更新时间：2023-07-04 09:44
细菌（bacteria）也称真细菌（eubacteria），是一类个体微小、结构简单、细胞壁坚韧、多以二分裂方式繁殖的原核生物。根据其形态分为三类，球菌、杆菌和螺旋菌（包括弧菌、螺菌、螺杆菌）。
细菌细胞小而透明，直径常以微米（μm，10⁻⁶米）计算，已知的大多数细菌直径在0.4～2μm间，根据种类的不同体积可相差10⁶～10⁸倍，只有通过适当的染色之后才能在光学显微镜下观察到。细胞结构简单，大多数细菌均具有的构造称为一般结构，如细胞壁、细胞膜、细胞质、内含物等；只有少数细胞具有特殊结构，如鞭毛、糖被、芽孢、菌毛和性毛等。
细菌是重要的微生物类群，在自然界中分布广泛、种类多，与人类生产和生活关系密切。很多细菌在农业、医学、工业、环境等方面具有重要作用；同时，一些致病菌也是引起一些传染性疾病的病原体，不少腐败细菌还会引起食品和工农业产品的腐烂变质。此外，由于细菌具有生长繁殖迅速、容易发生遗传变异、基因组较小等优点，使得它们成为科学研究领域中的模式生物，对于揭示生命奥秘等发挥了重要作用。
安东尼·列文虎克（Antonyvan Leeuwemhoek，1632—1723年）是荷兰著名的制镜匠人，他制造出了一台能放大200~300倍的显微镜。有一次，他在显微镜下观察到许多从未见过的小生物，它们形态各异，有的单个存在，有的几个连在一起，证实了微观世界的存在。1857年，被誉为“微生物学之父”的路易斯·巴斯德通过“S型曲颈瓶实验”证实了有机化合物发酵是酵母菌的作用，酒类变质是其他杂菌污染的结构，并随之创立了巴氏消毒法，为微生物学的发展做出了突出的贡献。
细菌这个名词最初由德国科学家克里斯汀·埃伦伯格（Christian Gottfried Ehrenberg，1795-1876）在1828年提出，用来指代某种细菌。这个词来源于希腊语βακτηριον，意为“小棍子”。1866年，德国动物学恩斯特·海克尔（Ernst Haeckel，1834-1919）建议使用“原生生物”，包括所有单细胞动物（细菌、藻类、真菌和原生动物界）1878年，法国外科医生塞迪悦（Charles Emmanuel Sedillot，1804-1883）提出“微生物”来描述细菌细胞或者更普遍的用来指微小生物体。
20世纪70年代末由于美国伊利诺斯大学的 C . R . Woese（伍斯）等人对大量微生物和其他生物进行16S和18S rRNA 的寡聚核苷酸测序，并比较其同源性水平后，提出了一个与以往各种界级分类不同的新系统，称为三域学说（Three Domains Theory）。”域“是一个比界（Kingdom）更高的界级分类单元，过去曾称原界（Urkingdom）。三个域指的是细菌域（Bacteria ，以前称”真细菌域“Eubacteria）、古菌域（Archaea，以前称”古细菌域“Archaebacteria）和真核生物（Eukarya）。由此可见，它与以往其他系统的最大差别是把原核生物分成了两个有明显区别的域，并与真核生物一起构成整个生命世界的三个域。
现今的细菌是从40亿年前的单细胞动物演化而来。在此后的30亿年间，细菌和古细菌都是主要的生物。虽然细菌有化石存在，如叠层石等，但这些化石缺乏有效的形态学证据，很难与现生的细菌共同建构出细菌的演化史。幸运的是，日益成熟的基因定序技术让建立演化的树状图成为了可能，这些研究使人类明了了细菌演化的第一次大分歧是在真核及原核之间。
之后，细菌又发生了第二次的剧烈演化，有一部分的古菌与其他细菌内共生，成为了现今真核生物的祖先。真核生物的祖先吞下了一种Α-变形菌门的细菌，成为后来的线粒体，或是氢酶体。之后，有些已经拥有线粒体的生物，吞下了类似蓝菌类的生物，形成了后来的叶绿体，这一支后来演化成了藻类和植物。另外，有些藻类还有可能再吞入其他藻类进行内共生，此现象称为二次内共生。
