Chap 6 Microbial growth and control,微生物的生長與控制-4,主講教師: 李 祝 單位：化學與環境工程學院 E-mail: Tel湖北工業大學專業基礎課程環境微生物,2,Contents,3,4 微生物生長的影響因子,超聲波，化學藥劑，.,溫度,pH,氧化還原電位,干燥,滲透壓,光線,4,一、溫度,一般來說無芽孢的細菌在水中加熱到100迅速死亡。 （一）高溫殺菌的機理 ？,1）蛋白質、核酸變性 2）細胞膜溶解 細胞膜中的脂類在高溫作用下溶解，“失血過多”,1.高溫的影響,5,（二）影響高溫殺菌的因素,細菌的種類、含水量、芽孢有無、以及濕熱或干熱 1）細菌種類 如,6,2）含水量,細菌細胞含水量高的更容易被殺死。,？,分子層次現象蛋白質的凝固溫度與含水量有關。,水熱的良導體,7,3）芽孢,不同芽孢菌高溫耐受能力比較表,8,4）濕熱與干熱 濕熱水蒸汽 干熱 熱空氣,蒸汽滅菌鍋,烘箱,121 2030min,160170 2h滅菌,9,濕熱滅菌溫度低時間短？ 保水（熱空氣蒸發蛋白質水分）； 蒸汽冷凝放熱； 凝水熱傳導能力強于空氣；,10,2.適宜溫度,提問：為什么會存在適宜溫度？ 酶的活性 根據細菌適宜溫度的不同，可將細菌分為四大類，嗜冷菌、嗜中溫菌、嗜熱菌及嗜超熱菌。,11,廢水中的細菌一般都是嗜中溫菌，最適溫度 多在30左右，嗜冷菌和嗜熱菌占少數。,12,3低溫,低溫細胞結凍最適溫度下限 進入休眠狀態 提問：？ 酶活性降低，導致代謝、遺傳普遍停滯；,冰渣導致細胞膜破裂，失“血”過多,膜細胞流動性變差 。,一旦獲得適宜溫度，即可恢復活性 提問：細胞內外凍結易導致死亡，原因何在？,13,嗜中溫菌（耐冷喜溫）一般在5以下處于休眠狀態，因此通常實驗室用冰箱的4冷藏溫度保藏細菌,或甘油、石蠟冷凍保存 菌種,14,低溫下冷藏的食物變質 嗜冷細菌（或霉菌）的最適宜溫度在515之間。,具備低溫活性酶 細胞質膜含有大量的不飽和脂肪酸，在低溫下能保持半流動性，使之能有效地集中必需的營養物質。,嗜冷細菌的秘密武器是什么？,15,二、pH的影響,大多數細菌最適環境pH為68，可生存的pH范圍在410之間。 研究表明細胞內部由于細胞膜的屏蔽作用、磷酸鹽緩沖及細菌能動的調節，pH一般都保持中性，環境的pH難以影響細胞內的pH變化。 提問：外界的pH變化如何對細菌產生影響？ 1. 影響細胞膜蛋白及胞外水解酶的活性 從而影響營養物的正常吸收與轉運,16,2.影響營養物的解離與吸收,主要影響一些極性營養物如脂肪酸、氨基酸 以乙酸的吸收為例，,細菌表面帶有電荷，如“”,17,某些細菌，例如氧化鐵硫桿菌和其他極端嗜酸茵，需在酸性環境中生活，其最適pH為3，在pH為15時仍可生活。 各種工業廢水通常設前調節池，維持曝氣池pH7左右。 事實上，凈化污(廢)水的微生物適應pH變化的能力比較強，pH在6585均可不加調節。,18,三、氧化還原電位（ORP),什么是氧化還原電位？ 某物質與氫電極構成原電池時的電壓高低,反映物質氧化性強弱。,提問：pH7.0,30條件下飽和Fe3+溶液中測得的電壓值為0.771,該值代表什么？ Fe3+/Fe2+ 的氧化還原電位為+0.771,19,通常如何測定水樣的氧化還原電位？ pH測定儀mv檔，其中一個惰性的鉑絲電極與一個參比電極（如甘汞電極）,提問：影響水樣氧化還原電位的因素有哪些？ 氧化性物質（主要是氧氣濃度）與還原性物質（有機物、H2S等）的含量,20,好氧活性污泥法 控制在200600mV是正常的 提問：過低過高如何調節？ 改變曝氣力度,厭氧污泥或污水處理系統應控制在在100200mV 過高，將不利于厭氧細菌的生長，應改進工藝降低水中溶解氧量。