细菌的生理
细菌的生理功能
正常菌群是指正常寄居在宿主体内，对宿主无害而有利的细菌群，是宿主微生物群的重要构成部分。
其生理作用主要有生物拮抗、营养作用、免疫作用、抗衰老作用等。
1、生物拮抗：宿主体内的正常菌群可以抵御外来致病菌的入侵与定植，对宿主起着保护作用；
2、营养作用：正常菌群在宿主体内，对宿主摄入的营养物质进行初步代谢、物质转化和合成代谢，形成一些有利于宿主吸收、利用的物质，甚至合成一些宿主自己不能合成的物质供宿主使用；
3、免疫作用：正常菌群作为抗原可促进宿主免疫器官的发育，刺激免疫系统的成熟与免疫应答；
4、抗衰老作用：研究表明，人一生的不同阶段，肠道正常菌群的构成与数量是不一样的，它们与人体的发育、成熟和衰老有着一定关联。
如人体肠道能够维持一个有利于机体健康的生态内环境，对人体的健康和长寿是有益的。
此外，正常菌群还具有一定的抗肿瘤作用。
细菌的生理特性
细菌的生理特性细菌是一种微小的单细胞有机体，广泛存在于自然界中。
虽然细菌与人类、其他生物有着密切的联系，但它们具有独特的生理特性。
本文将探讨细菌的生理特性，包括细菌的形态、代谢途径、运动方式以及生存环境等方面。
一、细菌的形态特性细菌的形态特性多样，可以根据形态特征将细菌分为不同类型。
最常见的细菌形态有球形（又称为球菌）、棒状（又称为杆菌）和螺旋形。
1. 球菌：球菌是一种圆形的细菌，如链球菌和葡萄球菌等。
球菌通常存在于群体中，呈聚集状。
它们可以形成链状、堆状甚至团状的结构。
2. 杆菌：杆菌是一种长条状的细菌，如大肠杆菌和结核杆菌等。
杆菌通常呈直线状，具有一定的长度和直径。
杆菌可以单独存在，也可以形成链状或斜链状。
3. 螺旋形：螺旋形细菌通常呈螺旋状，如梨形杆菌和螺旋菌等。
螺旋形细菌可以呈螺旋状扩展，也可以形成螺旋状的链状结构。
细菌的形态特性不仅与其生理特性相关，也与其分类和识别有关。
二、细菌的代谢途径细菌的代谢途径决定了它们对不同营养物质的利用方式。
根据细菌对营养物质利用方式的不同，可以将细菌分为自养细菌和异养细菌。
1. 自养细菌：自养细菌能够利用无机物质合成有机物质。
自养细菌通过光合作用或化学合成的方式获取能量，如光合细菌和化能细菌。
2. 异养细菌：异养细菌无法通过无机物质合成有机物质。
它们必须从外部环境中摄取有机物质作为营养来源，如厌氧细菌和好氧细菌。
细菌的代谢途径对其生存和繁殖具有重要的影响。
三、细菌的运动方式细菌的运动方式多种多样，可以通过不同的结构实现。
1. 纤毛运动：某些细菌具有纤毛结构，能够通过纤毛的摆动实现移动。
这种运动方式常见于肠道中的细菌，如大肠杆菌。
2. 鞭毛运动：某些细菌拥有鞭毛结构，鞭毛能够旋转推动细菌移动。
这种运动方式常见于水中的细菌，如弧菌。
3. 原形虫运动：某些细菌通过细胞质内的纤维蛋白束实现伸缩运动。
这种运动方式常见于原形虫细菌。
除了以上常见的运动方式，还有一些细菌由于缺乏运动结构而无法主动移动，它们依赖于外界环境的扩散来实现位置的改变。
细菌的生理
医学中的应用 细菌学研究 生物制品的制备 工农业 生产中的应用 制造各种产品 处理垃圾 制造菌肥农药等
基因 工程中的应用
表达重组DAN制备产品
