第七章件
微生物的生长和环境条
第七章 微生物的生长和环境条件
第一节 微生物的生长和生长量的测定
一、生长的概念
微生物在适宜的环境条件下，不断地吸收营养物质，并且按照自己的代谢方式进行新陈代谢活动。如果同化作用超过异化作用，
细胞原生质的量不断增加，体积增大，这时微生物细胞所表现的为生长。
生长只表现细胞个体的增大和细胞物质量的增加。
细胞的生长是有限度的,当细胞增长到一定程度时,就开始分裂,形成两个基本相似的子细胞,每个子细胞又重复以上的过程,长大→分裂。在单细胞微生物中，细胞分裂的结果导致个体数目增加，
这就叫做繁殖。
对于单细胞的微生物来说，它们的生长往往是通过繁殖表现出来的，实际上是以群体细胞数目的增加来作为生长的标志的。
丝状微生物如放线菌，霉菌的生长主要表现为菌丝的伸长和分枝，通常是以菌丝的体积和重量的增长（细胞物质量的增长）来衡量生长。
从生长到繁殖是由量变到质变的过程，这一过程就叫做发育。
二、微生物生长量的测定
微生物生长量的测定可以采取直接测定法测定微生物细胞的数量、菌体的体积或重量。
亦可以采用间接法测定，测某种细胞物质的含量（如蛋白质、核酸）或某个代谢产物的强度（如发酵糖产酸的多少）。
（一）测定单细胞微生物的数量 1．测定总菌数（即总的细胞数量）：
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⑴ 计数板直接测数
使用细菌计数板或血球计数板在显微镜下测定出一定体积中的细菌或酵母菌的数量，再通过换算，求出待测样品中微生物的细胞总数。
⑵ 染色涂片计数法
取0.01ml的菌悬液放在1cm2 的玻片上，让其干燥，然后固定染色，再置显微镜下计数每一视野中的菌数，算出视野面积，按下列公式即可求出每ml原菌液中的含菌数。
每ml原菌液中的含菌数=视野中的平均菌数×1cm2/视野面积×100×稀释倍数 ⑶ 比浊法
比浊法的原理是利用细菌细胞在溶液中数量越多，浊度越大，在光电比色计中测定时所吸收的光线越多（即透过的光线少） 方法是先要测定出一条标准曲线，即将菌液制成不同浊度的稀释液，将此不同浊度的稀释液用光电比色计测出其消光值，再把这各种浊度的稀释液用显微镜直接计数法测出其中的含菌数，以不同浊度的稀释液的消光值作纵坐标，以不同浊度稀释液所含的菌数作横坐标，绘出标准曲线。有了标准曲线，就可以取未知菌液测消光值后通过查此曲线得知未知菌液中的含菌数。此方法在工业发酵中应用较多，因为它快速，节约时间。
上述三种方法所测得的微生物细胞的数量都是总菌数即死的活的细胞都包括在内。
2. 测定活菌数
微生物活菌数的测定有以下两种方法 ⑴ 稀释平板测数法
此法是将待测样品进行十倍稀释，取最后三个稀释度倒平板，进行平板培养，由平板上长出的菌落数求出待测样品中的含菌数，具体方法实验中要做，不详述。注意，现在国际上含菌数表示用Cfu（菌落形成单位）/克来表示。
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⑵ 稀释培养测数法：
该方法的原理是菌液经多次稀释后，菌数逐步减少以至无菌存在。
方法是：将待测菌液于液体中作十倍系列稀释，每稀释度做3—5个重复，经培养后，检查细菌的生长，以有细菌生长的最后三个稀释度的管数作数量指标，由数理统计表查出近似值，再乘以数量指标第一位的稀释倍数，即为原菌液中的菌数。
例如：某细菌在稀释培养法中生长情况如下： 稀释度： 10—3，10—4，10—5，10—6，10—7，10—8 重复数： 5 5 5 5 5 5 有菌生长管数： 5 5 5 4 1 0
根据上述结果，数量指标为“541”，查表得近似值为17，乘以第一位数的稀释倍数，得出原始培养物的活菌数=17×105个。
(3) 薄膜过滤计数法；此法用于计数空气中的含菌数
当一定体积的空气通过滤膜后，将滤膜培养后计数滤膜上的菌落数即可求出单位体积空气中的含菌数。
（二）测定细胞物质的量 1．干重法
取一定体积的培养物，用离心过滤的方法将菌体从培养基中分离出来，洗净，烘干，称重，再求出单位体积中细胞物质的干重，以此作为生长量的指标。
2．含氮量测定法
微生物细胞中蛋白质的含量是比较稳定的，通常是测出微生物细胞中的含N量后再换算出蛋白质的含量。
