影响微生物生长的因素

影响微生物生长的因素

环境中生活着各种各样的微生物，微生物离不开环境，当环境条件适合时微生物生长旺盛，环境不利则生长缓慢，甚至引起死亡。我们学习本节的目的，就是为了给有益微生物创造好的环境条件，时其大量繁殖，应用不利条件控制或消灭无用甚至有害微生物的生长，达到造福人类的目的。
  一、物理因素：
  （一）温度：
      温度对微生物生长的影响：
      温度是影响微生物生长极重要的因素，由于微生物的生长繁殖是极复杂的生物学过程，各种反应需要在一定温度范围内进行，所以温度的变化对微生物生长影响很大，微生物总体看范围很大，—12～100℃之间均有微生物的生长，对某种微生物来说，适于微生物生长的温度范围又很窄。
  温度对微生物生长的影响主要表现在：低温抑菌；高温杀菌；适温长菌。
  1）生物生长繁殖的温度三基点：
  ①最低生长温度：是指微生物生长繁殖的最低温度。（在此温度下生长极慢，如低于此温度生长完全停止，但不死亡，低温下可以保藏菌种、食品。
  ②最适生长温度：使微生物迅速生长繁殖的温度。（并不一定是一切代谢活动的最好温度。）
  ③最高生长温度：是指微生物生长繁殖的最高温度，高于此温度微生物就要死亡，此温度下微生物也易衰老和死亡。
  2）分类：
  不同微生物的基本生长温度差异很大，但据最适生长温度的不同可分为三类。
  ①嗜冷性微生物（低温微生物）：是指那些最适生长温度为15℃或以下，最高生长温度低于20℃，最低生长温度在0℃或更低的微生物。a.专性嗜冷微生物：最适生长温度15℃左右，最高生长温度20℃的微生物。（最低-12℃，主要分布在南北极地区，如假单胞菌）
  b.兼性嗜冷微生物：最适生长温度25-30℃，最高生长温度35℃左右的微生物。（最低-5—0℃，主要分布在海洋及冷藏食品上，如乳酸杆菌，青霉菌）
  ②嗜温性微生物（中性微生物）：最适生长温度20—40℃（有的说25—40℃）的微生物，大多数微生物属此。主要分布：动物、人体、植物、土壤等。如人类的病原菌，最适生长温度为37℃。另外啤酒酵母、曲霉、大多数细菌。（最低10—20℃，最高40-45℃）。
  ③嗜热性微生物（高温微生物）：最适生长温度在50—60℃，甚至更高。（最低生长温度35—40℃,最高70-95℃，）主要分布温泉、堆肥，如硫化叶菌属。
  3）嗜冷微生物在低温条件下能够生长的原因为：
  ①有特殊酶类，该酶低温下能正常工作，而对高温则很敏感（嗜冷微生物所含的酶在低温下 能有效地催化生化反应，而对较高的温度非常敏感，在30-40℃时很快失活。）
  ②细胞膜结构特殊，含有较多不饱和脂肪酸，低温下能维持膜的半流动性（他们在低温下主动转运过程仍能正常进行，有效地吸收所需营养物质，这是由于嗜冷微生物原生质膜中含有较多的不饱和脂肪酸，使其在低温下仍能维持膜的半流动性。）
  4）嗜热微生物的特点：
  ①酶比别的蛋白质具有更强的抗热性；
  ②能产生抗热性的多胺、热亚胺和高温精胺；
  ③核酸也有保证热稳定性的结构，G＋C含量高，氢键多，则较稳定；
  ④细胞膜含有较多的饱和脂肪酸和直链脂肪酸；
  ⑤生长速率快，合成大分子物质迅速，可以弥补因热而损坏的大分子物质。
  不同微生物对热的敏感性不同，但当温度超过其最高生长温度时，都会引起死亡（使酶变性失活，不能进行正常的新陈代谢，则要死亡）。
  两个名词：
  致死时间：在一定温度下杀死微生物所需要的最短时间，称为微生物的致死时间。
  致死温度：一定时间内杀死微生物所需要的最低温度称为微生物的致死温度。
  温度高则致死时间短，121℃需5分钟，而100℃需20-30分钟。
  2.高温灭菌：
  当超过微生物生长的最高温度时，微生物都要死亡，利用微生物对高温敏感的性质可以进行进行灭菌。
          ┌干热灭菌：灼烧，烘烤
  高温灭菌│
          └湿热灭菌：高压蒸汽灭菌法，间歇灭菌法，巴斯德消毒法，煮沸消毒法，常压蒸汽灭菌法。
  1）干热灭菌法：主要是利用火焰和高热的空气来杀死微生物。
  ①灼烧：是最简便的灭菌方法，具有迅速、彻底、简单可靠之特点，常用于接种工具、金属小工具、污染物品和实验动物尸体的灭菌处理。
  ②干热空气灭菌法：160-170℃维持2小时，便可达到灭菌目的。玻璃器皿、陶瓷器具、金属用具等耐高温的物品。
  2）湿热灭菌：
  （在相同的温度下，湿热灭菌比干热灭菌效力高这是因为：①菌体在有水的情况下蛋白质容易凝固，含水量越高则蛋白质凝固所需的温度越低，②热蒸汽的穿透力强；③蒸汽有汽化潜热（热蒸汽变成水放出大量的热，1克水方2257焦尔的热）；）
  ①高压蒸汽灭菌法：利用高压蒸汽灭菌锅进行灭菌，要排净锅内冷空气。1.1Kg/cm2 ，20-30min .
