Кроме состава питательной среды, рост бактерий сильно зависит от условий окружающей среды, поэтому эти условия нужно строго контролировать. Микроорганизмы лучше растут при определенных температурах и рН, и они чувствительны к ряду факторов, таких как концентрация кислорода и интенсивность света. Оптимальными являются условия, при которых обеспечивается самое короткое время генерации. Каждый вид микроорганизмов приспосабливается к определенным условиям окружающей среды.
Температура и рост бактерий
Требования к температуре у разных микроорганизмов существенно различаются, поэтому от температуры во многом зависит, какие микроорганизмы вырастут в определенных условиях. Влияние температуры легко объяснить, если рассмотреть действие температуры на ферменты. Все клетки содержат ферменты, и скорость работы ферментов, а следовательно, и скорость реакций и роста клетки, зависит от температуры. Для каждого данного микроорганизма есть оптимальная температура, при которой он лучше всего растет, а также диапазон температур, вне которого он расти не может. Верхним пределом обычно является температура, при которой начинается денатурация некоторых жизненно важных белков. Границы оптимальных температур сильно варьируют: от 0—5 °С для некоторых бактерий, обитающих в полярных областях океанов, до 70 °С и выше — для бактерий, живущих в горячих источниках или гниющих растительных остатках, таких как компост и силос, где температуры могут быть достаточно высокими. Некоторые глубоководные бактерии, живущие в вулканических кратерах, на дне океана или вблизи них, выживают при 118 °С.
В зависимости от температуры, при которой растут микроорганизмы, их можно разделить на четыре группы. Приведенные ниже значения температур являются ориентировочными, поскольку в действительности существует непрерывный ряд различных типов.
1. Термофилы. Оптимальная температура для роста превышает 45 °С, например некоторые виды Lactobacillus (обнаруженные в молоке).
2. Мезофилы. Оптимальная температура для роста составляет 25—45 °С. Для бактерий, живущих в организме млекопитающих, температурный оптимум составляет около 37 °С, а максимум 42-43 °С, как например, для Escherichia coli (Е. coti), обычного обитателя кишечника человека. Дрожжи (грибы) также являются мезофилами.
3. Психрофилы. Температурный оптимум для этих бактерий ниже 15 °С, и они не могут расти при температуре выше 20 °С. Эти микроорганизмы часто создают проблемы при хранении пищи в холодильниках.
4. Психротрофы. Температурный оптимум выше 15 °С, но они растут и при более низких температурах (5 °С и ниже), например некоторые дрожжи рода Candida, некоторые плесневые грибы. Именно эти микроорганизмы чаще всего вызывают порчу пишевых продуктов, хранящихся в холодильниках.
Рн и рост бактерий
Как и в случае температуры, каждый вид имеет свой собственный минимум, максимум и оптимум рН, при котором он растет. Для большинства бактерий оптимум находится в области рН 7 (нейтральное значение рН). Микроорганизмы, которые хорошо растут в кислой среде, такие как бактерии, продуцирующие уксус, называются ацидофилами, тогда как растущие в щелочной среде бактерии относятся к алкалофилам. Большинство дрожжей может расти в кислой среде с оптимумом рН 4,5-5,0- Плесневые грибы предпочитают слабокислые условия.
Концентрация кислорода и рост бактерий
Кислород необходим для аэробного дыхания. В зависимости от потребностей в кислороде микроорганизмы можно разделить на следующие группы:
1. Облигатные аэробы. Микроорганизмы, которые могут расти только в присутствии кислорода, например Mycobacterium tuberculosis — бактерия, вызывающая туберкулез, плесневые грибы, такие как Penicilli-um, водоросли и большинство простейших. Облигатными аэробами являются большинство бактерий и грибов.
2. Факультативные аэробы. Микроорганизмы, которые используют кислород, если он доступен, но в его отсутствие могут расти и анаэробно, например, Е. coli и многие другие бактерии, дрожжи, некоторые простейшие.
3. Облигатные анаэробы. Микроорганизмы, которые выживают только в анаэробных условиях, например в кишечнике или рубце жвачных животных. К ним относятся Clostridium tetani, обитающий в почве и вызывающий столбняк, и Clostridium botulinum, обнаруживаемый иногда в богатых белком (например, мясных) консервах и являющийся возбудителем ботулизма — тяжелой формы пищевого отравления, часто приводящего к смертельному исходу.
4. Микроаэрофилы. Микроорганизмы, которые лучше всего растут при более низких, чем в воздухе, концентрациях кислорода. К ним относится, например, Lactobacillus, обнаруживаемый в молоке.
Ионный, осмотический баланс и рост бактерий
Когда клетка находится в растворе, более концентрированном, чем ее внутреннее содержимое, она обычно теряет воду путем осмоса. Тем не менее существуют галофилы — организмы, которые приспособились к жизни при высоких концентрациях соли, например в Большом Соленом озере в Америке, Мертвом море в Израиле и соляных топях. Примером галофила является Halobacterium. И наоборот, если простейшие не имеют сократительной вакуоли, которая собирает избыток воды и удаляет его, они разбухают и лопаются в разведенной среде, поскольку не имеют клеточной стенки. При этом важное значение имеет также правильный баланс ионов.
