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(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 E-mail: Tel湖北工業(yè)大學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程環(huán)境微生物,2,Contents,3,4 微生物生長的影響因子,超聲波，化學(xué)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(xì)菌在水中加熱到100迅速死亡。 （一）高溫殺菌的機(jī)理 ？,1）蛋白質(zhì)、核酸變性 2）細(xì)胞膜溶解 細(xì)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(xì)菌的種類、含水量、芽孢有無、以及濕熱或干熱 1）細(xì)菌種類 如,6,2）含水量,細(xì)菌細(xì)胞含水量高的更容易被殺死。,？,分子層次現(xiàn)象蛋白質(zhì)的凝固溫度與含水量有關(guān)。,水熱的良導(dǎo)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(fā)蛋白質(zhì)水分）； 蒸汽冷凝放熱； 凝水熱傳導(dǎo)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(jù)細(xì)菌適宜溫度的不同，可將細(xì)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(xì)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(shù)。,12,3低溫,低溫細(xì)胞結(jié)凍最適溫度下限 進(jìn)入休眠狀態(tài) 提問：？ 酶活性降低，導(dǎo)致代謝、遺傳普遍停滯；,冰渣導(dǎo)致細(xì)胞膜破裂，失“血”過多,膜細(xì)胞流動性變差 。,一旦獲得適宜溫度，即可恢復(fù)活性 提問：細(xì)胞內(nèi)外凍結(jié)易導(dǎo)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(tài)，因此通常實驗室用冰箱的4冷藏溫度保藏細(xì)菌,或甘油、石蠟冷凍保存 菌種,14,低溫下冷藏的食物變質(zhì) 嗜冷細(xì)菌（或霉菌）的最適宜溫度在515之間。,具備低溫活性酶 細(xì)胞質(zhì)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(yǎng)物質(zhì)。,嗜冷細(xì)菌的秘密武器是什么？,15,二、pH的影響,大多數(shù)細(xì)菌最適環(huán)境pH為68，可生存的pH范圍在410之間。 研究表明細(xì)胞內(nèi)部由于細(xì)胞膜的屏蔽作用、磷酸鹽緩沖及細(xì)菌能動的調(diào)節(jié)，pH一般都保持中性，環(huán)境的pH難以影響細(xì)胞內(nèi)的pH變化。 提問：外界的pH變化如何對細(xì)菌產(chǎn)生影響？ 1. 影響細(xì)胞膜蛋白及胞外水解酶的活性 從而影響營養(yǎng)物的正常吸收與轉(zhuǎn)運,16,2.影響營養(yǎng)物的解離與吸收,主要影響一些極性營養(yǎng)物如脂肪酸、氨基酸 以乙酸的吸收為例，,細(xì)菌表面帶有電荷，如“”,17,某些細(xì)菌，例如氧化鐵硫桿菌和其他極端嗜酸茵，需在酸性環(huán)境中生活，其最適pH為3，在pH為15時仍可生活。 各種工業(yè)廢水通常設(shè)前調(diào)節(jié)池，維持曝氣池pH7左右。 事實上，凈化污(廢)水的微生物適應(yīng)pH變化的能力比較強，pH在6585均可不加調(diào)節(jié)。,18,三、氧化還原電位（ORP),什么是氧化還原電位？ 某物質(zhì)與氫電極構(gòu)成原電池時的電壓高低,反映物質(zhì)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(zhì)（主要是氧氣濃度）與還原性物質(zhì)（有機(jī)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(diào)節(jié)？ 改變曝氣力度,厭氧污泥或污水處理系統(tǒng)應(yīng)控制在在100200mV 過高，將不利于厭氧細(xì)菌的生長，應(yīng)改進(jìn)工藝降低水中溶解氧量。,應(yīng)用,21,四、干燥,細(xì)菌基本上是生活在水中的生物。 提問：環(huán)境中過于干燥細(xì)菌如何生存？ （在不受熱和其它外界因素干擾下）干燥細(xì)胞將處于長期休眠狀態(tài),用干燥法防止食物腐?。?xì)菌滋生） 如方便面、干果、肉干、葡萄干等。 用干燥法來保存細(xì)菌，如將細(xì)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(fù)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(cè)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(cè)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(xì)菌生存： 1.相同滲透壓溶液中 細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)水含量穩(wěn)定，細(xì)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(jìn)行細(xì)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(xì)菌會發(fā)生什么現(xiàn)象？ 濃溶液；質(zhì)壁分離 防腐（細(xì)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(xì)菌基因改造；,25,3.低滲透壓溶液,提問：細(xì)菌于其中會如何？如純水 外界大量水流入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)，細(xì)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(yīng)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(xì)菌在陰暗環(huán)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(xì)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(jī)理？ 