微生物生長與死亡的影響因素

生長是微生物與外界環境因素共同作用的結果。環境條件的改變，可引起微生物形態、生理、生長、繁殖等特征的改變；或者抵抗、適應環境條件的某些改變；當環境條件的變化超過一定極限，則導致微生物的死亡。

為了抑制和消除微生物的有害作用，人們常采用多種物理、化學或生物學方法，來抑制或殺死微生物。常用以下術語來表示對微生物的殺滅程度。

滅菌：用物理或化學方法殺滅物體上所有的微生物（包括病原微生物和非病原微生物及細菌芽胞、霉菌孢子等），稱為滅菌。

消毒：用物理或化學方法僅能殺滅物體上的病原微生物，而對非病原微生物及芽胞和孢子不一定完全殺死，稱為消毒。用來消毒的藥物稱為消毒劑。

防腐：防止或抑制微生物生長和繁殖的方法稱為防腐或抑菌。用于防腐的化學藥品稱為防腐劑。某些化學藥物在低濃度時為防腐劑，在高濃度時則成為消毒劑。

無菌：指沒有活的微生物存在。采取防止或杜絕一切微生物進入動物機體或物體的方法，稱為無菌法。以無菌法操作時稱為無菌操作。在進行外科手術或微生物學實驗時，要求嚴格的無菌操作，防止微生物的污染。

不同的微生物對各種理化因子的敏感性不同，同一因素不同劑量對微生物的效應也不同，或者起滅菌作用，或者可能只起消毒或防腐作用。在了解和應用任何一種理化因素對微生物的抑制或致死作用時，還應考慮多種因素的綜合效應。例如在增高溫度的同時加入另一種化學藥劑，則可加速對微生物的破壞作用。大腸桿菌在有酚存在的情況下，溫度從30℃增至42℃時明顯加快死亡；微生物的生理狀態也影響理化因子的作用。營養細胞一般較孢子抗逆性差，幼齡的、代謝活躍的細胞較之老齡的、休眠的細胞易被破壞；微生物生長的培養基以及它們所處的環境對微生物遭受破壞的效應也有明顯的影響。如在酸或堿中，熱對微生物的破壞作用加大，培養基的粘度也影響抗菌因子的穿透能力；有機質的存在也干擾抗微生物化學因子的效應，或者由于有機物與化學藥劑結合而使之失效，或者有機質覆蓋于細胞表面，阻礙了化學藥劑的滲入。

常見的影響微生物生長與死亡的物理、化學因素主要有：

1.溫度：
溫度是影響有機體生長與存活的最重要的因素之一。它對生活機體的影響表現在兩方面：一方面隨著溫度的上升，細胞中的生物化學反應速率和生長速率加快。在一般情況下，溫度每升高10℃，生化反應速率增加一倍；另一方面，機體的重要組成如蛋白質、核酸等對溫度都較敏感，隨著溫度的增高而可能遭受不可逆的破壞。因此，只有在一定范圍內，機體的代謝活動與生長繁殖才隨著溫度的上升而增加，當溫度上升到一定程度，開始對機體產生不利影響，如再繼續升高，則細胞功能急劇下降以至死亡。

就總體而言，微生物生長的溫度范圍較廣，已知的微生物在零下12-100℃均可生長。而每一種微生物只能在一定的溫度范圍內生長。各種微生物都有其生長繁殖的最低溫度、最適溫度、最高溫度和致死溫度。

最低生長溫度：是指微生物進行繁殖的最低溫度界限，如果低于此溫度，則生長完全停止。

最適生長溫度：能夠使微生物迅速生長繁殖的溫度叫做最適生長溫度，在此溫度下，微生物群體生長繁殖速度最快，代時最短。不同微生物的最適生長溫度是不一樣的。

最高生長溫度：是指微生物生長繁殖的最高溫度界限。

致死溫度：最高生長溫度若進一步升高，便可殺死微生物，這種致死微生物的最低溫度界限即為致死溫度，致死溫度與處理時間有關。

微生物按其生長溫度范圍可分為低溫微生物、中溫微生物和高溫微生物三類。如表所示：

微生物的生長溫度類型

2.氫離子濃度(pH)：

環境中的酸堿度通常以氫離子濃度的負對數即pH值來表示。環境中的pH值對微生物的生命活動影響很大，主要作用在于：引起細胞膜電荷的變化，從而影響了微生物對營養物質的吸收；影響代謝過程中酶的活性；改變生長環境中營養物質的可給性以及有害物質的毒性。

