细菌的营养与繁殖.ppt

第二节 细菌的营养与生长繁殖,细菌细胞的化学组成,微生物细胞,水：70%-90%,干物质,有机物蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等及其降解产物,无机物（盐）,微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性”,细胞化学元素组成：,主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等；微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。,微生物与动植物营养要素的比较,细菌的营养要求,吸收营养物质的方式,依靠细胞膜的功能，将周围环境中的营养物质输送到细胞内。类型：,一、简单扩散(simple diffusion)二、促进扩散(facilitated diffusion)三、主动运输(active transport)四、基团转位(group translocation),一、简单扩散（simple diffusion）,eg：H2O，O2，CO2，甘油，乙醇，脂肪酸等。(分子量小，脂溶性，极性小),二、促进扩散,主动运输,特点：被运送的物质可逆浓度梯度进入细胞内 要消耗能量，必需有能量参加。有膜载体参加，膜载体发生构型变化 被运送物质不发生任何变化。,主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式。,通过这种方式运输方式吸收的营养物质：有糖类（乳糖、半乳糖、阿拉伯糖等）、氨基酸、核苷、钾离子等。,主动运输运输物质的种类：,四、基团转位(group translocation),基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主要用于糖的运输。脂肪酸、核苷、碱基等也可通过这种方式运输。,有一个复杂的运输系统来完成物质的运输；物质在运输过程中发生化学变化；,eg：磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）己糖磷酸转移酶系统（磷酸转移酶系统，PTS）,四种运送营养物质方式的比较,比较项目 简单扩散 促进扩散 主动运输 基团转位转运方向 由浓至稀 由浓至稀 由稀至浓 由稀至浓载体蛋白 无 有 有 有运送速度 慢 快 快 快能量消耗 不需要 不需要 需要 需要运送前后 不变 不变 不变 改变溶质分子平衡时内 相等 相等 内部高 内部高外浓度,细菌的营养类型,腐生菌利用无生命的有机化合物(如动植物尸体和残体)为营养物质 寄生菌从生活的寄主体内吸收营养物质,不同营养类型之间的界限并非绝对：,异养型微生物并非绝对不能利用CO2；,自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；,有些微生物在不同生长条件下生长时,其营养类型也会发生改变；,例如紫色非硫细菌(purple nonsulphur bacteria)：没有有机物时，同化CO2，为自养型微生物；有机物存在时，利用有机物进行生长，为异养型微生物；光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养型微生物；黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，为化能营养型微生物；,微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化的适应能力,细菌的生长与繁殖,（一）生长繁殖的条件1、营养物质C源，N源，无机盐，生长因子，水等2、pH大多数：6.87.4嗜酸菌：05.5嗜碱菌:8.511.53、温度低温菌 10 20（湖泊，深海，冷藏食品）中温菌 25 32(腐生菌），37（病原菌）高温菌 50 55（温泉）,根据氧与微生物生长的关系可将微生物分为,好氧,微好氧,耐氧型,兼性厌氧,专性厌氧,（二）细菌的繁殖方式和繁殖速度繁殖方式：无性二分裂法,繁殖速度：大多数细菌：1520分钟繁殖一代；少数细菌，如结核分枝杆菌：1518小时繁殖一代。