第2章 细菌的生理

第二章细菌的生理第一节细菌的理化性状第二节细菌的营养与生长繁殖第三节细菌的新陈代谢第四节细菌的人工培养第五节抑制或杀灭微生物的理化因素第六节细菌的分类1第一节细菌的理化性状一、细菌的化学组成生物共有的化学成分：水、无机盐、蛋白质、糖类、脂质和核酸等。原核生物特有的化学成分：肽聚糖、磷壁酸、胞壁酸、D型氨基酸、二氨基庚二酸和吡啶二羧酸等。2二、细菌的物理性状1.光学性质：半透明体2.体积微小，表面积大：有利物质交换3.带电现象：带负电4.半透性：有利于吸收和分泌5.渗透压：体内高渗透压(5~25大气压)3第二节细菌的营养与生长繁殖一、细菌的营养物质：1．水2．碳源：糖、葡萄糖3．氮源：氨基酸、蛋白胨4.无机盐：P,S,K,Na,Ca,Mg,Fe等5．生长因子：维生素等二、细菌摄取营养物质的机制1.被动扩散2.主动转运4三、细菌的营养类型1．自养菌（autotroph）：以无机物为原料。2．异养菌（heterotroph）：以有机物为原料，病原菌属之。食物链51.营养物质：碳源、氮源、无机盐、生长因子和水2.酸碱度(pH)：最适pH6.8～7.4；个别特殊3.温度(T)：低温菌、中温菌及高温菌，病原菌37℃4.气体环境：CO2和O25.渗透压四、四、影响细菌生长的环境因素6细菌生长所需要的营养物质及其主要作用(1)水：细菌代谢过程中所有的生化反应、营养物质的吸收和渗透压的维持等均需有水才能进行。(2)碳源：各种无机或有机的含碳化合物都能被细菌吸收利用,作为合成菌体所必需的原料及细菌代谢能量的主要来源。(3)氮源：主要用于合成菌体细胞质及其他结构成分。(4)无机盐：构成菌体成分;调节菌体内外渗透压;促进酶的活性;某些元素与细菌的生长繁殖及致病作用密切相关。(5)生长因子：某些细菌在其生长过程中还需要一些自身不能合成的有机物质,称为生长因子,包括：维生素、某些氨基酸、脂类、嘌呤、嘧啶等。7根据细菌对氧的需要情况分四大类•专性需氧菌(obligateaerobe)：结核分枝杆菌•微需氧菌(microaerophilicbacterium)：氧浓度5~6%，空肠弯曲菌、幽门螺杆菌•兼性厌氧菌(facultativeanaerobe)：大多数病原菌•专性厌氧菌(obligateanaerobe)–破伤风梭菌、肉毒梭菌–缺乏氧化还原电势高的呼吸酶：细胞色素、细胞色素氧化酶–缺乏分解有毒氧基团的酶：SOD、触酶、过氧化物酶82O2-+2H+SODH2O2+O22H2O2触酶2H2O+O2H2O2+AH2过氧化物酶2H2O+A9五、细菌的生长繁殖细菌个体的生长繁殖：二分裂法无性繁殖代时(generationtime)：多数为20~30min二分裂方式(binaryfission)1011细菌群体的生长繁殖：将一定数量的细菌接种在适当培养基后，研究细菌生长过程的规律，以培养时间为横坐标，以培养物中活菌数的对数为纵坐标，可得出一条生长曲线(growthcurve)。细菌群体的生长繁殖可分为四期。12①-②：迟缓期②-③：对数期③-④：稳定期④-⑤：衰亡期大肠埃希菌的生长曲线13细菌群体的生长繁殖可分为四期：1.迟缓期(lagphase)：适应阶段，RNA和蛋白质大量增加；2.对数期(exponentialorlogphase)：繁殖迅速，按几何级数增长；20~30分钟分裂一次，“典型细菌”；3.稳定期(stationaryphase)：活菌数最高，繁殖减慢，死亡增多；4.衰亡期(declinephase)：繁殖少，死亡快，“衰退型”。14营养物质细胞外胞外酶主动转运被动扩散酶促反应丙酮酸分解代谢合成代谢糖类、脂类、氨基酸、核酸有氧代谢无氧代谢三羧酸循环酵解第三节细菌的新陈代谢15一、细菌的能量代谢•生物氧化：生物细胞将糖、脂、蛋白质等分子氧化分解，最终生成CO2和H2O并释放出能量的作用。•发酵：以有机物为受氢体。•呼吸：以无机物为受氢体。–需氧呼吸：以分子氧为受氢体。–厌氧呼吸：以其它无机物为受氢体。