代谢与生长繁殖
细菌在生长繁殖过程中，需要进行新陈代谢，如通过分解代谢给细菌提供能量（能量代谢），合成代谢为细菌提供其结构成分。在人体内，细菌的某些代谢产物可对人体发挥有利作用如维生素等，也可能是致病物质如细菌毒素等。
（一）代谢
1.能量代谢 病原菌均系化能异养菌，仅能从有机营养物分解氧化过程中获得以高能磷酸键形式（ADP、ATP）储存的能量。
细菌可通过底物水平磷酸化或氧化磷酸化方式合成ATP。前者见于糖酵解途径，也是大多数细菌共有、专性厌氧菌仅有的产能途径：1分子葡萄糖分解形成2个高能磷酸化合物中间体，其上高能磷酸基团分别转移到ADP分子上生成2个ATP，脱下的氢被有机物（NAD+）接受。氧化磷酸化指ATP合成耦联着生物氧化，生物氧化过程中伴随着脱氢与脱羧，有机营养物在细胞内分解产生二氧化碳，故亦称细胞呼吸。在有氧或无氧环境中，有机物的代谢产物和产生能量是不同的：有氧呼吸以分子氧为受氢体，1分子葡萄糖彻底氧化为CO2和水，可产生30或32分子分子ATP；厌氧呼吸以无机氧化物为受氢体，典型如1分子葡萄糖转化为2分子乳酸，仅生成2个ATP。需氧菌、兼性厌氧菌进行需氧呼吸，专性厌氧菌、兼性厌氧菌的厌氧呼吸和发酵在无氧条件下才能进行。
2.代谢产物
（1）分解代谢产物及医学意义：各种细菌所具有的酶不完全相同，对营养物质的分解能力亦不一致，其代谢产物亦有别。根据此特点，利用生物化学方法来检测、鉴别不同细菌称为细菌的生化反应试验，如常用吲哚（indol）、甲基红（methyl red）、VP（Voges-Proskauer）、枸橼酸盐利用（citrate utilization）4项试验鉴定肠道杆菌。
（2）合成代谢产物及其医学意义：细菌利用分解代谢中的产物和能量不断合成菌体自身成分，如细胞壁、多糖、蛋白质、脂肪酸、核酸等，同时还合成一些在医学上具有重要意义的代谢产物。①致热原（pyrogen）：或称热原质，为注入人体或动物体内能引起发热反应的物质。致热原主要由G-菌产生，大多为LPS。②毒素与侵袭性酶：细菌可产生外毒素和内毒素两类毒素，某些细菌还可产生具有侵袭性的酶，在细菌致病作用中甚为重要，如霍乱弧菌的肠毒素、链球菌的透明质酸酶等。③色素：某些细菌能产生不同颜色的色素，有助于鉴别细菌。细菌的色素有两类：一类为水溶性，如铜绿假单胞菌产生的色素使培养基或感染的脓液呈绿色；另一类为脂溶性，不溶于水，只存在于菌体，使菌落显色而培养基颜色不变，如金黄色葡萄球菌的色素。④抗生素：某些微生物在代谢过程中产生的一类次级代谢产物，能抑制或杀死某些微生物或肿瘤细胞，称为抗生素。多由放线菌和真菌产生，细菌所产甚少，仅多黏菌素、杆菌肽等。⑤细菌素：指某些细菌菌株产生的一类具有抗菌作用的蛋白质。与抗生素不同的是作用范围狭窄，仅对与产生菌有亲缘关系的细菌有杀伤作用。细菌素在治疗方面的应用价值不大，但可用于细菌分型和流行病学调查。⑥维生素：细菌能合成某些维生素，除供自身需要外，还能分泌至周围环境中。例如，人体肠道内的大肠埃希菌，其合成的B族维生素和维生素K也可被人体吸收利用。
（二）生长繁殖
1.条件 细菌生长繁殖所需要的条件主要包括营养物质、合适的酸碱度、适宜的温度和气体。
（1）营养物质：营养物质是细菌新陈代谢及生长繁殖不可缺少的成分，主要包括以下方面。①水：细菌所需营养物质必须先溶于水，营养的吸收与代谢均需有水才能进行。②碳源和氮源：来源于无机物或有机物，合成菌体组分和作为获得能量的主要来源。根据细菌利用能源和碳源的不同，将细菌分为自养型细菌和异养型细菌两大类。自养型细菌以无机物作为营养的来源，异养型细菌以有机物作为营养的来源，致病菌主要从糖类、氨基酸、蛋白胨等有机物中获得碳源或氮源。③无机盐：作为酶的组成部分，维持酶的活性；参与能量的储存和转运。调节菌体内外的渗透压；参与菌体的构成成分。④生长因子：许多细菌的生长还需一些自身不能合成的生长因子（growth factor），如维生素、某些氨基酸、嘌呤、嘧啶等。少数细菌还需特殊的生长因子，如流感嗜血杆菌需要Ⅹ、Ⅴ两种因子，X因子是高铁血红素，V因子是辅酶Ⅰ或辅酶Ⅱ，两者为细菌呼吸所必需。
