生長繁殖的三大要素。掌握細菌生長繁殖的條件、影響因素及規(guī)律對臨床醫(yī)學及基礎(chǔ)研究均有重要意義。
1.充足的營養(yǎng):必須有充足的營養(yǎng)物質(zhì)才能為細菌的新陳代謝及生長繁殖提供必需的原料和足夠的能量。
2.適宜的溫度:細胞生長的溫度極限為-7℃~90℃。各類細菌對溫度的要求不同,可分為嗜冷菌(Psychrophiles),最適生長溫度為(10℃~20℃);嗜溫菌(Mesophiles),20℃~40℃;嗜熱菌(Thermophiles),在高至56℃~60℃生長最好。病原菌均為嗜溫菌,最適溫度為人體的體溫,即37℃,故實驗室一般采用37℃培養(yǎng)細菌。
有些嗜溫菌低溫下也可生長繁殖,如5℃冰箱內(nèi),金黃色葡萄球菌緩慢生長釋放毒素,故食用過夜冰箱冷存食物,可致食物中毒。
3.合適的酸堿度:在細菌的新陳代謝過程中,酶的活性在一定的PH范圍才能發(fā)揮。多數(shù)病原菌最適PH為中性或弱堿性(pH7.2~7.6)。人類血液、組織液PH為7.4,細菌極易生存。胃液偏酸,絕大從數(shù)細菌可被殺死。個別細菌在堿性條件下生長良好,如霍亂孤菌在PH8.4~9.2時生長最好;也有的細菌最適pH偏酸,如結(jié)核桿菌(pH6.5~6.8)、乳本鄉(xiāng)桿菌(pH5.5)。細菌代謝過程中分解糖產(chǎn)酸,PH下降,影響細菌生長,所以培養(yǎng)基中應(yīng)加入緩沖劑,保持PH穩(wěn)定。
4.必要的氣體環(huán)境:氧的存大與否和生長有關(guān),有些細菌僅能在有氧條件下生長;有的只能在無氧環(huán)境下生長;而大多數(shù)病原菌在有氧及無氧的條件下均能生存。一般細菌代謝中都需CO2,但大www.med126.com多數(shù)細菌自身代謝所產(chǎn)生的CO2即可滿足需要。有些細菌,如腦膜炎雙球菌在初次分離時需要較高濃度的CO2(5~10%),否則生長很差甚至不能生長。
細菌的生長繁殖包括菌體各組分有規(guī)律的增長及菌體數(shù)量的增加。
細菌以簡單的二分裂方式無性繁殖,其突出的特點為繁殖速度極快。細菌分裂倍增的必須時間,稱為代時(Generation time),細菌的代時決定于細菌的種類又受環(huán)境條件的影響,細菌代時一般為20~30分鐘,個別菌較慢,如結(jié)核桿菌代時為18~20小時,梅素螺旋體為33個小時。
(一)細菌個體的生長繁殖
細菌一般以簡單的二分裂法進行無性繁殖,個別細菌如結(jié)核桿菌偶有分枝繁殖的方式。在適宜條件下,多數(shù)細菌繁殖速度極快,分裂一次需時僅20~30分鐘。球菌可從不同平面分裂,分裂后形成不同方式排列。桿菌則沿橫軸分裂。細菌分裂時,菌細胞首先增大,染色體復(fù)制。在革蘭氏陽性菌中,細菌染色體與中價體相連,當染色體復(fù)制時,中價體亦一分為二,各向兩端移動,分別拉著復(fù)制好的一根染色體移到細胞的側(cè)。接著細胞中部的細胞膜由外向內(nèi)陷入,逐漸伸展,形成橫隔。同時細胞壁亦向內(nèi)生長,成為兩個子代細胞的胞壁,最后由于肽聚糖水解酶的作用,使細胞壁肽聚糖的共價鍵斷裂,全裂成為兩個細胞。革蘭氏陰性菌無中介體,染色體直接連接在細胞膜上。復(fù)制產(chǎn)生的新染色體則附著在鄰近的一點上,在兩點之間形成新的細胞膜,將兩團染色體分離在兩側(cè)。最后細胞壁沿橫膈內(nèi)陷,整個細胞分裂成兩www.med126.com個子代細胞。
