环境微生物学：第8章微生物生态（4学时）.ppt

第八章微生物生态,8-1 非生物因素对微生物的影响,概念生态因子：对微生物生长发育具有直接或间接影响的环境要素限制因子：在特定的生境起主导作用的生态因子最小因子定律：在稳定条件下，生物所能利用物质的量达到最低限度，会对生物生长发育起限制作用因子替代作用：当一个特定因子处于极小量时，其他大量或过量的因子将起替代作用,耐受性定律：任何一个生态因子对生物都存在最大和最小临界域，在稳定条件下，当这种生态因子超过某种生物的耐性限度时，就会使该生物受到损伤或不能生存生态幅：各生物体及其某一生理过程对限制因子所具有的耐性极限范围胁迫：指一种显著偏离生物适宜生长范围的环境因素水平，可引发生物功能变化驯化：环境压力定向作用下发生的生物生态幅的变化,温度,影响酶活性影响细胞膜的流动性影响物质的溶解度低温削弱疏水键，使复合体松散而丧失活性微生物的代谢极微弱，基本处于休眠状态，但不致死，温度升高时，活性即可恢复,嗜热菌的嗜热机制细胞内的酶具强抗热性产生的多胺，热亚胺和高温精胺物质对蛋白质等组织结构具有保护作用核酸也具有热稳定性的保护结构（G+C含量高，增加热稳定性 ）细胞膜含有较多的饱和脂肪酸和直链脂肪酸，使膜具有稳定性,废水中的细菌一般都是嗜中温菌，最适温度多在30左右，嗜冷菌和嗜热菌占少数,不同耐温细菌的生长适宜温度,嗜冷细菌的秘密武器具备低温活性酶 细胞质膜含有大量的不饱和脂肪酸，在低温下能保持半流动性，使之能有效地集中必需的营养物质,嗜中温菌（耐冷喜温）一般在5以下处于休眠状态，因此通常实验室用冰箱的4冷藏温度保藏细菌亦可甘油、石蜡冷冻保存菌种,高温灭菌：Pr、核酸变性、细胞膜溶解影响高温杀菌的因素：细菌的种类、数量含水量、蛋白质含量、pH芽孢有无湿热或干热、热处理时间,细胞膜中的脂类在高温作用下溶解，“失血过多”,一般来说无芽孢的细菌在水中加热到100迅速死亡,细菌细胞含水量高的更容易被杀死分子层次现象蛋白质的凝固温度与含水量有关水是热的良导体,湿热水蒸汽 干热 热空气,蒸汽灭菌锅,烘箱,121 2030min,160170 2h灭菌,微生物耐热性大小的几种表示方法,热力致死时间：在特定的温度及其它条件下，杀死一定数量的微生物所需要的时间F值：在一定的基质中，温度为121.1，加热杀死一定数量微生物所需的时间D 值：利用一定温度进行加热，90%活菌被杀死所需的时间Z值：在加热致死曲线中，缩短90%的加热时间所需要升高的温度,湿热灭菌效力较高，是因为1）保水（热空气蒸发蛋白质水分），而菌体在有水的情况下，Pr容易凝固2）热蒸汽的穿透力大，可使被灭菌的物品内部温度迅速上升3）湿热的蒸汽含有潜能，与被灭菌的物体接触时凝成水，放出潜能，能迅速提高被灭菌物体的温度,影响加压蒸汽灭菌效果的因素灭菌物体的含菌量灭菌锅内空气的排除程度灭菌物体的pH值灭菌对象的体积加热与散热的速度,高温对培养基的不利影响：形成沉淀物（有机沉淀物如多肽类，无机沉淀物如磷酸盐）破坏营养提高色泽（褐变如产生氨基糖等）改变培养基的pH值降低培养基的浓度消除有害影响的措施：采用特殊的加热灭菌法过滤除菌法加入螯合剂,鲜乳的消毒：消毒的时间和温度以消灭结核分支杆菌为指标，常用的方法有：低温长时间消毒法（6165，30分）、高温短时间消毒法（7075，1516秒）、高温瞬时消毒法（8090）,方法：121维持15-20min。

