第一節(jié)　細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖

一、細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖的條件

不同種類(lèi)的細(xì)菌，生長(zhǎng)繁殖所需要的條件不完全相同，但基本條件可歸納為以下幾個(gè)方面。

（一）充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

各種細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)雖然有很大差異，但不外乎水、無(wú)機(jī)鹽類(lèi)、蛋白胨（或氨基酸）和糖等，個(gè)別細(xì)菌還需要生長(zhǎng)因子。這些物質(zhì)是細(xì)菌進(jìn)行新陳代謝的基礎(chǔ)，可為細(xì)菌提供必需的原料和能量。生長(zhǎng)因子是某些細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖所必需而又不能自身合成的一類(lèi)有機(jī)化合物，主要是B族維生素、嘌呤、嘧啶、泛酸、生物素等。還有少數(shù)細(xì)菌如流感嗜血桿菌需要血液中的Ⅹ、Ⅴ因子，作為構(gòu)成細(xì)菌代謝過(guò)程中所需酶的輔基。

（二）適宜的酸堿度

大多數(shù)病原菌生長(zhǎng)繁殖所需的最適pH為7．2～7．6，個(gè)別細(xì)菌如霍亂弧菌在pH 8．4～9．2時(shí)生長(zhǎng)最好，結(jié)核桿菌在pH　6．5～6．8時(shí)最適宜。許多細(xì)菌在代謝過(guò)程中能分解糖產(chǎn)酸，使培養(yǎng)基pH下降，不利于細(xì)菌生長(zhǎng)，故在細(xì)菌傳代培養(yǎng)時(shí)，應(yīng)定期轉(zhuǎn)種。

（三）溫度

絕大多數(shù)病原菌的最適生長(zhǎng)溫度為37℃，與人的體溫一致。因此在實(shí)驗(yàn)室中常用37℃恒溫箱培養(yǎng)細(xì)菌。個(gè)別細(xì)菌如鼠桿菌在28～30℃的條件下生長(zhǎng)最好。

（四）必要的氣體環(huán)境

和細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖有關(guān)的氣體是氧氣和二氧化碳。根據(jù)細(xì)菌對(duì)氧的需要情況，可將細(xì)菌分為：①專(zhuān)性需氧菌：此類(lèi)細(xì)菌具備完善的呼吸酶系統(tǒng)，需要分子氧作為受氫體以完成需氧呼吸，在無(wú)游離氧的環(huán)境下不能生長(zhǎng)，如：結(jié)核分枝桿菌。②微需氧菌：在低氧壓下（5%～6%）生長(zhǎng)最好，氧壓大于10%對(duì)其有抑制作用，如空腸彎曲菌。③兼性厭氧菌：在有氧和無(wú)氧環(huán)境中均能生長(zhǎng)，但在有氧時(shí)生長(zhǎng)較好，大多數(shù)病原菌屬于兼性厭氧菌。④專(zhuān)性厭氧菌：此類(lèi)細(xì)菌缺乏完善的呼吸酶系統(tǒng)，只能在無(wú)氧環(huán)境中生長(zhǎng)，在游離氧存在時(shí)，細(xì)菌不能生長(zhǎng)甚至死亡，如破傷風(fēng)芽胞梭菌。

（五）滲透壓

一般培養(yǎng)基的滲透壓對(duì)大多數(shù)細(xì)菌是安全的，但少數(shù)嗜鹽菌需要在高濃度的NaCl環(huán)境中生長(zhǎng)良好。

二、細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖的規(guī)律

（一）細(xì)菌的繁殖方式和速度

細(xì)菌是以簡(jiǎn)單的二分裂方式進(jìn)行無(wú)性繁殖。在適宜的環(huán)境條件下，多數(shù)細(xì)菌繁殖速度很快。繁殖一代所需時(shí)間稱(chēng)為代時(shí)，多數(shù)細(xì)菌代時(shí)為20～30min，個(gè)別細(xì)菌如結(jié)核分枝桿菌分裂較慢，代時(shí)需18～20h（圖16－1）。