连续培养系统：是一个 恒定体积的流动系统， 新鲜培养基以恒定的速 度流入，又以相同的速 率流出，细菌始终保持 在对数生长期。
连续培养系统
第三节 细菌人工培养
一、细菌生长繁殖条件
1.培养基 （1）水分 人工培养细菌应用蒸馏水、无离子水。 （2）含碳化合物 葡萄糖、乳糖、蔗糖及麦芽糖。
（3）含氮化合物
第二章 细菌的生理
第一节 细菌的新陈代谢
一、细菌的酶
1、酶的性质
根据酶作用的部位不同 胞内酶
胞外酶
2、酶作用原理
固有酶 根据酶生成的条件不同 诱导酶
转移酶类 水解酶类 裂合酶类 连接酶类
3、细菌酶的种类
根据酶催化的化学反应类型不同
酶催化的化学反应类型
裂合酶
二、细菌的新陈代谢产物
1.分解产物
（1）糖的分解产物
酸类 琥 甲 乙 乳 丁 珀 酸 酸 酸 酸 酸 丙 酮 正 乙 甘 丙 醇 油 醇 丁 异 烯 丙 二 醇 醇
酮类
糖
丙酮酸
醇类
乙 酰 甲 基 甲 醇
气体
H2
CO2
（2）蛋白质的分解产物
无机物质：水、NH3、CO2、 H2、H2S、H2SO4、磷酸等 含氮有机物质：甲胺、尸胺、 酪胺、腐胺、组胺、色胺等 有机酸类：饱和酸、不饱和 酸、酮酸、羧酸 其他：甲烷、酚、甲酚、尿 素、硫醇、粪臭素等
一般以简单的二分裂法进行无性繁殖，个别细菌如结 核杆菌偶有分枝繁殖的方式。 2.世代时间 一个细菌分裂为两个菌体所需的时间。
02第二章 细菌的生理
原理：
葡萄糖
丙酮酸 大肠杆菌分解 （无脱羧酶） 乙醛 乳酸 甲酸 琥珀酸 乙酰甲基甲醇(呈中性) （pH>5.4） 碱性条件下被空气中的氧氧化 产气杆菌脱羧酶作用
乙酸
乙醇
二乙酰
（pH≤4.5） 与蛋白胨中精氨酸的胍基作用
加入甲基红
pH 4.4-4.6
（红→黄）
呈红色 ( V.P. -) M.R. +
第二章 细菌的生理
• 第一节 细菌细胞的代谢过程 • 第二节 细菌的生长繁殖 • 第三节 细菌的人工培养
§2－1 程Байду номын сангаас
细菌细胞的代谢过
细菌细胞的代谢过程按其功能分 为：物质摄取、生物合成、聚合作用 及组装四个步骤。
一、物质摄取 ：指从周围环境获得营养 。 营养物质进出细胞的方式有： 1、单纯扩散（被动扩散）：细胞膜两侧的 物质靠浓度差（浓度梯度）进行分子扩散的 过程。 特点：1）无特异性和选择性，速度较 慢。 2） 不需要载体，不消耗能量。 2、促进扩散：指某些物质与位于细胞膜上 的特异性载体蛋白相结合，而将其转运到细 胞内的过程。 特点：1）具有特异性和选择性。 2）需要载体，但不消耗能量。
四、组装：细菌细胞结构的组装有两种方 式： 1、自我组装：如鞭毛、核糖体等 2、指导组装：如细菌表面的膜结构等
§2－2 细菌的生长繁殖
一、细菌个体的生长繁殖： 1、繁殖方式：二等分分裂法。 2、繁殖速度： 世代时间：一个菌体分裂为两个菌体所需 的时间 称为世代时间。 有的细菌繁殖快，如大肠杆菌及许多其 它病原菌（体）在适宜的条件下，20分钟 分裂一次（即一代），而有的细菌繁殖慢， 如分枝杆菌需18-24小时才分裂 一次。
3、主动输送：指某些物质与位于细胞膜上的 特异性载体蛋白相结合后逆浓度梯度“泵”入 细胞内的过程。 特点： 1）具有特异性和选择性。 2）需要载体，需要能量。 4、基团转位：指物质在运输的同时受到化学 修饰，从而源源不断输入细胞的过程。
