IV - ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ VẬT LÍ ĐẾN SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT

1. Nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng sâu sắc đến tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật. Dựa vào sự thích ứng với nhiệt độ của chúng, vi sinh vật được chia thành 4 nhóm chủ yếu: ưa lạnh, ưa ẩm, ưa nhiệt và ưa siêu nhiệt. Đa số vi khuẩn đều thể hiện một phạm vi nhiệt độ sinh trưởng đặc trưng, đó là: nhiệt độ cực đại, nhiệt độ thích hợp và nhiệt độ cực tiểu. Nhiệt độ thích hợp là nhiệt độ mà vi khuẩn sinh trưởng mạnh mẽ nhất. Ở nhiệt độ cực đại và cực tiểu, vi khuẩn vẫn có thể sinh trưởng nhưng yếu ớt.

Vi sinh vật ưa lạnh thường sống ở các đại dương (90% đại dương có $t^{o}$ $\leq$ 5°C), chúng sinh trưởng thích hợp ở nhiệt độ $\leq$ 15°C.

Các enzim, các prôtêin vận chuyển chất dinh dưỡng và ribôxôm của các vi sinh vật này hoạt động bình thường ở nhiệt độ thấp. Màng tế bào của chúng chứa nhiều axit không no, nên ở nhiệt độ thấp, màng vẫn duy trì được trạng thái bán lỏng (nhiều vi khuẩn ưa lạnh, khi nhiệt độ hơn 20°C màng tế bào đã bị vỡ).

Vi sinh vật ưa ẩm có nhiệt độ sinh trưởng thích hợp là 20 – 40°C. Đa số thuộc nhóm này là các vi sinh vật đất, vi sinh vật nước, vi sinh vật sống trong cơ thể người và gia súc (kể cả các vi sinh vật gây bệnh), vi sinh vật gây hư hỏng đồ ăn, thức uống hằng ngày.

Một số vi khuẩn ưa nhiệt (phần lớn là vi khuẩn, một số là nấm và tảo) sinh trưởng thích hợp ở 55 - 65°C. Chúng thường sống trong các đống phân ủ, đồng cỏ khô và các suối nước nóng. Hoạt động của các enzim và ribôxôm của chúng thích ứng ở nhiệt độ cao.

Ở các vùng nóng bỏng của biển hoặc đáy biển tồn tại một số vị khuẩn rất ưa nhiệt (có nhiệt độ sinh trưởng thích hợp 75 – 80°C) và ưa siêu nhiệt (có nhiệt độ sinh trưởng thích hợp 85 – 110°C).

2. Độ pH

Độ pH được dùng để đo độ ôxit hay độ kiềm tương đối của môi trường. Các chất axit có pH < 7, các chất kiềm có pH > 7. Nước thuần khiết có pH = 7 (trung tính).

Vi sinh vật đáp ứng với pH tương tự như với nhiệt độ, có 3 nhóm chủ yếu:

Đa số vi khuẩn và động vật nguyên sinh ưa trung tính, sinh trưởng tốt nhất ở pH = 6 – 8 và ngừng sinh trưởng ở pH < 4 hoặc pH > 9. Khi đó, các ion $H^{+}$ và $OH^{-}$ kìm hãm hoạt động của các enzim trong tế bào.

Một số ít vi khuẩn và đa số nấm ưa pH axit (khoảng 4 – 6). Các ion $H^{+}$ làm bền màng nguyên sinh chất của chúng nhưng không tích lũy bên trong tế bào, do đó pH nội bào vẫn duy trì gần trung tính. Một số vi khuẩn sống trong vùng đất khai mỏ có thể sinh trưởng thích hợp ở pH 2 - 3; số khác gặp trong các suối nóng axit sinh trưởng mạnh mẽ ở pH 1- 3 và ở nhiệt độ cao.

Nhiều vi khuẩn ưa kiềm sinh trưởng tốt ở pH > 9, đôi khi ở pH > 11. Chúng thường sống ở các hồ và đất kiềm. Chúng duy trì pH nội bào gần trung tính nhờ khả năng tích lũy các ion $H^{+}$ từ bên ngoài.

3. Độ ẩm

Vi sinh vật cần nước để sinh trưởng và chuyển hoá vật chất. Nước được dùng để hoà tan các enzim, chất dinh dưỡng và cũng là chất tham gia vào nhiều phản ứng chuyển hoá quan trọng.

Trong tự nhiên, vi sinh vật thường sống ở những nơi nghèo dinh dưỡng và nước từ bên ngoài sẽ xâm nhập tế bào.

Nhiều vi khuẩn ưa mặn sống ở biển chứa nồng độ muối cao (3,5%), thậm chí một số gặp ở các hồ muối (có nồng độ NaCl trên 15%). Chúng dựa vào các ion $Na^{+}$ để duy trì sự nguyên vẹn của vách và màng tế bào. Để cân bằng áp suất thẩm thấu với môi trường, nhiều vi khuẩn biển đã tích lũy các ion $K^{+}$ trong tế bào chất, số khác lại tích lũy axit amin, glixerin hoặc mannitôn.

Nồng độ đường cao cũng gây mất nước cho tế bào vi sinh vật. Nhưng, một số nấm men và nấm mốc có thể sinh trưởng bình thường trên các loại mứt quả. Chúng được gọi là các vi sinh vật ưa thẩm thấu (hoặc ưa saccarôzơ).

4. Bức xạ

* Bức xạ ion (tia gamma, tia X): phá hủy ADN của vi sinh vật, được dùng để khử trùng các thiết bị y tế và thiết bị phòng thí nghiệm và để bảo quản thực phẩm.

* Bức xạ không ion hoá (tia tử ngoại) : kìm hãm sự sao mã và phiên mã của vi sinh vật, được dùng để tẩy uế và khử trùng bề mặt các vật thể, các dịch lỏng trong suốt và các khí.