圖16－1　細(xì)菌繁殖方式示意圖

（二）細(xì)菌群體生長(zhǎng)繁殖的規(guī)律

細(xì)菌繁殖極快。但由于環(huán)境中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗，代謝廢物的積累以及pH的改變等，細(xì)菌不可能無(wú)限制生長(zhǎng)。所以人工培養(yǎng)細(xì)菌時(shí)，其繁殖不可能始終保持很快的速度，而是遵循生長(zhǎng)曲線的規(guī)律。生長(zhǎng)曲線可分為4個(gè)時(shí)期：①遲緩期：為最初培養(yǎng)的1～4h。此期為細(xì)菌適應(yīng)新環(huán)境的階段，菌體增大、代謝活躍，為細(xì)菌的分裂繁殖準(zhǔn)備充足的酶和能量等。②對(duì)數(shù)期：細(xì)菌以幾何級(jí)數(shù)恒定快速繁殖，細(xì)菌數(shù)目呈對(duì)數(shù)直線上升，可持續(xù)數(shù)小時(shí)至數(shù)天不等，一般僅有幾個(gè)小時(shí)。此期細(xì)菌大小形態(tài)、染色性、生物活性等都較典型，對(duì)抗生素的作用比較敏感，研究細(xì)菌的性狀最好選用此期細(xì)菌。③穩(wěn)定期：對(duì)數(shù)期后，由于培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗，毒性產(chǎn)物積聚以及pH下降等，使細(xì)菌的繁殖速度逐漸下降，繁殖數(shù)與死亡數(shù)趨于平衡，活菌數(shù)保持相對(duì)穩(wěn)定，此期細(xì)菌形態(tài)和生理可發(fā)生改變，細(xì)菌的代謝產(chǎn)物如外毒素、抗生素及細(xì)菌的芽胞多在此期產(chǎn)生。④衰退期：細(xì)菌繁殖速度從減慢至停止，死菌數(shù)迅速超過(guò)活菌數(shù)，此期細(xì)菌形態(tài)顯著改變，菌體變形、腫脹、出現(xiàn)形態(tài)的衰退型，甚至菌體自溶，不易辨認(rèn)。故此期或陳舊培養(yǎng)基中的細(xì)菌難以鑒定（圖16－2）。但是細(xì)菌的生長(zhǎng)規(guī)律僅在人工培養(yǎng)的條件下可觀察到，在機(jī)體內(nèi)由于受多種因素的影響，并不存在典型的生長(zhǎng)曲線規(guī)律。

圖16－2　細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線

三、細(xì)菌的代謝產(chǎn)物及意義

細(xì)菌的代謝包括分解代謝和合成代謝。兩種代謝過(guò)程均可產(chǎn)生多種代謝產(chǎn)物，其中有一些在醫(yī)學(xué)上有重要的意義。

（一）與致病性有關(guān)的代謝產(chǎn)物

1．毒素　病原菌在代謝過(guò)程中能合成對(duì)機(jī)體有毒性作用的物質(zhì)，稱(chēng)為毒素，包括外毒素和內(nèi)毒素兩種。

2．侵襲性酶　某些細(xì)菌還能產(chǎn)生具有損傷機(jī)體組織、促進(jìn)細(xì)菌擴(kuò)散的侵襲性酶。如化膿性鏈球菌產(chǎn)生的透明質(zhì)酸酶、鏈激酶、鏈道酶等。

3．熱原質(zhì)　是大多數(shù)G－菌和少數(shù)G＋菌合成的多糖，極微量注入機(jī)體可致發(fā)熱反應(yīng)，稱(chēng)為熱原質(zhì)。熱原質(zhì)耐熱，不被高壓蒸汽滅菌法所破壞。玻璃器皿須用250℃高溫干烤才能破壞熱原質(zhì)。液體中的熱原質(zhì)需要離子交換劑和特殊石棉濾板等方法除去。蒸餾法效果更好，但有一定的局限性。因此在制備和使用生物制品、注射液、抗生素等過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格無(wú)菌操作，防止細(xì)菌污染，確保無(wú)熱原質(zhì)存在。

（二）與治療有關(guān)的代謝產(chǎn)物

1．抗生素　抗生素是某些微生物在代謝過(guò)程中產(chǎn)生的一類(lèi)能抑制或殺滅其他微生物的物質(zhì)。大多數(shù)抗生素是由放線菌和真菌產(chǎn)生的，如青霉素、鏈霉素等。由細(xì)菌產(chǎn)生的抗生素很少，僅有多黏菌素、桿菌肽等。

