影响微生物生长的环境因子微生物的生长受到环境中的物理及化学
第五章 微生物生长的影响因素
第五章微生物的生长及影响因素先介绍如何在实验室或生产实践中使微生物生长，即如何培养微生物；然后介绍微生物生长的规律（包括个体和群体）；以及环境条件对微生物生长的影响；最后讨论控制微生物生长特别是有害微生物生长的方法。
生长：微生物个体重量的增加和体积增大的现象。
繁殖：微生物数量增多的现象。
第一节微生物生长一、微生物的培养方法（一）微生物的纯培养及获得方法1.纯培养：微生物学将从一个细胞或一种细胞群繁殖得到的后代叫作纯培养。
2.获得方法（分离方法）：只有分离到微生物的纯菌种，才能研究和利用微生物，目前常用的分离方法有：①释倒平板法：按不同的稀释度将待分离的材料进行稀释（10倍稀释法），然后分别倒平板，培养得到单一菌落，挑取，分离，纯化即得。
②平皿划线法：在培养基表面用接种环平行或连续划线，培养可得单菌落，分离纯化得纯培养。
平行扇形连续③单细胞挑取法：用单细胞挑取仪（显微镜挑取器）在显微镜下直接挑取单个细胞（菌体）进行培养，而获得纯培养的方法。
④选择培养基分离法：用只适于一种微生物生长的培养基培养，结果只有一种微生物生长，挑取即得。
⑤涂抹培养皿分离法：平板上滴0.2ml菌悬液，用玻璃刮棒涂抹，培养后挑取菌落，纯化即得。
另外，有煮沸法分离芽孢杆菌；利用致死温度的不同分离噬菌体。
（二）微生物的培养方法1.好氧培养法：a.实验室：试管斜面，平板。
b.工业：半固体物料（浅盘法，转桶法，厚层培养法）c.食用菌：袋栽法，床栽法。
2.固体培养法：a.实验室：摇瓶培养法，试管液体培养法，三角瓶浅层培养法，小型台式发酵罐等。
b.工业：发酵罐（通用型搅拌发酵罐，气泡塔型发酵罐，其他形式的发酵罐）。
3.厌氧培养法：a.验室：厌氧培养皿，厌氧试管，厌氧罐。
b.工业：液体静置培养法。
二、微生物的同步生长及同步培养方法1.同步培养法：能使培养物中所有的微生物细胞都处于相同的生长阶段的培养方法成为同步培养法。
2.同步生长：培养物中的所有微生物细胞都处于同一生长阶段，并都能同时分裂的生长方式。
第4章微生物生长
稀释平板计数法—固体培养法
第一步：菌样巧妙稀释
1mL 混合
1mL
混合
无菌水
1 9mL 10mL ： 10-1 10-1 ：
菌样被 无菌水 不同稀 释倍率 -2 10 后平板 培养图 得到不同 稀释度 （10-x） 菌液
10-2
10-3
10-4
10-5
第二步：接种平板
10-2 10
-3
10-4
10 -5
2、对数期（指数期）log phase 细菌生长速度达到最大，数量以几何级数增加。 特点： （1）细菌迅速分裂，菌数按几何级数增加；
（2）世代时间最短，而且恒定； （3）生长速度最高而且恒定； （4）代谢活力强无死亡； （5）菌体整齐，体积恢复到原来大小； （6）对环境敏感，生理性状及菌体成分较一致
度提高1倍；
（2）营养；营养越丰富，代时越短
（3）氧气。好氧菌若能供给充足的氧，可能使对数 期延长。
对数期的实践意义 ① 是代谢、生理研究的良好材料
② 是增殖噬菌体的最适宿主菌龄
③ 是发酵生产中用作“种子”的最佳种龄 ④ G+染色鉴定时采用此期微生物
3、稳定期（stationary phase） 由于营养消耗，供应不足及代谢产物的积累，这 时一部分菌死亡，细菌进入稳定期。
（6）对环境变化敏感
影响因素： （1）接种量。接种 量大，停滞期可缩短 （2）菌龄。菌种年 轻，对数生长期接种 ，停滞期可能很短甚 至不明显 （3）营养。如果种子培养基与新接种的培养基成分 相同，则对菌生长有利。从丰富培养基转入贫营养 基，停滞时间拉长，反之减少； （4）菌种特性。大肠杆菌停滞期长，分枝杆菌长
