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影响微生物生长与死亡的因素
生长是微生物与外界环境因素共同作用的结果。在一定限度内环境因子变化会引起微生物形态、生理或遗传特性发生变化。但超过一定限度的环境因子变化，常常导致微生物死亡。反之，微生物在一定程度上也能通过自身活动，改变环境条件,以适合于它们的生存和发展。影响微生物生长的环境条件主要有物理、化学和生物因子。
为了抑制和消除微生物的有害作用，人们常采用多种物理、化学或生物学方法，来抑制或杀死微生物。常用以下术语来表示对微生物的杀灭程度。 灭菌：用物理或化学方法杀灭物体上所有的微生物（包括病原微生物和非病原微生物及细菌芽胞、霉菌孢子等），称为灭菌。 消毒：用物理或化学方法仅能杀灭物体上的病原微生物，而对非病原微生物及芽胞和孢子不一定完全杀死，称为消毒。用来消毒的药物称为消毒剂。 防腐：防止或抑制微生物生长和繁殖的方法称为防腐或抑菌。用于防腐的化学药品称为防腐剂。某些化学药物在低浓度时为防腐剂，在高浓度时则成为消毒剂。 无菌：指没有活的微生物存在。采取防止或杜绝一切微生物进入动物机体或物体的方法，称为无菌法。以无菌法操作时称为无菌操作。在进行外科手术或微生物学实验时，要求严格的无菌操作，防止微生物的污染。 不同的微生物对各种理化因子的敏感性不同，同一因素不同剂量对微生物的效应也不同，或者起灭菌作用，或者可能只起消毒或防腐作用。在了解和应用任何一种理化因素对微生物的抑制或致死作用时，还应考虑多种因素的综合效应。例如在增高温度的同时加入另一种化学药剂，则可加速对微生物的破坏作用。大肠杆菌在有酚存在的情况下，温度从30℃增至42℃时明显加快死亡；微生物的生理状态也影响理化因子的作用。营养细胞一般较孢子抗逆性差，幼龄的、代谢活跃的细胞较之老龄的、休眠的细胞易被破坏；微生物生长的培养基以及它们所处的环境对微生物遭受破坏的效应也有明显的影响。如在酸或碱中，热对微生物的破坏作用加大，培养基的粘度也影响抗菌因子的穿透能力；有机质的存在也干扰抗微生物化学因子的效应，或者由于有机物与化学药剂结合而使之失效，或者有机质覆盖于细胞表面，阻碍了化学药剂的渗入。 常见的影响微生物生长与死亡的物理、化学因素主要有： 1.温度 温度是影响微生物生长与存活的最重要环境因素之一。它对生活机体的影响表现在两方面：一方面随着温度的上升，细胞中的生物化学反应速率和生长速率加快。在一般情况下，温度每升高10℃，生化反应速率增加一倍；另一方面，机体的重要组成如蛋白质、核酸等对温度都较敏感，随着温度的增高而可能遭受不可逆的破坏。因此，只有在一定范围内，机体的代谢活动与生长繁殖才随着温度的上升而增加，当温度上升到一定程度，开始对机体产生不利影响，如再继续升高，则细胞功能急剧下降以至死亡。 就总体而言，微生物生长的温度范围较广，已知的微生物在零下12-100℃（或更高）均可生长。而每一种微生物只能在一定的温度范围内生长。各种微生物都有其生长繁殖的最低温度、最适温度、最高温度和致死温度。 最低生长温度：是指微生物进行繁殖的最低温度界限，如果低于此温度，则生长完全停止。 最适生长温度：能够使微生物迅速生长繁殖的温度叫做最适生长温度，在此温度下，微生物群体生长繁殖速度最快，代时最短。不同微生物的最适生长温度是不一样的。 最高生长温度：是指微生物生长繁殖的最高温度界限。 致死温度：最高生长温度若进一步升高，便可杀死微生物，这种致死微生物的最低温度界限即为致死温度，致死温度与处理时间有关。 根据不同微生物对温度的要求和适应能力，按其生长温度范围可分为低温微生物、中温微生物和高温微生物三类。如表所示：
