最新第二节细菌的生理PPT文档.ppt

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1、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

2、 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

3、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

4、(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(

5、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(phot

6、oautotroph)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(chemoh

7、eterotroph)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

8、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

9、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 fermentati

10、on 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 te

11、st),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

12、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

13、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

14、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

15、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

16、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

17、(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。,