二、细菌的生长繁殖

（一）细菌的营养

各种原核微生物生长繁殖的过程中，都需要一定的营养物质。如在对细菌进行人工培养时，一般需要供给其生长所需要的水、碳源、氮源、无机盐和生长因子等营养成分。

1.水：水是细菌细胞所必需的成分。细菌所需要的其他营养物质必须先溶于水才能被吸收利用，代谢产物也必须溶于水才能被排除。细菌的新陈代谢及许多生化反应必须有水参与才能进行。水的比热大，又是热的良导体，具有调节菌体温度的作用。

2.碳源：各种碳的无机物或有机物都能够被细菌吸收利用，作为合成菌体成分和获得能量的主要来源。病原菌主要从糖类获得碳源。

3.氮源：细菌对氮源的需求量仅次于碳源，其主要功能是作为合成菌体成分的原料。许多细菌能够利用有机氮化物，多数病原性微生物主要从氨基酸、蛋白胨等有机氮化物中获得氮源。少数病原菌如克雷伯菌也可利用硝酸盐甚至氮气，不过利用率很低。

4.无机盐：细菌生长繁殖需要各种无机盐提供各种元素，其中以磷、硫需要量最大。无机盐具有多种功能：①参与构成菌体成分，如磷用于合成菌体结构成分、硫用来构成含硫氨基酸中的巯基；②维持酶的活性，如锌、锰、铜、钴、钼等与某些细菌的酶活性有关、钙、镁等可作为某些酶的辅基；③参与能量的储存与转运，如磷可形成高能磷酸键；④参与调节菌体内外的渗透压、电位，如钾、钠、镁、钙、氯等可以调节细胞内外渗透压；⑤参与细菌的生长繁殖；⑥与细菌的致病作用有关，如铁离子与细菌的致病作用密切相关。

5.生长因子：许多细菌生长还需要一些自身不能够合成的生长因子（growth factor），一般为有机化合物，包括维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等。维生素以B族维生素为主，多为辅酶或辅基的成分，与物质代谢有关。氨基酸多为细菌自身难以合成的芳香族氨基酸。少数细菌还需要某些特殊的生长因子，如流感杆菌需要X、V两种因子，它们为细菌呼吸所必需。

（二）细菌生长繁殖的条件

细菌的生长繁殖，除需要充足的营养物质外，还要有适宜的环境条件，如酸碱度、渗透压、温度和必要的气体等。

1.营养物质：如细菌生长繁殖所需要的水、碳源、氮源、无机盐及必要的生长因子等。

2.酸碱度：各种原核微生物都有生长繁殖的最适酸碱度（pH值）。绝大多数细菌最适pH值为7.2～7.6，个别细菌需要在偏酸或偏碱的条件下生长，如乳酸杆菌在pH值5.5的环境中生长最好，霍乱弧菌的最适pH为8.4～9.2。支原体一般在pH7.0~8.0间生长，低于7.0则死亡。

3.温度：各种原核微生物对温度的需求不同。例如，根据细菌对温度的要求不同，可将细菌分为嗜热菌、嗜温菌和嗜冷菌。大多数病原菌为嗜温菌，在15℃～40℃范围内均能生长，最适生长温度为37℃。嗜热菌的生长范围为25℃～95℃。嗜冷菌的生长范围为－5℃～30℃。

4.气体：主要是氧气和二氧化碳。各种原核微生物对氧气和二氧化碳的需求不尽相同。以细菌为例，一般细菌在代谢过程中产生的二氧化碳即可满足需要，所以无需专门补充。由于细菌生物氧化的方式不同，对氧气的需要也各不相同，据此可将细菌分为：①专性需氧菌（obligate aeyobe），此类细菌具有完善的呼吸酶系统，需要分子氧作为受氢体，在无游离氧的环境下不能生长，如结核杆菌、霍乱弧菌等。此外，空肠弯曲菌、幽门螺杆菌等在低氧压（5%～6%）下生长最好，氧压增高（大于10%）对其有抑制作用，称为微需氧菌（microaerophilic bacteria）；②专性厌氧菌（obligate anaerobe），此类细菌缺乏完善的呼吸酶系统，只能进行厌氧发酵。在游离氧存在时，细菌将受其毒害，甚至死亡。如破伤风梭菌、肉毒梭菌和多数正常菌群等；③兼性厌氧菌（facultaive anaerobe），这类细菌兼有需氧呼吸和发酵两种酶系统，在有氧或无氧的环境中都能生长繁殖，但以有氧时生长更好。大多数病原菌属于此类。

某些原核微生物生长繁殖的条件比较特殊，如衣原体、绝大多数立克次体必须在活细胞内生长繁殖。

（三）细菌的繁殖与生长曲线

原核微生物一般以简单的二分裂（binary fission）方式进行无性繁殖。

各种原核微生物繁殖的速度不同。如多数细菌约20～30分钟分裂一次，立克次体繁殖一代需要6～10小时。但事实上由于生长繁殖中营养物质的逐渐耗竭，有害代谢产物的逐渐积累，细菌不可能始终保持高速度的无限繁殖，经过一段时间后，细菌繁殖速度趋于停滞。

将一定数量的细菌接种于适宜的液体培养基中，连续定时取样检查活菌数，可以发现其生长过程具有规律性。以培养时间为横坐标，培养物中活菌的对数为纵坐标，可绘制出一条生长曲线（growth curve）(图1-3-1)。

根据生长曲线，细菌的群体生长繁殖可分为四期：

（1）迟缓期（lag phase）：是细菌进入新环境后短暂的适应阶段。此期内菌体增大，代谢活跃，为细菌的分裂繁殖合成并积累充足的酶、辅酶和中间代谢产物，但很少分裂，细菌数量不增加。细菌的迟缓期根据菌种、接种菌的菌龄和菌量以及营养物质等不同而异，一般为1小时～4小时。

（2）对数期（logarithmic phase）：又称指数期（exponential phase）。此期细菌生长迅速，细菌以恒定的速率分裂繁殖，活菌数以几何级数增加。对数期中细菌的形态、染色性、生理活性等都很典型，对外界环境因素的作用敏感。因此，研究细菌的生物学性状（形态染色、生化反应等）及药物敏感试验等应选用此期。一般细菌对数期在培养后8小时～18小时。

（3）稳定期（stationary phase）：由于培养基中营养物质不断消耗，有害代谢产物积聚，故细菌繁殖数量不断减少，死亡数逐渐增加，繁殖数与死亡数趋于平衡，活菌数保持相对稳定。此期细菌的形态、染色性和生理性状常有改变，一些细菌的芽孢、外毒素和抗生素等代谢产物大多数在稳定期产生。

（4）衰亡期（decline phase）：此期活菌数越来越少，死亡数越来越多，并超过活菌数。细菌发生变形、肿胀、自溶等衰退表现，生理代谢活动也趋于停滞。因此，陈旧培养的细菌不易鉴定。