细菌分类学经历了漫长的过程。自二十世纪八十年代起，国际上最具权威性的细菌分类专著为《伯杰系统细菌学手册》和《伯杰鉴定细菌学手册》。细菌的分类层次与其他生物相同，也是界（kingdom）、门（phylum）、纲（class）、目（order）、科（family）、属（genus）、种（species）。种是细菌分类的基本单位。生物学性状基本相同的细菌群体构成一个菌种；性状相近、关系密切的若干菌种组成一个菌属，把共同性较多的一些属归成成成一个科。亚种一般是指除某一稳定而明显的特征外，其余鉴定特征都与模式种相同的种（subspecies/subsp.）或变种（variety/var.），差异较小的则称为型（type）。任何由一个单独分离的单细胞繁殖而成的纯基因型群体及其一切后代称为该菌的菌株（strain）。具有某些细菌典型特性的菌株称为该菌的标准株（standard strain）。伯杰（Bergey）分类将细菌分为四大类目、三十五个群。
细菌的命名采用拉丁双名法，每个菌名由两个拉丁字组成。双名法指一个物种的学名由前面的一个属名和后面的一个种名加词两部分组成。属名的词首须大写，种名加词的字首须小写。细菌学名用斜体字印刷。例如Staphylococcus aureus（金黄色葡萄球菌）、埃希氏菌属 coli（大肠埃希菌）等。其中属名也可不将全名写出，只用属名的第一个字母代表，如S. aureus、E. coli等。如果新发现的微生物，经鉴定属于某一属细菌，但不知是何种，则可在属名后加sp.（奇数）或spp.（复数），如Salmonella sp. 表示为沙门菌属中的细菌。
细菌细胞小而透明，直径常以微米（μm，10⁻⁶米）计算，已知的大多数细菌直径在0.4～2μm间，根据种类的不同体积可相差10⁶～10⁸倍，只有通过适当的染色之后才能在光学显微镜下观察到。但是也存在个别大型细菌。例如，科学家先后在红海和澳大利亚海域生活的刺尾鱼肠道中发现了一种巨型的共生细菌，称为费氏刺尾鱼菌（Epulopiscium fishelsoni），其细胞长度达到200-500微米，其体积是大肠杆菌（E. coli）细胞的10*6倍；2022年，科学家在加勒比海的瓜的罗普群岛的红树林中发现了最大的细菌——华丽硫珠菌（Thiomargarita magnifica） ，外形呈丝状，体长可达2厘米，肉眼清楚可见。肺炎支原体是最小的细菌之一，大小为0.1-0.3微米，多数为0.25微米。
根据其形态分为3类，球菌、杆菌和螺旋菌（包括弧菌、螺菌、螺杆菌）。
（1）球菌：多数球菌是规则的球形，直径为0.8~1.2微米。不同的球菌有不同的排列方式，按其分裂方向及分裂后彼此相连的情况，将球菌分为单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌及葡萄球菌。
（2）杆菌：杆菌的形状基本呈杆状或圆柱状，菌体一般是直的，或稍有弯曲。各种杆菌的长度与宽度的比例有较大的差异。有的短而粗，近似球形；有的细而长，近似长丝状。杆菌的分裂方向均为横分裂，即分裂面与菌体长轴相互垂直。根据分裂后的黏附方式可分为单杆菌、双杆菌、链杆菌、栅栏样排列。
（3）螺旋菌：菌体呈弯曲或螺旋状的圆柱形，两端圆形或尖状。这类细菌的菌体较硬，细胞壁坚韧，常单个菌分散存在。不同种个体的长度、螺旋数和螺距有明显区别。弧菌只有一个弯曲，形如逗号或弧形；螺菌有数个弯曲，捻转呈螺旋状。
细菌具有典型的原核生物的结构和功能。其中细胞壁、细胞膜、细胞质和核质等是每个细菌都具有的结构，称为细菌的基本结构；荚膜、鞭毛、菌毛、芽孢等为特殊结构，仅某些细菌具有。
