微生物雖然是最低等的生物，但也和其它生物一樣，在生命活動過程中，與周圍環(huán)境有著密切的關(guān)系。環(huán)境條件的改變可使微生物的形態(tài)、生理、生長、繁殖特征引起改變；另一方面微生物也能抵抗、適應(yīng)環(huán)境的某些改變。在適宜的環(huán)境中，微生物能旺盛地生長繁殖；在不適宜的環(huán)境中，微生物生長繁殖受到抑制或改變原有的特性；在惡劣的環(huán)境下，微生物可能會死亡。
研究環(huán)境因素與微生物間的相互影響，有助于了解霉腐微生物在自然界、工業(yè)制品、物品、食品等中的分布及作用，使我們有可能采取抑制，甚至完全破壞霉腐微生物生命活動的有效措施，從而防止疾病的傳染以及工業(yè)制品、物品、食品等的腐敗霉變。
影響微生物生長繁殖的環(huán)境因素是復(fù)雜的，多方面的，相互之間有密切關(guān)系。本節(jié)主要介紹營養(yǎng)、空氣、水分、溫度、pH和滲透壓等對微生物生長繁殖的影響。
1. 營養(yǎng)物質(zhì)
微生物具有一般生物所具有的生命活動規(guī)律，需要從外界環(huán)境不斷吸收營養(yǎng)物質(zhì)并加以利用，從中獲得進行生命活動所需要的能量，并合成新的細胞物質(zhì)，同時排出廢物。
從各類微生物細胞物質(zhì)成分的分析中得知：微生物細胞的化學組成和其它生物的化學組成并沒有本質(zhì)的區(qū)別，主要組成元素是碳、氫、氧、氮（占全部干重的90～97%）和礦質(zhì)元素（占全部干重的3～10%）。由這些元素組成細胞中的蛋白質(zhì)、核酸、碳水化合物、脂類等各種有機物質(zhì)，以及無機成分（表1-3）。
表1-3 微生物細胞的化學組成
微 生 物 成 分 | 細菌（%） | 酵母菌（%） | 霉菌（%） |
水 分 | 75～85 | 70～80 | 85～90 |
固形物（各種成分占固形物總重量的百分數(shù)） | 蛋白質(zhì) 碳水化合物 脂肪 核酸 無機元素 | 50～80 12～28 5～20 10～20 2～30 | 32～75 27～63 2～15 6～8 3.8～7 | 14～15 7～40 4～40 1 6～12 |
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碳素在各類微生物細胞中含量比較穩(wěn)定，一般占干物質(zhì)的45～55%。氮素在各類微生物細胞中含量差異比較大，細菌和酵母菌含氮量較高，一般約占干重的7～13%；霉菌含氮量較低，約占5%。
在礦質(zhì)元素中，以磷的含量為最高，在大多數(shù)微生物中其含量可達全部灰分的50%，其次為鉀、鎂、鈣、硫、納等，而鐵、銅、錳、硼、鉬、硅等含量極微，稱為微量元素。這些微量元素含量雖少，但在各類微生物生命活動中是不可缺少的，它們具有特殊的功能。
根據(jù)微生物細胞的化學組成，可以確定微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的需要。盡管各種微生物的營養(yǎng)要求千差萬別，微生物所需的營養(yǎng)物質(zhì)主要包括碳素化合物、氮素化合物、水分、無機鹽類和生長素等。這些營養(yǎng)物質(zhì)能給微生物提供生命活動所必需的能量；提供合成菌體和代謝產(chǎn)物（包括微生物毒素等）的原料；調(diào)節(jié)代謝活動的正常進行；提供適宜的代謝環(huán)境。
