醫學微生物學/細菌的生長繁殖
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生長繁殖的三大要素。掌握細菌生長繁殖的條件、影響因素及規律對臨床醫學及基礎研究均有重要意義。
一、細菌生長繁殖的條件
1．充足的營養：必須有充足的營養物質才能為細菌的新陳代謝及生長繁殖提供必需的原料和足夠的能量。
2．適宜的溫度：細胞生長的溫度極限為-7℃～90℃。各類細菌對溫度的要求不同，可分為嗜冷菌（Psychrophiles）,最適生長溫度為（10℃～20℃）；嗜溫菌（Mesophiles）,20℃～40℃;嗜熱菌（Thermophiles）,在高至56℃～60℃生長最好。病原菌均為嗜溫菌，最適溫度為人體的體溫，即37℃，故實驗室一般採用37℃培養細菌。
有些嗜溫菌低溫下也可生長繁殖，如5℃冰箱內，金黃色葡萄球菌緩慢生長釋放毒素，故食用過夜冰箱冷存食物，可致食物中毒。
3．合適的酸鹼度：在細菌的新陳代謝過程中，酶的活性在一定的PH範圍才能發揮。多數病原菌最適PH為中性或弱鹼性（pH7.2～7.6）。人類血液、組織液PH為7.4，細菌極易生存。胃液偏酸，絕大從數細菌可被殺死。個別細菌在鹼性條件下生長良好，如霍亂孤菌在PH8.4～9.2時生長最好;也有的細菌最適pH偏酸，如結核桿菌（pH6.5～6.8）、乳本鄉桿菌（pH5.5）。細菌代謝過程中分解糖產酸，PH下降，影響細菌生長，所以培養基中應加入緩衝劑，保持PH穩定。
4．必要的氣體環境：氧的存大與否和生長有關，有些細菌僅能在有氧條件下生長；有的只能在無氧環境下生長；而大多數病原菌在有氧及無氧的條件下均能生存。一般細菌代謝中都需CO2，但大多數細菌自身代謝所產生的CO2即可滿足需要。有些細菌，如腦膜炎雙球菌在初次分離時需要較高濃度的CO2（5～10%），否則生長很差甚至不能生長。
二、細菌生長繁殖的方式與速度
細菌的生長繁殖包括菌體各組分有規律的增長及菌體數量的增加。
細菌以簡單的二分裂方式無性繁殖，其突出的特點為繁殖速度極快。細菌分裂倍增的必須時間，稱為代時（Generation time）,細菌的代時決定於細菌的種類又受環境條件的影響，細菌代時一般為20～30分鐘，個別菌較慢，如結核桿菌代時為18～20小時，梅素螺旋體為33個小時。
（一）細菌個體的生長繁殖
細菌一般以簡單的二分裂法進行無性繁殖，個別細菌如結核桿菌偶有分枝繁殖的方式。在適宜條件下，多數細菌繁殖速度極快，分裂一次需時僅20～30分鐘。球菌可從不同平面分裂，分裂後形成不同方式排列。桿菌則沿橫軸分裂。細菌分裂時，菌細胞首先增大，染色體複製。在革蘭氏陽性菌中，細菌染色體與中價體相連，當染色體複製時，中價體亦一分為二，各向兩端移動，分別拉著複製好的一根染色體移到細胞的側。接著細胞中部的細胞膜由外向內陷入，逐漸伸展，形成橫隔。同時細胞壁亦向內生長，成為兩個子代細胞的胞壁，最後由於肽聚糖水解酶的作用，使細胞壁肽聚糖的共價鍵斷裂，全裂成為兩個細胞。革蘭氏陰性菌無中介體，染色體直接連接在細胞膜上。複製產生的新染色體則附著在鄰近的一點上，在兩點之間形成新的細胞膜，將兩團染色體分離在兩側。最後細胞壁沿橫膈內陷，整個細胞分裂成兩個子代細胞。
（二）細菌群體生長繁殖規律
細菌繁殖速度之快是驚人的。大腸桿菌的代時為20分鐘，以此計算，在最佳條件下8小時後，1個細胞可繁殖到200萬上，10小時後可超過10億，24小時後，細菌繁殖的數量可龐大到難以計數據和程度。但實際上，由於細菌繁殖中營養物質的消耗，毒性產物的積聚及環境PH的改變，細菌絕不可能始終保持原速度無限增殖，經過一定時間後，細菌活躍增殖的速度逐漸減慢，死亡細菌逐增、活菌率逐減。
將一定數的細菌接咱適當培養基後，研究細菌生長過程的規律，以培養時間為橫坐標，培養物中活菌數的對數以縱坐標，可得出一條生長曲線（圖3-1）。
圖3-1 細菌的生長曲線
細菌群體的生長繁殖可分為四期：
1．遲緩期（Lag phase）:細菌接種至培養基後，對新環境有一個短暫適應過程（不適應者可因轉種而死亡）。此期曲線平坦穩定，因為細菌繁殖極少。遲緩期長短因素種、接種菌量、菌齡以及營養物質等不同而異，一般為1～4小時。此期中細菌體積增大，代謝活躍，為細菌的分裂增殖合成、儲備充足的酶、能量及中間代謝產物。
2.對數期(Logarithmicphase):又稱指數期(Exponential phage)。此期生長曲線上活菌數直線上升。細菌以穩定的幾何級數極快增長，可持續幾小時至幾天不等（視培養條件及細菌代時而異）。此期細菌形態、染色、生物活性都很典型，對外界環境因素的作用敏感，因此研究細菌性狀以此期細菌最好。抗生素作用，對該時期的細菌效果最佳。
3．穩定期（Stationaryphase）:該期的生長菌群總數處於平坦階段，但細菌群體活力變化較大。由於培養基中營養物質消耗、毒性產物（有機酸、H2O2等）積累PH下降等不利因素的影響，細菌繁殖速度漸趨下降，相對細菌死亡數開始逐漸增加，此期細菌增殖數與死亡數漸趨平衡。細菌形態、染色、生物活性可出現改變，併產生相應的代謝產物如外毒素、內毒素、抗生素、以及芽胞等。
4．衰亡期（Declinephase）:隨著穩定期發展，細菌繁殖越來越慢，死亡菌數明顯增多。活菌數與培養時間呈反比關係，此期細菌變長腫脹或畸形衰變，甚至菌體自溶，難以辯認其形。生理代謝活動趨於停滯。故陳舊培養物上難以鑒別細菌。
體內及自然界細菌的生長繁殖受機體免疫因素和環境因素的多方面影響，不會出現象培養基中那樣典型的生長曲線。掌握細菌生長規律，可有目的地研究控制病原菌的生長，發現和培養對人類有用的細菌。
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