细菌生长的奥秘

来源：灰藻科技　　浏览量：217　　发布时间：2024-01-13 14:28:23

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关键词：#微生物| #细菌|#细菌的生长因素

| 引言

对于人类来说，生长通常指的是体积的增加，例如从一个小小的新生儿长成一个大人的过程。然而，对于细菌来说，生长的定义有所不同。虽然细菌在细胞分裂之前也会增大体积，但它们的生长主要指的是细菌数量的增加，而不是体积的增加。细菌生长的过程可以理解为细胞所有化学成分的有序增加。通过生长，细菌细胞得以繁殖，从而导致细菌群体或培养物的数量增加。大多数细菌通过二分裂的方式进行分裂，这是一种细胞分裂的方式，使得细菌产生两个与母细胞完全相同的子细胞。这种分裂方式是细菌生长的关键过程，使得细菌数量呈指数级增长。实际上，细菌生长可以等同于细胞数量的增加。当一个细菌分裂成两个，这两个细菌再分裂就变成四个，然后是八个，以此类推。这就是细菌生长的独特方式。

| 细菌的生长时间

细菌的生长速率是通过测量单位时间内细菌数量的变化来衡量的。Generation time是指一个细菌在最佳条件下分裂产生两个子细胞所需的时间。大多数致病细菌的Generation time大约是20分钟，如大肠杆菌。结核分枝杆菌的Generation time更长（即20小时），麻风分枝杆菌的Generation time最长（即20天）。一个细菌可以快速复制和增殖，在24小时内产生数百万个细胞。

| 影响细菌生长的因素

微生物的生长在体内、自然界或实验室中会受到多种因素的影响，包括温度、pH值、水分含量、可用营养素以及其他微生物的特性。

细菌生长要素

图1、影响细菌生长的因素来源： https://microbenotes.com/bacterial-growth-and-factors-affecting-growth-of-bacteria/

1、氧气

根据细菌对氧气的需求，细菌可大致分为好氧菌和厌氧菌。

（1）好氧细菌：

它们的生长需要氧气。它们可能是：

1）有氧菌——只能在有氧条件下生长，如铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）。

2）兼性需氧菌——普通的需氧菌，但可以在没有氧气的情况下生长，例如大肠杆菌（E. coli）。大多数致病菌都是兼性需氧菌。

3）微需氧细菌——在低氧和低浓度（4%）二氧化碳存在下生长的细菌，如空肠弯曲杆菌（Campylobacter jejuni）。

4）一些发酵生物具有耐氧性，但不含有过氧化氢酶或超氧化物歧化酶。氧气不会被还原，因此不会产生过氧化氢（H2O2）和初生氧气（O2），如植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）。

（2）厌氧菌：

1）专性厌氧菌是指只能在缺氧条件下生长的细菌，如肉毒梭菌（Clostridium botulinum）、破伤风梭菌（Clostridium tetani）等。

2）这些细菌缺乏超氧化物歧化酶和过氧化氢酶；因此氧气对这些生物是致命的。

2、二氧化碳

嗜二氧化碳细菌：需要更多二氧化碳（CO2）才能生长的微生物。它们在5-10%的二氧化碳和15%的氧气中生长良好。在蜡烛罐中，可以实现3%的二氧化碳。此类细菌的例子包括流感嗜血杆菌（H. influenzae）、布鲁氏菌（Brucella abortus）等。

3、温度

大多数致病菌的最佳温度为37℃。

然而，最佳温度是可变的，根据它们的温度范围，细菌的生长分为以下几类：

（1）嗜冷菌：这些细菌是嗜冷的微生物，在0-20℃的温度范围内生长。大多数土壤和水腐生菌都属于这一类。

（2）嗜中温菌：这些是生长在25℃至40℃之间的喜温微生物。大多数致病菌属于这一类。

（3）嗜热菌：这些是喜欢高温的微生物。它们可以在55-80℃的高温范围内生长，如嗜热脂肪酸菌（B. stearothermophilus）。

4、pH值

大多数致病菌在pH值7.2~7.6之间生长。很少有细菌，如乳酸杆菌，可以在低于4.0的酸性pH值下生长。许多食品，如泡菜和奶酪，通过发酵过程中产生的酸来防止腐败。如霍乱弧菌（V. cholerae）可以在碱性（8.2~8.9）pH值下生长。

5、光

根据细菌使用的能量来源，它们可以分为：

（1）光养生物（从阳光中获取能量的细菌）

（2）化学营养生物（从化学来源获取能量的细菌）。

6、渗透压

微生物几乎从周围的水中获得溶液中的所有营养物质，因此，溶液的渗透压和盐浓度等因素会影响细菌的生长。细菌凭借其细胞壁的机械强度能够承受广泛的外部渗透变化。需要高渗透压的生物被称为嗜渗透性细菌。细菌突然暴露于高渗溶液中可能会导致水的渗透性回流，导致原生质（质壁分离）的渗透性收缩。另一方面，细菌突然从浓缩溶液转移到蒸馏水中可能会导致过度吸水，导致细胞膨胀和破裂（浆液性肺脓肿）。

| 总结

细菌是一种原核生物，它们的细胞结构简单，但是它们的生长模式却非常复杂。细菌如何决定何时分裂，如何应对不同的环境压力，如何形成多样的图案和结构，这些都是微生物学领域的重要课题。了解细菌的生长奥秘，对于揭示生命的起源和演化，认识生物与环境的相互作用，以及利用细菌进行生物技术开发，都有着重要的意义。通过研究细菌的生长，可以开发新的生物传感器、生物电池、生物材料等，为工业和环境提供新的技术和方案，也可以揭示生命的本质和规律，为生命科学和哲学提供新的视角和启示。