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1、 第第 2 章章 细菌的生理细菌的生理 Bacterial physiology 第一节第一节 细菌的理化性状细菌的理化性状细菌的化学组成：水细菌的化学组成：水(75-90%)、无机盐、无机盐、蛋白质、糖类、脂质和核酸等。蛋白质、糖类、脂质和核酸等。 细菌的物理性状细菌的物理性状光学性质光学性质细菌为半透明体。细菌为半透明体。表面积表面积细菌体积微小，相对表面积大。细菌体积微小，相对表面积大。带电现象带电现象均带负电。均带负电。半透性半透性细菌的细胞壁和细胞膜都有半透性，细菌的细胞壁和细胞膜都有半透性，可进行物质交换。可进行物质交换。渗透压渗透压菌体内为高渗透压菌体内为高渗透压 第二节第二节
2、细菌的营养与生长繁殖细菌的营养与生长繁殖 一、一、 细菌的营养类型细菌的营养类型根据细菌所利用的能源的不同，将细菌分为两大营根据细菌所利用的能源的不同，将细菌分为两大营养类型：养类型：自养菌和异养菌自养菌和异养菌。自养菌自养菌(autotroph)：以简单的无机物为原料，通过以简单的无机物为原料，通过无机物的氧化或光合作用获得能量无机物的氧化或光合作用获得能量, 合成菌体成分。合成菌体成分。异养菌异养菌(heterotroph)：以多种有机物为原料，合成以多种有机物为原料，合成菌体成分并获得能量。菌体成分并获得能量。以动植物尸体，腐败食物作为营养物质的细菌称：腐以动植物尸体，腐败食物作为营养物
3、质的细菌称：腐生菌生菌(saprophyte)。从人或动物的有机物获得营养物质和能量的细菌称：从人或动物的有机物获得营养物质和能量的细菌称：寄生菌寄生菌(parasite)。所有的病原菌都是异养菌，大部所有的病原菌都是异养菌，大部分属寄生菌。分属寄生菌。二、细菌的营养物质二、细菌的营养物质 水、碳源、氮源、无机盐及生长因子为水、碳源、氮源、无机盐及生长因子为细菌的代谢及生长繁殖提供必需的原料和细菌的代谢及生长繁殖提供必需的原料和充足的能量充足的能量三、细菌摄取营养物质的机制三、细菌摄取营养物质的机制被动扩散被动扩散: 顺浓度梯度，顺浓度梯度， 不需能量不需能量主动转运主动转运: 逆浓度梯度，逆
4、浓度梯度， 需要能量需要能量 营养物质（营养物质（Nutrients） 水、碳源、氮源、无机盐及生长因子为细水、碳源、氮源、无机盐及生长因子为细菌的代谢及生长繁殖提供必需的原料和充足菌的代谢及生长繁殖提供必需的原料和充足的能量的能量酸碱度酸碱度(pH) 多数病原菌最适多数病原菌最适PH为为7.2-7.6温度（温度（Temperature） 病原菌最适温度为病原菌最适温度为37四四、影响影响细菌生长的环境因素细菌生长的环境因素气体气体 (Aeration) ：根据细菌代谢时对氧气的需要与否分根据细菌代谢时对氧气的需要与否分: 专性需氧菌专性需氧菌：具有完善的呼吸酶系统，需要分子氧作具有完善的呼吸
5、酶系统，需要分子氧作为受氢体以完成需氧呼吸，仅能在有氧环境下生长，为受氢体以完成需氧呼吸，仅能在有氧环境下生长，如：结核杆菌。如：结核杆菌。 微需氧菌微需氧菌：在低氧压（：在低氧压（5%-6%）生长最好，高时有）生长最好，高时有害，如：幽门螺杆菌。害，如：幽门螺杆菌。 兼性厌氧菌兼性厌氧菌：兼有氧呼吸和无氧发酵两种功能，在有：兼有氧呼吸和无氧发酵两种功能，在有氧、无氧环境中均能生长，但以有氧时氧、无氧环境中均能生长，但以有氧时 生长较好。大生长较好。大多数病原菌属于此。多数病原菌属于此。 专性厌氧菌专性厌氧菌：缺乏完善的呼吸酶系统，只能进行无氧缺乏完善的呼吸酶系统，只能进行无氧发酵，必须在无氧
