细菌繁殖

繁殖是导致后代形成的過程。繁殖會導致特定物種的變異。它可以有兩種類型：無性繁殖和有性繁殖。在有性繁殖中，親本生物將遺傳物質傳遞給其後代。

然而，在無性繁殖中，親本會產生基因上相同的後代。這是一個一個親本產生與自身相似的後代的過程。這種無性繁殖的例子是*volvox*。

細菌的繁殖

與所有其他生物一樣，細菌也會繁殖以在其種群中維持其物種。細菌是單細胞生物，細胞內沒有明確定義的細胞核。因此，它們被歸類為原核生物。細菌種群以指數級增長率增長，其中每次細胞分裂都會產生兩個、四個、八個、十六個、三十二個等子細胞。

然而，它們執行有性和無性繁殖模式。在本文中，我們將簡要概述細菌的所有繁殖方式。在無性繁殖中，細菌可以通過多種方法繁殖其後代。有性繁殖有五種類型，例如二分裂、出芽繁殖、分生孢子繁殖、囊胞形成和內孢子形成。在這裡，我們將研究細菌無性繁殖的所有亞型。

無性繁殖方法

二分裂

二分裂是一種無性繁殖方式。在二分裂過程中，一個細菌分裂成兩個子細胞。首先，細菌會將細胞及其組件製成一個緊湊的細胞團。在這裡，環狀雙鏈 DNA 會進行複製，並生成新的互補鏈。然後，這兩條互補 DNA 鏈會分離並移動到細胞的相對兩極，並形成一個橫向的新隔膜，該隔膜在細胞中間發育，將兩個子細胞分開。因此，二分裂完成。

二分裂是速度最快的過程，只需幾分鐘即可完成其週期。許多細菌（包括*沙門氏菌*和*大腸桿菌*）採用二分裂。

在無性繁殖過程中，單細胞 DNA 會複製，單個 DNA 會隨著細胞的發育和伸長而生長。一旦細胞大小加倍，細胞膜就會向細菌中部彎曲。

分生孢子形成

分生孢子形成發生在絲狀細菌（如鏈黴菌）中，通過在菌絲末端形成橫向隔膜。分生孢子形成發生在稱為分生孢子柄的子實體中，分生孢子柄從母細胞上脫離並在適宜的基質上形成新的菌絲。這種無性繁殖發生在斷裂過程中。

分生孢子形成最常見的例子是*鏈黴菌*（絲狀細菌）。分生孢子是微小的、球形的、鏈狀的結構，是通過菌絲頂端的橫向隔膜形成的孢子狀體。

分生孢子柄是含有分生孢子（孢子狀結構）的結構。每個分生孢子從母細胞中脫離，並在適宜的基質中形成新的菌絲。

出芽生殖

出芽是一種無性繁殖，其中細菌細胞通過單個位置的細胞分裂產生小的突起或芽。這些芽後來長成個體，並且在芽與母細胞分離的同時，細胞核也會分裂。然而，一部分細胞核和少量細胞質會進入新形成的芽中。當其成熟時，它就會分離。

在這種無性繁殖方式中，細菌細胞的一側會突出一種小的結構，該結構會持續生長並增大。隨後，細菌細胞的細胞核也會發生分裂，其中一部分細胞核與細胞質一起進入這個小的突出結構，而細胞核的另一部分則留在母細胞中。這個發育中的突起被稱為芽，最終芽通過橫向隔膜從母細胞上脫離。

出芽也屬於細菌的營養繁殖。細菌出芽的常見例子是*范氏紅球菌*。

囊胞形成

在壓力大或條件不利的時期，囊胞形成是通過在母細胞周圍積累額外層並形成靜止結構來完成的。當條件再次適宜時，母細胞會恢復正常細胞。囊胞被稱為母細胞的非活動或靜止階段。

囊胞是通過在母細胞壁周圍沉積額外層形成的。在此階段，細胞的新陳代謝會減慢。然而，當細胞處於有利條件時，它們會使用一種過程，其中囊壁會分解並產生一個新的細菌。這個過程稱為囊胞萌發。囊胞的主要功能是保護細胞免受有害條件和環境變化的影響。細菌囊胞形成最常見的例子是*固氮螺菌*。

通過內孢子形成繁殖

內孢子形成發生在細菌細胞的不利條件下，例如營養枯竭、飢餓和乾燥。內孢子在中心含有原生質體，核心結構包含 DNA、核糖體酶和 tRNA，它們有助於形成新細胞。一個細菌細胞只產生一個內孢子，萌發後會長出一個新的細菌。

細菌不像真核生物那樣進行有性繁殖。它們之間沒有二倍體和單倍體世代的分離，也沒有減數分裂。然而，基因重組對於有性繁殖至關重要，細菌有三種方法可以產生重組體。這些方法包括轉化、接合和轉導。

