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2023-10-13
普羅生物
2432
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?yīng)呢？下面就讓我們來一探究竟吧。
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(yīng)低溫形成的獨特的細胞組成及分子機制密切相關(guān)。
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(xué)參數(shù)，其物化性質(zhì)的變化直接影響微生物的生化反應(yīng)。溫度可以從許多方面影響生化反應(yīng)，例如反應(yīng)速率、反應(yīng)途徑、微生物產(chǎn)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(yīng)過程的本質(zhì)是復(fù)雜的酶反應(yīng)體系，溫度會影響細胞內(nèi)參與催化作用的相關(guān)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(yīng)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(zhì)困難、轉(zhuǎn)運速率減慢；
l 造成蛋白質(zhì)合成受阻。
4、影響基因
l 影響相關(guān)功能基因的誘導(dǎo)和表達。
5、影響微生物群落結(jié)構(gòu)
l 低溫會影響有機物在生化反應(yīng)中的流向和某些中間產(chǎn)物的形成，以及各種物質(zhì)在水中的溶解度，這些變化產(chǎn)生的影響直接反映在微生物的群落結(jié)構(gòu)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(zhì),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(yīng)、細胞代謝和能量產(chǎn)生的細胞機制來適應(yīng)自身在低溫下的生存。包括通過脂質(zhì)成分的變化來調(diào)節(jié)細胞膜流動性，合成抗應(yīng)激或冷適應(yīng)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(yīng)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(chǎn)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(zhì)、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(chǎn)生大量的PHB，而 PHB 正是其對抗包括寒冷在內(nèi)的各種脅迫的功能性多聚物。
3、調(diào)整氨基酸組成
蛋白質(zhì)作為生命活動的主要承擔(dān)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(zhì)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(zhì)構(gòu)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(yīng)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(dǎo)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(jié)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(nèi)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(zhì)。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(gòu)向順式異構(gòu)轉(zhuǎn)變來維持細胞膜流動性。
6、調(diào)節(jié)滲透壓
低溫導(dǎo)致的細胞質(zhì)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(zhì)降低細胞內(nèi)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(jié)構(gòu)
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(diào)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(diào)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(chǎn)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(yīng)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?jīng)_擊后的快速恢復(fù)方面也得到了廣泛應(yīng)用。
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