微生物的生长

微生物的生长

一、需要的条件及影响因素

生长和繁殖速度快是微生物的特征之一。

微生物细胞在合适的环境条件下，会不断获取外界的营养物质。这些营养物质在细胞内发生各种化学变化，有些被作为能源消耗了，有些变成了细胞自身的结构组分，如果变成细胞组分的物质多于被消耗掉的，细胞物质的总量就会不断增加，结果细胞个体就会长大，在达到一定程度时，就会繁殖，即由一个细胞变成两个，两个变成四个，……最后发展成一个群体。由于微生物大多为单细胞生物，体积极小，因此，除了特定的目的外，在微生物的研究和应用中，生长通常都指群体的生长。由千万个微生物细胞组成的细胞团，我们叫做菌落。研究微生物的生长繁殖，不仅可作为研究微生物各种生命活动的重要指标，而且在利用微生物进行工业发酵，污染环境的生物净化，以及在致病、霉腐微生物的杀灭、控制方面，都是非常重要的。

1．营养物

营养是微生物生长的先决条件。在自然界中，微生物从其生存环境中获取生长所需的各种营养组分。在土壤中，各种有机质是异养微生物—细菌、放线菌、霉菌生长所需的碳源和能源。在茂密的丛林中，枯枝败叶是各种土著微生物赖以生长的天然粮库。许多大型真菌生活在草地上、树干上，甚至是腐木上，有些则是与树木的根部共生。它们的营养方式为腐生、寄生，或二者兼而有之。还有的是共生。在这些真菌中，有许多是食用真菌，例如味道鲜美的口蘑、竹荪、香菇等；有些则可入药，例如灵芝、灰包菇、黑紫灵芝等。真菌中的酵母菌常常生长在有糖的环境，如水果、蔬菜、花蜜和植物的叶子上，它们也喜欢生活在果园、葡萄园的土壤中。在含污染物的湖泊、河流、海洋中，各种微生物能够将不少的污染物分解利用，并使环境得到一定程度的净化。人们为了进行科学研究、生产微生物制品以及出于其他目的，经常要把所需要的微生物在人为提供的生长条件下进行培养。于是根据微生物的类型以及所需营养的不同，为它们配制了各种食物套餐，也就是培养基。例如，培养细菌通常采用肉汁蛋白胨培养基，培养酵母菌常用含糖的麦芽汁培养基，霉菌的分离培养经常采用土豆汁和葡萄糖培养基。按照培养基的特殊用途，又可以将培养基分为许多种类型。

2．空气

空气中的主要成分是氮气，它是具有固氮功能的微生物所需氮源的天然储备库。二氧化碳则是光能自养微生物和化能自养微生物生长的基本碳源。除此之外，空气中的主要成分就是氧气了。没有氧气，人和许多动物都不能生活，这是人所皆知的常识。然而，对于微生物而言，没有氧气就不能生存的说法就有些片面了。的确，许多微生物都喜欢在氧气充足的条件下生活，被称之为好氧微生物。在利用微生物进行工业生产的发酵工业中，还需要向发酵罐中补充净化过的空气，以利于微生物的生长。但是，有些微生物在生命活动中并不需要氧气，甚至氧气对于它们是有毒的。例如沼气池中的产甲烷细菌遇到氧气便会死亡，是严格厌氧微生物；而腌制酸泡菜的泡菜坛中产生乳酸的微生物只需要很少量的氧气，多了反而长不好，这类微生物称为微需氧微生物。许多细菌、酵母菌和其他微生物，既能够在有氧气的环境中活跃地生活，也能够在无氧的条件下生存，我们把它们叫做兼性好氧（或厌氧）微生物。

专性好氧微生物：生长必须由有氧呼吸获得能量。

兼性好氧微生物：在有氧和无氧环境中均可生长。它们又可分为两类：一类可以在有氧环境中生长，但不能利用氧气，只能通过发酵获得能量；另一类可以在有氧和无氧条件下通过呼吸和发酵的转换获得生长所需能量。

