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行業(yè)新聞
微生物種類(lèi)及其特性
作者:寧波賽弗克林新材料有限公司 | 發(fā)布時(shí)間:2021-11-15 | 載入中...

一,微生物的種類(lèi):

微生物一詞不是生物分類(lèi)學(xué)上的專(zhuān)有名稱(chēng),而是指一群體形微小、構(gòu)造簡(jiǎn)單、必須借助光學(xué)顯微鏡甚至電子顯微鏡才能觀察到的低等生物的統(tǒng)稱(chēng)。微生物類(lèi)群十分復(fù)雜,其中包括不具備細(xì)胞結(jié)構(gòu)的病毒、類(lèi)病毒,原核單細(xì)胞的細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌、放線(xiàn)菌、支原體、立克次氏體、衣原體,具有真核細(xì)胞的酵母菌、霉菌、草菌、單細(xì)胞藻類(lèi)和原生動(dòng)物等。而與工業(yè)產(chǎn)品腐變、霉變有關(guān),造成工業(yè)災(zāi)害的微生物是細(xì)菌、放線(xiàn)菌、酵母菌和霉菌四大類(lèi)。

1.細(xì)菌

細(xì)菌有球狀、桿狀、螺旋狀三種基本形態(tài),分別稱(chēng)為球菌、桿菌和螺旋菌。經(jīng)革蘭氏染色液染色后,細(xì)菌可區(qū)分成兩大類(lèi),分別為革蘭氏陽(yáng)性菌和革蘭氏陰性菌,在顯微鏡下觀察革蘭氏陽(yáng)性菌為紫色,革蘭氏陰性菌為紅色。細(xì)菌的繁殖方式主要為裂殖。裂殖是指由一個(gè)細(xì)胞通過(guò)分裂而形成兩個(gè)大小基本相等的單獨(dú)的子細(xì)胞的過(guò)程。一個(gè)細(xì)苗細(xì)胞在幾十分鐘至1~2h分裂一次。

2.放線(xiàn)菌

放線(xiàn)菌是一類(lèi)主要呈菌絲狀生長(zhǎng)和以孢子繁殖的原核微生物,主要通過(guò)無(wú)性孢子(如凝聚孢子、橫隔孢子)方式進(jìn)行繁殖。放線(xiàn)菌分布于自然界,大部分是腐生菌,少數(shù)是寄生菌,是介于細(xì)菌和絲狀真菌之間的一類(lèi)微生物。

3.酵母菌

酵母菌是一個(gè)通俗名稱(chēng),一般泛指能發(fā)酵糖類(lèi)的單細(xì)胞真菌。酵母菌的菌落形態(tài)和細(xì)菌菌落相似,但菌落一般較大。 其繁殖有無(wú)性繁殖和有性繁殖,包括芽殖、裂殖、產(chǎn)生孢子的繁殖三種。酵母菌能發(fā)酵醇糖類(lèi)產(chǎn)能,常生活在含糖量較高、酸度較大的水生環(huán)境中。

4.霉菌

霉菌是絲狀真菌的個(gè)俗稱(chēng),通常指那些菌絲體發(fā)達(dá)又不產(chǎn)生大型肉質(zhì)子實(shí)體結(jié)構(gòu)的真菌。霉菌在固體培養(yǎng)基上長(zhǎng)成絨毛狀或棉絮狀的菌絲體,在潮濕的環(huán)境中,它們大量生長(zhǎng)繁殖,并能引起各種材料和產(chǎn)品霉變。霉菌主要依靠各種孢子進(jìn)行繁殖,在自然界分布極廣,種類(lèi)繁多。

 

二,微生物特點(diǎn):

微生物的種類(lèi)龐雜,形態(tài)結(jié)構(gòu)差異很大,但它們具有以下特點(diǎn):

個(gè)體微小、 比表面積大

微生物的大小用微米甚至納米來(lái)表示,而病毒的大小不能用普通光學(xué)顯微鏡觀察,因?yàn)槠胀ü鈱W(xué)顯微鏡無(wú)法分辨小于0.21μm的物體。物體的體積越小,其比表面積越大,如大腸桿菌的比表面積為人體的30萬(wàn)倍,因此,微生物是一個(gè)小體積大面積系統(tǒng),必然有一個(gè)巨大的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收面、代謝廢物的排泄面和環(huán)境信息的交換面,并由此而產(chǎn)生其余4個(gè)共性。