蛋白质的含量=氮量×6.25 含N量的测定可用凯氏定N法。 3. DNA测定法
通过测定微生物细胞中DNA的含量，再换算出微生物细胞的数量。 例如细菌，平均每个含DNA的量为8.4×10—5 μg，若测得某样品
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中的DNA含量为8.4×10-2μg，则测定样品中含有1000个细菌。DNA的含量测定可用紫外线吸收法。
第二节 细菌纯培养的生长
一、生长曲线
将少量细菌的纯培养体接种到新鲜的液体培养基中，定
期测定菌体数量，开始时生长缓慢，然后细菌数目以对数增加，继而稳定在最高生长量上，最后逐渐降低，进入衰老死亡阶段，如用座标法作图，以时间为横座标，以菌数的对数增长量为纵座标，可以绘出一条曲线，我们将此曲线叫做细菌纯培养的生长曲线。
菌 数
滞留期 对数期 稳定期 衰亡期
细菌纯培养的生长曲线可分为四个时期：（1）滞留适应期，（2）对数生长期，（3）稳定生长期，（4）衰亡期 （一）滞留适应期
菌种初接入新鲜培养液内，并不立即生长繁殖，而需要通过自
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时间
身生理机能的调节以逐步适应新环境，因此在开始一段时间，细胞数量几乎不增加，群体的生长率近于零，曲线平缓。
在这个时期内,菌体体积增长较快,如巨大芽孢杆菌可以从3.4μm增长到9.1—19.8μm。细胞内原生质比较均匀一致，贮藏物质消耗，DNA含量提高，产生各种诱导酶，在这个时期的后阶段，菌体细胞逐步进入生理活跃期，少量菌体开始分裂，曲线稍有上升。
滞留期的长短，因菌种和培养条件不同而异，几分钟到几小时不等。不同微生物的适应期不同，如大肠杆菌的滞留期就较分枝杆菌短。同一菌种，接种时所处的生长发育期不同，滞留适应期的长短也不一样。如果接种用的菌种正处于生理活跃时期，营养和环境条件都适宜，滞留适应期将显著缩短。 （二）对数生长期
滞留期末，细胞开始出现分裂，培养液中的菌数增加开始进入对数生长期，在此期中，以细菌数的对数与培养时间作图则成一条斜度很小的直线。
在对数生长期内，细菌数目的增加是按几何级数增加的，即
1 2 4 8……亦即20 21 22 23……2n 这里的指数n为细菌分裂的次数或者增殖的代数，也就是一个细菌繁殖n代产生2n个细菌。
如果在对数期开始时间t1的菌数为x1，繁殖n代后到对数期后期（t2）的菌数为x2，则代时（G）（即每增加一代所需要的时间）应为：G=（t2—t1）/n，先求代数n，由于x2=x1·2n，lgx2=lgx1+nlg2，n=（lgx2—lgx1）/lg2
∵lg2=0.301 ∴n=3.301·lg(x2/x1)
即G=（t2—t1）/3.31·lg(x2/x1)
例如在一细菌培养液中第一次测得的细菌数为104/ml，经过培养4小时后，又测得菌液中的细菌数为108/ml，求此菌的世代时间和
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在此时间内繁殖的代数。
根据公式：G=（t2—t1）/3.31·lg(x2/x1) t2—t1=（4—0）×60分=240分 x2= 108 x1=104
lg(x2/x1)=lg108—lg104 =8—4=4
代入上式 G=240/3.3×4=240/13.2=18分钟 即在上述培养液中，世代时间为18分钟。 细菌繁殖的代数n=（t2—t1）/G=240/18=13.3代 即在上述培养液中，细菌繁殖了13.3代。
在对数生长阶段，细菌在一定的条件下，世代时间是相对稳定的，一般细菌的代时多为20—30分钟，也有更短一些的，也有更长一些的。代时愈短表示细菌分裂的愈快，代时愈长，表示细菌分裂的愈慢。 例如大肠杆菌在世代时间不同的情况下染色体复制及细胞分裂的配合模式图如下：
细胞周期（分钟）
0 10 20 30 40 50 60 世代 时间
（分钟） 60 50 40 30
上图说明在60分钟为一个世代时间的正常生长速率的大肠杆菌中，DNA的合成约需要40分钟，细胞分裂需要20分钟。DNA复制完成后，细胞开始分裂。
