微生物检验细菌的生理

第三章细菌的生理

本章考点：

1.细菌的化学组成和物理性状

（1）细菌的化学组成

（2）细菌的物理性状

2.细菌的营养和生长繁殖

（1）细菌的营养类型、物质及机制

（2）细菌的生长繁殖的条件

（3）细菌个体的生长繁殖

（4）细菌群体的生长繁殖

（5）细菌数的测定

（6）细菌的生长曲线

3.细菌的新陈代谢

（1）细菌的酶类

（2）细菌代谢的能量来源

4.细菌的分解代谢和合成代谢

（1）糖类的分解

（2）蛋白质的分解

（3）其他物质的分解

（4）细菌的合成代谢及其产物的意义

细菌的生理是研究细菌的营养、代谢、菌体各成分的生物合成、生长繁殖与生命活动的规律，以及与宿主间的相互作用。

一、细菌的化学组成和物理性状

（一）细菌的化学组成

细菌和其他生物细胞的化学组成相似，由水、无机盐、蛋白质、糖类、脂类、核酸等组成。

细菌体内还含有一些特有的化学物质，如肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸、二氨基庚二酸（DAP）、脂多糖（LPS）。

（二）细菌的物理性状

1.带电现象：细菌的蛋白质具有两性游离的性质，当正电荷与负电荷相等时，为等电点。

注：一般细菌生长繁殖的最适pH值为7.2～7.6。

2.表面积：细菌体积虽小，但单位体积的表面积远比其他生物细胞要大。细菌的表面积大，有利于菌体内外界的物质交换，故细菌生长繁殖迅速。

3.光学性质：细菌细胞为半透明体，当光线照射在菌体上，一部分光被吸收，另一部分光被折射，故细菌悬液呈混浊状态。菌数越多，浊度越大。

注：利用细菌具有浊度的特性，进行细菌定量。

4.半透性与渗透性：

细菌的细胞壁和细胞膜都有半透性，使细菌与外界进行物质交换。细菌的细胞壁和细胞膜都具有半透膜性质，可允许水分子通过，而对其他物质则有选择性通过作用。细菌吸取营养和排出代谢产物，均有赖于这种通透作用。

革兰阳性菌体内渗透压高达506.625～2533.125Pa，革兰阴性菌也有506.625～607.96Pa。细菌具有坚韧的细胞壁，能耐受菌体内的高渗透压，并能保护细菌在低渗透压环境中不致膨胀破裂。

二、细菌的营养和生长繁殖

（一）细菌的营养

1.营养类型：根据细菌对营养物质需要的不同，将细菌分为两大营养类型。

注：所有致病菌都是异养菌，大部分属于寄生菌。

2.营养物质：营养物质包括

① 水

② 碳源：合成菌体成分，为细菌提供能量。

③ 氮源：只用于合成菌体的成分，不提供能量。

④ 无机盐

⑤ 生长因子：细菌不能合成，必须在培养基中加入。

3.营养机制：细菌的细胞壁和细胞膜都具有半透性，只能使水分和小分子溶质透过，而大分子蛋白质、多糖、脂类需经细菌的胞外酶水解成小分子物质后，菌体才能吸收（转运）。转运的方式有三类：（1）被动扩散：细菌依靠菌体表面细胞壁和细胞膜的半透性来调节各种营养物质的摄取。

（2）主动吸收：细菌将许多营养物质以高于细胞外浓度积累在细胞内的过程称为主动吸收。

（3）基团转位：基团转位亦是一种需要消耗能量的运输营养的方式。它是靠胞外酶将糖类等物质与一种耐热蛋白（HPr）与磷酸结合，使糖类等磷酸化而运送到菌体内，再与HPr解离。

（二）细菌生长繁殖的条件

生长繁殖必须的基本条件有4个方面：

1. 营养物质：细菌所需的营养物应按一定的方式配比提供。

2. 合适的pH：环境的pH对细菌的增殖有很大影响，因营养的吸收、分解及能量的产生，都需要酶参与反应，而酶活性必须在一定pH和温度下才能发挥作用。大多数细菌合适的pH为7.2～7.6。少数细菌对pH的需要明显不同，如霍乱弧菌pH8.4～9.2，结核分枝杆菌pH6.5～6.8，乳酸杆菌pH5.5。