1,吸收多、轉(zhuǎn)化快

大腸桿菌在1h內(nèi)可分解其自重1000~10000倍的乳糖,產(chǎn)朊假絲醉母合成蛋白質(zhì)的能力比大豆強(qiáng)100倍,這個(gè)特性為微生物的高速生長(zhǎng)繁殖和合成大量代謝產(chǎn)物提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ),從而使微生物能在自然界和人類(lèi)實(shí)踐中更好地發(fā)揮其超小型“活的工廠的作用。

2,生長(zhǎng)旺、繁殖快

微生物具有極高的生長(zhǎng)和繁殖速度。如大腸桿菌在合適的生長(zhǎng)條件下,細(xì)胞分裂1次只需12.5~20min。如按20min分裂一次計(jì),則1h可分裂3次,每晝夜可分裂72次,則一個(gè)大腸桿菌可產(chǎn)生4.7x10(22次方)個(gè)后代,總重約4000t ,但事實(shí)上,由于營(yíng)養(yǎng)、空間和代謝產(chǎn)物等條件的限制,微生物的幾何級(jí)數(shù)分裂速度只能維持?jǐn)?shù)小時(shí),因而在液體培養(yǎng)基中,細(xì)菌細(xì)胞的濃度一般只達(dá)109 ~ 1010個(gè)/mL,由此可知微生物的繁殖速度驚人。

微生物生長(zhǎng)旺、繁殖快的特性給生物基本理論和研究也帶來(lái)極大的優(yōu)越性,一方面它使科學(xué)研究周期很大縮短、空間減少、經(jīng)費(fèi)降低、效率提高;另一方面,若是一些危害人、畜和農(nóng)作物的病原微生物或會(huì)使物品w腐變質(zhì)的有害微生物,這一特性就會(huì)給人類(lèi)帶來(lái)極大的損失或危害,必須認(rèn)真研究對(duì)待。

3,適應(yīng)性強(qiáng)、易變異

微生物具有極其靈活的適應(yīng)性或代謝調(diào)節(jié)機(jī)制,微生物對(duì)環(huán)境條件尤其是地球上那些惡劣的極端環(huán)境,例如高溫、高酸、高鹽、高輻射、高壓、低溫、高堿、高毒等的適應(yīng)力。微生物個(gè)體一般都是單細(xì)胞、簡(jiǎn)單多細(xì)胞甚至是非細(xì)胞的,它們通常都是單倍體,加之具有繁殖快、數(shù)量多以及與外界環(huán)境直接接觸等特點(diǎn),因而即使其變異頻率十分低,也可在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生出大量變異的后代。有益的變異可為人類(lèi)創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,如產(chǎn)青霉素的產(chǎn)黃青霉,每毫升初始發(fā)酵液只分泌約20U的青霉素,至今早已超過(guò)5X104U了;有害的變異如霉腐微生物產(chǎn)生耐藥菌,則會(huì)帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)損失;病原微生物變異則可使原本已得到控制的相應(yīng)傳染病無(wú)藥可治。

4,分布廣、種類(lèi)多

微生物因其體積小、重量輕和數(shù)量多等原因,可以到處傳播甚至達(dá)到“無(wú)孔不人”的地步,只要條件合適,它們就會(huì)“隨遇而安”。不論在動(dòng)、植物體內(nèi)外,還是土壤、河流、空氣、平原、高原、深海、污水、垃圾、海底淤泥、冰川、鹽湖、沙漠,甚至油井、酸性礦水和巖層下,都有大量的各類(lèi)微生物在活動(dòng)著。

據(jù)估計(jì),微生物總數(shù)在600萬(wàn)種左右,其中記載過(guò)的只約20萬(wàn)種。微生物種類(lèi)眾多,其生理代謝類(lèi)型、代謝產(chǎn)物、遺傳基因型和生態(tài)類(lèi)型具有多樣性,因此產(chǎn)生了極端微生物即嗜極菌,它們可在極熱、極冷、極酸、極堿、極鹽、極壓和極旱等極端環(huán)境中生活。

 

三,微生物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)要求

微生物同其他生物一樣, 在生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中需要從外界吸取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),通過(guò)新陳代謝作用,從中獲取能量,并合成新的細(xì)胞物質(zhì),同時(shí)把體內(nèi)廢物排出體外。因此,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是微生物生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

微生物細(xì)胞 物質(zhì)的分析

對(duì)各類(lèi)微生物進(jìn)行分析,微生物的化學(xué)成分和有機(jī)物見(jiàn)表1、表2.

