1、醫學專題細菌的生長和遺傳變異-1第三章第三章 細菌細菌(xjn)的生長和的生長和遺傳變異遺傳變異第一頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-1主要(zhyo)內容n3-1 細菌的生長及特性細菌的生長及特性(txng)n3-2 細菌的遺傳與變異細菌的遺傳與變異第二頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-1一、生長與繁殖一、生長與繁殖(fnzh)的概念的概念二、細菌生長的測定方法二、細菌生長的測定方法三、細菌的生長特性三、細菌的生長特性四、微生物膜的生長特性四、微生物膜的生長特性第三頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-13-1-1 生長生長(shngzhng)與繁殖與繁殖同化

2、作用大于異化作用時，細胞質的量增加，表現在細胞體積或重量(zhngling)的不斷增加，這種現象稱生長。生長一定程度后細胞分裂，這就是(jish)繁殖。個體的生長和繁殖體現為群體的生長。（微生物重量或數目的增加）。 群體生長個體生長個體繁殖群體生長個體生長個體繁殖在微生物學中“只有群體的重復”才有意義，因此“生長”一般指群體生長。第四頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-13-1-2 細菌細菌(xjn)的生長測定方法的生長測定方法計數法l直接計數法借助顯微鏡l間接(jin ji)計數法平板計數生長量測定法l測定重量、體積、含氮量來反映(fnyng)細菌的生長第五頁，共六十八頁。醫學專題

3、細菌的生長和遺傳變異-1（一）（一） 計數法計數法1、直接(zhji)計數法（顯微鏡）涂片染色法：一定量樣品涂布在載玻片上，染色后計數。濾膜染色法：一定量樣品過濾到濾膜上，然后染色計數。比例計數法將已知顆粒(kl)濃度的液體與待測菌液按一定比例混合后在顯微鏡下，測各自的數目。第六頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-1涂片涂片(t pin)(t pin)染色法染色法第七頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-1第八頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-1計數器計數器( (血球血球(xuqi)(xuqi)計數板）計數板）測定法測定法 第九頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和

4、遺傳變異-1數了數了80個小格中有個小格中有120個細菌，樣品個細菌，樣品(yngpn)中的細菌濃度是多少？中的細菌濃度是多少？(120個個80)400 / 110- 4 ml =600104個個/ml適用范圍：適用范圍：細菌個體若太小、過多，由于每一小格中細菌層層細菌個體若太小、過多，由于每一小格中細菌層層疊加，相互遮擋，難以準確計數。疊加，相互遮擋，難以準確計數。數數數數(sh sh)細菌（或其他微生物或細胞）數目，（一般數細菌（或其他微生物或細胞）數目，（一般數165=80個小格），個小格），折算折算樣品細菌濃度；樣品細菌濃度；第十頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-1濾膜染色

5、法濾膜染色法l一定量樣品過濾一定量樣品過濾(gul)到濾膜上，然后染色計數。到濾膜上，然后染色計數。l需要知道濾液的體積和濾膜的面積。需要知道濾液的體積和濾膜的面積。l在顯微鏡下計數，方法相同。在顯微鏡下計數，方法相同。第十一頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-1比例比例(bl)(bl)計數計數法法n比例比例樣品菌液與等體積（或成一定樣品菌液與等體積（或成一定(ydng)比例）的血液混合，比例）的血液混合，觀測二者比例觀測二者比例平均每個視野中細菌平均每個視野中細菌(xjn)(xjn)數量數量/ /紅血球的數紅血球的數量比例為量比例為5.55.5：1 1，則細菌，則細菌(xjn)(x

6、jn)數量數量= =？5.55.5400400萬個萬個/m l =2.2/m l =2.210107 7個個/ /mLmL樣品樣品n紅血球紅血球數已知數已知(男性男性，女性，女性)，平均平均400400萬個萬個/m/m比例計數法將已知顆粒濃度的液體與待測菌液按一定比例混合后在顯微鏡下，測各自的數目。（特點：不要求記體積）第十二頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-1DAPI:46-diamidino-2-phenylindole,dihydrochloride4,6-4,6-二二脒脒基基-2-2苯基苯基(bn j)(bn j)吲哚吲哚DNA2Cl-H2N+NH2CNHH2N -C NH

