细菌生理
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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。
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:
《医学微生物学》教案--细菌生理
教研室主任签名：年月日代时---细菌分裂、数量倍增所需要的时间。
2.细菌群体繁殖的规律：细菌生长曲线★迟缓期：细菌的适应阶段。
该期菌体增大，代谢活跃，分裂迟缓，繁殖极少。
对数期：生长迅速，菌数急剧上升，细菌的形态、染色性、生理活性等都较典型。
稳定期：细菌繁殖速度减慢，死菌数逐渐增加。
细菌的形态、染色性、生理性状有所改变。
生成芽孢、外毒素、抗生素等代谢产物。
衰亡期：死菌数活菌数，细菌形态显著改变，生理代谢活动趋于停滞。
第三节细菌的新陈代谢一、细菌的能量代谢发酵：以有机物为受氢体的生物氧化过程。
呼吸：以无机物为受氢体的生物氧化过程。
需氧呼吸—以分子氧为受氢体厌氧呼吸—以其他无机物为受氢体二、细菌的代谢产物1. 分解代谢产物和细菌的生化反应2. 细菌的合成代谢产物及意义（1）热原质（pyrogen）：细菌合成的注入人体或动物体内能引起发热反应的物质。
G- 菌细胞壁脂多糖；耐高温；121ε，20min不被破坏；250ε高温，干烤才能破坏热原质。
蒸馏法可除去热原质。
（2）毒素（toxin）:外毒素—G+ 菌、少数G- 菌产生的、释放到菌体外的蛋白质。
重要的致病物质。
内毒素—G- 菌细胞壁脂多糖，菌体死亡崩解后游离出来。
重要的致病物质。
（3）色素：有助于鉴别细菌；水溶性色素；脂溶性色素。
（4）抗生素：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或肿瘤细胞的物质。
多由放线菌和真菌产生。
（5）细菌素：某些细菌产生的具有抗菌作用的蛋白质。
仅对亲缘关系近的细菌有杀伤作用。
（6）维生素：细菌能合成某些维生素除供自身需用外，还能分泌至周围环境中.维生素B,K.第四节细菌的人工培养一、培养细菌的方法：提供充足的营养物质和适宜的环境条件二、培养基（一）培养基及种类1．培养基：是人工配制的适合细菌繁殖的营养基质。
2．按照用途分类⑴基础培养基：可供大多数细菌生长⑵营养培养基：供营养要求较高或特殊的细菌生长。
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
细菌生理活动包括：
摄取和合成营养物质
细菌的新陈代谢
细菌的生长繁殖
一、细菌的理化性质
化学组成
水： 占细胞总重量75%-90%
有机物： 碳、氢、氮、氧、磷、硫等 无机离子： 钾、钠、铁、镁、钙等
特有成分：肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸等
物理性状
表面积 带电现象 半透性
体积小、表面积大
革兰阳性菌 pI 2~3 中性环境带负电荷 革兰阴性菌 pI 4~5
枸橼酸盐利用试验
2、细菌合成代谢 利用分解代谢的产物和能量，合成新的物质
合成 产物
热原质 毒素和侵袭性酶 色素 维生素
抗生素 细菌素
作业 ：
1、细菌生长繁殖的条件有哪些？
2、细菌合成代谢产物有哪些？对人体有 致病作用的是哪几种？
8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 0
活菌数
对数期
迟缓期
5
10
15
20
25
30
小时 分为四期：迟缓期 、 对数期、稳定期、衰退期
三、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
常用培养基种类
选择培养基
厌氧培养基
营养培养基
鉴别培养基
基础培养基
3、PH：多数为PH 7.2-7.6
①对氧气要求：专性需氧菌 专性厌氧菌 4、对气体要求 兼性厌氧菌