 

 

表1微生物細(xì)胞物質(zhì)主要成分

 

成分

細(xì)菌/%

酵母菌/%

霉菌/%

75~85

70~85

85~90

45~55

45~55

45~55

 

8

7

7

20

31

40

15

12

5

3

1

碳氮比值(C/N)  1/6

1/6

1/6

1/10

 

2  各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在微生物細(xì)胞中形成的主要有機(jī)物及其含量

有機(jī)物

細(xì)菌/%

酵母菌/%

霉菌/%

蛋白質(zhì)

50~80

32~75

 14~52

核酸

10~20

6~8  

1

糖類(lèi)

12~28

27~63

7~40

脂類(lèi)

5~20

2~15

4~40

 

 

四,微生物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì):

(1)水分   水是微生物生長(zhǎng)所必不可少的,微生物離開(kāi)水就不能進(jìn)行生命活動(dòng)。

(2) 碳源  自養(yǎng)型微生物不需要外界供給有機(jī)碳素化合物,它們以CO2作為主要的碳源,異養(yǎng)型微生物以各種有機(jī)碳素化合物作為碳源和能源。常用的有機(jī)碳素化合物主要有單糖、多糖、有機(jī)酸、醇類(lèi)、脂類(lèi)等。氨基酸除供給氮源外,還能提供碳源。

(3) 氮源   許多微生物除利用有機(jī)氮素化合物外,也能利用無(wú)機(jī)氮素化合物作為氮源。在無(wú)機(jī)氮素化合物中硝酸鹽和銨鹽比較常用,如硝酸鉀、硫酸銨、尿素等。

(4)生長(zhǎng)因子 微生物生長(zhǎng)所不可缺少的微量有機(jī)物質(zhì)稱(chēng)生長(zhǎng)因子(生長(zhǎng)素)。包括各種氨基酸、嘌呤、嘧啶和維生素。

(5) 無(wú)機(jī)鹽  包括主要元素和微量元素兩類(lèi)。主要元素有磷、鎂、鉀、鈣等。

微生物與環(huán)境因素的關(guān)系

微生物除了需要營(yíng)養(yǎng)外,還需要合適的環(huán)境(如溫度、pH值、氧氣、滲透壓、氧化還原電位等)才能生存。如果環(huán)境條件不合適,會(huì)影響微生物的生命活動(dòng),甚至引起變異或死亡?,F(xiàn)將微生物群體生長(zhǎng)需要的環(huán)境因素及其影響作一概述。

微生物與溫度的關(guān)系

任何微生物只能在一定的溫度范圍內(nèi)生存,在適宜的溫度范圍內(nèi)微生物能大量生長(zhǎng)繁殖。根據(jù)微生物對(duì)溫度的不同反應(yīng)可分為嗜冷、兼性嗜冷、嗜溫、嗜熱和超嗜熱(或極端嗜熱)5種類(lèi)型。它們都有各自的至低、較適和至高生長(zhǎng)溫度范圍。

 

五,微生物生長(zhǎng)的溫度范圍(見(jiàn)表3):

 

3

微生物

生長(zhǎng)溫度/C

 

至低

適合

至高

嗜冷微生物(psychrophile)

0以下

15

20

兼性嗜冷微生物(facultative psychrophile)

0

20~30

35

嗜溫微生物(mesophile)

15~20

20~45

45

嗜熱微生物( thermophile

45

55~65

70~80

超嗜熱或極端嗜熱微生物(hyperthermophile)

6

80~90

100以上

 

 