7、2Measurement of total cell counts全細胞染色法（死活(shu)不分）：DAPI染色染色，DTAFDAPI:無毒性熒光染料(rnlio)，能夠與DAN雙鏈強力結合并產生熒光。采用358nm紫外光照射能發射明亮的藍色熒光。第十三頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-15-DTAF : 5-(4,6-dichlorotriazinyl) aminofluoresceinDNAOOHOOHOOHNHNNClNClMeasurement of total cell counts全細胞染色法（死活(shu)不分）：DAPI染色染色，DTAF第十四頁，共六十八頁。醫學

8、專題細菌的生長和遺傳變異-1有必要區分(qfn)細菌的死活嗎？n飲用水中衛生細菌學標準是TBC 接種量：特別是X0/S0，即初期微生物濃度與基質濃度的比。產生延滯(yn zh)期的原因： 缺乏分解新環境中有關基質的酶； 缺乏充足的代謝中間產物。總細胞數活細胞數III培養時間細胞個數底物特點：底物充足第四十六頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-12）指數期（exponential phase） 對數(du sh)期、生長率上升階段細胞數（量）以指數形式增加的時間段。 細菌 特點：生長速率最大，世代時間（generation time）最短 酶系活躍、代謝(dixi)旺盛細胞進行平衡生長

9、，體內各成分最為均勻 底物特點：底物充足，大量被細菌消耗(xioho)，降解速率最高總細胞數活細胞數III培養時間細胞個數第四十七頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-1指數(zhsh)期數學描述1dxrkXdt10lnXKtX10KtXXe世代(shdi)時間0t tGnn 世代(shdi)數02nXX0lglglg2XXn第四十八頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-13）穩定期（stationary phase）： 恒定期、靜止期、生長(shngzhng)下降期細菌(xjn)特點：凈增長速度為零繁殖與死亡速度相等正生長與負生長相等底物(d w)特點： 底物被大量消耗，不能

10、夠維持對數期細菌高生長速率所需要的有機物質，導致細菌生長率下降出現穩定期的原因： 營養物尤其是生長因子耗盡 營養物比例失調 pH、DO、氧化還原電位的變化總細胞數活細胞數III培養時間細胞個數第四十九頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-1數學(shxu)表達生長(shngzhng)下降階段 S很低，其濃度(nngd)對微生物影響大2dsk Sdt即有機物分解速度與其濃度成正比第五十頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-14）衰亡期（decline phase, death phase）內源呼吸期（endogenous respiration phase）內源呼吸：體內貯藏物質

11、酶等一部分細胞物質的氧化。細菌特點：細胞會發生自溶現象（autolysis），蛋白質水解酶活力 往往產生芽孢出現死亡(swng)期的原因： 營養物不足(bz) 外界條件惡化底物特點(tdin)：底物被微生物大量耗盡，微生物因得不到營養 而進行內源呼吸總細胞數活細胞數III培養時間細胞個數第五十一頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-1細菌生長的數學(shxu)描述生長與基質濃度(nngd)的關系微生物比增長速度(zn chn s d)：單位時間，單位微生物量的增加量1dxdtxmax基質濃度s第五十二頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-1maxssksKs: 飽和常數，與ma

12、x12的s值相等KsS時maxmaxssSk SkkSmaxsKsMonod公式(gngsh)（莫諾特公式(gngsh)）經驗公式(gngsh)（微生物增長）第五十三頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-1對于(duy)像活性污泥這樣的混合微生物群，也有類似的生長曲線。細菌生長期與廢水生物細菌生長期與廢水生物(shngw)處理：處理： 水處理中如何(rh)避免緩慢期接種對數期或代謝旺盛的污泥增加接種量污泥馴化 微生物維持到對數期可獲得高的處理能力， 即分解速度高，但處理效果不一定好菌活力大，不易凝聚和沉淀需要充足的營養物，故得不到好的水質第五十四頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳

13、變異-1 處于穩定期污泥雖然生長(shngzhng)速度有所下降，但有一定的代謝活性，絮凝沉降性能好。 故傳統的活性污泥法常運行在這個范圍。 衰亡期只出現在某些(mu xi)特殊的水處理場合， 如延時曝氣及污泥消化，出水水質好。第五十五頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-1食料/微生物代謝速率內源呼吸階段生長率下降階段生長率上升階段（沉降性能好）（沉降性能差）大多數活性污泥處理系統運行范圍延時曝氣，污泥消化微生物代謝速率與食料微生物代謝速率與食料/微生物的關系微生物的關系注意：各個階段的食物/菌量比發生變化，相當于活性污泥中的負荷。F/M（食稀比）第五十六頁，共六十八頁。醫學專題細菌

14、的生長和遺傳變異-1連續培養（continuous cultivation）是一種連續進料又連續出料的培養方式(fngsh)根據控制因素的不同分為恒濁連續培養（turbidostat）：培養基提供足夠量的營養元素，細菌保持最大速率生長，通過(tnggu)控制進料流速保持細菌濁度一定，使其處于對數生長期。恒化連續培養（chemostat）：固定恒定的進料流速，同樣的流速排出，反應器中營養物質濃度不變，為限制性營養因子控制生長。3. 半連續培養（semi-batch cultivation）、半間歇式Fill and draw第五十七頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-14. 分批補料式

15、培養（fed batch）以低速(d s)把高濃度的營養物質連續加入培養器中，但不出料。體積是隨時間變化的特點：能任意控制培養液中的底物濃度，所以沒有流出。供應速度與微生物消費速度達到平衡(pnghng)，所以能保持一定的濃度。主要(zhyo)用于： 有抑制作用的底物 生長因子添加 高濃度菌體培養第五十八頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-13-1-4 微生物膜的生長微生物膜的生長(shngzhng)特性特性1. 生物膜的生長(shngzhng) 液體培養基中加入固體物質（載體），微生物在其表面吸附、生長、繁殖(fnzh)形成形成膜，這種膜叫微生物膜。微生物膜的生長膜厚的增加，密度也

16、將發生變化從單位固體表面積上的微生物量（mg/cm2）上看可分為6個階段延滯期、加速增長期、恒速增長期、減速增長期、安定期、脫落期第五十九頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-1延滯延滯(yn zh)期期加速增長期加速增長期恒速增長期恒速增長期減速增長期減速增長期安定期安定期脫落期脫落期第六十頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-1第六十一頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-1（1）延滯期：細胞吸附(xf)在固體表面上的過程（沉降）影響吸附速度的因子：材質、表面性質、形狀、細胞(xbo)的性質、操作條件（2）加速增長期：還沒有形成(xngchng)完整的膜（3）恒速增

17、長期： 活性細胞量達到最大，形成完整的膜。膜表面凹凸不平。第六十二頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-1（4）減速(jin s)增長期： 恒速增長期與安定期的過渡期，持續時間短。（5）安定期： 增長速度(sd)與脫落速度(sd)相平衡，膜量及膜厚達到最大值。（6）脫落期： 外因：流體的剪切力 內因：細菌的死亡、氣泡的形成，細胞(xbo)外高分子量的變化。第六十三頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-12. 生物膜的特性(txng)（1）有效(yuxio)膜厚并不是全部有活性基質的擴散細胞的死亡70200m（平均(pngjn)100 m），并不是越厚越好。（2）密度（與膜厚有關

18、） 微生物膜的濕密度：密度有時小于水，一般接近于1。（因為有氣泡的存在）第六十四頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-1濕生物膜組成（體積比）： 細胞(xbo)5-15%，氣泡2-18%，水7090%（3）組成(z chn)： （g-/g-生物膜）COD：0.47TOC：0.46T-N：0.11T-P：0.22生物膜干組成(z chn)： （g-/g-生物膜）第六十五頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-1膜厚膜體積(tj)/載體表面積生物膜濕重/表面積生物膜濕重（載體膜）載體生物膜生物量的測定方法：超聲波脫落，按照細菌數量測定。生物膜的測量方法第六十六頁，共六十八頁。醫學專題細菌的生長和遺傳變異-1第一次作業(zuy)n請繪制間歇培