,细菌的人工培养,微生物的物种（菌株）一般是以群体的形式进行繁衍、保存；纯培养技术是进行微生物学研究的基础！（一）无菌技术（二）培养基（三）细菌的培养方法及其生长现象(四）微生物生长的测定（五）纯培养物的获得方法,（一）无菌技术,用于分离、培养微生物的器具事先不含任何微生物；在转接、培养微生物时防止其它微生物的污染；,1、微生物培养的常用器具及其灭菌,常用的器具：,试管、瓶子、培养皿等,1887年，R J Petri 发明,Petri dish,1.接种针 2.接种环 3.接种钩 4.5.玻璃涂棒 6.接种圈 7.接种锄 8.小解剖刀,（二）培养基 medium,1、概念人工配制的供给细菌或其他微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质。使用原则：1）适宜的营养物质2）控制营养物质的浓度和各营养物质的比例3）合适的pH4）立即进行灭菌处理并维持无菌状态5)经济节约主要用途：促使微生物的生长与繁殖，用于微生物纯种的分离、鉴定和制造微生物制品等。,培养基的类型,合成培养基由已知化学成分及数量的化学药品配置而成。天然培养基采用化学成分还不十分清楚或化学成分不恒定的天然有机物。半合成培养基以天然有机物为主要碳源、氮源及生长素的培养基中加入一些化学药品，以补充无机盐成分，使其更能满足微生物对生长的需要。,根据营养物质来源不同划分,液体培养基半固体培养基固体培养基,根据培养基的物理状态划分,根据培养基的用途划分,（三）细菌的培养方法及其生长现象,1、固体培养 将细菌接种在固体培养基上，于适宜的温度下培养，由单个细菌细胞繁殖形成的肉眼可见的细菌集落为菌落（colony）。可以作为识别、鉴定菌种的一个依据。,同一细菌在不同的培养平板上形成不同的特征菌落,菌落的特征包括：,大小、颜色、透明、表面状态、质地、边缘形态、隆起形状等,菌落在固体培养基上连成一片的纯培养物-菌苔,细菌在液体培养基中的生长情况,细菌在半固体培养基中的生长情况,1、3：有动力2：无动力,发酵罐培养（tank culture）是进一步放大培养，根据需要培养物可为数吨、数十吨、数百吨不等，适用于种子制备、发酵生产。同时还需向罐中通入无菌空气，故也称通气培养(aeration culture）。,摇瓶培养（shaking culture）：,（四）微生物生长的测定,1.生长曲线2.个体计数3.群体重量测定4.群体生理指标测定,1.细菌的生长曲线将细菌接种到定量的液体培养基中，定时取样测定细胞数量，以培养时间为横座标，以菌数的对数为纵座标作图，得到的一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线。分为四期：延迟期、对数生长期、稳定期、衰亡期,延迟期 菌数不增加 但细胞内合成代谢旺盛 适应新环境，为分裂做准备,对数生长期（logarithmic phase），又称指数期,（1）特点：细胞大量繁殖；浓度成几何级增加；个体形态，染色性，生理特性典型。（2）生产上 作为发酵的种子、实验材料,稳定期 环境逐步不适应细菌生长 菌数最高并能维持一段时间 在生产上采取补救措施，积累更多的代谢产物,衰亡期（decline phase）,（1）特点：死亡速率大于生长速率；菌体开始自溶；细胞形态多样，染色性改变；芽孢成熟,可作为菌种保藏材料。（2）生产上：掌握发酵时间,2.个体计数,显微记数法（细菌总数）平板菌落记数（活菌记数）膜过滤培养法（活菌记数）比浊法（细菌总数）比浊管,采用细菌计数板或血球计数板，在显微镜下计数一定容积样品中微生物的数量。,显微记数法（细菌总数）,平板菌落记数（活菌记数）,膜过滤培养法（活菌记数）,当样品中菌数很低时，可以将一定体积的湖水、海水或饮用水等样品通过膜过滤器，然后将膜转到相应的培养基上进行培养，对形成的菌落进行统计。,比浊法（细菌总数）,3.群体重量测定,4.群体生理指标测定如呼吸强度，耗氧量、酶活性、生物热等与其群体的规模成正相关。样品中微生物数量多或生长旺盛，这些指标愈明显，因此可以借助特定的仪器如瓦勃氏呼吸仪、微量量热计等设备来测定相应的指标。,（五）纯培养物的获得方法,1 平板划线2 系列稀释3 富集培养,2 系列稀释,3 富集培养（选择性培养基）,富集培养是微生物学家最强有力的技术手段之一。