2．維生素　某些細(xì)菌能合成自身所需要的維生素，并能分泌到菌體外供人體吸收利用。如大腸埃希菌能合成維生素B和維生素K等。因此如果發(fā)生腸道內(nèi)菌群嚴(yán)重失調(diào)時(shí)，機(jī)體還會(huì)出現(xiàn)維生素缺乏癥。此時(shí)應(yīng)適量補(bǔ)充維生素B和維生素K等。

（三）與鑒別有關(guān)的代謝產(chǎn)物

1．色素　有些細(xì)菌在代謝過(guò)程中能產(chǎn)生色素。細(xì)菌色素有兩類(lèi)。①水溶性色素：溶于水，如銅綠假單胞菌產(chǎn)生的色素可使培養(yǎng)基或膿汁呈綠色。②脂溶性色素：不溶于水，如金黃色葡萄球菌產(chǎn)生的金黃色色素，使菌落呈現(xiàn)金黃色。

2．細(xì)菌素　某些細(xì)菌可產(chǎn)生僅對(duì)近緣關(guān)系的細(xì)菌具有抗菌作用的蛋白質(zhì)，稱(chēng)細(xì)菌素。細(xì)菌素的產(chǎn)生受質(zhì)?？刂?，如大腸埃希菌的Col質(zhì)?？刂拼竽c桿菌素的產(chǎn)生。細(xì)菌素種類(lèi)很多，但由于細(xì)菌素抗菌譜很窄，故無(wú)治療意義，多用于細(xì)菌的分型鑒定和流行病學(xué)檢查。

3．糖和蛋白質(zhì)的分解產(chǎn)物　細(xì)菌分解發(fā)酵多種單糖可產(chǎn)生能量和酸、酮、醛、醇、氣體等產(chǎn)物。不同種類(lèi)的細(xì)菌分解能力和代謝產(chǎn)物不同，利用糖發(fā)酵試驗(yàn)檢測(cè)細(xì)菌對(duì)糖的分解產(chǎn)物，以鑒別細(xì)菌。如大腸埃希菌可分解葡萄糖和乳糖產(chǎn)酸產(chǎn)氣（用⊕表示）；而傷寒沙門(mén)菌僅分解葡萄糖產(chǎn)酸不產(chǎn)氣（用＋表示），不分解乳糖（用－表示）。蛋白質(zhì)先經(jīng)細(xì)菌分泌的蛋白水解酶分解為短肽或氨基酸后，才能被細(xì)菌吸收利用。不同種類(lèi)的細(xì)菌分解蛋白質(zhì)的能力不同，借此可用于鑒別細(xì)菌。如大腸埃希菌含有色氨酸酶，能分解色氨酸產(chǎn)生靛基質(zhì)和靛基質(zhì)試劑（對(duì)二甲基氨基苯甲醛）相遇可形成玫瑰紅色，為靛基質(zhì)試驗(yàn)陽(yáng)性；而產(chǎn)氣桿菌無(wú)色氨酸酶，靛基質(zhì)試驗(yàn)陰性。肖氏沙門(mén)菌能分解含硫氨基酸產(chǎn)生硫化氫，硫化氫遇培養(yǎng)基中的硫酸亞鐵或醋酸鉛等化合物，可形成黑色的硫化亞鐵或硫化鉛沉淀，為硫化氫實(shí)驗(yàn)陽(yáng)性；痢疾志賀菌不能分解含硫氨基酸，為硫化氫實(shí)驗(yàn)陰性。通過(guò)檢查細(xì)菌的分解代謝產(chǎn)物，以鑒別細(xì)菌種類(lèi)的生物化學(xué)方法，稱(chēng)為生化反應(yīng)。常用于鑒別腸道桿菌的生化反應(yīng)有吲哚試驗(yàn)（I）、甲基紅試驗(yàn)（M）、VP試驗(yàn)（V）、枸櫞酸利用試驗(yàn)（C），合稱(chēng)IMViC試驗(yàn)。