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若细菌生长速度加快，世代时间缩短，则DNA的复制与细胞分裂交叉进行，即在刚分裂的子细胞中DNA已经进行了复制。
若细菌生长速度比正常生长速率慢，则DNA复制的时间超过40分钟，但所需时间仍只需要一个世代时间的2/3。
（三）稳定生长期
微生物经过对数期的旺盛生长，周围环境发生了一系列的变化①某些营养物质消耗，②有害代谢产物积累，③pH，Eh，温度改变限制了菌体细胞继续以高速度进行生长和分裂。新细胞的增加与老细胞的死亡几乎相等。此期称为稳定生长期。
此期的特点是：开始细菌分裂间隔时间延长，曲线上升缓慢，随后新生细胞与死亡细胞的速率处于动态平衡，菌数达到最高水平，随后细胞死亡速度超过新生速度，曲线开始下降。 （四）衰亡期
稳定期后由于环境条件进一步恶化，如再继续培养，细菌死亡速率逐渐增加，以致死亡数大大超过新生数，群体中活菌数按几何级数下降，故有人称为“对数死亡阶段”。
在衰亡期，有的细胞开始自溶，产生或释放出一些产物，如aa、抗生素、转化酶、短肽酶等。菌体形状呈多形态，大小不一，甚至畸形，细胞质内多液泡，有些G+变为G—。
微生物的生长曲线反应一种微生物在一定的生活环境中（如试管、摇瓶、发酵罐）的生长繁殖和死亡规律，它既可作为营养和环境因素的理论指标，也可作为调控微生物生长发育的依据，指导微生物的生产实践。
二、连续培养
当微生物在一个固定的容器中生长时，由于养料的消耗，代谢产物的积累，必然会导致微生物生长速度减慢，为了保持微生物能长时期的处于对数生长期，就要采用连续培养，即在一个恒定容积的流动
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系统中，一方面以一定的速度不断地加入新的培养基，另一方面又以相同的速度流出培养物，这样就可以使容器中微生物的数量和营养状态保持恒定，使微生物长期处于旺盛生长阶段。
连续培养的方法主要有两类：
1．恒浊连续培养：不断调节流速使细菌培养液浊度保持恒定的连续培养方法叫恒浊连续培养。即使培养物的浓度保持恒定。
2．恒化连续培养：控制恒定的流速，使由于细菌生长而耗去的营养物及时得到补充，培养容器中营养物浓度基本恒定，从而保持细菌的恒定生长速率，故称恒化连续培养。即使新鲜培养物的加入量恒定。
三、同步培养：
为了特殊的研究目的，有时需要许多微生物的细胞来自同一生长阶段，为此人们发展了微生物单细胞的同步培养技术。
同步培养法是：能使培养的微生物处于比较一致的生长发育阶段上的培养方法叫同步培养法。
同步生长：利用同步培养技术控制细胞的生长，使微生物细胞处于同一生长阶段，所有的细胞都能同时分裂，这种生长方式叫同步生长。
用同步培养法获得的培养物叫同步培养物。同步培养法有如下几种：
离心沉降法
选择法 过滤分离法 将不同大小细胞分开培养 硝酸纤维薄膜法 同步培养法 温度调整法 沙门氏菌25℃只合成细胞 诱导法 物质，37℃细胞进行分裂 利用代谢抑制剂控制DNA合成
E．coli胸腺嘧啶缺陷型菌株，停止胸腺 嘧啶供给，DNA不合成，但蛋白质合成， 30分钟后加入胸腺嘧啶，DNA合成恢复， 细胞分裂。
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第三节 理化因子对微生物生长的影响
生物和生活环境是统一体，微生物也一样，只有在合适的环境条件中才能进行正常的生命活动，进行生长，繁殖。
我们在研究微生物的个体发育与生理性能时，必须和外界条件所给予的影响联系起来，才能得到正确的理解，例如好气性高温细菌只能在通气的高温环境中生长，耐酸性微生物只有在酸性条件下才表现出它的耐酸性，厌气性固N菌只有在厌氧条件下才能进行固氮。
微生物的生活条件是各种环境因素的综合，只有当各种因素配合适当时，微生物才能旺盛地生长发育。同样人们也可以控制环境条件，促使有益微生物发挥有益作用，抑制并杀死有害微生物生长。 一、温度
微生物生长要有一定的温度，微生物生长的下限温度叫最低生长温度。微生物生长的温度上限叫最高温度，上限下限之间有一个最适合微生物生长的温度称为微生物的最适生长温度。微生物在最适温度下生长繁殖最好。
