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9.5：其他影响增长的环境条件

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    200507

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    学习目标

    • 识别和描述具有除氧气、pH 值和温度之外的特定生长要求的不同类别的微生物，例如气压、渗透压、湿度和光的变化
    • 针对每类生长需求，至少举一个微生物示例

    微生物与环境相互作用的维度比 pH、温度和游离氧水平还要多，尽管这些因素需要进行重大调整。 我们还发现微生物适应不同水平的盐度、气压、湿度和光线。

    渗透压和大气压

    大多数自然环境的溶质浓度往往低于大多数微生物的细胞质。 坚硬的细胞壁可保护细胞在稀释的环境中免受破裂。 对抗高渗压的保护措施不多。 在这种情况下，水按照其浓度梯度流出细胞。 这会导致血浆分解（原生质从完整的细胞壁中缩小）和细胞死亡。 这个事实解释了为什么盐水和在盐中分层肉和鱼是历史悠久的保存食物的方法。 被称为嗜盐生物（“爱盐”）的微生物实际上需要高盐浓度才能生长。 这些生物存在于海洋环境中，那里的盐浓度徘徊在3.5％。 极端嗜盐微生物，例如红藻 Dunaliella salina 和图中的考古物种 H alobacterium\(\PageIndex{1}\)，生长在高盐湖中，例如咸度比海洋高 3.5-8 倍的大盐湖和咸度为 10 倍的死海海洋。

    一张有紫色和绿色区域的湖泊的照片。
    图\(\PageIndex{1}\)：从犹他州大盐湖太空拍摄的照片。 紫色是由藻类 Dunaliella 和古生物 Hal obacterium spp 的高密度引起的。 （来源：美国宇航局）

    Dunaliella spp. 通过高细胞质浓度的甘油和主动抽出盐离子来对抗环境的巨大渗透压。 Halobacterium spp. 在其细胞质中积累大量的 K + 和其他离子。 它的蛋白质专为高盐浓度而设计，在盐浓度低于 1-2 M 时会失去活性。尽管大多数耐卤生物，例如盐沼中的哈洛蒙娜属，不需要高浓度的盐来生长，但它们将在高盐存在的情况下存活和分裂。 毫不奇怪，在我们皮肤中定植的葡萄球菌、微球菌和棒状杆菌会耐受环境中的盐分。 耐卤素病原体是食源性疾病的重要原因，因为它们在咸食物中存活和繁殖。 例如，耐卤素细菌金黄色葡萄球菌、蜡样芽孢杆菌和霍乱杆菌会产生危险的肠毒素，是食物中毒的主要原因。

    微生物依赖可用的水来生长。 可用水分以水活度 (a w) 测量，即目标介质的蒸汽压与纯蒸馏水的蒸汽压之比；因此，a w 的水等于 1.0。 细菌需要较高的 w (0.97—0.99)，而真菌可以耐受更干燥的环境；例如，曲霉属生长的 w 范围为 0.8—0.75。 通过干燥（如肉干）或通过冷冻干燥或增加渗透压（如盐水和果酱）来降低食物的含水量，是防止变质的常用方法。

    需要高大气压才能生长的微生物被称为嗜气生物。 生活在海底的细菌必须能够承受很大的压力。 由于很难在实验室中取回完整的标本和再现这样的生长条件，因此这些微生物的特征在很大程度上尚不清楚。

    光

    Photoautotrophs，例如蓝细菌或绿色硫磺细菌，以及光异养生物，例如紫色非硫细菌，依赖于其色素吸收的波长下有足够的光强才能生长和繁殖。 来自光的能量被颜料捕获并转化为驱动碳固定和其他代谢过程的化学能。 这些生物吸收的电磁光谱部分被定义为光合作用活性辐射（PAR）。 它位于400至700纳米（nm）的可见光谱内，并在近红外线中延伸到某些光合细菌。 许多辅助色素，例如褐藻中的岩藻黄素和蓝细菌中的藻青素，扩大了光合作用的有用波长范围，并补偿了更深水域的弱光水平。 其他微生物，例如 Halobacteria 类的古细菌，使用光能驱动质子和钠泵。 光线被一种叫做 bacteriorhodopsin 的色素蛋白复合物吸收，这种复合物类似于眼部色素视紫素。 光合细菌不仅存在于水生环境中，还存在于土壤中，并与地衣中的真菌共生。 奇特的西瓜雪是由微藻 Chlamydomonas nivalis 引起的，这是一种富含次生红色类胡萝卜素色素（虾青素）的绿藻，使藻类生长的雪呈粉红色。

    练习\(\PageIndex{1}\)

    1. 本节描述了哪些光合色素？
    2. 超盐环境对细胞的根本压力是什么？

    关键概念和摘要

    • 嗜盐生物需要培养基中的高盐浓度，而耐卤生物可以在高盐的存在下生长和繁殖，但不需要它来生长。
    • 耐卤素病原体是食源性疾病的重要来源，因为它们会污染盐中保存的食物。
    • 光合细菌依赖可见光获取能量。
    • 除少数例外情况外，大多数细菌都需要高水分才能生长。