112维持20-30min 115维持20-30min应根据灭菌物品的性质或成分选择灭菌温度如：生理盐水、营养琼脂等培养基用121 含葡萄糖、乳糖、氨基酸等培养基用112 适用：耐高温物品，玻璃仪器、含水或不含水的物品,注意事项：排净冷空气； 灭菌终了，缓慢降压； 灭菌结束，趁热取出物品低温：指细胞结冻温度最适温度下限进入休眠状态，为什么？酶活性降低，导致代谢、遗传普遍停滞；膜细胞流动性变差一旦获得适宜温度，即可恢复活性细胞内外冻结易导致死亡，原因何在？冰渣导致细胞膜破裂，失“血”过多冻结过程造成细胞脱水,冻结速度对冰晶形成有很大影响缓慢冻结，形成的冰晶大，对细胞损伤大快速冻结，形成的冰晶小、分布均匀，对细胞的损伤小，利用快速冻结可以对一些菌种进行冻结保藏，在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,从永冻层分离的微生物,南极Vostok湖冰芯样品中的微生物,酸碱度（pH）,培养微生物过程中，要加入缓冲剂细菌：最佳6.57.5，一般中性或偏碱性放线菌：最佳7.58.0，一般中性或偏碱性霉菌和酵母菌：最佳36，酸性或偏碱性某些细菌，例如氧化铁硫杆菌，其最适pH为3，在1.5时仍可生活生长极限：1.510,培养基pH的变化原因分解葡萄糖、乳糖有机酸，pH分解蛋白质、蛋白胨及氨基酸NH3和胺类，pH细胞选择性地吸收阴阳离子，pH解决方法： 在配制培养基时应加入缓冲物质，如KH2PO4和K2HPO4,各种工业废水通常设前调节池，维持曝气池pH7左右事实上，净化污(废)水的微生物适应pH变化的能力比较强，pH在6.58.5均可不加调节，且易形成菌胶团絮状物,外界的pH变化如何对细菌产生影响？ 影响细胞膜蛋白及胞外水解酶的活性，从而影响营养物的正常吸收与转运影响一些极性营养物的解离与吸收改变酶活、酶促反应的速率及代谢途径,研究表明细胞内部由于细胞膜的屏蔽作用、磷酸盐缓冲及细菌能动的调节，pH一般都保持中性，环境的pH难以影响细胞内的pH变化,细菌表面带有电荷，如“”,生长阶段和生理生化过程的不同，要求不同pH值例如：丙酮丁醇梭菌5.5-7.0，菌体生长为主；4.3-5.3时，进行产物发酵环境pH值不同，积累不同的代谢产物例如：黑曲霉2-3，柠檬酸为主，少量草酸；7左右，则相反又如：酵母菌4.5-5，产乙醇；6.5以上，产甘油、酸,水及其可供给性,水的活度（aw）在一定温度和压力条件下，溶液中的蒸汽压与纯水蒸汽压之比渗透压：过高-质壁分离；过低-吸胀破裂干燥：失水导致代谢停止或死亡压力：静水压力、机械压力、气体压力亲和性溶质：调节水活度的溶质，不干扰细胞的正常代谢,纯水为1，溶质越多，aw越低大多数在0.950.99时生长最好少数霉菌和酵母菌在0.650.7时仍能生长0.6以下时大多数微生物停止活动,环境中过于干燥细菌如何生存？（在不受热和其它外界因素干扰下）干燥细胞将处于长期休眠状态用干燥法防止食物腐败（细菌滋生）如方便面、干果、肉干、葡萄干等。

用干燥法来保存细菌，如将细菌放置在干燥的沙土中可以长期保存一旦提供潮气则会很快复活细菌 酵母菌 霉菌、放线菌 耐盐菌0.90.99 0.8以上 0.7以上 0.6以上,高渗环境防腐（细菌滋生）如用530%的盐水腌咸菜、咸鱼，用6080%的糖溶液做蜜饯等海洋对各种病原菌（淡水菌）的杀灭高含盐废水（如油田采出水）难于生物处理的原因 如何解决？冲稀；防垢剂；细菌基因改造等渗透压溶液：0.85的NaCl溶液，稀释液,氧气,氧气和氧化还原电位好氧性微生物 0.1V以上，适宜0.30.4厌氧性微生物 0.1V以下兼性厌氧微生物 0.1V以上有氧呼吸， 0.1V以下，无氧呼吸或发酵作用对于好氧生物处理系统，Eh 处于+0.2+0.6V视为正常好氧微生物所需要的氧气是DODO与大气压力及温度有关什么是氧化还原电位？某物质与氢电极构成原电池时的电压高低，反映该物质氧化性强弱，用Eh表示，单位为V或mV氧化环境时， Eh为正，充满氧气时，上限为+820mV还原环境时，mV为负，充满氢气时，下限为-400 mV,H7.0，30条件下饱和Fe3+溶液中测得的电压值为0.771,该值代表什么？Fe3+/Fe2+ 的氧化还原电位为+0.771,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工程上，通常采用鼓风曝气的形式向水中强制充氧对于生活污水厂，BOD5200300mg/L。