16葡萄糖的能量代谢1.糖酵解(Embden-Meyerhof-ParnasPathway,EMP)2.磷酸戊糖途径(Pentosephosphatepathway,PPP)3.三羧酸循环(Threecarboxylicacidcycle,TCA)17二、细菌的代谢产物（一）分解代谢产物和细菌的生化反应•由于不同细菌的酶系统不同，其对营养物质的分解能力亦有差异，代谢产物亦不相同。•利用生物化学方法检测其分解产物，以鉴别细菌种类的试验方法，称为细菌的生化反应试验。18细菌的生化反应试验1.糖发酵试验：检测细菌分解某种糖，产生酸和气体能力的试验。–大肠埃希菌：分解葡萄糖，产酸产气⊕–伤寒沙门菌：分解葡萄糖，产酸不产气+–大肠埃希菌：分解乳糖，产酸产气⊕–伤寒沙门菌：不分解乳糖-19五糖发酵试验（接种前）（酚红指示剂）20•糖发酵试验葡萄糖HCOOH脱氢酶CO2+H2（大肠埃希菌）212.V-VP（Voges-Proskauer）试验：检测细菌分解糖，产生中性乙酰甲基甲醇能力的试验。葡萄糖→丙酮酸→乙酰甲基甲醇→二乙酰→红色化合物+胍基化合物葡萄糖→丙酮酸×乙酰甲基甲醇--+产气杆菌：能产生，红色，VP试验+大肠埃希菌：不能产生。VP试验–223.甲基红(methylred，M)试验：检测细菌分解糖，产生丙酮酸，使pH≤4.5的试验。大肠埃希菌：产丙酮酸，pH≤4.5，呈红色，甲基红试验+产气杆菌：产中性醇，pH5.4，呈桔红色，甲基红试验-23M-甲基红（methylred）实验葡萄糖→丙酮酸→乙酰甲基甲醇甲基红-葡萄糖→丙酮酸甲基红+-+244.枸橼酸盐(citrateutilization,C)利用试验：检测细菌利用铵盐和枸橼酸盐为氮源和碳源，能够生长繁殖的试验。•产气杆菌：能生长，枸橼酸盐利用试验+•大肠埃希菌：不能生长，枸橼酸盐利用试验–Simmons氏培养基：柠檬酸钠lgK2HPO4lg硫酸镁0.2g氯化钠5g琼脂（洗过）20gNH4H2PO41g1％溴麝香草酚蓝酒精溶液10ml蒸馏水加至1，000ml调整pH至6.8，15磅15分钟高压灭菌后制成斜面。255.吲哚(indol,I)试验：检测细菌分解色氨酸产生吲哚能力的试验。大肠埃希菌：吲哚试验+产气杆菌：吲哚试验-26I-吲哚（indol）试验色氨酸→吲哚→玫瑰吲哚↑吲哚试剂(指示剂：对二甲基氨基苯甲醛)27IMViC试验I-吲哚（indol）试验M-甲基红（methylred）试验V-VP（Voges-Proskauer）试验C-枸橼酸盐利用（citrateutilization）试验28IMViC试验大肠埃希菌++--产气杆菌--++29Themediumcanbeusedtoobtainpurecultureandprimarilyidentifythesuspectcoloniesofentericbacteria.Phenolredistheindicator.Whenthecoloniesproducelotsofacidfromthefermentationoflactose,themediaappearyellowcompletely.Ifthecoloniesonlyproducefewofacidformthefermentationofglucose,onlythebottomofthemediaappearyellow.ForthecombinationofferroussulfatewithH2S(sulfuretedhydrogen)producedbytheH2S-producedenterobacteria,thecolorbecomesblack.Andifthecoloniesproducegas,thereisbubbleinthebottomofthetube.•硫化氢试验+（FeS黑色）306.硫化氢试验：检测细菌分解含硫氨基酸，产生H2S能力的试验。