低温型微生物(psychrophiles）或嗜冷微生物它们一般能在0℃或更低的温度下生长，超过20℃以上的温度将抑制它们的生长发育。其生长的温度范围为-10℃～30℃，最适温度为10℃～20℃。一般分布在高纬度的陆地和海洋中，海洋、中高纬度陆地及冷藏食品上，包括有细菌、真菌和藻类等许多类群，其中研究得较多的是藻类，如能在寒带冰河雪原表面生长的雪藻和可在极地冰块下面生长的硅藻。它们往往是造成冷冻食品腐败的主要原因。 嗜冷性微生物能在低温下生长的主要原因是因为它们有能在低温下保持活性的酶和细胞质膜类脂中的不饱和脂肪酸含量较高，因而能在低温下继续保持其半流动性和生理功能，进行活跃的物质传递，支持微生物生长。其中的酶类在30℃～40℃的情况下会很快失活 。 中温型微生物(mesophiles)生长温度范围是10～50℃,最适生长温度为20 ～40℃，可进一步分为体温型和室温型两大类。体温型绝大多数是人或温血动物的寄生或兼性寄生微生物，以35～40℃为最适温度。室温型则广泛分布于土壤、水、空气及动植物表面和体内，是自然界中种类最多、数量最大的一个温度类群，其最适温度为25～30℃。 高温型微生物(thermophiles)生长温度范围是25～80℃,以50～60℃为最适生长温度，主要分布在高温的自然环境(如火山、温泉和热带土壤表层)及堆厩肥、沼气发酵等人工高温环境中。比如堆肥在发酵过程中温度常高达60～70℃。能在55～ 70℃中生长的微生物有芽孢杆菌属、梭状芽孢杆菌属、高温放线菌属、甲烷杆菌属等，分布于温泉中的细菌，有的可在接近于100℃的高温中生长。这些耐高温的微生物，常给食品工业和发酵工业等带来损失。 2.氢离子浓度(pH) 环境中的酸碱度通常以氢离子浓度的负对数即pH值来表示。 环境中的pH值对微生物的生命活动影响很大，主要作用在于：
①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；
如在酸性环境中，乙酸能进入细胞，而在中性或碱性环境中，乙酸离子化，不能进入细胞。
②影响代谢过程中酶的活性；
③改变生长环境中营养物质的可给性以及有害物质的毒性。
在发酵工业中ｐH的变化常可以改变微生物的代谢途径并产生不同的代谢产物。例如酵母菌在ｐH4.5～6.0时发酵蔗糖产生酒精，当ｐH大于7.6时则可同时产生酒精、甘油和醋酸。又如黑曲霉在ｐH2.0 ～3.0时发酵蔗糖产生柠檬酸，当ｐH升至中性时，则产生草酸。因此调节和控制发酵液ｐH值可以改变微生物的代谢方向以获得需要的代谢产物。
每种微生物都有其最适pH值和一定的pH范围，因此环境的酸碱度对微生物生长也有重要影响。就总体而言，微生物能在ｐH1～11的范围内生长，但不同种类微生物的适应能力各异。每一种微生物都有其最适ｐH值和能适应的ｐH范围。在最适pH范围内酶活性最高，如果其他条件适合，微生物的生长速率也最高。已知大多数细菌、藻类和原生动物的最适pH为6.5-7.5，在pH 4-10之间也可以生长（即适宜范围为pH4.0～10.0；）；放线菌一般在中性至微碱性为宜即pH7.0-8.0最适合；酵母菌、霉菌等真菌则适合于pH5.0-6.0的酸性环境，但生存范围在pH1.5-10之间。有些细菌甚至可在强酸性或强碱性环境中生活。不管微生物对环境ｐH的适应性多么不同，任何生物 细胞内的ｐH值都近于中性，这就不难理解为什么胞内酶的最适ｐH要近于中性而胞外酶要近于环境了。
不同微生物对氢离子浓度的适应范围
