影响微生物生长的环境因子微生物的生长受到环境中的物理及化学

微生物的生長受到環境中的物理及化學因素的影響極大，瞭解這些因子如何影響微生物的生長，有助於我們管制微生物及明瞭微生物在自然界中分佈的情形。

（1）水分與滲透壓-

置於「高張溶液」時（溶液中溶有較多的溶質，滲透壓比細胞內高，例如鹽水與糖水），水分會從細胞中流出，導致細胞的萎縮，微生物的生長則會受到限制；例如以大量鹽或糖醃漬食品可以防止微生物的繁殖，具有保存食品的功效。而當細胞置於「低張溶液」時（滲透壓低於細胞內，例如蒸餾水），水分又會向細胞內擴散，使細胞膨脹；由於多數藻類、真菌、及細菌具有一堅硬的細胞壁，因此細胞可以大致維持其形狀而不會漲破；但如原生動物的細胞因無細胞壁，則必須具備特殊構造將不斷滲入的水分排出，否則細胞將因不斷膨脹而破裂。

自然界中也有許多微生物具有「耐滲透壓」甚至「嗜滲透壓」的本領。這些微生物常見之於鹽度極高的水域中，例如以色列與約旦間的死海、猶他州的大鹽湖、及一般的鹽田中。這些水中含有高濃度的鹽份，滲透壓極大，一般的生物無法在此環境下生存，但這些耐鹽或嗜鹽的微生物卻可於其中正常生長與繁殖。由於嗜鹽生物在演化上發展出必須在高滲透壓下方能生長的適應性，因此也限制了它們的分佈。如將嗜鹽微生物置入一般的海水或淡水中，其細胞會因外界水分的不斷滲入而漲破死亡。

（2）pH質（酸鹼度）

大多數的微生物偏好在中性的環境下生長，過酸或過鹼都會抑制其生長。但是也有些微生物是所謂的「嗜酸生物」或「嗜鹼生物」，它們可在酸性或鹼性的環境中生長。例如乳酸菌、醋酸菌偏好酸性的環境，造成人類胃潰瘍的幽門螺旋菌則可在胃酸中存活；此外也有一些酸性溫泉中的細菌可耐酸達到pH 1~2左右。而一些嗜鹼微生物則可生活在pH 10以上。

（3）溫度-

微生物依其對溫度的愛好可分為「嗜低溫生物」、「嗜中溫生物」、及「嗜高溫生物」（圖5-2）。我們人類活動的環境中以嗜中溫微生物最多；包括所有的人類共生菌及致病菌。嗜低溫微生物常可在0℃~20℃之間生長，例如從南北極或深海中分離出的微生物大多屬於此類生物。而嗜高溫生物則通常生存在溫泉中或海底火山口附近，它們通常需要至少在45℃以上的環境才能生長；某些種類甚至可在接近100℃的溫泉中生活。目前所知的最高溫度紀錄是生活在海底火山口的一些硫化細菌，它們可耐高達135℃的溫度！這些嗜高溫生物在如此高溫下是如何保護它們的蛋白質不會變性，一直是科學家們所深感興趣並在積極探討研究的題目。值得注意的是，許多嗜中溫

生物也具備了「耐高溫」或「耐低溫」的本領，這些微生物能逃過一般食物的加熱處理或是在冰箱中存活，是敗壞食品的麻煩製造者。

（4）氧氣濃度-

大多數的藻類、真菌、及原生動物都是好氧性的生物；但細菌的差異性則極大。細菌依其對氧氣的需求可區分為「好氧菌」、「微好氧菌」、「兼性厭氧菌」、與「絕對厭氧菌」。氧氣對好氧性生物而言是呼吸作用中所不可缺少的要素，但對絕對厭氧菌而言則是致命的毒藥。這些絕對厭氧菌必須生活在絕對無氧的環境中，例如沼澤或湖泊的底部污泥中及反芻動物的瘤胃或其他動物的消化道中。微好氧菌則生活在氧氣濃度較低的環境中，但它們又不能完全無氧；例如常生活在人類口腔、消化道、及生殖道中的彎曲桿菌（Campylobacter）就是此種生物。至於兼性厭氧生物則同時具備了於有氧下及厭氧下生存的二項本領。它們於有氧時進行呼吸作用，可產生較多的能量；而於無氧時則轉換其代謝方式成為發酵作用，產生的能量較少，但一樣能正常生存下去。許多腸內細菌都具備這種兼性厭氧生長的本領，而屬於真菌類的酵母菌也是箇中高手（詳見第七章神奇的酵母菌）。

（5）壓力-

多數微生物是生活在壓力約為一大氣壓的地表附近，但是佔地表達四分之三的海洋中也生存著許多生物；當水深每增加十公尺時，其壓力也會增加約一大氣壓；例如太平洋的馬里亞那海溝底部壓力可達1000大氣壓。因此生活在海洋底部，尤其是一些深海生物，通常都能耐受極大的壓力，是「嗜壓力生物」。這些嗜壓力微生物通常也是嗜低溫生物，因為海洋深處的溫度通常很低，終年維持在2℃~3℃。這些微生物在海底的營養物質循環上扮演了很重要的角色。它們通常無法在「低壓」的情況下生存；例如科學家曾嘗試以2℃及500大氣壓的條件來培養這些嗜高壓的低溫菌而無法成功。

（四）微生物的生長限制及其影響

微生物的生長與繁殖是極為快速的；以大腸桿菌為例，在生長條件良好的情況下，其細胞每十五分鐘可以分裂繁殖一次（亦即其細胞數目加倍），因此細菌的繁殖是以倍增的方式進行。如從二個細胞開始，每小時分裂四次，則一天可繁殖至296個細胞。雖然其每個細胞只有一兆分之一公克重，但在理想情況之下，一天繁殖下來的細胞總重量將可比美一座高山；而一天半時，其重量將與地球等重；二天時重量將超過太陽了。如果再以此繁殖速度繼續下去，要不了多久整個宇宙都將充滿了細菌。幸好這種事情實際上並不會發生，因為細菌的生長與繁殖是會受到養分的供應及環境因子的限制的；一方面養分不可能無限制供應，一方面細菌濃度升高時，氧氣的供應及排泄物的累積也會減低它的生長與繁殖速率；當細胞濃度達到某一程度時，微生物的生長與繁殖會完全停頓下來，甚至老化而開始死亡。因此自然界中微生物的分佈，是受到環境因子的限

制的，它們通常只生長在適合它們的特殊環境之下。

此外，以整體生態的觀點來看，任何一種微生物的生存也不能自外於其他生物。自然界中，生物彼此之間有著非常複雜的相互關係；例如，互利共生、片利共生、拮抗、競爭、捕食....等等，均是影響微生物數量與分佈的重要因素。而微生物的生物活動也能造成環境的改變，例如優氧化的湖泊中會因細菌的大量繁殖而呈無氧狀態、置於室溫下的牛乳會因乳酸菌的活動而發酸、藻類的光合作用釋放出氧氣供其他生物呼吸、人體上的正常菌叢有保衛宿主免受病原菌侵襲的功效等。同時也別忘了，早期的地球是無氧氣存在的，直到出現了可行光合作用的藻類地球才開始累積氧氣，形成今日的地球環境。因此這些肉眼見不到的小小微生物與整個地球的生態環境是息息相關的，它們的代謝與生長對地球環境造成的影響遠超過它們的體型。「微生物不可貌相」，誠哉斯言也！