環境對微生物生長的影響

 生長是微生物同環境相互作用的結果。在液體培養中生長曲線是在正常培養條件下，反映微生物接種後的培養過程中菌數變化同培養時間之間的關係。微生物在培養過程中，環境的變化會對微生物生長產生很大的影響。

一、環境對微生物生長的影響

    影響微生物生長的主要因素有營養物質、水的活性、溫度、 pH 和氧等。

1. 營養物質

    營養物質不足導致微生物生長所需要的能量、碳、氮源、元機鹽等成分不足，此時機體一方麵降低或停止細胞物質合成，避免能量的消耗，或者通過誘導合成特定的運輸係統，充分吸收環境中微量的營養物質以維持機體的生存；另一方麵機體對胞內某些非必要成分或失效的成分進行降解以重新利用，這些非必需成分是指胞內貯存的物質、無意義的蛋白質與酶、 mRNA 等。例如在氮、碳源缺乏時，機體內蛋白質降解速率比正常條件下的細胞增加了 7 倍，同時減少 tRNA 合成和降低 DNA 複製的速率，導致生長停止。

2 ．水的活性

    水是機體中的重要組成成分，它是一種起著溶劑和運輸介質作用的物質，參與機體內水解、縮合、氧化與還原等反應在內的整個化學反應，並在維持蛋白質等大分子物質的穩定的天然狀態上起著重要作用。微生物在生長過程中，對培養基的 a w 有一定的要求，每種微生物生長都有最適的 a w ，高於或低於所要求的 a w 值，都會通過影響培養基的滲透壓力變化而影響微生物的生長速率。微生物不同，生長所需要的最適配 w 值也不同。

3 ．溫度

    根據微生物生長的最適溫度不同，可以將微生物分為嗜冷、兼性嗜冷、嗜溫、嗜熱和超嗜熱等五種不同的類型。它們都有各自的最低、最適和最高生長溫度範圍。

    表中列出不同微生物生長溫度的一些典型例子。溫度的變化都會對每種類型微生物的代謝過程產生影響，通過改變它們的生長速率。以適應溫度的變化而生存。

 

微生物	生長溫度／℃
	最低	最適 最高
嗜冷芽孢菌	-10	23-24	28-30
大腸杆菌	10	37	45
熱葉菌	90	106	113

    溫度對微生物生長的影響具體表現在：①影響酶活性，微生物生長過程中所發生的一係列化學反應絕大多數是在特定酶催化下完成的，每種酶都有最適的酶促反應溫度，溫度變化影響酶促反應速率，最終影響細胞物質合成；②影響細胞質膜的流動性，溫度高流動性大，有利於物質的運輸，溫度低流動性降低，不利於物質運輸，因此溫度變化影響營養物質的吸收與代謝產物的分泌；⑦影響物質的溶解度，物質隻有溶於水才能被機體吸收或分泌，除氣體物質以外，溫度上升物質的溶解度增加，溫度降低物質的溶解度降低，最終影響微生物的生長。

4 ． pH

    微生物生長過程中機體內發生的絕大多數的反應是酶促反應，而酶促反應都有一個最適 pH 範圍，在此範圍內隻要條件適合，酶促反應速率最高，微生物生長速率最大，因此微生物生長也有一個最適生長的 pH 範圍。此外微生物生長還有一個最低與最高的 pH 範圍，低於或高出這個範圍，微生物的生長就被抑製，微生物不同生長的最適、最低與最高的 pH 範圍也不同。

微生物	最低 PH	最適 PH	最高 PH
細菌	3-5	6.5-7.5	8-10
酵母菌	2-3	4.5-5.5	7-8
黴菌	1-3	4.5-5.5	7-8

    pH 通過影響細胞質膜的透性、膜結構的穩定性和物質的溶解性或電離性來影響營養物質的吸收，從而影響微生物的生長速率。質子是一種唯一不帶電子的陽離子，它在溶液裏能迅速地與水結合成水合氫離子 (H 3 O + 等 ) 。在偏堿性條件下， OH - 占優勢，水合氫離子和 OH - 對營養物質的溶解度和離解狀態，細胞表麵電荷平衡和細胞的膠體性質等方麵均會產生重大影響；在酸性條件下 H + 可以與營養物質結合，並能從可交換的結合物或細胞表麵置換出某些陽離子，從而影響細胞結構的穩定性；同時由於 PH 值較低， CO 2 溶解度降低，某些金屬離子如 Mn 2+ 、 Ca 2+ 、 Mo 2+ 等溶解度增加，導致它們在溶液中的濃度增加，從而對機體產生不利的作用。

5 ．氧

    根據氧與微生物生長的關係可將微生物分為好氧、微好氧、耐氧型、兼性厭氧和專性厭氧五種類型，它們在液體培養基試管中的生長特征見圖。因此，在培養不同類型的微生物時，一定要采取相應的措施保證不同類型的微生物能正常生長。例如培養好氧微生物可以通過振蕩或通氣等方式使之有充足的氧氣供它們生長；培養專性厭氧微生物則要排除環境中的氧，同時通過在培養基中添加還原劑的方式降低培養基的氧化還原電勢；培養兼性厭氧或氧的耐氧型微生物，可以用深層靜止培養的方式等。

微生物與氧的關係

微生物類型	最適生長的 O 2 體積分數
好氧 微好氧 氧的忍耐型 兼性厭氧 專性厭氧	等於或大於 20 ％ 2 ％-10 ％ 2 ％以下 有氧或無氧 不需要氧、有氧時死亡

    氧對於好氧微生物生長雖然可以通過好氧呼吸產生更多的能量，滿足機體的生長需要，但另一方麵，氧對一切生物都會使其產生有毒害作用的代謝產物，如超氧基化合物與 H₂O₂ ，這兩種代謝產物互相作用還會產生毒性很強的自由基 OH . 。

    自由基是一種強氧化劑，它與生物大分子互相作用，可導致產生生物分子自由基，從而對機體產生損傷或突變作用，直至死亡。氧之所以對專性厭氧微生物以外的其他四種類型微生物不產生致死作用，是因為它們具有超氧物歧化酶，可催化起氧化基化合物分解，最終分解成水。