第三節(jié)影響微生物生長(zhǎng)的主要因素

第三節(jié)影響微生物生長(zhǎng)的主要因素第1頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)影響微生物生長(zhǎng)的主要因素第2頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一物理因素：溫度、pH和氧氣（最主要）微生物的六大類營(yíng)養(yǎng)要素碳源、氮源、能源、生長(zhǎng)因子、無(wú)機(jī)鹽、水第3頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、溫度

溫度是影響微生物細(xì)胞生長(zhǎng)和存活的最重要的因素之一。最低生長(zhǎng)溫度最適生長(zhǎng)溫度最高生長(zhǎng)溫度3個(gè)重要指標(biāo)生長(zhǎng)溫度三基點(diǎn)(threecardinalpoint)第4頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一溫度

生長(zhǎng)速度溫度停止生長(zhǎng)致死最低最高最適

微生物按其最適生長(zhǎng)溫度范圍可分為：嗜冷菌嗜溫菌嗜熱菌

最適生長(zhǎng)溫度：

即某微生物分裂代時(shí)最短或生長(zhǎng)速率最高時(shí)的培養(yǎng)溫度。不同微生物的最適生長(zhǎng)溫度是不一樣的。第5頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

微生物作為整體來(lái)言，其溫度的三基點(diǎn)是極其寬的，堪稱“生物世界之最”。第6頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

嗜冷菌

其生長(zhǎng)溫度范圍在－10～20℃，最適生長(zhǎng)溫度為15℃或以下，它們常分布在地球兩極地區(qū)的水域和土壤中。嗜冷機(jī)制：①酶系在低溫下仍能起催化作用

②細(xì)胞膜含較多的不飽和脂肪酸，在低溫下仍具有通透性。

嗜溫菌

絕大多數(shù)微生物屬于這一類。最適生長(zhǎng)溫度在20～45℃之間，最低生長(zhǎng)溫度10～20℃，最高生長(zhǎng)溫度40～45℃。它們又可分為室溫型（25℃）和體溫型（37℃）。第7頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

嗜熱菌它們適于在45～50℃以上的溫度中生長(zhǎng)，在自然界中的分布僅局限于某些地區(qū)，如溫泉、日照充足的土壤表面、堆肥、發(fā)酵飼料等腐爛有機(jī)物中，如堆肥在發(fā)酵過(guò)程中溫度常高達(dá)60～70℃。

嗜熱機(jī)制：①細(xì)胞內(nèi)的酶具強(qiáng)抗熱性。②產(chǎn)生的多胺，熱亞胺和高溫精胺物質(zhì)對(duì)蛋白質(zhì)等組織結(jié)構(gòu)具有保護(hù)作用。③核酸也具有熱穩(wěn)定性的保護(hù)結(jié)構(gòu)。④細(xì)胞膜含有較多的飽和脂肪酸和直鏈脂肪酸，使膜具有穩(wěn)定性。第8頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

對(duì)某一具體微生物來(lái)說(shuō)，其生長(zhǎng)溫度的寬和窄與它們長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中所處的生存環(huán)境溫度有關(guān)。寬溫微生物窄溫微生物一些生活在土壤中的芽孢桿菌（15～65℃）；既可在人體大腸中生活，也可在體外環(huán)境中生活的E.coli（10～47.5℃）；專性寄生在人體泌尿生殖道中的Neisseriagonorrhoeae（淋病奈瑟氏球菌）（36～40℃）；第9頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

