细菌的化学组成和物理性状
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3 细菌的理化性状与代谢
需要
周浆间隙 受体蛋白 离子梯度 透性酶泵 磷酸转 移酶系
能量
高能磷酸 键（ATP） 电势能 高能磷酸键
营养物质的获取实施、完成，必经由生物膜半透性 完成
（三）细菌生长的条件因素
营养物质和能量 适宜的环境因子
营养物质和能量
– 碳源、氮源、水、无机离子、生长因子 – 提供原料、能量
– 肉汤培养基 – 普通琼脂培养基 – 蛋白胨水
增菌培养基(enrichment medium)：基础培 养基中加入一些特殊的营养物质，以满足营 养要求较高的细菌生长。
迟缓期 (lag phase): 适应、活化期 对数期 (logarithmic phase)：迅速生长期，典型性 稳定期 (stationary phase):新生、死亡平衡特征产物积累期
衰亡期 (decline phase)：营养少，代谢物蓄积，菌体死亡
细菌群体的生长曲线（growth curve）
吲 哚 试 验
大肠杆菌：+ 产气杆菌：–
阳 性
乙型副伤寒沙门 氏菌和变形杆菌
H2S试 验
含硫氨基酸 硫化氢 遇铁或铅
硫化物
试尿 验素 酶 对 照 阳 性 阴 性
变形杆菌 （尿素酶）
尿素
氨（碱性）
（2）合成代谢产物及其在医学上的意义
A 、具致病作用
1 、热原质(pyrogen) —— G—的内毒素（脂多糖）；G＋的致热性多糖 致热性 0.001ug/公斤 发热 耐热性 180℃ 2hr 250℃ 30min 去除方法：干烤、高压18磅 3hr、过滤吸附
附：细菌获取营养物质的方式
摄取营养的 方式
浓度方向 高——低
细菌介绍
（研究细菌生理）
稳定期
细菌繁殖速度减弱，死亡数逐步上 升，细菌繁殖数与死亡数大致平衡。
原因：营养物质消耗，有毒的代谢 产物堆积， PH值EH值等理化条件 不适，细菌繁殖受到抑制，生长速 率开始下降。
特点：活菌数保持相对稳定，
总菌数达最高水平；细菌代谢 物积累达到最高峰；是生产收
获时期。
稳定期细菌形态和生理性状常 有改变。例如：G+ 染色反应可 为阴性，一些细菌的芽孢和外 毒素、抗生素等代谢产物产于 此期。
特点： 生长速率常数等于零 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、接种量、 培养基成分有关。
对数生长期（8-18h）
特点：酶系活跃， 代谢最强，分裂旺 盛，菌数呈几何级 增多。活菌数和总 菌数接近。
此期细胞的化学组 成及形态，生理特 性比较一致。
素、细胞色素氧化酶 缺乏分解有毒氧基团的酶：SOD、触酶、过氧化物
酶
2O2- + 2H+ SOD H2O2+O2 2H2O2 触酶 2H2O +O2 H2O2+AH2 过氧化物酶 2H2O+A
繁殖方式：二分裂 细菌以几何级数比例 持续增加（1-2-4-8--）
繁殖速度
个体繁殖速度
多数细菌分裂繁殖速度很快，20-30 分钟一代，培养18-24小时。肉眼可见菌落 （细菌集团）。
/ml
Ⅰ.迟缓期 Ⅱ.指数期 Ⅲ.稳定期 Ⅳ.衰亡期
细 菌 数 目 （ 个
） 对 数
ⅠⅡ
Ⅲ
总菌数 活菌数
Ⅳ
培养时间
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。
稳定期
细菌繁殖速度减弱，死亡数逐步上 升，细菌繁殖数与死亡数大致平衡。
原因：营养物质消耗，有毒的代谢 产物堆积， PH值EH值等理化条件 不适，细菌繁殖受到抑制，生长速 率开始下降。
特点：活菌数保持相对稳定，
总菌数达最高水平；细菌代谢 物积累达到最高峰；是生产收
获时期。
稳定期细菌形态和生理性状常 有改变。例如：G+ 染色反应可 为阴性，一些细菌的芽孢和外 毒素、抗生素等代谢产物产于 此期。
特点： 生长速率常数等于零 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、接种量、 培养基成分有关。
对数生长期（8-18h）
特点：酶系活跃， 代谢最强，分裂旺 盛，菌数呈几何级 增多。活菌数和总 菌数接近。
此期细胞的化学组 成及形态，生理特 性比较一致。
素、细胞色素氧化酶 缺乏分解有毒氧基团的酶：SOD、触酶、过氧化物
