1、第四章第四章 微生物的营养和培养基微生物的营养和培养基 营养物：生物体为满足正常生长、繁殖，从外界吸收的作为代谢活动必需的有机物和无机物。营养：获得并利用营养物质的过程。n微生物的营养物质微生物的营养物质：能够满足微生物的：能够满足微生物的生长繁殖生长繁殖和和完成其各种生理活动完成其各种生理活动所需要所需要的物质称为微生物的营养物质。的物质称为微生物的营养物质。n微生物的营养物质来源除微生物的营养物质来源除无机无机、有机物有机物质质外，还包括光能这种非物质形式的外，还包括光能这种非物质形式的能能源。源。第四章微生物的营养和培养基第四章微生物的营养和培养基n第一节微生物的营养n第二节微生物的培养
2、基n第三节微生物的生存因子第一节第一节 微生物的营养微生物的营养n一、微生物的营养类型一、微生物的营养类型n二、微生物的营养要求二、微生物的营养要求营养类型是指根据微生物生长所需要的主要营养要素即能源和碳源的不同，而划分为：l光能自养型l光能异养型l化能自养型l化能异养型一、微生物的营养类型营养类型营养类型能源能源碳源碳源电子供体电子供体代表类型代表类型光能自养光能自养型型光光CO2无机物无机物H2S、S、H2或水或水绿硫细菌绿硫细菌光能异养型光能异养型光光有机物有机物有机物有机物红螺细菌红螺细菌化能自养型化能自养型无机物无机物CO2、碳酸盐碳酸盐无机物无机物（H2S、H2、Fe2+、NH4+
3、、NO2-）硝化细菌硝化细菌化化能异养型能异养型有机物有机物有机物有机物有机物有机物大肠杆菌大肠杆菌微生物的营养类型光能自养型蓝细菌含叶绿素a，利用水作为供氢体，在光照下同化二氧化碳，并放出氧气。光能自养型念珠蓝细菌电镜照片光能自养型念珠蓝细菌电镜照片光合作用光合作用光能异养型以光为能源，以有机碳化合物作为碳源和供氢体进行光合作用而生长繁殖的微生物。光能异养菌紫色非硫细菌电镜照片光能异养菌紫色非硫细菌电镜照片化能自养型以二氧化碳为碳源，利用无机化合物（如铵、亚硝酸盐、硫化氢、铁离子等）氧化过程中释放出的能量进行生长的微生物。产甲烷细菌电镜照片，它们可以氢气为能源，产甲烷细菌电镜照片，它们可以氢
4、气为能源，二氧化碳为碳源生长二氧化碳为碳源生长化能异养型大多数微生物属于这种营养类型。它们以有机碳化合物作为碳源和能源。如果微生物的食物是来自死亡或腐烂的动植物尸体，就称其为腐生微生物。如果其生长必须从活细胞或组织中获得营养物质的，则称之为寄生微生物。腐生型微生物腐生型微生物枯草芽孢杆菌枯草芽孢杆菌二、微生物的营养要求l水l碳源l氮源l无机盐l生长因子1、水是维持细菌细胞结构和功能必不可少的一种重要物质水是细胞的一种主要成分，一般占微生物营养体重量的百水是细胞的一种主要成分，一般占微生物营养体重量的百分比：细菌分比：细菌80%左右、酵母菌左右、酵母菌75%左右、霉菌左右、霉菌85%左右；左右；
5、霉菌孢子含水约霉菌孢子含水约39%、细菌芽孢核心部分的含水量低于、细菌芽孢核心部分的含水量低于30%。水的生理功能水的生理功能（1 1）水是细胞的重要组成成分。）水是细胞的重要组成成分。 （2 2）水直接参与代谢反应，许多反应都涉及脱水和）水直接参与代谢反应，许多反应都涉及脱水和水合。水合。 （3 3）水为细胞提供液体介质环境。）水为细胞提供液体介质环境。 细菌的营养物质、代谢产物都必须溶于水中才能被细菌的营养物质、代谢产物都必须溶于水中才能被运输。运输。 （4 4）水比热高、是热的良导体，可调节细胞的温度。）水比热高、是热的良导体，可调节细胞的温度。 （5 5）维持）维持 蛋白质核酸的天然构