3. 适宜的温度：各类细菌对温度的要求不同，大多数病原菌（人类的致病菌属于此类）最适温度为37℃。小肠结肠炎耶尔森菌的最适生长温度为20～28℃。

4. 必要的气体:细菌所需要的气体主要是氧气，有的细菌还需要C02。

根据对氧的需要程度，可将细菌分为：

（1）需氧菌：必须在有氧（空气）的情况下才能生长。如铜绿假单胞菌。

（2）微需氧菌：在5%左右的低氧压环境中才能生长。如弯曲菌属细菌。

（3）厌氧菌：必须在无氧的环境中才能生长。如梭菌属细菌。

（4）兼性厌氧菌：在有氧和无氧环境中均能生长。如肠杆菌属细菌。

有些细菌在初次分离培养时，必须供给5% ～10% C02才能生长。如脑膜炎奈瑟菌和淋病奈瑟菌。

（三）细菌生长繁殖的方式与速度

1.细菌个体的生长繁殖:细菌一般是以二分裂方式进行无性繁殖。大多数细菌繁殖的速度为每20～

30min分裂一次，称为一代，而结核分枝杆菌则需要18～20h才能分裂一次。

2.细菌群体的生长繁殖:将许多细菌（细菌群体）接种在液体培养基中或琼脂平板上进行培养，细菌群体就会一代一代地生长繁殖。

（1）细菌数的测定：了解细菌生长繁殖后数量的方法，常用的有两种：

①比浊法，将细菌生长的悬液，置入一特制的玻管内，在一定条件下与麦氏标准管比浊（0.5号标准管内含细菌浓度为1.5亿／ml），可求得待测细菌悬液中的细菌数；

②测定活菌数，即将待测细菌悬液，进行适当稀释，倾注入琼脂平板中，经37℃18h培养后计算菌落数，最后推算出细菌数（所含细菌数／ml）。

（2）细菌的生长曲线：以生长时间为横坐标，培养物中菌数的对数为纵坐标，可得出一条曲线，称为细菌的生长曲线。

生长曲线分为4个时期：

1）迟缓期：是细菌进入新环境后的适应阶段。

2）对数期：此期细菌以几何级数增长（20→21→22→23→24→…），在生长曲线图上，活菌数的对数呈直线上升，增长极快。此期细菌的形态、染色性、生理活性都较典型，对外界环境因素的作用较为敏感。

3）稳定期：由于培养基中营养物质消耗，毒性产物积聚，pH下降使细菌繁殖速度渐趋下降，细菌死亡数则逐渐上升，细菌繁殖数与死亡数大致平衡。

4）衰亡期：细菌繁殖逐渐减慢，死亡逐渐增多，死菌数超过活菌数。

三、细菌的新陈代谢

（一）细菌的酶类

酶是生活细胞合成的特殊蛋白质，具有专一性，能催化特定的基质（底物）而进行特异反应。一个细菌细胞中有多种酶，这些酶足以催化整个细胞的全部代谢活动。

（二）细菌的能量来源

1.细菌生物氧化：细菌代谢所需能量主要是以生物氧化作用而获得的。物质在生物体氧化分解，释放

能量的过程称为生物氧化。细菌的生物氧化很主要以脱氢和失电子的方式进行。

不同类型的细菌在有氧或无氧条件下进行生物氧化，能利用不同类型的供氢体和受氢体。供氢体可分为有机或无机化合物，受氢体可分为分子氧、无机物和有机物。

注：大多数病原菌只通过需氧呼吸和发酵获得能量，它们不能利用简单的无机物。

2.需氧呼吸：分解代谢以氧化磷酸化机制产生ATP的形式为呼吸，最终电子受体为02。

3.发酵：某些细菌的酶系统不完善，不能将生物氧化过程进行到底，其最终受氢体（电子受体）是有机化合物尚未彻底氧化的中间代谢产物。

物质在生物体内氧化分解、释放能量的过程称为生物氧化。绝大多数细菌都是通过生物氧化而获得能量的。病原菌获得能量的基质（生物氧化的底物）主要是糖类，通过糖的氧化释放能量，并以高能磷酸键（ADP、ATP）的形式储存能量。