微需氧微生物：需要氧气进行呼吸取得能量，但不能耐受大气氧分压。

专性厌氧菌：只能在没有氧气的环境下生长，氧气对它们有毒。

3．温度

我们知道，鸡蛋只有在适合的温度下才能孵化成小鸡，这是因为在细胞中进行的生物化学反应是生命活动的基础，而这些反应需要在一定的温度下进行。对于大多数微生物来说，温度太低，不能进行营养物质的运输，也不利于各种生命过程的进行。在温度适当升高时，细胞内的生物化学反应速度加快，就能加速微生物的生长。然而，温度过高，对于生命活动的进行也是不利甚至是有害的，因为它可引起细胞中生物大分子如蛋白质、核酸和其他细胞组分不可逆的变性作用，变性了的蛋白质便没有再进行生物化学反应的功能了。当温度超过微生物所能忍受的极限时，就会导致其死亡。当然，由于自然界的环境多样性与生物种类的多样性，有些微生物能够在一般生物所不能生存的环境条件下生长，例如生活在南极和北极地区的嗜冷微生物、生活在高温环境中的嗜热微生物以及生长在热泉和火山喷口地区的嗜高热微生物等。

4．pH值

微生物的生长所需要的环境都有一定的酸性、碱性或不酸不碱呈中性。化学家用氢离子浓度的对数pH（值）来表示。pH值大于7时是碱性，数值越大碱性越强；pH值小于7时是酸性，数值越小酸性越强。每种微生物的生长所需要的环境都有一个范围，也有一个最适合生长的pH值。环境中pH值变化过于剧烈，对于微生物的生长无疑是非常不利的。它会改变营养物质的供给状态，影响菌体细胞膜的带电荷性质和稳定性，还会影响对物质的吸收能力。过酸过碱的环境都会使菌体表面蛋白变性，最终导致生物体死亡。对于大多数微生物来说，生长的环境pH值为5～9，但不同种类的微生物最适合生长的环境pH值也不尽相同。例如，霉菌和酵母菌一般适宜在偏酸（pH值为5或低于5）的条件下生长，大部分细菌适合在pH值为中性的环境中生长。只有极少数的微生物能够在pH值低于2（强酸性）或pH值大于10（强碱性）的环境中生长，被称之为嗜酸微生物或嗜碱微生物。因为它们能够正常生长在一般生物难以生存的环境中，我们把它们看成是极端环境下生长的微生物。

5．水活度

我们都知道把新鲜蔬菜晒干就不容易腐烂。这是因为蔬菜的水分减少了，引起蔬菜腐烂的微生物就不容易生长。微生物的生长必需水，但结合在分子内的水不能被微生物利用，只有游离的水才能被利用。采用“水活度”这一概念来表示能被微生物利用的实际含水量。微生物所需要的水活度越高，在干燥的环境下就越不容易生长。

二、微生物的生长规律

任何生物都有出生、发育、繁殖、衰老和死亡的过程。微生物也不例外。不过，微生物的生长规律和大生物有些不同，大生物通常是以一个个体为对象，而微生物的生长通常指细胞数目的增加。如果把单细胞的微生物接种到体积一定的液体营养液中，在适宜的培养条件下进行培养，这些单细胞微生物就会不断增殖，细胞数目会不断增加，如果把这种增加情况画一个对数曲线，就呈现出一定的规律，叫做单细胞微生物的生长曲线。其纵坐标为每毫升培养液中微生物细胞数目的对数，横坐标为培养时间。生长曲线代表细菌在一个新的适宜的环境中生长繁殖以至衰老死亡的全部过程的动态。

微生物整个生长过程可以分为延滞期、对数期、稳定期和衰亡期四个阶段。

延滞期细胞不分裂（不生长），但细胞变大，细胞内含量增高，原生质呈碱性，合成代谢活跃，易合成新的诱导酶，对外界环境变化敏感。接种物中死细胞较多或培养基不丰富时延滞期较长。对数期细胞分裂（生长）最快，细胞进行平衡生长，酶系活跃，代谢旺盛。生长速率由营养成分和培养条件决定。稳定期新繁殖的细胞与死亡细胞数目相等，菌体产量达到最高，细胞开始储藏糖原、脂肪等储藏物，产芽孢的开始形成芽孢，开始合成次生代谢产物。可能由于营养物的消耗或抑制生长的代谢产物积累，细胞停止增殖，但仍存活。衰亡期死亡细胞数目超过新生细胞，细胞形态多样，细胞开始自溶，开始释放次生代谢产物。