  ②间歇灭菌法：利用蒸汽反复几次进行灭菌。100℃，维持30-60分钟，以杀死微生物的营养体，冷却后，于37℃培养一天，次日同法灭菌，如此反复3次，即可达到灭菌的目的。主要应用于一些不宜于高压灭菌的培养基，如糖类、明胶、牛奶等的灭菌。
  ③巴斯德消毒法：采用60-70的温度处理15-30分钟的消毒方法称为巴斯德消毒法。简称巴氏消毒法。啤酒65℃，15分钟；牛乳63-66℃30分钟，或71℃15分钟；此法是据结核杆菌的致死温度为62℃处理15分钟制定的。该法能杀灭食品中的病原微生物，同时保持食品的营养和风味。
  ④煮沸消毒法：100℃，5-15分钟（水中煮沸15分钟以上）能杀死一切细菌的营养体和部分芽孢，适于饮用水，解剖用具，注射器等的消毒。
  ⑤连续灭菌法:100℃，处理8小时，达到杀灭微生物及芽孢的目的。
  3.低温抑菌：
  当环境温度降至微生物的最低生长温度时，微生物的代谢活动达最低水平，生长繁殖趋于停滞状态，衰退较慢，可保存菌种。
  （二）氧气
  氧对微生物生长的影响很大，据微生物与氧的关系，微生物可分为：
  专性好氧微生物；专性厌氧微生物；兼性好氧微生物；微需氧微生物。
  1.专性好氧微生物（好气性微生物）：
  ①菌类：多数细菌、真菌和藻类
  ②特点：需要良好的空气供应，缺氧便不能生长，（O2是代谢过程中呼吸作用的最终电子受体，生物氧化中也需要O2）。
  ③应用：在实验室（振荡培养）和工业生产（通无菌空气，搅拌）中都必须注意氧的供应。
  2.专性厌氧微生物（厌气性微生物）:
  ①菌类：梭状芽孢杆菌属、甲烷杆菌属、瘤胃球菌属和链球菌属。
  ②特点：不需要氧气，氧对他们有毒害作用，（因为当有氧时，会产生H2O2和O2-〈过氧化物〉等有毒物质，而此微生物本身不具过氧化氢分解酶或超氧化物歧化酶（SOD），因而受毒害而死亡）。
  ③应用：生产上要创造一个厌氧的环境（焦性没食子酸吸氧，抽真空，通入N2或H2）
  3.兼性好氧微生物（兼性好气性微生物）：
  ①菌类：范围较广，肠道细菌、人及动物的病原菌、酵母菌和其他一些真菌。
  ②特点：有氧无氧都能生长，有氧时氧化磷酸化获能，无氧时发酵获能。
  ③应用：不需特殊条件，据需要而采取不同条件。
  4.微需氧微生物（微需气微生物）：
  好气和绝对厌气条件下都不能生长，氧浓度小于0.2大气压条件下才能生长。
  5．耐氧微生物：
  可在有氧条件下进行厌氧生活，无呼吸链，靠发酵获能，有SOD和过氧化物酶，而无过氧化氢酶，如乳酸菌多为此类。
  （三）辐射：
  主要包括：可见光；紫外线；X射线；γ射线。
  1.可见光：波长400-800nm ，主要为能源，进行光合作用，但强光连续照射能杀死微生物(因光氧化作用)。光线被细胞内的色素吸收在有氧氧条件下，使一些酶和其他敏感成份失活。
  2.紫外线：日光的杀菌作用（晒衣服、棉被）主要是紫外线的杀菌作用，波长200-300nm
  杀菌作用最强的为265-266nm。
  杀菌作用的机理：①紫外线能引起核酸形成胸腺嘧啶二聚体，从而使核酸的复制不能正常进行。②紫外线可使空气中的分子氧变为臭氧（O3），臭氧分解放出的新生态氧[O]具有杀菌作用，O3-—→O2＋[O]（经紫外线照射的微生物在可见光下可以激活DNA修复酶，能修复紫外线辐射引起的损伤——光复活作用。不同微生物对紫外线的抗性不同，二倍体和多倍体比单倍体抗性强，孢子比营养体抗性强，干燥细胞比湿细胞抗性强。）