6、象稳定。蛋白质核酸的天然构象稳定。 定义：为微生物生长提供碳素来源营养物质的统称功能：提供合成细胞骨架及代谢产物的原料; 并为整个生理活动提供所需要能源类型元素水平 化合物水平 培养基原料水平有机碳CHONX复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等CHON多数氨基酸、简单蛋白质等一般氨基酸、明胶等CHO糖、有机酸、醇、脂类等葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等CH烃类天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等无机碳C(?)COCO2CO2COXNaHCO3NaHCO3、CaCO3、等微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇、微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇、脂类、烃、脂类、烃、COCO2 2
7、及碳酸盐等。及碳酸盐等。微生物最好的碳源是糖尤其是葡萄糖、蔗糖。微生物最好的碳源是糖尤其是葡萄糖、蔗糖。对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源是兼对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源是兼有能源功能营养物有能源功能营养物。 凡是能够供给微生物氮素营养的物质称为氮源。氮源凡是能够供给微生物氮素营养的物质称为氮源。氮源的作用是为蛋白质的合成提供原料。的作用是为蛋白质的合成提供原料。3.氮源氮源氮源氮源氨基酸氨基酸蛋白质蛋白质核核 酸酸尿尿 素素有机氮有机氮无机氮无机氮硝酸盐硝酸盐铵铵 盐盐NH3N2速效氮源：小分子氮源（铵盐和氨基酸），很容易被细菌吸收利用，在短时间内就可满足菌体生长需要，称之为速
8、效氮源迟效氮源：大分子复杂氮源（硝酸盐和蛋白质），需要被细菌还原或降解后才能够利用，称为迟效氮源固氮作用细菌吸收并利用环境中的游离氮气作为氮源，借助特殊的酶将分子态的氮转化为氨或其它含氮化合物，该过程被称为固氮作用。 固氮酶 N2 + H2- NH3 按对氮源的要求不同，微生物可分为：按对氮源的要求不同，微生物可分为：1. 1.固氮微生物固氮微生物利用空气中的利用空气中的NN2 2合成自身所需的氨基酸及蛋白质。合成自身所需的氨基酸及蛋白质。代表：根瘤菌、固氮蓝菌、固氮菌。代表：根瘤菌、固氮蓝菌、固氮菌。2.2.以以无机氮化物为氮源无机氮化物为氮源的微生物的微生物利用利用NHNH3 3、铵盐、硝
9、酸盐、亚硝酸盐为氮源。、铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐为氮源。代表：亚硝化菌、硝化菌、放线菌、霉菌等。代表：亚硝化菌、硝化菌、放线菌、霉菌等。按对氮源的要求不同，微生物可分为：按对氮源的要求不同，微生物可分为：3.3.以以某种氨基酸某种氨基酸为氮源的微生物为氮源的微生物速效氮源速效氮源也为异养微生物，不能利用无机氮合成蛋白质，只会利也为异养微生物，不能利用无机氮合成蛋白质，只会利用现成的氨基酸合成。用现成的氨基酸合成。代表：乳酸菌、丙酸细菌等。代表：乳酸菌、丙酸细菌等。4.4.以以分解蛋白质分解蛋白质而获得氮源的微生物而获得氮源的微生物迟效氮源迟效氮源把蛋白质分解后，形成把蛋白质分解后，形成NHNH3
10、 3、氨基酸和肽，然后根据、氨基酸和肽，然后根据自己所需再次形成蛋白质。自己所需再次形成蛋白质。代表：氨化细菌、霉菌、酵母菌等。代表：氨化细菌、霉菌、酵母菌等。4.无机盐无机盐作用作用1. 1.细胞组成部分；细胞组成部分；2.2.构成酶的组分和维持酶的活性；构成酶的组分和维持酶的活性；3.3.调节渗透压、调节渗透压、pHpH、氧化还原电位；、氧化还原电位；4.4.能源；能源；5.5.酶的激活剂；酶的激活剂；微量元素微量元素:是指那些在微生物生长过程中起重要作用，而机体对是指那些在微生物生长过程中起重要作用，而机体对这些元素的需要量极其微小的元素。这些元素的需要量极其微小的元素。通常需要量在通常