细胞壁
细胞壁是位于细菌细胞的最外层，包绕在细胞膜外的一种无色透明、坚韧而富有弹性的膜状结构。其功能是维持细菌的一定形状，保护细菌不受周围环境中渗透压的影响和机械损伤；为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；阻拦大分子和有害物质进入细胞；赋予细胞特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的敏感性。细胞壁组成较复杂，随细菌不同而异。用革兰氏染色法可将细菌分为革兰氏阳性（G+）菌和革兰氏阴性（G-）菌两大类。两类细菌细胞壁的共有组分为肽聚糖，但分别拥有各自的特殊组分。
G+菌除含有15～50层肽聚糖结构外，大多数含有大量的磷壁酸，约占细胞壁干重的60%-95%，一般为90%。磷壁酸是由核糖醇或丙三醇残基经磷酸二键互相连接而成，占细胞干重的10%-30%。穿插于肽聚糖层中，分为壁磷壁酸和膜磷壁酸两种。磷壁酸使得G+菌的细胞壁具有良好的坚韧性、通透性及静电性能。磷壁酸还具有反应原性及黏附素活性。
此外，某些革兰氏阳性菌细胞壁表面还有一些特殊的表面蛋白，如金黄色葡萄球菌的A蛋白、A群链球菌的M蛋白等，与致病性和抗原性相关。
G-菌除含有1～2层肽聚糖结构外，还具有特殊组分外膜，约占细胞壁干重的80%。外膜由脂蛋白、脂质双层和脂多糖三部分组成。
细胞壁是原核生物最基本的构造，但是在自然界长期进化过程中和在实验室菌种的自发突变中都会发生缺细胞壁的种类。缺壁细胞包含四类，分别是在自然界中长期进化形成的支原体，通过缺壁突变形成的l型细菌以及通过人工去壁形成的原生质体和球状体。原生质体是指在人为条件下，用溶菌酶除尽原有细胞壁或用苄青霉素抑制新生细胞壁合成后，所得到的仅有一层细胞膜包裹着的圆球状渗透敏感细胞，原生质体一般由革兰阳性菌形成。球状体又称原生质球，指还残留着部分细胞壁的细胞，一般由革兰阴性菌形成。
细胞膜
细胞膜是位于细胞壁内侧，紧包着细胞质的一层柔韧致密富有弹性，具有半通透性的生物膜，厚度为7.5纳米。细菌细胞膜不是固态，而呈“液态镶嵌型”，由脂质双层夹着可移动的蛋白质构成。脂质双层多为磷脂，少数为糖脂。细胞膜占细胞干重的10%，其中蛋白质约含有60%~70%，分外周蛋白和固有蛋白，脂类占20%~30%，由磷酸甘油酯、丙三醇、脂肪酸和胆碱组成，多糖占2%左右。
细菌细胞膜在物质转运、呼吸和分泌、生物合成方面发挥重要作用，此外，细胞膜还参与细菌分裂。
细胞质是除拟核之外所有半透明、胶状及颗粒状物质的统称，由水、蛋白质、脂类、核酸及少量糖和无机盐组成，其中含有多种重要结构。细菌的细胞质内的拟核区域含有环状脱氧核糖核酸分子，其结构特点是很少有重复序列，构成某一基因的编码序列排列在一起，无内含子。除此之外，在细菌的细胞质内还含有DNA以外的遗传物质，通常是一些小的能够自我复制的环状质粒。细菌的细胞质中含有丰富的核糖体，每个细菌约含5000~50000个，其中大部分游离于细胞质中，只有一小部分附着在细胞膜的内表面。细菌核糖体是细菌合成蛋白质的场所。细菌蛋白质合成的特点是，在细胞质内转录与翻译同时进行，即一边转录一边翻译，无需对转录而来的mRNA进行加工。
核质
细菌的遗传物质称为核质或拟核，是由一条双链环状的脱氧核糖核酸分子反复回旋卷曲盘绕而成的松散网状结构，无核膜、核仁和有丝分裂器。因其功能与真核生物的染色体相似，亦称为细菌的染色体。每个细胞所含的核区数目一般为1~4个，与细菌的生长速度有关，在生长迅速的细菌细胞中有两个或四个核，生长速度低时只有一个或两个核。
核质具有与细胞核相同的功能，控制细菌的生命活动，是细菌遗传变异的物质基础。