②对CO2要求： 5% CO2
细菌生长繁殖
链球菌
八 叠 球 菌
繁殖方式： 二分裂法 葡萄球菌
细菌的繁殖速度：条件适宜时，多数
细菌每20-30分钟分裂一次
细菌生长曲线
9.0
总菌数
摄取和合成营养物质
细菌的新陈代谢
细菌的生长繁殖
一、细菌的理化性质
化学组成
水： 占细胞总重量75%-90%
有机物： 碳、氢、氮、氧、磷、硫等 无机离子： 钾、钠、铁、镁、钙等
特有成分：肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸等
物理性状
表面积 带电现象 半透性
体积小、表面积大
革兰阳性菌 pI 2~3 中性环境带负电荷 革兰阴性菌 pI 4~5
枸橼酸盐利用试验
2、细菌合成代谢 利用分解代谢的产物和能量，合成新的物质
合成 产物
热原质 毒素和侵袭性酶 色素 维生素
抗生素 细菌素
作业 ：
1、细菌生长繁殖的条件有哪些？
2、细菌合成代谢产物有哪些？对人体有 致病作用的是哪几种？
8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 0
活菌数
对数期
迟缓期
5
10
15
20
25
30
小时 分为四期：迟缓期 、 对数期、稳定期、衰退期
三、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
常用培养基种类
选择培养基
厌氧培养基
营养培养基
鉴别培养基
基础培养基
3、PH：多数为PH 7.2-7.6
①对氧气要求：专性需氧菌 专性厌氧菌 4、对气体要求 兼性厌氧菌
②对CO2要求： 5% CO2
细菌生长繁殖
链球菌
八 叠 球 菌
繁殖方式： 二分裂法 葡萄球菌
细菌的繁殖速度：条件适宜时，多数
细菌每20-30分钟分裂一次
细菌生长曲线
9.0
总菌数
第二章 细菌的生理
（3）流动蒸汽消毒法
（4）间歇蒸汽灭菌法 应用：适用于不耐高温的营养物质的灭菌
（5）高压蒸汽灭菌法
应用最广泛，灭菌效果最好 压力—103.4KPa（1.05kg/cm2） 温度—121.3℃ 维持时间—15～20分钟
应用：适用于耐高温、耐潮湿物品的灭菌
相同温度下，湿热的灭菌效力比干热大，原因： 1、蛋白质在有水的条件下，易变性 2、湿热穿透力强 3、湿热存在潜热
3.鉴别培养基 利用细菌分解糖类 和蛋白质的能力及其代谢产物的不同， 在培养基中加入特定的底物和指示剂， 通过指示剂的反应不同来鉴别细菌。
如：单糖发酵管、伊红-美蓝琼脂 培养基、克氏双糖铁琼脂等。
4.选择培养基 在培养基中加入抑制剂，抑 制标本中的杂菌生长，利于所需细菌的生长。
如： SS琼脂
麦康凯培养基
第六节 细菌的分类
一、分类原则与层次
❖ 原则：传统分类、种系分类 ❖ 层次：界、门、纲、目、科、属、种 ❖ 在细菌中常用属和种、亚种、型（噬菌体
型、血清型、生物型等）
❖ 不同来源的同一菌种的细菌称为该菌的不 同菌株（strain）
❖ 标准菌株或模式菌株：具有某种细菌典型 特征的菌株
❖ 最具权威的：《伯杰氏系统细菌学手册》
殖体（包括结核杆菌）、真菌和大多数病毒 （包括含碘消毒剂、醇类消毒剂等）
含碘消毒剂：
皮肤黏膜、物体表面等
醇类消毒剂：
3、低效消毒剂 ——可杀灭多数细菌繁殖体，但不能杀灭
细菌芽胞、结核杆菌及某些抵抗力较强的真 菌和病毒 （包括季铵盐类消毒剂（新洁尔灭）、氯己定 （洗必泰）、高锰酸钾等）
皮肤黏膜、物体表面、 地面等
（二）辐射杀菌法
1、紫外线 波长：265～266nm 原理：损伤细菌DNA 特点：杀菌力强、穿透力弱
细菌的生理学
在高等生物里这两个过程能够显著分开，但在低等尤其 是在单细胞生物中，因为细胞小，这两个过程是紧密联
络又极难划分过程。
细菌的生理学
第25页
一个微生物细胞
适当外界条件，吸收营养物质，进行代谢 假如同化作用速度超出了异化作用
个体生长 原生质总量（重量、体积、大小）就不停增加