有性繁殖方法

转换

許多細菌能夠從周圍環境中獲取 DNA 或質粒。例如，轉化大腸桿菌的能力使得克隆人類基因等基因成為可能。轉化將生物技術行業推向了新的階段。

轉化過程最早在*肺炎鏈球菌*中發現，這導致了 DNA 是許多生物（病毒除外，因為病毒同時含有 DNA 和 RNA 作為其遺傳物質）遺傳物質的發現。1928 年，英國細菌學家弗雷德·格里菲斯通過一項實驗陳述了轉化的發現。

*肺炎鏈球菌*的細胞通常由聚醣製成的莢膜覆蓋。當它們在固體培養基上生長時，莢膜會使細菌菌落呈現光滑、閃亮的顏色。這些細胞被稱為 S 細胞。雖然，在人工培養基中長期培養細菌細胞後，一些細胞會失去產生莢膜的能力，這會導致表面呈現皺紋和粗糙的外觀。這些細胞被稱為 R 細胞。此外，缺乏莢膜會導致細菌細胞的毒力下降。

將單個*肺炎鏈球菌*注射到小鼠體內，會在 24 小時或更長時間內殺死小鼠。但是，將超過一億個 R 細胞注射到小鼠體內，小鼠則能存活。

莢膜可防止細菌被吞噬和破壞，免受清道夫細胞以及其他中性粒細胞和巨噬細胞的侵害。肺炎鏈球菌有 90 多種類型，如 I、II、III 等。細胞類型不同在構成莢膜的聚醣的生物結構上有所不同。

但是格里菲斯調查發現，當活的 R 細胞（非致病性）和死的 S 細胞（非致病性）一起被注射到小鼠體內時，小鼠存活下來但生病了，並且可以從體內回收活的 S 細胞。

此外，當將活的 R-I 細胞和死的 S 細胞注射到小鼠體內時，小鼠會死亡，並且體內會發現活的 S 肺炎鏈球菌。實驗結果得出結論，死的 S 細胞中的某些東西改變了 R 細胞的表型。這個過程後來被稱為轉化。

然後，**奧斯瓦爾德·艾弗里**和**他的同事們**在紐約市洛克菲勒研究所指出，“某種東西”是 DNA。他們調查發現 DNA 是遺傳物質。

在格里菲斯實驗的延續中，艾弗里和他的同事們認為他們可以使用細菌細胞提取物在體外實現相同的轉化。他們用

• 破壞構成細菌莢膜的聚醣分子的酶。
• 使用去除莢膜脂質的溶劑
• 使用 RNase 溶解 RNA。

他們發現這並沒有使提取物無法轉化細菌。然而，用 DNase 處理細菌提取物以破壞 DNA，有趣的是，這停止了轉化活性。因此，他們得出結論，DNA 是死細胞中進行了轉化活性的遺傳物質。因此，DNA 是基因的物質。

雖然，莢膜的化學成分由產生它們的基因決定。莢膜中聚醣分子的表型由合成聚醣的特定酶決定。DNA 通過轉錄過程轉化為 RNA，然後 RNA 通過翻譯過程轉化為蛋白質。

艾弗里和他的同事**科林·麥克勞德和麥卡蒂**於 1944 年 2 月 1 日提交了他們值得稱讚的工作。然而，他們通過發現對科學的巨大貢獻並未得到其他科學家的充分讚賞，也沒有被諾貝爾獎委員會考慮。不幸的是，麥克·艾弗里在他們的工作獲得諾貝爾獎之前就去世了。

接合

一些細菌，如大腸桿菌，可以通過直接的細胞到細胞接觸將一部分 DNA 從供體細胞轉移到受體細胞。細胞複製其 DNA（供體細胞），拷貝被轉移到受體細胞。如果供體細胞和受體細胞分離，則基因轉移將終止。成功插入受體細胞的基因會替換受體細胞的染色體。

接合只能發生在兩種相對的交配細胞類型之間，例如攜帶 F 因子（F+）的供體或雄性細胞，以及不攜帶 F 因子的受體或雌性細胞（F-）。從質粒獲取並整合到細菌染色體中的基因組稱為 F 因子。它找到了染色體複製的起源。F 因子的一部分稱為**驅動部**，它將染色體拉入受體細胞，而其餘部分稱為**拖曳部**。

在大腸桿菌中，每秒轉移一個基因，這使得細胞保持在一起。因此，轉移整個基因組需要 100 分鐘，約為 4377 個基因。然而，該過程很容易中斷。

當它們一起培養時，雄性供體將 The 和 Leu 功能基因轉移到一些雌性細胞中。雙交叉事件允許它們替換非功能性等位基因。這樣，細胞就可以在僅含有葡萄糖和鹽組成的最小培養基上成功生長。

轉導

在這個過程中，噬菌體被涉及。噬菌體是感染細菌的病毒類型。這是一個組裝新病毒粒子、宿主細胞 DNA 被整合到其中的過程。被稱為衣殼的病毒頭部攜帶 DNA，以便它們能夠感染宿主細胞並裂解它們。

相反，細菌基因可能與新宿主的 DNA 一起插入，替換現有的 DNA，從而改變宿主的表型。這個過程稱為轉導。