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当前位置:首页 > 高等教育 > 工学 > 华北理工水处理生物学课件05细菌的生理特性3
第四节环境条件——环境因素对细菌的影响•一般来说无芽孢的细菌在水中加热到100℃迅速死亡。•1.高温杀菌的机理•提问:?1)蛋白质、核酸变性2)细胞膜溶解细胞膜中的脂类在高温作用下溶解•一、温度的影响•(一)高温的影响2.影响高温杀菌的因素•细菌的种类、含水量、芽孢有无、以及湿热或干热•1)细菌种类•如种类致死温度℃水生细菌25~30肠道细菌45~50温泉细菌80~100以上2)含水量•细菌细胞含水量高的更容易被杀死。?165857756020406080100120140160180018%25%50%蛋白质的凝固温度(℃)蛋白质含水量蛋白质的凝固温度与含水量有关。水—热的良导体3)芽孢不同芽孢菌高温耐受能力比较表炭疽热杆菌蜡状芽孢杆菌枯草芽孢杆菌嗜热脂肪芽孢杆菌蒸汽灭菌温度℃105100100120灭菌时间min5~1066~712•4)湿热与干热•湿热—水蒸汽干热—热空气蒸汽灭菌锅烘箱121℃20~30min160~170℃2h灭菌•湿热灭菌温度低时间短•提问:?•保水(热空气蒸发蛋白质水分);•蒸汽冷凝放热;•蒸汽热传导力强于空气;(二)适宜温度•提问:为什么会存在适宜温度?•酶的活性•根据细菌适宜温度的不同,可将细菌分为四大类,嗜冷菌、嗜中温菌、嗜热菌及嗜超热菌。生长速率0温度℃最低温度最适温度最高温度不同耐温细菌的生长适宜温度•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。低温、中温和高温细菌的生长温度范围细菌最低温度℃最适温度℃最高温度℃嗜冷菌-5~05~1020~30嗜中温菌5~1025~4045~50嗜热菌3050~6070~80嗜超热菌55以上70~105110~113(三)低温•低温——细胞结冻~最适温度下限•进入休眠状态•酶活性降低,导致代谢、遗传普遍停滞;•冰渣导致细胞膜破裂,失“血”过多•一旦获得适宜温度,即可恢复活性•提问:我们能不能把细菌放在普通冰箱冷冻室保存呢?•如何长期保存菌种?——迅速冷冻、液氮罐、几十年•如何短期保存菌种?——斜面培养、冷藏室、六个月•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℃冷藏温度保藏细菌或甘油、石蜡冷冻保存菌种•低温下冷藏的食物变质———嗜冷细菌(或霉菌)的最适宜温度在5~15℃之间。•—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。提问:嗜冷细菌的为什么在低温下能够存活?二、pH的影响•大多数细菌最适环境pH为6~8,可生存的pH范围在4~10之间。•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。•提问:外界的pH变化如何对细菌产生影响?•1.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2.影响营养物的解离与吸收•主要影响一些极性营养物如脂肪酸、氨基酸•以乙酸的吸收为例,中性或碱性pH阴离子状态酸性pH下的分子状态OOCH3═C═O-CH3═C═OH同性相斥,难以吸收正常吸收细菌表面带有电荷,如“—”•某些细菌,例如氧化铁硫杆菌和其他极端嗜酸茵,需在酸性环境中生活,其最适pH为3,在pH为1.5时仍可生活。•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6.5~8.5均可不加调节。三、氧化还原电位(ORP)•提问: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。电压表H2V惰性电极氢电极H2/H+Fe3+溶液•通常如何测定水样的氧化还原电位?•pH测定仪mv档,其中一个惰性的铂丝电极与一个参比电极(如甘汞电极)不同细菌适宜的氧化还原电位(mv)好氧细菌兼性厌氧细菌厌氧细菌+300~+400+100好氧呼吸-100无氧呼吸-200~-250提问:影响水样氧化还原电位的因素有哪些?氧化性物质(主要是氧气浓度)与还原性物质(有机物、H2S等)的含量•好氧活性污泥法•控制在+200~+600mV是正常的•提问:过低过高如何调节?