影响微生物生长的主要因素

三、pH值与微生物生长的相互 值与微生物生长的相互 环境pH pH值 影响 （一）环境pH值对微生物生长的影响
影响膜表面电荷的性质及膜的通透性， ◆影响膜表面电荷的性质及膜的通透性，进而影响对 物质的吸收能力。 物质的吸收能力。 改变酶活、酶促反应的速率及代谢途径： ◆改变酶活、酶促反应的速率及代谢途径：如：酵母 菌在pH4.5- 产乙醇， pH6.5以上产甘油 以上产甘油、 菌在pH4.5-5产乙醇，在 pH6.5以上产甘油、酸。 pH4.5 环境pH值还影响培养基中营养物质的离子化程度 pH值还影响培养基中营养物质的离子化程度， ◆环境pH值还影响培养基中营养物质的离子化程度， 从而影响营养物质吸收， 毒物质的毒性。 从而影响营养物质吸收，或有毒物质的毒性。
嗜碱微生物：硝化细菌、尿素分解菌、 嗜碱微生物：硝化细菌、尿素分解菌、多数放线菌 耐碱微生物： 耐碱微生物：许多链霉菌 中性微生物：绝大多数细菌， 中性微生物：绝大多数细菌，一部分真菌 嗜酸微生物： 嗜酸微生物：硫杆菌属 耐酸微生物：乳酸杆菌、 耐酸微生物：乳酸杆菌、醋酸杆菌
不同微生物对pH要求 不同微生物对pH要求 pH 不同
举例： 范围时有利于合成柠檬酸， 举例：Aspergillus niger在pH2~2.5范围时有利于合成柠檬酸，当在 在 范围时有利于合成柠檬酸 pH2.5~6.5范围内时以菌体生长为主，而在 范围内时以菌体生长为主， 范围内时以菌体生长为主 而在pH7.0时，则以合成草酸 时 为主。 丙酮丁醇梭菌在pH5.5~7.0范围时，以菌体生长为主，而 范围时， 为主。 丙酮丁醇梭菌在 范围时 以菌体生长为主， 范围内才进行丙酮丁醇发酵。 在pH4.3~5.3范围内才进行丙酮丁醇发酵。 范围内才进行丙酮丁醇发酵
氧浓度对不同微生物生长的影响
厌氧菌的氧毒害机制—— SOD学说： 学说： 厌氧菌的氧毒害机制 学说
严格厌氧微生物并不是被气态的氧所杀死， 严格厌氧微生物并不是被气态的氧所杀死，而是由于不 能解除某些氧代谢产物的毒性而死亡。 能解除某些氧代谢产物的毒性而死亡。 在氧还原为水的过程中，可形成某些有毒的中间产物， 在氧还原为水的过程中，可形成某些有毒的中间产物， 尤其是超氧阴离子自由基，如过氧化氢（ ）、超氧阴 尤其是超氧阴离子自由基，如过氧化氢（H2O2）、超氧阴 离子（ 离子（ O2- ）等。 好氧微生物具有降解这些产物的酶，如过氧化氢酶、 好氧微生物具有降解这些产物的酶，如过氧化氢酶、过 氧化物酶、超氧化物歧化酶等， 氧化物酶、超氧化物歧化酶等， 而严格厌氧菌缺乏SOD，故易被生物体内极易产生的超 ， 而严格厌氧菌缺乏 氧阴离子自由基毒害致死。 氧阴离子自由基毒害致死。
专性好氧菌（ 专性好氧菌（strict aerobe） ）
必须在有分子氧的条件下才能生长，有完整的呼吸链， 必须在有分子氧的条件下才能生长，有完整的呼吸链， 以分子氧作为最终氢受体， 以分子氧作为最终氢受体，细胞含有超氧化物歧化酶 （SOD）和过氧化氢酶（CAT）。 ）和过氧化氢酶（ ）。
微 好 氧 菌 （ microaerophilic bacteria） ）
厌氧菌（anaerobe） 厌氧菌（ ）
分子氧对它有毒害，短期接触空气，也会抑制其生长 分子氧对它有毒害，短期接触空气， 甚至致死；在空气或含有10%CO2的空气中，在固体培养 的空气中， 甚至致死；在空气或含有 基表面上不能生长， 基表面上不能生长，只有在其深层的无氧或低氧化还原电 势的环境下才能生长；生命活动所需能量通过发酵、 势的环境下才能生长；生命活动所需能量通过发酵、无氧 呼吸、循环光合磷酸化或甲烷发酵提供；细胞内缺乏SOD 呼吸、循环光合磷酸化或甲烷发酵提供；细胞内缺乏 和细胞色素氧化酶，大多数还缺乏过氧化氢酶。 和细胞色素氧化酶，大多数还缺乏过氧化氢酶。
一、温度对微生物生长的影 响
具体表现在： 具体表现在：
温度是影响微生物生长的最重要因素之一。 温度是影响微生物生长的最重要因素之一。