酶
2O2- + 2H+ SOD H2O2+O2 2H2O2 触酶 2H2O +O2 H2O2+AH2 过氧化物酶 2H2O+A
繁殖方式：二分裂 细菌以几何级数比例 持续增加（1-2-4-8--）
繁殖速度
个体繁殖速度
多数细菌分裂繁殖速度很快，20-30 分钟一代，培养18-24小时。肉眼可见菌落 （细菌集团）。
/ml
Ⅰ.迟缓期 Ⅱ.指数期 Ⅲ.稳定期 Ⅳ.衰亡期
细 菌 数 目 （ 个
） 对 数
ⅠⅡ
Ⅲ
总菌数 活菌数
Ⅳ
培养时间
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。
细菌生理学
（二）、细菌的物理性状 光学性质：细菌为半透明体。。 表面积 带电现象
与染色、凝集、抑杀菌有关系 半透性 渗透压
6
二、 细菌的营养与生长繁殖
（一） 根据细菌所利用的能源和碳源的不同， 将细菌分为两大营养类型——自养菌和异养菌。 •自养菌(autotroph)：以简单的无机物为原料，合成 菌体成分。化能自养和光能自养菌 •异养菌(heterotroph)：以多种有机物为原料，合成 菌体成分并获得能量。异养菌包括腐生菌(saprophyte) 和寄生菌(parasite)。
2
基本内容
细菌的理化性状 细菌的营养与生长繁殖 细菌的代谢产物及其意义 细菌的人工培养 细菌的分类与命名
3
Hale Waihona Puke 一、 细菌的理化性状（一） 细菌的化学组成 成分 水、无机盐、蛋白质、糖类、脂质、核酸 元素 特有化学组成
4
化学组成
水
75-90%
5
蛋白质、糖类、脂质 核酸、无机盐
肽聚糖、胞壁酸、 磷壁酸、D型AA、 DAP、吡啶二羧酸
色氨酸
吲哚（靛基质）
+
二甲基氨 基苯甲醛
玫瑰吲哚（红色）
26
（+） （—）
IMViC：常用于肠道杆菌的鉴定 吲哚(indol)、甲基红(methyl red) 、VP 及 (citrateutilization)试验的合称. 例如 大肠杆菌为“+ + - -”
产气杆菌为“- - + +”
27
(二)合成代谢产物及其医学意义
水
10
营养成分 糖类
功效作用 合成菌体成分；供给能量
氨基酸、蛋白质
合成菌体成分
磷、硫、钾、钠、 钙、镁、铁、钴、 锌、锰、铜等
兼性厌氧菌
三、细菌的营养类型
• 自养型 这类细菌酶系统完善，能利用无 机碳（CO2、C、H2CO3）合成菌体有机碳。
分为光能和化能自养型两类。
• 异养型 这类细菌酶系统不完善，只能利 用有机碳作为养料。分为光能异养菌和化 能异养菌两大类。绝大多数病原菌都属于 化能异养菌。
第四节
细菌的新陈代谢
一、细菌的酶 胞外酶、胞膜酶、固有酶、适应酶 与医学有关的酶类： 卵磷脂酶、透明质酸酶、胶原酶、 溶纤蛋白酶、凝血浆酶、溶血素、尿素酶
（一）培养基的种类和常用培养基
• 培养基的概念： 将细菌所需的各 种营养物质按一定比 例混合在一起，并调 节到适宜的PH，这种 人工配制的适合细菌 生长繁殖的细菌营养 物，称为培养基。
营养物质 释放营养物质 细胞内
渗
载体
透
酶
复合物
周围间隙蛋白 载体回位
二、细菌的营养需要
Байду номын сангаас
水分—新陈代谢所需媒介。 含碳化合物—用来合成菌体的 糖、蛋白质、核酸等，亦作为 能量来源。 含氮化合物—用来合成菌体的 各种含氮化合物。
矿物质—在细菌代谢中起着酶激活物 的作用，用来构成酶的辅基，对于维 持原生质胶体状态和细胞渗透性具有 较大作用。 Vit—在代谢中起重要作用（如B簇Vit 起着辅酶或辅基的作用。
二、细菌的繁殖方式和速度
• 多数细菌为横分裂式繁殖 （1→2→2² →2³ →2ⁿ）。少数 细菌如酵母进行出芽繁殖 。 近年来，电子显微镜观察 可见，某些细菌也存在有 性结合。 • 绝大多数细菌繁殖速度为 15-30min一代。但菌种不 同其繁殖速度亦不同，如 大肠杆菌20min繁殖一代， 结核杆菌较慢，需0.5-18h 才能繁殖一代。
02.细菌的生长与消毒
合成菌体成分；维持酶活性；调节 渗透压；某些元素与细菌生长繁殖 及致病性有关 补充细菌自身不能合成的有机营养 成分、呼吸辅酶 营养吸收和代谢
水
细菌摄取营养物质的机制
• 被动扩散
–简单扩散 –易化扩散
• 主动转运系统