不同的微生物对温度的要求不一样，有的喜欢低温，有的喜欢高温，大多数微生物喜欢中温，根据各种微生物所适应的最适生长温度通常把微生物分为高温型，中温型和低温型三种类型。
生长温度/℃ 微生物类型 最低 最适 最高 嗜冷微生物（psychrophiles0以下 15 20
兼性嗜冷微生物（psychrotrophs0 20～30 35
嗜温微生物（mesophiles15～20 20～45 45以上
嗜热微生物（thermophiles45 55～65 80
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） ） ） ）
超嗜热或嗜高温微生物（hyperthermophiles） 65 80～90 100以上
同一种微生物在生长发育的不同阶段，对温度的要求不一样。 例如：灰色链霉菌的菌体最适生长温度为37℃，而产生链霉素的最适生长温度为28℃。
又如：青霉素产生菌菌体的最适生长温度为30℃，而产生青霉素的最适温度为23℃。
又如：黑曲霉菌体生长的最适生长温度为37℃，而产酶的温度为28℃。
又如：人工栽培的食用菌菌丝生长的最适温度为25℃左右，而子实体分化的温度通常大都在18℃左右。 高温对微生物的影响：
不同的微生物对高温的敏感性不同。
多数细菌，酵母，霉菌的营养细胞和病毒：50—65℃ 10分钟可致死
放线菌，霉菌的孢子比较耐热 76—80℃ 10分钟致死 细菌的芽孢有抗热性，致死温度和时间视菌而定： 如炭疽芽孢杆菌 105℃ 5—10分钟致死 枯草芽孢杆菌 100℃ 6—17分钟致死 肉毒梭菌 120—121℃ 10分钟致死
同一个菌的不同菌龄其抗热性也不相同，一般幼龄菌比老龄菌对温度敏感。
高温能杀死微生物，因此在微生物学方法中常用加热来进行培养器皿和培养基的灭菌处理。
高温灭菌分：
干热灭菌：用干热空气灭菌，工艺指标是 160—170℃/2小时 湿热灭菌：用蒸汽灭菌，可分为：
高压蒸汽灭菌：工艺指标是 121℃/30分钟
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间歇灭菌： 100℃2小时连续三天
巴氏灭菌： 62—63℃/30分钟或者71℃/15分钟 湿热灭菌的工艺指标比干热灭菌的工艺指标低是因为： ①蒸汽穿透力强，②蛋白质有水时变性温度低，③蒸汽有潜热。 微生物的致死温度：在一定时间内（如10分钟）杀死
微生物所需要的最低温度称为微生物的致死温度。
微生物的致死时间：在一定温度下杀死微生物所需要的最短时间称为微生物的致死时间。温度愈高，致死时间愈短。
D值为在特定温度下使微生物菌数减少10倍所需的时间。
灭菌：是杀死所有微生物的方法，包括细菌的芽孢。 消毒：杀死微生物的营养体，而不能杀死芽孢的方法。 防腐：抑制微生物生长，但并不能杀死微生物的方法。 化疗：杀死宿主内的病原菌的方法。
低温对微生物的影响：
低温不象高温那样会导致微生物的迅速死亡，在低温下，微生物的代谢活动降低，接近于停止状态，但原生质结构并不破坏，不致很快死亡，能在较长时间内保持活力，当提高温度后仍可恢复其正常生命活动。所以人们常用低温来保藏菌种，并用低温保藏食品不被微生物腐败。
低于冰点的低温可使微生物死亡，主要是由于细胞中的水转变为冰晶，冰晶造成细胞的机械损伤和脱水，从而导致了微生物的死亡。
二、水份和渗透压：
（一）水份与干燥：
水是微生物生活的必要条件，微生物生长所需要的水份用水活度（aw）来表示，微生物生长的aw值在0.63—0.99之间。 aw=Ρ溶液/Ρ纯水=RH×100
细菌aw > 酵母 > 霉菌 > 耐盐细菌和耐旱真菌 细菌在斜面培养基上培养时是生活在培养基表面的一层水膜里。
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放线菌和霉菌的基质菌丝也是生活在水中，而气生菌丝生活在潮湿的空气中。
环境中如果缺少水份，微生物就不能生活，因此，人们用干燥来保藏食品、衣物，以防止微生物的腐烂变质。
细菌的芽孢，霉菌的孢子对干燥有抗性，因此在菌种保藏中常用砂土管或麸皮管来保藏细菌的芽孢和产孢子的霉菌。 （二）渗透压：
