温度对微生物的影响研究和应用

温度对微生物的影响

：金成 专业：环境工程 学号：

摘　要

温度对微生物各种的影响是广泛的，改变温度必然会影响微生物体所进行的多种生物化学反应，从而影响微生物各种生理特性的表达。每一种微生物都有一定的生物动力区温度，包括最低生长温度和最高生长温度以及最适生长温度。最适生长温度能刺激生长，不适的温度会改变微生物的形态、代、毒力等，甚至导致死亡。本论文还从垃圾效率中温度对微生物的影响的实验为例，着重说明温度因子对微生物特性表达所起的重要作用。

关键词　温度 微生物 堆肥效率

温度对微生物的影响是广泛的，改变温度必然会影响微生物体所进行的多种生物化学反应。适宜的温度能刺激生长，不适的温度会改变微生物的形态、代、毒力等，甚至导致死亡。

一般来说，温度能影响微生物的地理分布，而对种类分布影响并不明显。例如，高温细菌一般可从热带土壤、温泉、酸败的食品罐头中分离到，但也可从非热带土壤中分离到。由于温度对微生物有重要影响，所以微生物分类学上常用“最适生长温度”、“最高生长温度”，“最低生长温度”及温度存活试验作为鉴定菌种的一项生理特征，配合其它形态与生理特性，以区别不同温度围的种、属。

温度是影响微生物生长的重要因素。一方面，在一定围随着温度的上升，酶活性提高，细胞的生物化学反应速度和生长速度加快，一般温度每升高10℃，生化反应速率增加一倍，同时营养物质和代产物的溶解度提高，细胞膜的流动性增大，有利于营养物质的吸收和代产物的排出；另一方面，机体的重要组成，如核酸、蛋白质等对温度较敏感，随着温度的升高可遭受不可逆的破坏。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。微生物能进行繁殖的最低温度界限称为最低生长温度。低于此温度微生物不能生长。使微生物生长速率最高的温度叫最适生长温度。不同微生物的最适生长温度不同。微生物生长繁殖的最高温度界限叫最高生长温度。超过这个温度会引起细胞成分不可逆地失去活性而导致死亡。

一，微生物的生长温度类型

不同微生物的最适生长温度差异很大，根据微生物的最适生长温度，可将它们分成低温微生物、中温微生物和高温微生物。如下表1所示。

（1）低温微生物 又称嗜冷微生物，能在O℃下生长，可分为专性嗜冷和兼性嗜冷两种。专性嗜冷微生物的最适生长温度为巧℃左右，最高生长物温度为20。兼性嗜冷微生物生长的温度围较广，但最适生长温度仍以20℃左右为好，最高生长温度为35℃左右。嗜冷微生物如假单胞菌、乳酸杆菌和青霉等多分布在海洋、深湖、冷泉和冷藏库中，分解其中的有机物。

根据研究，嗜冷微生物能在低温下生长主要由于嗜冷微生物的酶在低温下能更有效地起催化作用，而高温达30一40℃时会使酶失去活性;嗜冷微生物的细胞膜含不饱和脂肪酸较高，能在低温下保持膜的半流动性，从而保证了膜的通透性，

有利于微生物的生长。

（2）中温型微生物 又称嗜温型微生物，绝大多数微生物属于这一类。其最适生长温度为20-40℃，最低生长温度为10-20℃，最高生长温度为40-50℃。土壤、植物、温血动物及人体中的微生物大部分属于这一类。它们又可分为温室性微生物和体温性微生物。嗜温性微生物的生长速率高于嗜冷性微生物，嗜温性微生物最低生长温度不能低于10℃，低于10℃蛋白质合成过程不能启动，许多酶功能受到抑制，使生长受到抑制。

（3）高温型微生物 又称嗜热性微生物，它们适宜在45一50℃以上的温度中生长。这类微生物主要分布在温泉、堆肥堆、发酵饲料、日照充足的土壤表面等腐烂有机物中。例如部分芽抱杆菌、高温放线菌属等都是能在55一70℃中生长的类群。有的细菌可在近100℃的高温中生长。

生物体完成其生命机能的温度区，称为生物动力区(Biokineticzone)。在进一步讨论生物动力区之的温度对微生物的影响前，首先谈一下动力区之外的温度对微生物的影响。