1.1 碳源
凡可構(gòu)成微生物細胞和代謝產(chǎn)物中碳架來源的營養(yǎng)物質(zhì)稱為碳源。碳源（碳素化合物）是構(gòu)成菌體成分的重要物質(zhì)，又是產(chǎn)生各種代謝產(chǎn)物和細胞內(nèi)貯藏物質(zhì)的主要來源。微生物對碳素化合物的需要極其廣泛，從簡單的無機碳化物到復(fù)雜的天然有機碳化物都能被不同的微生物所利用。
自養(yǎng)微生物以CO2或碳酸鹽為唯一碳源，合成碳水化合物，進而再合成蛋白質(zhì)，核酸和類脂等細胞物質(zhì)。CO2是被徹底氧化的物質(zhì)，從CO2轉(zhuǎn)化成有機物質(zhì)是一個還原的過程，需要能量。而自養(yǎng)微生物的能源是光能或氧化無機物（如NH3、H2S、S、Fe2+等）所釋放的化學能。引起管道或金屬腐蝕的氧化硫硫桿菌和氧化鐵硫桿菌就是這類微生物。
化能異養(yǎng)型微生物以有機碳素化合物作為碳源和能源，例如糖類、醇類、有機酸、脂肪、烴類。
其中糖類是最好的碳源。在單糖中，以己糖的利用最為普遍。幾乎每種微生物都能利用葡萄糖和果糖。甘露糖和半乳糖雖能利用，但一般較為緩慢。其它己糖能否被微生物所利用，主要決定微生物體內(nèi)有無把其它己糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖或果糖的酶系。戊糖如木糖、阿拉伯糖的利用不如己糖普遍，僅對少數(shù)微生物較為適宜。
雙糖中蔗糖和麥芽糖是微生物普遍能利用的碳源。蔗糖濃度為1～3%時，是多數(shù)微生物理想的碳源和能源，濃度為10%時，一些微生物受抑制，而另一些微生物要提高到40～50%時才受到抑制。而花蜜酵母菌和某些霉菌卻能在60～80%的糖液中生長，它們常是蜜餞食品敗壞的原因。產(chǎn)生莢膜的腸膜狀明串珠菌是制糖工業(yè)的有害菌，常在糖汁中迅速繁殖，使糖質(zhì)變得粘稠而難以加工，降低了糖的產(chǎn)量。
多糖是單糖或其衍生物的聚合物，包括淀粉、纖維素等物質(zhì)，這些物質(zhì)廣泛存在于谷物（如玉米、大米、麥類等）、食品、纖維制品等中，其中淀粉是大多數(shù)霉腐微生物（特別是霉菌）都能利用的碳源。多糖一般是不溶于水的大分子，難以通過霉腐微生物的細胞膜。因此，在多糖被利用前，霉腐微生物胞外分泌相應(yīng)的酶，使多糖分解為可通過細胞膜的小分子物質(zhì)。淀粉類食品或含有淀粉的物品，在保管不良時，容易霉變腐敗。果膠可被許多微生物分解利用，如梭狀芽孢桿菌，不少霉菌都能胞外分泌果膠酶分解利用果膠。
醇類中甘露醇和甘油可作為微生物的碳源和能源。在許多化妝品中，甘油是基本原料，因此化妝品也往往容易被微生物污染。低濃度的乙醇可被某些酵母菌所利用，因此低濃度的酒類也常常引起腐敗。
脂肪酸中如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等低級脂肪酸的利用率都很低，甚至表現(xiàn)有毒性。油酸和亞油酸等高級脂肪酸可被不少放線菌和真菌作為碳源和能源利用，低濃度的高級脂肪酸可刺激細菌的生長，但濃度較高時往往對微生物有抑制作用。
許多微生物能利用石油及烴類化合物作為碳源和能源，這些微生物造成石油及石油制品（如航空燃料等）的污染，降低這些制品的質(zhì)量。
1.2 氮源