微生物对环境中物质的代谢常也能反过来改变环境的ｐH值。如许多细菌和真菌在分解培养基质中的碳水化合物时产酸使环境变酸，另一些微生物则在分解蛋白质时产氨而使环境变碱。随着环境pH值的不断变化，微生物生长受阻，当超过最低或最高pH值时，将引起微生物的死亡。为了维持微生物生长过程中pH值的稳定，因此在配制培养基时，往往不仅需要调节ｐH值，有时还要选择适合ｐH值的缓冲液(主要是磷酸缓冲液)，或加入过量碳酸钙等方法来维持微生物生长过程中的ｐH值的相对稳定。强酸和强碱具有很强的杀菌能力，但无机酸因对人和容器的腐蚀性强而很少采用。某些有机酸如苯甲酸、乳酸等常用作防腐剂。强碱可用作杀菌剂，但由于它们的毒性大，其用途局限于对排泄物及仓库、棚舍等环境的消毒,其它如石灰常用于卫生消毒。强碱对革兰氏阴性细菌与病毒比对革兰氏阳性细菌作用强。
3.氧化还原电位
氧化还原电位(Φ)对微生物生长有明显影响。环境中Φ值与氧分压有关，也受pH的影响。pH值低时，氧化还原电位高；pH值高时，氧化还原电位低。 各种微生物生长所要求的Φ值不一样。一般好氧性微生物在Φ值＋0.1伏以上均可生长，以Φ值为＋0.3伏－＋0.4伏时为适。厌氧性微生物只能在Φ值低于＋0.1伏以下生长。兼性厌氧微生物在＋0.1伏以上时进行好氧呼吸，在＋0.1伏以下时进行发酵。 4.辐射
辐射是以电磁波的方式通过空间传递的一种能量形式。电磁波携带的能量与波长有关，波长愈短，能量愈高。不同波长的辐射对微生物生长的影响不同。它们或是离子或是电磁波。电磁辐射包括可见光、红外线、紫外线、X射线和Υ射线等。 1)可见光 可见光的波长为397～800nm，它是光能自养和光能异养  型微生物的唯一或主要能源。非光合性微生物有少数类群，如闪光须霉(Phycomycesniteus）和水玉霉（pilobolus）表现出趋光性，其孢囊梗总是向光的，它们的感光区域正处在孢囊之下，可能与孢子形成需要光有关；另一些真菌(如蘑菇和灵芝等)在子实体和色素形成时需要散射光。不同的光合微生物含有不同的光合色素，因而利用和吸收可见光的波段也各不相同。 强烈的可见光可引起微生物的死亡。这是由于光氧化作用所致。当光线被细胞内的色素吸收，在有氧时，引起一些酶或其它光敏感成分失去活性。在无氧条件下，发生光氧化作用，吸收的光不会造成细胞损伤。 在细胞悬液内，加入少量染色剂，如甲苯胺蓝、曙红或亚甲基蓝等，经过这些染料处理的细胞，对可见光产生高度敏感性，在可见光下照射几分钟后，即可引起菌体死亡，而在黑暗中它们仍可以继续生长。在低浓度染色剂中可见光对细菌的破坏作用称为光动力作用，其原因是染色剂诱使细胞吸收可见光中某些波长的光线而导致细胞死亡。 2)紫外线(UV)
紫外辐射:紫外线的波长范围是136～397nm，系非电离辐射。紫外线有较强的杀菌和诱变作用，其最强作用波段为265～266nm，这也是核酸的最大吸收峰波段。紫外辐射对微生物有明显的致死作用，是强杀菌剂，紫外杀菌灯管在医疗卫生和无菌操作中广泛应用。紫外线的主要作用: 使细胞核酸和原生质发生光化学反应，导致相邻的胸腺嘧啶(T)形成二聚体，形成嘧啶水合物和使DNA发生断裂和交联，从而干扰核酸的复制。进而导致微生物的变异和死亡。紫外线的作用效果也取决于微生物类群、生理状态和照射剂量。一般多倍体、有色细胞、干燥细胞、分生孢子或芽孢比单倍体、无色细胞、湿细胞和营养细胞的抗性要强。紫外线的穿透能力很弱，多用作空气或器皿的表面灭菌及微生物育种的诱变剂。在照射后为避免发生光复活现象，紫外线照射及随之要进行的分离培养工作应在黑暗条件下进行。 3)电离辐射
