環(huán)境對微生物生長的影響
發(fā)布時間：
2022-12-27
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環(huán)境對微生物生長的影響
生長是微生物同環(huán)境相互作用的結(jié)果.在液體培養(yǎng)中生長曲線是在正常培養(yǎng)條件下,反映微生物接種后的培養(yǎng)過程中菌數(shù)變化同培養(yǎng)時間之間的關(guān)系.微生物在培養(yǎng)過程中,環(huán)境的變化會對微生物生長產(chǎn)生很大的影響.
一、環(huán)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(yǎng)物質(zhì)、水的活性、溫度、pH和氧等.
1.營養(yǎng)物質(zhì)
營養(yǎng)物質(zhì)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,此時機體一方面降低或停止細胞物質(zhì)合成,避免能量的消耗,或者通過誘導合成特定的運輸系統(tǒng),充分吸收環(huán)境中微量的營養(yǎng)物質(zhì)以維持機體的生存;另一方面機體對胞內(nèi)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(nèi)貯存的物質(zhì)、無意義的蛋白質(zhì)與酶、mRNA等.例如在氮、碳源缺乏時,機體內(nèi)蛋白質(zhì)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復(fù)制的速率,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(zhì)作用的物質(zhì),參與機體內(nèi)水解、縮合、氧化與還原等反應(yīng)在內(nèi)的整個化學反應(yīng),并在維持蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)的穩(wěn)定的天然狀態(tài)上起著重要作用.微生物在生長過程中,對培養(yǎng)基的aw有一定的要求,每種微生物生長都有最適的aw,高于或低于所要求的aw值,都會通過影響培養(yǎng)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(jù)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范圍.
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(chǎn)生影響,通過改變它們的生長速率.以適應(yīng)溫度的變化而生存.
溫度對微生物生長的影響具體表現(xiàn)在:影響酶活性,微生物生長過程中所發(fā)生的一系列化學反應(yīng)絕大多數(shù)是在特定酶催化下完成的,每種酶都有最適的酶促反應(yīng)溫度,溫度變化影響酶促反應(yīng)速率,最終影響細胞物質(zhì)合成;影響細胞質(zhì)膜的流動性,溫度高流動性大,有利于物質(zhì)的運輸,溫度低流動性降低,不利于物質(zhì)運輸,因此溫度變化影響營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與代謝產(chǎn)物的分泌;影響物質(zhì)的溶解度,物質(zhì)只有溶于水才能被機體吸收或分泌,除氣體物質(zhì)以外,溫度上升物質(zhì)的溶解度增加,溫度降低物質(zhì)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(nèi)發(fā)生的絕大多數(shù)的反應(yīng)是酶促反應(yīng),而酶促反應(yīng)都有一個最適pH范圍,在此范圍內(nèi)只要條件適合,酶促反應(yīng)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范圍.此外微生物生長還有一個最低與最高的pH范圍,低于或高出這個范圍,微生物的生長就被抑制,微生物不同生長的最適、最低與最高的pH范圍也不同.
pH通過影響細胞質(zhì)膜的透性、膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和物質(zhì)的溶解性或電離性來影響營養(yǎng)物質(zhì)的吸收,從而影響微生物的生長速率.質(zhì)子是一種唯一不帶電子的陽離子,它在溶液里能迅速地與水結(jié)合成水合氫離子(H3O+等).在偏堿性條件下,OH-占優(yōu)勢,水合氫離子和OH-對營養(yǎng)物質(zhì)的溶解度和離解狀態(tài),細胞表面電荷平衡和細胞的膠體性質(zhì)等方面均會產(chǎn)生重大影響;在酸性條件下H+可以與營養(yǎng)物質(zhì)結(jié)合,并能從可交換的結(jié)合物或細胞表面置換出某些陽離子,從而影響細胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性;同時由于PH值較低,CO2溶解度降低,某些金屬離子如Mn2+、Ca2+、Mo2+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(chǎn)生不利的作用.
5．氧
根據(jù)氧與微生物生長的關(guān)系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(yǎng)基試管中的生長特征見圖.因此,在培養(yǎng)不同類型的微生物時,一定要采取相應(yīng)的措施保證不同類型的微生物能正常生長.例如培養(yǎng)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(yǎng)專性厭氧微生物則要排除環(huán)境中的氧,同時通過在培養(yǎng)基中添加還原劑的方式降低培養(yǎng)基的氧化還原電勢;培養(yǎng)兼性厭氧或氧的耐氧型微生物,可以用深層靜止培養(yǎng)的方式等.
氧對于好氧微生物生長雖然可以通過好氧呼吸產(chǎn)生更多的能量,滿足機體的生長需要,但另一方面,氧對一切生物都會使其產(chǎn)生有毒害作用的代謝產(chǎn)物,如超氧基化合物與H2O2,這兩種代謝產(chǎn)物互相作用還會產(chǎn)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(chǎn)生生物分子自由基,從而對機體產(chǎn)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(chǎn)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.