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2023-10-13
普羅生物
3343
污水處理系統(tǒng)中不可避免存在著低溫環(huán)境，低溫是如何影響微生物而微生物是如何補償?shù)蜏貙ι顒訋淼呢撔?？下面就讓我們來一探究竟吧?/span>
一、低溫微生物
低溫微生物是指能夠長期生活在低溫環(huán)境中,并正常生長繁殖的細菌、真菌等。它們能生存于這樣的環(huán)境中與其長期適應低溫形成的獨特的細胞組成及分子機制密切相關。
通常溫度低于15℃便是低溫，低溫微生物主要分為兩類：一類是最適生長溫度在15℃以下、在 0℃可以生長繁殖，稱為嗜冷菌（psychrophiles），最常見的品種有耶氏菌、李斯特菌和假單胞菌；另一類是最適生長溫度高于15℃、在0～5℃可生長繁殖，稱為耐冷菌（psychrotrophs），已發(fā)現(xiàn)的耐冷菌主要菌屬有假單細胞菌屬，動性球菌屬、微球菌屬、生絲單細胞菌屬和鹽單胞菌屬等。
二、低溫對微生物的影響
低溫是一種物理壓力，它會極大地改變活細胞的物理和化學參數(shù)，其物化性質的變化直接影響微生物的生化反應。溫度可以從許多方面影響生化反應，例如反應速率、反應途徑、微生物產量和死亡率等，從而影響生物體的競爭力。因此長期的低溫環(huán)境非常不利于微生物的生長代謝和水中污染物的去除。
1、影響酶的活性
l 微生物反應過程的本質是復雜的酶反應體系，溫度會影響細胞內參與催化作用的相關酶活性。
2、影響微生物生長繁殖
l 代謝過程中各種生化反應速度減慢，因此微生物生長繁殖受到抑制，使菌株代謝速率下降。
3、影響微生物細胞
l 影響細胞膜的流動性、?；湹拈L短、不飽和脂肪酸含量等；
l 造成微生物吸收營養(yǎng)物質困難、轉運速率減慢；
l 造成蛋白質合成受阻。
4、影響基因
l 影響相關功能基因的誘導和表達。
5、影響微生物群落結構
l 低溫會影響有機物在生化反應中的流向和某些中間產物的形成，以及各種物質在水中的溶解度，這些變化產生的影響直接反映在微生物的群落結構組成上。
6、影響污泥沉降性
l 與常溫運行時相比,低溫運行時活性污泥所攜帶的負電荷少而具有更高的親水性；低溫活性污泥的胞外分泌物含有更多的粘性物質,使得污泥難于壓縮、沉降。
三、低溫微生物適冷機制
低溫微生物通過激活一系列涉及各種分子適應、細胞代謝和能量產生的細胞機制來適應自身在低溫下的生存。包括通過脂質成分的變化來調節(jié)細胞膜流動性，合成抗應激或冷適應蛋白的特殊分子等，這些都是低溫微生物在低溫環(huán)境中有效地進行主體生化反應的明顯特征。
1、EPS
胞外多糖(exopolysaccharides，EPS)也是一種低溫保護劑。嗜冷菌在低溫下可以產生大量的 EPS，EPS 可降低水的凝固點和冰核形成的溫度，鎖住水分、營養(yǎng)物質、離子并且提 高細胞表面粘度，還可保護胞外酶，這有利于微生物的聚集和生物膜的形成，從而為低溫環(huán)境中的微生物創(chuàng)造有利的生存環(huán)境。
2、PHB
在各種各樣的PHA中，聚羥基丁酸酯 （polyhydroxybutyrate, PHB） 是研究最為廣泛的，有研究發(fā)現(xiàn)，分離自南極極端寒冷條件下的菌株能產生大量的PHB，而 PHB 正是其對抗包括寒冷在內的各種脅迫的功能性多聚物。
3、調整氨基酸組成
蛋白質作為生命活動的主要承擔者，它是如何在低溫下保持活性呢？研究發(fā)現(xiàn)，通過改變特定氨基酸的比例可改變蛋白質的熱穩(wěn)定性和底物親和力，從而維持其在低溫下的活性。如降低精氨酸(arginine)和脯氨酸(proline)含量，可減少氫鍵和鹽橋，增強蛋白質構象的柔性，提高酶在低溫下的活性。
4、合成冷休克蛋白
低溫微生物適應低溫的另一機制是合成冷休克蛋白(cold shock protein)。在環(huán)境溫度急劇下降時，細胞會誘導合成大量的冷休克蛋白。目前普遍認為在低溫微生物面對低溫環(huán)境時，冷休克蛋白可作為RNA的分子伴侶，與mRNA結合，在低溫條件下穩(wěn)定mRNA，促進翻譯，從而保護低溫微生物。
5、維持低溫下細胞膜的流動性
低溫對微生物的一個顯著影響是降低細胞膜的流動性。細胞膜內部的脂類組成可以提高膜的流動性，從而運輸外源營養(yǎng)物質。如果溫度出現(xiàn)了明顯變化，微生物會通過增加不飽和脂肪酸含量、改變脂肪酸組成類型、降低脂肪酸的極性以及反式異構向順式異構轉變來維持細胞膜流動性。
6、調節(jié)滲透壓
低溫導致的細胞質中的水分形成冰晶，直接損傷細胞并引起滲透壓失衡。嗜冷菌通過吸收甘氨酸、甜菜堿和蔗糖等相容性溶質降低細胞內的凝固點，同時還可以抵御脫水和高滲透壓從而獲得低溫下保持活性的能力。
低溫微生物細胞結構
冬季即將來臨，氣溫下降，部分污水處理系統(tǒng)受氣溫影響，水溫會持續(xù)下降，如何在低溫環(huán)境下保持和提高污水處理系統(tǒng)性能？
主要包括運行參數(shù)的調節(jié)優(yōu)化和投加低溫微生物菌種兩種策略：
☆運行參數(shù)的調節(jié)優(yōu)化詳情請戳普羅生物推文《污水處理生化系統(tǒng)冬季低溫運行之運行管理篇》；
☆投加低溫微生物菌種也是提高低溫污水處理性能的有效途徑之一。實踐案例表明，普羅生物低溫菌種系列產品，包括：倍活?低溫菌、倍活?低溫硝化菌、倍活?低溫反硝化菌，在應對冬季低溫環(huán)境方面表現(xiàn)出了良好的增強系統(tǒng)穩(wěn)定運行的效能；在低溫環(huán)境下，系統(tǒng)受到沖擊后的快速恢復方面也得到了廣泛應用。
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