第十一章  细菌的生长繁殖与代谢

    细菌具有独立的生命活动能力，可从外界环境中摄取营养物质，获得能量，具有代谢（Metabolism）旺盛、繁殖（Multiplication）迅速的特点。细菌代谢过程中，可产生多种对人类的生活及医字实践有重要意义的代谢产物。

第一节 细菌的化学组成与理化性状
一、化学组成：水、无机盐、蛋白质、糖类、脂类、核酸等
二、物理性状
1  带电现象：G+菌等电点PH=2-3 ；G-菌=4-5
2  表面积： 大，所以代谢旺盛，繁殖迅速。
3  光学性质： 半透明体，浑浊。以比浊法，用光密度计估计细菌。
4  半透性与渗透压：细菌的细胞壁和细胞膜为半透性膜。
渗透压  G+  20- 25大气压；G-  5—6个大气压。
第二节  细菌的营养与代谢
细菌代谢的特点： 1 代谢活跃    2  代谢类型多样化。
一、细菌的营养：
1.细菌的营养类型：
（1）自营菌： 以简单无机物为原料，合成复杂的菌体原生质；能量来源是：化学能和光能。
（2）异营菌： 不能以简单的无机物为原料，须供给多种有机物。如蛋白质、vitamin等才能合成菌体原生质。能量来源：有机物氧化。
包括：
腐生菌：以无生命的有机物为营养来源。
寄生菌：寄生于活体内，从host体内的有机物中获取营养，大多为病原菌。
2.营养物质：水、碳源、氮源、生长因子、无机盐等
3.摄取营养的机理：
渗透作用：如水、小分子物质
简单扩散或被动扩散：大分子。
主动转运：通过载体蛋白
基因转位：嘌呤、嘧啶 乙酸。
二、细菌的生长繁殖
1.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，病原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。
（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；
有的细菌最适pH偏酸，如结核杆菌（pH6.5～6.8）。
（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。根据细菌对氧的需要不同，主要分为四类：
专性需氧菌：如结核杆菌；
专性厌氧菌：如破伤风杆菌；
兼性厌氧菌：大多数病原菌属此类；
微需氧菌：如空肠弯曲菌，
2.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。
（1）繁殖的方式：细菌以简单的二分裂方式无性繁殖，突出的特点为繁殖速度极快。
代时：细菌分裂倍增的必须时间细菌代时一般为20～30分钟，个别菌较慢，如结核杆菌代时为18～20小时。
（2）细菌群体生长繁殖规律
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，将一定数的细菌接种适当培养基后，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，细菌群体的生长繁殖可分为四期：
 

迟缓期: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。一般为1～4小时。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。
对数期: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。
稳定期: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等。
衰亡期: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，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。

第三节 细菌的新陈代谢
细菌新陈代谢有两个突出的特点：
①代谢活跃。细菌菌体微小，相对表面积很大，因此，物质交换频繁、迅速，呈现十分活跃的代谢。
②代谢类型多样化。各种细菌其营养要求、能量来源、酶系统、代谢产物各不相同，形成多种多样的代谢类型，适应复杂的外界环境。
    细菌的代谢包括合成与分解两大类。
一、分解代谢产物及生化检测
    细菌分泌胞外酶将多糖、蛋白质等大分子营养物质分解为单糖、小肽或氨基酸，然后吸收进入菌体，再经氧化或胞内酶分解形成菌体可利用的成分，此谓细菌的分解代谢。
    细菌在分解代谢中能产生多种代谢产物，在细菌的鉴定及生化反应中有实际意义。细菌的分解代谢产物因各种细菌具备的酶不完全相同，而有所差异。各代谢产物可通过生化试验的方法检测，通常称为细菌的生化的反应。
二、合成代谢产物及临床意义
1．热原质（Pyrogen）:热原质即菌体中的脂多糖，大多是革兰氏阴性菌产生的。注入人或动物体内能引起发热反应，故名热原质。热原质耐高热，高压蒸汽灭菌（121℃，20’）不能使其破坏，除去热原质最好的方法是蒸馏。药液、水等被细菌污染后，即使高压灭菌或经滤过除菌仍可有热原质存在，输注机体后可引起严重发热反应。生物制品或注射液制成后除去热原质比较困难，所以，必须使用无热原质水制备。
2．毒素与酶：细菌可产生内、外毒素及侵袭性酶，与细菌的致病性密切相关。
3．色素：有些细菌能产生色素，对细菌的鉴别有一定意义。
    细菌色素有两类：①水溶性色素，能弥形至培养基或周围组织，如绿脓杆菌产生的绿脓色素使培养基或脓汗呈绿色。②脂溶性色素，不溶于水，仅保持在菌落内使之呈色而培养基颜色不变，如金黄色葡萄球菌色素。
4．抗生素:某些微生物代谢过程中可产生一种能抑制或杀死某些其他微生物或癌细胞的物质，称抗生素。抗生素多由放线菌和真菌产生，细菌仅产生少数几种，如多粘菌素、杆菌肽等。
5．细菌素（Bactericin）:某些细菌能产生一种仅作用于有近缘关系的细菌的抗菌物质，称细菌素。细菌素为蛋白类物质，抗菌范围很窄，无治疗意义，但可用于细菌分型和流行病学调查。大肠杆菌产生的细菌素称大肠菌素，绿脓杆菌产生的称绿脓菌素，霍乱弧菌产生的称弧菌素。