(二)細菌群體生長繁殖規(guī)律
細菌繁殖速度之快是驚人的。大腸桿菌的代時為20分鐘,以此計算,在最佳條件下8小時后,1個細胞可繁殖到200萬上,10小時后可超過10億,24小時后,細菌繁殖的數(shù)量可龐大到難以計數(shù)據(jù)和程度。但實際上,由于細菌繁殖中營養(yǎng)物質(zhì)的消耗,毒性產(chǎn)物的積聚及環(huán)境PH的改變,細菌絕不可能始終保持原速度無限增殖,經(jīng)過一定時間后,細菌活躍增殖的速度逐漸減慢,死亡細菌逐增、活菌率逐減。
將一定數(shù)的細菌接咱適當培養(yǎng)基后,研究細菌生長過程的規(guī)律,以培養(yǎng)時間為橫坐標,培養(yǎng)物中活菌數(shù)的對數(shù)以縱坐標,可得出一條生長曲線(圖3-1)。
圖3-1 細菌的生長曲線
細菌群體的生長繁殖可分為四期:
1.遲緩期(Lag phase):細菌接種至培養(yǎng)基后,對新環(huán)境有一個短暫適應(yīng)過程(不適應(yīng)者可因轉(zhuǎn)種而死亡)。此期曲線平坦穩(wěn)定,因為細菌繁殖極少。遲緩期長短因素種、接種菌量、菌齡以及營養(yǎng)物質(zhì)等不同而異,一般為1~4小時。此期中細菌體積增大,代謝活躍,為細菌的分裂增殖合成、儲備充足的酶、能量及中間代謝產(chǎn)物。
2.對數(shù)期(Logarithmicphase):又稱指數(shù)期(Exponential phage)。此期生長曲線上活菌數(shù)直線上升。細菌以穩(wěn)定的幾何級數(shù)極快增長,可持續(xù)幾小時至幾天不等(視培養(yǎng)條件及細菌代時而異)。此期細菌形態(tài)、染色、生物活性都很典型,對外界環(huán)境因素的作用敏感,因此研究細菌性狀以此期細菌最好?股刈饔,對該時期的細菌效果最佳。
3.穩(wěn)定期(Stationaryphase):該期的生長菌群總數(shù)處于平坦階段,但細菌群體活力變化較大。由于培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)消耗、毒性產(chǎn)物(有機酸、H2O2等)積累PH下降等不利因素的影響,細菌繁殖速度漸趨下降,相對細菌死亡數(shù)開始逐漸增加,此期細菌增殖數(shù)與死亡數(shù)漸趨平衡。細菌形態(tài)、染色、生物活性可出現(xiàn)改變,并產(chǎn)生相應(yīng)的代謝產(chǎn)物如外毒素、內(nèi)毒素、抗生素、以及芽胞等。
4.衰亡期(Declinephase):隨著穩(wěn)定期發(fā)展,細菌繁殖越來越慢,死亡菌數(shù)明顯增多。活菌數(shù)與培養(yǎng)時間呈反比關(guān)系,此期細菌變長腫脹或畸形衰變,甚至菌體自溶,難以辯認其形。生理代謝活動趨于停滯。故陳舊培養(yǎng)物上難以鑒別細菌。
體內(nèi)及自然界細菌的生長繁殖受機體免疫因素和環(huán)境因素的多方面影響,不會出現(xiàn)象培養(yǎng)基中那樣典型的生長曲線。掌握細菌生長規(guī)律,可有目的地研究控制病原菌的生長,發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)對人類有用的細菌。