第七章 微生物的生长及其控制 第三节 影响微生物生长的主要因素

胞内酶
最适pH一般接近中性
周质空间中的酶 胞外酶
最适pH接近环境的pH
pH对细胞 的影响
直接影响 间接影响
pH影响培养基中营养物质的离子化程度
影响
微生物对营养物质的吸收、 环境中有害物质对微生物的毒性、
代谢反应中各种酶的活性等
微生物的生命活动过程中也会能动地改变外界
环境的pH，——培养基的原始pH在培养微生物过程中 会时时发生改变。
无
严格厌氧菌
无活力
无活力
无
SOD的功能：
保护好氧菌免受超氧化物阴离子自由基的毒害，
从而提出了缺乏SOD的微生物必然只能进行专性厌氧 生活的学说。
按SOD分子中所含金属辅基的不同，可把它分为3类：
类型 SOD分子中所含 金属辅基
存在的范围
①
Cu、Zn
几乎所有的真核生物的细胞质中
②
Fe
原核生物
③
Mn
如若干链霉菌等 能耐较碱的条件
最适生长pH值偏于酸性范围内的微生物
嗜酸微生物（acidophile）
嗜酸性的
如Thiobacillus（硫杆菌属）等 能耐较酸的条件
耐酸微生物（acidotolerant microorganism）
如乳酸杆菌、醋酸杆菌、许多肠杆菌和假单胞菌等
一般地说，多数真菌是嗜酸的（pH5）， 而多数放线菌则是嗜碱的（pH8）。
例如，Vibrio cholerae（霍乱弧菌）、 Hydrogenomonas（氢单胞菌属）、 Zymomonas（发酵单胞菌属） 和Campylobacter（弯曲菌属）等。
4. 耐氧菌（aerotolerant anaerobes）
即耐氧性厌氧菌的简称。
是一类可在分子氧存在下进行发酵性厌氧生活的 厌氧菌。它们的生长不需要任何氧，但分子氧对它也 无毒害。它们不具有呼吸链，仅依靠专性发酵和底物 水平磷酸化而获得能量。耐氧机制是细胞内存在SOD 和过氧化物酶，但缺乏过氧化氢酶。
肠杆菌科的各种细菌包括E．coli、
Enterobacteraerogenes（产气肠杆菌，旧称产气 气杆菌或产气杆菌）、
Proteusvulgaris（普通变形杆菌）等。
3. 微好氧菌（microaerophilic bacteria）
只能在较低的氧分压（0.01～0.03巴，正常大气中 的氧分压为0.2巴）下才能正常生长的微生物。也是通过 呼吸链并以氧为最终氢受体而产能。
窄温微生物
专性寄生在人体泌尿生殖道中的 Neisseriagonorrhoeae（淋病奈瑟氏球菌） （36～40℃）；
最适生长温度（optimum growth temperature） 简称最适温度，是指某菌分裂代时最短或生长速率最
高时的培养温度。
强调指出
对同一微生物来说，最适温度并非一切生理过程的
极端厌氧菌
关于厌氧菌的氧毒害机制
1971年在McCord和Fridovich提出关于专性厌氧
生活的超氧化物歧化酶（SOD）学说。
经过广泛调查不同微生物中SOD和过氧化氢酶的 分布状况后得出：
菌类型 好氧菌
超氧化物歧化酶 过氧化氢酶 细胞色素系统 （SOD）
有活力
有活力
有
耐氧性厌氧菌
有活力
无活力
重 最低生长温度
要 最适生长温度
指 标
最高生长温度
微生物作为整体来言，其温度的三基点是极其宽的， 堪称“生物世界之最”。
15℃
25~37℃
55℃
对某一具体微生物来说，其生长温度的宽和窄与
它们长期进化过程中所处的生存环境温度有关。
宽温微生物
一些生活在土壤中的芽孢杆菌（15～65℃）； 既可在人体大肠中生活，也可在体外环境中生活 的E. coli （10～47.5℃）；
165小时的青霉素发酵过程中，根据不同生理代谢 过程的温度特点分四段控制其培养温度。
0小时－30→℃ 5小时－25→℃40小时－20→℃125小时－25→℃165小时
结果，青霉素产量提高了14.7％。
二、氧气
氧对微生物的生命活动有着极其重要的影响。
微
生 物 与 氧 的 关
好氧微生物（好氧菌，aerobes） 厌氧微生物（厌氧菌，anaerobes）
5. 厌氧菌（anaerobes）
一般厌氧菌
严格厌氧菌（专性厌氧菌，
strict or obligate anaerobes）
特点：
① 分子氧对它们有毒，即使短期接触也会抑制甚至致死； ② 在空气或含10％CO2的空气中，它们在固体或半固体培 养基的表面上不能生长，只有在其深层的无氧或低氧化还 原势的环境下才能生长；
③ 生命活动所需能量是通过发酵、无氧呼吸、循环光 合磷酸化或甲烷发酵等提供； ④ 细胞内缺乏SOD和细胞色素氧化酶，大多数还缺乏 过氧化氢酶。
常见的厌氧菌：
