微生物的个体生长与繁殖

微生物的个体生长与繁殖因微生物种类的不同而异。现以单细胞微生物细菌为例讨论如下。

1.细菌的个体生长与繁殖

就大多数原核生物而言，其单个细胞持续生长直至分裂成两个新的细胞，这个过程称为二等分裂。杆状细菌如大肠杆菌在培养过程中，能观察到细胞延长至大约为细胞原最小长度的2倍时，处于细胞中间部位的细胞膜和细胞壁从两个相反的方向向内延伸，逐渐形成一个隔膜，直至2个子细胞被分割开，最终分裂形成2个子细胞。细菌完成一个完整生长周期所需的时间随种的不同而变化较大。这种变化除了主要由遗传特性决定外，还受诸多因子的影响，包括营养和环境条件等。在适宜的营养条件下，大肠杆菌完成一个周期仅需约20min，有些细菌甚至比这更快，但更多的比其要慢。在生长周期中，每个子细胞能获得1份完整的染色体和作为一个独立细胞存在所需的其他所有大分子、单体和无机离子的拷贝。由于DNA在细胞生命活动中的中心地位，因此，在细胞生长与繁殖中，遗传物质DNA的复制与分离是备受关注的重要事件。

2.细菌拟核DNA的复制与分离

细菌的拟核（nucleoid）也即细菌染色体（bacteri-al chromosome），是一个环形的双链DNA分子。细菌细胞在生长过程中，其双链环形DNA分子在一个特定的位置上起始复制，该位置称为复制原点，也称复制起点。复制原点是一约由300个碱基组成的特异序列，它能被特异的起始蛋白所识别；DNA复制从原点开始，向两个相反的方向延伸，最终形成两个子染色体DNA分子。在细胞分裂形成的两个子代细胞中，分别含有一个遗传信息完整的拟核（见图5-1 A）。

据研究推测，细菌染色体DNA的复制原点附着在细胞质膜的特定部位，在细胞生长中，随着细胞膜的增长延伸，将两个子DNA分子拉向细胞两极，最终完成细胞分裂。大肠杆菌在适宜的生长环境中进行快速生长时，在DNA分子上往往前一次的复制还未完成，而子DNA链上的复制原点已开始新的复制，因而在DNA分子上可出现多个复制叉现象（见图5-1B），导致一个细胞中常含有多个DNA分子，以适应细胞快速生长与繁殖的需要。一般在生长终止的细胞中含有一个拟核DNA分子。

图5-1 细菌染色体DNA的复制

A.常速生长中的细菌E.coli DNA复制

B.快速生长中细菌E.coli DNA复制

注：DNA环上圆点示复制起点，箭头示复制叉与复制方向

3.细菌细胞壁的合成与扩增

实验表明，并非所有种的细菌用同一方式合成与扩增细胞壁。酿脓链球菌（Streptococcus pyogenes）细胞壁的扩增位置与方式至今已研究得较为清楚。用酿脓链球菌的细胞壁成分作抗原，获得相应的能与细胞壁起结合反应的抗体，并用荧光色素标记该抗体。然后，将酿脓链球菌细胞置于含有此种已标记抗体的培养基中培养，酿脓链球菌细胞壁一旦被带有荧光色素的抗体所结合，就能在荧光显微镜下显示荧光而被分辨；再把带有荧光的酿脓链球菌细胞转移至不含上述荧光抗体的培养基中培养，随着酿脓链球菌细胞的生长，细胞上无荧光部分即为新合成与扩增的细胞壁区域（图5-2）。从图5-2中培养30min的细胞可见，新合成的细胞壁成分被运送和添加在球菌壁中部称为壁带（wall bands）的赤道位置上，新合成的细胞壁向两边延伸，并随生长的继续，在球菌壁中部出现内陷，逐渐形成横隔（septum），最后子细胞分离（图5-3）。粪链球菌（Streptococcus faecalis）细胞壁扩增方式与酿脓链球菌类似。

在杆状细菌中，其新合成的细胞壁前体物添加到新细胞壁增长起始点时，由壁水解酶对起始点原有肽聚糖先行水解，这与球菌类同。如抑制有关的这类壁水解酶，就能阻止细胞延长与分裂；但在杆状细菌中，细胞壁的扩增方式的研究，尚未获得可被广泛接受的一致模式。

图5-2 Streptococcuspyogenes细胞壁的合成与延伸

（引自Boyd，1988）

图5-3 细胞壁生长区与扩增方向

（引自Madigan et al.，2003）