11、需要量在106108mol/L。如：锌、锰、钼、硒、钴、铜。如：锌、锰、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。、钨、镍、硼等。 根据微生物对矿质元素需要量大小可以把它分成根据微生物对矿质元素需要量大小可以把它分成:大量元素：大量元素： P 、S、 K、 Na、Mg、Ca、Fe等。等。1 1）P PP P对于微生物的作用很重要，所有的微生物都需要磷对于微生物的作用很重要，所有的微生物都需要磷源。源。a. a.合成核酸、核蛋白、磷脂及其他含磷物质的重要元合成核酸、核蛋白、磷脂及其他含磷物质的重要元素。素。b.b.是一些辅酶的组成部分。如：是一些辅酶的组成部分。如：NADNAD、ATPATP、ADPADP等
12、。等。c. c.在磷酸化中起作用。在磷酸化中起作用。d.d.高能磷酸键。高能磷酸键。e. e.缓冲剂。缓冲剂。2 2）S SS S是一些氨基酸的组分，一般为硫氢基（是一些氨基酸的组分，一般为硫氢基（SHSH）的形）的形式。式。S S及硫化物是好氧微生物的能源。及硫化物是好氧微生物的能源。5.生长因子生长因子生长因子：那些微生物生长所必需而且需要量很小，生长因子：那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成的或合成量不足以满足机体生但微生物自身不能合成的或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物。长需要的有机化合物。生长因子主要有：维生素生长因子主要有：维生素C、B维生素、氨基酸、碱
13、维生素、氨基酸、碱基对等。基对等。 第二节、微生物的培养基第二节、微生物的培养基培养基是人工根据微生物得营养要求，将培养基是人工根据微生物得营养要求，将水、碳源、水、碳源、氮源、无机盐、生长因子等物质按照一定得比例氮源、无机盐、生长因子等物质按照一定得比例配制配制的，用以培养微生物（生长繁殖或产生代谢产物）的的，用以培养微生物（生长繁殖或产生代谢产物）的营养基质。营养基质。培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础。任何培养基都应该为微生物生长提供五大营养要素。任何培养基都应该为微生物生长提供五大营养要素。n一、培养基的配置原则一、培养基的
14、配置原则n二、培养基的类型及应用二、培养基的类型及应用一、配置培养基的顺序和原则一、配置培养基的顺序和原则目的明确目的明确营养协调营养协调理化条件适宜理化条件适宜经济节约经济节约2.配置培养基的原则配置培养基的原则1.配置培养基的顺序配置培养基的顺序烧杯加水烧杯加水 依次加入营养物质依次加入营养物质各成分的顺序：各成分的顺序：1).缓冲化合物；缓冲化合物；2).无机元素；无机元素；3).微量元素；微量元素；4).生长因子。生长因子。最后调节最后调节pH。无菌无菌3).3).营养协调营养协调培养基中营养物质浓度合适时微生物才能生长良好，营养物质浓培养基中营养物质浓度合适时微生物才能生长良好，营养
15、物质浓度过低时不能度过低时不能满足满足微生物正常生长所需，浓度过高时则可能对微生物正常生长所需，浓度过高时则可能对微生物生长起抑制作用。微生物生长起抑制作用。培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微生物培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微生物的生长繁殖和代谢产物的形成和积累，其中碳氮比的生长繁殖和代谢产物的形成和积累，其中碳氮比（C/NC/N）的影响较大。）的影响较大。2).2).目的明确目的明确根据不同的微生物的营养要求配制针对强的培养基。根据不同的微生物的营养要求配制针对强的培养基。1).1).无菌无菌例如，在利用微生物发酵生产谷氨酸的过程中，例如，在利用微生物发酵生产谷氨酸的
16、过程中，培养基碳氮比为培养基碳氮比为4/1时，菌体量繁殖，谷氨酸积累时，菌体量繁殖，谷氨酸积累少；当培养基碳氮比为少；当培养基碳氮比为3/1时，菌体繁殖受到抑制，时，菌体繁殖受到抑制，谷氨酸产量则大量增加。谷氨酸产量则大量增加。培养基的培养基的pH必须控制在一定的范围内，以满足不同类型必须控制在一定的范围内，以满足不同类型微生物的生长繁殖或产生代谢产物。微生物的生长繁殖或产生代谢产物。通常培养条件：通常培养条件：细菌与放线菌：细菌与放线菌：pH77.5酵母菌和霉菌：酵母菌和霉菌：pH4.56范围内生长范围内生长为了维持培养基为了维持培养基pH的相对恒定，通常在培养基中加入的相对恒定，通常在培养
