细菌学总论生理

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1、第二章,细菌学总论-生理,细菌的生理,细菌的生理活动包括摄取和合成营养物质，进行新陈代谢及生长繁殖。,一 细菌的营养 二 细菌的生长繁殖 三 细菌的新陈代谢 四 细菌的人工培养,学习要求 1、说出细菌生长繁殖的条件、繁殖速度及方式 2、简述与医学有关的细菌合成代谢产物及其意义 3、描述细菌在培养基中的生长现象，简述常用培养基的类型 4、词解 热原质,一、细菌的营养,（一）细菌的营养类型 自养菌 autotroph 异养菌 heterotroph,分类原则,按能量来源； 根据微生物生长所需碳源物质的性质； 根据生物合成中供氢体的性质。,微生物的营养类型,1.按能量来源分:,1）化能营养型： 依靠

2、物质氧化过程中放出能量进行生长的一类微生 物，经氧化还原反应获能。,微生物的营养类型,根据能量转化为ATP的机制，将微生物分为两种基本代谢形式：,2）光能营养型： 利用光能进行生活的微生物。 此类微生物通过机体内特殊的光合色素将光能转化为化学能，然后供机体利用。,2根据微生物生长所需碳源的性质分：,自养型微生物：以简单无机物作为营养物 质的一类微生物。可固定 CO2构成细胞碳架。 异养型微生物：以复杂有机物作为营养物 质的一类微生物。细胞碳 架由同化有机物而获得。,微生物的营养类型,3根据生物合成中供氢体的性质分：,微生物的营养类型,无机营养型：电子供体为无机物 有机营养型：电子供体为有机物,

3、营养类型,1、光能无机自养型（光能自养） Photolithotrophic autotrophy (Photoautotrophy) 主要类群：藻类、紫硫细菌、绿硫细菌、蓝细菌等. 2、光能无机异养型（光能异养） Photolithotrophic heterotrophy (Photoheterotrophy) 主要类群：紫色非硫细菌、红螺菌,微生物的营养类型,结合三种分类原则，可以将微生物分为4种类型,Chemolithotrophic autotrophy (Chemotoautotrophy) 主要类群：硫氧化细菌、硝化细菌、氢细菌、 铁细菌,微生物的营养类型,3、化能无机自养型（化

4、能自养）,4、化能有机异养型（化能异养）,Chemoorganotriphic heterotrophy (Chemoheterotrophy) 主要类群；原生生物、真菌、大多数非光 合作用的细菌,绝大多数工业M。,根据利用有机物的特性分P117： 腐生菌；利用无生命的有机物为生长碳源。 寄生菌：从寄主体内获得生长所需的营养物质。 兼性菌：既可腐生又可营寄生生活的微生物。,微生物的营养类型,混合营养型（mixotrophy)：以有机物为碳 源，既有自养又有异养代谢过程。 营养类型的变化依赖于环境,（二）细菌的营养物质,1.能否经过一定的方式进入细胞； 2.是否具有相应的酶，使进入细胞 的物质用

5、于细菌的新陈代谢。,微生物细胞的化学组成,元素组成： 主要元素：C、H、O、N、P、S （占细胞总重的97%） C/N = 5:1 微量元素：Fe、Na、K、Ca、Mg、 Mn、Cu、Co、Zn等,元素组成可因菌种的种类、菌龄、培养基组成、培养条件、分析方法等而有所不同。,元素在细胞内存在形式：,1有机物：蛋白质、糖、脂类、核酸、 维生素及其降解产物和代 谢中间产物; 2无机物：1)参与有机物组成， 2)单独存在于细胞质内无 机盐等无机物质中,微生物细胞的化学组成,营养物质的功能： 提供能量； 提供合成原料； 调节代谢活动进行； 提供适宜代谢环境。,1.水,功能： 1）微生物体内外的溶媒。 2