6、环境中生长。发酵，必须在无氧环境中生长。 有氧环境不能生长的原因有氧环境不能生长的原因: 缺乏超氧化物歧化酶，触酶等缺乏超氧化物歧化酶，触酶等. 不不能分解超氧负离子（能分解超氧负离子（O 2-），），H2O2等有毒物质。等有毒物质。202-+2H+ O2+H2O2 2H2O+O2 SDScatalaseC O2 ：对细菌生长也很重要，大部分细菌对细菌生长也很重要，大部分细菌在代谢中产生的在代谢中产生的 C O2可满足需要，个别可满足需要，个别细菌初次分离时需人工供给细菌初次分离时需人工供给5-10%C O2 （脑膜炎奈瑟菌）脑膜炎奈瑟菌）渗透压渗透压(Osmotic pressure): 5
7、-20 atm五五、细菌的、细菌的生长繁殖生长繁殖细菌个体的生长繁殖细菌个体的生长繁殖 繁殖方式繁殖方式-细菌以简单的二分裂方式进行繁殖。细菌以简单的二分裂方式进行繁殖。 繁殖速度繁殖速度-繁殖一代所需时间（代时）约繁殖一代所需时间（代时）约20-30min。 但少数细菌代时较长，如结核分枝杆菌代时为但少数细菌代时较长，如结核分枝杆菌代时为18h。细菌群体的生长繁殖细菌群体的生长繁殖 繁殖规律繁殖规律-生长曲线（生长曲线（growth curve) 迟缓期迟缓期 (lag phase) ， 对数期对数期 (logarithmic phase) 稳定期稳定期 (stationary phase)
8、 ，衰退期，衰退期 (decline phase) Electron photomicrographs of gram-positive cell division (Bacillus subtilis) (left) and gram-negative cell division (Escherichia coli) (right). Progression in cell division from top to bottom. CM, cytoplasmic membrane; CW, cell wall; N, nucleoid; OM, outer membrane; S, sept
9、um. Bar = 0.2 m. (From Slots J, Taubman MA, editors: Contemporary oral biology and immunology, St Louis, 1992, Mosby.)细菌群体的生长繁殖细菌群体的生长繁殖性状典型性状典型v发酵：无氧时发酵：无氧时, 以有机物以有机物(lactate, ethanol)为为受氢体。受氢体。1Glucose2ethanol+2CO2+2ATPv呼吸：以无机物为受氢体。呼吸：以无机物为受氢体。v有氧呼吸：以氧为受氢体。有氧呼吸：以氧为受氢体。1Glucose+6O2 6CO2+6H2O+32ATPv
10、厌氧呼吸：无氧时厌氧呼吸：无氧时, 以其它无机物以其它无机物(CO2, SO42-, NO3-)为受氢体。为受氢体。 1Glucose2ATP第三节第三节 细菌的新陈代谢与能量转换细菌的新陈代谢与能量转换一一. 细菌的能量代谢细菌的能量代谢二二. 细菌的代谢产物细菌的代谢产物（一）分解代谢产物和细菌的生化反应（一）分解代谢产物和细菌的生化反应 细菌种类不同细菌种类不同细菌酶不同细菌酶不同分分解物质能力不同解物质能力不同代谢产物不同代谢产物不同鉴鉴别作用别作用. 糖发酵试验糖发酵试验细菌细菌分解分解糖糖发酵发酵 产酸产酸 + 发酵发酵 产酸产气产酸产气 +不发酵不发酵糖糖发发酵酵试试验验E.co