–依赖于周浆间隙结合蛋白的转运系统 –化学渗透驱使转运系统 –基团转移
三、细菌的生长繁殖
From:CDC
三、细菌人工培养的意义
在医学中的应用
病原学诊断
•传染病的诊断与防治 •细菌的研究 •生物制品的制备
通过药敏实验选择抗生素
在工农业生产中的应用 在基因工程中的应用
第三节
细菌的代谢产物及意义
• 细菌新陈代谢包括分解代谢与合成代谢
营养物质分解和转化为能量的过程：分解代谢 所产生的能量用于细胞组分的合成：合成代谢
液体培养基
固体斜面培养基
半固体培养基
（二）细菌在培养基中的生长现象
一.液体培养基中生长情况 1.混浊生长，大多数细菌
2.沉淀生长，少数链状细菌
3.膜状生长，枯草芽孢杆菌等需氧菌
菌膜
对照
菌沉淀
均匀浑浊
二. 半固体培养基中生长 情况
有鞭毛细菌： 扩散生长，周围浑浊 无鞭毛细菌： 沿穿刺线生长，周围透明
第二章
细菌的生理
第一节 细菌的生长繁殖
一、细菌的理化性状
细菌的化学组成
–成分
• 水、无机盐、蛋白质、糖类、脂类、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
细菌的物理性状
带电现象——蛋白质，带负电荷。与染色、凝 集、抑杀菌有关系。 表面积——细菌体积微小，相对表面积大。 光学性质——细菌为半透明体。 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。 渗透压——菌体内为高渗透压（G+菌20～25个 大气压，G-菌5～6个）（L型）
水
细菌摄取营养物质的机制
• 被动扩散
–简单扩散 –易化扩散
• 主动转运系统
–依赖于周浆间隙结合蛋白的转运系统 –化学渗透驱使转运系统 –基团转移
三、细菌的生长繁殖
From:CDC
三、细菌人工培养的意义
在医学中的应用
病原学诊断
•传染病的诊断与防治 •细菌的研究 •生物制品的制备
通过药敏实验选择抗生素
在工农业生产中的应用 在基因工程中的应用
第三节
细菌的代谢产物及意义
• 细菌新陈代谢包括分解代谢与合成代谢
营养物质分解和转化为能量的过程：分解代谢 所产生的能量用于细胞组分的合成：合成代谢
液体培养基
固体斜面培养基
半固体培养基
（二）细菌在培养基中的生长现象
一.液体培养基中生长情况 1.混浊生长，大多数细菌
2.沉淀生长，少数链状细菌
3.膜状生长，枯草芽孢杆菌等需氧菌
菌膜
对照
菌沉淀
均匀浑浊
二. 半固体培养基中生长 情况
有鞭毛细菌： 扩散生长，周围浑浊 无鞭毛细菌： 沿穿刺线生长，周围透明
第二章
细菌的生理
第一节 细菌的生长繁殖
一、细菌的理化性状
细菌的化学组成
–成分
• 水、无机盐、蛋白质、糖类、脂类、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
细菌的物理性状
带电现象——蛋白质，带负电荷。与染色、凝 集、抑杀菌有关系。 表面积——细菌体积微小，相对表面积大。 光学性质——细菌为半透明体。 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。 渗透压——菌体内为高渗透压（G+菌20～25个 大气压，G-菌5～6个）（L型）
第一章 细菌的基本性状
（1）脂多糖(LPS)
LPS是Ｇ－菌的内毒素 组成：
脂质A：毒性部分 核心多糖：属特异性 特异多糖：菌体O抗原
（种特异性）
（2）外膜：
类似于细胞膜结构，外膜内镶嵌着 多种蛋白质称为外膜蛋白（OMP）
（3）脂蛋白：
位于肽聚糖和外膜之间，使外膜与 肽聚糖层构成一整体
4.细胞壁功能
❖ 维持细菌形态，承受细胞内高渗透压 ❖ 参与菌体内外的物质交换 ❖ 带有多种抗原表位，可以诱发机体的
第一章
细菌的基本性状
细菌（bacterium）：是属原核生物界的一种单细胞 微生物。 广义细菌：
包括细菌、放线菌、支原体、衣 原体、立克次体、螺旋体 狭义细菌： 专指其中数量最大、种类最多、
具有典型代表性的细菌
第一节 细菌的形态结构与理化性状
一、细菌的大小与形态
测量单位 微米 （m）
基本形态三种： 球菌；杆菌；螺形菌
近年来研究较深入的膜蛋白
• 青霉素结合蛋白：参与肽聚糖的合成，是 青 霉素的作用靶位
• 蛋白分泌系统：G-菌所有，I～V型（由细 胞膜蛋白、外膜蛋白和辅助 蛋白组成）