（三）细菌的分解代谢（利用细菌的分解代谢，可鉴别细菌，具体应用在细菌的生物化学检验这一章）

1.糖类的分解：细菌分泌胞外酶，将菌体外的多糖分解成单糖（葡萄糖）后再吸收。各种细菌将多糖分解为单糖，进而转化为丙酮酸，这一过程是一致的。丙酮酸的利用，需氧菌和厌氧菌则不相同。需氧菌将丙酮酸经三羧酸循环彻底分解成CO2和水。厌氧菌则发酵丙酮酸，产生各种酸类（如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、乳酸、琥珀酸等）、醛类（如乙醛）、醇类（如乙醇、乙酸甲基甲醇、异丙醇、丁醇等）、酮类（如丙酮）。不同细菌具有不同的酶，对糖类的分解能力和代谢产物也不同，借此可以鉴别细菌。

2.蛋白质的分解：蛋白质分子在细菌分泌的蛋白质水解酶的作用下，生成各种氨基酸。氨基酸在体内脱氨基酶的作用下，经脱氨基作用生成氨。不同种细菌在不同的条件下所进行的脱氨基作用的方式（氧化脱氨基、水解脱氨基、还原脱氨基）及代谢产物也不同。可借此鉴别细菌。

3.细菌对其他物质的分解：各种细菌产生的酶不同，其代谢的基质不同，代谢的产物也不一样，故可用于鉴别细菌。

（四）细菌合成代谢产物及意义

（1）热原质：大多数为革兰阴性菌合成的菌体脂多糖。注入人体或动物体内能引起发热反应，故称热原质。

注：热原质耐高温，121.3℃20min不被破坏，蒸馏法去除热原质较好。

（2）毒素和侵袭性酶：细菌产生毒素，包括内毒素和外毒素。

内毒素为革兰阴性菌的脂多糖。

外毒素是革兰阳性菌产生的蛋白质，毒性强且有高度的选择性。

侵袭性酶，如卵磷脂酶、透明质酸酶等。

（3）色素：有水溶性色素（铜绿假单胞菌的色素）和脂溶性色素（金黄色葡萄球菌的色素）。不同细菌产生不同的色素，在鉴别细菌上有一定意义。

（4）抗生素：是由某些微生物代谢过程中产生的、能抑制或杀死另一些微生物和癌细胞的微量生物活性物质。

注：抗生素大多数有放线菌和真菌产生，细菌只可以产生少数几种，如多粘菌素和杆菌肽等。

（5）细菌素：某些细菌菌株产生的一类具有抗菌作用的蛋白质，细菌素作用范围狭窄，仅对与产生该

种细菌素的细菌有近缘关系的细菌才能起作用，如大肠菌素、绿脓菌素、变形菌素和弧菌素等。

（6）维生素。

本章练习题：

细菌生长繁殖的条件包括

A.充足的营养

B.合适的酸碱度

C.适宜的温度

D.必要的气体

E.琼脂

[答疑编号500735030101]

『正确答案』ABCD

细菌化学组成包括

A.水和无机盐

B.蛋白质

C.糖类

D.脂类

E.核酸

[答疑编号500735030102]

『正确答案』ABCDE

细菌特有的化学物质有

A.肽聚糖

B.磷壁酸

C.二氨基庚二酸（DAP）

D.吡啶二羧酸（DPA）

E.脂多糖（LPS）

[答疑编号500735030103]

『正确答案』ABCDE

研究细菌性状最好选用哪个生长期的细菌

A.迟缓期

B.对数期

C.稳定期

D.衰亡期

E.以上均可

[答疑编号500735030104]

『正确答案』B

下列物质中不是细菌合成代谢产物的一种是

A.色素

B.细菌素

C.热原质

D.抗毒素

E.抗生素

[答疑编号500735030105]

『正确答案』D

下列哪一项不是抗生素范畴

A.可由真菌产生

B.可由放线菌产生

C.可由细菌产生

D.只对产生菌有近缘关系菌有杀伤作用

E.对微生物有抑制作用

[答疑编号500735030106]

『正确答案』D

去除热原质最好的方法是

A.蒸馏法

B.高压蒸汽灭菌法

C.滤过法

D.巴氏消毒法

E.干烤法

[答疑编号500735030107]