营养和生理条件的几乎无穷尽的组合形式可从自然界选择出特定微生物。,四、细菌的代谢产物与鉴定反应,（一）分解性代谢产物和相关的生化反应试验糖：淀粉、纤维素、几丁质、透明质酸等（M胞外酶）双糖or单糖1、糖发酵实验(carbohydrate fermentation test)2、VP试验(Voges-Proskauer test)3、甲基红试验（methyl red test）4、枸橼酸盐利用实验（citrate utilization test）,第三节 细菌的代谢一、二、三、（自学）,大肠杆菌：,丙酮酸裂解生成乙酰CoA与甲酸，甲酸在酸性条件下可进一步裂解生成H2和CO2,产酸产气,志贺氏菌：,丙酮酸裂解生成乙酰CoA与甲酸，但不能使甲酸裂解产生H2和CO2,产酸不产气,糖发酵实验,大肠杆菌：,产气气杆菌：,V.P.试验阳性甲基红试验阴性,V.P.试验阴性甲基红试验阳性,Voges-Proskauer 试验产气杆菌,IMViC试验用于肠道杆菌的鉴定细菌 I M V C大肠杆菌+-产气杆菌-+,（二）合成性代谢产物,1、热源质（pyrogen）能引起机体发热的物质2、毒素内毒素、外毒素。3、细菌素抑制或杀死近缘细菌的物质（蛋白质），作用于细胞膜，核糖体等。4、色素水溶性，脂溶性（金黄色葡萄球菌）。5、抗生素6、维生素，酶等。,第五节 细菌的感染与免疫,一、正常菌群（normal flora）人体体表以及与外界相通的腔道中分布着一定种类和数量的微生物，它们与人体之间通过长期共存，已经建立起一种相互有利的平衡关系。,鼻咽腔 葡萄球菌、甲，丙型链球菌 肺炎球菌、奈氏菌、类杆菌等,外耳道葡萄球菌、类白喉杆菌绿脓杆菌、非致病性分枝杆菌,表皮葡萄球菌 口腔甲，丙型链球菌 类白喉杆菌、肺炎球菌奈氏菌、乳杆菌、梭杆菌螺旋体、放线菌、白念珠菌,肠道大肠杆菌、产气杆菌、变形杆菌绿脓杆菌、葡萄球菌、厌氧性细菌真菌、乳杆菌，双歧杆菌等,阴道 大肠杆菌、乳杆菌 白念珠菌、类白喉杆菌 非致病性分枝等,皮肤葡萄球菌、绿脓杆菌、白念珠菌丙酸杆菌、类白喉杆菌、非致病性分枝杆菌,人体内正常菌群的分布,眼结膜白色葡萄球菌、干燥杆菌,尿道白色葡萄球菌、类白喉杆菌、非致病性分枝杆菌,条件致病菌,致病条件,正常菌群与宿主间的生态平衡被打破，原来不致病的正常菌群就会对人体产生致病性，成为条件致病菌。,1、寄居部位的改变2、免疫功能低下3、菌群失调,服用活的微生物制剂来治疗由于正常菌群失调而导致的疾病，这类活微生物制剂又称微生态制剂。例如，含蜡状芽孢杆菌的“促菌生”，含地衣芽孢杆菌的“整肠生”，“丽珠肠乐”（双歧杆菌活菌制剂）“双歧三联活菌制剂”（粪链球菌、嗜酸乳杆菌、双歧杆菌）“昂立一号”（乳酸杆菌、双歧杆菌等）,微生态制剂一般用于恢复肠道内的正常生态环境，若肠道功能正常，一般不需要服用！,毒力,致病菌的致病性强弱程度,与侵袭力和毒素有关,半数致死量（LD50)半数感染量,在规定时间内，通过指定的感染途径，能使一定体重或年龄的某种动物半数死亡或感染需要的最小细菌数或毒素量。,1.侵袭力,致病菌能突破宿主皮肤、粘膜生理屏障，进入机体并在体内定植、繁殖和扩散的能力,物质基础,荚 膜：抗吞噬和阻挠杀菌物质的作用,粘附素：粘附于粘膜上皮细胞上，避免被清除,侵袭性物质：有利细菌侵入上皮细胞 有利细菌在组织中扩散,2.毒素,细菌产生的毒性物质,内毒素：革兰阴性菌细胞壁中的脂多糖组分,外毒素：多数为革兰阳性菌产生的毒性物质，常由细菌合成后分泌至细胞外。,类毒素（toxoid）：外毒素 经 0.3-0.4%甲醛处理，使其毒性完全丧失，但保持抗原性，这种经处理的外毒素为类毒素。,抗毒素（antitoxin）：用类毒素注射动物（如马），动物血清中可获得外毒素的抗体，称为抗毒素（治疗用）。,细菌入侵的数量,与细菌的毒力成反比,毒力越强，引起感染所需的菌量越小,毒力越弱，引起感染所需的菌量越大,细菌入侵的途径,各种致病菌有其特定的侵入部位,与致病菌需要特定的生长繁殖微环境有关,思考题,营养物质进入细胞的方式有哪些？培养基的制备原则与分类。细菌的人工培养方法、不同物理状态培养基下细菌的生长特征.微生物的生长曲线分为几个阶段、有何特点对实际生产有何指导意义？什么是纯培养?获得纯培养的方法。细菌致病性的决定因素，外毒素和内毒素的异同,