微生物生長(zhǎng)所需要的條件及影響因素

營(yíng)養(yǎng)物

營(yíng)養(yǎng)是微生物生長(zhǎng)的先決條件。在自然界中，微生物從其生存環(huán)境中獲取生長(zhǎng)所需的各種營(yíng)養(yǎng)組分。在土壤中，各種有機(jī)質(zhì)是異養(yǎng)微生物——細(xì)菌、放線菌、霉菌生長(zhǎng)所需的碳源和能源。在茂密的叢林中，枯枝敗葉是各種土著微生物賴以生長(zhǎng)的天然糧庫。許多大烈真菌生活在草地上、樹干上，甚至是腐木上，有些則是與樹木的根部共生。它們的營(yíng)養(yǎng)方式為腐生、寄生，或二者兼而有之。還有的是共生。在這些真菌中，有許多是食用真菌，例如味道鮮關(guān)的口蘑、竹蓀、香菇等。有些則可入藥，例如靈芝、灰包菇、黑紫靈芝等。真菌中的酵母菌常常生長(zhǎng)在有糖的環(huán)境，如水果、蔬菜、花蜜和植物的葉子上，它們也喜歡生活在果園、葡萄園的土壤中。在含污染物的湖泊、河流、海洋中，各種微生物能夠?qū)⒉簧俚奈廴疚锓纸饫?，并使環(huán)境得到一定程度的凈化。人們?yōu)榱诉M(jìn)行科學(xué)研究、生產(chǎn)微生物制品以及由于其它目的，經(jīng)常要把所需要的微生物在人為提供的生長(zhǎng)條件下進(jìn)行培養(yǎng)。于是根據(jù)微生物的類型以及所需營(yíng)養(yǎng)的不同，為它們配制了各種食物套餐，也就是培養(yǎng)基。例如，培養(yǎng)細(xì)曲通常采用肉汁蛋白胨培養(yǎng)基，培養(yǎng)酵母菌常用含糖的麥芽汁培養(yǎng)基，霉菌的分離培養(yǎng)經(jīng)常采用土豆汁和葡萄糖培養(yǎng)基。按照培養(yǎng)基的特殊用途，又可以將培養(yǎng)基分為許多種類型。

空氣

空氣中的主要成分是氮?dú)?，它是具有固氮功能的微生物所需氮源的天然?chǔ)備庫。二氧化碳則是光能自養(yǎng)微生物和化能自養(yǎng)微生物生長(zhǎng)的基本碳源。除此之外，空氣中的主要成分就是氧氣了。沒有氧氣，人和許多動(dòng)物都不能生活，這是人所皆知的常識(shí)。然而，對(duì)于微生物而言，沒有氧氣就不能生存的說法就有些片面了。的確，許多微生物都喜歡在氧氣充足的條件下生活，被稱之為好氧微生物。在利用微生物進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)酵工業(yè)中，還需要向發(fā)酵罐中補(bǔ)充凈化過的空氣，以利于微生物的生長(zhǎng)。但是，有些微生物在生命活動(dòng)中并不需要氧氣，甚至氧氣對(duì)于它們是有毒的。例如沼氣池中的產(chǎn)甲烷細(xì)菌遇到氧氣便會(huì)死亡，是嚴(yán)格厭氧微生物；而腌制酸泡菜的泡菜壇中產(chǎn)生乳酸的微生物只需要很少量的氧氣，多了反而長(zhǎng)不好，這類微生物稱為微需氧微生物。許多細(xì)菌、酵母菌和其它微生物，既能夠在有氧氣的環(huán)境中活躍地生活，也能夠在無氧的條件下生存，我們把它們叫做兼性好氧（或厭氧）微生物。

微生物對(duì)氧的需求

溫度

我們知道，雞蛋只有在適合的溫度下才能孵化成小雞，這是因?yàn)樵诩?xì)胞中進(jìn)行的生物化學(xué)反應(yīng)是生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，而這些反應(yīng)需要在一定的溫度下進(jìn)行。對(duì)于大多數(shù)微生物來說，溫度太低，不能進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸，也不利于各種生命過程的進(jìn)行。在溫度適當(dāng)升高時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的生物化學(xué)反應(yīng)速度加快，就能加速微生物的生長(zhǎng)。然而，溫度過高，對(duì)于生命活動(dòng)的進(jìn)行也是不利甚至是有害的，因?yàn)樗梢鸺?xì)胞中生物大分子如蛋白質(zhì)、核酸和其它細(xì)胞組分不可逆的變性作用，變性了的蛋白質(zhì)便沒有再進(jìn)行生物化學(xué)反應(yīng)的功能了。當(dāng)溫度超過微生物所能忍受的極限時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致其死亡。當(dāng)然，由于自然界的環(huán)境多樣性與生物種類的多樣性，有些微生物能夠在一般生物所不能生存的環(huán)境條件下生長(zhǎng)，例如生活在南極和北極地區(qū)的嗜冷微生物、生活在高溫環(huán)境中的嗜熱微生物以及生長(zhǎng)在熱泉和火山噴口地區(qū)的嗜高熱微生物等。