电离辐射:包括X射线、α射线、β射线和γ射线等。在足够剂量时，对各种细菌均有致死作用。它们的共同特点是波长短、能量大，能使被照射的物质分子发生电离作用产生自由基，自由基能与细胞内的大分子化合物作用使之变性失活。α射线是带正电的氦核流，有很强的电离作用，但穿透能力很弱。β射线是带负电荷的电子流，穿透力虽大，但电离辐射作用弱。放射性同位素60Co能产生γ射线杀菌，可用于不耐热食品、塑料制品及草炭吸附剂等的灭菌。 5.干燥 水分是微生物的正常生命活动必不可少的。干燥会导致细胞失水而造成代谢停止以至死亡。微生物的种类，环境条件，干燥的程度等均影响干燥对微生物的效果。休眠孢子抗干燥能力也很强，在干燥条件下可长期不死，这一特性已用于菌种保藏，如用砂土管来保藏有孢子的菌种。在日常生活中也常用烘干、晒干和熏干等方法来保存食物。 6.渗透压
水或其他溶剂经过半透性膜而进行扩散的现象就是渗透。在渗透时溶剂通过半透性膜时的压力即谓渗透压。其大小与溶液浓度成正比。 微生物细胞通常具有比环境高的渗透压，因而很容易  从环境中吸收水分。除极端的生态条件以外，适合于微生物生长的渗透压范围较广，而且它们往往对渗透压有一定的适应能力。突然改变渗透压会使微生物失去活性，逐渐改变渗透压，微生物常能适应这种改变。低渗溶液除能破坏去壁的细胞原生质体的稳定性以外，一般不对微生物的生存带来威胁。对一般微生物来说，它们的细胞若置于高渗溶液中，高渗环境会使细胞原生质脱水而发生质壁分离，因而能抑制大多数微生物的生长,甚至使细胞不能生长而死亡。这一原则也使我们可以在食品加工和日常生活中用高浓度的盐或糖来加工蔬菜、肉类和水果等。常用的食盐浓度为10％～15％，蔗糖为50％～70％。某些微生物能在高渗透压环境中生活，称为耐高渗微生物(osmophiles），如海洋微生物需要培养基中有3.5％的NａCl，某些极端嗜盐细菌能耐15％～30％的高盐环境。虽然自然界没有高糖的天然环境，但少数霉菌和酵母菌能在60％～80%的糖液或蜜饯食品上生长。相反，若将微生物置于低渗溶液或水中，外环境中的水将从溶液进入细胞内引起细胞膨胀，甚至使细胞破裂。由于一般微生物不能耐受高渗透压，所以日常生活中常用高浓度的盐或糖保存食物，如腌渍蔬菜、肉类及蜜饯等。 7.超声波
超声波是振动频率超过2万Hz的声波。超声波具有强烈的生物学作用。超声波的作用是通过强烈的振动使细胞破裂，所以几乎所有的微生物都能受其破坏，致使细胞内含物外泄而死亡。超声波的破碎效果与处理功率、频率、次数、时间、微生物类型、细胞大小、形状数量及其生理状态等因素均有关系。一般球菌的抗性比杆菌强，病毒由于颗粒小结构简单，对超声波也有较强的抗性。芽孢的抗逆性强，几乎不受超声波处理的影响。在实验和研究工作中我们常用超声波来破碎细胞以分离细胞成分或用于免疫化学研究，由于超声波处理的同时会产生大量的热，为防止细胞蛋白质等成分的变性，超声波处理一般应在冰浴上进行,并作短时间的多次处理。 8.重金属及其化合物 一些重金属离子是微生物细胞的组成成分，当培养基中这些重金属离子浓度低时，对微生物生长有促进作用，反之会产生毒害作用；也有些重金属离子的存在，不管浓度大小，对微生物的生长均会产生有害或致死作用。因此，大多数重金属及其化合物都是有效的杀菌剂或防腐剂。其作用最强的是Hg、Ag和Cu。如：二氯化汞又名升汞，是杀菌力极强的消毒剂。0.1-1%浓度的硝酸银常用于皮肤的消毒。 9.有机化合物
