9: 微生物生长
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我们都熟悉池塘表面的粘糊层或使岩石变得湿滑的粘糊层。 这些是生物膜的例子，即嵌入基质材料薄层中的微生物（图\(\PageIndex{1}\)）。 生物膜长期以来一直被认为是细胞的随机组合，很少受到研究人员的关注。 最近，可视化和生化方法的进展表明，生物膜是一个有组织的生态系统，其中许多细胞（通常是不同种类的细菌、真菌和藻类）通过细胞信号传导和协调反应相互作用。 生物膜在恶劣的条件下提供受保护的环境，并有助于微生物的定植。 生物膜也具有临床重要性。 它们在医疗器械上形成，无法进行常规清洁和消毒，并引起健康获得性感染。 在体内，生物膜以牙菌斑的形式在牙齿上形成，在囊性纤维化患者的肺部和心内膜炎患者的心脏组织上形成。 粘液层有助于保护细胞免受宿主免疫防御和抗生素治疗。
研究生物膜需要新的方法。 由于细胞的粘附特性，本章探讨的许多培养和计数细胞的方法不容易应用于生物膜。 这是一个充满挑战的新时代的开始，对微生物在自然界中生长和繁殖的方式提出了有益的见解。
- 9.1: 微生物如何生长
- 细菌细胞周期涉及通过复制 DNA 和将细胞成分分分分为两个子细胞来形成新细胞。 在原核生物中，繁殖始终是无性的，尽管以水平基因转移的形式发生了广泛的遗传重组，将在另一章中进行探讨。 大多数细菌只有一条环状染色体；但是，也存在一些例外。
- 9.2：微生物生长的氧气需求
- 问大多数人 “生活的主要要求是什么？” 答案可能包括水和氧气。 很少有人会争论对水的需求，但是氧气呢？ 没有氧气会有生命吗？ 答案是并不总是需要分子氧。 最早的生命迹象可以追溯到地球条件严重恶化且基本上不存在游离氧气的时期。
- 9.3：pH 对微生物生长的影响
- 细菌通常是中性粒细胞。 它们在中性 pH 值接近 7.0 时生长效果最好。 嗜酸生物在 pH 值接近 3.0 时生长效果最佳。 亲碱生物是在 pH 值为 8 到 10.5 之间生长最佳的生物。 极端的嗜酸生物和亲碱生物在接近中性 pH 值时生长缓慢或根本不生长。 微生物在最佳生长 pH 值下生长效果最佳。 生长缓慢或根本不低于最低生长 pH 值和最大生长 pH 值。
- 9.4：温度和微生物生长
- 微生物在很宽的温度范围内茁壮成长；它们在不同的自然环境中定植并适应了极端温度。 极端的寒冷和高温都需要对大分子和生物过程进行进化调整。 Psychrophiles 在 0—15 °C 的温度范围内生长得最好，而 psychrotrophs 在 4 °C 至 25 °C 之间生长最好。中温在 20 °C 至 45 °C 的中等温度下生长得最好。病原体通常是嗜中生物。
- 9.5：其他影响增长的环境条件
- 微生物与环境相互作用的维度比 pH、温度和游离氧水平还要多，尽管这些因素需要进行重大调整。 我们还发现微生物适应不同水平的盐度、气压、湿度和光线。
- 9.6：用于细菌生长的培养基
- 如果我们能够培养微生物，也就是说，让繁殖种群在实验室条件下存活，那么对微生物的研究就会得到极大的便利。 培养许多微生物具有挑战性，因为营养和环境要求非常特异，而且不同物种之间这些要求多种多样。
缩略图：暴雨导致肥料流入伊利湖，引发大量藻华，沿海岸线可以观察到这种情况。 注意岸边的棕色未种植和绿色种植的农业用地。 （来源：美国宇航局）