实验六 环境因素对微生物生长的影响
一、 实验目的：
（1） 掌握物理因素、化学因素、生物因素对微生物生长的影响的原理。
（2） 掌握微生物的接种方法。
二、 实验原理：
微生物的生命活动是由其细胞内外一系列物化环境系统统一体所构成的，除营养条件外，影响微生物生长的环境因素，包括物理因素、化学因素和生物因素对微生物的生长繁殖、生理生化过程均能产生很大影响，总之一切不良的环境条件均能使微生物的生长受抑制，甚至导致菌体死亡。物理因素如温度，渗透压，紫外线等，对微生物的生长繁殖新陈代谢过程产生重大影响，甚至导致菌体的死亡。不同的微生物生长繁殖所需要的最适温度不同，根据微生物生长的最适温度的范围，分为高温菌，中温菌和低温菌。自然界中绝大多数微生物中属于中温菌。不同的微生物对高温的抵抗力不同，芽孢杆菌的芽孢对高温有较强的抵抗能力。渗透压对微生物的生长有重大的影响。等渗溶液适合微生物的生长，高渗溶液可使微生物细胞脱水发生质壁分离，而低渗溶液则会使细胞吸水膨胀，甚至可能使细胞破裂。紫外线主要作用于细胞内的DNA，使同一条链的DNA相邻嘧啶间形成的腺嘧啶二聚体。引起双链结构的扭曲变形，阻碍剪辑的正常配对，从而抑制DNA的复制，轻则使微生物发生突变，重则造成微生物的死亡。紫外线照射的量与所用紫外灯光的功率、照射距离和照射时间有关。紫外线光灯照射距离固定、照射的时间越长，则照射剂量越高。紫外线透过物质的能力弱，一层纸足以挡住紫外线的透过。
环境因素中的化学因素和生物因素，如化学药品、PH、氧、微生物间的拮抗作用和噬菌体，对微生物的生长有不同的影响化学药品中的抑菌剂或杀菌剂，有抑菌作用或杀菌作用。本实验选数种常用的药物，以实验其抑菌效能和同一药物对不同的抑制效力。微生物作为一个群体，其生长的PH范围很广，但绝大多数种类都在PH5~9之间，而每种微生物都有生长的最高、最低和最适PH。根据微生物对氧的需求，可把微生物分为需氧微生物和厌氧微生物量大类。在半固体深层培养基管中，穿刺接种上述对氧需求不同的细菌，适温培养后，各类细菌在半固体深层培养基中的生长情况各有不同。需氧微生物生长在表面厌氧微生物生长在培养基广的底部，兼性微生物按照其好氧的程度生长在培养基的不同深度。
微生物的研究及其对人类的影响
微生物是指生物体积小到人眼无法观察的生物，是一些单细胞或多细胞的生命体，包括了细菌、真菌、病毒、原生生物等，在自然界中广泛分布。微生物的研究一直都是科学家们的一个热点，因为微生物的存在，不仅对环境的影响极大，对人类的影响也是非常巨大的。
一、微生物对人类的影响
1、保护人类健康
微生物不仅是疾病的罪魁祸首，同时也是许多疾病的治疗之道。我们都知道，抗生素是一种强有力的杀菌剂，它可以有效地杀死引起感染的细菌，但是，一旦过度使用，就会引起微生物菌群失衡，进而导致各种问题，如肠道微生物扰动、肺内湿肺等。另一方面，制造发酵食品如酸奶、酒、面包、醋等的微生物，也能够帮助人体消化，保护肠道健康。
2、改善环境
微生物的研究也对环境保护产生了重要的影响。微生物能够分解污染物和有毒有害物质，揭示微生物生殖和代谢的转化规律，为地质勘探和控制污染提供了重要依据。微生物发酵产品的制造、堆肥、土壤修复等应用领域的推广也能够达到环境改善的效果。
3、产业与技术发展
生物工程是微生物研究的一部分。随着现代科学技术的发展，生物工程逐渐成为了支撑现代产业与生活发展的重要产业之一。利用基因工程技术改良菌种，生物工程技术正在推动食品、饮料、医药、能源等产业的快速发展。微生物也可以作为化工产品的重要产物，比如某些细菌可生产抗生素和饲料，真菌可用于酿酒、制药等行业。
二、微生物研究的不断深入
1、微生物进化的研究
微生物在自然界中的进化规律，对了解微生物群落的分布、演化以及生态系统的稳定等方面都尤为重要。现代分子生物学技术已经广泛应用于微生物进化学的研究，微生物遗传发育进化领域的相关成果不断涌现，最新的研究甚至正在寻找微生物类群的根源，为解开生命演化之谜提供了强有力的证据。