  紫外线穿透力弱，只能作为表面消毒和空气灭菌用。
  3.电离辐射：X射线，γ射线等高能电磁波，穿透力较强，能使被照射物质产生电离作用，——电离辐射。低剂量照射促进微生物生长，或诱发变异（辐射育种）；高剂量处理有杀菌作用。（作用机理：杀菌作用是通过射线照射引起环境和细胞中水分子电离产生自由基，这些游离基团作用于细胞的蛋白质等大分子物质，使之失活，从而引起微生物死亡。
  （四）干燥：
  水是微生物生命活动所不可缺少的，物质的运输，新陈代谢活动都离不开水，一般微生物生长要求水的活度（aW）0.60-0.99之间，干燥会使微生物细胞脱水，使代谢活动停止，处于休眠状态，甚至会引起细胞脱水变性，导致菌体死亡。
  日常生活中采用的烘干、晒干和熏干等方法来保存物品，就是利用干燥抑菌的原理。
  （五）渗透压：
  高渗溶液能导致细胞质壁分离；低渗溶液能使细胞膨胀破裂死亡。
  （六）化还原电位（Eh）
  对微生物生长影响较大，氧分压高（O2浓度大）则氧化还原电位高，pH值低氧化还原电位高，氧化剂也能提高氧化还原电位，反之则反，不同微生物对氧化还原电位的要求不同，一般在+0.82～—0.42v，
  好氧微生物（0.1v以上，0.3-0.4v较好，可通过通氧达到）
  兼性好氧微生物（0.1v 以上好氧呼吸；0.1v以下进行厌氧呼吸）
  厌氧微生物（—0.1v以下最好，加还原剂:抗坏血酸、H2S、Fe等达到）
  主要影响酶活性，因好氧性微生物的氧化酶要求较高的Eh，厌氧微生物的脱氢酶要求较低的Eh。
  二、化学因素：
  （一）营养物质：
  营养物质对微生物的生长速率影响很大，营养丰富则生长快，繁殖迅速；反之则反。如培养物转移到营养丰富的环境中，则生长速率加快，形成上升转移；培养物如转移到营养贫乏的简单环境中，则生长速率减慢，形成下降转移。
  （二）氢离子浓度
  培养基和环境中的pH值而言，大多数微生物在4.0-9.0之间（各别可以超出），不同微生物要求的pH范围不同，真菌较细菌为广（7—-8个单位）细菌3-5个单位。PH值超过一定范围时，则Eh过高或过低，均影响微生物对物质的吸收，影响酶的活性，最终影响微生物的生长。另外微生物自身的代谢活动也影响周围环境的pH值，产酸pH降低，产NH3,pH升高；可用缓冲剂进行调节。真菌4.5-6.0；细菌7.0-7.5.
  （三）重金属化合物
  重金属浓度较低抑菌，较高时杀菌。汞、银、砷、铜等金属的盐类能使蛋白质变性，使菌体死亡。（升汞HgCl2、氯化亚汞Hg2Cl、氯化汞HgCl、AgNO3、CuSO4）。
  （四）有机化合物
  酚、醇、醛使细菌蛋白质变性及损伤细菌的细胞壁和质膜（酶本身是蛋白质），苯酚（石炭酸）、酒精（70-75%）、甲醛（福尔马林）。
  （五）卤素及其化合物
  有抑菌和杀菌作用：1%的碘酒10分钟可杀死一般细菌和真菌，并使病毒失活。机理：氧化作用及碘与菌体蛋白结合使之变性。
  氯气和漂白粉：HclO---→HCl+[O].
  （六）其他
  1.氧化剂：KMnO4、H2O2、过氧乙酸（CH3COOOH）;机理：通过氧化作用使巯基氧化成-S-S-使酶失活。
  2.表面活性剂：新洁尔灭，离子除垢剂（肥皂 ）；能降低表面张力，抑菌或杀菌。
  3.染料：碱性染料，也能抑菌和杀菌。

小生对楼主之仰慕如滔滔江水连绵不绝,海枯石烂,天崩地裂,永不变心.  

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