17、基中加入pH缓冲剂，如缓冲剂，如K2HPO4或在进行工业发酵时补加酸、碱。或在进行工业发酵时补加酸、碱。4).理化条件适宜理化条件适宜 pH二、培养基的类型及应用二、培养基的类型及应用培养基种类繁多，根据其成分、物理状态和用培养基种类繁多，根据其成分、物理状态和用途可将培养基分成多种类型。途可将培养基分成多种类型。按成分不同划分按成分不同划分含用化学成分还不清楚或化含用化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物学成分不恒定的天然有机物牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基汁培养基化学成分完全了解的物质配化学成分完全了解的物质配制而成的培养基制而成的培养基天然培养基天然培养基
18、合成培养基合成培养基按照物理性质分按照物理性质分固体培养基培养液加入2%-3%的琼脂用于微生物分离纯化、保存、计数半固体培养基培养液加入0.5%琼脂用于观察细菌的运动能力，保存菌种液体培养基培养液中不加琼脂用于观察微生物生长状况、检测生化反应及代谢产物，大量增殖细菌根据培养基的物理状态，培养基可分：根据培养基的物理状态，培养基可分：+1.5-2.5%1.5-2.5%琼脂琼脂固体培养基固体培养基: :0.3-0.5%0.3-0.5%琼脂琼脂用于大量繁殖细菌用于大量繁殖细菌+动力检查动力检查细菌的分离培细菌的分离培养养半固体培养基半固体培养基: :液体培养基液体培养基: :按照用途和使用目的按照用
19、途和使用目的不同分为不同分为基础培养基满足一般细菌生长繁殖所需条件，组成牛肉浸膏、蛋白胨、氯化钠、水营养培养基培养基中加入血清等特殊成分供有特殊营养要求的细菌生长鉴别培养基加入糖类指示剂，鉴别细菌种类选择培养基加入抑制某些细菌生长的药物，筛选出目的细菌厌氧培养基培养厌氧菌营养培养基在基础培养基中加入葡萄糖、血液、血清等，专供营养要求较高或有特殊要求的细菌生长，如肺炎链球菌和溶血球菌必须在血琼脂平板上生长。血琼脂平板鉴别培养基是检查细菌生化反应的培养基，以作细菌鉴别之用。例如：在蛋白胨水中加入某种糖类和某种指示剂，细菌培养后，可根据产酸产气情况来鉴别细菌分解糖的发酵能力。鉴别培养基：鉴别培养基：
20、利用几种细菌对某一物质的分解能力不同，借利用几种细菌对某一物质的分解能力不同，借助指示剂的显色不同进行菌种鉴别和区分的培助指示剂的显色不同进行菌种鉴别和区分的培养基。养基。如：大肠杆菌中的大肠埃希氏菌、枸橼酸盐杆如：大肠杆菌中的大肠埃希氏菌、枸橼酸盐杆菌、产气杆菌、副大肠杆菌四个，对乳糖的分菌、产气杆菌、副大肠杆菌四个，对乳糖的分解能力不同。解能力不同。其中副大肠杆菌不能分解，大肠埃希氏菌最强，其中副大肠杆菌不能分解，大肠埃希氏菌最强，菌落呈紫红色且带金属光泽；枸橼酸盐杆菌次菌落呈紫红色且带金属光泽；枸橼酸盐杆菌次之，之，菌落呈紫红色或深红色；菌落呈紫红色或深红色；产气杆菌最低，产气杆菌最低，
21、菌落菌落呈淡红色呈淡红色。选择培养基：选择培养基：利用微生物对某些物质的敏感程度不同，在培养利用微生物对某些物质的敏感程度不同，在培养基中加入一些敏感物质，这样就可以利用这些物基中加入一些敏感物质，这样就可以利用这些物质来抑制非目的性微生物的生长，从而使得所需质来抑制非目的性微生物的生长，从而使得所需的微生物大量繁殖。的微生物大量繁殖。如：在培养基中有革兰氏阴性菌也有革兰氏阳性如：在培养基中有革兰氏阴性菌也有革兰氏阳性菌，但想培养的是革兰氏阴性菌，就可以加入胆菌，但想培养的是革兰氏阴性菌，就可以加入胆汁酸盐，抑制阳性菌的繁殖。汁酸盐，抑制阳性菌的繁殖。高温下培养，分离嗜热细菌；待分离的微生物生