质粒是位于细菌细胞质中的染色体外的遗传物质，为闭合双链DNA分子。质粒带有遗传信息，控制细菌某些特定的遗传性状，如细菌菌毛、细菌素、毒素和耐药性的产生等，与细菌致病性和耐药性有关。
糖被
一些细菌在一定条件下，可向细胞壁表面分泌一层厚度不定的透明胶质状物质，这种物质称为糖被。糖被的组成成分一般是多糖，少数为多肽、蛋白质，也有多糖与多肽的复合型，糖被按其有无固定层次、层次厚薄可细分为荚膜、微荚膜、黏液层和菌胶团。荚膜厚度≥0.2微米，边界明显者；厚度＜0.2微米者，称为微荚膜，如伤寒沙门菌的Vi抗原、大肠杆菌的K抗原等。若黏液性物质疏松地附着于菌体表面，边界不明显且易被洗脱者，称为黏液层。一般情况下，一个糖被只包裹一个菌体。但有些细菌，分泌的糖被物质连在一起，组成一个共同的糖被，其中包含多个菌体，称为菌胶团。
鞭毛
鞭毛是某些细菌菌体表面附着的细长呈波状弯曲的丝状物，化学成分为蛋白质，是细菌的运动器官。鞭毛很细，需用电子显微镜观察。若用特殊染色法使鞭毛增粗后可在光学显微镜下看到。
根据鞭毛的着生位置，可分为单毛、双毛、丛毛和周毛，根据鞭毛的数目和部位。
同理鞭毛菌分为四类：单毛菌，菌体一端有一根鞭毛，如霍乱弧菌；双毛菌，菌体两端各有一根鞭毛，如胎儿弯曲菌；丛毛菌，菌体一端或两端有一束鞭毛，如绿脓杆菌；周毛菌，菌体四周有多根数量不等的鞭毛，如伤寒沙门菌。
菌毛
某些细菌表面存在着一种比鞭毛更细、更短而直的丝状物，称为菌毛。菌毛必须用电子显微镜才能观察到。根据功能不同，菌毛可分为普通菌毛和性菌毛两类。普通菌毛遍布菌细胞表面，数目可达数百根。这类菌毛是细菌的黏附结构，一方面在生物膜形成初始阶段具有重要作用，另一方面它能与宿主细胞表面的特异性受体结合，是细菌感染的第一步。此外，普通菌毛多数存在于G-致病菌中，它们可以借助菌毛使自己黏附在宿主的呼吸道、消化管等黏膜上。因此，菌毛与细菌的致病性密切相关。性菌毛比普通菌毛长而粗，仅有1～4根，中空呈管状。性菌毛由一种称为致育因子的F质粒编码，故又称F菌毛。带有性菌毛的细菌称为F+菌，无性菌毛者称为F-菌。F+菌与F-菌接合时，F+菌通过性菌毛将质粒传递给F-菌，使F-菌获得F+菌的某些遗传特性。细菌的毒力、耐药性等性状可通过此方式传递。
芽孢，是某些细菌在生长发育后期，在细胞内形成的一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠结构。由于每一个营养细胞内仅形成一个芽孢所以芽孢没有繁殖功能。芽抱是自然界中抗性最强的一种构造，在抗热、抗化学药物和抗辐射等方面十分突出。能产生群的细菌主要包括好氧性芽杆菌属（Bacillus）厌性梭状抱杆菌属（梭菌属）以及微好氧性芽抱乳杆菌属（Sporolactobacillus）等。
芽孢形成包括几个过程，分别是营养细胞内核物质分于两端；核物质浓缩延续成长形；细胞内开始形成隔膜；隔膜将具有核物质的前芽孢与营养细胞隔离开；长出新壁包围前芽孢；芽孢内壁形成；芽孢成熟。
芽孢的耐热性在于芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差以及皮层的离子强度很高，使得皮层产生了极高的渗透压去夺取芽孢核心中的水分，结构造成皮层的充分膨胀和核心的高度失水，从而赋予了芽孢极强的耐热性。另一种学说则认为，芽孢皮层中含有营养细胞所没有的吡啶二羧酸钙（DPA-Ca），它能稳定芽孢中的生物大分子，从而增强了芽孢的耐热性。
细菌的运动方式与鞭毛的数目及其分布位置的特点有关。单毛菌和丛毛菌多呈快速的直线运动，周毛菌呈缓慢而不规则的扭曲运动。有鞭毛细菌的运动称为固有运动或真性运动，有鞭毛的细菌，由于周围水分子的冲击也可在原位置或一定范围内摆动，称此种运动为分子运动或布朗氏运动。
