影响微生物生长的主要因素

  生长是微生物与外界环境因子共同作用的结果。一方面，微生物需要从环境中摄人生长和生存所必需的营养物质，只能在一定的环境条件(温度、湿度及pH)下才能够生存。而环境条件的变化会引起微生物的形态、生理、生长和繁殖牲发生变化；另一方面，微生物也向环境中排泄出各种代谢产物，抵抗和适应环境变化，甚至影响和改变环境。

(1)温度 温度主要通过影响微生物膜的

流动性和生物大分子的活性而影响微牛物的生命活动。具体表现在两个方面：一方面，随着温度升高．微生物细胞中的蛋白质和酶活性增强，生物化学反应加快，生长速率提高；另一方面，随温度上升，微生物细胞中对温度较敏感的组成成分(如蛋白质、核酸等)会受到不可逆的破坏。温度对微生物生长速率的影响见图2．1 5。

在最低温度和最适温度之间，微生物的生长速率随温度的升高而增加。最低温度是微生物生长的下限，低于该温度微生物将停止生长。反复冻融会使细胞内的水分变成冰晶，造成细胞明显脱水，此外冰晶往往还造成细胞尤其细胞膜的物理损伤，从而导致细胞死亡。若采取快速冷冻，同时在细胞悬液中加入保护剂(如甘油、血清、葡萄糖等)，则可减少冰冻对细胞的有害效应。实验室中常利用冰晶体损伤微生物细胞的特性进行细胞的破碎。细菌等微生物细胞经历三次以上的反复冻融过程可达到较好的破壁效果。微生物可以在低温下较长期地保存其生活能力，因此常用低温保藏微生物。

最适温度是使微生物生长繁殖最快的温度，代时也最短。但它不一定就是微生物一切代谢活动最好的温度。例如乳酸链球菌虽然在34℃下生长最快，但获得细胞总量最高的温度是25～30℃，发酵速度最快的温度则为40℃，而乳酸产量最高的温度是30℃。研究不同微生物在生长或积累代谢产物阶段时的不同最适温度，对提高发酵生产的效率具有十分重要的意义。根据最适生长温度不同，可将微生物分为三大类(表2．7)。

(2)氧气 不同微生物要求不同的通气条件。根据微生物与氧气的关系，可以将微生物斗为五种不同的类型：专性好氧菌、专性厌氧菌、兼性厌氧菌、微好氧菌和耐氧菌。

①专性好氧菌 包括绝大多数真菌和多数细菌、放线菌、蓝细菌，它们以氧为呼吸链的最终电子受体，最后与氢离子结合成水。在呼吸链的电子传递过程中，释放出大量能量．供细胞维持生长和合成反应使用。氧还参与一些生化反应。细胞含超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶。好氧菌缺氧就不能生长。

②专性厌氧菌 包括梭菌属、拟杆菌属、脱硫弧菌属和绝大多数产甲烷菌，它们利用结合态的氧。细胞缺少过氧化氢酶、过氧化物酶和超氧化物歧化酶，无法消除超氧阴离子自由基的毒害作用，暴露在空气中将停止生长，甚至很快死亡。

③兼性厌氧菌 包括许多细菌、酵母菌和病原微生物中的一些类群。具有两套呼吸酶系，有氧时以氧作为受氢体进行呼吸作用，无氧时则以代谢的中间产物为受氢体进行发酵作用，通常在有氧时长得更好些。细胞含SOD和过氧化氢酶。

④微好氧菡 只能在含氧量为2％～10％的微好氧条件下生长，通过呼吸链并以氧为最终氢受体而产能。如片球菌属、霍乱弧菌、氢单胞菌、发酵单胞菌和拟杆菌属。

⑤耐氧菌可在分子氧存在下进行厌氧生活的厌氧菌，在生长中不需要氧，分子氧对它也无毒害。不具有呼吸链，仅靠专性发酵获得能量。细胞内存在SOD和过氧化物酶，但无过氧化氢酶。通常的乳酸菌多为耐氧菌。

1971年McCord和Fridovlch提出的SOD学说可以较好地解释厌氧菌的氧毒害机制。该学说认为，厌氧菌困缺乏SOD，易被生物体内极易产生的超氧阴离子自由基(O₂^- •)毒害而致死。在长期进化过程中生物体发展了去除超氧阴离子自由基等各种有害活性氧的机制，一切好氧生物都具有SOD。近年的研究发现SOD在清除生物体内的超氧阴离子自由基的同时，还具有防治衰老、抗癌、防白内障、治疗放射病和肺气肿等疗效，可直接从动物血液或微生物中提取，或构建基因工程菌的方法来开发这种医疗用酶。

(3)pH环境pH对微生物生长的影响主要是可引起细胞膜电荷的变化，从而影响微生物对营养物质的吸收，影响代谢过程中酶的活性；改变营养物质的可给性和有害物质的毒性。pH不仅影响微生物的生长，甚至影响微生物的形态。

与温度对微生物的影响类似，各种微生物有其最低生长pH值、最适生长pH值和最高生长pH值。最适生长pH值偏酸性的微生物，称为嗜酸性微生物，最适生长pH值偏碱性的称嗜碱性微生物。一般酵母菌和霉菌适宜pH4~6的环境，放线菌适宜pH为7.5～8，细菌则为6．5～7．5。环境pH值超过最低或最高生长pH值就会使一般微生物致死。同一种微生物在不同的生长阶段和不同生理生化过程中，对环境pH要求不同，微生物生长繁殖的最适pH与其合成某种代谢产物的最适pH常不一致，在生产实践中·按需要改变pH值，可提高生产效率。微生物代谢活动会改变环境pH值，而pH变化往往对发酵生产不利，需及时调整pH值．可以采用以下的相应措施：

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