22、长，其它的微生物不长培养基中加抗生素分离抗性菌培养基中不含氮，分离固氮菌；如何利用选择培养基选择出能降解对羟基苯甲酸的细菌？厌氧培养基厌氧培养基专供厌氧菌的分离、培养和鉴别。专供厌氧菌的分离、培养和鉴别。常用：庖肉培养基（肉汤中加入煮过的肉渣，其中常用：庖肉培养基（肉汤中加入煮过的肉渣，其中含有还原性的不饱和脂肪酸和谷胱甘肽含有还原性的不饱和脂肪酸和谷胱甘肽) )基础液体培养基基础液体培养基石蜡石蜡普通肉渣普通肉渣+庖肉培养基庖肉培养基一、温度对微生物生长的影响一、温度对微生物生长的影响二、氧气对微生物生长的影响二、氧气对微生物生长的影响三、三、pHpH值对微生物生长的影响值对微生物生长的影响
23、温度是影响微生物生长的最重要因素之一。温度是影响微生物生长的最重要因素之一。具体影响表现在：具体影响表现在：影响酶活性，温度变化影响酶促反应速率，最终影响影响酶活性，温度变化影响酶促反应速率，最终影响细胞合成。细胞合成。影响细胞膜的流动性，温度高，流动性大，有利于物影响细胞膜的流动性，温度高，流动性大，有利于物质的运输，温度低，流动性降低，不利于物质运输，因质的运输，温度低，流动性降低，不利于物质运输，因此，温度变化影响营养物质的吸收与代谢产物的分泌。此，温度变化影响营养物质的吸收与代谢产物的分泌。影响物质的溶解度，对生长有影响。影响物质的溶解度，对生长有影响。一、温度对微生物生长的影响一、温
24、度对微生物生长的影响每种微生物都有自己的每种微生物都有自己的生长温度三基点生长温度三基点，即，即最低、最低、最适、最高生长温度。最适、最高生长温度。最适生长温度：某菌分裂代时最短或生长速率最最适生长温度：某菌分裂代时最短或生长速率最高时的培养温度。高时的培养温度。处于最适生长温度时，生长处于最适生长温度时，生长速度最快，代时最短。速度最快，代时最短。超过最低或最高生长温度时，超过最低或最高生长温度时，微生物不生长，温度过低，甚微生物不生长，温度过低，甚至会死亡。至会死亡。（一）微生物生长的三个温度基点（一）微生物生长的三个温度基点细菌细菌最低温度最低温度 最适温度最适温度 最高温度最高温度嗜冷
25、菌嗜冷菌5 50 05 5101020203030嗜中温菌嗜中温菌 5 510102525404045455050嗜热菌嗜热菌30305050606070708080嗜超热菌嗜超热菌 5555以上以上 7070105105110110113113根据微生物的最适生长温度的不同，可将微生物划为根据微生物的最适生长温度的不同，可将微生物划为三个类型三个类型：（二）微生物生长温度类型（二）微生物生长温度类型 中温型微生物：中温型微生物：最适生长温度为最适生长温度为2040 2040 ，大多数微生物属于此类。，大多数微生物属于此类。室温型主要为腐生或植物寄生，在植物或土壤中。室温型主要为腐生或植物寄生
26、，在植物或土壤中。体温型主要为寄生，在人和动物体内。体温型主要为寄生，在人和动物体内。高温型微生物：高温型微生物：n最适生长温度为最适生长温度为50 60 ,50 60 ,主要分布主要分布在温泉、堆肥和土壤中。在温泉、堆肥和土壤中。高温微生物的特点高温微生物的特点:生长速度快，合成大分子迅速，可及时修复高温生长速度快，合成大分子迅速，可及时修复高温对其造成的分子损伤。对其造成的分子损伤。 耐高温菌耐高温菌在减少能源消耗、减少染菌、缩短发酵在减少能源消耗、减少染菌、缩短发酵周期等方面具重要意义。周期等方面具重要意义。菌菌 名名生长温度生长温度发酵温度发酵温度累积产物温度累积产物温度 （ ） （
27、） （ ） Streptococcus thermophilusStreptococcus thermophilus 373747473737S.lactisS.lactis 34344040产细胞：产细胞：25302530产乳酸：产乳酸：3030PeniciliumPenicilium chrysogenum chrysogenum 303025252020以青霉素的生产为例：以青霉素的生产为例：培养培养165165小时采用小时采用分段控制温度分段控制温度的方法，其青霉素产的方法，其青霉素产量比始终在量比始终在30 30 培养提高了培养提高了14.7%14.7%。分段控制方式：分段控制方式：