土壤满足细菌生长的条件，如营养物质丰富、pH与气体条件适宜，因此土壤中含有大量的细菌群。土壤中的细菌大多为非致病菌，主要分布于距地表10~20厘米的作层，在自然界的物质循环等方面具有重要作用；也有一部分来自患病的人畜排泄物或随动植物尸体进入土壤中的致病菌。多数致病菌抵抗力弱，在土壤中易死亡，但一些能形成芽孢的细菌如破伤风梭菌、产气荚膜杆菌、炭疽杆菌等。
水也是细菌生存的天然环境。水中有天然生存的细菌群，也有来自壤、人畜排泄物、尘埃等方面的细菌。水中的细菌因不同的水源及不同的存在状态，其中的细菌群类和数量也有所不同，一般静止水比流动水含菌量多；地面水比地下水含菌量多；沿岸水比中流水含菌量多。
由于空气中缺少细菌生长所必需的营养物质和水，并且受日光等自然因素的影响，故空气中细菌的种类和数量都较少。但人和动物呼吸道的细菌可随唾液、飞沫散布到空气中，土壤中的细菌也可随尘埃飞扬在空气中，因而在靠近地面的空气中，仍存在一定种类和数量的细菌。尤其在人口密集的公共场所、医院等处，空气中的细菌种类和数量显著增多。
人体的体表及其与外界相通的腔道中，存在着不同种类和一定数量的细菌，这些细菌通常对人体是无害的，称为正常菌群。
细菌细胞中含有多种化学成分，包括水、无机盐、蛋白质、脂质和核酸等。水是细菌细胞重要的组成部分，占细胞总重量的75%~90%。无机盐主要有碳、氢、氮、氧、磷和硫等，还有少数的无机离子，如钾、钠、铁、镁、钙和氯等，用以构成菌细胞的各种成分、维持酶的活性和跨膜化学梯度。蛋白质占细胞固体成分的50%~80%，大部分为复合蛋白，如核蛋白、糖蛋白和脂蛋白等，构成结构蛋白与功能蛋白。糖类含量占固体成分的10%~30%。脂类含量较少，仅占1%~7%。核酸包括脱氧核糖核酸与核糖核酸两种，在DNA碱基联会中，鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）的含量在四种碱基总量中所占的百分比有一定范围，变化不大，故可利用（G＋C）摩尔%的测定作为细菌分类的主要依据之一。特殊成分如肽聚糖、磷壁酸、D型氨基酸、二氨基庚二酸、吡啶二羧酸等，这些成分在真核生物细胞中尚未发现。
细菌为半透明体，当光线照射至细菌，部分被吸收，部分被折射，因此细菌悬液呈混浊状态，细菌越多浊度越大，可用比浊法估计液体中的细菌数量。
细菌蛋白由许多氨基酸组成，在溶液中可电离成带正电荷的氨基和带负电荷的羧基（COO-）。氨基酸的电离与细菌所处环境的pH有关。当pH高时，细菌带负电荷，pH低时细菌带正电荷。在一定pH溶液内，氨基酸电离的阳离子和阴离子数相等，此时pH即称为细菌的等电点（pI）。革兰氏阳性菌的pI为2~3，革兰氏阴性菌的pI为4~5。在生理条件（中性或弱碱性）下，细菌均带负电荷，由于革兰氏阳性菌pI较阴性菌低，带有更多的负电荷。细菌的带电现象与细菌的革兰氏染色性、菌体凝集试验、抑菌和杀菌作用等都有密切关系。
细菌体积虽小，但其单位体积里细胞表面积总和却比其他生物体大。细菌表面积大，有利于同外界进行物质交换，故细菌的代谢旺盛、繁殖迅速。
细菌的细胞壁和细胞膜均具半透膜性质，只允许水分子和小分子物质通过，有利于吸收营养物质和排出代谢产物。
细菌体内含有高浓度的营养物质和无机盐，一般革兰氏阳性菌的渗透压高达20~25个大气压，革兰氏阴性菌为5~6个大气压。细菌所处一般环境相对低渗，但有坚韧细胞壁的保护不致崩裂。若处于比菌内渗透压更高的环境中，菌体内水分逸出，胞质浓缩，细菌就不能生长繁殖。
