第一节 细菌的生长繁殖
一、细菌生长繁殖的条件
不同种类的细菌，生长繁殖所需要的条件不完全相同，但基本条件可归纳为以下几个方面。
（一）充足的营养物质
各种细菌生长繁殖需要的营养物质虽然有很大差异，但不外乎水、无机盐类、蛋白胨（或氨基酸）和糖等，个别细菌还需要生长因子。这些物质是细菌进行新陈代谢的基础，可为细菌提供必需的原料和能量。生长因子是某些细菌生长繁殖所必需而又不能自身合成的一类有机化合物，主要是B族维生素、嘌呤、嘧啶、泛酸、生物素等。还有少数细菌如流感嗜血杆菌需要血液中的Ⅹ、Ⅴ因子，作为构成细菌代谢过程中所需酶的辅基。
（二）适宜的酸碱度
大多数病原菌生长繁殖所需的最适pH为7．2～7．6，个别细菌如霍乱弧菌在pH 8．4～9．2时生长最好，结核杆菌在pH 6．5～6．8时最适宜。许多细菌在代谢过程中能分解糖产酸，使培养基pH下降，不利于细菌生长，故在细菌传代培养时，应定期转种。
（三）温度
绝大多数病原菌的最适生长温度为37℃，与人的体温一致。因此在实验室中常用37℃恒温箱培养细菌。个别细菌如鼠杆菌在28～30℃的条件下生长最好。
（四）必要的气体环境
和细菌生长繁殖有关的气体是氧气和二氧化碳。根据细菌对氧的需要情况，可将细菌分为：①专性需氧菌：此类细菌具备完善的呼吸酶系统，需要分子氧作为受氢体以完成需氧呼吸，在无游离氧的环境下不能生长，如：结核分枝杆菌。②微需氧菌：在低氧压下（5%～6%）生长最好，氧压大于10%对其有抑制作用，如空肠弯曲菌。③兼性厌氧菌：在有氧和无氧环境中均能生长，但在有氧时生长较好，大多数病原菌属于兼性厌氧菌。④专性厌氧菌：此类细菌缺乏完善的呼吸酶系统，只能在无氧环境中生长，在游离氧存在时，细菌不能生长甚至死亡，如破伤风芽胞梭菌。
（五）渗透压
一般培养基的渗透压对大多数细菌是安全的，但少数嗜盐菌需要在高浓度的NaCl环境中生长良好。
二、细菌生长繁殖的规律
（一）细菌的繁殖方式和速度
细菌是以简单的二分裂方式进行无性繁殖。在适宜的环境条件下，多数细菌繁殖速度很快。繁殖一代所需时间称为代时，多数细菌代时为20～30min，个别细菌如结核分枝杆菌分裂较慢，代时需18～20h（图16－1）。
图16－1 细菌繁殖方式示意图
（二）细菌群体生长繁殖的规律
细菌繁殖极快。但由于环境中营养物质的消耗，代谢废物的积累以及pH的改变等，细菌不可能无限制生长。所以人工培养细菌时，其繁殖不可能始终保持很快的速度，而是遵循生长曲线的规律。生长曲线可分为4个时期：①迟缓期：为最初培养的1～4h。此期为细菌适应新环境的阶段，菌体增大、代谢活跃，为细菌的分裂繁殖准备充足的酶和能量等。②对数期：细菌以几何级数恒定快速繁殖，细菌数目呈对数直线上升，可持续数小时至数天不等，一般仅有几个小时。此期细菌大小形态、染色性、生物活性等都较典型，对抗生素的作用比较敏感，研究细菌的性状最好选用此期细菌。③稳定期：对数期后，由于培养基中营养物质消耗，毒性产物积聚以及pH下降等，使细菌的繁殖速度逐渐下降，繁殖数与死亡数趋于平衡，活菌数保持相对稳定，此期细菌形态和生理可发生改变，细菌的代谢产物如外毒素、抗生素及细菌的芽胞多在此期产生。④衰退期：细菌繁殖速度从减慢至停止，死菌数迅速超过活菌数，此期细菌形态显著改变，菌体变形、肿胀、出现形态的衰退型，甚至菌体自溶，不易辨认。故此期或陈旧培养基中的细菌难以鉴定（图16－2）。但是细菌的生长规律仅在人工培养的条件下可观察到，在机体内由于受多种因素的影响，并不存在典型的生长曲线规律。