『正确答案』A

第四章细菌的分布

本章考点：

1.细菌在自然界的分布

（1）土壤中的分布

（2）水中的分布

（3）空气中的分布

2.细菌在人体的分布

（1）正常菌群

（2）条件致病菌

（3）菌群失调的概念、诱因、常见菌类及检查原则

细菌广泛存在于自然环境中。它们与外界环境及宿主相互作用构成统一的生态体系。

一、细菌在自然界的分布

（一）土壤

土壤含有细菌生长繁殖必须的营养物质、水分、适宜的pH及气体环境，故土壤中细菌种类繁多，数量也最大。

土壤中细菌可分三类：①天然生活在土壤中的自养菌；

②随动物尸体进入土壤的腐物寄生菌；

③来自人或动物的排泄物及尸体进入土壤的致病菌。

但多数病原菌在土壤中很容易死亡，有芽胞细菌，如炭疽芽胞杆菌、破伤风梭菌、气性坏疽病原菌可长期存活。土壤中的厌氧芽胞杆菌是创伤感染病原菌的主要来源。

（二）水

水中的细菌来自土壤、尘埃、垃圾及人畜的排泄物等。由于水极易受人与动物粪便和各种排泄物的污染，所以致病性细菌经常通过水引起各种传染病。

由于从水中检出病原菌比较困难，所以用大肠埃希菌作为水被粪便污染的主要指标，用测定大肠埃希菌群数来判定水源被污染的程度。

目前我国规定饮用水的标准为lml水中的细菌总数不超过l00个，1000ml水中大肠埃希菌群数不超过3个。

（三）空气

空气中的细菌来源于人畜呼吸道的飞沫及飘扬起来的尘埃。室内空气中的细菌比室外多，尤其在人口密集、空气不流通的公共场所易被患者或带菌者污染，引起呼吸道传染病的传播。空气中细菌污染的指标，通常是测定lm3空气中的细菌总数和链球菌数作为细菌污染空气的指标。空气中的细菌也是培养基、生物制品、医药制剂以及手术室等的污染来源。

二、细菌在人体的分布

（一）人体正常菌群

1.正常菌群：正常人的体表以及与外界相通的口腔、鼻咽腔、肠道、泌尿生殖道等都存在着不同种类和数量的微生物。这些菌群对宿主一般无害，故称正常菌群。

2.条件致病菌：正常菌群具有相对稳定性，一般不致病，只有当①机体免疫力下降，②寄居部位改变或③菌群失调时方可致病。这些菌群称为条件致病菌或机会致病菌。这些细菌在体内引起的感染又称为内源性感染。

（二）菌群失调及菌群失调症

1.概念：正常菌群的种类、数量和定位的改变，在宿主表现为患病或病理变化。

2.菌群失调的诱因

（1）不适当的抗菌药物治疗。

（2）患者免疫功能低下。

（3）医疗措施影响及外来菌的侵袭。

3.菌群失调的常见菌类

（1）球菌：金黄色葡萄球菌、粪肠球菌。

（2）杆菌：以革兰阴性杆菌为主，如铜绿假单胞菌、大肠埃希菌、变形杆菌、产气肠杆菌、阴沟肠杆菌、流感嗜血杆菌等。

（3）厌氧菌：产气荚膜梭菌、艰难梭菌、类杆菌等。

（4）真菌：白色念珠菌、曲霉菌、毛霉菌等。

本章练习题：

正常情况下，机体有菌的部位是

A.胃

B.骨骼

C.肌肉

D.血液

E.尿道

[答疑编号500735040101]

『正确答案』E

正常菌群转化为条件致病菌的条件

A.寄居部位的改变

B.患者免疫功能低下

C.医疗措施影响

D.外来菌的侵袭

E.不适当的抗菌药物治疗引起的菌群失调

[答疑编号500735040102]

『正确答案』ABCDE

菌群失调症是

A.生态制剂的大量使用

B.正常菌群的遗传特性明显改变

C.正常菌群的耐药性明显改变

D.正常菌群的增殖方式明显改变

E.正常菌群的组成和数量明显改变

[答疑编号500735040103]