水是细菌重要成分之一，细菌营养的吸收与代谢均需有水才能进行。碳源是各种含碳的无机化合物或有机化合物，如CO2、碳酸根、糖、脂肪等都能被细菌吸收和利用，合成菌体组分和作为获得能量的主要来源。氮源用于合成菌体的结构蛋白、功能蛋白与核酸等。致病菌主要从氨基酸、蛋白胨等有机氮化合物中获得氮。少数病原菌如克雷伯菌亦可利用硝酸盐甚至氮气，但利用率较低。细菌所需要的无机盐主要是钾、钠、钙、镁、磷、硫、铁、氯、钴、锌、锰、铜等。某些细菌在生长过程中尚需一些自身不能合成的生长因子，通常为有机化合物，包括维生素、X因子和V因子等，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。
根据细菌对碳源、能源及还原剂性质要求的不同可将细菌分为光能自养菌、化能自养菌、光能异养菌和化能异样菌四大类。
细菌的营养吸收方式分为单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团转运。单纯扩散是最简单的物质跨膜运输方式，指的是物质依靠细胞膜两侧的浓度差，通过细胞膜上的含水小孔进行的分子扩散，无需消耗能量；促进扩散则需要与载体蛋白进行结合，依靠的动力也是细胞膜两侧的物质浓度差，无需消耗能量；主动运输与促进扩散一样，转运的物质需要与膜上的载体蛋白进行特异性结合，然后将物质泵进浓度更高的一侧，因而需要消耗能量，这是细菌吸收营养物质最主要的一种方式；基团转运是厌氧型和兼性厌氧型细菌所具有的一个复杂的转运系统，主要用于糖、脂肪酸、核和碱基等物质的运输。这些物质在运输过程中发生化学变化，也有特异性载体蛋白的参与，需要能量。
细菌的繁殖方式比较简单，一般为无性繁殖，包括裂殖和出芽生殖两种，裂殖又分为二分裂、三分裂和复分裂等多种形式。在所有的繁殖方式中，二分裂是细菌最主要的繁殖方式。
细菌的主要繁殖方式是二分裂，主要分为3个阶段，分别为：核分裂、形成横隔、子细胞分离。
1）核分裂
首先细菌染色体复制，经过复制的核物质随着细胞的生长而移向细胞两极，形成两个拟核，在两个核区之间形成一个垂直于长轴的细胞质隔膜，将细胞质和核物质均分为二。
2）形成横隔
随着细胞膜的内陷，母细胞的细胞壁也向内分开，将细胞质隔膜分成两层，每层分别成为子细胞的细胞膜，随后细胞壁横隔也分成两层，这时每个细胞都具有了完整的细胞结构。
3）细胞分离
有些细菌形成完整横隔后不久便会互相分离，成单个菌体游离存在，有些则暂不分开，形成双球菌、双杆菌、链球菌等，有些还形成四联球菌、八叠球菌等。
细菌生长速度很快，一般细菌20分钟分裂一次。将一定数量的细菌接种于适宜的液体培养基中，连续定时取样测定活菌数，可发现其生长过程的规律性。以培养时间为横坐标，培养物中活菌数的对数为纵坐标，绘制出的曲线即为生长曲线。生长曲线表示细菌群体生长的规律，可分为四个期。
是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，胞内积聚了大量的酶和中间代谢产物，细菌分裂迟缓。
细菌在该期生长迅速，活菌数以恒定的几何级数增长。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应选用该期的细菌。
由于培养基中营养物质的消耗，有害代谢产物积聚，该期细菌繁殖速度减慢，死亡数逐渐增加，两者大致平衡，细菌形态、染色性、生理性状常有改变。细菌的芽胞、外毒素和抗生素等多在此期产生。
此期细菌繁殖减慢甚至停止，死菌数越来越多，并超过活菌数。该期细菌形态显著改变，生理代谢活动趋于停止。因此，陈旧培养的细菌难以鉴定。
菌落，是指由一个菌体细胞或同种的几个菌体细胞接种在固体或半固体培养基上，在适合的环境条件下，菌体生长繁殖后的无数个个体组成，肉眼可见，具有一定形态特征的群体。细菌菌落特征因种而异，是细菌分类鉴定的依据之一。许多菌落连成一片称为菌苔。细菌的菌落特征，既受菌种遗传性的制约，同时也受环境条件的影响，同一种细菌常因培养基成分和培养时间、温度不同，群落特征也有变化。但同一种细菌在同一条件下培养形成的菌落特征具有一致性，这是菌种鉴定的重要依据。