水或其它溶剂通过半透膜（细胞膜）进行扩散的现象叫渗透，在渗透时，溶剂通过半透膜的压力叫渗透压。
一般的微生物生长所适应的渗透压在3—6个大气压之间。 微生物在等渗溶液中生长时，维持细胞形态不变（0.85—0.9%NaCl溶液为等渗溶液）
微生物在高渗溶液中生长时，会出现质壁分离现象，严重时会引起细胞死亡。
微生物在低渗溶液中生长时，细胞会吸水膨胀，乃至破裂引起微生物死亡。
高渗溶液通常用来保藏食品，原理是用高的渗透压阻止微生物生长。但不同的微生物对渗透压的耐受性不同：
对盐浓度的耐受性：真菌（霉菌，酵母）>球菌>杆菌 多数杆菌在 >10%盐浓度时才不能生长。球菌在15%盐浓度下才受到抑制。
一般霉菌和酵母以及某些细菌在20—25%盐浓度下才受到抑制。
各种微生物不仅对盐浓度显示不同的适应性，而且对糖浓度也显示不同的适应性。相同浓度的糖溶液和盐溶液由于所产生的渗透压不同，因此对微生物的作用也不同，例如蔗糖必须比食盐的浓度大6倍才能达到与食盐相同的抑制作用。糖溶液的渗透压随糖分子量的减小而增大，也就是说，相同浓度下，分子量愈小的糖，含分子数愈多，分子愈多，渗透压就越大。
在日常生活中常用10—15%的盐浓度（盐渍）和50—70%的糖浓
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度（糖蜜）来保藏食品。 三、氢离子浓度（pH值）
几乎所有的微生物在pH4—9之间都可以生长。
但不同的微生物都有其最适宜的生长pH值和一定的生长pH范围。
细菌、藻类、原生动物 最适pH 6.5—7.5但pH 4—10也可以生长。特殊的S化菌在pH 1—2下生长，硝化菌在pH 11生长。 放线菌 最适pH 7.5—8.0 pH 5—10也可以生长 霉菌、酵母 最适pH 5—6 pH 1.5—10都可生长。 pH值影响微生物生长的主要作用在于：
⑴ 引起细胞膜电荷的变化，从而影响了微生物对营养物质的吸收。
⑵ 影响代谢过程中酶的活性。
⑶ 改变生长环境中营养物质的可给性以及有害物质的毒性。 微生物在基质中生长，由于代谢作用而引起物质的转化，从而改变了氢离子浓度。例如乳酸菌分解葡萄糖产生乳酸，增加了基质的氢离子浓度，pH值下降，基质被酸化。又如尿素细菌分解尿素产氨使pH上升，基质被碱化。为了防止基质中的pH值发生过大的变化影响微生物生长，在配制培养基时通常加入缓冲剂，如CaCO3和磷酸盐（K2HPO4和KH2PO4），pH6—8。而在工业发酵中要经常的加入化学物质来调整pH值。
正如温度对微生物的影响一样，微生物生长繁殖的最适pH与其合成某种代谢产物的pH通常是不一样的。例如丙酮丁醇梭菌生长繁殖最适pH是5.5—7.0, 丙酮丁醇梭菌合成丙酮丁醇的最适pH是4.3—5.3。
微生物在不同的pH下积累的代谢产物不一样。
黑曲霉在pH 2—3的环境中发酵蔗糖以产柠檬酸为主，产草酸极少。
黑曲霉在pH近中性时发酵蔗糖产生大量的草酸，柠檬酸产量很
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低。
又如酵母菌在pH4.5—5.0生长进行乙醇发酵，不产甘油和醋酸 酵母菌在pH>8时生长发酵产物除乙醇外，还有甘油和醋酸。 在生产实践中还可利用pH值防止杂菌生长。 例如生产面包时加丙酸钙作防腐剂，抑制细菌生长。
又如用栖土曲霉生产蛋白酶时在基质中加入Na2CO3使之呈碱性可抑制杂菌的生长。
四、通气和氧化还原电位 1．通气
通气主要是供给微生物生长所需要的氧气，根据微生物与氧的关系，可将微生物分成四类：
⑴ 专性好氧微生物，也叫好气性微生物，大多数微生物属此，它们缺氧就不能生长。因为氧是这类微生物呼吸作用的最终电子受体。
⑵ 专性厌氧微生物，也叫厌气性微生物，这些微生物不能利用氧，氧对它们有害，因为它们细胞中不能产生或只产生少量的H2O2酶和超氧物岐化酶，不能分解H2O2和O2—（超氧化物阴离子自由基） ⑶ 兼性好氧微生物，也叫兼性好气性微生物，这类微生物有氧无氧时都可生长，它们靠氧化磷酸化或者发酵作用获得能量。无氧时呼吸链失去作用，有氧时呼吸链很快恢复作用。