最適生長(zhǎng)溫度（optimumgrowthtemperature）簡(jiǎn)稱最適溫度，是指某菌分裂代時(shí)最短或生長(zhǎng)速率最高時(shí)的培養(yǎng)溫度。第10頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一對(duì)同一微生物來(lái)說(shuō)，最適溫度并非一切生理過(guò)程的最適溫度——一般規(guī)律最適溫度≠生長(zhǎng)得率最高時(shí)的培養(yǎng)溫度，≠發(fā)酵速率或累積代謝產(chǎn)物最高時(shí)的培養(yǎng)溫度，≠累積某一代謝產(chǎn)物量最高時(shí)的培養(yǎng)溫度。強(qiáng)調(diào)指出第11頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一菌名生長(zhǎng)溫度／℃發(fā)酵溫度／℃累積產(chǎn)物溫度／℃Serratiamarcescens（粘質(zhì)賽氏桿菌）37合成靈桿菌素20～25Aspergillusniger（黑曲霉）37產(chǎn)糖化酶32～34Streptococcusthermophilus（嗜熱鏈球菌）374737Streptococcuslactis（乳酸鏈球菌）3440產(chǎn)細(xì)胞：25～30產(chǎn)乳酸：30第12頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一例如，在Penicilliumchrysogenum（產(chǎn)黃青霉）總共165小時(shí)的青霉素發(fā)酵過(guò)程中，根據(jù)不同生理代謝過(guò)程的溫度特點(diǎn)分四段控制其培養(yǎng)溫度。0小時(shí)－→5小時(shí)－→40小時(shí)－→125小時(shí)－→165小時(shí)結(jié)果，青霉素產(chǎn)量提高了14.7％。

30℃25℃20℃25℃這一規(guī)律對(duì)指導(dǎo)發(fā)酵生產(chǎn)有著重要的意義。第13頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、氧氣氧對(duì)微生物的生命活動(dòng)有著極其重要的影響。好氧微生物（好氧菌，aerobes）厭氧微生物（厭氧菌，anaerobes）細(xì)分為5類微生物與氧的關(guān)系第14頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一根據(jù)微生物與氧的關(guān)系可細(xì)分為5類

專性好氧菌：需氧，正常大氣壓下呼吸產(chǎn)能以呼吸為主，兼營(yíng)發(fā)酵產(chǎn)能好氧菌兼性厭氧菌

以呼吸為主，兼營(yíng)厭氧呼吸產(chǎn)能

微好氧菌：需要微量氧下生活

耐氧菌：不需氧，只以發(fā)酵產(chǎn)能，氧無(wú)毒害厭氧菌

(專性)厭氧菌：氧有害或致死，以發(fā)酵或無(wú)氧呼吸產(chǎn)能

第15頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

必須在較高濃度分子氧（～0.2巴）的條件下才能生長(zhǎng)，它們有完整的呼吸鏈，以分子氧作為最終氫受體，含有超氧化物歧化酶（superoxidedismutase，SOD）和過(guò)氧化氫酶（catalase）。1.專性好氧菌（obligateorstrictstrictaerobe）第16頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一絕大多數(shù)真菌和許多細(xì)菌、放線菌都是專性好氧菌，例如，Acetobacter（醋桿菌屬）、

Azotobacter（固氮菌屬）、Pseudomonasaeruginosa（銅綠假單胞菌，又稱綠膿桿菌）、Coeynebacteriumdiphtheriae（白喉棒桿菌）等。第17頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.

兼性厭氧菌（facultativeanaerobes）

是以在有氧條件下的生長(zhǎng)為主也可兼在厭氧條件下生長(zhǎng)的微生物，有時(shí)也稱“兼性好氧菌”

（facultativeaerobes）。它們能在有氧時(shí)靠呼吸產(chǎn)能；無(wú)氧時(shí)借發(fā)酵或無(wú)氧呼吸產(chǎn)能，細(xì)胞含SOD和過(guò)氧化氫酶。第18頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一許多酵母菌和不少細(xì)菌都是兼性厭氧菌。例如，Saccharomycescerevisiae（釀酒酵母）、Bacilluslicheniformis（地衣芽孢桿菌）、腸桿菌科的各種細(xì)菌包括E．coli、Enterobacteraerogenes（產(chǎn)氣腸桿菌，舊稱產(chǎn)氣氣桿菌或產(chǎn)氣桿菌）、Proteusvulgaris（普通變形桿菌）等。第19頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.

微好氧菌（microaerophilicbacteria）

只能在較低的氧分壓（0.01～0.03巴，正常大氣中的氧分壓為0.2巴）下才能正常生長(zhǎng)的微生物。也是通過(guò)呼吸鏈并以氧為最終氫受體而產(chǎn)能。例如，Vibriocholerae（霍亂弧菌）、Hydrogenomonas（氫單胞菌屬）、

Zymomonas（發(fā)酵單胞菌屬）和Campylobacter（彎曲菌屬）等。第20頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.