11、li 发酵葡萄糖发酵葡萄糖S.typhi 发酵葡萄糖发酵葡萄糖VP(Voges-Proskauer)试验试验产气杆菌产气杆菌丙酮酸丙酮酸脱羧脱羧乙酰甲乙酰甲基甲醇基甲醇KOH二乙酰二乙酰 +胍基胍基红色红色（VP阳性）阳性）http:/bioweb.usc.edu/courses/2002-fall/bisc300.html甲基红甲基红(methyl red)试试验验产气杆菌产气杆菌丙酮酸丙酮酸脱羧脱羧乙酰甲乙酰甲基甲醇基甲醇pH5.4 甲基红甲基红橘黄色橘黄色（阴性）（阴性）大肠杆菌大肠杆菌甲基红甲基红红色红色（阳性）（阳性）pH4.5丙酮酸丙酮酸不脱羧不脱羧阳阳性性阴阴性性对对照照枸橼酸盐
12、利用枸橼酸盐利用（citrate utilization)试验试验产气杆菌产气杆菌分解分解枸橼酸盐，铵盐枸橼酸盐，铵盐碳酸盐碳酸盐+氨氨产碱产碱 深兰色深兰色（阳性）（阳性）吲哚（吲哚（indole)试验试验色氨酸色氨酸色氨酸酶色氨酸酶吲哚吲哚（无色）（无色）+对二甲基氨基对二甲基氨基苯甲醛苯甲醛（黄色）（黄色）玫瑰吲哚玫瑰吲哚（红色（红色 阳性）阳性）阳阳性性吲哚(I), 甲基红(M), VP(V), 枸橼酸盐盐利用（C）试验，常用于鉴定肠道杆菌，合称试验，常用于鉴定肠道杆菌，合称IMViC试验。试验。大肠杆菌的结果是：大肠杆菌的结果是：+ - -产气杆菌的结果是：产气杆菌的结果是： - -
13、 +H2S试验试验细菌细菌分解分解含含S氨基酸氨基酸H2S+FeSO4FeS（黑色黑色 阳性）阳性）尿素酶试验尿素酶试验细菌细菌分解分解尿素尿素产氨产氨酚红酚红红色红色（阳性）（阳性）对对照照阳阳性性阴阴性性热原质热原质(pyrogen)：或称致热原。是细菌合成的一种注入人体或或称致热原。是细菌合成的一种注入人体或动物体内能引起发热反应的物质。如：脂多糖。动物体内能引起发热反应的物质。如：脂多糖。毒素与侵袭性酶毒素与侵袭性酶：细菌产生外毒素和内毒素。外毒素是多数革细菌产生外毒素和内毒素。外毒素是多数革兰阳性菌和少数革兰阴性菌在生长繁殖过程中释放到菌体外的兰阳性菌和少数革兰阴性菌在生长繁殖过程中
14、释放到菌体外的蛋白质；内毒素是革兰阴性菌的脂多糖。酶类蛋白质；内毒素是革兰阴性菌的脂多糖。酶类: 透明质酸酶等。透明质酸酶等。色素色素Pigment ：细菌的色素有两类：水溶性色素，能弥散到培养细菌的色素有两类：水溶性色素，能弥散到培养基或周围组织。脂溶性色素，不溶于水，只存在于菌体，使菌基或周围组织。脂溶性色素，不溶于水，只存在于菌体，使菌落显色而培养基颜色不变。落显色而培养基颜色不变。抗生素抗生素Antibiotic ：某些微生物代谢过程中产生的一类能抑制或某些微生物代谢过程中产生的一类能抑制或杀死某些其他微生物的物质。杀死某些其他微生物的物质。细菌素细菌素Bacteriocin ：某些菌
15、株产生的某些菌株产生的,可抗相近菌的蛋白质可抗相近菌的蛋白质,用用于细菌分型于细菌分型。维生素维生素Vitamin ：细菌能合成某些维生素除供自身需要外，还能细菌能合成某些维生素除供自身需要外，还能分泌至周围环境中，分泌至周围环境中，vitamin B, K。（二）合成代谢产物及意义二）合成代谢产物及意义绿脓杆菌产生的色素绿脓杆菌产生的色素http:/medecinepharmacie.univ-fcomte.fr第四节第四节 细菌的人工培养细菌的人工培养Hood and chamber for anaerobic cultureBlue indicate oxygen 培养基培养基(cult
