微生物學(xué)中“生長(zhǎng)”的概念：在一定時(shí)間和條件下細(xì)胞數(shù)量的增加（微生物群體生長(zhǎng)）。在微生物學(xué)中提到的“生長(zhǎng)”，一般均指群體生長(zhǎng)，這一點(diǎn)與研究大生物時(shí)有所不同。
細(xì)菌生長(zhǎng)曲線是專指單細(xì)胞微生物的。它是將少量的單細(xì)胞微生物接種純種到一定容積的液體培養(yǎng)基后，在適宜的條件下培養(yǎng)，定時(shí)取樣測(cè)定細(xì)胞數(shù)量，以細(xì)胞增長(zhǎng)數(shù)目的對(duì)數(shù)做縱坐標(biāo)，以培養(yǎng)時(shí)間做橫坐標(biāo)，繪制一條如圖所示的曲線，我們稱這條曲線為細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線。
細(xì)菌的生長(zhǎng)周期一般分為四個(gè)階段：延滯期、對(duì)數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期。
案例經(jīng)過(guò)
在今年遇到這樣一個(gè)生長(zhǎng)曲線：
這是一個(gè)厭氧瓶中血培養(yǎng)18小時(shí)后的生長(zhǎng)曲線，這個(gè)患者的需氧瓶和厭氧瓶同時(shí)報(bào)陽(yáng)：紅色，涂片均為革蘭陰性桿菌。轉(zhuǎn)種血平板和麥康凱平板，中等大小，圓形凸起光滑濕潤(rùn)的淡黃色菌落，氧化酶陰性，上第DL-96E板，鑒定和藥敏一樣為嗜麥芽窄食假單胞菌且鑒定率100%。
奇怪的是，平時(shí)看見的血培養(yǎng)生長(zhǎng)曲線都不是這樣的。到底是什么原因?qū)е聝蓚€(gè)瓶子的生長(zhǎng)曲線不一樣？而且厭氧瓶有兩個(gè)生長(zhǎng)周期？難道厭氧瓶的第二個(gè)生長(zhǎng)周期提示有另外一個(gè)細(xì)菌生長(zhǎng)？
我們?nèi)∵m量厭氧瓶里的培養(yǎng)物進(jìn)行厭氧和需氧培養(yǎng)（血平板、嗜血平板、麥康凱平板、真菌平板），依然還是單個(gè)細(xì)菌生長(zhǎng)。后上DL-NE版鑒定，依然為嗜麥芽假單胞菌，可以斷定第二個(gè)生長(zhǎng)周期不是其它細(xì)菌所為。
那么嗜麥芽窄食假單胞菌為什么會(huì)有兩個(gè)生長(zhǎng)周期，而且只有厭氧瓶有，需氧瓶沒有？
案例分析
眾所周知，細(xì)菌細(xì)胞的生長(zhǎng)有賴于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收、細(xì)胞物質(zhì)的合成和能量的產(chǎn)生。下面我們來(lái)了解一下微生物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。
微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：碳源、氮源、能源、無(wú)機(jī)鹽、生長(zhǎng)因子、水。為微生物生命活動(dòng)提供最初能量來(lái)源的物質(zhì)稱為能源，可分為兩類：光能和化學(xué)能。絕大多數(shù)微生物的能量來(lái)源是化學(xué)能，能提供化學(xué)能的化合物包括無(wú)機(jī)物和有機(jī)物。處于還原態(tài)的無(wú)機(jī)物，如NH3、NH4*、NO2、S、H2S、H2、Fe2+等，在氧化過(guò)程中釋放能量。能夠利用這些能量的微生物都是細(xì)菌和古菌，稱為無(wú)機(jī)化能營(yíng)養(yǎng)型生物，如亞硝酸細(xì)菌、硫化細(xì)菌、硫細(xì)菌、氫細(xì)菌、鐵細(xì)菌等。
為微生物提供能量的有機(jī)物主要是糖類，在生物氧化過(guò)程中為微生物提供能量。糖類也是微生物主要的碳源，對(duì)于異養(yǎng)型微生物而言，最適合作為碳源的是含C、H、O原子的有機(jī)碳，其中糖類是最被廣泛利用的碳源，其次為醇類、有機(jī)酸和脂質(zhì)。
在糖類中，單糖優(yōu)于雙糖和多糖，己糖優(yōu)于戊糖，葡萄糖、果糖優(yōu)于甘露糖和半乳糖，淀粉明顯優(yōu)于纖維素和幾丁質(zhì)等同多糖，同多糖明顯優(yōu)于瓊脂和木質(zhì)素等雜多糖。
雖然糖類物質(zhì)通常是許多微生物最容易利用的碳源物質(zhì)與能源物質(zhì)，但是微生物對(duì)不同糖類物質(zhì)的利用也有差別。例如，在葡萄糖和乳糖并存的培養(yǎng)基中，大腸桿菌優(yōu)先利用葡萄糖(稱為速效碳源)，然后利用乳糖(稱為遲效碳源)，呈現(xiàn)二次生長(zhǎng)現(xiàn)象[1]。
查閱了關(guān)于細(xì)菌二次生長(zhǎng)的文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)：
1961年，法國(guó)科學(xué)家莫諾（J·L·Monod，1910-1976）與雅可布（F·Jacob）發(fā)表“蛋白質(zhì)合成中的遺傳調(diào)節(jié)機(jī)制”一文，提出操縱子學(xué)說(shuō)，開創(chuàng)了基因調(diào)控的研究。莫諾與雅可布最初發(fā)現(xiàn)的是大腸桿菌的乳糖操縱子。這是一個(gè)十分巧妙的自動(dòng)控制系統(tǒng)，這個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)調(diào)控大腸桿菌的乳糖代謝。