『正确答案』E

第五章外界因素对细菌的影响

本章考点：

1.基本概念

（1）消毒、灭菌、防腐、无菌、无菌操作

2.物理因素对细菌的影响

（1）高温（湿热、干热）

（2）日光和紫外线

（3）电离辐射

（4）超声波

（5）滤过除菌

（6）干燥

3.化学因素对细菌的影响

（1）常用消毒剂的杀菌机制

（2）常用消毒剂的种类

4.影响消毒灭菌效果的因素及监测

（1）影响因素

（2）效果监测

5.生物因素对细菌的影响

（1）种类

基本概念：

1.消毒：消除或杀灭外环境中的病原微生物及其他有害微生物的过程称为消毒。用于消毒的化学药物称为消毒剂。

2.灭菌：用物理或化学方法消除或杀灭物体上所有微生物（包括病原微生物、非病原微生物、细菌的繁殖体和芽胞）的方法。灭菌的要求是把微生物存活的概率减少到最低限度。

3.防腐：防止和抑制细菌生长繁殖的方法。用于防腐的化学药物称为防腐剂。

4.无菌：指物体上不含活菌。

5.无菌操作：防止微生物进入机体或其他物品的操作技术称无菌操作。

注：相似概念的区分，关键词的把握。

一、物理因素对细菌的影响

（一）温度

各种细菌都需在最适生长温度的范围内生长。当外界温度明显高于最适生长温度，细菌被杀死；如果在低于细菌的最低生长温度时，细菌代谢活动受抑制，则出现抑菌作用。

1.高温：细菌蛋白质、核酸、细胞壁和细胞膜及酶类因热力作用发生变性或凝固，活性消失，代谢发生障碍导致细菌死亡。

大多数无芽胞细菌55℃～60℃加热30～60min即被杀死；加热100℃立即死亡，有芽胞的破伤风芽胞梭菌需煮沸3h才被杀死。热力灭菌分湿热和干热两种。在同一温度下，前者的效力大于后者。

（1）湿热：常用的方法有

注：总结可杀死芽胞的方法有哪些？

（2）干热

1）烧灼：是常用的干热灭菌法。微生物实验室使用的接种环、接种针、瓶口和试管口常在火焰上烧灼灭菌。

2）干烤：在密闭干烤箱内加温至160℃～170℃维持2h是对一般玻璃器皿、注射器、瓷器的灭菌方法，适用于高温下不变质、不损坏、不蒸发的物品。

2.低温：一般细菌耐低温，在低温条件下，细菌代谢活动降低不再繁殖，能较长时间维持生命，故常用于保存菌种。为避免解冻时对细菌的损伤，可在低温状态下真空抽干，去尽水分，此法称冷冻真空干燥法，可保存细菌数年至数十年，是目前保存菌种的最好方法。

（二）光线和射线

随光线和射线的波长、强度、作用距离、持续时间而影响它们对细菌的作用。

1.日光和紫外线：发挥杀菌作用的日光主要是紫外线，波长265～266nm时杀菌作用最强。

紫外线杀菌机制：①紫外线使DNA分子形成胸腺嘧啶双聚体，干扰DNA正常复制，导致细菌死亡。②紫外线可使分子氧变成臭氧，后者具有杀菌能力。

杀菌波长的紫外线对人体皮肤、眼角膜等均有损伤作用，使用时应注意防护。紫外线穿透能力差。

应用：手术室、微生物学实验室或不耐热的物品表面等。

2.电离辐射：微生物体中的水受电离照射后产生的自由基及自由基离子破坏微生物核酸、酶和蛋白质致微生物死亡，适用于不耐热物品的灭菌。如X线、γ射线、高速电子等。

应用：不耐热的塑料制品。

（三）超声与超声波

不被人耳感受的高于20千赫兹／秒的声波称超声波。杀菌机制是超声波通过液体时发生的空腔化作用破坏了原生质的胶体状态，导致细菌死亡。

应用：一般用于细胞的粉碎以提取细胞组分和抗原制备。

（四）滤过除菌

滤过是以物理阻留方法将液体或空气中的微生物除去。所用的器具为滤器。滤器中的微孔只允许液体或气体中小于滤孔孔径的物质通过。

滤器的种类很多，目前常用的有薄膜滤器。用于除菌的滤膜孔径为0.22μm。另外以石棉板为滤板的金属滤器称Seitz滤器（蔡氏滤器），按其滤孔大小分成三种：K型滤孔最大，澄清用；EK-S滤孔最小，可阻止大病毒通过；EK滤孔居中，用以去除一般细菌。全由玻璃制成的玻璃滤器分成G1～G6六种。G5、G6两型能阻止细菌通过。

