医学微生物学/细菌的生长繁殖

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生长繁殖的三大要素。掌握细菌生长繁殖的条件、影响因素及规律对临床医学及基础研究均有重要意义。

一、细菌生长繁殖的条件

1.充足的营养:必须有充足的营养物质才能为细菌的新陈代谢及生长繁殖提供必需的原料和足够的能量。

2.适宜的温度:细胞生长的温度极限为-7℃~90℃。各类细菌对温度的要求不同,可分为嗜冷菌(Psychrophiles),最适生长温度为(10℃~20℃);嗜温菌(Mesophiles),20℃~40℃;嗜热菌(Thermophiles),在高至56℃~60℃生长最好。病原菌均为嗜温菌,最适温度为人体的体温,即37℃,故实验室一般采用37℃培养细菌。

有些嗜温菌低温下也可生长繁殖,如5℃冰箱内,金黄色葡萄球菌缓慢生长释放毒素,故食用过夜冰箱冷存食物,可致食物中毒

3.合适的酸碱度在细菌的新陈代谢过程中,酶的活性在一定的PH范围才能发挥。多数病原菌最适PH为中性或弱碱性(pH7.2~7.6)。人类血液组织液PH为7.4,细菌极易生存。胃液偏酸,绝大从数细菌可被杀死。个别细菌在碱性条件下生长良好,如霍乱孤菌在PH8.4~9.2时生长最好;也有的细菌最适pH偏酸,如结核杆菌(pH6.5~6.8)、乳本乡杆菌(pH5.5)。细菌代谢过程中分解糖产酸,PH下降,影响细菌生长,所以培养基中应加入缓冲剂,保持PH稳定。

4.必要的气体环境:氧的存大与否和生长有关,有些细菌仅能在有氧条件下生长;有的只能在无氧环境下生长;而大多数病原菌在有氧及无氧的条件下均能生存。一般细菌代谢中都需CO2,但大多数细菌自身代谢所产生的CO2即可满足需要。有些细菌,如脑膜炎双球菌在初次分离时需要较高浓度的CO2(5~10%),否则生长很差甚至不能生长。

二、细菌生长繁殖的方式与速度

细菌的生长繁殖包括菌体各组分有规律的增长及菌体数量的增加。

细菌以简单的二分裂方式无性繁殖,其突出的特点为繁殖速度极快。细菌分裂倍增的必须时间,称为代时(Generation time),细菌的代时决定于细菌的种类又受环境条件的影响,细菌代时一般为20~30分钟,个别菌较慢,如结核杆菌代时为18~20小时,梅素螺旋体为33个小时。

(一)细菌个体的生长繁殖

细菌一般以简单的二分裂法进行无性繁殖,个别细菌如结核杆菌偶有分枝繁殖的方式。在适宜条件下,多数细菌繁殖速度极快,分裂一次需时仅20~30分钟。球菌可从不同平面分裂,分裂后形成不同方式排列。杆菌则沿横轴分裂。细菌分裂时,菌细胞首先增大,染色体复制。在革兰氏阳性菌中,细菌染色体与中价体相连,当染色体复制时,中价体亦一分为二,各向两端移动,分别拉着复制好的一根染色体移到细胞的侧。接着细胞中部的细胞膜由外向内陷入,逐渐伸展,形成横隔。同时细胞壁亦向内生长,成为两个子代细胞的胞壁,最后由于肽聚糖水解酶的作用,使细胞壁肽聚糖的共价键断裂,全裂成为两个细胞。革兰氏阴性菌无中介体,染色体直接连接在细胞膜上。复制产生的新染色体则附着在邻近的一点上,在两点之间形成新的细胞膜,将两团染色体分离在两侧。最后细胞壁沿横膈内陷,整个细胞分裂成两个子代细胞。

(二)细菌群体生长繁殖规律

细菌繁殖速度之快是惊人的。大肠杆菌的代时为20分钟,以此计算,在最佳条件下8小时后,1个细胞可繁殖到200万上,10小时后可超过10亿,24小时后,细菌繁殖的数量可庞大到难以计数据和程度。但实际上,由于细菌繁殖中营养物质的消耗,毒性产物的积聚及环境PH的改变,细菌绝不可能始终保持原速度无限增殖,经过一定时间后,细菌活跃增殖的速度逐渐减慢,死亡细菌逐增、活菌率逐减。

将一定数的细菌接咱适当培养基后,研究细菌生长过程的规律,以培养时间为横坐标,培养物中活菌数的对数以纵坐标,可得出一条生长曲线(图3-1)。

细菌的生长曲线


图3-1 细菌的生长曲线

细菌群体的生长繁殖可分为四期:

1.迟缓期(Lag phase):细菌接种至培养基后,对新环境有一个短暂适应过程(不适应者可因转种而死亡)。此期曲线平坦稳定,因为细菌繁殖极少。迟缓期长短因素种、接种菌量、菌龄以及营养物质等不同而异,一般为1~4小时。此期中细菌体积增大,代谢活跃,为细菌的分裂增殖合成、储备充足的酶、能量及中间代谢产物。

2.对数期(Logarithmicphase):又称指数期(Exponential phage)。此期生长曲线上活菌数直线上升。细菌以稳定的几何级数极快增长,可持续几小时至几天不等(视培养条件及细菌代时而异)。此期细菌形态、染色生物活性都很典型,对外界环境因素的作用敏感,因此研究细菌性状以此期细菌最好。抗生素作用,对该时期的细菌效果最佳。

3.稳定期(Stationaryphase):该期的生长菌群总数处于平坦阶段,但细菌群体活力变化较大。由于培养基中营养物质消耗、毒性产物(有机酸、H2O2等)积累PH下降等不利因素的影响,细菌繁殖速度渐趋下降,相对细菌死亡数开始逐渐增加,此期细菌增殖数与死亡数渐趋平衡。细菌形态、染色、生物活性可出现改变,并产生相应的代谢产物如外毒素内毒素、抗生素、以及芽胞等。

4.衰亡期(Declinephase):随着稳定期发展,细菌繁殖越来越慢,死亡菌数明显增多。活菌数与培养时间呈反比关系,此期细菌变长肿胀畸形衰变,甚至菌体自溶,难以辩认其形。生理代谢活动趋于停滞。故陈旧培养物上难以鉴别细菌。

体内及自然界细菌的生长繁殖受机体免疫因素和环境因素的多方面影响,不会出现象培养基中那样典型的生长曲线。掌握细菌生长规律,可有目的地研究控制病原菌的生长,发现和培养对人类有用的细菌。

32 细菌的营养 | 细菌的新陈代谢 32
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