不同細(xì)菌的生長(zhǎng)溫度范圍

pH值

微生物的生長(zhǎng)所需要的環(huán)境都有一定的酸性、堿性或不酸不堿呈中性?；瘜W(xué)家用氫離子濃度的對(duì)數(shù)（pH值）來表示。pH值大于7時(shí)是堿性，數(shù)值越大堿性越強(qiáng)；pH值小于7時(shí)是酸性，數(shù)值越小酸性越強(qiáng)。每種微生物的生長(zhǎng)所需要的環(huán)境都有一個(gè)pH范圍，也有一個(gè)最適合生長(zhǎng)的pH值。環(huán)境中pH值變化過于劇烈，對(duì)于微生物的生長(zhǎng)無疑是非常不利的。它會(huì)改變營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供給狀態(tài)，影響菌體細(xì)胞膜的帶電荷性質(zhì)和穩(wěn)定性，還會(huì)影響對(duì)物質(zhì)的吸收能力。過酸過堿的環(huán)境都會(huì)使菌體表面蛋白變性，最終導(dǎo)致生物體死亡。對(duì)于大多數(shù)微生物來說，生長(zhǎng)的環(huán)境pH值為5-9，但不同種類的微生物最適合生長(zhǎng)的環(huán)境pH值也不盡相同。例如，霉菌和酵母菌一般適宜在偏酸（pH值為5或低于5）的條件下生長(zhǎng)，大部分細(xì)菌適合在pH值為中性的環(huán)境中生長(zhǎng)。只有極少數(shù)的微生物能夠在pH值低于2（強(qiáng)酸性）或pH值大于10（強(qiáng)堿性）的環(huán)境中生長(zhǎng)，被稱之為嗜酸微生物或嗜堿微生物。因?yàn)樗鼈兡軌蛘ＩL(zhǎng)在一般生物難以生存的環(huán)境中，我們把它們看成是極端環(huán)境下生長(zhǎng)的微生物。

細(xì)菌和真菌耐受和適合的pH值范圍

微生物的生長(zhǎng)規(guī)律

任何生物都有出生、發(fā)育、繁殖、衰老和死亡的過程。微生物也不例外。不過，微生物的生長(zhǎng)規(guī)律和大生物有些不同，大生物通常是以一個(gè)個(gè)體為對(duì)象，而微生物的生長(zhǎng)通常指細(xì)胞數(shù)目的增加。如果把單細(xì)胞的微生物接種到體積一定的液體營(yíng)養(yǎng)液中，在適宜的培養(yǎng)條件下進(jìn)行培養(yǎng)，這些單細(xì)胞微生物就會(huì)不斷增殖，細(xì)胞數(shù)目會(huì)不斷增加，如果把這種增加情況畫一個(gè)對(duì)數(shù)曲線，就呈現(xiàn)出一定的規(guī)律，叫做單細(xì)胞微生物的生長(zhǎng)曲線。其縱坐標(biāo)為每毫升培養(yǎng)液中微生物細(xì)胞數(shù)目的對(duì)數(shù)，橫坐標(biāo)為培養(yǎng)時(shí)間。生長(zhǎng)曲線代表細(xì)菌在一個(gè)新的適宜的環(huán)境中生長(zhǎng)繁殖以至衰老死亡的全部過程的動(dòng)態(tài)。

由生長(zhǎng)曲線圖可以看出，整個(gè)生長(zhǎng)過程可以分為4個(gè)階段，各階段的特點(diǎn)見表。

微生物生長(zhǎng)的各個(gè)階段

在細(xì)菌的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，有幾個(gè)重要的指標(biāo)用來反映微生物生長(zhǎng)的情況。分裂的次數(shù)以n表示，即一個(gè)單細(xì)胞微生物一分為二的次數(shù)。生長(zhǎng)速率常數(shù)以R表示，指每小時(shí)細(xì)胞分裂的次數(shù)。代時(shí)以G表示，指細(xì)胞每分裂一次所需要的時(shí)間。下表列出了一些微生物的代時(shí)。

一些細(xì)菌的代時(shí)