最新第二节细菌的生理PPT文档.ppt

理论上 分析细菌生命活动的基本规律。生产实践上 人工培养 细菌鉴定 疫苗的制造 了解细菌的致病性和免疫机制 抗药性,一、细菌的物理性状 1、光学性质 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，故细菌悬 液呈混浊状态。2、表面积 细菌体积微小，表面积大，有利于 同外界进行物质交换。葡萄球菌直径约1m。1cm3体积表面积=60000cm2；直径为1cm的生物体。cm3体积的表面积=6cm2，两者相差1万倍。,3、带电现象 细菌固体成分的50%80%是 白质，蛋白质由兼性离子氨基酸组成。革 兰阳性菌pI为2-3，革兰阴性菌pI为4-5，故在近中性或弱碱性环境中，细菌均带负 电荷，尤 以前者所带负电荷更多。4、半透性 细菌的细胞壁和细胞膜都有半透 性，允许水及部分小分子物质通过，有利于 吸收营养和排出代谢产物。,5、渗透压 细菌体内含有高浓度的营养物质和无 机盐，一般革兰阳性菌的渗透压高达 2025个 大气压，革兰阴性菌为56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。,二、细菌需要的营养物质(nutrients)细菌在生长过程中，需要从外界吸收营养 物质。营养物质 是供给细菌分解和合成代谢所用的物质。以维持它们完成各种生理活动，繁殖后代，保持其生命的延续性。,细菌的营养物质可以分成两类：1、必需的营养物质，没有它细胞不能生长。2、非必需的营养物质，有了它可以被细胞利用，没 有它不影响细胞生长。这些物质大部分以有机物或无机物形式提供，小部分可以由气体物质提供，包括水分、碳源、氮 源、无机和生长因子。,1、水分(water)在细菌细胞中，水是主要组成成分，约占细胞干重的70一90。水也是最好的溶剂和介质，保证细胞中生理 生化反应的正常进行、营养物的吸收和代谢产物 的分泌。维持细胞的渗透压和控制胞内温度。因此，水是细菌生长不可缺少的物质。,2、碳源(carbon source)构成细菌固有成分和代谢产物的碳素来源；细菌的能量来源。细菌可利用的碳源种类很多，从简单的无机 碳到复杂的有机碳化合物都能被利用。最好碳源是单糖(葡萄糖、果糖)和双糖(麦芽 糖、乳糖)和多糖(淀粉、糊精)。,3、氮源(nitrogen source)构成细菌 细胞 物质的蛋白质、氨基酸、核酸和含氮代谢产物，一般不能提供能量。氮源可分为无机氮源和有机氮源。1)无机氮源 包括碳酸铵、硫酸铵、硝酸盐、尿素、NH、N等。细菌一般都能利用铵盐或硝酸盐作为氮源。2）有机氮源包括 牛肉膏、蛋白胨、酵母膏。,4、无机盐(mineral salts)是细菌生长的必需物质。它们为 细胞生长 提供必需的金属或非金属元素。构成细菌细胞的各种组分；调节细胞的渗透压、pH值和氧化还原电位；有些元素如硫、铁等可以供作自养微生物的 能源。细菌通常需要 Mg、k、Ca、Fe,5、生长因子(growth factor)生长因子是细菌生长不可缺少的微量有机物质 维生素 硫胺素、核黄素。氨基酸 是细菌生长所必需的。某些细菌因缺 乏某种酶类而不能自行合成特殊的氨基酸，必须 由外界供给游离氨基酸或小分子肽。嘌呤和嘧啶 也是某些细菌的生长因子。它们 的功能一般是构成酶的辅基、辅酶或核酸的组成 成分。,三、细菌的营养类型 根据细菌生长所需要的碳源物质分为 异养型 必须以复杂的有 机物作为碳源。自养型 能以简单的无机物如CO2 作为 重要碳 源和唯一碳源。根据细菌生长所需的能源分为 化能营养型；光能营养型。细菌可以划分为光能自养型、光能异养型、化能自养型与化能异养型。,1、光能自养型(photoautotroph)具有光合色素（叶绿素），以光作为能源，并以CO2作为唯一碳源或主要碳源。蓝细菌、红硫细菌、绿硫细菌。,2、光能异养型(photoheterotroph)细菌具有光合色素，以光作为能源，它们也能利用CO2，但不能作为唯一碳源。必须在有机物存在情况下才能生长。红螺菌，这类细菌能利用低分子有机物迅速增殖，故而有可能用来净化有机废水，消除污染。,3、化能自养型(chemoautotroph)细菌生长所需的能量来自无机物氧化放出来 的化学能，以无机的CO2或碳酸盐作为碳源。