原生動(dòng)物的較適溫度一般為16~25℃,工業(yè)廢水生物處理過(guò)程中的原生動(dòng)物的較適溫度為30°C左右,其至高溫度在37~43C,少數(shù)可在60°C中生存。大多數(shù)放線(xiàn)菌的較適溫度為23~27°C,其高溫類(lèi)型在50~65C生長(zhǎng)良好,有的放線(xiàn)菌在20C以下的溫度中也可生長(zhǎng)。霉菌生長(zhǎng)與溫度的關(guān)系和放線(xiàn)菌差不多。在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)放線(xiàn)菌、霉菌和酵母菌多采用的溫度為28~32°C。藻類(lèi)的至適溫度多數(shù)在28~30℃。

下面列出了不同微生物生長(zhǎng)溫度的一些典型例子。溫度的變化都會(huì)對(duì)每種類(lèi)型微生物的代謝過(guò)程產(chǎn)生影響,微生物的生長(zhǎng)速率會(huì)發(fā)生改變,以適應(yīng)溫度的變化。

見(jiàn)表4

 

4   幾種微生物的3種生長(zhǎng)溫度

類(lèi)型

生長(zhǎng)溫度/C

 

至低

適中

至高

嗜冷芽孢桿菌

-10

23~24

28~ 30

嗜冷微球菌

-4

10

24

糞腸球菌

0

37

44

大腸桿菌

10~20

37

45

水生嗜熱菌

40

70~72

79

隱蔽熱網(wǎng)菌

82

105

110

釀酒酵母

1~3

28

40

微小毛霉

21~23

45~50

50~58

                                    

                   

微生物能夠較快生長(zhǎng)的溫度叫作至適溫度,能夠生長(zhǎng)的至低或至高溫度,分別叫作至低溫度和至高溫度。低于至低溫度微生物停止生長(zhǎng),超過(guò)至高溫度微生物則會(huì)死亡,超過(guò)至高溫度基點(diǎn)愈高,微生物死亡愈快。一般無(wú)芽孢桿菌在60℃時(shí)30min 致死,70℃時(shí)10~15min死亡,在80~ 100°情況下,幾分鐘全部無(wú)芽孢微生物都會(huì)死亡。芽孢較耐高溫,但各種微生物產(chǎn)生的芽孢耐高溫的程度不同。在100℃情況下,有的幾分鐘內(nèi)死亡,有的能在沸水內(nèi)2h也不致死。芽孢比菌體耐高溫的原因可能是芽孢內(nèi)結(jié)合水含量較高。

微生物對(duì)低溫抗力較強(qiáng)。低于生長(zhǎng)至低溫度般只能抑制其生長(zhǎng), 很少有殺死作用。如酵母菌細(xì)胞可在130°C 下經(jīng)24h不死亡,細(xì)菌芽孢和霉菌孢子可在-190℃下存活半年。因此.根據(jù)做生物對(duì)低溫的抵抗能力,在實(shí)踐中常用低溫保存菌種。

六,微生物與pH值的關(guān)系

微生物的生命活動(dòng)、物質(zhì)代謝與pH值密切相關(guān)。不同的微生物要求不同的陽(yáng)值。大多數(shù)細(xì)菌、藻類(lèi)和原生動(dòng)物的至適pH值為4.5~6.5.它們對(duì)pH值的適應(yīng)范圍為4.0~10.0。細(xì)菌大多數(shù)要求中性或堿性。也有細(xì)菌如氧化硫桿菌,喜歡在酸性環(huán)境中生活,它的比較適合pH值為3.0,亦可在pH值為1.5的環(huán)境中生活。放線(xiàn)菌在中性和偏堿性環(huán)境中生長(zhǎng),以pH值7.0~8.0至適宜。酵母菌和霉菌要求在酸性或偏酸性的環(huán)境中生活,適pH值范圍為5.0~6.0,其生長(zhǎng)極限pH值為1.5~9.0。如表5:

 

5

微生物生長(zhǎng)pH值

微生物種類(lèi)

pH

pH

pH

放線(xiàn)菌

5.0

7.0~8.0

10.0

酵母菌

3.0

 5.0~6.0

8.0

霉菌 

1.5

5.0~6.0

9.0

 金黃色葡萄球菌

4.2

7.0~7.6

9.3

大腸桿菌

4.3

6.0~8.0

9.5

 