⑷ 微需氧微生物，或叫微好气性微生物，这类微生物在好气和绝对厌气条件下均不能生长，只有在氧浓度小于0.2大气压（空气中氧浓度为20%）的条件下才能生长。或者在0.01-0.03pa氧压下生长。 2. 氧化还原电位
氧化还原电位即Eh值（或E值，也有的书用Φ表示），一般用伏特表示，氧化还原电位的高低对微生物的生长有很大的影响。 影响培养基中氧化还原电位的因素有：①分子态氧，②培养基中氧化还原态物质。
Eh=E0+(RT/nF)×2.303log[Ox]/[Red] Eh为电对非标准状态下
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的电极电势
=E0+0.0591/n log[Ox]/[Red] E0为该电对的标准电极电势
Ox物质越多，Eh值越大。 R为气体常数（8.314J·mol-1·K-1） Red物质越多，Eh值越小。 T为绝对温度（273+t℃） F为法拉弟常数（96485C·mol-1·K-1）
N为电极反应中得失的电子数
在自然界中Eh的上限=+0.82伏，Eh的下限=-0.42伏。 不同的微生物对氧化还原电位的要求不一样。
好气微生物要求Eh值在+0.1伏以上，以0.3—0.4伏为宜。 兼性好氧微生物Eh值在0.1伏以上行好气性呼吸，Eh值在0.1伏以下行厌气性呼吸。
厌气性微生物Eh值在—0.1伏以下为宜。
向培养基中通入空气或加入氧化剂可提高基质中的Eh值，以培养好气微生物。
在培养基中加入还原性物质如半胱aa、亚硫酸钠、Na2S等可降低基质中的氧化还原电位，以培养厌气性微生物。 五、光和射线：
光并不是所有微生物都需要的，只有光能营养型的微生物才需要光，光能营养菌吸收400—800nm可见光进行光合作用。
有的微生物不是光合微生物，但对光有趋光性，如闪光须霉。药用真菌灵芝形成子实体也需要散射光的照射。
日光中的紫外线对微生物有杀伤作用，UV的波长在136—400nm之间，以波长为265—266nm的杀菌力最强。
UV的杀菌作用主要是由于UV引起核酸形成胸腺嘧啶二聚体，从而干扰了核酸的复制，另外UV使O2→O3（臭氧），O3放出氧化能力强的新生态氧[O]，[O]也有杀菌作用。 O2 UV O3 分解 O2 + [O] 杀菌
UV照射引起的微生物损伤在有光时可在DNA修复E的作用下
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进行修复，此称为光复合作用，所以微生物经UV照射后应放在黑暗处，特别是在诱变育种中。
X射线波长为0.06—13.6nm
均为高能电磁波，对微生物有显 Υ射线波长为0.01—0.14nm 著的杀菌作用，常用作罐头灭菌。 电离辐射杀菌的机制有两种学说：
(1)直接学说：（又称靶子学说），认为辐射的能量直接作用于细胞内部的某个特殊敏感区域（或靶子），导致细胞突变或死亡。 （2）间接学说：认为辐射引起培养基中的水或其它化学物质分解为游离基团。这些游离基团与细胞中的敏感分子发生反应而失活，从而使M死亡。
如水经辐射后，形成离子水和自由电子。
H2O 辐射 H2O++e- 自由电子与水反应形成H2O- e-+ H2O H2O-
两种离子水进一步反应形成离子和自由基 H2O+ H++OH H2O- H+OH-
液体中的溶解氧与上述离子作用产生一些具有强氧化性的过氧基团：
O2 + e- O2- O2-+H+ H O2
O2+2 e- O22- O22-+2 H+ H2O2 它们能使酶蛋白的—SH基氧化。
自由基也具有氧化作用和分解作用，使细胞受到损害。 RH+OH R+H2O R—NH+H R+NH2
小球菌、链球菌对辐射的抗性比假单胞菌强，孢子也有较强的抗辐射能力。
六、超声波：
超声波频率在2万赫兹以上，其作用是使细胞破裂，引起M死
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亡。
七、化学药物：
化学药物对微生物的影响因种类不同而异。 1. 重金属盐：
重金属离子带正电荷，易与带负电荷的菌体蛋白质结合，使蛋白质变性，有较强的杀菌作用。
升汞（HgCl2）：0.05—0.1%用于非金属器皿的消毒 红汞： 2%水溶液用于皮肤，粘膜及小伤口的消毒