假如各细胞组分是按恰当百分比增加时，则到达一 定程度后就会发生繁殖，引发个体数目标增加。
营养吸收和代谢
细菌的生理学
第8页
三、细菌摄取营养物质机制
被动扩散 主动运转系统
细菌的生理学
第9页
1.被动扩散
单纯扩散 是一个最简单物质交换方式。细胞 膜两侧物质靠浓度差(浓度梯度)进行分子扩散，不 需要能量。此种方式无特异性或选择性，细胞内外 溶质浓度平衡时，扩散便停顿，不是物质运输主要 方式。如02、水、乙醇等。
细菌的生理学
第12页
单纯扩散与促进扩散比较
细菌的生理学
第13页
2．主动运输(Active transport)
主动运输是广泛存在于微生物中一个主要物质运 输方式。
细菌的生理学
第14页
（1）依赖于周浆间隙结合蛋白转运系统 （periplasmic-binding protein-dependent transport system）:
基本内容
细菌理化性状 细菌营养与生长繁殖 细菌新陈代谢和能量转换 细菌人工培养 细菌分类
细菌的生理学
第1页
第一节 细菌理化性状
一、细菌化学组成
成份
水、无机盐、蛋白质、糖类、脂质、核酸
元素
碳、氢、氧、氮、磷、硫
特有化学组成
肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸、D型氨基酸、二氨基庚二酸、吡 啶二羧酸等
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细菌生理
细菌生理活动包括：
摄取和合成营养物质 细菌的新陈代谢 细菌的生长繁殖
细菌的理化性质
化学组成
水： 占细胞总重量75%-90% 有机物： 碳、氢、氮、氧、磷、硫等 无机离子： 钾、钠、铁、镁、钙等
特有成分：肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸等
物理性状
光学性质 体表面积
半透明 体积小、表面积大
带电现象 半透性
菌 数
8.0
的 7.5
对 7.0
数 6.5 次 6.0
稳定期 对数期 迟缓期
衰退期
活菌数
5.5
0
5
10
15
20
25
30
细菌生长曲线
小时
分为四期：迟缓期 、 对数期、稳定期、衰退期
④无机盐
⑤生长因子 有些细菌需要
2、 PH
3、温度
①对氧气要求：
4、对气体要求
②对CO2要求： 5% CO2
细菌生长繁殖
繁殖方式： 二分裂法
链球菌 八 叠 球 菌
葡萄球菌
（二）细菌的代谢产物
1、细菌分解代谢 根据细菌具有不完全相同的酶， 分解不同营养物质的特点， 用生化方法来鉴定细菌
称：细菌的生化反应
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
人工培养细菌的实际意义
感染性疾病的诊断 医学中的应用 细菌学研究
生物制品的制备
工农业
制造各种产品
生产中的应用 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
人工培养系统中细菌生长繁殖的规律和意义
9.0
总菌数
细 8.5
培 养 基
无菌毛 细菌
无菌毛 细菌
中
混浊生长
沿穿刺线生长生长
二、细菌生长繁殖对氧的要求
1、根据细菌对氧的需求不同分类： 1）专性需氧菌 2）微需氧菌 3）兼性厌氧菌 4）专性厌氧菌
2、厌氧菌需厌氧培养的原理 1）缺乏氧化还原电势高的呼吸酶 2）缺乏分解毒氧基团的酶类
三、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
抗生素 细菌素
色素
维生素
生物医学意义： 1、与致病有关的物质：毒素、侵袭性酶、热原质
2、合成人体需要的物质：维生素 3、可用于鉴别细菌的代谢产物：细菌素、色素
（三）细菌的生长情况
菌落（R型）
1、固体培养基中 菌落（S型）
菌苔
2、液体培养基中
沉 淀 生 长
混 浊 固
体
体
革兰阳性菌 pI 2~3 革兰阴性菌 pI 4~5
中性环境带负电荷
细胞壁、膜有半透性
渗透压