28、0505小时，小时，30 30 ；540540小时，小时，25 25 ；4012540125小时，小时，20 20 ；125165125165小时，小时，25 25 。微生物微生物不同生理活动不同生理活动要求要求不同温度不同温度，所以，所以， 最适最适生长温度生长温度 发酵速度发酵速度快快、积累代谢产物、积累代谢产物多多。1 1、高温对微生物的影响、高温对微生物的影响高温下蛋白质不可逆变性，膜受热出现小孔，高温下蛋白质不可逆变性，膜受热出现小孔，破坏细胞结构（溶菌）。破坏细胞结构（溶菌）。（三）高温与低温对微生物的影响（三）高温与低温对微生物的影响 当环境温度低于微生物的最适生长温度时，微生物
29、当环境温度低于微生物的最适生长温度时，微生物受到抑制，生长繁殖停止，但由于微生物的原生质结受到抑制，生长繁殖停止，但由于微生物的原生质结构并未破坏，并未造成死亡并能在较长时间内保持活构并未破坏，并未造成死亡并能在较长时间内保持活力，当温度提高时，可以恢复正常的生命活动。力，当温度提高时，可以恢复正常的生命活动。低温保藏菌种就是利用这个原理。一些细菌、酵母菌低温保藏菌种就是利用这个原理。一些细菌、酵母菌和霉菌的琼脂斜面菌种通常可以长时间地保藏在和霉菌的琼脂斜面菌种通常可以长时间地保藏在4的的冰箱中。冰箱中。 当温度过低，造成微生物细胞冻结时，有的微生物当温度过低，造成微生物细胞冻结时，有的微生物
30、会死亡会死亡2、低温对微生物的影响、低温对微生物的影响造成死亡的原因：造成死亡的原因：冻结时细胞水分变成冰晶，冰晶冻结时细胞水分变成冰晶，冰晶对细胞膜对细胞膜产生产生机机械损伤械损伤，膜内物质外漏。，膜内物质外漏。冻结速度冻结速度对冰晶形成有很大影响，对冰晶形成有很大影响，缓慢冻结缓慢冻结，形，形成的冰晶大，对细胞损伤大；成的冰晶大，对细胞损伤大；快速冻结快速冻结，形成的，形成的冰晶小、分布均匀，对细胞的损伤小；因此，利冰晶小、分布均匀，对细胞的损伤小；因此，利用快速冻结可以对一些菌种进行用快速冻结可以对一些菌种进行冻结保藏冻结保藏，一般，一般情况下在菌悬液中再加一些甘油、糖、牛奶、保情况下在
31、菌悬液中再加一些甘油、糖、牛奶、保护剂等可对菌种进行长期保藏。护剂等可对菌种进行长期保藏。二、氧气对微生物生长的影响二、氧气对微生物生长的影响 对于对于污水处理中的好氧生物处理污水处理中的好氧生物处理系统，系统，E Eh h 处于处于+200+200+600+600E Eh h下降下降，处理效果不佳处理效果不佳。微生物微生物与与O O的的关系关系好氧微生物好氧微生物厌氧微生物厌氧微生物兼性微生物兼性微生物专性好氧微生物专性好氧微生物微好氧微生物微好氧微生物专性厌氧微生物专性厌氧微生物耐氧厌氧微生物耐氧厌氧微生物严格厌氧微生物并不是被气态的氧所杀死，而是由于严格厌氧微生物并不是被气态的氧所杀死，
32、而是由于不能解除某些氧代谢产物的毒性而死亡。不能解除某些氧代谢产物的毒性而死亡。在氧还原为水的过程中，可形成某些有毒的中间产物，在氧还原为水的过程中，可形成某些有毒的中间产物，例如，过氧化氢（例如，过氧化氢（H2O2）、超氧阴离子（）、超氧阴离子（ O2 ）等。超）等。超氧阴离子为活性氧，兼有分子和离子的性质，反应力极强，氧阴离子为活性氧，兼有分子和离子的性质，反应力极强，极不稳定，可破坏膜和重要生物大分子，极不稳定，可破坏膜和重要生物大分子，对微生物造成毒对微生物造成毒害或致死。害或致死。好氧微生物具有降解这些产物的酶，如过氧化氢酶、好氧微生物具有降解这些产物的酶，如过氧化氢酶、过氧化物酶、