•改变曝气力度•厌氧污泥或污水处理系统应控制在在-100~-200mV•过高,将不利于厌氧细菌的生长,应改进工艺降低水中溶解氧量。应用四、干燥•细菌基本上是生活在水中的生物。•提问: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。起始状态最终平衡状态浓差势能=渗透压势能0.1%10%渗透压10%NaClNaCl半透性——水分子自由通过,其余分子扩散速度受限五.渗透压•———是不同溶液被半透膜隔离开时,由于膜半透性及两侧水分子浓度差异形成的水压。有半透膜左水分子净通量>0右侧液位↑,直至平衡•没有半透膜——液位不变,盐扩散V=水扩散V••1.相同渗透压溶液中•细菌细胞内水含量稳定,细菌生活得最好。•等渗透压溶液——0.85%的食盐(NaCl)溶液(生理盐水)。常作为进行细菌稀释分离的稀释液。•2.高渗透压溶液中•质壁分离•—防腐(细菌滋生)•如用5~30%的盐水腌咸菜、咸鱼,用60~80%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渗透压可影响细菌生存:3.低渗透压溶液•提问:细菌于其中会如何?如纯水•外界大量水流入细菌细胞内,细胞膨胀,甚至破裂。•综合以上几点,在微生物实验室中稀释菌液,应该用生理盐水(0.85%)•(除非稀释后马上就用,可以用无菌的蒸馏水。)六.光线•1.阳光提问:通常细菌在阴暗环境中能够更好的生长,原因?包括阳光和灯光•紫外线(波长0.1~400nm)•一般细菌在紫外线下照射5min即能被杀死,芽孢则需10min。紫外线波长在260nm左右者杀菌力最强•杀菌——蛋白质和核酸变性•紫外灯(低压水银灯)2.灯光•杀菌的光源•254nm的紫外光•缺点——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。实验室使用七.超声波•提问:超声波——?•超过人的听觉能力上限20千Hz(波长小于1.6cm)的声波(B超)•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。•*超声波的杀菌(或细胞破碎)的机理?八.化学药剂•指对细菌有抑制作用的药剂(对细菌生长有利的药剂被归于营养物)•1.无机药剂•(一)重金属•机理——与酶的—SH结合,使酶变性•低浓度时可作为细菌的营养物,高浓度则对细菌产生抑制。•1)铜•硫酸铜对真菌和藻类的杀伤力比细菌强。常用硫酸铜与石灰配制成的波尔多液,在农业上可用以防治某些植物病毒。•提问: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1g/L的硫酸铜,原因何在?•抑制携带过程中微生物的呼吸,尽量保持水质不变。(二)氧化剂与酸碱•提问:机理?•氧化细胞膜穿孔•0.1%的高锰酸钾溶液常用于消毒公用茶具和水果、皮肤。•漂白粉、液氯、臭氧、三氯异氰尿酸•常用于饮水或游泳池水的消毒。•醋酸、石灰乳(生石灰:水=1:4~8可有效地消毒粪便和其它排泄物)2.有机药剂•(一)醇(中效)•提问:机理?•(对人•轻—脱水、损害胃粘膜•重—神经抑制—呼吸、心跳衰竭)•—脱水剂和脂溶剂•可使蛋白质脱水、变性,溶解细胞质膜的脂类物质,进而杀死微生物机体。•1)乙醇•体积分数为70~80%的乙醇杀菌力最强。乙醇浓度过低或过纯杀菌力差;•提示:革兰氏染色(95%乙醇脱色)•——可使细胞表面迅速失水,表面蛋白质沉淀变性形成一层致密薄膜,阻止乙醇分子进入菌体内,故杀菌差。•2)甲醇•甲醇杀菌力差,对人有毒,不宜作杀菌剂。•2)甲醇•甲醇杀菌力差,对人有毒,不作杀菌剂。•在废水生物反硝化脱氮处理工艺中,缺碳源时常用甲醇作碳源。•3)其它醇•丙醇、丁醇及其他高级醇的杀菌力均比乙醇强,但由于不溶于水,不作杀菌剂。(二)甲醛(高效)•甲醛是气体,质量浓度为370~400g/L的甲醛水溶液称为福尔马林,很有效的杀菌剂,是动物标本的防腐剂。•其蒸气有强烈的刺激性,有杀菌和抑菌作用。可用福尔马林蒸熏、消毒厂房及无菌室,用量为每立方米空间10ml。•机理?•甲醛(-C=O)与酶蛋白质的氨基(一NH2)结合而干扰细菌的代谢机能。•除上述物理、化学因素外,还有生物因素,将在第四章中叙述。
本文标题:华北理工水处理生物学课件05细菌的生理特性3
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