硫柳汞： 0.01-0.1%用于皮肤及手术部位的消毒,生物制品防腐。 铜盐： 波示多液含CuSO4用来杀真菌，防治植物病害。 2. 氧化剂：
高锰酸钾，H2O2，过氧乙酸等能使菌体酶蛋白中的—SH氧化成—S—S，使酶失活，
2R—SH+2X R—S—S—R+2XH
高锰酸钾： 0.1%用于皮肤，尿道及蔬芽，水果消毒。 H2O2 1—3%用于表面消毒如伤口消毒。
过氧乙酸： 0.2—0.5%用于皮肤、塑料、玻璃、人造纤维消毒 3. 卤素化合物：
以Cl，I为常用，例如用作饮水消毒的漂白粉为次亚氯酸盐，主要成份是CaCl2·Ca（OH）2及Ca（OCL）2，次亚氯酸盐分解放出新生态氧，具有强烈的氧化作用而杀菌。
Ca（OCL）2+2 H2O Ca（OH）2+2HClO HClO HCl+[O]
漂白粉： 10—20%用于地面和厕所消毒
0.5—1%的上清液用于空气及物体表面消毒，亦可作饮 水消毒剂
Cl2： 0.2—0.5ppm可作饮水及游泳池水消毒剂 I2： 2.5%的碘酒用于皮肤消毒
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4. 表面活性剂：
具有降低表面张力效应的物质叫做表面活性剂，如新洁尔灭，在较低浓度有抑菌作用，在较高浓度有杀菌作用。
新洁尔灭： 0.05—0.1%用于皮肤，粘膜及外科手术器械浸泡消毒。 5. 有机化合物：
酚、醇、醛是常用的杀菌剂，它们能损伤细胞膜和壁，抑制某些酶系统，（如脱H酶和氧化酶），并能使蛋白质变性，如甲醛有还原作用，能与菌体蛋白质的氨基结合，使其变性。
R—NH2+HCHO R—NH2·CH2O
酚（石炭酸）： 3—5%用于桌面，地面及玻璃器皿的消毒， 0.5—1%用于皮肤消毒。
煤酚皂： 2%用于皮肤消毒，3—5%亦可用于桌面，地 面和器皿消毒。
乙醇： 70—75%用于皮肤及器械消毒。
甲醛： 2%的福尔马林用于浸泡器械及物品表面消毒。 10%的甲醛溶液重蒸可消毒无菌室及病房。也 可用36%的甲醛溶液6ml/米3+高锰酸钾适量产 气熏蒸。 6. 染料：
碱性染料有显著的抑菌作用，该类染料的阳离子与菌体的羧基或磷酸基作用，形成弱电离的化合物，防碍菌体的正常代谢，扰乱菌体的氧化还原作用，并阻碍芽孢的形成。
P—COOH+B+ P—COOB+H+
结晶紫： 1/10万的浓度在根瘤菌培养中可抑制G+菌的生长。 孔雀绿： 1/10万可抑制金黄色葡萄球菌生长，1/3万抑制 E.coli生长。
尤胆紫： 2—4%用于皮肤和伤口消毒。 八、化学治疗剂对微生物的作用： 1．磺胺：
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磺胺可阻止叶酸的合成。由于磺胺与细菌生长所必须的对氨基苯甲酸（PABA）的结构非常相似，在一定条件下它们竟争性的与二氢叶酸合成酶结合，阻止或取代了PABA进入叶酸分子中，从而阻止了叶酸的合成。
人类不需要自身合成叶酸，故磺胺对人无毒。 2. 抗生素
A．抑制细胞壁的形成：
青霉素抑制细菌是因为其结构中的β内酰胺结构与胞壁酸中短肽末端的D—丙a结构很相似，能占据D—丙氨酸的位置与转肽E结合，将E灭活，使侧肽链无法连接，因而抑制了细胞壁的合成。 B．影响细胞膜的功能
多粘菌素，短杆菌肽是多肽类抗菌素，它们引起细菌细胞膜损伤，导致细胞质外漏，致使菌体死亡。
多粘菌素 损伤细胞膜 短杆菌肽
制霉菌素，两性霉素是多烯类抗生素，它们能与真菌细胞膜中的固醇结合，从而破坏膜结构，使细胞物质外漏，使真菌菌体死亡，但对细菌无效（因其壁中无固醇） C. 干扰蛋白质合成
卡那霉素、链霉素、春霉霉素作用于蛋白质合成场所核糖体的30S亚基；氯霉素、红霉素、林可霉素等，则作用于核糖体50S亚基，这样就抑制了核糖体的活性。 D. 阻碍核酸的合成
与核酸的碱基结合，形成交叉连接的复合体阻碍双链DNA解链，从而影响了DNA的复制，如丝裂霉素（又叫自力霉素）
切断DNA链，降低其分子量，干扰DNA的复制，如博莱霉素（争光霉素）。
作用于核酸E，导致E活性降低或丧失，如利福霉素与RNA合
