环境对微生物生长的影响

 生长是微生物同环境相互作用的结果。在液体培养中生长曲线是在正常培养条件下，反映微生物接种后的培养过程中菌数变化同培养时间之间的关系。微生物在培养过程中，环境的变化会对微生物生长产生很大的影响。

一、环境对微生物生长的影响

    影响微生物生长的主要因素有营养物质、水的活性、温度、 pH 和氧等。

1. 营养物质

    营养物质不足导致微生物生长所需要的能量、碳、氮源、元机盐等成分不足，此时机体一方面降低或停止细胞物质合成，避免能量的消耗，或者通过诱导合成特定的运输系统，充分吸收环境中微量的营养物质以维持机体的生存；另一方面机体对胞内某些非必要成分或失效的成分进行降解以重新利用，这些非必需成分是指胞内贮存的物质、无意义的蛋白质与酶、 mRNA 等。例如在氮、碳源缺乏时，机体内蛋白质降解速率比正常条件下的细胞增加了 7 倍，同时减少 tRNA 合成和降低 DNA 复制的速率，导致生长停止。

2 ．水的活性

    水是机体中的重要组成成分，它是一种起着溶剂和运输介质作用的物质，参与机体内水解、缩合、氧化与还原等反应在内的整个化学反应，并在维持蛋白质等大分子物质的稳定的天然状态上起着重要作用。微生物在生长过程中，对培养基的 a w 有一定的要求，每种微生物生长都有最适的 a w ，高于或低于所要求的 a w 值，都会通过影响培养基的渗透压力变化而影响微生物的生长速率。微生物不同，生长所需要的最适配 w 值也不同。

3 ．温度

    根据微生物生长的最适温度不同，可以将微生物分为嗜冷、兼性嗜冷、嗜温、嗜热和超嗜热等五种不同的类型。它们都有各自的最低、最适和最高生长温度范围。

    表中列出不同微生物生长温度的一些典型例子。温度的变化都会对每种类型微生物的代谢过程产生影响，通过改变它们的生长速率。以适应温度的变化而生存。

 

微生物	生长温度／℃
	最低	最适 最高
嗜冷芽孢菌	-10	23-24	28-30
大肠杆菌	10	37	45
热叶菌	90	106	113

    温度对微生物生长的影响具体表现在：①影响酶活性，微生物生长过程中所发生的一系列化学反应绝大多数是在特定酶催化下完成的，每种酶都有最适的酶促反应温度，温度变化影响酶促反应速率，最终影响细胞物质合成；②影响细胞质膜的流动性，温度高流动性大，有利于物质的运输，温度低流动性降低，不利于物质运输，因此温度变化影响营养物质的吸收与代谢产物的分泌；⑦影响物质的溶解度，物质只有溶于水才能被机体吸收或分泌，除气体物质以外，温度上升物质的溶解度增加，温度降低物质的溶解度降低，最终影响微生物的生长。

4 ． pH

    微生物生长过程中机体内发生的绝大多数的反应是酶促反应，而酶促反应都有一个最适 pH 范围，在此范围内只要条件适合，酶促反应速率最高，微生物生长速率最大，因此微生物生长也有一个最适生长的 pH 范围。此外微生物生长还有一个最低与最高的 pH 范围，低于或高出这个范围，微生物的生长就被抑制，微生物不同生长的最适、最低与最高的 pH 范围也不同。

微生物	最低 PH	最适 PH	最高 PH
细菌	3-5	6.5-7.5	8-10
酵母菌	2-3	4.5-5.5	7-8
霉菌	1-3	4.5-5.5	7-8

    pH 通过影响细胞质膜的透性、膜结构的稳定性和物质的溶解性或电离性来影响营养物质的吸收，从而影响微生物的生长速率。质子是一种唯一不带电子的阳离子，它在溶液里能迅速地与水结合成水合氢离子 (H 3 O + 等 ) 。在偏碱性条件下， OH - 占优势，水合氢离子和 OH - 对营养物质的溶解度和离解状态，细胞表面电荷平衡和细胞的胶体性质等方面均会产生重大影响；在酸性条件下 H + 可以与营养物质结合，并能从可交换的结合物或细胞表面置换出某些阳离子，从而影响细胞结构的稳定性；同时由于 PH 值较低， CO 2 溶解度降低，某些金属离子如 Mn 2+ 、 Ca 2+ 、 Mo 2+ 等溶解度增加，导致它们在溶液中的浓度增加，从而对机体产生不利的作用。

5 ．氧

    根据氧与微生物生长的关系可将微生物分为好氧、微好氧、耐氧型、兼性厌氧和专性厌氧五种类型，它们在液体培养基试管中的生长特征见图。因此，在培养不同类型的微生物时，一定要采取相应的措施保证不同类型的微生物能正常生长。例如培养好氧微生物可以通过振荡或通气等方式使之有充足的氧气供它们生长；培养专性厌氧微生物则要排除环境中的氧，同时通过在培养基中添加还原剂的方式降低培养基的氧化还原电势；培养兼性厌氧或氧的耐氧型微生物，可以用深层静止培养的方式等。

微生物与氧的关系

微生物类型	最适生长的 O 2 体积分数
好氧 微好氧 氧的忍耐型 兼性厌氧 专性厌氧	等于或大于 20 ％ 2 ％-10 ％ 2 ％以下 有氧或无氧 不需要氧、有氧时死亡

    氧对于好氧微生物生长虽然可以通过好氧呼吸产生更多的能量，满足机体的生长需要，但另一方面，氧对一切生物都会使其产生有毒害作用的代谢产物，如超氧基化合物与 H₂O₂ ，这两种代谢产物互相作用还会产生毒性很强的自由基 OH . 。

    自由基是一种强氧化剂，它与生物大分子互相作用，可导致产生生物分子自由基，从而对机体产生损伤或突变作用，直至死亡。氧之所以对专性厌氧微生物以外的其他四种类型微生物不产生致死作用，是因为它们具有超氧物歧化酶，可催化起氧化基化合物分解，最终分解成水。