6、）水是原生质胶体的结构组分，并参与细胞 内许多生化反应。 3）水具传热快，比热高，热容量大等物理性 质，有利于调节细胞温度和保持环境温度 稳定。,营养物质及其功能,2. 碳源物质,凡可被用来构成细胞物质或代谢产物中碳素来源的营养物质。,1）种类：糖类及其衍生物（多糖：如淀粉、 纤维素、麸皮、米糠等；饴糖；单 糖。）脂类、 烃、 醇、 有机酸、 芳香族、无机碳等 2）功能： 提供合成细胞物质的原料 提供能源 菌种鉴定,营养物质及其功能,3. 氮源物质,凡用来构成菌体物质或代谢产物中氮素来源的营养物质。,营养物质及其功能,1）种类:无机氮：铵盐、硝酸盐、亚硝酸 盐、尿素、氨、N2等； 有机氮：牛肉

7、膏、蛋白胨、鱼粉、 花生饼粉、黄豆饼粉、 玉米浆等。,2) 功能 a.合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸等； b.少数可作为能源物质。,营养物质及其功能,4.无机盐,指微生物生长必需的金属元素：由硫酸盐、 磷酸盐、氯化物等供给。,营养物质及其功能,功能：1、构成细胞结构组分； 2、作为酶组分或活化剂； 3、参与能量传递或提供能源； 4、维持结构稳定性； 5、调节渗透压。,磷：原料，K2HPO4 与KH2PO4 硫：组成成分，MgSO4 镁：激活剂， MgSO4等 钾：激活剂、阳离子之一， K2HPO4 与 KH2PO4,钙：激活剂、阳离子之一， 水溶性钙盐 钠：阳离子之一，调节渗透压，外高内低

8、微量元素：锰、锌、钴、铜等,5. 生长因子,营养物质及其功能,是维持微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大的特殊营养物质。,定义: 它是一类对微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大，但微生物自身不能用合成的有机营养物质。不同微生物需求的生长因子的种类和数量不同。 例： 支原体-胆固醇 流感血杆菌-亚铁血红素,（三）细菌摄取营养物质的机制,1. 被动扩散 2. 主动运转系统 （1） 促进扩散 (facilitated diffusion) （2） 主动运输 (active transport) （3） 基团移位 (group translocation),营养物质的运输,1.被动扩散(simpl

9、e diffusion or passive diffusion),特点： 扩散是非特异性的营养物质吸收方式：如营养物质通过细胞膜中的含水小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内扩散； 在扩散过程中营养物质的结构不发生变化：即既不与膜上的分子发生反应，本身的分子结构也不发生变化； 物质运输的速率较慢：速率与胞内外营养物质的浓度差有关，即随细胞膜内外该物质浓度差的降低而减小，直到胞内外物质浓度相同； 不需要载体参与；扩散是一个不需要代谢能的运输方式：因此，物质不能进行逆浓度运输。 可运送的养料有限：限于水、溶于水的气体，及分子量小，脂溶性、极性小的营养物质。,被动扩散模式图,细胞膜外,细胞膜内,细

10、胞膜,2. 主动运转系统,（1）依赖于周浆间隙结合蛋白的转运系统（促进扩散） （2）化学渗透驱使转运系统（主动运输） （3）基团转移,（1）促进扩散(facilitated diffusion),特点：在促进扩散过程中 营养物质本身在分子结构上也不会发生变化 不消耗代谢能量，故不能进行逆浓度运输 运输的速率由胞内外该物质的浓度差决定 需要细胞膜上的载体蛋白（透过酶）参与物质运输 被运输的物质与载体蛋白有高度的特异性 养料浓度过高时, 与载体蛋白出现饱和效应 注：促进扩散的运输方式多见于真核微生物中，例如通常在厌氧生活的酵母菌中，某些物质的吸收和代谢产物的分泌是通过这种方式完成的。,促进扩散,促