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成酶结合，抑制RNA合成E的起始过程。
放线菌素D（更生霉素）：干扰RNA聚合酶的转录过程。 还有的抗生素可嵌入到DNA分子上，破坏DNA的分子的立体构型，影响DNA聚合E同DNA结合。从而抑制DNA的复制和转录。如亚德里亚霉素，嵌入相邻的碱基对之间。 微生物的抗药性：
由于化学药物的广泛应用，某些病原M如葡萄球菌，E.coli，痢疾杆菌，结核杆菌等日益严重的表现出抗药性，细菌抗药性表现在如下几个方面：
1.菌体内产生了钝化和分解药物的酶: 葡萄球菌产生了青霉素E。 2. 改变细胞膜透性：这类抗性菌株具有阻碍抗微生物剂的进入或排出已进入药物的能力。
2. 细胞内被药物作用的部位发生了改变，如抗链霉素的E.coli抗性菌株，其核糖体3OS亚基发生改变后，链霉素再不能与之结合。
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第七章 微生物的生长和环境条件小结
微生物在适宜条件下吸收营养物质进行新陈代谢，当同化作用超过异化作用时，微生物细胞原生质量增加，细胞长大，这个过程就称为生长。
微生物的生物量可以用细胞总数，活菌数，干物质重，N量或者DNA的量来表示。
细菌的纯培养生长曲线可分为滞留期、对数期、最高稳定期和衰亡期四个时期。利用对数生长期可以计算微生物的代时和繁殖的代数。工业生产中利用对数期的原理进行连续发酵以获得更大的经济效益。
微生物的生长受环境条件的影响。不同的微生物有不同的最适生长温度。低温可以保藏微生物。高温可以杀死微生物。实验室常用121℃/30min的工艺条件进行培养基和器皿的灭菌。食品工厂常用62—63℃/30min的巴氏消毒法处理食品以延长食品的保质期。
不同的微生物对pH值的要求不一样，细菌适于中性环境，放线菌适于偏碱环境，真菌适于偏酸环境。
好氧微生物生长必须供给氧气。而培养厌氧菌除了要制备无氧生存空间外，在培养基中还要加入还原性物质，以降低培养基中的Eh值。
水是微生物生长所必须的，但水中的溶质不能太多或太少，过高或者过低的渗透压会使细菌出现质壁分离或细胞破裂。X射线，r射线和阳光中的紫外线都可以杀死微生物。超声波也可使微生物细胞破坏而导致微生物死亡。
化学药剂可以杀死或者抑制微生物生长。重金属、氧化剂、许多有机化合物、磺胺和多种抗菌素都对微生物有杀伤或抑制作用。
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第七章 微生物的生长与环境条件学习
思考题和主要参考书
1．何谓生长？生长与繁殖有什么区别？何谓发育？ 2．测定微生物的生长量有哪些方法？
3．何谓细菌纯培养生长曲线？它分为几个时期？每个时期有何特点？如何计算世代时间？
4．何谓连续培养？何谓同步培养？如何进行同步培养？
5．何谓灭菌？何谓消毒？何谓防腐？哪些化学物质可作为防腐剂？ 6．低温对微生物有何影响？高温对微生物有何影响？干热灭菌的工艺条件与加压蒸汽灭菌的条件有什么不同？为什么加压蒸汽灭菌的工艺条件比干热灭菌工艺条件低？何谓巴氏消毒法？它在生产实践中有何应用意义？
7．低温型、中温型、高温型微生物生长的最高温度、最低温度各是多少？最适温度是多少？
8．细菌、放线菌、真菌能够生长的pH范围是多少？最适生pH是多少？氢离子浓度对微生物的生长有何影响？
9．好氧菌、厌氧菌、兼性厌氧菌生长的Eh值是多少？
10．根据微生物对氧气的需要，可以把微生物分为几个类型？ 11．UV、X射线、r射线为什么能杀菌？ 12．常用于消毒的重金属盐、氧化剂、有机化合物的消毒浓度是多少？ 13．青霉素、多粘菌素、链霉素、丝裂霉素抗菌的机制有什么不同？
主要参考书
1．黄秀梨 微生物学 高等教育出版社 1998 2．周德庆 微生物学 高等教育出版社 1993 3．武汉大学，复旦大学编 微生物学第二版 高等教育出版社 1987
4．卫杨保编 微生物生理学 高等教育出版社 1989 5．杨颐康 微生物学 高等教育出版社 1986 6．李季伦 微生物生理学 北京农业大学出版社 1993
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