二，温度对微生物的影响

（一）高温对微生物的影响

微生物在高于生物动力区的温度，即高于100℃会被杀死，实际上，就大多数微生物来讲，在温度高于大约50℃条件下即引起死亡。大家知道，有机体的生命活动主要是由酶催化的，酶又是由易发生热变性的蛋白质构成的，所以，微生物的热致死多是因细胞酶的热钝化所引起的。已知呼吸酶，特别是在催化三竣酸循环反应中的那些酶是特别对热变性敏感的，这些呼吸酶的变性能导致生物体的死亡。另外，微生物在高温下死亡也很可能起因于部分RNA热钝化以及损坏原生质膜所引起。

（二）低温对微生物的影响

低温会减少或停止微生物的代作用。温度低于冰点时，可以使原生质的水分结冰，导致细胞死亡。冻死与热死一样，其生物化学根据也未完全了解。一般认为冻死是由于细胞水分结冰形成冰晶扰乱了原生质胶体状态和对原生质膜与细胞壁的结构产生机械破坏所致。另方面，由对细菌和酵母的研究看出，当微生物的。悬液被冰冻时，尽管悬液中形成冰，而细胞的水分仍保持过冷的液体状态，悬液中结冰后，细胞外溶液浓度上升，细胞水分外渗而使细胞溶质浓度增加，以致于质壁分离，造成死亡。

那么，真空冷冻干燥保藏菌种时，为什么菌体不会死亡呢？这是因为真空冷冻千燥时，由于冷冻迅速，菌体溶液中水分不形成结晶，而呈不定形玻璃状，当被迅速融化时，玻璃状水分也不形成结晶，这就是冷冻干燥保藏菌种的依据。

三，温度对微生物影响实验

以席北斗，英军等人的“温度对生活垃圾堆肥效率的影响”来说明温度对微生物某些生理特性的影响。

温度是堆料中微生物生命活动的重要标志，它直接影响堆肥反应速率，是堆肥能否顺利进行的主要因素。本试验利用可自动加热堆肥反应器，在一定条件下研究不同温度对生活垃圾堆肥效率的影响。

（1）试验材料和方法

1 实验材料仪器

堆料：堆料比为生活垃圾∶成熟堆肥=80∶20；/N=25，含水率55%左右，有机物60%左右。

仪器：烘箱、生物培养箱、堆肥反应器、O2-H2S测定仪、CO2测定仪等。培养基原料：有胰蛋白胨、NaCl、K2HPO4、琼脂、土豆提取液、葡萄糖、麦芽 汁、酵母汁和蒸馏水等。

2 实验方法

试验方法：自然升温试验堆肥反应装置见文献，将上述配好的堆料，分别装入反应器。反应器出口与O2-H2S测定仪、CO2测定仪相连，在线监测O2-H2S、CO2气体浓度。堆体供氧由供氧泵和气体流量计控制，出口O2浓度一般控制在8% ~15%围。堆层透气性由H2S气体浓度控制，室环境温度通常控制在25℃左右,垃圾配比固定不变，湿度控制在55%左右(堆肥原料)。每天从反应器中取出150 g样品，进行生物化学分析。

堆肥反应前开启加热装置，将堆肥温度分别控制在40℃、55℃和65℃，其他反应条件同上。

3 实验结果

（1）温度对堆肥过程中微生物的影响

堆肥开始物料的温度为27℃，随着微生物分解有机物不断放热，堆肥物料的温度迅速上升。堆层温度最初上升很快，并在第2 d达到最高温度，其后温度缓慢下降。由于堆肥反应器具有保温和加热结构，故堆层温度受周围环境的影响小，另外，堆肥过程中尽量减少人为控制，所以整个过程堆料的理化性质，微生物变化与堆温变化有很好的相关性，堆肥起始阶段随着中温菌的增多，堆肥温度不断上升，到达35℃左右时,中温微生物浓度达到最大，当温度达到62℃时，高温微生物浓度达到1×1010个/g。

图1反应了堆肥过程温度-微生物之间的关系。温度变化会对微生物的生长、繁殖造成影响，一部分菌种因不适应堆料环境数量减少，甚至死亡，另一部分菌种则可能大量生长繁殖，成为优势种群，引起堆料中微生物种群和数量发生相应的改变。