 

氫離子濃度對(duì)微生物生命活動(dòng)的影響,是由于氫離子濃度影響細(xì)胞原生質(zhì)膜的電荷,從而影響對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收,還影響代謝過(guò)程中酶的活動(dòng)。微生物在生長(zhǎng)過(guò)程中也可以改變環(huán)境的pH值。如乳酸菌分解葡萄糖產(chǎn)生乳酸,pH值降低;尿素細(xì)菌水解尿素產(chǎn)生氨,使培養(yǎng)液pH值發(fā)生較大變化。如在培養(yǎng)基中加人碳酸鈣(1%~5%), 可以不斷中和產(chǎn)生的酸,對(duì)pH值變化起緩沖作用。磷酸鹽、醋酸鹽、碳酸鹽,以及有機(jī)物中的蛋白質(zhì)、蛋白胨和氨基酸都有緩沖作用。在培養(yǎng)微生物的過(guò)程中,控制pH值不但可以保證微生物很好地生長(zhǎng),而且可以防止雜菌污染。例如石油脫蠟酵母菌,在pH值高于5.0時(shí),不但酵母菌體變形、變小、變黑,而且沾染雜菌; pH值低于3.0時(shí),酵母菌不生長(zhǎng)而且自溶; pH 值在5.0~6.0時(shí),酵母菌生長(zhǎng)得好且不易染雜菌。有時(shí)不同的生長(zhǎng)階段要求不同的pH值。如丙酮丁醇發(fā)酵初期,pH

值為5.5~7.0時(shí),菌體生長(zhǎng)快;后期pH值為4.3~5.3時(shí),產(chǎn)物增多??捎盟犷?lèi)或堿類(lèi)物質(zhì),改變環(huán)境的pH值,來(lái)達(dá)到抑制或殺死非腐微生物的目的。

 微生物與氧的關(guān)系

根據(jù)氧與微生物生長(zhǎng)的關(guān)系可將微生物分為好氧、微好氧、耐氧厭氧、兼性厭氧和專(zhuān)性厭氧5種類(lèi)型。

 

 

七,微生物與氧的關(guān)系(表6)

 

6

微生物類(lèi)型

適生長(zhǎng)的O2的體積分?jǐn)?shù)

好氧菌(aerobe)

20%

微好氧菌(micronerophile)

2%~10%

耐氧厭氧菌(aerotolerent anaerobe)

2%以下

兼性厭氧菌(facultative anaerobe)

有氧或無(wú)氧

專(zhuān)性厭氧菌(obligate anaerobe)

不需要氧,有氧時(shí)死亡

 

 

好氧菌通常不能通過(guò)發(fā)酵作用產(chǎn)生能量,因而在缺氧的環(huán)境中完全不能生長(zhǎng)。多種細(xì)菌、大多數(shù)真菌、藻類(lèi)和原生動(dòng)物屬好氧微生物。兼性厭氧菌能夠通過(guò)氧化磷酸化作用或通過(guò)發(fā)酵獲得能量,并且不需要分子氧來(lái)進(jìn)行生物合成。兼性厭氧微生物包括多種細(xì)菌、一些真菌和原生動(dòng)物。

厭氧微生物通常缺乏把電子傳遞給分子氧的終端細(xì)胞色素,因而它們?cè)谶M(jìn)行電子傳遞磷酸化時(shí)不能以分子氧作為至終電子受體。厭氧微生物還可以分為耐氧微生物和專(zhuān)性厭氧微生物。耐氧微生物不能利用分子氧,但分子氧的存在對(duì)它們無(wú)作用;專(zhuān)性厭氧微生物不僅不能利用分子氧,而且分子氧存在對(duì)它們還有害(抑制其生長(zhǎng),甚至導(dǎo)致其死亡)。

微好氧菌在低濃度氧分子環(huán)境中生長(zhǎng)較好,氧分壓太高就不能生長(zhǎng)。乳酸細(xì)菌科的一些種就屬于微好氧菌。

 

八,微生物與滲透壓的關(guān)系

所有生物的細(xì)胞膜都具有半透性,它可以使水透過(guò),對(duì)于其他物質(zhì)的透過(guò)

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