第二章 细菌的生理
二、生物合成（biosynthesis）
与其他生物类似 吸收的各种前体代谢物通过各种代谢途径， 合成所需物质：多种氨基酸、核苷酸、糖、脂肪酸及其大分 子物质。但细菌不能自身合成，须从环境中获得。各种细菌 的合成途径和合成能力不同，对营养的需要以及代谢产物也 不尽相同，可作为细菌鉴定指标。
三、聚合作用（polymerization）
3 、稳定期（ stationary phase ）此时因营 养的消耗、代谢产物的蓄积等，细菌繁殖 速度下降，死亡数逐步上升，新繁殖的活 菌数与死菌数大致平衡。该朔细菌的形态 及生理性状常有改变，革兰氏阳性菌此时 可染成阴性。毒素等代谢产物大多此时产 生。大肠杆菌的稳定期持续约8h。 4、衰亡期 （decline phase）细菌开始大 量死亡，死菌数超过活菌数。如不移植到 新的培养基，最终可全部死亡。此期细菌 的菌体变形或自溶，染色不典型，难以进 行鉴定。
特点：
需要特异性的载体蛋白顺浓度梯度运输
不消耗能量
运输SO42-、PO43-、糖（真核）
胞外
细胞膜
胞内
促进扩散示意图
3、主动运输 (active transport)
特点： 是微生物吸收营养的主要方式 可逆浓度梯度运输，耗能 需载体蛋白，有特异性
运输有机离子、无机离子、氨基酸、乳糖等糖类
第二章 细菌的生理
主要内容：
细菌的代谢
细菌的生长繁殖
细菌的人工培养 细菌的生化试验
第一节
细菌细胞的代谢过程
细菌与其他生物一样，有独立的 生命活动，涉及复杂的新陈代谢。 细菌的生理涉及细菌的组分、营养 要求、能量代谢、生物生长合成繁 殖及基因调控等。
细菌与动物真核生物新陈代谢的主要区别 有如下几点:
病原微生物学,第二章细菌的生理,包括细菌的理化性状,细菌的营养与生长繁殖,细菌的代谢
典型的生长曲线 （Growth curve）
延 滞 期 对 数 期
稳定期
衰亡期
时期的划分：按照生长速率常数（growth race constant）不同。
第四节 细菌的代谢
新陈代谢（metabolism）是细胞内发生的各 种化学反应的总称，由分解代谢和合成代 谢两个过程组成。
一、细菌的能量代谢 1. 发酵： 2. 呼吸：需氧呼吸
一般20 min分裂一次，一个细菌经10个小时可以繁殖 10亿个，24小时可以繁殖272个细菌。
3. 细菌群体的生长繁殖
生 长 曲 线
1.迟缓期:(lag phage) 2.对数期:(logarithmic phage)：20 21 22 2n
3.稳定期:(stationary phage) 4.衰亡期:(decline phage)
引起发热的物质。
产生热原质的细菌大多是G-菌，热原质即其细
胞壁的脂多糖。
热原质耐高温，高压蒸气灭菌(121℃、20
min) 不被破坏，250℃高温干烤30 min或180℃,4 h才 能破坏热原质。
2. 毒素(toxin)与侵袭性酶:
外毒素：多数革兰氏阳性菌和少数革兰氏阴性菌在生长繁 殖过程中产生并分泌到胞外的毒素，毒性强，化学成分： 蛋白质。 内毒素：革兰氏阴性菌的脂多糖成分，只有当细菌死亡裂 解后才能大量释放到菌细胞外，毒性较弱。 侵袭性酶：损伤机体组织，促进细菌、毒素入侵。
