（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。
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