对微生物具有有害效应的有机化合物种类很多，其中酚、醇、醛等能使蛋白质变性，是常用的杀菌剂。 酚：酚又名石炭酸。它们对细菌的有害作用可能主要是使蛋白质变性，同时又有表面活性的作用，破坏细胞膜的透性，使细胞内含物外溢。当浓度高时是致死因子，反之则起抑菌作用。 甲酚是酚的衍生物。杀菌力比酚强几倍。甲酚在水中的溶解度较低，但在皂液与碱性溶液中易形成乳液。市售的消毒剂煤酚皂液（来苏尔）就是甲酚与肥皂的混合液，常用3-5%的溶液来消毒皮肤、桌面及用具等。 醇：它是脱水剂、蛋白质变性剂，也是脂溶剂，可使蛋白质脱水、变性，损害细胞膜而具杀菌能力。乙醇是普遍使用的消毒剂，常用于实验室内的玻棒、玻片及其他用具的消毒。50-70％的乙醇便可杀死营养细胞；70%的乙醇杀菌效果最好，超过70%以至无水酒精效果较差。 甲醛：甲醛也是一种常用的杀细菌与杀真菌剂，效果良好。纯甲醛为气体状，可溶于水，市售的福尔马林溶液就是37-40％的甲醛水溶液。 10.卤族元素及其化合物
碘：是强杀菌剂。3-7%碘溶于70-83%的乙醇中配制成碘酊，是皮肤及小伤口有效的消毒剂。碘一般都作外用药。 氯气或氯化物：这是一类最广泛应用的消毒剂。 氯气一般用于饮水的消毒，次氯酸盐等常用作食品加工过程中的消毒。氯气和氯化物的杀菌机制，是氯与水结合产生了次氯酸(HClO)，次氯酸易分解产生新生态氧，这是一种强氧化剂，对微生物起破坏用。 11.表面活性剂
具有降低表面张力效应的物质称为表面活性剂。这类物质加入培养基中，可影响微生物细胞的生长与分裂。如肥皂、漂白粉、洗衣粉等。 12.染料
染料，特别是碱性染料，在低浓度下可抑制细菌生长。由于这些染料具有选择性抑菌的特点，故常在培养基中加入低浓度的染料配制成选择培养基。例如：碱性三苯甲烷染料，包括孔雀绿、亮绿、结晶紫等，对革兰氏阳性菌有很强的抑制作用。 13．化学疗剂
能直接干扰病原微生物的生长繁殖并可用于治疗感染性疾病的化学药物即为化学疗剂。它能选择性地作用于病原微生物新陈代谢的某个环节，使其生长受到抑制或致死。但对人体细胞毒性较小，故常用于口服或注射。化学疗剂种类很多，按其作用与性质又分为抗代谢物和抗生素等。 附录：关于化学杀菌剂和抑菌剂
这里主要讨论人们为了控制微生物生长而筛选或合成的一类能抑制或杀死微生物的无机和有机化合物。其中通过破坏微生物细胞结构或代谢机能而杀死微生物的化学药剂称为杀菌剂；另一类不破坏细胞结构而只干扰新细胞物质合成和微生物生长繁殖的化学药剂称为抑菌剂。 1.化学药剂杀菌作用的一般规律 多种不同的化学药剂对微生物只在高浓度下起杀菌作用，低浓度则为抑菌作用，极低浓度时则失去作用甚至表现为刺激作用。实际测定表明化学药剂对微生物的作用取决于药剂浓度、处理时间和微生物对药物的敏感性。它们之间的关系可用下式来表示： C×N×t＝K或 logｔ＝logK－LogC×N 式中：C为药剂浓度;ｔ为作用时间;N为浓度系数;K为一常数。
浓度系数N主要取决于药剂的性质和抑菌的浓度范围，N值愈小，则表明该药剂的有效作用浓度范围愈大，反之，若N值愈大，则作用浓度范围愈小。K值则反映微生物对药剂的  敏感性，K值愈小表示微生物对该药剂愈敏感。优良的化学药剂应具有以下性质：①作用迅速；②抑菌或杀菌范围广；③对应用对象有较强的穿透能力；④易与水混合并形成稳定的溶液或溶胶；⑤其杀菌效力不受应用对象表面有机物质的干扰；⑥不受光、热及其它不良气候条件的影响；⑦不对应用对象产生染色、腐蚀或破坏等有害作用；⑧安全、经济，无异味并易于包装运输等。 研究表明化学药剂对微生物的作用主要表现为3个方面：①破坏细胞结构，如苯酚和乙醇等；②干扰细胞的能量代谢，如重金属、一氧化碳和氰化物等；③干扰细胞物质的合成，如磺胺、氨基酸和核苷酸类似物等。
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