厌氧呼吸
二、细菌的代谢产物
㈠ 分解代谢产物和细菌的生化反应： 不同细菌的酶不完全相同，对同一种营养物 质的代谢途径和代谢产物也不相同，因此可 以通过不同的代谢产物来鉴定细菌。
1.糖发酵试验：
葡萄糖 HCOOH 脱氢酶 CO2+H2
2.细菌的生理
三、繁殖方式与速度 细菌的生理
在培养物中不 断加入新鲜营养物 质，同时移去其中 的大量代谢产物， 使细菌长期保持对 数生长状态。 连续培养装置
细菌的生理
一、细菌生长繁殖的概念
二、细菌生长繁殖的基本条件
三、繁殖方式与速度
四、细菌的人工培养
四、细菌的人工培养
培养基
用人工方法配制而成的，
专供微生物生长繁殖使用的混合营养物制品
3、鉴别细菌的生化检测试验有哪些？
菌体重量增加和体积长大
生长(growth)
细菌细胞增长到一定程度时开 始分裂，个体数目增加
繁殖(multiplication)
细菌的生理
一、细菌生长繁殖的概念 二、细菌生长繁殖的基本条件
二、细菌生长繁殖的基本条件 细菌的生理
1. 营养物质(nutrients) 水 碳源：自养菌(autotroph) 异养菌(heterotroph) 氮源 无机盐：嗜盐菌(halophile)
四、细菌的人工培养
常用培养基种类
厌氧培养基
选择培养基
增菌培养基
鉴别培养基
基础培养基
四、细菌的人工培养
细菌的生长情况
固体培养基中 菌落（S型） 菌落（R型）
菌苔
四、细菌的人工培养
液
体
培
养
基 中
沉 淀 生 长
混 浊 生 长
表 面 生 长
四、细菌的人工培养
半 固 体 培 养 基 中
无动力
有动力
细菌的生理
致病性
细菌素—细菌分型、流行病学调查 抗生素 维生素
治疗
细菌的生理
一、细菌生长繁殖的概念
二、细菌生长繁殖的基本条件
三、繁殖方式与速度
细菌的生理
物理性状 半透性：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。细菌 吸收营养、排出代谢产物均有赖于此。 渗透压：细菌含有丰富营养物质和无 机盐，渗透压高。低渗，具有细胞壁， 起保护作用。若细菌处于高渗中，菌体 内水分逸出，胞质零 菌体粗大 ＲＮＡ含量增加 代谢活力强 对不良条件抵抗能力 降低 此期长短与接种龄、 curve)描述细菌生长规律
Ⅰ.迟缓期 Ⅱ.指数期 Ⅲ.稳定期 Ⅳ.衰亡期
细 菌 数 目 （ 个 /ml 养时间
细菌繁殖方式与速度
迟缓期（约1-4小时）
细菌接种到新的培 养基后并不立即生长繁殖 ，原因是细胞的生理状态 需要一段时间来适应新的 培养环境，在这段时间内 ，细胞中的酶和中间代谢 产物逐渐堆积，直到足够 量后才进行分裂繁殖。
嗜冷机制：
Ｅ系在低温下仍能起催化作用。 细胞膜含较多的不饱合脂肪机制：
细胞内的Ｅ具强抗热性
产生的多胺，热亚胺和高温精胺物质对蛋 白质等组织结构具有保护作用。