,應用,21,四、干燥,細菌基本上是生活在水中的生物。 提問：環境中過于干燥細菌如何生存？ （在不受熱和其它外界因素干擾下）干燥細胞將處于長期休眠狀態,用干燥法防止食物腐敗（細菌滋生） 如方便面、干果、肉干、葡萄干等。 用干燥法來保存細菌，如將細菌放置在干燥的沙土中可以長期保存。 一旦提供潮氣則會很快復活。,22,五滲透壓,是不同溶液被半透膜隔離開時，由于 膜半透性及兩側水分子濃度差異形成的水壓 。,有半透膜,左水分子凈通量0 右側液位，直至平衡,23,衡量方法：通常以一定濃度溶液與純水間形成的滲透壓作為該溶液的滲透壓 提問：水將從 滲透壓一方流向 滲透壓的一方？ 低、高,滲透壓可影響細菌生存： 1.相同滲透壓溶液中 細菌細胞內水含量穩定，細菌生活得最好。 等滲透壓溶液085的食鹽(NaCl)溶液（生理鹽水）。常作為進行細菌稀釋分離的稀釋液。,24,2.高滲透壓溶液中,提問：哪些是高滲透壓溶液？細菌會發生什么現象？ 濃溶液；質壁分離 防腐（細菌滋生） 如用530%的鹽水腌咸菜、咸魚，用6080%的糖溶液做蜜餞等。,海洋對各種病原菌（淡水菌）的殺滅 高含鹽廢水（如油田采出水）難于生物處理的原因 提問：如何解決？ 沖稀;防垢劑;細菌基因改造；,25,3.低滲透壓溶液,提問：細菌于其中會如何？如純水 外界大量水流入細菌細胞內，細胞膨脹，甚至破裂。 綜合以上幾點，在微生物實驗室中稀釋菌液，應該用生理鹽水（0.85%） (除非稀釋后馬上就用的可以用無菌的蒸餾水。),26,六光線,1.陽光 提問：通常細菌在陰暗環境中能夠更好的生長，原因？,包括陽光和燈光,紫外線（波長0.1400nm） 一般細菌在紫外線下照射5min即能被殺死，芽孢則需10min。紫外線波長在260nm左右者殺菌力最強 提問：殺菌機理？ 蛋白質和核酸變性,27,（二）X-射線、射線(不帶電),來源銥, X-射線10-30.1nm 鈷、鐳, 射線10-6nm 特點高能量，穿透力強,已經開始被用于油田注水殺細菌(腐蝕性細菌)。 殺菌機理？ 高能量激發水分解產生O自由基或H2O2等強氧化劑 優缺點？ 一次性投資較大，但使用時成本較低，殺菌效果穩定,28,七.超聲波,提問：超聲波？ 超過人的聽覺能力上限20千Hz（波長小于1.6cm)的聲波,(B超),人工來源振動頭 幾乎所有的細菌體都能被超聲波所破壞，但敏感程度各有不同。 * 超聲波的殺菌（或細胞破碎）的機理？,29,八化學藥劑,指對細菌有抑制作用的藥劑（對細菌生長有利的藥劑被歸于營養物） 1.無機藥劑 （一）重金屬 提問：機理？ 與酶的SH結合，使酶變性 低濃度時可作為細菌的營養物，高濃度則對細菌產生抑制。,30,提問：在遠距離取水樣作檢測時，一般1L混合液中加10ml質量濃度為1gL的硫酸銅，原因何在？ 抑制攜帶過程中微生物的呼吸，盡量保持水質不變。,31,（二）氧化劑與酸堿,提問：機理？ 氧化細胞膜穿孔,01的高錳酸鉀溶液常用于消毒公用茶具和水果、皮膚。 漂白粉、液氯、臭氧、三氯異氰尿酸 常用于飲水或游泳池水的消毒。 醋酸、石灰乳（生石灰：水1： 48 可有效地消毒糞便和其它排泄物）,32,2.有機藥劑,（一）醇（中效） 提問：機理？,（對人 輕脫水、損害胃粘膜 重神經抑制呼吸、心跳衰竭） 脫水劑和脂溶劑 可使蛋白質脫水、變性，溶解細胞質膜的脂類物質，進而殺死微生物機體。,33,1）乙醇 體積分數為7080的乙醇殺菌力最強。乙醇濃度過低或過純殺菌力差； 提問：過純？差 提示：革蘭氏染色（95乙醇脫色） 可使細胞表面迅速失水，表面蛋白質沉淀變性形成一層致密薄膜，阻止乙醇分子進入菌體內，故殺菌差。