11、进扩散,（2）主动运输(Active transport),特点：物质在主动运输的过程中 需要消耗代谢能 可以进行逆浓度运输的运输方式 需要载体蛋白参与 对被运输的物质有高度的立体专一性 被运输的物质在转移的过程中不发生任何化学变化 注：不同的微生物在主动运输过程中所需的能量的来源不同，好氧微生物中直接来自呼吸能，厌氧微生物主要来自化学能，光合微生物中则主要来自光能 。 主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式。,主动运输模式图,细胞膜,细胞膜外,细胞膜内,恢复原构象,移位,再循环,结合,构象改变,主动运输,（3）基团转位(Group translocation),基因转位是一种特殊的主动运输，

12、与普通的主动运输相比，营养物质在运输的过程中发生了化学变化（糖在运输的过程中发生了磷酸化）。其余特点与主动运输相同。 基因转位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌中，也主要是用于单（或双）糖与糖的衍生物，以及核苷与脂肪散的运输 。,四种运输营养物质方式的比较,（四）影响细菌生长的环境因素,微生物与所处的环境之间具有复杂的相互影响和相互作用：一方面，各种各样的环境因素对微生物的生长和繁殖有影响，另一方面,微生物生长繁殖也会影响和改变环境.研究环境因素与微生物之间的关系，可以通过控制环境条件来利用微生物有益的一面，同时防止它有害的一面。,影响微生物生长的外界因素很多，除了前面讲过的营养因素之外，还有许多

13、物理化学因素的影响。,1. 营养物质,生长与营养物质紧密相关。,2. 酸碱度,影响膜表面电荷的性质及膜的通透性，进而影响对物质的吸收能力。 改变酶活、酶促反应的速率及代谢途径：如：酵母菌在pH4.5-5产乙醇，在 pH6.5以上产甘油、酸。 环境pH值还影响培养基中营养物质的离子化程度，从而影响营养物质吸收，或有毒物质的毒性。,2.酸碱度（pH值）,环境pH值对微生物生长的影响,微生物的生长pH值范围极广，从pH8都有微生物能生长。但是多数病原菌生活在pH为7.2-7.6，霍乱弧菌 8.4-9.2。 微生物生长的pH值三基点： 各种微生物都有其生长的最低、最适和最高pH值。低于最低、或超过最高

14、生长pH值时，微生物生长受抑制或导致死亡。 不同的微生物最适生长的pH值不同，根据微生物生长的最适pH值，将微生物分为： 嗜碱微生物：硝化细菌、尿素分解菌、多数放线菌 耐碱微生物：许多链霉菌 中性微生物：绝大多数细菌，一部分真菌 嗜酸微生物：硫杆菌属 耐酸微生物：乳酸杆菌、醋酸杆菌,不同微生物对pH要求不同,一些微生物生长的pH值范围,微生物 pH值 最低 最适 最高 Thiobacillus thiooxidans 氧化硫硫杆菌 0.5 2.03.5 6.0 Lactobacillus acidophilus 嗜酸乳杆菌 4.04.6 5.86.6 6.8 Rhizobium japonic

15、um 大豆根瘤菌 4.2 6.87.0 11.0 Azotobacter chroococcum 圆褐固氮 4.5 7.47.6 9.0 Nitrosomonas sp. 硝化单胞菌 7.0 7.88.6 9.4 Acetobacter aceti 醋化醋杆菌 4.04.5 5.46.3 7.08.0 Staphylococcus aureus 金黄葡球菌 4.2 7.07.5 9.3 Chlorobium limicola 泥生绿菌 6.0 6.8 7.0 Thurmus aquaticus 水生栖热菌 6.0 7.57.8 9.5 Aspergillus niger 黑曲霉 1.5 5.06.0 9.0 一般放线菌 5.0 7.08.0 10.0 一般酵母菌 3.0 5.06.0 8.0,不同微生物的生长pH值范围,微生物细胞内的pH值,虽然微生物生活的环境pH值范围较宽，但是其细胞内的pH值却相当