核酸也具有热稳定性的保护结构。 细胞膜含有较多的饱和脂肪酸和直链盐： 构成微生物细胞的组成成分 调解渗透压， PH值和氧化还原电位 构成酶活性基的组成成分，维持 E 活性。 Mg 、因子： 维生素：有的微生物自己不能合成维生素，需要外加 ，主要是B族维生素、叶酸、泛酸、核黄素等。 氨基酸：有些微生物自己不能合成某种AA，必须给予 补充。如豆饼水解液或毛发水解液等（含环丝氨酸） 碱基：嘧啶和嘌呤是核酸和辅E的重要组分，是许多微 生物必须的生长因素。有些微生物不仅不能合成嘧啶 和嘌呤，而且不能将补充的嘧啶和嘌呤结合在核苷细胞膜透性与稳定性 影响物质溶解度
影响细胞表面电荷分布
因此影响微生物生长、繁殖，发育。 各类微生物能够生长的PH值较宽，但细胞 内部PH值却接近中性。 微生物的数致病菌是寄生在人类或动物体 内的血液或组织中，其适合生长的 PH值即 是血液或组织的 PH值7.2~7.6，此时酶活性 最强。所以培养这些细菌应准备中性或微 碱性的培养基。（牛奶PH值为6.8，且营养 丰富，亦是适合细菌滋生的好环境） 个别碱性 PH8.0~9.0，如霍乱弧菌， 酸性PH6H+
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第二章细菌的生理
一、细菌的营养：1、水：各种生物所必需的
2、碳源：合成菌体成分；能量的主要来源
3、氮源：合成菌体蛋白质、酶、核酸
4、无机盐类：生长代谢必需
5、生长因子：B族维生素、某些氨基酸、嘌呤
二、细菌的营养类型
1、自营菌：合成能力强，能以无机物合成菌体成分，多为非致病菌
2、异营菌：合成能力差，必须供给多种有机物，多为致病菌
三、根据细菌对氧气需要的不同，细菌可分为
1、专性需氧菌：需要氧气，无氧不能生长。
如：结核杆菌、霍乱弧菌
2、专性厌氧菌：只能生长在厌氧环境。
如：破伤风杆菌、肉毒杆菌
3、兼性厌氧菌：有氧或无氧都能生长，多数病原菌属此类
四、细菌的代谢产物及其实际意义
1、分解性代谢产物及其意义
1）糖发酵试验：乳糖葡萄糖
大肠杆菌产酸又产气产酸又产气
伤寒杆菌无反应产酸
意义：鉴别细菌
2）吲哚试验：大肠杆菌
色氨酸吲哚+试剂→玫瑰吲哚
2、合成性代谢产物及其意义
1）热原质：是由一些细菌产生的，注入人体或动物能引起发热反应的物质
产生菌：大多为革兰阴性菌
化学本质：脂多糖LPS
特性：耐高温。
高压蒸汽灭菌法，不破坏；180度 4小时，250度45分钟，可破坏
2）色素：水溶性、脂溶性（鉴别意义）
3）抗生素：治疗作用
4）细菌素：抗菌作用范围狭窄
5）维生素：治疗作用
6）毒素和侵袭性酶：与致病有关
五、细菌的生长繁殖
1、条件：1）营养物质
2）酸碱度PH：大多菌最适PH 6.8—7.4；
个别特殊：霍乱弧菌8.4—9.2；结核杆菌6.5—6.8；乳酸杆菌5.5
3）温度：低温菌10—20度；中温菌 37度（大多）；高温菌50—55度
4）气体：CO2 、O2
2、细菌的繁殖方式与速度
1）方式：二分裂（中间形成横隔）
2）速度：大多快（20-30min）分裂一次 (一代）；个别例外，如：结核杆菌18-20h 一代
3）细菌生长曲线：迟缓期——分裂繁殖准备期
对数生长期——繁殖最快，生机最旺盛
稳定期——速度减慢，死亡数逐渐上升
衰退期——死菌数大于活菌数
六、人工培养细菌的用途
1、在医学中的应用：诊断、预防、治疗和科学研究
2、在制药工业和农业生产中的应用：制抗生素、维生素、酒、味精等
3、在基因工程中的应用：外源性基因转染给受体菌。