硫化细菌、硝化细菌、氢细菌和铁细菌等，它们广泛分布于自然界，对物质转换起重要作用,4、化能异养型(chemoheterotroph)以有机化合物代谢作为碳源和能源。根据所利用的有机物的特性分为 腐生菌 寄生菌 兼性腐生菌 一些病原菌常常是 兼性寄生菌，如结核杆菌和巴氏杆菌等。,四、细菌的呼吸(respiration)细菌从物质氧化获得能量的过程称为呼吸。有氧呼吸，无氧呼吸 以有机物为基质的生物氧化过程中，氧作为最 终电子受氢体的，称为有氧呼吸；以无机物作为最终电子受体，称为无氧呼吸；以有机物作为最终电子受体的，称为发酵。,不同呼吸类型的细菌1、需氧菌(aerobic bacteria)必须在有氧的环境中才能生长，它们通过有 氧呼吸的方式获得能量。许多常见细菌属此类 结核杆菌、枯草杆菌、放线菌、真菌。这类微生物在琼脂平板表面和液体培养基的浅层 中生长良好。,2、厌氧菌(anaerobic bacteria)厌氧菌的生长不需要分子氧。它们依靠无氧 呼吸或发酵而生活。这些细菌又分为2种类型：专性厌氧菌 这类细菌必须在严格无氧条件下 才能生长，氧对它们有毒，如破伤风杆菌等。微氧厌菌 这类细菌暴露在氧中并不被杀死，如大多数乳酸菌，它们的产能实际上不需要 氧，但氧分子对它们无害。,3、兼性厌氧菌(facultative anaerobic bacteria)在有氧或无氧环境中都能生长，可以不同氧化 方式获得能量。许多细菌属此类。大肠杆菌，在缺氧时进行无氧呼吸；有氧时 则进行有氧呼吸，将有机物彻底氧化成CO2和H20。最近从大肠杆菌分离出缺乏超氧化物歧化酶的突变株，这些突变株都为专性厌氧菌，短期暴露空气既被杀死，认为 超氧化物歧化酶是一切与空气接触的微生物不可缺少的酶。,五、细菌的分解代谢(catabolism)（一）糖的利用 不同细菌利用糖的能力不同，即便是都能利 用某一种糖，但代谢途径可能不同，产物也不相 同。根据这一原则可选择某种细菌生长最佳碳源 及鉴定菌种。最容易利用的是葡萄糖。此外，果糖、半乳 糖、等单糖；也可以利用糖醇，如甘露醇生长。,（一)碳源利用试验(carbohydrate utilization test）(二)单糖发酵试验(carbohydrate fermentation test)(三)枸橼酸盐利用试验(citrate utilization test)(四)VP试验(Voges-Proskauer test，VP test)(五)甲基红试验(methyl red test，MR test),(二)、蛋白质与氨基酸的分解 大多数细菌不分解天然蛋白质，如大肠杆菌 与其它肠细菌不利用蛋白质，但芽孢杆菌，变形 杆菌等分解蛋白质能力强。所以，微生物利用蛋 白质的能力可以作为菌种分类依据之一。1、明胶液化试验(gelatin liquefaction test)2、吲哚试验(靛基质试验，Indole test)3、硫化氢试验(hydrogen sulfide test),细菌的生化反应是鉴别细菌的重要手段。其中吲哚试验、甲基红试验、VP试 验和枸橼酸盐利用试验，简称为IMViC试验，常用于大肠杆菌和产气杆菌的鉴别。典型的大肠杆菌的IMViC试验结果是“一 一”，而产气杆菌是“一一”。,六、细菌合成代谢(anabolism)细菌除了合成菌体必需成分外，还合成一些比 较复杂的特殊产物。这些产物可积累在细胞内，或 排出细胞外积累在它们生活的环境中。1、热原质(pyrogen)许多革兰氏阴性菌在生长中能产生一种耐热物 质，将它注入人体或动物体内，可以引起发热反 应，这种物质被称为热原质。热原质是革兰氏阴性菌的脂多糖。,2、毒素（toxin）细菌的一些代谢产物对动植物细胞有毒杀作 用的称毒素。毒素大多具有蛋白质的性质，其毒 性很强，包括外毒素和内毒素。肉毒杆菌产生的内毒毒素、破伤风杆菌产生 的破伤风毒素的毒性强，这些毒素是菌体生长过 程产生并分泌到细胞外的，因此称为外毒素。,3、细菌素 大多数细菌会产生抑制或杀死近缘细菌的物 质，把这些物质称为细菌素。细菌素与抗生素不同，不具抗生素那样的较广 泛的抗菌谱，只有具有特异性细菌素受体的近缘细 菌才对细菌素敏感，吸附细菌素而被杀死。由于细菌之间产生的细菌素是不同的，因此 有可能利用细菌素鉴定细菌。