微生物生長(zhǎng)與培養(yǎng)技術(shù)-微生物生長(zhǎng)所需的環(huán)境條件

溫度微生物的生命活動(dòng)都是由一系列生物化學(xué)反應(yīng)組成的，這些反應(yīng)受溫度的影響極為明顯。因此，溫度是影響微生物生長(zhǎng)極為重要的因素之一。適宜的溫度能刺激微生物的生長(zhǎng)，不適的溫度會(huì)改變微生物的形態(tài)、代謝、毒力等，甚至導(dǎo)致死亡。就微生物總體而言，其生長(zhǎng)溫度范圍很寬，但各種微生物都有其生長(zhǎng)繁殖的最低溫度、最適溫度、最高溫度，成為生長(zhǎng)溫度三基點(diǎn)。

最低生長(zhǎng)溫度是指微生物能進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖的最低溫度界限。處于此溫度條件下的微生物生長(zhǎng)很緩慢，如低于此溫度則停止生長(zhǎng)。

最適生長(zhǎng)溫度簡(jiǎn)稱最適溫度。是指微生物分裂代時(shí)最短或生長(zhǎng)速率最高時(shí)的培養(yǎng)溫度。不同的微生物的最適生長(zhǎng)溫度不同。對(duì)于同一種微生物來(lái)說(shuō)，不同的生物化學(xué)反應(yīng)有著不同的最適溫度?？梢?，最適生長(zhǎng)溫度并不等于積累某一代謝產(chǎn)物最高的培養(yǎng)溫度。

最高生長(zhǎng)溫度是指微生物能生長(zhǎng)繁殖的最高溫度界限。超過(guò)此溫度，微生物的細(xì)胞成分會(huì)不可逆的失活而導(dǎo)致微生物死亡。這種在一定條件下和一定時(shí)間內(nèi)殺死微生物的最低溫度稱為致死溫度。各種微生物也有它們各自的致死溫度。根據(jù)微生物的最適生長(zhǎng)溫度不同，可以將其分為：低溫微生物，中溫微生物和高溫微生物圖5-1不同溫度微生物生長(zhǎng)示意圖1.低溫微生物

又稱嗜冷微生物，可分為專性嗜冷微生物和兼性嗜冷微生物。專性嗜冷微生物，是一類最低生長(zhǎng)溫度0℃以下，最適生長(zhǎng)溫度15℃左右，最高生長(zhǎng)溫度20℃左右的微生物，大多生長(zhǎng)于兩極地區(qū)和深海深處。兼性嗜冷微生物，是最適生長(zhǎng)溫度為25~30℃，最高生長(zhǎng)溫度為35℃左右的微生物，常見于冷水，土壤及冷藏食品中。

低溫微生物在低溫下能夠生長(zhǎng)主要由于低溫微生物的酶在低溫下仍具有催化活性，而隨著溫度的升高，酶的活性逐漸降低，直至喪失。低溫微生物的細(xì)胞膜中所含的不飽和脂肪酸較高，能在低溫下保持膜的通透性，有利于微生物的生長(zhǎng)。此外低溫微生物面對(duì)低溫的環(huán)境可以合成抗凍蛋白和低溫防護(hù)劑（如海藻糖、胞外多糖、糖膠甜菜堿、甘露醇等），起到防止結(jié)晶、濃縮營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及防止酶冷變性的作用。2.中溫微生物

又稱嗜溫微生物，是一類最低生長(zhǎng)溫度10℃左右，最適生長(zhǎng)溫度為20~40℃，最高生長(zhǎng)溫度45℃左右的微生物。自然界中大多數(shù)微生物屬于此類微生物。

3.高溫微生物

又稱嗜熱微生物，可分為兼性嗜熱微生物、專性嗜冷微生物和極端嗜熱微生物，多分布于溫泉、堆肥等地。兼性嗜熱微生物的最高生長(zhǎng)溫度為40~50℃之間，但最適生長(zhǎng)溫度仍在中溫范圍內(nèi)。專性嗜熱微生物的最適生長(zhǎng)溫度為40℃以上，低于此溫度則生長(zhǎng)較緩慢，甚至不生長(zhǎng)。極端嗜熱微生物則是一類最適生長(zhǎng)溫度高于65℃，最低生長(zhǎng)溫度40℃以上的微生物。