（2）酸碱度（p H）：多数病原菌最适生长p H为7.2～7.6；个别细菌如霍乱弧菌在p H为8.4～9.2时生长最好，结核分枝杆菌生长的最适p H为6.5～6.8。(https://www.daowen.com)
（3）温度：病原菌在长期进化过程中适应人体环境，最适生长温度与人的体温相近，即37℃。
（4）气体：细菌生长所需要的气体主要是氧气和二氧化碳。大部分细菌在新陈代谢过程中产生的CO2可满足自身需要，根据细菌代谢时对分子氧的需要与否分为4类：①专性需氧菌（obligate aerobe）：具有完善的呼吸酶系统，需要分子氧作为受氢体以完成需氧呼吸，仅能在有氧环境下生长，如结核分枝杆菌。②微需氧菌（microaerophilic bacterium）：在低氧（5%～6%）时生长最好，如空肠弯曲菌。③兼性厌氧菌（facultative anaerobe）：兼有需氧呼吸和无氧发酵两种功能，不论在有氧或无氧环境中都能生长，大多数病原菌属于此。④专性厌氧菌（obligate anaerobe）：缺乏完善的呼吸酶系统，利用氧以外的其他物质作为受氢体，只能在无氧环境中进行发酵，如破伤风梭菌。
2.方式与生长曲线
（1）方式：细菌一般以简单的无性二分裂方式进行繁殖。在适宜条件下，多数细菌繁殖速度很快，20～30分钟增殖一代。个别细菌繁殖速度较慢，如结核分枝杆菌的代时长达18～20小时。
细菌分裂时菌体首先增大，染色体复制。G+菌的染色体与中介体相连，当染色体复制时中介体一分为二，各向两端移动，分别将复制好的一条染色体拉向细胞的一侧；接着染色体中部的细胞膜向内陷入，形成横隔，同时细胞壁亦向内生长；最后，肽聚糖水解酶使细胞壁肽聚糖的共价键断裂，分裂成为2个菌体。G-菌无中介体，染色体直接连接在细胞膜上，复制产生的新染色体则附着在邻近的一点上；在两点间形成新细胞膜，将各自的染色体分隔在两侧；最后细胞壁沿横隔内陷，整个细胞分裂成2个子代细胞。
（2）生长曲线：将一定数量的细菌接种于适宜的液体培养基中，连续定时取样以检查活菌数，可发现其生长过程的规律性。以大肠埃希菌为例，培养时间为横坐标，培养物中活菌数的对数为纵坐标，可绘制出一条生长曲线（图11-6）。
图11-6 大肠埃希菌的生长曲线
根据生长曲线，细菌的群体生长繁殖可分为4期。①迟缓期（lag phase）：为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、中间代谢产物；此期细菌分裂迟缓，极少增殖。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）：细菌在该期生长迅速，活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、药敏试验等）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，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。该期细菌形态可显著改变，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。因此，陈旧培养的细菌难以鉴定。
细菌生长曲线只有在体外人工培养的条件下才能观察到，对细菌的研究和生产实践均有指导意义。