,4、色素 许多细菌在培养过程中合成的一些带有不同颜 色的代谢产物。常见的色素有红、黄、绿、褐黑等色。可分为水溶性色素和脂溶性色素。水溶性色素 可使培养基带上颜色，如绿脓杆菌产 生绿脓菌素可使培养基呈黄绿色。脂溶性色素 局限在菌落上面，不扩散到培养基内，如金黄色葡萄球菌的色素等。,七、细菌的培养(culture)（一）细菌的培养条件 细菌在适宜的环境条件下才能生长繁殖。影响 生长的环境因素很多诸如营养、温度、pH、氧及 其他气体等等。1、营养物质 根据各种细菌不同的营养要求，选用不同的培 养基，以满足其生长的需要。,2、温度 原核生物对温度的适应表现为多样性，范围 7.5 75之间。最适生长温度意味着维持最大 速率生长的温度。大体上分为三类 嗜热菌 4590条件下生长，嗜冷菌 一7520范围内生长。嗜温菌 2045。,3、pH 多数细菌最适生长的pH范围很窄，约为6.0 8.0。多数病原性细细菌(pH7.2-7.6)在中性或微碱环 境中生长良好。4、气体 微生物对气体的需求根据细菌对氧的需求可 分为需氧菌、厌氧菌和兼性厌氧菌。5、渗透压,（二）培养基（culture medium）是人工配制的适合某些微生物生长繁殖的 营养基质。培养基的种类 1、按物理性状 液体培养基 增菌 试管斜面 保存菌种 固体培养基 琼脂平板 分离纯化细菌 半固体培养基 保存菌种,2、按用途 1）基础培养基 含有一般细菌生长所需的最基本 成分培养基。如、普通琼脂培养基。2）营养培养基 于基础培养基加入血液、血清、糖等营养丰富成分，可使营养要求高的细菌生长的培养基。如、鲜血琼脂培养基。,3)鉴别培养基 在培养基中加有能与目的菌的代谢 产物发生显色反应的指示剂，从而达到鉴别某 种细菌目的培养基。如、糖发酵培养基。4)选择培养基 根据某些细菌的特殊营养或对某些 化学物质的抗性而设计的培养基要求的培养基。如、麦康凯培养基。5）厌氧培养基,（三）细菌的培养特性 1、液体培养基 生长表现为 浑浊、菌膜、沉淀 2、固体培养基 菌落 指细菌在固体培养基上经一定时间生长 繁殖形成肉眼所见的单个细菌集团。,八、细菌的群体生长规律（一）代时(g)是指完成一次细胞分裂所需要的间隔时间。代 时又称世代时间或增代时间。不同的细菌有不同的代时，多数为20分钟左 右，如大肠杆菌代时为17分钟，有的细菌生长缓 慢，代时长达33小时。,（二）细菌群体生长曲线 细菌在一个有限体系中的生长称为群体生 长。任何细菌的群体生长均服从同一规律。以培养时间为横坐标，细菌数的对数为纵坐 标作图可以得到生长曲线。各种细菌的生长曲线不同，但大致都分为迟 缓期、对数生长期、稳定期和衰亡期4个阶段。,思考题 1.细菌需要哪些营养物质，有何作用？2.培养细菌需要哪些条件？3.细菌的呼吸有那种类，举例说明？4.细菌的分解代谢在鉴定细菌有何意 义，举例说明？4.何谓培养基？培养基的种类有哪些及用 途？5.何谓细菌的生长曲线？不同时期各有何 特点？,1、迟缓期(lag phage)少量细菌接种新鲜培养基后，一般不立即进行繁殖，生长速度几近于零。细菌数几乎不增加，这段时期称为延迟期或迟缓期。特点 细胞体积增；新陈代谢活跃，RNA含量增高；对不良条件较敏感；细胞分裂延迟。,2、对数生长期(1og phase)细菌以最大的分裂率 或倍增率生长，细胞 数以几何级数增加。细胞数对数的增加与时间 呈直线关系。该期的病原菌致病力最强，其形态、染色 特性及生理活性均较典型，对抗菌药物等的作 用较为敏感。,3、稳定期(stationary phage)稳定期又称平衡期。细胞生长速度下降，逐渐趋向零，活细胞数与死细胞数几乎相等，此时就开始了稳定期。平衡期细胞内的贮藏物(如肝糖、脂肪粒、淀粉等)和代谢产物的积累达到高峰，因此生产中应考虑发酵液在此期放罐。对芽胞菌而言，此期形成大量的芽胞，适用于该菌的菌种保藏，或芽胞的收集。工业生产上常通过补料、调节pH等方法延长稳定期，以便积累更多的抗生素，提高产量。,4、衰亡期(decline phase)经过稳定期的一段时间，微生物继续培养，细胞数按几何级数急剧减少，呈现对数死亡现象，此期称为衰亡期。衰亡期的细胞形态无典型，呈现多形性，甚至畸形，大小不一，革兰氏染色性改变，有的细胞自溶，释放出氨基酸，抗生素或酶类等。,