革兰阳性菌 20~25大气压 革兰阴性菌 5~6大气压
细菌的营养与生长繁殖
营养类型
异养菌
以简单的无机物为原 料，合成菌体成分
必以多种有机物为原 料，合成菌体成分并 获能量
自养菌
一、基础知识 ①水
（一）细菌生长繁殖条件 ②碳源 1、营养物质 ③氮源
常见的生化反应
对 糖
VP试验
的
甲基红试验
发 酵
单糖发酵试验
对
蛋
白
吲哚试验
质
的 发
硫化氢试验
酵
对
其 他
尿素酶试验
肠 道 菌
试
鉴
验
枸橼酸盐利用试验 别
意义：鉴别细菌
IMViC
吲哚试验 I 甲基红试验 M
VP
枸橼酸盐利用试验 C
2、细菌合成代谢 利用分解代谢的产物和能量，合成新的物质
合成 产物
热原质 毒素和侵袭性酶
细菌生理活动包括：
摄取和合成营养物质 细菌的新陈代谢 细菌的生长繁殖
细菌的理化性质
化学组成
水： 占细胞总重量75%-90% 有机物： 碳、氢、氮、氧、磷、硫等 无机离子： 钾、钠、铁、镁、钙等
特有成分：肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸等
物理性状
光学性质 体表面积
半透明 体积小、表面积大
带电现象 半透性
菌 数
8.0
的 7.5
对 7.0
数 6.5 次 6.0
稳定期 对数期 迟缓期
衰退期
活菌数
5.5
0
5
10
15
20
25
30
细菌生长曲线
小时
分为四期：迟缓期 、 对数期、稳定期、衰退期
④无机盐
⑤生长因子 有些细菌需要
2、 PH
3、温度
①对氧气要求：
4、对气体要求
②对CO2要求： 5% CO2
细菌生长繁殖
繁殖方式： 二分裂法
链球菌 八 叠 球 菌
葡萄球菌
（二）细菌的代谢产物
1、细菌分解代谢 根据细菌具有不完全相同的酶， 分解不同营养物质的特点， 用生化方法来鉴定细菌
称：细菌的生化反应
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
人工培养细菌的实际意义
感染性疾病的诊断 医学中的应用 细菌学研究
生物制品的制备
工农业
制造各种产品
生产中的应用 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
人工培养系统中细菌生长繁殖的规律和意义
9.0
总菌数
细 8.5
培 养 基
无菌毛 细菌
无菌毛 细菌
中
混浊生长
沿穿刺线生长生长
二、细菌生长繁殖对氧的要求
1、根据细菌对氧的需求不同分类： 1）专性需氧菌 2）微需氧菌 3）兼性厌氧菌 4）专性厌氧菌
2、厌氧菌需厌氧培养的原理 1）缺乏氧化还原电势高的呼吸酶 2）缺乏分解毒氧基团的酶类
三、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
抗生素 细菌素
色素
维生素
生物医学意义： 1、与致病有关的物质：毒素、侵袭性酶、热原质
2、合成人体需要的物质：维生素 3、可用于鉴别细菌的代谢产物：细菌素、色素
（三）细菌的生长情况
菌落（R型）
1、固体培养基中 菌落（S型）
菌苔
2、液体培养基中
沉 淀 生 长
混 浊 固
体
体
革兰阳性菌 pI 2~3 革兰阴性菌 pI 4~5
中性环境带负电荷
细胞壁、膜有半透性
渗透压
革兰阳性菌 20~25大气压 革兰阴性菌 5~6大气压
细菌的营养与生长繁殖
营养类型
异养菌
以简单的无机物为原 料，合成菌体成分
必以多种有机物为原 料，合成菌体成分并 获能量
自养菌
一、基础知识 ①水
（一）细菌生长繁殖条件 ②碳源 1、营养物质 ③氮源
常见的生化反应
对 糖
VP试验
的
甲基红试验
发 酵
单糖发酵试验
对
蛋
白
吲哚试验
质
的 发
硫化氢试验
酵
对
其 他
尿素酶试验
肠 道 菌
试
鉴
验
枸橼酸盐利用试验 别
意义：鉴别细菌
IMViC
吲哚试验 I 甲基红试验 M
VP
枸橼酸盐利用试验 C
2、细菌合成代谢 利用分解代谢的产物和能量，合成新的物质
合成 产物
热原质 毒素和侵袭性酶