嗜熱微生物之所以能夠在較高的溫度下生長(zhǎng)，可能是由于①其體內(nèi)蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性高，包括兩個(gè)方面：穩(wěn)定的天然結(jié)構(gòu)和細(xì)胞內(nèi)的促進(jìn)熱穩(wěn)定的因素。嗜熱微生物蛋白質(zhì)中的亮氨酸、脯氨酸、谷氨酸和精氨酸高于中溫微生物。除此之外，嗜熱微生物細(xì)胞內(nèi)具有的金屬離子（如Ca2+、Mg2+、Zn2+）能起到穩(wěn)定蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的作用。嗜熱微生物在高溫環(huán)境中產(chǎn)生一些特殊蛋白質(zhì)，能在上限溫度下通過(guò)保護(hù)和重新折疊的方式來(lái)穩(wěn)定其他細(xì)胞蛋白。②嗜熱微生物核酸中GC含量高，氫鍵數(shù)量越多，堿基堆積力就越大，因此解鏈所需的溫度就越高，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)就越穩(wěn)定。③嗜熱微生物的細(xì)胞膜中含有較多的飽和脂肪酸和直鏈脂肪酸，能夠在高溫下調(diào)節(jié)膜的流動(dòng)性，從而維持細(xì)胞膜的功能。pH

對(duì)微生物的生命活動(dòng)有很大的影響，主要通過(guò)幾方面實(shí)現(xiàn)：①使蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子所帶電荷發(fā)生變化，從而影響其生物活性；②引起細(xì)胞膜電荷變化，導(dǎo)致微生物細(xì)胞吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能力發(fā)生改變；③改變環(huán)境中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的可給性及有害物質(zhì)的毒性。不同的微生物對(duì)pH的要求各不相同，每一種微生物都具有其最適pH值和能適應(yīng)的pH范圍（表5-1）。表5-1不同微生物對(duì)pH的適應(yīng)范圍微生物最適pH適宜pH范圍細(xì)菌6.8~7.44.0~10.0放線菌7.0~8.05.0~10.0霉菌4.5~5.51.0~9.0酵母4.5~5.53.0~8.0雖然微生物生活的環(huán)境pH值范圍較寬，但其細(xì)胞內(nèi)的pH值卻相當(dāng)穩(wěn)定，一般都接近中性，這種維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定中性pH的特性能夠保持細(xì)胞內(nèi)各種生物活性分子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和細(xì)胞內(nèi)酶所需要的最佳pH值。微生物在生長(zhǎng)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)培養(yǎng)基有機(jī)物（如糖類、蛋白質(zhì)、脂類）的分解和無(wú)機(jī)鹽（如硝酸鹽、銨鹽）的吸收使培養(yǎng)基pH發(fā)生改變，從而影響微生物的生長(zhǎng)。為維持微生物持續(xù)生長(zhǎng)，可在培養(yǎng)基中添加緩沖劑，如K2HPO4、KH2PO4、Na2CO3等，它們即可作為微生物生長(zhǎng)必須營(yíng)養(yǎng)，又可在培養(yǎng)過(guò)程中調(diào)整培養(yǎng)基的pH值。

氧氣微生物對(duì)氧的需要和耐受性在不同的類群中變化很大，根據(jù)微生物與氧的關(guān)系，可以將它們分為以下5類：1.專性好氧微生物這類微生物必須在有分子氧的條件下才能生長(zhǎng)，有完整的呼吸鏈，以分子氧作為最終氫受體，細(xì)胞含有超氧化物歧化酶和過(guò)氧化氫酶。絕大多數(shù)微生物屬于這個(gè)類型。在實(shí)驗(yàn)室的振蕩培養(yǎng)和工業(yè)生產(chǎn)通氣發(fā)酵中需要注意分子氧的供給。2.微好氧微生物這類微生物在有氧和絕對(duì)無(wú)氧的條件下均不能生長(zhǎng)，只能在較低氧分壓下才能正常生長(zhǎng)，通過(guò)呼吸鏈并以氧為最終氫受體而產(chǎn)能。3.專性厭氧微生物這類微生物在生長(zhǎng)過(guò)程中，不需要分子氧的參與。分子氧對(duì)其有毒害，短期接觸空氣，也會(huì)抑制其生長(zhǎng)甚至死亡。在空氣或含有10%C02的空氣中，在固體培養(yǎng)基表面上不能生長(zhǎng)，只有在其深層的無(wú)氧或低氧化還原電勢(shì)的環(huán)境下才能生長(zhǎng)。生命活動(dòng)所需能量通過(guò)發(fā)酵、無(wú)氧呼吸、循環(huán)光合磷酸化或甲烷發(fā)酵提供。細(xì)胞中缺乏超氧化物歧化酶和細(xì)胞色素氧化酶，大多數(shù)還缺乏過(guò)氧化氫酶。當(dāng)培養(yǎng)厭氧微生物時(shí)，需要通過(guò)焦性沒食子酸吸氧、抽真空、通入N2或H2等來(lái)創(chuàng)造厭氧環(huán)境。4.兼性厭氧微生物這類微生物在有氧或無(wú)氧環(huán)境中均能生長(zhǎng)繁殖?？稍谟醒趸蛉毖鯒l件下，可通過(guò)不同的氧化方式獲得能量，兼有耗氧呼吸和無(wú)氧發(fā)酵兩種功能。兼性厭氧菌在有氧環(huán)境下大量繁殖，在無(wú)氧環(huán)境中僅維持生存，大多數(shù)病原菌屬于此類。