细菌的菌落一般呈现湿润、较光滑、较透明、较黏稠、质地均匀、菌落正反面或边缘与中央部位的颜色一致、易挑取等特征。细菌菌落的特征与细菌个体的形态、生理特性有关，例如，球菌的菌落通常是较小、较厚、边缘圆整的半球状菌落:具有英膜的细菌所形成的菌落表面光滑、透明、呈蛋清状，称光滑型（S型）菌落，不具荚膜的细菌所形成的菌落表面粗糙，称粗糙型（R型）菌落；具有鞭毛的细菌菌落大而薄、平坦、边缘多缺（甚至为树根状）。
生物膜，是细菌黏附于某种表面或细菌之间相互黏附，并被包裹在自身产生的组织基质中，从而形成一个特殊的细菌群落。生物膜中的细菌具有不同于浮游菌特殊的生存状态，包括相对静止的生存状态、特殊的基因表达和蛋白质合成。以关节假体周围感染（PJI）常见病原菌金黄色葡萄球菌为例，典型生物膜的形成过程可分为4个阶段：细菌初步定植，不可逆黏附（细胞聚集和积累多个细胞层），生物膜成熟，解离再定植（细胞从生物膜脱离成浮游状态，启动生物膜形成一个新的周期）。
把要研究的某一细菌分离出来，这一过程称为“分离”。微生物学中，把通过一个细胞分裂得到后代的过程叫纯化培养。细菌的分离和纯化的方法很多，常用的有平板稀释分离法 (包括混均法和涂布法两种) 以及平板划线分离法。另外，还有单细胞挑取分离和培养条件控制法等，后者包括选择培养基分离法、好氧与厌氧培养分离法和 pH 值、温度等控制分离法。
在掌握细菌生长繁殖规律的基础上，可用人工方法提供细菌所需要的条件来培养细菌，以满足不同的需求。
在掌握细菌生长繁殖规律的基础上，可用人工方法提供细菌所需要的条件来培养细菌，以满足不同的需求。
培养基是由人工方法配制而成的，专供微生物生长繁殖使用的混合营养物制品。
按照培养基的营养组成和用途不同可分为基础培养基、营养培养基、选择培养基、鉴别培养基、厌氧培养基等。
按培养基的物理状态可分为液体、固体和半固体三大类。在液体培养基中加入1.5%～2.5%的琼脂（凝固剂），即成固体培养基；琼脂含量在0.3%～0.5%时，则为半固体培养基。培养细菌时可根据需要和目的进行选择，液体培养基主要用于增菌，固体培养基常用于分离和纯化细菌，半固体培养基则用于观察细菌的动力及保存菌种。
1、细菌的鉴定与研究：通过细菌的人工培养可以对细菌种属的鉴定和对代谢活动、生化反应、抗原结构、致病性、遗传及变异等诸多方面的研究。
2、传染病的诊断与治疗：感染性疾病最可靠的诊断依据是从病检材料中通过细菌的人工培养分离出病原菌。经药物敏感试验测定可选择有效的抗菌药物对病人进行合理的治疗。
3、生物制品的制备：某些诊断组菌感染性病的细菌诊断液、预防疾病的死菌南或减活菌及类毒素、免疫诊断血清、抗毒素血清等生物制品，在其制备过程中均须进行细菌的人工培养。此外，细菌的人工培养还可用于保存菌种。
在细菌生长过程中，会不断产生一些被称为自诱导物或群体感应分子的小分子物质（也称信号分子），细菌通过感应这些信号分子的浓度对周围的细菌数量进行判断，当自诱导物分子达到一定阙值时，在群体范围内调控一些相关基因的表达，进而调控细菌的行为以适应环境的变化，细菌间的这种信息交流即称为群体感应。群体感应依赖于产生、检测和对积累的小分子信号作出快速反应，因而与细菌的细胞密度有关。在低细胞密度时，每个细菌细胞产生低浓度的群体感应信号，这些信号通过扩散或主动运输到达细胞外部环境。当细菌生长至一定的细胞密度时，细胞外部环境累积的群体感应信号达到临界浓度，即与细菌的群体感应信号受体蛋白作有效识别反应，进而同步协调整个细菌群体的基因表达和各种生物活动。