影响酶活性，温度变化影响酶促反应速率， 影响酶活性，温度变化影响酶促反应速率，最终 影响细胞合成。 影响细胞合成。 影响细胞膜的流动性，温度高，流动性大， 影响细胞膜的流动性，温度高，流动性大，有利 于物质的运输，温度低，流动性降低， 于物质的运输，温度低，流动性降低，不利于物 质运输，因此， 质运输，因此，温度变化影响营养物质的吸收与 代谢产物的分泌。 代谢产物的分泌。 影响物质的溶解度，对生长有影响。 影响物质的溶解度，对生长有影响。
只能较低的氧分压下才能正常生长，通过呼吸链并以 只能较低的氧分压下才能正常生长， 氧为最终氢受体而产能。 氧为最终氢受体而产能。
兼性好氧菌（ 兼性好氧菌（facultative aerobe） ）
在有氧或无氧条件下均能生长，但有氧情况下生长得 在有氧或无氧条件下均能生长， 更好，在有氧时靠呼吸产能， 更好，在有氧时靠呼吸产能，无氧时接发酵或无氧呼吸产 细胞含有SOD和过氧化氢酶（CAT） 。 和过氧化氢酶（ 能；细胞含有 和过氧化氢酶 ）
（二）微生物生长温度类型
根据微生物的最适生长温度的不同， 根据微生物的最适生长温度的不同，可将微生物划 三个类型： 为三个类型： 低温型微生物（嗜冷微生物） 低温型微生物（嗜冷微生物） 中温型微生物（嗜温微生物） 中温型微生物（嗜温微生物） 高温型微生物（嗜热微生物） 高温型微生物（嗜热微生物）
低温菌 最适生长温度 最低生长温度 最高生长温度 10-20 -10-5 25-30 中温菌 25-30，0-45 高温菌 50-55 25-45 70-80
生长的最适pH值与发酵的最适pH值 生长的最适pH值与发酵的最适pH值 pH值与发酵的最适pH
同一种微生物在其不同的生长阶段和不同的生理生化过程中， 同一种微生物在其不同的生长阶段和不同的生理生化过程中， 对pH值的要求也不同。在发酵工业中，控制pH值尤其重要， 值的要求也不同。在发酵工业中，控制 值尤其重要， 值的要求也不同 值尤其重要
第三节 影响微生物生长的主要因素
影响微生物生长的外界因素很多，除了前面讲过的 影响微生物生长的外界因素很多， 营养因素之外，还有许多物理化学因素。 营养因素之外，还有许多物理化学因素。 本节主要内容： 本节主要内容： 一、温度对微生物生长的影响 二、氧气对微生物生长的影响 三、pH值对微生物生长的影响 值对微生物生长的影响
二、氧气对微生物生长的影 响 微生物对氧的需要和耐受力在不同的类群中变化很大， 微生物对氧的需要和耐受力在不同的类群中变化很大，根据
微生物与氧的关系,可把它们分为几种类群: 微生物与氧的关系,可把它们分为几种类群: 类群
专性好氧菌: 专性好氧菌: 好氧菌 微 生 物 微好氧菌： 微好氧菌： 兼性厌氧菌 耐氧厌氧菌： 耐氧厌氧菌： 厌氧菌 (专性)厌氧菌： 专性)厌氧菌：
微生物生长pH值范围极广，但绝大多数生活在 之间。 微生物生长 值范围极广，但绝大多数生活在pH5.0~9.0之间。 值范围极广 之间 微生物生长的pH值三基点： 微生物生长的 值三基点： 值三基点 各种微生物都有其生长的最低、最适和最高pH值。 各种微生物都有其生长的最低、最适和最高 值 不同的微生物最适生长的pH值不同。 不同的微生物最适生长的 值不同。 值不同 根据微生物生长的最适pH值，将微生物分为： 根据微生物生长的最适 值 将微生物分为：
★培养过程中调节pH值的措施
过酸时：加入碱或适量氮源，提高通气量。 过酸时：加入碱或适量氮源，提高通气量。 过碱时：加入酸或适量碳源，降低通气量。 过碱时：加入酸或适量碳源，降低通气量。
不同微生物的生长pH值范围 不同微生物的生长pH值范围 pH