每種微生物都有其最適pH值和一定的pH范圍。在最適范圍內酶活性最高，如果其他條件適合，微生物的生長速率也最高。大多數細菌、藻類和原生動物的最適pH為6.5-7.5，在pH 4-10之間也可以生長；放線菌一般在微堿性即pH7.5-8最適合；酵母菌、霉菌則適合于pH5-6的酸性環境，但生存范圍在pH1.5-10之間。有些細菌甚至可在強酸性或強堿性環境中生活。

微生物在基質中生長，代謝作用改變了基質中氫離子濃度。隨著環境pH值的不斷變化，微生物生長受阻，當超過最低或最高pH值時，將引起微生物的死亡。為了維持微生物生長過程中pH值的穩定，配制培養基時要注意調節pH值，而且往往還要加入緩沖物以保證pH在微生物生長繁殖過程中的相對穩定。

強酸和強堿具有殺菌力。無機酸殺菌力雖強，但腐蝕性大。某些有機酸如苯甲酸可用做防腐劑。強堿可用作殺菌劑，但由于它們的毒性大，其用途局限于對排泄物及倉庫、棚舍等環境的消毒。強堿對革蘭氏陰性細菌與病毒比對革蘭氏陽性細菌作用強。

3.氧化還原電位：

氧化還原電位(Φ)對微生物生長有明顯影響。環境中Φ值與氧分壓有關，也受pH的影響。pH值低時，氧化還原電位高；pH值高時，氧化還原電位低。

各種微生物生長所要求的Φ值不一樣。一般好氧性微生物在Φ值＋0.1伏以上均可生長，以Φ值為＋0.3伏－＋0.4伏時為適。厭氧性微生物只能在Φ值低于＋0.1伏以下生長。兼性厭氧微生物在＋0.1伏以上時進行好氧呼吸，在＋0.1伏以下時進行發酵。

4.輻射：

輻射是指通過空氣或外層空間以波動方式從一個地方傳播或傳遞到另一個地方的能源。它們或是離子或是是電磁波。電磁輻射包括可見光、紅外線、紫外線、X射線和Υ射線等。

(1)紫外輻射 紫外線是非電離輻射，以波長265-266納米的殺菌力最強。紫外輻射對微生物有明顯的致死作用，是強殺菌劑，紫外殺菌燈管在醫療衛生和無菌操作中廣泛應用。由于紫外線穿透能力差，不易透過不透明的物質，故紫外殺菌燈只適用于空氣及物體表面消毒。

(2)電離輻射 X射線與α射線、β射線和Υ射線均為電離輻射。在足夠劑量時，對各種細菌均有致死作用。常用于一次性塑料制品的消毒，也用于食品的消毒。

5.干燥：

水分是微生物的正常生命活動必不可少的。干燥會導致細胞失水而造成代謝停止以至死亡。微生物的種類，環境條件，干燥的程度等均影響干燥對微生物的效果。休眠孢子抗干燥能力也很強，在干燥條件下可長期不死，這一特性已用于菌種保藏，如用砂土管來保藏有孢子的菌種。在日常生活中也常用烘干、曬干和熏干等方法來保存食物。

6.滲透壓：

水或其他溶劑經過半透性膜而進行擴散的現象就是滲透。在滲透時溶劑通過半透性膜時的壓力即謂滲透壓。其大小與溶液濃度成正比。

適宜于微生物生長的滲透壓范圍較廣，而且它們往往對滲透壓有一定的適應能力。突然改變滲透壓會使微生物失去活性，逐漸改變滲透壓，微生物常能適應這種改變。對一般微生物來說，它們的細胞若置于高滲溶液中，水將通過細胞膜從低濃度的細胞內進入細胞周圍的溶液中，造成細胞脫水而引起質壁分離，使細胞不能生長甚至死亡。相反，若將微生物置于低滲溶液或水中，外環境中的水將從溶液進入細胞內引起細胞膨脹，甚至使細胞破裂。

