细菌是原核生物，通常通过二元裂变的无性过程进行复制。在有利条件下，这些微生物以指数级速度迅速繁殖。当在培养基中生长时，细菌种群的生长模式是可预测的。这种模式可以用图形表示为一个群体中活细胞的数量随时间的变化，称为细菌生长曲线。生长曲线中的细菌生长周期包括四个阶段：滞后、指数（对数）、平稳和死亡。

关键收获：细菌生长曲线

• 细菌生长曲线表示一段时间内细菌种群中活细胞的数量。
• 增长曲线有四个不同的阶段：滞后、指数（对数）、平稳和死亡。
• 初始阶段是细菌代谢活跃但不分裂的滞后阶段。
• 指数或对数阶段是指数增长的时期。
• 在静止期，当死亡细胞的数量等于分裂细胞的数量时，生长达到一个平台。
• 死亡阶段的特点是活细胞数量呈指数下降。

细菌的生长需要一定的条件，而这些条件对所有细菌都不一样。氧气、pH值、温度和光照等因素会影响微生物的生长。其他因素包括渗透压、大气压力和水分可用性。细菌种群的产生时间或种群翻倍所需的时间因物种而异，取决于满足生长要求的程度。

细菌生长周期的阶段

在自然界中，细菌不会经历完美的生长环境条件。因此，居住在环境中的物种会随着时间而变化。然而，在实验室中，在封闭的培养环境中培养细菌可以达到最佳条件。正是在这些条件下，可以观察到细菌生长的曲线模式。

细菌生长曲线表示一段时间内细菌种群中活细胞的数量。

• 滞后期：这一初始阶段的特点是细胞活动而不是生长。将一小群细胞置于营养丰富的培养基中，使它们能够合成复制所需的蛋白质和其他分子。这些细胞体积增大，但在此阶段没有细胞分裂。
• 指数（对数）阶段：在滞后阶段之后，细菌细胞进入指数或对数阶段。这是细胞分裂的时间，在每一代时间之后，细胞分裂为二元分裂，数量加倍。当DNA、RNA、细胞壁成分和其他生长所必需的物质为分裂而产生时，代谢活性很高。正是在这一生长阶段，抗生素和消毒剂最为有效，因为这些物质通常针对细菌细胞壁或DNA转录和RNA翻译的蛋白质合成过程。
• 稳定阶段：最终，随着可用养分的耗尽和废物的积累，对数阶段经历的种群增长开始下降。细菌细胞生长达到一个稳定期，即静止期，分裂细胞的数量等于死亡细胞的数量。这导致总体人口没有增长。在不利条件下，对营养素的竞争加剧，细胞代谢活性降低。孢子形成细菌在此阶段产生内孢子，致病细菌开始产生物质（毒力因子），帮助它们在恶劣条件下生存，从而导致疾病。
• 死亡阶段：随着营养素的减少和废物的增加，死亡细胞的数量继续增加。在死亡阶段，活细胞数量呈指数下降，种群增长急剧下降。当即将死亡的细胞溶解或破裂时，它们将其内容物泄漏到环境中，使这些营养物质可供其他细菌利用。这有助于产生孢子的细菌存活足够长的时间来产生孢子。孢子能够在死亡阶段的恶劣条件下存活，当置于支持生命的环境中时，孢子能够成为生长中的细菌。

细菌生长与氧气

细菌和所有生物一样，需要一个适合生长的环境。这种环境必须满足支持细菌生长的几种不同因素。这些因素包括氧气、pH值、温度和光照要求。这些因素中的每一个对于不同的细菌可能是不同的，并且限制了在特定环境中存在的微生物类型。

细菌可以根据其需氧量或耐受水平进行分类。没有氧气就不能生存的细菌称为专性需氧菌。这些微生物依赖于氧气，因为它们在细胞呼吸过程中将氧气转化为能量。与需要氧气的细菌不同，其他细菌不能在氧气存在的情况下生存。这些微生物被称为专性厌氧菌，它们产生能量的代谢过程在氧气存在的情况下停止。

其他细菌是兼性厌氧菌，可以在有氧或无氧条件下生长。在缺氧的情况下，它们利用发酵或无氧呼吸产生能量。耐气厌氧生物利用无氧呼吸，但在有氧的情况下不会受到伤害。微需氧菌需要氧气，但只在氧气浓度较低的地方生长。空肠弯曲菌是一种生活在动物消化道中的微需氧菌，是人类食源性疾病的主要原因。

细菌生长与ph

细菌生长的另一个重要因素是pH值。酸性环境的pH值小于7，中性环境的pH值等于或接近7，碱性环境的pH值大于7。嗜酸性细菌在pH值小于5的区域生长旺盛，最佳生长值接近pH值3。这些微生物可以在温泉和人体酸性区域（如阴道）中找到。

大多数细菌是中性粒细胞，在pH值接近7的地方生长最好。幽门螺杆菌是生活在胃部酸性环境中的中性粒细胞的一个例子。这种细菌通过分泌一种中和周围胃酸的酶来生存。

在pH值介于8和10之间时，嗜碱菌生长最佳。这些微生物在碱性土壤和湖泊等基本环境中茁壮成长。

细菌生长与温度

温度是细菌生长的另一个重要因素。在较冷的环境中生长最好的细菌称为嗜冷菌。这些微生物喜欢在4°C和25°C（39°F和77°F）之间的温度。极端嗜冷菌在0°C/32°F以下的温度下生长旺盛，可以在北极湖泊和深海水域等地发现。

在中等温度（20-45°C/68-113°F）下生长的细菌称为中温细菌。这些包括作为人体微生物组一部分的细菌，其在或接近体温（37°C/98.6°F）时生长最佳。

嗜热菌在高温（50-80°C/122-176°F）下生长最好，可以在温泉和地热土壤中找到。喜欢极端高温（80°C-110°C/122-230°F）的细菌称为超嗜热菌。

细菌生长与光照

有些细菌需要光才能生长。这些微生物具有捕捉光线的色素，能够收集特定波长的光能并将其转化为化学能。蓝藻是光自养生物的例子，需要光进行光合作用。这些微生物含有叶绿素色素，通过光合作用吸收光和产生氧气。蓝藻生活在陆地和水生环境中，也可以作为浮游植物与真菌（地衣）、原生生物和植物共生。

其他细菌，如紫色和绿色细菌，不产生氧气，利用硫化物或硫进行光合作用。这些细菌含有细菌叶绿素，一种比叶绿素能吸收更短波长的光的色素。紫色和绿色细菌栖息在深水区。

来源

• 朱尔茨胡克，彼得。“细菌代谢”，《美国国家医学图书馆国家生物技术信息中心》，1996年1月1日，www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK7919/。
• 帕克，尼娜，等。微生物学。OpenStax，莱斯大学，2017年。
• Preiss等人，《对工业应用、早期生命形式的概念和ATP合成的生物能学产生影响的嗜碱细菌》，《生物工程和生物技术前沿》，前沿，2015年5月10日，www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbioe.2015.00075/full。