图16－2 细菌的生长曲线
三、细菌的代谢产物及意义
细菌的代谢包括分解代谢和合成代谢。两种代谢过程均可产生多种代谢产物，其中有一些在医学上有重要的意义。
（一）与致病性有关的代谢产物
1．毒素 病原菌在代谢过程中能合成对机体有毒性作用的物质，称为毒素，包括外毒素和内毒素两种。
2．侵袭性酶 某些细菌还能产生具有损伤机体组织、促进细菌扩散的侵袭性酶。如化脓性链球菌产生的透明质酸酶、链激酶、链道酶等。
3．热原质 是大多数G－菌和少数G＋菌合成的多糖，极微量注入机体可致发热反应，称为热原质。热原质耐热，不被高压蒸汽灭菌法所破坏。玻璃器皿须用250℃高温干烤才能破坏热原质。液体中的热原质需要离子交换剂和特殊石棉滤板等方法除去。蒸馏法效果更好，但有一定的局限性。因此在制备和使用生物制品、注射液、抗生素等过程中应严格无菌操作，防止细菌污染，确保无热原质存在。
（二）与治疗有关的代谢产物
1．抗生素 抗生素是某些微生物在代谢过程中产生的一类能抑制或杀灭其他微生物的物质。大多数抗生素是由放线菌和真菌产生的，如青霉素、链霉素等。由细菌产生的抗生素很少，仅有多黏菌素、杆菌肽等。
2．维生素 某些细菌能合成自身所需要的维生素，并能分泌到菌体外供人体吸收利用。如大肠埃希菌能合成维生素B和维生素K等。因此如果发生肠道内菌群严重失调时，机体还会出现维生素缺乏症。此时应适量补充维生素B和维生素K等。
（三）与鉴别有关的代谢产物
1．色素 有些细菌在代谢过程中能产生色素。细菌色素有两类。①水溶性色素：溶于水，如铜绿假单胞菌产生的色素可使培养基或脓汁呈绿色。②脂溶性色素：不溶于水，如金黄色葡萄球菌产生的金黄色色素，使菌落呈现金黄色。
2．细菌素 某些细菌可产生仅对近缘关系的细菌具有抗菌作用的蛋白质，称细菌素。细菌素的产生受质粒控制，如大肠埃希菌的Col质粒控制大肠杆菌素的产生。细菌素种类很多，但由于细菌素抗菌谱很窄，故无治疗意义，多用于细菌的分型鉴定和流行病学检查。
3．糖和蛋白质的分解产物 细菌分解发酵多种单糖可产生能量和酸、酮、醛、醇、气体等产物。不同种类的细菌分解能力和代谢产物不同，利用糖发酵试验检测细菌对糖的分解产物，以鉴别细菌。如大肠埃希菌可分解葡萄糖和乳糖产酸产气（用⊕表示）；而伤寒沙门菌仅分解葡萄糖产酸不产气（用＋表示），不分解乳糖（用－表示）。蛋白质先经细菌分泌的蛋白水解酶分解为短肽或氨基酸后，才能被细菌吸收利用。不同种类的细菌分解蛋白质的能力不同，借此可用于鉴别细菌。如大肠埃希菌含有色氨酸酶，能分解色氨酸产生靛基质和靛基质试剂（对二甲基氨基苯甲醛）相遇可形成玫瑰红色，为靛基质试验阳性；而产气杆菌无色氨酸酶，靛基质试验阴性。肖氏沙门菌能分解含硫氨基酸产生硫化氢，硫化氢遇培养基中的硫酸亚铁或醋酸铅等化合物，可形成黑色的硫化亚铁或硫化铅沉淀，为硫化氢实验阳性；痢疾志贺菌不能分解含硫氨基酸，为硫化氢实验阴性。通过检查细菌的分解代谢产物，以鉴别细菌种类的生物化学方法，称为生化反应。常用于鉴别肠道杆菌的生化反应有吲哚试验（I）、甲基红试验（M）、VP试验（V）、枸橼酸利用试验（C），合称IMViC试验。
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