细菌的生长繁殖

细菌因种类不同，生长繁殖所需要的条件和繁殖速度等不完全一样，但其生长繁殖基本条件可归纳为： 营养物质、酸碱度、温度和气体。
细菌生长繁殖的条件
(1)营养物质： 必需供给细菌所需要的氮化合物、碳化合物、无机盐类和水等，细菌才能生长繁殖。有一些细菌，尚须供给一定种类的生长因子(见“细菌的营养物质”)。
(2)酸碱度： 大多数病原菌生长最适的酸碱度为pH7.2～7.6，在此pH下，细菌的酶活性较强，生长繁殖旺盛。个别细菌需在较碱(pH8.0～9.2)的培养基中生长，如霍乱弧菌。而乳酸杆菌则需在较酸(pH3.4～4.5)的条件下生长。由于许多细菌在代谢过程中能发酵糖类产酸，使环境中的酸碱度下降，不利于细菌的生长，故必需补充缓冲剂。
(3)温度：细菌生长的最适温度随细菌的种类而异。按细菌生长所需要的温度可分为嗜冷菌、嗜温菌和嗜热菌。多数病原菌为嗜温菌，生长温度范围为15～40℃，以37℃为最适温度。嗜冷菌在15℃生长最好，但在2～3℃也能缓慢生长。因此这类细菌在4℃冰箱中经一定时间也能生长。嗜热菌在40～50℃时生长最好，有的甚至在95℃或更高温度也能生长。
(4)气体：主要是氧和二氧化碳。此外，有些细菌能固定空气中的氮气，如固氮菌。通常根据各种细菌对氧的要求不同，将细菌分为：
❶需氧菌：在有氧的环境中才能生长繁殖，如结核杆菌、炭疽杆菌等；
❷厌氧菌：在无氧的环境中才能生长繁殖，如破伤风杆菌、产气荚膜杆菌等；
❸兼性厌氧菌：在有氧或无氧的环境中均能生长，以有氧下生长较好，如大肠杆菌等，多数菌属此类；
❹微需氧菌：适于在氧浓度较低的环境中生长。如类杆菌属中个别菌种。各种细菌都需要少量二氧化碳，以合成菌体内许多重要的化合物(如核酸中的嘌呤、嘧啶类等)。一般细菌在代谢过程中产生的二氧化碳即可满足需要，但有一些细菌如脑膜炎球菌、牛布鲁杆菌等在初次分离培养时，还需在培养环境中提供5～10%二氧化碳，才能生长。用同位素示踪，发现二氧化碳可与某些有机酸结合并参与三羧酸循环，也有部分掺入某些氨基酸、嘌呤、嘧啶，又如已发现炭疽杆菌在足量二氧化碳下才能产生毒素。在细菌培养时，加入二氧化碳可缩短细菌生长曲线中的迟缓期，促进细菌生长。
细菌的繁殖方式 细菌最普通的繁殖方式是简单的无性二分裂法，即细菌由一个分裂为二个，二个分为四个，如此继续分裂。不同球菌沿一个或几个平面分裂，可呈双球状、链状、葡萄状等排列。杆菌一般沿横轴分裂，但也有呈分枝状分裂的，如结核杆菌。细菌除二分裂的无性繁殖外，经电镜观察及遗传学研究已证实有的细菌亦可有性接合，但其频率较低，多数是以无性的二分裂方式繁殖的。在适宜的人工培养环境下，大多细菌繁殖速度很快，在对数生长期繁殖一代一般仅需20分钟左右，若保持此速度繁殖10小时后，一个细菌可以繁殖成10亿个。由于环境中营养物质的消耗，毒性代谢产物的积聚等，事实上不可能始终保持这样的繁殖速度。经过一段时间，细菌繁殖速度减慢，死亡速度增快。少数细菌如结核杆菌，繁殖速度缓慢，需15小时左右分裂一次。不同细菌其对数期的繁殖一代需时不同，同一种细菌的生长速率受培养基组成及物理环境的影响，繁殖一代需时也不同（表）。

不同细菌繁殖一代需时

细菌	培养基	温度(℃)	时间（分）
蕈状芽胞杆菌 大肠杆菌	肉汤 肉汤 牛乳	37 37 37	28 17 12.5
嗜酸乳杆菌 结核杆菌 金黄色葡萄球菌 乳链杆菌	牛乳 合成 肉汤 牛乳	37 37 37 37	66～87 792～932 27～30 26

一定数量的细菌，接种在合适的液体培养基中，其生长繁殖过程具有一定的规律性。如以菌数的对数作为纵座标，生长时间作为横座标，得出的曲线称为细菌的生长曲线（图）。

细菌的生长曲线图

❶迟缓期
❷对数生长期
❸稳定期
❹衰退期

按生长繁殖速率的不同，生长曲线可分数期（图）:❶迟缓期： 此期内细菌数量并不增加，但体积增大，代谢活跃。迟缓期的长短与菌种、菌龄及移种至新鲜培养基前后所处的环境条件是否相同等因素有关。如接种对数生长期菌，迟缓期短；接种稳定期菌，迟缓期较长。大肠杆菌的迟缓期比伤寒杆菌短。一般认为迟缓期的出现与细菌接种到新环境中有关，需要适应一个新的培养环境过程，并产生足够量的酶、辅酶以及某些必需的中间代谢产物。当这些物质在新培养基中达到一定浓度时，细菌才开始分裂。
❷对数生长期： 或称指数期，是细菌分裂繁殖最快的时期，一般仅有几小时。此期细菌分裂呈恒定速度，菌数的对数与培养时间呈直线关系。细菌按几何级数增加，1→2→4→8……，即1个细菌繁殖n代产生2ⁿ个细菌。此期的细菌代谢活跃，生长速率高，群体中的细胞化学组成及形态、生理特征比较一致，实验室多采用对数期细菌作为实验材料。
❸稳定期： 在一定容积的培养基中，由于对数期中细菌迅速生长繁殖，引起营养物质的消耗、有害代谢产物的积聚以及其他环境条件如pH、氧化还原电位等的改变，对细菌生长不利，故对数期末细菌生长速率逐渐下降，死亡率渐增，以致出现新繁殖的细菌与死亡细菌数趋于平衡。因此期活菌数保持相对稳定，故称为稳定期。
❹衰亡期： 稳定期后如再继续培养，细菌死亡率逐渐增加，进入衰亡期。最后死亡数大大超过新生数，总活菌数明显下降。此期细菌形态不典型，常呈现退变型。