Clostridium（梭菌属）、 Bacteroides（拟杆菌属）、 Fusobacterium（梭杆菌属）、 Bifidobacterium（双歧杆菌属）、 以及各种光合细菌和产甲烷菌（methanogens）等。
一般的乳酸菌多数是耐氧菌，
例如，Streptococcus lactis（乳链球菌）、
S．faecalis（粪链球菌）、
Lactobacillus lactis（乳酸乳杆菌）、 Leuconostoc mesenteroides（肠膜明串珠菌）等； 非乳酸菌类耐氧菌， 例如，Butyribacterium rettgeri（雷氏丁酸杆菌）等。
真核生物的线粒体中
三、pH
pH值表示某水溶液中氢离子浓度的负对数值。 纯水呈中性，其氢离子浓度为10-7mol/L，定其pH值为7。
最低生长pH 最适生长pH 最高生长pH
最适生长pH值偏于碱性范围内的微生物
嗜碱微生物（basophile）
嗜碱性的
例如,硝化细菌、尿素分解菌、根瘤菌和放线菌等
耐碱微生物（basotolerant microorganism）
治标
调 节
根据表面现象而进行直接、快速但不能
措
持久的调节。
施
治本
根据内在机制所采用的间接、缓效但能 发挥较持久作用的调节。
下节课再见了……
细 分 为 5 类
系
根据微生物与氧的关系可 细分为5类
1. 专性好氧菌（obligate or strict strictaerobe）
必须在较高浓度分子氧（～0.2巴）的条件下才能 生长，它们有完整的呼吸链，以分子氧作为最终氢受体，
含有超氧化物歧化酶（superoxide dismutase ，SOD）和 过氧化氢酶（catalase）。
产糖化酶 32～34
Streptococcus
thermophilus
37
47
37
（嗜热链球菌）
Streptococcus lactis （乳酸链球菌）
34
产细胞：25～30
40
产乳酸：30
这一规律对指导发酵生产有着重要的意义。
例如，在Penicillium chrysogenum（产黄青霉）总共
不同种类微生物
同一种微生物在不同的生长阶段 和不同的生理、生化过程
不同的最适生长pH值
对发酵生产中pH的控制最为重要。 许多抗生素的生产菌也有同样的情况。
微 外环境 生 物 细 胞 内环境
pH变化很大 pH相当稳定，一般都接近中性
可免除了DNA、ATP、菌绿素和叶绿素等重要成分被酸破坏， 或RNA、磷脂类等被碱破坏的可能性。
最适温度——一般规律
最适温度≠生长得率最高时的培养温度， ≠发酵速率或累积代谢产物最高时的培养温度， ≠累积某一代谢产物量最高时的培养温度。
菌名
生长温度 发酵温度 累积产物温度／
／℃
／℃
℃
Serratia marcescens （粘质赛氏杆菌）
37
Aspergillus niger
（黑曲霉）
37
合成灵杆菌素 20～25
可能发生的反应有以下几种
在一般培养过程中往往以变酸占优势，因此，随
着培养时间的延长，一般培养基会变得较酸。
pH变化与培养基的组分尤其是碳氮比有极大的关系，
碳氮比高的培养基经培养后pH值常会明显下降
例如培养各种真菌的培养基
碳氮比低的培养基经培养后pH值则常会明显上升
例如培养一般细菌的培养基
在微生物培养过程中，一项重要措施 ——如何及时调节合适的pH。
是以在有氧条件下的生长为主也可兼在厌氧
条件下生长的微生物，有时也称“兼性好氧菌 ” （facultative aerobes）。它们能在有氧时靠呼
吸产能；无氧时借发酵或无氧呼吸产能，细胞含 SOD和过氧化氢酶。
许多酵母菌和不少细菌都是兼性厌氧菌。
例如，Saccharomy cescerevisiae（酿酒酵母）、 Bacillus licheniformis（地衣芽孢杆菌）、
绝大多数真菌和许多细菌、放线菌都是专性好氧菌，
例如，Acetobacter（醋杆菌属）、 Azotobacter（固氮菌属）、 Pseudomonas aeruginosa（铜绿假单胞菌，又称
绿脓杆菌）、 Coeynebacterium diphtheriae（白喉棒杆菌）等。
Hale Waihona Puke Baidu
2. 兼性厌氧菌（facultative anaerobes）
微生物学
浙江工业大学生物技术系
裘娟萍 钟卫鸿 邱乐泉 汪琨
第三节 影响微生物生长 的主要因素
碳源、氮源、能源、 生长因子、无机盐、水
微生物的六大类营养要素
物理因素：温度、pH和氧气（最主要）
一、温度
温度是影响微生物细胞生长和存活的最重要
的因素之一。
生长温度三基点
3个
(three cardinal point)