(指示剂：铅或铁离子；黑色沉淀)伤寒沙门菌：H2S试验+；大肠埃希菌：H2S试验–7.尿素酶试验：检测细菌分解尿素，产生氨能力的试验。(指示剂：酚红；红色反应)变形杆菌：尿素酶试验+3132（二）合成代谢产物及其在医学上的意义•合成代谢产物–热原质（LPS）–毒素与侵袭性酶–色素–抗生素–细菌素–维生素33•热原质（pyrogen）即革兰氏阴性菌菌体中的脂多糖。注入人或动物体内能引起发热反应，故名热原质或致热原。•热原质耐高热，高压蒸汽灭菌（121℃,20’）不能使其破坏，加热（180℃,4h;250℃,45’;650℃,1’）才使热原质失去作用，用蒸馏法效果最好。•热原质可通过一般细菌滤器。34•毒素与侵袭性酶•内毒素•外毒素•侵袭性酶35•色素(pigment)–水溶性色素–脂溶性色素P.aeruginosaS.aureus36•抗生素（Antibiotics）:某些微生物（包括细菌、真菌、放线菌属）代谢过程中产生的一类能抑制或杀死其他微生物的物质。37•细菌素（bacteriocin）:由细菌产生的有杀菌或抑菌作用的物质。主要含有具生物活性的蛋白质部分，对同种近缘菌株呈现狭窄的活性抑制谱，附着在敏感细胞特异性受体上。细菌素的产生和寄主细胞对细菌素的免疫性都由质粒控制。38•维生素(vitamin)：细菌能合成某些维生素，除供自身需要外，还可分泌到菌体外，如大肠埃希菌可合成B族维生素和维生素K等，被人体利用。39第四节细菌的人工培养•在医学中的应用：诊断；细菌鉴定；生物制品•在工农业生产中的应用：发酵、酿造、垃圾处理•在基因工程中的应用：宿主菌40一、培养细菌的方法•细菌的分离培养：一般利用固体培养基(如选择培养基)通过分区划线方法接种，使标本中的细菌分散为单个生长的菌落而获得纯种细菌。41•细菌纯培养：取一个菌落接种于适当的液体培养基或固体培养基培养后，可获得大量纯种细菌。•发酵培养：在适宜条件下，发酵罐中大量培养微生物细胞和生产代谢产物的工艺过程。42二、培养条件•选用适当的培养基•提供必需的气体环境•温度一般为37℃•培养时间多数为18～24h•连续培养法：培养过程中不断通入适当气体、更换培养液，并校正pH值，以维持细菌较长的对数生长状态。43•培养基（culturemedium）：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。44培养基的分类•按用途分：–基础培养基（basicmedium）–增菌培养基（enrichmentmedium）–选择培养基（selectivemedium）–鉴别培养基（differentialmedium）–厌氧培养基（anaerobicmedium）•按物理状态分：–液体培养基(肉汤)–固体培养基(1.8-2.5%琼脂)–半固体培养基(0.2-0.8%琼脂)45培养基的用途•液体培养基：增菌•固体培养基：纯化，增菌•半固体培养基：动力检测，保种46三、细菌在培养基中的生长情况(一)液体培养基：多为混浊生长，少为沉淀和菌膜生长。(二)半固体培养基：混浊生长，线状生长。(三)固体培养基：菌落(三型)47细菌在液体培养基培养基中的生长情况1:Obligateaerobic(oxygen-needing)bacteriagatheratthetopofthetesttubeinordertoabsorbmaximalamountofoxygen.2:Obligateanaerobicbacteriagatheratthebottomtoavoidoxygen.3:Facultativebacteriagathermostlyatthetop,sinceaerobicrespirationisthemostbeneficialone;butaslackofoxygendoesnothurtthem,theycanbefoundallalongthetesttube.4:Microaerophilesgatherattheupperpart