膜过滤培养法
当样品中菌数很低时，可以将一定体积的湖水、海水或饮用水等样 品通过膜过滤器，然后将将膜转到相应的培养基上进行培养，对形 成的菌落进行统计。
温度、pH和渗透压对微生物生长的影响
温度和pH对微生物生长的影响【目的】1.懂得物理因素如：温度、pH对微生物生长影响的原理。
2.学会自己设计实验测试一些环境因子对微生物影响的方法与步骤。
【概述】微生物的生命活动是由其细胞内外一系列化学环境系统一体所构成的，微生物的生长繁殖除营养因子起主导作用外，常受许多环境因子的影响，其中物理因素中的温度影响最为明显。
在微生物的培养温度中，有最高、最适与最低培养温度之分，而最适培养温度则是其分裂一代所需的最短代时的培养温度，不同的微生物生长繁殖所需的最适温度也是各异的，依据微生物生长的最是温度的高低，可将微生物分为嗜冷菌、中温菌和嗜热菌3类。
与高等动物共栖、同居或寄生的绝大部分微生物都属中温菌。
本实验主要以埃希氏菌为例测试其生长繁殖的温度范围及其最适生长温度。
不同的微生物对高温的抵抗性差异极大，具有芽孢的细菌对高温则有较强的抵抗能力，故判别物品是否灭菌彻底常以是否完全杀死芽孢为设计依据。
本实验对普遍存在的枯草芽孢杆菌芽孢的耐热性作一简单的测试。
【材料和器皿】（1）菌种：大肠埃希氏菌（Escherichia coli）、枯草芽孢杆菌（Bac illus subtilis）、黏质沙雷氏菌（Serratia marcescens）、酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）（2）培养基：牛肉膏蛋白胨培养基，察氏培养基，。
（3）其他：培养皿，试管，水浴锅等。
【方法与步骤】1.影响微生物生长的温度因素（1）大肠埃希氏菌最是温度的测试①制备菌悬液：取培养至对数期后期大肠埃希氏菌斜面（37℃，18-20h），用4ml无菌生理盐水刮洗下斜面菌苔，并制备成均匀的细菌悬液。
②取供试管：取8支装无菌牛肉膏蛋白胨培养基液管，每管含5ml培养基，分别标明15℃、25℃、35℃。
45℃ 4种温度，每一温度做两管重复。
③加供试菌：向上述各试管中滴加供试菌液，即每管接入培养18-20h的大肠埃希氏菌菌液0.1ml（或2滴），混匀。
三节影响微生物生长主要因素
微生物的类型（按最适生长pH范围来分）
嗜中性微生物 生长的pH范围是pH5.—8.0，最适生长pH近中
性（pH7.0）。大多数细菌属于嗜中性微生物。 嗜酸性微生物
最适生长pH在5.5以下生长的微生物 嗜碱性微生物
生 长 的 pH 范 围 是 pH7.0—11.5 ， 最 适 生 长 pH 在8.0以上。
三、氧
1 .微生物与O2关系
好氧微生物 兼性好氧微生物 耐氧厌氧微生物
厌氧微生物
微好氧微生物
四、水活度
嗜高渗微生物：只能在高渗溶液中生长的微生物。
耐高渗微生物：能够忍耐高渗环境，并在高渗环境中。生 长离开了高渗环境仍然能够生长的微生物。
嗜盐微生物：需要在含高浓度氯化钠盐溶液中才能生长的 微生物。
三种基本温度
最低生长温度 最高生长温度 最适生长温度
微生物的生长温度类型
最低 最适 最高
嗜冷菌
-4 4 12
中温菌
8 39 48
嗜热菌
42 60 68
超嗜热菌
65 88 97
极端嗜热菌 90 106 114
温度对微生物生长的影响
高温：蛋白质变性 酶失活 核糖体解体 致死时间、致死温度
低温：酶活性下降、新陈代谢缓慢