• 双组分信号传导系统：与毒力和致病性有 关 组氨酸蛋白激酶 反应调控蛋白
• 细胞质（cytoplasm）
成分：
无色透明胶状物，由水、蛋白 质、脂类、核酸及少量无机盐组成
专性厌氧菌在有氧环境中不能生长 的机制
• 缺乏氧化还原电势（Eh）高的呼吸酶
人组织的Eh约为150mV，普通培养基在有氧环境中 Eh可达300mV，细菌必须有高Eh的呼吸酶类（如细胞色 素和细胞色素氧化酶）才能氧化环境中的营养物质。
• 缺乏分解有毒氧基团的酶
细菌在有氧环境中代谢会产生具有强力杀菌作用的氧 基团，如O2-和H2O2，厌氧菌缺乏分解这些有毒氧基团的 酶类（如超氧化物歧化酶、触酶、过氧化物酶）
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
细菌生理学
沙门菌、变形杆菌＋
Pb2S/FeS黑色沉淀
H2S 试验
（7）尿素分解试验
• 变形杆菌有尿素酶，能分解尿素产氨， 使培养基变碱，以酚红为指示剂则变红， 为＋。
• 沙门菌尿素分解试验-。
尿
素
对照
阳性
阴性
分
解
试
验
（二）细菌的合成代谢
• 合成代谢的特殊产物 • 致病作用：热原质、毒素或毒性酶类 • 鉴别作用：色素、细菌素 • 治疗药用作用：抗生素、维生素等
+1.5~2.5%琼脂
半固体培养基 液体培养基
固体培养基
观察细菌动力 大量繁殖细菌 细菌的分离和纯化
短期保存菌种
2、按形式不同分类：
固体平板培养基 液体培养基 固体斜面培养基 半固体高层培养基
3、按用途分类：
（1）基础培养基 （2）营养培养基 （3）选择培养基 （4）鉴别培养基 （5）厌氧培养基
• （1）糖发酵试验
• 不同微生物利用糖的能力不同，即使同一种 糖，代谢途径不同、分解终末产物不同。
糖
酸
pH值下降，指示剂改变颜色，
试验＋
酸+气
阳性结果
糖
阴性结果
发
酵
试
验
（2）甲基红试验（methyl red）
葡萄糖
丙酮酸
各种酸类（甲酸、乙酸、）
pH≤4.5
指示剂甲基红变红，试验＋
阳性
阴性
甲 基 红 试 验
4.气体 多数细菌生长繁殖需要O2与CO2 。 O2用以氧化营养物质产生能量，供细菌生长 繁殖之用。 CO2与体内某些有机酸结合参与 三羧酸循环和蛋白质与核酸的合成。大部分 细菌在代谢过程中产生的CO2即可满足自身需 要，但少数细菌，如布氏菌、脑膜炎球菌等 在初次分离时需提供5%10%的CO2 。
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（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、D型氨基酸、二氨基庚二酸（DAP）、吡啶二羧酸（DPA），2-酮基-3-脱氧辛酸（KDO）、脂多糖（LPS）等。
细菌含有核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）两种核酸。
RNA主要存在于胞质中，占细菌干重的l0％；DNA则存在于染色体和质粒中，占细菌干重的3%左右。
DNA作为细菌的遗传物质是指导细菌新陈代谢、生长繁殖和遗传变异的物质基础。
细菌的DNA 碱基配对是腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T），鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）。
每种细菌DNA中的G+C 含量摩尔百分比有一定范围，变化不大，不受菌龄和外界环境因素的影响，故可作为细菌分类的一个重要依据。
（二）细菌的物理性状 1.带电现象：细菌的蛋白质和其他生物细胞的蛋白质相似。
具有两性游离的性质，当正电荷与负电荷相等时，为等电点。
革兰阳性菌等电点低，pH为2～3，革兰阴性菌的等电点稍高，pH为4～5，在中性或弱碱性环境中，其pH高于细菌的等电点，细菌均带负电荷，尤以革兰阳性菌带负电荷更多。
细菌的带电现象与细菌的染色反应、凝集反应、抑菌和杀菌作用有密切关系。
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。
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。