16、ure medium)培养基：培养基：是由人工方法培配置而成的，专供微生物生是由人工方法培配置而成的，专供微生物生长繁殖使用的混合营养物制品。长繁殖使用的混合营养物制品。按其营养组成和用途分类：按其营养组成和用途分类：基础培养基、增菌培基础培养基、增菌培养基、养基、 选择培养基、鉴别培养基、厌氧培养基选择培养基、鉴别培养基、厌氧培养基。按其物理状态分类：按其物理状态分类：固体培养基、液体培养基、固体培养基、液体培养基、半固体培养基。半固体培养基。 细菌在培养基中的生长情况：细菌在培养基中的生长情况：（一）（一）. 细菌在液体培养基中的生长情况细菌在液体培养基中的生长情况菌膜菌膜菌沉淀菌沉淀均匀
17、浑浊均匀浑浊对照对照（二）（二） 细菌在固体培养基中的生长情况：细菌在固体培养基中的生长情况： 菌落菌落(colony): 在固体培养基表面，由一在固体培养基表面，由一个细菌经个细菌经1824h繁殖后形成的单个的、肉繁殖后形成的单个的、肉眼可见的细菌集团。眼可见的细菌集团。光滑型光滑型菌落菌落(S型）型）粗糙型粗糙型菌落菌落（R型）型）肺炎杆菌肺炎杆菌(Klebsiella pneumoniae)的黏液型的黏液型(M)菌菌落落 From:CDC（三）（三）. 细菌在半固体培养基中的生细菌在半固体培养基中的生长长 情况情况动力试验动力试验Motility Test Agar with TTC (
18、Tetrazolium chloride) The culture on the left is non-motile; the cultures in the middle and right side are motile From:http:/biology.uwsp.edu/faculty/TBarta/MicroImages2.html应用传染病的诊断与防治传染病的诊断与防治细菌的研究细菌的研究生物制品的制备生物制品的制备病原学诊断通过药敏实验选择抗生素n细菌的分类层次：域、门、纲、目、科、属、种。分细菌的分类层次：域、门、纲、目、科、属、种。分类依据类依据: 传统分类和种系分类传统
19、分类和种系分类(16s rRNA)n属（属（genus): 特性相近、关系密切的若干菌种组成一特性相近、关系密切的若干菌种组成一个菌属。个菌属。n种（种（species）生物学性状基本相同的细菌群体，生物学性状基本相同的细菌群体，是细菌分类的基本单位。同一菌种的各个细菌，虽性是细菌分类的基本单位。同一菌种的各个细菌，虽性状基本相同，但在某些方面仍有一定差异。状基本相同，但在某些方面仍有一定差异。 差异明显差异明显亚种（变种）；亚种（变种）； 差异小差异小型（血清型、噬菌体型、细菌素型等）；型（血清型、噬菌体型、细菌素型等）；n株（株（strain) 对不同来源的同一菌种的细菌称为对不同来源的同
20、一菌种的细菌称为该菌的不同菌株。该菌的不同菌株。标准菌株标准菌株：具有某种细菌典型特征：具有某种细菌典型特征的菌株。的菌株。 细菌的分类与命名细菌的分类与命名细菌的命名：细菌的命名：采用拉丁双名法，每个菌名由采用拉丁双名法，每个菌名由两个拉丁字组成。前一字为属名，用名词，两个拉丁字组成。前一字为属名，用名词，大写；后一字为种名，用形容词，小写。中大写；后一字为种名，用形容词，小写。中文的命名次序与拉丁相反，种名在前，属名文的命名次序与拉丁相反，种名在前，属名在后。在后。 Staphylococcus aureus (S. aureus) 金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌 Escherichia coli (E.coli ) 大肠埃希菌大肠埃希菌