第三节 影响微生物生长的主要因素
一、温度 二、PH 三、氧 四、水活度
环境因子对微生物的影响可以分为三类 适宜环境：
微生物能正常地进行生命活动 不适宜环境：
微生物的正常生命活动受到抑制 或被迫暂时改变原有的一些特征。 恶劣环境：
微生物死亡或发生遗传变易。
一、温度
温度通过影响膜的液晶结构、酶和蛋白质的合成及 活性、RNA的结构、转录等 影响微生物的生命活动。
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②化学渗透趋势转运系统；③基团转移。
四、影响细菌生长的环境因素（简答）1、营养物质：水、碳源、氮源、无机盐及生长因子为细菌的代谢及生长繁殖提供必需的原料和充足的能量2、酸碱度(pH)：多数病原菌最适pH为7.2--7.6，而结核杆菌最适pH值为6.5--6.8，霍乱弧菌最适pH值为8.4--9.2。
3、温度：病原菌最适温度为37度。
4、气体：O2：根据细菌代谢时对氧气的需要与否分四类：①专性需氧菌：具有完善的呼吸酶系统，需要分子氧作为受氢体以完成需氧呼吸，仅能在有氧环境下生长。
②微需氧菌：在低氧压（5%-6%）生长最好。
③兼性厌氧菌：兼有有氧呼吸和无氧发酵两种功能，在有氧、无氧环境中均能生长，但以有氧时生长较好。
大多数病原菌属于此。
④专性厌氧菌：缺乏完善的呼吸酶系统，只能进行无氧发酵，必须在无氧环境中生长。
CO2：对细菌生长也很重要，大部分细菌在代谢中产生的CO2可满足需要，个别细菌初次分离时需人工供给5-10%CO2。
5、渗透压：五、细菌的生长繁殖1、细菌个体的生长繁殖：繁殖方式----细菌以简单的二分裂方式进行无性繁殖。
繁殖速度----繁殖一代所需时间（代时）约20-30min。
但少数细菌代时较长，如结核分枝杆菌代时为18小时。
2、细菌群体的生长繁殖：迟缓期、对数期、稳定期、衰退期繁殖规律----生长曲线迟缓期：细菌被接种培养基的最初一段时间，主要是适应新环境，同时为分裂繁殖作物质准备，此时细菌体积比较大，含有丰富的酶和中间代谢产物。
对数期：细菌分裂繁殖最快的时期，菌数以几何级数增长，研究细菌的最佳时期。
稳定期：由于营养物质的消耗，代谢产物的堆积，繁殖数与死亡数几乎相等。
活菌数保持稳定。
一些细菌的芽胞、外毒素和抗生素等代谢产物大多在稳定期产生。
衰退期：繁殖变慢，死菌数超过活菌数。
细菌形态发生改变，生理活动趋于停滞。
第三节细菌的新陈代谢和能量转换一、细菌的能量代谢■细菌能量代谢活动中主要涉及ATP形式的化学能。
第八章微生物的生长及其控制
获得同步生长的方法：
同步培养法
诱导法
筛选法
化学诱导 物理诱导
过滤法 区带密度梯度离心法 膜洗脱法
二、微生物的生长曲线 生长曲线(Growth Curve)：
二、氧气对微生物生长的影响
根据微生物与氧的关系,可把它们分 为几种类群: 专性好氧菌: 兼性厌氧菌: 微好氧菌： 耐氧厌氧菌： 厌氧菌 (专性)厌氧菌：
好氧菌
一）好氧菌
1、专性好氧菌（obligate or strict aerobes）
必须在较高氧分压的条件下才能生长，有完
整的呼吸链，以分子氧作为最终氢受体，细胞含
②发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体 密度
③食品工业上尽量使有害微生物不能进入此期 ④是生理代谢及遗传研究或进行染色、形态观察 等的良好材料。
③稳定期（stationary phase）
又称：恒定期或最高生长期 特点： ①培生长速率常数R＝0，正、负增 长相等；