试验中微生物种群和温度之间的关系如图1所示。

堆肥温度与微生物的生长关系如下表所示：

表2　堆肥温度与微生物生长关系

图1表明，在堆肥开始时，微生物以常温菌、中温菌群为主，同时存在少量耐高温的菌群。但由于温度升高很快，微生物种群结构不久就过渡为以中、高温的菌群为主。当温度达到55℃以上时，高温菌种的数量在总菌种数量中占绝对优势。温度上升使微生物生命活动旺盛，生长繁殖速度快，微生物个体总数随之而增加。当达到65℃以上时，高温微生物开始死亡，堆肥产生的热量不足以维持高温，于是温度开始下降，微生物活力降低。但由于增殖速度惯性，故微生物总数的高峰并未出现在最高温度时刻，而是在之后的几天。但是随着温度的不断降低，环境条件不再支持原有高温种群生物的生长，而中温菌群正在适应环境,增殖速度还不快，故微生物总体上的繁殖速度小于死亡的速度，使微生物总数下降至一低值。随着中温种群对环境的适应及环境温度进入菌群适宜围，使该类种群微生物数量迅速增加，达到总数的第2个高峰。但是由于可降解有机质被不断分解减少，最终微生物个体总数量下降，而此间耐高温菌群数量变化不大。

（2）温度对微生物降解有机质的影响

本试验通过垃圾堆肥过程中产生CO2量，反映各温度阶段微生物对有机物分解能力的大小和微生物的代活力(图2)，从而确定堆肥垃圾稳定的主要作用阶段，为堆肥工艺参数控制提供依据。

从图2可知，堆肥过程中CO2最大产生速率主要发生在50~60℃。一般而言，嗜温菌最适合温度是30~40℃，嗜热菌最适合温度是50~60℃，从表2中可以看出，采用合适的高温垃圾分解速度快，并且能将虫卵、病原菌、寄生虫和孢子等杀灭，故用50~60℃的高温堆肥是有利的。当温度上升到65 ~70℃严重影响微生物的生长和繁殖，反应速率又开始下降。实验证明，堆肥温度为50~60℃。在此温度下，有利于微生物生长，因此堆肥效率高。

实验的数据和结果说明：（1）温度在微生物某些生理特性的表现上起着决定行的作用；（2）由于温度影响微生物的生长和繁殖，从而引起堆肥过程微生物数量和微生物优势菌群（主要是中温菌群和高温菌群）的交替变化；（3）微生物菌群的变化直接影响对有机污染物的降解。

四，温度对微生物的其它影响

除了对生长和脂质的影响外，温度还能影响微生物的其它性能。首先一些微生物的毒力是受到温度的左右的。例如，炭疽杆菌在42℃培养数代后，失去生成芽胞的能力，并变为永久性的无毒株。单核细胞增生利斯特氏菌NCTC5214，在小鸡胚胎中于低温生长时比在高温生长时毒性更大。根癌土壤杆菌，当接种温度在31.5至37℃时，会丧失其诱导蕃茄生瘤的毒力。其次一些微生物色素的产生也受温度影响，粘质赛氏杆菌在20-25℃生长时比在37℃能产生更大量的红色灵杆菌素。此外，微生物的其它代活动也为温度所影响，许多微生物合成多糖的能力在低温区比在高温区要强。生长温度的下降还可引起细菌和酵母菌核糖核酸/蛋白质比率的增加，反之亦然。

参考文献

[1] 南照东，相艳，曾宪诚，等.细菌最适生长温度的微量热法研究.大学学报

[2] 世和,所明.城市垃圾堆肥原理与工艺.:复旦大学,1990

[3] 世和,建宇.城市生活垃圾堆肥动态工艺(DANO)的研究.环境科学,1992,

[4] 席北斗,鸿亮,孟伟,等.高效复合微生物菌群在垃圾堆肥中的应用.环境科学,2001,

[5] 蔡建成,等编译.堆肥工程与堆肥工厂.:机械工业,1990

[6]丽仔惠燕，邵靖宇，嗜热菌的耐热分子机制，生命科学，2000，12(l):30一33

[7]卫军，蔡妙英，嗜热细菌，生物多样性，1993.1(l):48一55

[8]市环保局，废水生物处理，同济大学1999，H

[9]水和废水检测分析方法(第三版): 中国环境科学，1989

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/acbeebb2ae1ffc4ffe4733687e21af45b207fe31.html