微生物生长与培养技术-微生物生长所需的环境条件

温度微生物的生命活动都是由一系列生物化学反应组成的，这些反应受温度的影响极为明显。因此，温度是影响微生物生长极为重要的因素之一。适宜的温度能刺激微生物的生长，不适的温度会改变微生物的形态、代谢、毒力等，甚至导致死亡。就微生物总体而言，其生长温度范围很宽，但各种微生物都有其生长繁殖的最低温度、最适温度、最高温度，成为生长温度三基点。

最低生长温度是指微生物能进行生长繁殖的最低温度界限。处于此温度条件下的微生物生长很缓慢，如低于此温度则停止生长。

最适生长温度简称最适温度。是指微生物分裂代时最短或生长速率最高时的培养温度。不同的微生物的最适生长温度不同。对于同一种微生物来说，不同的生物化学反应有着不同的最适温度。可见，最适生长温度并不等于积累某一代谢产物最高的培养温度。

最高生长温度是指微生物能生长繁殖的最高温度界限。超过此温度，微生物的细胞成分会不可逆的失活而导致微生物死亡。这种在一定条件下和一定时间内杀死微生物的最低温度称为致死温度。各种微生物也有它们各自的致死温度。根据微生物的最适生长温度不同，可以将其分为：低温微生物，中温微生物和高温微生物图5-1不同温度微生物生长示意图1.低温微生物

又称嗜冷微生物，可分为专性嗜冷微生物和兼性嗜冷微生物。专性嗜冷微生物，是一类最低生长温度0℃以下，最适生长温度15℃左右，最高生长温度20℃左右的微生物，大多生长于两极地区和深海深处。兼性嗜冷微生物，是最适生长温度为25~30℃，最高生长温度为35℃左右的微生物，常见于冷水，土壤及冷藏食品中。

低温微生物在低温下能够生长主要由于低温微生物的酶在低温下仍具有催化活性，而随着温度的升高，酶的活性逐渐降低，直至丧失。低温微生物的细胞膜中所含的不饱和脂肪酸较高，能在低温下保持膜的通透性，有利于微生物的生长。此外低温微生物面对低温的环境可以合成抗冻蛋白和低温防护剂（如海藻糖、胞外多糖、糖胶甜菜碱、甘露醇等），起到防止结晶、浓缩营养物质及防止酶冷变性的作用。2.中温微生物

又称嗜温微生物，是一类最低生长温度10℃左右，最适生长温度为20~40℃，最高生长温度45℃左右的微生物。自然界中大多数微生物属于此类微生物。

3.高温微生物

又称嗜热微生物，可分为兼性嗜热微生物、专性嗜冷微生物和极端嗜热微生物，多分布于温泉、堆肥等地。兼性嗜热微生物的最高生长温度为40~50℃之间，但最适生长温度仍在中温范围内。专性嗜热微生物的最适生长温度为40℃以上，低于此温度则生长较缓慢，甚至不生长。极端嗜热微生物则是一类最适生长温度高于65℃，最低生长温度40℃以上的微生物。

嗜热微生物之所以能够在较高的温度下生长，可能是由于①其体内蛋白质的热稳定性高，包括两个方面：稳定的天然结构和细胞内的促进热稳定的因素。嗜热微生物蛋白质中的亮氨酸、脯氨酸、谷氨酸和精氨酸高于中温微生物。除此之外，嗜热微生物细胞内具有的金属离子（如Ca2+、Mg2+、Zn2+）能起到稳定蛋白质空间结构的作用。嗜热微生物在高温环境中产生一些特殊蛋白质，能在上限温度下通过保护和重新折叠的方式来稳定其他细胞蛋白。②嗜热微生物核酸中GC含量高，氢键数量越多，碱基堆积力就越大，因此解链所需的温度就越高，DNA双螺旋结构就越稳定。③嗜热微生物的细胞膜中含有较多的饱和脂肪酸和直链脂肪酸，能够在高温下调节膜的流动性，从而维持细胞膜的功能。pH

对微生物的生命活动有很大的影响，主要通过几方面实现：①使蛋白质、核酸等生物大分子所带电荷发生变化，从而影响其生物活性；②引起细胞膜电荷变化，导致微生物细胞吸收营养物质能力发生改变；③改变环境中营养物质的可给性及有害物质的毒性。不同的微生物对pH的要求各不相同，每一种微生物都具有其最适pH值和能适应的pH范围（表5-1）。表5-1不同微生物对pH的适应范围微生物最适pH适宜pH范围细菌6.8~7.44.0~10.0放线菌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虽然微生物生活的环境pH值范围较宽，但其细胞内的pH值却相当稳定，一般都接近中性，这种维持细胞内稳定中性pH的特性能够保持细胞内各种生物活性分子的结构稳定和细胞内酶所需要的最佳pH值。微生物在生长过程中，通过对培养基有机物（如糖类、蛋白质、脂类）的分解和无机盐（如硝酸盐、铵盐）的吸收使培养基pH发生改变，从而影响微生物的生长。为维持微生物持续生长，可在培养基中添加缓冲剂，如K2HPO4、KH2PO4、Na2CO3等，它们即可作为微生物生长必须营养，又可在培养过程中调整培养基的pH值。

氧气微生物对氧的需要和耐受性在不同的类群中变化很大，根据微生物与氧的关系，可以将它们分为以下5类：1.专性好氧微生物这类微生物必须在有分子氧的条件下才能生长，有完整的呼吸链，以分子氧作为最终氢受体，细胞含有超氧化物歧化酶和过氧化氢酶。绝大多数微生物属于这个类型。在实验室的振荡培养和工业生产通气发酵中需要注意分子氧的供给。2.微好氧微生物这类微生物在有氧和绝对无氧的条件下均不能生长，只能在较低氧分压下才能正常生长，通过呼吸链并以氧为最终氢受体而产能。3.专性厌氧微生物这类微生物在生长过程中，不需要分子氧的参与。分子氧对其有毒害，短期接触空气，也会抑制其生长甚至死亡。在空气或含有10%C02的空气中，在固体培养基表面上不能生长，只有在其深层的无氧或低氧化还原电势的环境下才能生长。生命活动所需能量通过发酵、无氧呼吸、循环光合磷酸化或甲烷发酵提供。细胞中缺乏超氧化物歧化酶和细胞色素氧化酶，大多数还缺乏过氧化氢酶。当培养厌氧微生物时，需要通过焦性没食子酸吸氧、抽真空、通入N2或H2等来创造厌氧环境。4.兼性厌氧微生物这类微生物在有氧或无氧环境中均能生长繁殖。可在有氧或缺氧条件下，可通过不同的氧化方式获得能量，兼有耗氧呼吸和无氧发酵两种功能。兼性厌氧菌在有氧环境下大量繁殖，在无氧环境中仅维持生存，大多数病原菌属于此类。