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1、长治医学院微生物学教研室孟 莉,第2章 细菌的生理,第一节 细菌的理化性状,1、细菌的化学组成,2、细菌的物理性状,半透明；细菌悬液呈混浊状态。菌数越多浊度越大，使用比浊法或分光光度计可以粗略地估计细菌的数量。,体积小、相对表面积大，有利于同外界进行物质交换。因此细菌的代谢旺盛，繁殖迅速。,G+菌 pI 23G-菌 pI 45,细胞壁、细胞膜都有半透性，有利于吸收营养和排出代谢产物。,G+菌 2025大气压G-菌 56大气压,半透性,菌体内为高渗透压，细菌所处一般环境相对低渗，若处于比菌内渗透压更高的环境中，菌体内水分逸出，细菌就会死亡,中性环境均带负电荷；其带电现象与染色性等密切相关。,第二
2、节 细菌的营养与生长繁殖,根据细菌所利用的能源和碳源的不同，将细菌分为两大营养类型。1.自养菌（autotroph）以简单的无机物为原料，合成菌体成分2.异养菌（heterotroph）以多种有机物为原料，合成菌体成分并获能量 腐生菌寄生菌 大部分病原菌,一、细菌的营养类型,所有的病原菌都是异养菌。,二、细菌的营养物质 水: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。碳源:来源于糖类，提供能量。氮源:来源于氨基酸、蛋白质等，合成菌体成分。无机盐:钾、钠、钙、镁、磷、硫等。无机盐的功用：构成有机化合物，成为菌体的成分；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
3、的渗透压；某些元素与细菌的生长繁殖和致病作用密切相关。生长因子许多细菌生长必需但自身不能合成的物质，如维生素、氨基酸 等。少数细菌还需特殊的生长因子，如流感嗜血杆菌需要、两种因子，因子是高铁血红素，是细菌合成过氧化物酶、细胞色素氧化酶等呼吸酶的辅基；因子是辅酶或辅酶，两者为细菌呼吸所必需。,三、细菌摄取营养物质的机制 各种细菌转运营养物质的方式不同，即使对同一种营养物质，不同细菌的摄取方式也不一样被动扩散：营养物质从浓度高向低浓度一侧扩散，其驱动力是浓度梯度，不需要提供能量。简单扩散：不需要任何细菌组分的帮助，营养物质就可以进入菌体内的过程。易化扩散：需要菌细胞的特异性蛋白等来帮助。主动转运系
4、统：是细菌吸收营养物质的主要方式，其特点是营养物质从浓度低向浓度高的一侧转运，并需要提供能量。,细菌有三种主动转运系统：1.依赖于周浆间隙结合蛋白的装运系统 营养物与周浆间隙内的受体蛋白结合后，引起后者构型的改变，继而将营养物转送给细胞膜上的ATP结合型载体，导致ATP水解提供能量和营养物通过细胞膜进入胞质内。2.化学渗透驱使转运系统 该系统利用膜内外两侧质子或离子浓度差产生的质子动力或钠动力作为驱使营养物越膜转移的能量。转运营养物的载体是电化学离子梯度透性酶，这种酶是一种能够进行可逆性氧化还原反应的疏水性膜蛋白，即在氧化状态与营养物结合，而在还原状态时其构象发生变化，使营养物释放进入胞质内。
5、3.基团转移 营养物在转运的过程中被磷酸化，并将营养物的转运与代谢相结合，更为有效地利用能量。,即：细菌生长繁殖的条件,对氧气要求：专性需氧菌，如结核杆菌 微需氧菌，如空肠弯曲菌 兼性厌氧菌，大多数病原菌 专性厌氧菌，如破伤风梭菌对CO2要求：5%10%CO2（烛缸法）,水碳源氮源无机盐生长因子,4.气体,3.氢离子浓度(pH),2.温度,1.营养物质,多数病原菌最适37,多数病原菌最适pH为7.27.6,5.渗透压,一般培养基的盐浓度和渗透压适于大多数细菌。少数细菌如嗜盐菌需要在高浓度（3%）的NaCl环境中生长良好。,四、影响细菌生长的环境因素,专性厌氧菌不能在有氧环境中生长的原因1、缺乏
6、氧化还原电势(Eh)高的呼吸酶 细菌必须有Eh高的细胞色素和细胞色素氧化酶，才能氧化环境中的营养物质。2、缺乏分解有毒氧基团的酶 细菌在有氧环境中代谢时，常产生具有强烈杀菌作用的超氧阴离子(O2-)和过氧化氢(H2O2)。专性厌氧菌缺乏超氧化物歧化酶（SOD）、触酶、过氧化物酶，故在有氧时受到有毒氧基团的影响，就不能生长繁殖。,2O2-+2H+SOD H2O2+O2 2H2O2 触酶 2H2O+O2H2O2+AH2 过氧化物酶 2H2O+A（某种有机物）,1、细菌个体的生长繁殖：繁殖方式：二分裂繁殖速度：代时：多数为2030 min（结核杆菌1820小时）2、细菌群体的生长繁殖：以细菌数的对数