2、微生物群落研究
随着整合数学、生态学和生物统计等多样化学科的融合，对微生物群落的研究也逐渐深入。研究发现，微生物群落对于人类健康与疾病具有直接影响。一些肠道疾病与慢性疾病，如炎症性肠病、哮喘、自闭症、肥胖症等，都与肠道微生物群落的变化有关。
细菌生长的影响因素
一、营养
细菌是需要食物和水来维持其生命过程的活的生物体。
营养必须存在于溶液中，才能输送到细胞中。所以，水是必不可少的。细菌也需要碳、氮、硫、铁、矿物质和磷等“食物”来源，才能生长和繁殖。
二、温度
另一个影响细菌生长的基本因素是温度。微生物可在一个很大的温度范围内生长。但是大多数细菌生长的最适温度介于-10°C至90°C之间。需要记住以下要点：
典型的情况是，温度越高（在正常的生长范围内），生物体生长的速度越快。在公共卫生方面令人担忧的大多数微生物都是嗜温微生物。嗜温微生物是在正常的人体温度下能够生长的生物体。
最适宜温度
微生物可根据它们生长的最适宜温度范围划分为如下四个组（见下表）：在高温下生长的嗜热微生物；在室温或接近室温下生长的嗜温微生物；在冷冻温度下也能够生长的耐冷微生物（尽管它们的最适宜生长温度是在嗜温范围内）；在冷冻或接近冷冻温度下生长的嗜冷微生物。
三、水分活度
水分活度指生长微生物的食品或其它基质（或基础）中获得水的可能性。纯净水的水分活度为1.0。
可将水分活度看作获得水的可能性。水分子在纯净水中的活动方向并非整齐划一，并且随时可供微生物使用。当您加入像盐和糖这样的物质时，水分子的活动方向指向添加的物质，整个溶液的属性发生变化。水受束缚，可供微生物使用的水变少。
最适宜水分活度
当水分活度在0.85或以下时，大多数细菌不会生长。水分活度在0.85以下的食品有干果、谷类产品、果酱和果冻、加入大量盐的鱼类、糖果、蜂蜜、面条和浓缩牛奶。
问题1：当一个种群迁移到一个新的环境，各种生态因素发生了改变，种群会表现怎样的增长规律？为什么？如果换成一个在一个密闭容器内培养的微生物群体，会表现出怎样的生长规律？受哪些因素的影响？试从下表列出的7个方面进行分析。
问题2：种群适应了新的环境后，各种条件较宽裕，几乎不存在生存斗争，种群会出现一个快速增长期，种群数量可以用NK=N0X2K计算。微生物群体会有这样一个时期吗？受哪些因素的影响？试从下表列出的7个方面进行分析。
问题3：经过迅速增长期，种群密度已经变大，生存斗争渐趋激烈，增长速度渐缓且趋于平衡。密闭容器内的微生物群体在对应的时期会受哪些因素的影响？有种间斗争发生吗？会有怎样的规律？试从下表列出的7个方面进行分析。
问题4：自然生态系统中的高等生物种群数量趋于平衡后，为什么会长时间的保持数量上的稳定？密闭容器内的微生物群体能长时间的保持数量上的稳定吗？为什么？有怎样的规律？试从下表列出的7个方面进行分析。
项目 调整期 对数期 稳定期 衰亡期
时间 接种----细菌开始快速分裂 细菌开始快速分裂------细菌群体数目稳定 细菌群体数目稳定-------细菌群体数目开始减少 细菌群体数目急剧减少----------细菌种群消亡
生长速率 为0，细胞数目几乎不变 最大，细胞数目以等比数列的形式增加，可以用用NK=N0X2K来描述 为0，繁殖速率等于死亡速率，细胞数目动态平衡，活细菌数目达到最高峰 死亡速率超过繁殖速率，培养基中细菌群体的活细胞数目下降
细胞的形态结构 细菌细胞体积增长较快 形态特征最为稳定 某些产芽孢细菌在这个时期开始产生芽孢 细胞出现多种形态，甚至畸形
细胞的生理特点 细菌代谢活跃，大量合成细胞分裂所需的酶类、ATP以及其他细胞成分，处级代谢产物大量合成 细菌生理特征比较稳定，代谢旺盛 细菌细胞内开始大量积累代谢产物，特别是次级代谢产物 有些细菌细胞开始解体，释放出代谢产物