,34,2）甲醇 甲醇殺菌力差，對人有毒，不作殺菌劑。 在廢水生物反硝化脫氮處理工藝中，缺碳源時常用甲醇作碳源。,3）其它醇 丙醇、丁醇及其他高級醇的殺菌力均比乙醇強，但由于不溶于水，不作殺菌劑。,35,2）合成洗滌劑 陽離子型洗滌劑（有機銨鹽）殺菌力強。非離子型的洗滌劑沒有殺菌力。,目前使用的主要是陰離子型（烷基鈉鉀鹽）的LAS(直鏈烷基苯磺酸鈉)合成洗滌劑，它可被微生物降解。,36,4）抗生素,放線菌和霉菌所產生,能殺死其他微生物或抑制其生長的物質,抗生素有廣譜和狹譜之分 提問：什么是廣譜、狹譜？ 廣普遍 氯霉素、金霉素、土霉素和四環素 狹不普遍 青霉素只能殺死或抑制革蘭氏陽性菌，多粘菌素只能殺死革蘭氏陰性菌，叫狹譜抗生素。,37,抗生素對微生物的影響有以下四方面：,抑制細胞壁形成 青霉素抑制革蘭氏陽性菌肽聚糖的合成，進而阻礙細胞壁合成；,革蘭氏陰性菌細胞壁的肽聚糖含量很低，因此只受到部分損傷；,菌體內部不斷由于物質合成膨大，細胞壁不生長，菌體脹破。,38,提問：青霉素對人體有害嗎？為什么？ 本身沒有。人和動物的細胞不具細胞壁，不含肽聚糖，所以不受青霉素的損害。 提問：為什么打青霉素先作皮試？ 56人會有嚴重過敏反應（免疫系統自殺行為）,39,破壞微生物的細胞膜 多粘菌素中的游離氨基與革蘭氏陰性菌細胞質膜中的磷酸根(P043)結合，損傷其細胞質膜。,抑制蛋白質合成 氯霉素、金霉素、土霉素、四環素、鏈霉素、卡那霉素、新霉素、慶大霉素、嘌呤霉素及春日霉素等都能與核糖體蛋白結合，抑制微生物蛋白質合成。 同時，上述廣譜抗生素能與酶組分中的金屬離子結合，抑制酶的活性。,40,5 有害微生物的控制,41,1 滅菌 2 消毒 3防腐 4化療,一、 基本概念,42,1、滅菌（sterilization） 采用強烈的理化因素使任何物體內外部的一切微生物永遠喪失其生長繁殖能力的措施，稱為滅菌?？煞譃闅⒕腿芫?。 2、消毒（disinfection） 消毒是一種采用較溫和的理化因素，僅殺死物體表面或內部一部分對人體或動物、植物有害的病原菌而對被消毒的對象基本無害的措施。,43,3、防腐（antisepsis） 利用某種理化因素完全抑制霉腐微生物的生長繁殖從而達到防止食品等霉腐的措施，主要有：1）低溫；2）缺氧；3）干燥；4）高滲；5）高酸度；6）高醇度；7）防腐劑 4、化療即化學治療（chemotherapy） 利用具有高度選擇毒力的化學物質來抑制宿主內病原微生物的生長繁殖，借以達到治療傳染病的一種措施。用于化療目的化學物質稱化學治療劑，主要有各種抗生素，磺胺類藥物和中藥中的有效成分。,44,二、物理滅菌因素的代表高溫滅菌,濕熱滅菌效力高的原因： 1)有水，蛋白質易凝固 2)熱蒸汽的穿透力強 3)蒸汽有潛熱存在,45,三、化學殺菌劑或制菌劑,46,(三)抗生素 由生物在其生命活動中產生的一種次生代謝物，在低濃度時可抑制或殺死其它的微生物。 抗菌譜：抗生素對微生物作用的范圍。,47,抗生素的作用方式 抑制細胞壁的形成：青霉素、桿菌肽、環絲氨酸,阻礙核酸的合成：利福霉素、絲裂霉素、博萊霉素,干擾蛋白質的合成：鏈霉素、紅霉素、四環素,損傷細胞膜的功能：多粘菌素、短桿菌素,多粘菌素,萘啶酸、諾氟沙星、環丙沙星,48,6 微生物與微生物之間的關系,49,互生互惠互利 互生關系分為偏利關系和互利關系，偏利關系指只有一方獲利（奉獻），互利則是互惠互利。 共生共同依存 互生關系的極端表現，形成特殊的共生體，不能分開獨自生活 拮抗(對抗)“競爭、斗爭、戰爭”，包括競爭、毒害、捕食三種類型。,提問：藻類、好氧菌與厭氧菌之間是何關系？,互生為主,50,提問：地衣中的真菌與藻類是何關系？ 共