蛋白質(zhì)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(jīng)開始被用于油田注水殺細(xì)菌(腐蝕性細(xì)菌)。 殺菌機(jī)理？ 高能量激發(fā)水分解產(chǎn)生O自由基或H2O2等強氧化劑 優(yōu)缺點？ 一次性投資較大，但使用時成本較低，殺菌效果穩(wěn)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(xì)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(xì)胞破碎）的機(jī)理？,29,八化學(xué)藥劑,指對細(xì)菌有抑制作用的藥劑（對細(xì)菌生長有利的藥劑被歸于營養(yǎng)物） 1.無機(jī)藥劑 （一）重金屬 提問：機(jī)理？ 與酶的SH結(jié)合，使酶變性 低濃度時可作為細(xì)菌的營養(yǎng)物，高濃度則對細(xì)菌產(chǎn)生抑制。,30,提問：在遠(yuǎn)距離取水樣作檢測時，一般1L混合液中加10ml質(zhì)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(zhì)不變。,31,（二）氧化劑與酸堿,提問：機(jī)理？ 氧化細(xì)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(jī)藥劑,（一）醇（中效） 提問：機(jī)理？,（對人 輕脫水、損害胃粘膜 重神經(jīng)抑制呼吸、心跳衰竭） 脫水劑和脂溶劑 可使蛋白質(zhì)脫水、變性，溶解細(xì)胞質(zhì)膜的脂類物質(zhì)，進(jìn)而殺死微生物機(jī)體。,33,1）乙醇 體積分?jǐn)?shù)為7080的乙醇?xì)⒕ψ顝姟Ｒ掖紳舛冗^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(xì)胞表面迅速失水，表面蛋白質(zhì)沉淀變性形成一層致密薄膜，阻止乙醇分子進(jìn)入菌體內(nèi)，故殺菌差。,34,2）甲醇 甲醇?xì)⒕Σ?，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(jī)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(chǎn)生,能殺死其他微生物或抑制其生長的物質(zhì),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(huán)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(xì)胞壁形成 青霉素抑制革蘭氏陽性菌肽聚糖的合成，進(jìn)而阻礙細(xì)胞壁合成；,革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁的肽聚糖含量很低，因此只受到部分損傷；,菌體內(nèi)部不斷由于物質(zhì)合成膨大，細(xì)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(xì)胞不具細(xì)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(yán)重過敏反應(yīng)（免疫系統(tǒng)自殺行為）,39,破壞微生物的細(xì)胞膜 多粘菌素中的游離氨基與革蘭氏陰性菌細(xì)胞質(zhì)膜中的磷酸根(P043)結(jié)合，損傷其細(xì)胞質(zhì)膜。,抑制蛋白質(zhì)合成 氯霉素、金霉素、土霉素、四環(huán)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(jié)合，抑制微生物蛋白質(zhì)合成。 同時，上述廣譜抗生素能與酶組分中的金屬離子結(jié)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(nèi)外部的一切微生物永遠(yuǎn)喪失其生長繁殖能力的措施，稱為滅菌。可分為殺菌和溶菌。 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(nèi)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(dá)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(xué)治療（chemotherapy） 利用具有高度選擇毒力的化學(xué)物質(zhì)來抑制宿主內(nèi)病原微生物的生長繁殖，借以達(dá)到治療傳染病的一種措施。用于化療目的化學(xué)物質(zhì)稱化學(xué)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(zhì)易凝固 2)熱蒸汽的穿透力強 3)蒸汽有潛熱存在,45,三、化學(xué)殺菌劑或制菌劑,46,(三)抗生素 由生物在其生命活動中產(chǎn)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(xì)胞壁的形成：青霉素、桿菌肽、環(huán)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(zhì)的合成：鏈霉素、紅霉素、四環(huán)素,損傷細(xì)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(huán)丙沙星,48,6 微生物與微生物之間的關(guān)系,49,互生互惠互利 互生關(guān)系分為偏利關(guān)系和互利關(guān)系，偏利關(guān)系指只有一方獲利（奉獻(xiàn)），互利則是互惠互利。 共生共同依存 互生關(guān)系的極端表現(xiàn)，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(zhàn)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(guān)系？,互生為主,50,提問：地衣中的真菌與藻類是何關(guān)系？ 共