高中生物环境因素对微生物生长影响.docx

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高中生物环境因素对微生物生长影响

（生物科技行业）环境因素对微生物生长影响

环境因素对微生物生长的影响

•一、温度的影响

•1.高温的影响

•一般来说无芽孢的细菌在水中加热到100℃迅速死亡。

•

（一）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，“失血过多”

（二）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

2）含水量

•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，含水量越高，蛋白质凝固温度越低，反之亦然。

3）芽孢

4）湿热与干热

湿热—水蒸汽（121℃20～30min）

干热—热空气（160～170℃2h灭菌）

•提问：

？

湿热灭菌温度低时间短

•保水（热空气蒸发蛋白质水分）；

•蒸汽冷凝放热；

•凝水热传导能力强于空气；

2.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、嗜超热菌。

•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。

3．低温

•低温——细胞结冻～最适温度下限

•进入休眠状态

•提问：

？

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

•提问：

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

•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。

提问：

嗜冷细菌的秘密武器是什么？

•—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。

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

•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,反映物质氧化性强弱。

•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）

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。

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。

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。

•衡量方法：

通常以一定浓度溶液与纯水间形成的渗透压作为该溶液的渗透压

•提问：

水将从渗透压一方流向渗透压的一方？

•低、高

•渗透压可影响细菌生存：

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

•提问：

哪些是高渗透压溶液？

细菌会发生什么现象？

•浓溶液；质壁分离

•反用之—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

•提问：

如何解决？

•冲稀;防垢剂;细菌基因改造；

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的可以用无菌的蒸馏水。

）

六．光线（包括阳光和灯光）

•1.阳光

提问：

通常细菌在阴暗环境中能够更好的生长，原因？

•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

•提问：

杀菌机理？

•蛋白质和核酸变性

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。

（二）X-射线、γ射线（不带电）

•来源——铱,X-射线10-3～0.1nm钴、镭,γ射线10-6nm

•特点——高能量，穿透力强

•已经开始被用于油田注水杀细菌（腐蚀性细菌）。

•杀菌机理——？

•高能量激发水分解产生O·自由基或H2O2等强氧化剂

•优缺点——？

•一次性投资较大，但使用时成本较低，杀菌效果稳定

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

•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

•提问：

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）

•对微生物—

•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；

•提问：

过纯？

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，不作杀菌剂。

•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。

（三）酚

•低浓度时是微生物的营养源。

•10g／L的苯酚溶液在20min内可杀死细菌；30～50g／L的石炭酸溶液几min可杀死细菌

•甲酚的杀菌力比其他酚强几倍，难溶于水，易与皂液或碱液形成乳浊液，叫来苏水。

医院中常用。

•杀菌机理：

使蛋白质变性、破坏细胞膜的通透性。

（四）表面活性剂

•中介——改变油与水的亲和力

•——溶解改变细胞膜通透性，“失血”

•（“公关”——糖衣炮弹）

•阳离子型洗涤剂（有机铵盐新洁尔灭、ABS）杀菌力强。

非离子型的洗涤剂没有杀菌力。

3）染料

•共同特征是具有共轭双键（C=N），对可见光具有选择吸光性

•细菌蛋白质抑制剂，与蛋白质上的羧酸和核酸上的磷酸基结合，阻断细胞正常的代谢过程。

•紫药水就是1％浓度的结晶紫溶液（可致癌）。

•细菌单染色（结晶紫）时浓度一般在0.1％~5％范围内。

•活性污泥微生物经长期驯化，能分解染料，净化印染废水。

4）抗生素

•抗生素有广谱和狭谱之分

•提问：

什么是广谱、狭谱？

•广—普遍

•氯霉素、金霉素、土霉素和四环素

•狭—不普遍

•青霉素只能杀死或抑制革兰氏阳性菌，多粘菌素只能杀死革兰氏阴性菌，叫狭谱抗生素。

抗生素对微生物的影响有以下四方面：

•①抑制细胞壁形成

•青霉素抑制革兰氏阳性菌肽聚糖的合成，进而阻碍细胞壁合成；

菌体内部不断由于物质合成膨大，细胞壁不生长，菌体胀破。

•提问：

青霉素对人体有害吗？

为什么？

•本身没有。

人和动物的细胞不具细胞壁，不含肽聚糖，所以不受青霉素的损害。

•提问：

为什么打青霉素先作皮试？

•5～6％人会有严重过敏反应（免疫系统自杀行为）

•②破坏微生物的细胞膜

•多粘菌素中的游离氨基与革兰氏阴性菌细胞质膜中的磷酸根（P043—）结合，损伤其细胞质膜。

•③抑制蛋白质合成

•氯霉素、金霉素、土霉素、四环素、链霉素、卡那霉素、新霉素、庆大霉素、嘌呤霉素及春日霉素等都能与核糖体蛋白结合，抑制微生物蛋白质合成。

•同时，上述广谱抗生素能与酶组分中的金属离子结合，抑制酶的活性。

④干扰核酸的合成

•争光霉素（即博来霉素）、丝裂霉素（自力霉素）、放线菌素D（更生霉素）与DNA结合，干扰DNA复制。

•各种抗生素发酵厂的废水分别含有一定浓度的、相应的抗生素，造成在废水生物处理初期的处理效果不好，经过相当长时间的驯化期后，活性污泥中的微生物逐渐适应了各种抗生素，进而降解抗生素，从而废水得到净化。