pH值 值 最低 最适 Thiobacillus thiooxidans 氧化硫硫杆菌 0.5 2.0~3.5 Lactobacillus acidophilus 嗜酸乳杆菌 4.0~4.6 5.8~6.6 Rhizobium japonicum 大豆根瘤菌 4.2 6.8~7.0 Azotobacter chroococcum 圆褐固氮 4.5 7.4~7.6 Nitrosomonas sp. 硝化单胞菌 7.0 7.8~8.6 Acetobacter aceti 醋化醋杆菌 4.0~4.5 5.4~6.3 Staphylococcus aureus 金黄葡球菌 4.2 7.0~7.5 Chlorobium limicola 泥生绿菌 6.0 6.8 Thurmus aquaticus 水生栖热菌 6.0 7.5~7.8 Aspergillus niger 黑曲霉 1.5 5.0~6.0 5.0 7.0~8.0 一般放线菌 3.0 5.0~6.0 一般酵母菌 微生物 最高 6.0 6.8 11.0 9.0 9.4 7.0~8.0 9.3 7.0 9.5 9.0 10.0 8.0
微生物细胞内的pH值 微生物细胞内的 值
微生物细胞内的pH值相当稳定， 微生物细胞内的 值相当稳定，一般都接近 值相当稳定 中性。 中性。如此才能够保持细胞内各种生物活性 分子的结构稳定和细胞内酶所需要的最适pH 分子的结构稳定和细胞内酶所需要的最适 值。 微生物胞内酶的最适pH值一般为中性， 微生物胞内酶的最适 值一般为中性，胞外 值一般为中性 酶的最适pH值接近环境 值 酶的最适 值接近环境pH值。 值接近环境
值的影响 （二)微生物的生命活动对环境pH值的影响 微生物的生命活动对环境 值的
★微生物使外界环境的pH值发生改变的原因：
有机物分解： 有机物分解： 分解糖类、脂肪等，产生酸性物质，使培养液 分解糖类、脂肪等，产生酸性物质，使培养液pH↓ ； 分解蛋白质、尿素等，产生碱性物质，使培养液 分解蛋白质、尿素等，产生碱性物质，使培养液pH↑。 蛋白质 。 无机盐选择性吸收： 无机盐选择性吸收： 铵盐吸收（ 铵盐吸收（(NH4)2SO4 硝酸盐吸收(NaNO3 硝酸盐吸收 H2SO4）， pH↓； ； NaOH)， pH↑。 ， 。
（一）微生物生长的三个温度基点
从微生物整体来看: 从微生物整体来看 生长的温度范围一般在-10 ℃ ~100 ℃ 生长的温度范围一般在 极端下限为-30 ℃，极端上限为 极端上限为105~300 ℃ 极端下限为 但对于特定的某一种微生物： 但对于特定的某一种微生物： 只能在一定温度范围内生长，在这个范围内， 只能在一定温度范围内生长，在这个范围内，每种微生物都有 自己的生长温度三基点 生长温度三基点， 最低、最适、 自己的生长温度三基点，即最低、最适、最高生长温度 处于最适生长温度时，生长速度最 处于最适生长温度时， 处于最适生长温度时 代时最短。 快，代时最短。 超过最低生长温度时，微生物不生 超过最低生长温度时， 超过最低生长温度时 温度过低，甚至会死亡。 长，温度过低，甚至会死亡。 超过最高生长温度时，微生物不生 超过最高生长温度时， 超过最高生长温度时 温度过高，甚至会死亡。 长，温度过高，甚至会死亡。
耐氧菌（ 耐氧菌（aerotolerant anaerobe） ）
可在分子氧存在下进行厌氧生活的厌氧菌。 可在分子氧存在下进行厌氧生活的厌氧菌。生活不需 要氧，分子氧也对它无毒害。不具有呼吸链， 要氧，分子氧也对它无毒害。不具有呼吸链，依靠专性发酵 获得能量。细胞内存在SOD和过氧化物酶，但缺乏过氧化 和过氧化物酶， 获得能量。细胞内存在 和过氧化物酶 氢酶。 氢酶。
★不同生理生化过程的最适温度
微生物不同生理活动要求不同温度，所以， 微生物不同生理活动要求不同温度，所以，
最适生长温度 ≠ 发酵速度快、积累代谢产物多。 发酵速度快、积累代谢产物多。
生长温度 （℃） Streptococcus thermophilus 37 ctis 34 Streptomyces griseus Corenybacterium pekinense Clostridium acetobutylicum Penicilium chrysogenum 37 32 37 30 菌 名 发酵温度 累积产物温度 （℃） （℃） 47 37 40 产细胞：25~30 产细胞： 产乳酸：30 产乳酸： 28 _ 33~35 _ 33 _ 25 20