细菌生长曲线时期划分、生长繁殖条件及规律
细菌是一类能独立进行生命活动的单细胞微生物,其生长繁殖涉及复杂的新陈代谢过程。细菌的生长繁殖与环境条件密切相关,条件适宜时生长繁殖及代谢旺盛;反之,则易受到抑制或死亡。了解细菌生长繁殖的条件和规律,对实验室检测和临床实践有重要指导意义。
细菌生长繁殖的基本条件
细菌生长繁殖需要一定的条件,包括营养物质如水分、碳源、氮源、无机盐、生长因子等;合适的酸碱度(pH),大多数细菌最适pH为7.2~7.6;合适的温度;氧或二氧化碳,需要何种气体需根据细菌代谢时对分子氧的需要与否,分为四种类型:专性需氧菌:必须在有氧条件下才能生长繁殖的细菌,如结核分支杆菌、铜绿假单胞菌等。微需氧菌:在低氧压(5%~6%)的环境中生长最好,氧压>10%对其生长有抑制作用,如空肠弯曲菌。专性厌氧菌:必须在无氧条件下才能生长繁殖的细菌,如破伤风芽孢梭菌。兼性厌氧菌:在有氧或无氧条件下均能生长繁殖,但在有氧时生长较好,大多数病原菌属此类,如葡萄球菌、伤寒沙门氏菌等。
细菌个体的生长繁殖
细菌个体主要以无性二分裂方式繁殖(裂殖),即细菌生长到一定时期,在细胞中间逐渐形成横隔,由一个母细胞分裂为两个大小相等的子细胞。细胞分裂是连续的过程,分裂中的两个子细胞形成的同时,在子细胞的中间又形成横隔,开始细菌的第二次分裂。有些细菌分裂后的子细胞分开,形成单个的菌体,有的则不分开,形成一定的排列方式,如链球菌、链杆菌等。
细菌群体的生长繁殖
细菌繁殖极快,但由于生长环境中营养物质不断消耗、毒性代谢产物不断积聚以及环境pH的改变,细菌不可能无限增殖,而是呈现一定的规律。细菌的繁殖方式:分裂。在适宜的环境下,一个细菌大约半小时分裂一次,变成两个细菌,两个细菌半小时后变成4个......那么一个细菌在适宜环境下10个小时能分裂多少呢?10个小时可以分裂20次,即:1×2×2......×2(20个2)=1048576(个)如果将一定数量的细菌接种于适宜的液体培养基后,连续定时取样检查活菌数,以培养时间为横坐标,培养物中活菌数的对数为纵坐标,可绘制出一条反映细菌增殖规律的曲线,称为生长曲线。
▲细菌的生长曲线
细菌生长曲线分为四个时期:
①迟缓期(lag phase)细菌进入新环境后的短暂适应阶段。该期菌体增大,代谢活跃,为细菌的分裂繁殖合成并积累充足的酶、辅酶和中间代谢产物;但分裂迟缓,繁殖极少。迟缓期长短不一,按菌种、接种菌的菌龄和菌量,以及营养物等不同而异,一般为1~4小时。
②对数期(logarithmic phase)又称指数期(exponential phase)。细菌在该期生长迅速,菌数以恒定的几何级数增长,生长曲线图上细菌数的对数呈直线上升,达到顶峰状态。此期细菌的形态、染色性、生理活性等都较典型,对外界环境因素的作用敏感。因此,研究细菌的生物学性状(形态染色、生化反应、药物敏感试验等)应选用该期的细菌。一般细菌对数期在培养后的8~18小时。
③稳定期(stationary phase)由于培养基中营养物质消耗,有害代谢产物积聚,该期细菌繁殖速度渐减,死亡数逐渐增加,两者大致平衡,因此该期的活菌数大致恒定,总的细菌数缓慢增加,细菌形态、染色性和生理性状常有改变。一些细菌的芽胞、外毒素和抗生素等代谢产物大多在稳定期产生。
④衰亡期(decline phase)稳定期后细菌繁殖越来越慢,死亡数越来越多,并超过活菌数。这一时期细菌形态显著改变,出现衰退型或菌体自溶难以辨认;生理代谢活动也趋于停滞。
细菌带来人类难题
近百年来,人类科技文明的发展大大提升了我们的生活质量,但在细菌这一古老而又繁盛的物种面前,我们仍应保持敬畏和警惕,做好预防。虽然大多数细菌是无害的,有些甚至对人体有益,但其他细菌却能够引起疾病,引起疾病的致病细菌产生毒素、破坏细胞,它们会引起食物中毒和其他严重疾病,包括脑膜炎、咽喉炎、肺炎、尿路感染和肺结核等等。细菌感染可以用抗生素治疗,对杀死细菌非常有效。但需要警惕的是,随着抗菌药物在全球的使用年限日益增长,细菌对抗菌药的耐药性日益成为人类健康的威胁。
细菌对抗菌药耐药是指已有的抗菌药对部分细菌感染的疗效下降,甚至完全失去疗效。根据美国CDC指南定义,多重耐药(Multidrug-Resistant)是指细菌对一种以上作用机制的抗菌药产生耐药。世界卫生组织(WHO)预测,如不采取行动,2050年抗菌药耐药性将造成1000万人死亡,超过癌症造成的死亡人数。2017年2月,WHO列出12种对人类产生最大威胁的多重耐药细菌。
多重耐药菌可分为革兰阳性菌和革兰阴性菌,两类细菌在细胞壁结构、致病的毒素种类等方面均有不同。根据CARSS全国耐药细菌监测网数据,2021年纳入分析的374.3万株菌株中,革兰阳性菌占比28.9%,革兰阴性菌占比71.1%。从耐药菌检出率来看,耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌(G+)、耐甲氧西林凝固酶阴性葡萄球菌(G+)、碳青霉烯类耐药铜绿假单胞菌(G-)、碳青霉烯类耐药鲍曼不动杆菌(G-)等耐药菌的检出率较高,其产生的耐药问题危害较大。且对于上述细菌来说,其在急诊患者、重症患者中的检出率较门诊患者、住院患者中更高。
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