毒的对象基本无害的措施。
分有促进糊化和水解等少数有利影响外，一般对培养基成分产生很多不利的影响。
产生褐变的机制
由氨基化合物（氨基酸、肽、蛋白质）与羰基化合物（糖类）间发生复杂的梅拉特反应（maillard
reaction）所引起，它在导致培养基褐变的同时，还降低了有关营养物成分，应尽量设法避免。
对易破坏的2含.防糖止培养法基进行灭菌时，应先将糖液与其他成分
不同的微生物个体（包括营养体和孢子）的耐热性是有差别的。一般灭菌物体中的含菌量越高，需要的灭菌时间越长。
2.灭菌锅内空气排除程度

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六、生长曲线与处理工艺
根据微生物生长曲线的阶段性，设计完全混合活性污泥法、推流式活性污泥工艺、批式活性污泥法以及AB法等不同的处理工艺，所产生的有机物处理效果各异。
七、生长曲线与污泥产率
停滞期：微生物调整对环境的适应，污泥总量变化不大，产率几乎为零
对数期：微生物快速生长，产率达到最大量稳定期：微生物的生长速度为零（新生与死亡
2.米氏方程
M-M方程
V-酶反应速度 Vmax-最大酶速度 Cs-底物浓度 Km-米氏常数
（1）底物浓度和酶促反应速度的关系
底物浓度（Cs）与反应速度（v）的定量关系该式为酶反应动力学的最基本方程式，
酶反应速度V: 取决于底物浓度Cs、米氏常数Km、和最大反应速度Vmax。Km为常数，当反应体系中酶的总浓度不变时,Vmax也为常数，因此酶反应速度V主要取决于底物浓度Cs。
（2）温度对反应速度的作用
a)温度提高，反应速度增加；
一般化学反应，温度提高10℃，反应速度提高约1倍（Arrhenius公式），称为温度系数（Vt+10℃/Vt）。酶反应速度温度系数约 1.4－2.0，略低于一般无机催化反应和非催化反应。
（2）温度对反应速度的作用
b)温度提高，蛋白质变性，酶失活，反应速度下降。
2.演替现象在废水处理中的意义
意义：定性地推测水质情况鞭毛虫存在－有机物高，需处理；镜检固着纤毛虫则有机物和细菌少；轮虫出现说明水质稳定。
三、内源呼吸
1.内源呼吸的概念
在细胞内部，细胞物质的自身代谢即内源呼吸。
2.内源呼吸的特点
（1）内源呼吸贯穿微生物整个生命期；（2）内源呼吸在对数生长期影响极小，
数量相同），污泥产率维持在一个稳定的水平衰老期：微生物不断死亡，总量下降，污泥产
率为负值。
八、生长曲线与处理效果
1.迟缓期：微生物数量少，几乎无处理效果；
2.对数期：微生物生长旺盛，系统负荷高，但污泥沉降性能不好，残留有机物浓度高，出水效果不好；
3.稳定期：污泥沉降性能好、负荷低、出水效果好；
（1）底物浓度和酶促反应速度的关系
当底物浓度很低时：Cs<<Km，Km＋Cs≌Km，
M-M方程： v
系，一级反应；
v max Km
cs
，即v-cs为正比例关
当底物浓度很高时：Cs>>Km，Km+Cs≌Cs，
M-M方程：v vmax，即底物浓度与酶催化反应速
度无关（酶活性部位已全部被底物占据）反应达到最大速率。呈零级反应。
当Cs≌Km时，反应级数介于0级与1级之间。
（2）米氏常数
Km－研究酶作用机制的一个重要特征常数
Km是酶的特征常数，反应了酶和底物之间的亲和力。一般以1/Km来表示亲和力。 1/Km越大则酶与底物之间亲和力越大，表示酶催化反应更容易进行。反之，Km越大，则反应进行越困难。
（3）酶反应速度与酶浓度的关系
一、生长曲线的概念
1.细菌群体生长特征
单细胞微生物的群体生长特征是指数生长。
2.生长曲线
二、混合微生物群体的生长
轮虫等级最高。
1.微生物的演替现象
活性污泥由多种微生物组成生物群体，每种微生物具有各自生长规律和生长曲线；
每条生长曲线在共栖环境中有自己的形状和位置；
例：有机物含量丰富，则以有机物为食的细菌数量多，然后必然以细菌为食的原生生物出现，最后以细菌和原生生物影响
pH值对活力的影响主要是因为pH值改变底物和酶分子的带电状态。
（1）pH值改变底物的带电状态
当底物为蛋白质、肽、氨基酸等两性电解质时，随pH值变化表现为不同的解离状态（带正电荷、负电荷或不带电荷－等电点）。但酶的活性部位通常仅能与一种电荷状态的底物结合。
根据中间络合物理论和米氏方程，当底物浓度足够大时（Cs>>Km时），V=k2CE0成立，即酶浓度与反应速度具有线性关系，该结论对于酶的分离和提纯具有重要意义，例如A、B两种酶催化同一底物时，如果 A0.2mol/L与B0.6mol/L催化反应速度相同，则认为A的活力是B的活力的3倍。
3.温度对催化反应速度的影响
可以忽略，但在非对数生长期，内源呼吸的影响不能忽略。
四、生化反应动力学
1.反应动力学研究的主要目的
（1）探索影响因素与反应速度的关系，指导生产工艺；
底物降解速率和底物浓度、生物量等因素的关系；
微生物增长速率和底物浓度、生物量等因素的关系；
（2）研究反应机理，以数学模型的形式抽象反应速度的本质；
（2）抑制剂：
酶在不变性的情况下，由于必需基团或活性中心化学性质的改变而引起的酶活性的降低或丧失，称为抑制作用（inhibition）。引起抑制作用的物质称为抑制剂（inhibitor），抑制剂可能是外来物，也可能是反应产物（产物抑制）或底物（底物抑制）。
五、Monod模型
探讨底物浓度和微生物生长速度的定量关系
（2）pH值改变酶分子的带电状态
酶的化学本质是蛋白质，故具有两性解离特性，pH值的改变导致酶活性部位有关基团的解离状态改变，从而影响酶与底物结合。不同的酶最适pH值不同，如蔗糖酶只有在等电点时才具有催化能力，在偏酸或偏碱性溶液中都会失活。
5.酶促反应过程的其它影响因素
（1）激活剂：
许多酶促反应必须在其它适当物质存在时才能表现酶的催化活性或加强其催化效力。这种作用称为酶的激活作用。引发激活作用的物质称为激活剂。激活剂与辅酶或辅基作用不同，前者不存在时，酶仍能表现一定催化活性，而后者不存在时，酶完全不具备催化能力。
（1）酶的最适温度
在较低的温度范围内，酶反应速度随温度升高而增大，但超过一定温度后，反应速度反而下降，此转折点温度称为 “最适温度”。
最适温度不仅与酶本身特性有关，也同时受到酶纯度、反应条件、底物等多种因素影响，因此不是酶的特征物理常数。对于特定反应，要根据实验结果确定酶催化反应的最适温度作为反应的温度条件。