②菌体产量达到了最高点；
③细胞内开始积聚糖原、异染粒和 脂肪等内含物；
一）、直接法 比例计数法、 薄膜过滤染色镜检法 血球计数板法、 薄膜过滤荧光镜
检法
二）、间接法（活菌计数法）
平板菌落计数法、平板涂布法、
薄膜过滤平皿计数法
1 总细胞计数法 1） 血球计数板法
薄膜过滤吖叮橙染色荧光镜检法
2 活细胞计数法
1）平皿菌落计数法(稀释倒平板法)
2）平皿菌落计数法(平板涂布法)
第八章
微生物的生长繁殖 及其控制
• 目的和要求： • 本章主要使大家掌握微生物生长繁殖的规律， 微生物生长的测定方法，及各种物理、化学因 素对微生物生长的影响，有害微生物的控制方 法
影响微生物生长与死亡的因素
生长是微生物与外界环境因素共同作用的结果。
环境条件的改变，可引起微生物形态、生理、生长、繁殖等特征的改变；或者抵抗、适应环境条件的某些改变；当环境条件的变化超过一定极限，则导致微生物的死亡。
为了抑制和消除微生物的有害作用，人们常采用多种物理、化学或生物学方法，来抑制或杀死微生物。
常用以下术语来表示对微生物的杀灭程度。
灭菌：用物理或化学方法杀灭物体上所有的微生物（包括病原微生物和非病原微生物及细菌芽胞、霉菌孢子等），称为灭菌。
消毒：用物理或化学方法仅能杀灭物体上的病原微生物，而对非病原微生物及芽胞和孢子不一定完全杀死，称为消毒。
用来消毒的药物称为消毒剂。
防腐：防止或抑制微生物生长和繁殖的方法称为防腐或抑菌。
用于防腐的化学药品称为防腐剂。
某些化学药物在低浓度时为防腐剂，在高浓度时则成为消毒剂。
无菌：指没有活的微生物存在。
采取防止或杜绝一切微生物进入动物机体或物体的方法，称为无菌法。
以无菌法操作时称为无菌操作。
在进行外科手术或微生物学实验时，要求严格的无菌操作，防止微生物的污染。
不同的微生物对各种理化因子的敏感性不同，同一因素不同剂量对微生物的效应也不同，或者起灭菌作用，或者可能只起消毒或防腐作用。
在了解和应用任何一种理化因素对微生物的抑制或致死作用时，还应考虑多种因素的综合效应。
例如在增高温度的同时加入另一种化学药剂，则可加速对微生物的破坏作用。
大肠杆菌在有酚存在的情况下，温度从30℃增至42℃时明显加快死亡；微生物的生理状态也影响理化因子的作用。
营养细胞一般较孢子抗逆性差，幼龄的、代谢活跃的细胞较之老龄的、休眠的细胞易被破坏；微生物生长的培养基以及它们所处的环境对微生物遭受破坏的效应也有明显的影响。
如在酸或碱中，热对微生物的破坏作用加大，培养基的粘度也影响抗菌因子的穿透能力；有机质的存在也干扰抗微生物化学因子的效应，或者由于有机物与化学药剂结合而使之失效，或者有机质覆盖于细胞表面，阻碍了化学药剂的渗入。
理化因素对微生物的影响
理化因素对微生物的影响理化因素是指涉及物理和化学特性的因素，对微生物的生长和生存状况产生影响。
以下是一些典型的理化因素及其对微生物的影响：1.温度：温度是微生物生长的一个重要因素。
微生物可以根据其对温度的适应性，分为嗜冷微生物、嗜热微生物和中温微生物。
高温可以影响蛋白质的结构，导致酶活性的丧失，进而抑制微生物的生长和代谢活动。
低温则会降低微生物的酶活性和生长速度。
2.pH值：不同微生物对酸碱度的适应性也是不同的。
酸性环境会影响微生物的酶活性和细胞膜的完整性，从而抑制微生物的生长。
碱性环境则可能改变细胞内部的酶活性和物质转运机制。
3.氧气浓度：氧气是许多微生物生长所必需的，但是有些微生物可以在氧气缺乏的环境中生长，称为厌氧微生物。
这些微生物通过代谢路径的改变，适应了氧气缺乏的环境条件。