应用：适用于不耐热，也不能用化学方法消毒的液体或空气。

（五）干燥

许多细菌的繁殖体在空气中干燥时可以死亡。干燥引起细菌脱水、蛋白质变性和盐类浓缩，因而妨碍细菌的代谢、生长、繁殖而引起细菌死亡。食物经晒干、烘干、风干等干燥后，水分减少，不适于细菌等繁殖，因而可延长食物的保存时间，起到防腐作用。

二、化学因素对细菌的影响

（一）常用消毒剂的杀菌机制

1.使菌体蛋白变性或沉淀，如酚类（高浓度）、醇类、重金属盐类（高浓度）、酸碱类、醛类等。

2.干扰微生物酶系统和影响其代谢活动，如氧化剂、低浓度重金属盐类使-SH基氧化成-S-S-，致以-SH 为活性基的酶丧失活性。

3.损伤细胞膜，如酚类（低浓度）、表面活性剂等。

（二）常用的消毒剂的种类

1.氧化剂：常用的有过氧化氢、过氧乙酸、高锰酸钾等。

2.酚类：常用石炭酸、来苏、六氯酚等。

3.烷化剂：包括环氧乙烷、乙型丙内脂、环氧丙烷、溴化甲烷等。

4.表面活性剂：常见的有新洁尔灭、消毒净、杜灭芬等。

5.其他：有醇类、醛类、卤素及其化合物、重金属盐、染料及酸碱类。

三、影响消毒灭菌效果的因素及监测

（一）影响因素

1.消毒剂的性质、浓度和作用时间。一般浓度越高杀菌作用越强，时间越长，消毒效果越好。

2.微生物的种类和数量。

3.温度和酸碱度：升高温度可提高消毒剂的效果。pH对消毒的效果影响很大，各种不同消毒剂所需最适pH与消毒剂性质有关。

4.环境中的有机物及拮抗物质：物体表面或环境中的有机物与化学消毒剂的活性基团结合减弱其杀菌能力。

5.湿度、穿透力、表面张力等。

（二）消毒灭菌效果的检测

各种理化因素对细菌消毒灭菌的效果常需用某些指标加以监测。常用生物指标监测压力灭菌器和紫外线的灭菌效果。

高压蒸汽灭菌效果监测用嗜热脂肪芽胞杆菌（ATCC7953）；

紫外线杀菌效果监测则用枯草芽胞杆菌黑色变种（ATCC9372）。

四、生物因素对细菌的影响

种类：①噬菌体：是感染细菌、真菌等微生物的病毒因为能使细菌裂解，故称为噬菌体；②抗生素：是由真菌、放线菌或细菌等微生物产生的能杀灭或抑制病原微生物的物质；

③细菌素：是某些细菌产生的，只对产生菌亲缘关系相近的细菌有抗菌作用的一类蛋白质。

本章练习题：

滤过除菌所用的薄膜滤器滤膜孔径大小为

A.0.21μm

B.0.22μm

C.0.23μm

D.0.24μm

E.0.25μm

[答疑编号500735050101]

『正确答案』B

消毒是指

A.杀灭物体上所有微生物

B.杀灭物体上的病原微生物

C.杀灭细菌芽胞

D.使物体上无活菌存在

E抑制微生物生长繁殖的方法

[答疑编号500735050102]

『正确答案』B

杀灭芽胞最常用和最有效的方法是

A.煮沸5分钟

B.巴氏消毒法

C.流通蒸汽灭菌法

D.高压蒸汽灭菌法

E.紫外线照射

[答疑编号500735050103]

『正确答案』D

常用消毒剂的杀菌机制包括

A.使菌体蛋白变性或沉淀

B.干扰微生物酶系统和影响其代谢活动

C.损伤细胞膜

D.干扰DNA合成

E.破坏细胞壁的结构

[答疑编号500735050104]

『正确答案』ABC

影响消毒灭菌效果的因素有

A.消毒剂的性质、浓度和作用时间

B.微生物的种类和数量

C.温度和酸碱度

D.环境中的有机物及拮抗物质

E.湿度

[答疑编号500735050105]

『正确答案』ABCDE