凡構(gòu)成微生物細胞物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中氮素來源的營養(yǎng)物質(zhì)稱為氮源。氮源是構(gòu)成微生物細胞蛋白質(zhì)、核酸等重要物質(zhì)的主要營養(yǎng)物質(zhì)。氮源一般不提供能量，但硝化細菌能利用銨鹽和亞硝酸鹽作為氮源和能源。
氮源可分為無機氮和有機氮。就微生物的總體來說，從分子態(tài)氮到復(fù)雜的有機含氮化合物，包括硝酸鹽、銨鹽、尿素、酰胺、嘌呤堿、嘧啶堿、氨基酸、蛋白質(zhì)等都能被微生物利用。
各類微生物利用氮源的能力有很大差異。固氮微生物以分子態(tài)氮作為氮源來合成氨基酸、蛋白質(zhì)。許多腐生性細菌及動植物病原菌，能利用銨鹽或其它含氮鹽作為氮源。
蛋白質(zhì)及其各種降解產(chǎn)物也可以作微生物的氮源，同時可作為微生物的能源和碳源。但是蛋白質(zhì)是高分子化合物，不能通過微生物的細胞膜，一般是微生物分泌胞外蛋白酶，把蛋白質(zhì)水解成氨基酸和其它簡單的有機氮化物才能被微生物吸收和利用。因此，肉類、大豆等含蛋白質(zhì)高的食品以及皮革制品，含蛋白質(zhì)量高的發(fā)酵工業(yè)原料，如豆餅粉、蠶蛹粉、魚粉等很容易被微生物污染。
在外界環(huán)境中有蛋白質(zhì)、銨鹽和硝酸鹽時，最先被利用的是還原氮（NH4+）形式存在的銨鹽，因為銨鹽可以直接被菌體利用，參與細胞體內(nèi)含氮化合物的合成。其它含氮化合物一般都通過微生物體內(nèi)酶的作用，生成銨鹽形式而被微生物利用。
1.3 水分
水是微生物體的重要組成部分，在代謝過程中也占有極重要的地位。水分是原生質(zhì)膠體的一個結(jié)構(gòu)部分。水是良好的溶劑，微生物細胞通過水才能吸收營養(yǎng)物質(zhì)，進行一系列代謝反應(yīng)并排泄廢物。水還直接參加代謝反應(yīng)，作為生化反應(yīng)的底物之一。由于水具有傳熱快、比熱高、熱容量大等優(yōu)良物理性質(zhì)，有利于調(diào)節(jié)細胞溫度和保持環(huán)境溫度的恒定。微生物離開水便不能進行生命活動。因此當空氣濕度大，或制品、食品中含水量高時，霉腐微生物容易生長繁殖。
1.4 無機鹽類
無機鹽類也是微生物生命活動所不可缺少的營養(yǎng)物質(zhì)，其主要功能是：構(gòu)成菌體的成分；作為輔酶或酶的組成部分或維持酶的活性；調(diào)節(jié)細胞滲透壓、氫離子濃度、氧化還原電位等。某些自養(yǎng)微生物可以利用無機鹽作為能源。
無機元素包括主要元素和微量元素兩類。主要元素有磷、硫、鎂、鉀、鈣等；微量元素如鐵、銅、鋅、錳、鉬、鈷、硼等。
各種無機元素的功用簡述如下：
磷：菌體中含磷量較高。磷是微生物細胞中主要物質(zhì)核酸、磷脂或輔酶的主要元素。磷參與代謝轉(zhuǎn)化中的磷酸化過程，生成高能磷酸化合物，高能磷酸鍵有貯存和運送能量的作用。磷酸鹽又是重要的緩沖劑之一。
硫：硫是蛋白質(zhì)組成中的某些氨基酸，如半胱氨酸、胱氨酸、甲硫氨酸的組成部分。許多在代謝中起重要作用的輔酶（如輔酶A、生物素、焦磷酸硫胺素、硫辛酸等）中都含有硫。硫或硫化物（H2S、S203-等）是自養(yǎng)硫化細菌的能源。而硫酸鹽是硫酸鹽還原細菌能量代謝中的電子受體。