7、为纵坐标，培养时间为横坐标，画得的曲线叫生长曲线。生长曲线可认为地划分为4个期：迟缓期、对数期、稳定期、衰亡期 在培养过程中，不断地更新培养液和对需氧菌进行通气，使细菌长时间的处于生长旺盛的对数期，这种培养方法称为连续培养。,五.细菌的生长繁殖,对数期,迟缓期,细菌群体生长曲线,0,5,15,20,25,30,10,5.5,6.0,8.5,8.0,7.5,7.0,6.5,9.0,衰退期,总菌数,活菌数,细菌数的对数,小时,稳定期,1迟缓期 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，为细菌的分裂繁殖做准备；但分裂迟缓，繁殖极少。一般为14h。2对数期又称指数期 细菌在该期生长迅速，
8、细菌数的对数呈直线上升.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、药物敏感试验等）应选用该期的细菌。一般细菌对数期在培养后的818h。3稳定期 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.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 死亡数越来越多，并超过活菌数。该期细菌形态显著改变，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。,第三节 细菌的新陈代谢和能量转换细菌的新陈代谢 细菌的新陈代谢是指细菌内分解代谢和合成代谢
9、的总和。其显著的特点是代谢旺盛和代谢类型的多样化。分解代谢：底物分解和转化为能量的过程。合成代谢：产生的能量用于合成菌体组分的过程。,病原菌主要能量来源是糖，通过糖的氧化或酵解释放能量，以ADP、ATP形式储存能量。,发酵（以有机物为受氢体）,呼吸（以无机物为受氢体）,以分子氧为受氢体需氧呼吸，产能多，一分子葡萄糖产生38分子ATP。需氧菌和兼性厌氧菌的主要获能方式。,以硝酸盐、硫酸盐等无机物为受氢体厌氧呼吸，产能少。专性厌氧菌和兼性厌氧菌都能进行厌氧呼吸。,糖酵解：产能少。1分子葡萄糖产生2分子ATP。这是大多数细菌共有的基本代谢途径，有些专性厌氧菌获取能量的唯一途径。,磷酸戊糖途径：不是产
10、能的主要途径，主要为生物合成提供前体和还原能。,细菌的能量代谢,细菌的分解代谢生化反应,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，因而其代谢产物有别。根据此特点，利用生物化学方法来鉴别不同细菌称为细菌的生化反应试验。,对糖的发酵,甲基红试验,单糖发酵试验,VP试验,对蛋白质的分解,其它试验,单糖发酵试验（五管糖）试剂：含不同单糖的蛋白胨水培养基指示剂-溴甲酚紫结果判断：A：不发酵 B：发酵、产酸 C：发酵、产酸产气,A,B,C,葡萄糖 HCOOH 甲酸脱氢酶 CO2+H2,在肠杆菌中，凡分解发酵乳糖产酸产气的是非致病菌。,V-VP（Voges-Proskauer）试验,葡萄糖
11、丙酮酸乙酰甲基甲醇 二乙酰 红色化合物（+）葡萄糖丙酮酸 乙酰甲基甲醇（-）,大肠杆菌（-）,产气杆菌（+）,OH-,含胍基化合物,脱羧,甲基红试验 甲基红指示剂产气杆菌：葡萄糖丙酮酸 中性乙酰甲基甲醇（pH5.4），甲基红指示剂呈桔黄色，为甲基红试验（-）大肠杆菌：葡萄糖丙酮酸（pH4.5），甲基红指示剂呈红色，称甲基红试验（+）,产气杆菌（-），大肠杆菌（+）,脱羧,C-枸橼酸盐利用（citrate utilization）试验,原理：产气杆菌以枸橼酸盐为碳源、以铵盐为氮源培养基变为碱性指示剂淡绿深蓝为阳性 大肠埃希菌不能利用枸橼酸盐为唯一碳源，故在该培养基上不能生长，是为枸橼酸盐试验阴性
12、。,指示剂：溴麝香草酚蓝,大肠杆菌：产气杆菌：+,色氨酸,吲哚（靛基质）,红色（+）,+对二甲基氨基苯甲醛,吲哚试验,产气杆菌：大肠杆菌：+,硫化氢（H2S）试验 试剂：含有胱氨酸及醋酸铅（或硫酸亚铁）的培养基原理：变形杆菌、沙门菌分解含硫氨基酸 H2S遇铅或铁离子生成黑色的硫化物,H2S试验阳性,变形杆菌有尿素酶，可分解尿素氨培养基变碱酚红指示剂显红色,尿素酶试验,IMViC试验,I：吲哚试验M：甲基红试验Vi：VP试验C：枸橼酸盐利用实验，常用于鉴定肠道杆菌,大肠杆菌+-,产气杆菌-+,合成代谢产物及其在医学上的意义 细菌在代谢过程中，除合成自身的菌体成分外，也可合成一些在医学上有重要意义
