外部环境因子对微生物生长的影响实验:基本原理

外部环境因子对自然界微生物的生长繁殖影响较大。在适宜的环境条件下,微生物能够良好生长并发育繁殖。但当外界环境条件发生改变时,在一定限度范围内,微生物为了适应变化的外部环境,其外部形态、生理生化及发育繁殖等特性都会发生变化;当外界环境条件变化超出微生物最大忍耐程度时,微生物会因对新环境的不适应而发生死亡。在自然界中有许多因子(如物理、化学、生物等)都可以影响微生物的生长繁殖,不同的因子对其影响的机制也不相同,即使相同的环境对不同种属的微生物的影响也不同。因此,研究环境因子对微生物生长繁殖的影响,对了解和探究微生物在自然界中的多样性和分布特性具有重要的理论意义。

1.pH

环境的pH对微生物的生长繁殖影响较大,可引起微生物细胞膜电荷发生变化及细胞膜的通透性发生改变,从而进一步影响微生物对外界营养物质的吸收。此外,微生物合成和分解代谢过程中的酶活力也会受到影响,从而改变营养物质的可给性方式和有害物质对微生物产生的毒性。环境的pH不仅可以影响微生物的生长繁殖,还可以影响微生物的外部形态特征。pH过高或过低都可导致核酸和蛋白质等大分子物质变性,甚至使微生物失活。在自然环境中,所有微生物有其适宜的pH生长范围,而不同的微生物对环境的pH表现出不同的适应能力。环境的pH低于2.0和高于10.0都有微生物生长,但是绝大多数微生物的环境pH都介于5.0~9.0。

2.温度

环境的温度是微生物生长的重要因子,温度对微生物的影响是最广泛的。所有微生物的生命活动都需要在适宜的温度范围内才能正常进行,过高的温度会导致蛋白质(酶)及核酸等生物大分子变性失活,而过低的温度会使微生物的生命活动受到抑制。根据微生物在不同温度条件下的生长情况,获得微生物生长速率最快时的温度即为最适温度,不同微生物的最适生长温度也不尽相同。如表11-1所示,为微生物的生长温度类型。

表11-1 微生物的生长温度类型

3.渗透压

微生物在不同的渗透压环境中呈现不同的反应。在等渗环境中,微生物能够正常生长繁殖;在高渗环境(如高盐溶液)中,微生物体内水分子大量渗透到体外,导致细胞失水萎缩,使细胞发生质壁分离,而微生物的一切生命活动都是在水溶液中进行的,所以失水会严重抑制微生物的生长繁殖;在低渗环境中,溶液中的水分子会大量渗入微生物细胞体内,使微生物细胞吸水膨胀,严重者甚至会使细胞破裂,但自然界中大多数微生物细胞壁含有大量的肽聚糖、磷壁酸和脂多糖,都较为坚韧,一般不会产生破裂。由于在低渗环境中溶质(包括营养物质)含量低,故在一定程度上也会影响微生物的生长。不同类型微生物对不同的渗透压所表现出的适应能力也不相同。绝大多数微生物能在0.5%~3%的盐浓度条件范围内正常生长。

4.化学药物

环境中有很多化学药物可以影响微生物的生长繁殖,如重金属类、无机化合物类、有机化合物类以及氧化剂类等。重金属盐类化合物容易与微生物体内的蛋白质结合使其变性或形成沉淀。所以,重金属盐类化合物对微生物具有较大的毒害作用。重金属汞、银、铜、铅及其化合物杀菌效果好,常用于医药业中;有机化合物类(如醇及其衍生物、酚类、甲醛等)的药物可以使微生物蛋白质变性,从而起到消毒杀菌的作用,所以常用于消毒剂或作为表面活性剂;氧化剂类药物,如臭氧(O )、氯和漂白粉等,有一定的灭菌效果,常用于自来水的消毒。

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