耐氧菌（aerotolerantanaerobes）

即耐氧性厭氧菌的簡(jiǎn)稱。是一類可在分子氧存在下進(jìn)行發(fā)酵性厭氧生活的厭氧菌。它們的生長(zhǎng)不需要任何氧，但分子氧對(duì)它也無(wú)毒害。它們不具有呼吸鏈，僅依靠專性發(fā)酵和底物水平磷酸化而獲得能量。耐氧機(jī)制是細(xì)胞內(nèi)存在SOD和過(guò)氧化物酶，但缺乏過(guò)氧化氫酶。第21頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一般的乳酸菌多數(shù)是耐氧菌，例如，Streptococcuslactis（乳鏈球菌）、S．faecalis（糞鏈球菌）、Lactobacilluslactis（乳酸乳桿菌）、Leuconostocmesenteroides（腸膜明串珠菌）等；非乳酸菌類耐氧菌，例如，Butyribacteriumrettgeri（雷氏丁酸桿菌）等。第22頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.

厭氧菌（anaerobes）嚴(yán)格厭氧菌（專性厭氧菌，strictorobligateanaerobes）一般厭氧菌第23頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一特點(diǎn)：①分子氧對(duì)它們有毒，即使短期接觸也會(huì)抑制甚至致死；②在空氣或含10％CO2的空氣中，它們?cè)诠腆w或半固體培養(yǎng)基的表面上不能生長(zhǎng)，只有在其深層的無(wú)氧或低氧化還原勢(shì)的環(huán)境下才能生長(zhǎng)；③生命活動(dòng)所需能量是通過(guò)發(fā)酵、無(wú)氧呼吸、循環(huán)光合磷酸化或甲烷發(fā)酵等提供；④細(xì)胞內(nèi)缺乏SOD和細(xì)胞色素氧化酶，大多數(shù)還缺乏過(guò)氧化氫酶。第24頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一常見(jiàn)的厭氧菌：Clostridium（梭菌屬）、Bacteroides（擬桿菌屬）、Fusobacterium（梭桿菌屬）、Bifidobacterium（雙歧桿菌屬）、以及各種光合細(xì)菌和產(chǎn)甲烷菌（methanogens）等。極端厭氧菌第25頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第26頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一27氧與細(xì)菌生長(zhǎng)的關(guān)系

第27頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1971年在McCord和Fridovich提出關(guān)于專性厭氧生活的超氧化物歧化酶（SOD）學(xué)說(shuō)。關(guān)于厭氧菌的氧毒害機(jī)制第28頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一無(wú)無(wú)活力無(wú)活力嚴(yán)格厭氧菌無(wú)無(wú)活力有活力耐氧性厭氧菌有有活力有活力好氧菌細(xì)胞色素系統(tǒng)過(guò)氧化氫酶超氧化物歧化酶（SOD）菌類型

經(jīng)過(guò)廣泛調(diào)查不同微生物中SOD和過(guò)氧化氫酶的分布狀況后得出：第29頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一SOD的功能：保護(hù)好氧菌免受超氧化物陰離子自由基的毒害，從而提出了缺乏SOD的微生物必然只能進(jìn)行專性厭氧生活的學(xué)說(shuō)。第30頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一O2.-超氧陰離子自由基普遍存在H2O+1/2O2

過(guò)氧化氫酶（好氧菌）2H2O過(guò)氧化物酶（耐氧菌）NADH2NADO2.+2H+H2O2+O2

-SOD（好氧菌及耐氧菌）第31頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一按SOD分子中所含金屬輔基的不同，可把它分為3類：真核生物的線粒體中Mn③原核生物Fe②幾乎所有的真核生物的細(xì)胞質(zhì)中Cu、Zn①存在的范圍SOD分子中所含金屬輔基類型第32頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、pHpH值表示某水溶液中氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)值。純水呈中性，其氫離子濃度為10-7mol/L，定其pH值為7。最低生長(zhǎng)pH最適生長(zhǎng)pH最高生長(zhǎng)pH第33頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第34頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期一最適生長(zhǎng)pH值偏于