4.湿度：湿度对微生物的生长和传播起到重要的影响。
微生物对湿度要求不同，有些微生物适应高湿环境，而另一些微生物则适应低湿环境。
水分过多或过少都会影响微生物的生长能力和繁殖速度。
5.营养物质：微生物的生长需要一定的营养物质，包括碳源、氮源、矿物质和微量元素等。
这些物质对微生物的生长速率和代谢途径起到重要的作用。
在培养微生物时，不同的培养基配方可以选择性地培养特定的微生物。
6.光照：光照条件对微生物有着不同的影响。
光合微生物通过光合作用获得能量，而其他微生物在光照条件下可能受到光线的伤害。
此外，环境中的UV光线也会对微生物产生杀灭或抑制作用。
7.电离辐射：辐射是一种常见的物理因子，对微生物的生长和DNA损伤产生重要影响。
高剂量的辐射会导致微生物的死亡，而较低剂量的辐射可能引起突变和遗传修饰。
总的来说，理化因素对微生物的影响是复杂的，微生物可以通过适应和调节自身代谢途径来适应不同的理化因素。
对理化因素的深入研究有助于了解微生物的生存机制和应用。
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微生物的生長受到環境中的物理及化學因素的影響極大，瞭解這些因子如何影響微生物的生長，有助於我們管制微生物及明瞭微生物在自然界中分佈的情形。
（1）水分與滲透壓-
置於「高張溶液」時（溶液中溶有較多的溶質，滲透壓比細胞內高，例如鹽水與糖水），水分會從細胞中流出，導致細胞的萎縮，微生物的生長則會受到限制；例如以大量鹽或糖醃漬食品可以防止微生物的繁殖，具有保存食品的功效。
而當細胞置於「低張溶液」時（滲透壓低於細胞內，例如蒸餾水），水分又會向細胞內擴散，使細胞膨脹；由於多數藻類、真菌、及細菌具有一堅硬的細胞壁，因此細胞可以大致維持其形狀而不會漲破；但如原生動物的細胞因無細胞壁，則必須具備特殊構造將不斷滲入的水分排出，否則細胞將因不斷膨脹而破裂。
自然界中也有許多微生物具有「耐滲透壓」甚至「嗜滲透壓」的本領。
這些微生物常見之於鹽度極高的水域中，例如以色列與約旦間的死海、猶他州的大鹽湖、及一般的鹽田中。
這些水中含有高濃度的鹽份，滲透壓極大，一般的生物無法在此環境下生存，但這些耐鹽或嗜鹽的微生物卻可於其中正常生長與繁殖。
由於嗜鹽生物在演化上發展出必須在高滲透壓下方能生長的適應性，因此也限制了它們的分佈。
如將嗜鹽微生物置入一般的海水或淡水中，其細胞會因外界水分的不斷滲入而漲破死亡。
（2）pH質（酸鹼度）
大多數的微生物偏好在中性的環境下生長，過酸或過鹼都會抑制其生長。
但是也有些微生物是所謂的「嗜酸生物」或「嗜鹼生物」，它們可在酸性或鹼性的環境中生長。
例如乳酸菌、醋酸菌偏好酸性的環境，造成人類胃潰瘍的幽門螺旋菌則可在胃酸中存活；此外也有一些酸性溫泉中的細菌可耐酸達到pH 1~2左右。
而一些嗜鹼微生物則可生活在pH 10以上。
（3）溫度-
微生物依其對溫度的愛好可分為「嗜低溫生物」、「嗜中溫生物」、及「嗜高溫生物」（圖5-2）。
我們人類活動的環境中以嗜中溫微生物最多；包括所有的人類共生菌及致病菌。
嗜低溫微生物常可在0℃~20℃之間生長，例如從南北極或深海中分離出的微生物大多屬於此類生物。
而嗜高溫生物則通常生存在溫泉中或海底火山口附近，它們通常需要至少在45℃以上的環境才能生長；某些種類甚至可在接近100℃的溫泉中生活。
目前所知的最高溫度紀錄是生活在海底火山口的一些硫化細菌，它們可耐高達135℃的溫度！這些嗜高溫生物在如此高溫下是如何保護它們的蛋白質不會變性，一直是科學家們所深感興趣並在積極探討研究的題目。
值得注意的是，許多嗜中溫