33、超氧化物歧化酶等，过氧化物酶、超氧化物歧化酶等，而严格厌氧菌缺乏而严格厌氧菌缺乏SOD，故易被生物体内极易产生的，故易被生物体内极易产生的超氧阴离子自由基毒害致死。超氧阴离子自由基毒害致死。厌氧菌的氧毒害机制厌氧菌的氧毒害机制 SOD学说：学说：各类菌所含对氧解毒酶各类菌所含对氧解毒酶专性好氧菌专性好氧菌 SOD，过氧化氢酶，过氧化氢酶 兼性厌氧菌兼性厌氧菌 SOD， 过氧化氢酶过氧化氢酶 专性厌氧菌专性厌氧菌 二种酶均无二种酶均无 微好氧菌微好氧菌 少量少量SOD 耐氧菌耐氧菌 SOD（一）（一） 好氧微生物好氧微生物必须有氧才能生存，氧气对于好氧微生物的作用：必须有氧才能生存，氧气对于好氧
34、微生物的作用：1.1.最终电子受体；最终电子受体；2.2.参与物质合成参与物质合成好氧微生物做好氧呼吸时，会产生毒害物质如：过氧好氧微生物做好氧呼吸时，会产生毒害物质如：过氧化氢、过氧化物和羟自由基等。但由于好氧微生物体化氢、过氧化物和羟自由基等。但由于好氧微生物体内也有相应的酶可以分解上述物质，因此，好氧微生内也有相应的酶可以分解上述物质，因此，好氧微生物可以在氧气条件下正常生存。物可以在氧气条件下正常生存。好氧微生物所需要的氧气是溶解在水中的氧气，好氧微生物所需要的氧气是溶解在水中的氧气，即即DODO。溶解氧与大气压力及温度有关，溶解氧与大气压力及温度有关，温度温度越越高高，溶解溶解氧氧越
35、越低低。好氧生物处理系统中，为了保证微生物的正常工作，好氧生物处理系统中，为了保证微生物的正常工作，必须为它们提供足够的溶解氧。必须为它们提供足够的溶解氧。工程上，通常采用工程上，通常采用鼓风曝气鼓风曝气的形式向水中强制充氧，的形式向水中强制充氧，对于生活污水厂，对于生活污水厂，BODBOD5 5200200300mg/L300mg/L。如果曝气池的。如果曝气池的活性污泥浓度在活性污泥浓度在200020003000mg/L3000mg/L时，溶解氧必须保证时，溶解氧必须保证在在2mg/L2mg/L以上。通常控制在以上。通常控制在3 34mg/L4mg/L。当当供氧不足供氧不足时，会造成时，会造
36、成污泥的丝状菌膨胀污泥的丝状菌膨胀。（二）厌氧微生物（二）厌氧微生物可分为两种，一种有氧就要死亡；另一种，有氧无可分为两种，一种有氧就要死亡；另一种，有氧无氧无所谓，生活过程中，不会中毒也不利用氧。氧无所谓，生活过程中，不会中毒也不利用氧。通常说的厌氧菌多指第一种，称为通常说的厌氧菌多指第一种，称为专项厌氧菌专项厌氧菌。它。它在有氧条件下，代谢过程中会产生过氧化氢，但体在有氧条件下，代谢过程中会产生过氧化氢，但体内不具有过氧化氢酶，专性厌氧微生物将被过氧化内不具有过氧化氢酶，专性厌氧微生物将被过氧化氢杀死。氢杀死。厌氧微生物在培养时，厌氧微生物在培养时，培养基必须保证无氧培养基必须保证无氧。方
37、法方法：惰性气体驱氧：惰性气体驱氧：氮气或氦气氮气或氦气。用胶塞密封培养装置，并在容器中加入用胶塞密封培养装置，并在容器中加入氧化还原性氧化还原性颜料颜料（甲基蓝或刃天青甲基蓝或刃天青），当在），当在还原态还原态时时无色无色，氧化，氧化态时显色。一旦态时显色。一旦显色显色，说明有氧说明有氧存在。存在。也可在培养装置中预先加入些也可在培养装置中预先加入些兼性微生物兼性微生物混合培养，混合培养，一旦有氧，可被兼性细菌消耗掉。一旦有氧，可被兼性细菌消耗掉。（三）兼性厌氧菌（三）兼性厌氧菌有氧无氧有氧无氧都能生存都能生存兼性菌的作用：兼性菌的作用：污水处理时，若溶解氧充足，好氧菌与兼性菌都起作污水处理
38、时，若溶解氧充足，好氧菌与兼性菌都起作用，当用，当供氧故障供氧故障时，时，兼性菌仍可起作用兼性菌仍可起作用，但不如有足，但不如有足够溶解氧时处理效果好。够溶解氧时处理效果好。类型类型与与O O2 2关系关系代谢类型代谢类型专性好氧专性好氧必须有氧必须有氧好氧呼吸好氧呼吸微好氧微好氧有氧，含量低有氧，含量低好氧呼吸好氧呼吸兼性兼性可有、可无可有、可无有氧呼吸或发酵有氧呼吸或发酵专性厌氧专性厌氧氧有毒害或致死氧有毒害或致死无氧呼吸无氧呼吸耐氧耐氧可在有氧下存活，可在有氧下存活，不用氧气不用氧气发酵发酵氧气与微生物的关系氧气与微生物的关系在培养不同类型的微生物时，要采用相应的措施保证不在培养不同类型