细菌的变异机制主要有基因突变、基因的转移与重组。转化：受体菌直接摄取供体菌游离的脱氧核糖核酸片段，通过与染色体重组，获得了供体菌的部分遗传特性。接合：两个细菌通过性菌毛相互连接沟通进行基因转移的过程。转导：以温和噬菌体为媒介，把供体菌的基因转移到受体菌内，导致后者基因改变的过程。转导分为普遍性转导和局限性转导。
细菌变异的理论知识与技术在医学微生物学、临床医学及预防医学等方面已被广泛应用。近几十年来，由分子遗传学发展起来的遗传工程更为人类控制遗传特征，改造现有生物品系，生产新的生物制品开辟了道路。
减毒活疫苗有较好的预防效果。减毒活菌苗可从自然界分离获得，也可用人工方法选择改变毒力的变异株。目前应用的减毒活菌苗（如卡介苗）是十分成功的例子，此外通过细菌变异还获得了预防鼠疫和布氏菌的活菌苗。抗生素生产中常用紫外线照射产生抗生素的菌株以促突变，从而获得产生抗生素量高的菌种。耐药性菌株的出现是临床上存在的大问题。通过了解产生耐药性的原理，可采取有针对性的措施。临床上强调对细菌做抗生素敏感试验，从而选用敏感药物有效地治疗，可避免在使用抗生素中促进耐药性突变株的产生。
物理消毒灭菌的因素主要有热力、辐射、滤过等。热力灭菌法是利用高温来杀死微生物，分为干热和湿热灭菌两大类。干热的杀菌作用是通过脱水、干燥和大分子变性实现的。一般细菌繁殖体在干燥状态下，80~100C经1小时可被杀死，芽孢需要更高温度才死亡。包括焚烧、灼烧、干烤等。在同一温度下，湿热灭菌效果比干热好。一方面是因为湿热中细菌菌体蛋白较易凝固变性，另一方面是湿热的穿透力比干热大，湿热的蒸汽有潜热存在，水由气态变为液态时放出的潜热，可迅速提高被灭菌物体的温度。巴氏消毒法则是用较低温度杀灭液体中的病原菌或特定微生物，并保持物品中所需的不耐热成分不被破坏的消毒方法。用于牛乳、酒类消毒。方法是加热至61.1~62.8C30分钟或71.7°C 15~30秒，目前多采用后者。辐射灭菌是利用紫外线、高能量的电磁辐射或放射性物质产生的高能电子来杀死微生物，其中紫外线波长200～300纳米有杀菌作用。
化学消毒剂可杀灭或抑制病原微生物的生长繁殖，其机制是：使菌体蛋白质变性或凝固；干扰细菌的酶系统和代谢；损伤细菌细胞膜。化学消毒剂对人体组织细胞有毒害作用，故只能外用或用于环境的消毒。常用的化学消毒剂为酚类、70%乙醇、过氧乙酸、碘类、表面活性剂新洁尔灭、洗必泰、甲醛等。
（一）在医学中的应用
细菌培养对于疾病的诊断、预防、治疗和科学研究等都具有重要的作用。此外，利用细菌发酵过程中产生的代谢物质以及基因工程菌株在工农业生产中也具有极其广泛的应用。例如细菌糖蛋白及其生物合成途径，为细菌感染的治疗提供了许多新的潜在靶点。
（二）在工农业生产中的应用
细菌培养和发酵过程中多种代谢产物在工农业生产中有广泛用途，可制成抗生素、维生素、氨基酸、有机溶剂、酒、酱油、味精等产品，某些细菌还在生物防治方面具有重要作用。细菌培养物还可生产酶制剂，处理废水和垃圾，制造菌肥和农药等。
（三）在基因工程中的应用
将带有外源性基因的重组脱氧核糖核酸转化给受体菌，使其在菌体内能获得表达。细菌操作方便，容易培养，繁殖快，基因表达产物易于提取纯化，故可以大大地降低成本。如应用基因工程技术已成功地制备了胰岛素、干扰素、乙型肝炎疫苗等。
食品受到致病菌污染时，不仅会造成食品腐败变质，更重要的是会引起食物中毒，危害食用者的身体健康和生命安全。
寄生在人和动物体内的微生物从呼吸道或消化道排出，随灰尘飞扬造成空气污染。人接触这种空气后，就可能患各种疾病。如流行性感冒病毒污染的空气使人感染流行性感冒；一些细菌污染的空气使人患流行性脑膜炎、结核病、猩红热白喉等；金黄色葡萄球菌乙型溶血性链球菌污染的空气可引起创伤等外科疾病的继发性感染。此外，致病菌还会导致水体生物性污染，人饮用致病微生物污染的水体后，能产生多种疾病。