生物也具備了「耐高溫」或「耐低溫」的本領，這些微生物能逃過一般食物的加熱處理或是在冰箱中存活，是敗壞食品的麻煩製造者。
（4）氧氣濃度-
大多數的藻類、真菌、及原生動物都是好氧性的生物；但細菌的差異性則極大。
細菌依其對氧氣的需求可區分為「好氧菌」、「微好氧菌」、「兼性厭氧菌」、與「絕對厭氧菌」。
氧氣對好氧性生物而言是呼吸作用中所不可缺少的要素，但對絕對厭氧菌而言則是致命的毒藥。
這些絕對厭氧菌必須生活在絕對無氧的環境中，例如沼澤或湖泊的底部污泥中及反芻動物的瘤胃或其他動物的消化道中。
微好氧菌則生活在氧氣濃度較低的環境中，但它們又不能完全無氧；例如常生活在人類口腔、消化道、及生殖道中的彎曲桿菌（Campylobacter）就是此種生物。
至於兼性厭氧生物則同時具備了於有氧下及厭氧下生存的二項本領。
它們於有氧時進行呼吸作用，可產生較多的能量；而於無氧時則轉換其代謝方式成為發酵作用，產生的能量較少，但一樣能正常生存下去。
許多腸內細菌都具備這種兼性厭氧生長的本領，而屬於真菌類的酵母菌也是箇中高手（詳見第七章神奇的酵母菌）。
（5）壓力-
多數微生物是生活在壓力約為一大氣壓的地表附近，但是佔地表達四分之三的海洋中也生存著許多生物；當水深每增加十公尺時，其壓力也會增加約一大氣壓；例如太平洋的馬里亞那海溝底部壓力可達1000大氣壓。
因此生活在海洋底部，尤其是一些深海生物，通常都能耐受極大的壓力，是「嗜壓力生物」。
這些嗜壓力微生物通常也是嗜低溫生物，因為海洋深處的溫度通常很低，終年維持在2℃~3℃。
這些微生物在海底的營養物質循環上扮演了很重要的角色。
它們通常無法在「低壓」的情況下生存；例如科學家曾嘗試以2℃及500大氣壓的條件來培養這些嗜高壓的低溫菌而無法成功。
（四）微生物的生長限制及其影響
微生物的生長與繁殖是極為快速的；以大腸桿菌為例，在生長條件良好的情況下，其細胞每十五分鐘可以分裂繁殖一次（亦即其細胞數目加倍），因此細菌的繁殖是以倍增的方式進行。
如從二個細胞開始，每小時分裂四次，則一天可繁殖至296個細胞。
雖然其每個細胞只有一兆分之一公克重，但在理想情況之下，一天繁殖下來的細胞總重量將可比美一座高山；而一天半時，其重量將與地球等重；二天時重量將超過太陽了。
如果再以此繁殖速度繼續下去，要不了多久整個宇宙都將充滿了細菌。
幸好這種事情實際上並不會發生，因為細菌的生長與繁殖是會受到養分的供應及環境因子的限制的；一方面養分不可能無限制供應，一方面細菌濃度升高時，氧氣的供應及排泄物的累積也會減低它的生長與繁殖速率；當細胞濃度達到某一程度時，微生物的生長與繁殖會完全停頓下來，甚至老化而開始死亡。
因此自然界中微生物的分佈，是受到環境因子的限
制的，它們通常只生長在適合它們的特殊環境之下。
此外，以整體生態的觀點來看，任何一種微生物的生存也不能自外於其他生物。
自然界中，生物彼此之間有著非常複雜的相互關係；例如，互利共生、片利共生、拮抗、競爭、捕食....等等，均是影響微生物數量與分佈的重要因素。
而微生物的生物活動也能造成環境的改變，例如優氧化的湖泊中會因細菌的大量繁殖而呈無氧狀態、置於室溫下的牛乳會因乳酸菌的活動而發酸、藻類的光合作用釋放出氧氣供其他生物呼吸、人體上的正常菌叢有保衛宿主免受病原菌侵襲的功效等。
同時也別忘了，早期的地球是無氧氣存在的，直到出現了可行光合作用的藻類地球才開始累積氧氣，形成今日的地球環境。
因此這些肉眼見不到的小小微生物與整個地球的生態環境是息息相關的，它們的代謝與生長對地球環境造成的影響遠超過它們的體型。
「微生物不可貌相」，誠哉斯言也！。