如果曝气池的活性污泥浓度在20003000mg/L时，溶解氧必须保证在2mg/L以上通常控制在34mg/L当供氧不足时，也会造成污泥的丝状菌膨胀,兼性厌氧菌有氧无氧都能生存积极作用：污水处理：DO充足时，好氧菌与兼性菌都起作用，当供氧故障时，兼性菌仍可起作用，但不如有足够DO时处理效果好水解酸化脱氮消极作用：土壤脱氮，N素损失，土壤肥力下降产生亚硝酸胺,厌氧菌的氧毒害机制 SOD学说,严格厌氧微生物由于不能解除某些氧代谢产物的毒性而死亡氧还原为水的过程中，可形成某些有毒的中间产物，例如，H2O2、O2等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、SOD等严格厌氧菌缺乏SOD，易被生物体内极易产生的O2自由基毒害致死兼性厌氧菌E.coli在发生SOD缺失突变后，就会变成 “严格厌氧菌”,超氧阴离子为活性氧，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，对微生物造成毒害或致死,呼吸类型与培养特征,厌氧菌受氧毒害机制,辐射,波长短于1000nm的红外辐射可被不产氧的光合细菌用作能源进行光合作用可见光：380760nm，藻类光合作用的能源紫外辐射260nm杀菌力最强电离辐射（X射线）波长短、能量大，使物质电离产生自由基微波：热效应导致蛋白质变性；非热效应导致细胞壁剥落、细胞膜通透性改变、膜电位改变等,紫外线（波长0.1400nm）一般细菌在紫外线下照射5min即能被杀死，芽孢则需10min,穿透性很弱甚至于不能透过普通玻璃，因此只作为容器的表面杀菌，或无菌室中的空气杀菌,实验室使用,来源：铱，X-射线10-30.1nm；钴、镭，射线10-6nm 已经开始被用于油田注水杀细菌（腐蚀性细菌）一次性投资较大，但使用时成本较低，杀菌效果稳定。

用惰性气体代替O2，或在培养基中加入含-SH的化合物，可增强微生物对辐射的稳定性；蛋白质、醇和G也对微生物有保护作用可以利用X-射线和-射线诱导微生物变异，筛选优良菌种,X-射线和-射线是高能电磁波，穿透能力很强低剂量照射有促进微生物生长的作用，或引起微生物发生变异；高剂量照射对微生物有致死作用致死机理是由于辐射引起水分解出游离H+，进而生成O自由基或H2O2等强氧化的基团和物质，是酶蛋白的-SH基氧化，从而引起细胞各种病理变化,超声波,超声波作用使细胞内含物凝胶化；溶液受超声波作用产生空腔引起压力变化；溶液中的小气泡猛烈撞击细菌，使细菌破裂小的细菌可能躲在超声波的波节处而不受损伤，因而在超声波处理过程中，小部分细菌仍可存活一般杆菌容易破坏，球菌次之，病毒和噬菌体较难被破坏,超过人的听觉能力上限20千Hz（波长小于1.6cm)的声波人工来源振动头几乎所有的细菌体都能被超声波所破坏，但敏感程度各有不同,化学物质,有机化合物：一般化学杀菌剂的杀菌力与其浓度成正比醇是脱水剂和脂溶剂，可使Pr脱水、变性，溶解细胞质膜的脂类物质甲醛对细菌、真菌及其孢子和病毒均有效酚与其衍生物引起Pr变性，并破坏细胞质膜表面活性剂能吸附于细胞表面，改变油与水的亲和力，改变细胞膜的稳定性和通透性，使细胞内含物外溢,化学物质,无机化合物重金属Hg、Ag、Cu、Pb及其化合物可有效地杀菌和防腐，是蛋白质的沉淀剂。

机理是与酶的-SH结合，使酶失去活性，或与菌体蛋白结合，使其变性或沉淀氧化剂与酸碱：氧化细胞膜穿孔染料化学药物,抗代谢类：竞争性取代与其结构相似的代谢物，干扰细胞正常的代谢过程抗生素类：抑制微生物细胞壁的合成破坏微生物的细胞质膜抑制蛋白质合成干扰核酸的合成,具有共轭双键（C=N），对可见光具有选择吸光性 细菌蛋白质抑制剂,在远距离取水样作检测时，一般1L混合液中加10ml质量浓度为1gL的硫酸铜，抑制携带过程中微生物的呼吸，尽量保持水质不变,8-2 微生物在环境中的分布,微生物在土壤中的分布微生物在水体中的分布微生物在空气中的分布微生物在食品上的分布极端环境中的微生物,微生物在土壤中的分布,土壤是微生物良好的生活环境营养：pH：多数在5.58.5之间，不少接近中性渗透压：对微生物是等渗或低渗环境，有利于摄取营养氧气和水：温度：保温性强，冬季一定深度保持温度保护层：。