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。
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