鎂：鎂是微生物體內(nèi)一些重要的酶，如己糖磷酸化酶、異檸檬酸脫氫酶、肽酶、羧化酶，特別是與磷酸代謝有關(guān)的酶的激活劑。鎂也是光合細菌菌綠素的重要組成部分。此外，鎂在細胞中還起著穩(wěn)定核糖體、細胞膜和核酸的作用。如果缺鎂，細胞生長就會停止，首先遭到破壞的是核糖體、細胞膜。
鉀：鉀是許多種酶，包括一些與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的酶的激活劑，對碳水化合物的代謝有著促進作用。鉀還可控制原生質(zhì)的膠態(tài)和細胞膜的透性。
鐵：鐵是細胞色素、細胞色素氧化酶、過氧化氫酶或過氧化物酶的輔酶鐵卟啉的組成部分，在氧化還原反應(yīng)中具有傳遞電子的作用，是微生物代謝中轉(zhuǎn)化能量的一個重要元素。鐵也是某些酶，如烏頭酸酶的激活劑。自養(yǎng)微生物鐵細菌可以從氧化Fe2+中獲得能量。
鈣：鈣是某些酶如蛋白酶的激活劑，對維持細胞蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)有一定作用，也是細菌芽孢的重要組成部分，在細菌芽孢的耐熱性方面起著關(guān)鍵作用。鈣還控制著細胞的透性。
其它元素：鉬、鋅、錳、鈷、鎳、銅、碘、溴、釩等元素，微生物需要量十分微小，但又不可缺少，它們參與酶蛋白的組成，或是許多酶的激活劑。如鈷是維生素B12的成分；錳是多種酶的激活劑，也是黃嘌呤氧化酶的組成成分，羧化反應(yīng)也需要錳；銅是一些酶的組成成分，例如多酚氧化酶和抗壞血酸氧化酶等都是含銅的特殊蛋白質(zhì)，又與霉菌孢子形成有關(guān)；鋅是乙醇脫氫酶和乳酸脫氫酶等的活性基，許多酶活性也靠鋅激活；鉬與釩能促進固氮作用，鉬還能參與硝酸還原酶的結(jié)構(gòu)。
在實驗中用合成培養(yǎng)基、半合成培養(yǎng)基培養(yǎng)霉腐微生物時，一般需要加入磷、鉀、硫、鎂等元素。通常以K2HPO4、KH2PO4、MgSO4的形式加入，以滿足霉腐微生物對這四種主要無機元素的需要。由于霉腐微生物對微量元素的需要量極少，所以一般天然物、自來水、一般化學試劑，甚至玻璃器皿中所含的微量元素已經(jīng)足夠了，過多的微量元素反而對微生物生長不利。天然的谷物、食品、纖維制品等中，這些元素，應(yīng)有盡有，而且有豐富的碳源、氮源，所以這些制品和物品很容易被霉腐微生物污染。
1.5 生長素
凡能調(diào)節(jié)微生物代謝活動的微量有機物質(zhì)，稱生長素。廣義的生長素包括氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等；狹義來說生長素主要指B族維生素，B族維生素是構(gòu)成輔酶的重要組成成分，或者本身就是輔酶。
生長素與碳、氮源不同，它不是一切微生物所需要的營養(yǎng)要素，而只是對某些不能自己合成一種或幾種生長素的微生物來說才作為必要的營養(yǎng)物質(zhì)。例如大腸桿菌就可以在葡萄糖-氯化銨的合成培養(yǎng)基中生長（其中除葡萄糖外，不需要加其它任何有機物質(zhì)或生長素）；而啤酒酵母卻需要二、三種B族維生素；生產(chǎn)谷氨酸的谷氨酸棒桿菌需要生物素作為生長素。在天然物質(zhì)中，如谷物、肉類、豆類、蔬菜等都含有豐富的生長素，即使是需要生長素的霉腐微生物也能良好地生長繁殖。
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