39、的微生物时，要采用相应的措施保证不同微生物的生长。同微生物的生长。培养好氧微生物：培养好氧微生物：需震荡或通气，保证充足的氧气。需震荡或通气，保证充足的氧气。培养专性厌氧微生物：培养专性厌氧微生物：需排除环境中的氧气，同时需排除环境中的氧气，同时在培养基中添加还原剂，降低培养基中的氧化还原电势。在培养基中添加还原剂，降低培养基中的氧化还原电势。培养兼性厌氧或耐氧微生物：培养兼性厌氧或耐氧微生物：可深层静止培养。可深层静止培养。三、三、pHpH值与值与微生物生长的相互影响微生物生长的相互影响 微生物种类微生物种类最低最低pHpH最适最适pHpH最高最高pHpH大肠杆菌大肠杆菌枯草芽孢杆菌枯草芽孢
40、杆菌金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌黑曲霉黑曲霉一般放线菌一般放线菌一般酵母菌一般酵母菌 4.3 4.3 4.5 4.5 4.2 4.2 1.5 1.5 5.0 5.0 3.0 3.06.06.08.08.06.06.07.57.57.07.07.57.55.05.06.06.07.07.08.08.05.05.06.06.0 9.5 9.5 8.5 8.5 9.3 9.3 9.0 9.0 10 10 8.0 8.0 一些微生物生长的一些微生物生长的pHpH值范围值范围污水处理时的污水处理时的PHPH控制控制微生物微生物 pH值值 最低最低 最适最适 最高最高Thiobacillus thioox
41、idans 氧化硫硫杆菌氧化硫硫杆菌 0.5 2.03.5 6.0Lactobacillus acidophilus 嗜酸乳杆菌嗜酸乳杆菌 4.04.6 5.86.6 6.8Rhizobium japonicum 大豆根瘤菌大豆根瘤菌 4.2 6.87.0 11.0Azotobacter chroococcum 圆褐固氮圆褐固氮 4.5 7.47.6 9.0Nitrosomonas sp. 硝化单胞菌硝化单胞菌 7.0 7.88.6 9.4Acetobacter aceti 醋化醋杆菌醋化醋杆菌 4.04.5 5.46.3 7.08.0Staphylococcus aureus 金黄葡球菌金黄
42、葡球菌 4.2 7.07.5 9.3Chlorobium limicola 泥生绿菌泥生绿菌 6.0 6.8 7.0Thurmus aquaticus 水生栖热菌水生栖热菌 6.0 7.57.8 9.5Aspergillus niger 黑曲霉黑曲霉 1.5 5.06.0 9.0一般放线菌一般放线菌 5.0 7.08.0 10.0一般酵母菌一般酵母菌 3.0 5.06.0 8.0不同微生物的生长pH值范围同一种微生物在不同的生长阶段和不同生理生化过程中，同一种微生物在不同的生长阶段和不同生理生化过程中，对环境对环境pHpH值要求不同。值要求不同。例如：丙酮丁醇梭菌例如：丙酮丁醇梭菌 在在pHp
43、H值值=5.5=5.57.07.0时，以菌体生长为主时，以菌体生长为主 在在pHpH值值=4.3=4.35.35.3时，进行丙酮丁醇发酵时，进行丙酮丁醇发酵同一种微生物由于环境同一种微生物由于环境pHpH值不同，可能积累不同的代值不同，可能积累不同的代谢产物。谢产物。例如：黑曲霉例如：黑曲霉pHpH值值=2=23 3时，产物以柠檬酸为主，只产少量草酸。时，产物以柠檬酸为主，只产少量草酸。pHpH值在值在7 7左右时，产物以草酸为主，只产少量柠檬酸。左右时，产物以草酸为主，只产少量柠檬酸。生长的最适生长的最适pH值与发酵的最适值与发酵的最适pH值值几种抗生素产生菌的生长与发酵的最适几种抗生素产生菌的生长与发酵的最适pH 微生物微生物 生长最适生长最适pH 合成抗生素最适合成抗生素最适pH 灰色链霉菌灰色链霉菌 6.36.9 6.77.3 红霉素链霉菌红霉素链霉菌 6.67.0 6.87.3 产黄青霉产黄青霉 6.57.2 6.26.8 金霉素链霉菌金霉素链霉菌 6.16.6 5.96.3 龟裂链霉菌龟裂链霉菌 6.06.6 5.86.1 灰黄青霉灰黄青霉 6.47.0 6.26.5
