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1、第二节 细菌的营养与生长繁殖,细胞的化学组成 细菌的营养要求 吸收营养物质的方式 细菌的营养类型 细菌的生长繁殖 细菌的人工培养 第三节 细菌的新陈代谢 第四节 细菌的分布 第五节 细菌的感染与致病性,微生物细胞的化学组成,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,营养物质的吸收,依靠细胞膜的功能，将周围环境中的营养物质输送
2、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（facilitated diffusion） eg：氨基酸，单糖，维生素，无机盐等 特异性载体蛋白,三、主动运输（active transport） eg：大多数氨基酸，糖类，部分离子（Na+,K+,HPO4
3、2-等） 需要特异性载体蛋白、 消耗能量 运输物质所需能量来源： 好氧型与兼性厌氧细菌呼吸能； 厌氧型细菌化学能(ATP)； 光合细菌光能；,同向运输(symport),逆向运输(antiport),单向运输(uniport),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
4、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 bac
5、teria)： 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:8.511.5 3、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
6、）,4、气体 （1）专性需氧菌（obligate aerobe）：在有氧气的环境中才能生长，如结核分枝杆菌、枯草芽胞杆菌。 （2）微需氧菌（microaerophilic ）:生长过程仅需要少量氧气，如霍乱弧菌。 （3）耐氧菌（aerotolerant）:生长不需氧，氧气存在与否对其生长影响不大，如乳酸菌。 （4）兼性厌氧菌(facultative anaerobe）：在有氧和无氧条件下均能生长，但有氧时生长较好，大多数病原性细菌属于此类。 (5)专性厌氧菌（obligate anaerobe）：在无氧或低氧化还原势的环境下生长（游离氧对其有毒害作用），如破伤风梭菌。,厌氧菌在有氧条件下不能生
7、长的原因是： 厌氧菌缺乏氧化还原电势很高的细胞色素和细胞色素氧化酶，不能氧化营养物质并获取能量； 缺乏超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）和过氧化氢酶（或过氧化物酶），不能分解超氧离子（O2-）和过氧化氢（H2O2）。 方式：加入还原剂如谷胱甘肽、硫基醋酸盐等；深层液体培养；用石蜡油封存；半固体穿刺培养；烛罐法（氧耗去，约有7% CO2留存）；厌氧培养箱等,（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
8、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,试管、瓶子、培养皿等,1887年，R J Petri 发明,Petri dish,常用的灭菌方法： 高压蒸汽灭菌： 1.05kg/cm2, 121.3，15-30分钟；0.56kg/cm2, 112.6，15-30min 高温干热灭菌：160-170 ，2h,1.接种针 2.接种环 3
9、.接种钩 4.5.玻璃涂棒 6.接种圈 7.接种锄 8.小解剖刀,常用接种工具： 接种环、接种针、吸管、涂布棒、牙签等,3、接种操作,无菌操作：,（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。,使用条件： 1）适当水份和适宜的营养 2）合适的pH 3）选择适当物理状态 4）一旦配成，必须立即进行灭菌处理 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,根据营养物质来源不同划分 根据培养基的物理状态划分 根据培养基的用途划分,合成培养基由已知化学成分及数量的化学药品配置而成。(
10、 遗传研究 ) 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。,配制天然培养基用的几种材料,液体培养基 用于生产 固体培养基 (液体培养基1.8-2.5%琼脂) 用于菌种保藏、纯种分离、菌落特征观察以及活细胞计数等方面。 半固体培养基 (液体培养基0.2 -0.8%琼脂) 多用于细菌有无动力的检查。,按用途划分 1）基础培养基(minimum medium) 含有满足一般微生物生长繁殖所必需的营养物质，如肉汤蛋白胨培养基（牛肉膏、蛋白胨、氯化钠、水）
11、。 2）加富培养基 (enrichment medium)或营养培养基 在基础培养基中加入某些特殊营养物质（如血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液）制成的一类营养丰富的培养基。 3）选择培养基 (selective medium) 利用不同细菌对某些化学药物敏感性不同的特点，可在培养基中加入抑制某些细菌生长的药物，从而筛选出目的细菌。,4)鉴别培养基（differential medium） 是鉴别某些细菌的生化反应的培养基。,例如枯草芽胞杆菌： 一般培养：肉汤培养基或LB培养基； 自然转化：基础培养基； 观察芽胞：生胞子培养基； 产蛋白酶：以玉米粉、黄豆饼粉为主的产酶培养基；,实验室的常用培养
12、基： 细菌： 牛肉膏蛋白胨培养基（或简称普通肉汤培养基）； 放线菌：高氏1号合成培养基培养； 酵母菌：麦芽汁培养基； 霉菌： 查氏合成培养基；,（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。,一般都较小，菌落与培养基结合不紧密，用接种针容易挑起，多数表面较光滑、湿润、较粘稠，易挑取，质地均匀，色泽多样。,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,细菌在固体培养基中的生长情
13、况-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）：,微生物生长的测定,个体计数 群体重量测定 群体生理指标测定 生长曲线,（四）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
14、期：延迟期、对数生长期、稳定期、衰亡期,延迟期（lag phase） （1） 特点： 分裂缓慢； 菌数略有增加；对不良条件敏感 （2） 生产上：,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（stationary phase） （1） 特点： 生长速率几乎等于死亡速率，细胞浓度不增加；基质大量消耗，代谢物大量积累；形成芽孢。 （2）生产上： 尽量延长稳定期,衰亡期（decline phase） （1） 特点： 死亡速率大于生长速率； 菌体开始自溶；
15、 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,显微记数法（细菌总数） 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。,2 平板菌落记数（活菌记数）,3 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）比浊管 在一定波长（600nm）下，测定菌悬液的光密度，以光密度(optical density, 即O.D.) 表示菌量。,湿重法和干重法 菌体干重为湿重的20%25% 测定多细胞及丝状真菌生长情
16、况的有效方法 生理指标法 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,涂布平板,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 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 t