由于一般微生物不能耐受高滲透壓，所以日常生活中常用高濃度的鹽或糖保存食物，如腌漬蔬菜、肉類及蜜餞等。

7.超聲波：

超聲波具有強烈的生物學作用。超聲波的作用是使細胞破裂，所以幾乎所有的微生物都能受其破壞，其效果與頻率、處理時間、微生物種類、細胞大小、形狀及數量等均有關系。

8.重金屬及其化合物：

一些重金屬離子是微生物細胞的組成成分，當培養基中這些重金屬離子濃度低時，對微生物生長有促進作用，反之會產生毒害作用；也有些重金屬離子的存在，不管濃度大小，對微生物的生長均會產生有害或致死作用。因此，大多數重金屬及其化合物都是有效的殺菌劑或防腐劑。其作用最強的是Hg、Ag和Cu。如：二氯化汞又名升汞，是殺菌力極強的消毒劑。0.1-1%濃度的硝酸銀常用于皮膚的消毒。

9.有機化合物：

對微生物具有有害效應的有機化合物種類很多，其中酚、醇、醛等能使蛋白質變性，是常用的殺菌劑。

酚：酚又名石炭酸。它們對細菌的有害作用可能主要是使蛋白質變性，同時又有表面活性的作用，破壞細胞膜的透性，使細胞內含物外溢。當濃度高時是致死因子，反之則起抑菌作用。

甲酚是酚的衍生物。殺菌力比酚強幾倍。甲酚在水中的溶解度較低，但在皂液與堿性溶液中易形成乳液。市售的消毒劑煤酚皂液（來蘇爾）就是甲酚與肥皂的混合液，常用3-5%的溶液來消毒皮膚、桌面及用具等。

醇：它是脫水劑、蛋白質變性劑，也是脂溶劑，可使蛋白質脫水、變性，損害細胞膜而具殺菌能力。乙醇是普遍使用的消毒劑，常用于實驗室內的玻棒、玻片及其他用具的消毒。50-70％的乙醇便可殺死營養細胞；70%的乙醇殺菌效果最好，超過70%以至無水酒精效果較差。

甲醛：甲醛也是一種常用的殺細菌與殺真菌劑，效果良好。純甲醛為氣體狀，可溶于水，市售的福爾馬林溶液就是37-40％的甲醛水溶液。

10.鹵族元素及其化合物：

碘：是強殺菌劑。3-7%碘溶于70-83%的乙醇中配制成碘酊，是皮膚及小傷口有效的消毒劑。碘一般都作外用藥。

氯氣或氯化物：這是一類最廣泛應用的消毒劑。 氯氣一般用于飲水的消毒，次氯酸鹽等常用作食品加工過程中的消毒。氯氣和氯化物的殺菌機制，是氯與水結合產生了次氯酸(HClO)，次氯酸易分解產生新生態氧，這是一種強氧化劑，對微生物起破壞用。

11.表面活性劑：

具有降低表面張力效應的物質稱為表面活性劑。這類物質加入培養基中，可影響微生物細胞的生長與分裂。如肥皂、漂白粉、洗衣粉等。

12.染料：

染料，特別是堿性染料，在低濃度下可抑制細菌生長。由于這些染料具有選擇性抑菌的特點，故常在培養基中加入低濃度的染料配制成選擇培養基。例如：堿性三苯甲烷染料，包括孔雀綠、亮綠、結晶紫等，對革蘭氏陽性菌有很強的抑制作用。

13．化學療劑：

能直接干擾病原微生物的生長繁殖并可用于治療感染性疾病的化學藥物即為化學療劑。它能選擇性地作用于病原微生物新陳代謝的某個環節，使其生長受到抑制或致死。但對人體細胞毒性較小，故常用于口服或注射。化學療劑種類很多，按其作用與性質又分為抗代謝物和抗生素等。