13、的物质合成代谢产物。（与致病性有关、防治疾病、鉴别细菌）热原质(pyrogen)：或称致热原。概念：是细菌合成的一种注入人体或动物体内能引起发热反应物质。产生热原质的细菌大多是G-菌，热原质即其细胞壁的脂多糖。特点：耐高温消除方法：250高温干烤；吸附法(用吸附剂和特殊石棉滤板吸附液体中的热原质)；蒸馏法（效果最好）。注意点：制备和使用注射药品过程中应无菌操作。,毒素与侵袭性酶：细菌致病中重要物质 毒素外毒素和内毒素 外毒素是多数G+菌和少数G-菌在生长繁殖过程中释放到菌体外的蛋白质；内毒素是革兰阴性菌的脂多糖，菌体死亡崩解后游离出来。（二者区别在第7章中详述）侵袭性酶细菌在机体内生长时产生，
14、如透明质酸酶、卵磷脂酶等,能损伤机体组织，促使细菌的侵袭和扩散。,色素：分水溶性色素、脂溶性色素两种，有助于细菌的鉴定。一般在营养丰富、氧气充足、温度适宜的条件下产生。,抗生素：某些微生物代谢过程中产生的一类能抑制或杀死某些其他微生物或肿瘤细胞的物质。抗生素大多由放线菌和真菌产生，细菌产生的少，只有多粘菌素、杆菌肽等。细菌素：某些菌株产生的一类具有抗菌作用的蛋白质。其作用范围比抗生素狭窄，只能杀伤有亲缘关系的细菌，如大肠菌素。无治疗意义，有助于细菌分型。维生素：细菌能合成某些维生素除供自身需要外，还能分泌到周围环境中。如大肠杆菌可合成VitB、K等,第四节 细菌的人工培养一、培养细菌的方法分离
15、培养：固体平板纯培养：液体、半固体、固体斜面培养基,二、培养基培养基(culture medium)：是由人工方法配置而成的，专供微生物生长繁殖使用的混合营养物制品。按其营养组成和用途分类：基础培养基增菌(营养)培养基选择培养基鉴别培养基厌氧培养基按对其成分的了解程度分类：合成培养基天然培养基按其物理状态分类：液体半固体（0.3%0.5%的琼脂粉）固体培养基（1.5%2.5%的琼脂粉）,液体培养基,沉淀生长：链状生长的细菌混浊生长：大多数细菌 表面生长：专性需氧菌，如结核杆菌、枯草杆菌,三、细菌在培养基中的生长现象,液体培养基的用途：增菌,有鞭毛动力+,无鞭毛动力,半固体培养基,半固体培养基的
16、用途：观察细菌动力，保存菌种,固体培养基,菌落,菌苔,菌落（colony）：单个细菌分裂繁殖成一堆肉眼可见的细菌集团。菌苔,固体培养基的用途：分离细菌；保存菌种,四、人工培养细菌的用途 在医学中的应用1.感染性疾病的病原学诊断 明确感染性疾病的病原菌必须取病人有关标本进行细菌分离培养、鉴定和药物敏感试验，其结果可指导临床用药。2.细菌学的研究 有关细菌生理、遗传变异、致病性和耐药性等研究都离不开细菌的培养和菌种的保存等。3.生物制品的制备 供防治用的疫苗、类毒素、抗毒素、免疫血清及供诊断用的菌液、抗血清等均来自培养的细菌或其代谢产物。在工农业生产中的应用 制造各种产品（抗生素、维生素、酒、酱油
17、、味精等）；处理废水和垃圾；制造菌肥和农药等。在基因工程中的应用 将带有外源性基因的重组DNA转化给受体菌，使其在菌体内能获得表达。容易培养，繁殖快，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。,第五节 细菌的分类 细菌的分类层次 界、门、纲、目、科、属、种 种(species)：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；属：性状相近关系密切的若干菌种组成一个属（genus）型：同一菌种的各个细菌，虽性状基本相同，但在某些方面仍有一定差异，差异较明显的称亚种.差异小的则为型(type)。如抗原性不同称血清型；对噬菌体的敏感性不同称噬
18、菌体型 菌株(strain)：对不同来源的同一菌种的细菌称为该菌的不同菌株(strain)。标准菌株(standard strain)或模式菌株(type strain）：具有某种细菌典型特征的菌株,细菌的命名：拉丁双名法：每个菌名由两个拉丁字组成。属名在前，为名词，大写，可缩写；种名在后，为形容词，小写，不可缩写。中文的命名次序与拉丁相反，种名在前，属名在后。如:Mycobacterium tuberculosis 或：M.tuberculosis 属名 种名 中文：结核 分枝杆菌 种名 属名,有时泛指某一属细菌，不特指其中某个菌种，则可在属名后加sp.（单数）或spp.（复数）,Mycobacterium sp.,思考题1.细菌生长繁殖需要什么条件？2.细菌根据对氧的需要程度分为哪几种类型？3.专性厌氧菌不能在有氧环境中生长原因。5.试述细菌的繁殖方式及群体生长繁殖的规律。5.细菌合成代谢产物及在医学中的作用。6.试述培养基的概念及种类，细菌在培养基中的生长情况。,