乳糖可作為培養(yǎng)大腸桿菌的能源。大腸桿菌能產(chǎn)生半乳糖苷酶，能夠催化乳糖分解為半乳糖和葡萄糖，以便作進(jìn)一步的代謝利用。編碼半乳糖苷酶的基因（簡(jiǎn)稱z）是一個(gè)結(jié)構(gòu)基因（structural gene）；在z的另一側(cè)還有β-半乳糖苷滲逅酶基因y和β-半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶基因a。這個(gè)結(jié)構(gòu)基因與操縱基因共同組成操縱子。
操縱基因受一種叫作阻遏蛋白的蛋白質(zhì)的調(diào)控，這種阻遏蛋白后稱調(diào)節(jié)基因。當(dāng)阻遏蛋白結(jié)合到操縱基因之上時(shí)，乳糖會(huì)起誘導(dǎo)作用，它與阻遏蛋白結(jié)合，使之從操縱基因上脫落下來(lái)。這時(shí)，操縱基因開啟，相鄰的結(jié)構(gòu)基因也表現(xiàn)活性，細(xì)菌就能分解并利用乳糖了，這樣，乳糖便成了誘導(dǎo)半乳糖苷酶產(chǎn)生的誘導(dǎo)物。
上述內(nèi)容表明，大腸桿菌的乳糖操縱子是一個(gè)十分巧妙的自動(dòng)控制系統(tǒng)：當(dāng)培養(yǎng)基中含有充分的乳糖，同時(shí)不含葡萄糖時(shí)，細(xì)菌便會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生半乳糖苷酶來(lái)分解乳糖，以資利用。當(dāng)培養(yǎng)基中不含乳糖時(shí)，細(xì)菌便自動(dòng)關(guān)閉乳糖操縱子，以免浪費(fèi)物質(zhì)和能量。
60年代中期，在操縱子中還發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)開關(guān)基因，稱為啟動(dòng)基因（promoter）。啟動(dòng)基因位于操縱基因之前，二者緊密相鄰。啟動(dòng)基因由環(huán)腺苷酸（cAMP）啟動(dòng)，而環(huán)腺苷酸能被葡萄糖所抑制。這樣，葡萄糖便通過(guò)抑制環(huán)腺苷酸而間接抑制啟動(dòng)基因，使結(jié)構(gòu)基因失活，停止合成半乳糖苷酶。
由此可知，結(jié)構(gòu)基因同時(shí)受兩個(gè)開關(guān)基因的調(diào)控——操縱基因與啟動(dòng)基因。只有當(dāng)這兩個(gè)開關(guān)都處于開啟狀態(tài)時(shí)，結(jié)構(gòu)基因才能活化。當(dāng)培養(yǎng)基中同時(shí)存在葡萄糖和乳糖時(shí)，葡萄糖通過(guò)抑制環(huán)腺苷酸而間接抑制啟動(dòng)基因，并進(jìn)而抑制結(jié)構(gòu)基因，使細(xì)菌不產(chǎn)生半乳糖苷酶。這種情況下，細(xì)菌便會(huì)自動(dòng)優(yōu)先利用葡萄糖，因?yàn)槠咸烟枪潜热樘歉玫哪茉础?
從上可知道，當(dāng)培養(yǎng)基中同時(shí)有葡萄糖和其它糖的時(shí)候優(yōu)先利用葡萄糖，葡萄糖利用完了再利用其它可以利用的能源，就產(chǎn)生了細(xì)菌的第二次生長(zhǎng)。
下圖是我科目前使用的血培養(yǎng)瓶（需氧和厭氧瓶的成分，其中能源方面厭氧瓶多了果糖，兩者均不含乳糖）。
果糖是一種最常見的單糖，極易溶于水，在許多食品中存在，和葡萄糖、半乳糖一起構(gòu)成了血糖的三種主要成分。果糖中含有6個(gè)碳原子，是葡萄糖的同分異構(gòu)體，它以游離的狀態(tài)大量存在于水果的果漿和蜂蜜中，果糖還能與葡萄糖結(jié)合生成蔗糖。
據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，嗜麥芽窄食假單胞菌產(chǎn)酸明顯：可利用葡萄糖、甘露糖、蔗糖、麥芽糖、纖維二糖、乳糖、水楊酸、乙酸鹽和丙酸鹽等24種物質(zhì)，而果糖、異丁酸鹽、順烏頭酸鹽和正丙醇則僅為部分菌株利用。
由此可見，一些嗜麥芽假單胞菌的菌株是可以利用果糖做為碳源供能的，而且對(duì)果糖的利用優(yōu)于甘露糖和半乳糖。
案例結(jié)論
厭氧瓶中的第二次生長(zhǎng)現(xiàn)象應(yīng)該是葡萄糖利用完了后，啟動(dòng)了果糖作為能源，促進(jìn)了嗜麥芽假單胞菌的再次生長(zhǎng)。
不過(guò)，是否這個(gè)再次生長(zhǎng)也是由果糖的操縱子引起的，還需要進(jìn)一步的文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)的佐證。由于我們的需氧瓶不含果糖，所以只有一個(gè)生長(zhǎng)周期。
善于發(fā)現(xiàn)，追根求源，知其然，知其所以然，才能提高理論水平和業(yè)務(wù)技能，獲得基礎(chǔ)研究的最好材料，這也是我們微生物人的工作原則。如果遇到問(wèn)題就放棄，不僅自己能力不能提高，對(duì)臨床也提供不了最好的幫助。
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