第二章细菌的生理
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。
《医学微生物学》第2章细菌的生理练习题及答案
《医学微生物学》第2章细菌的生理练习题及答案【知识要点】1.掌握：细菌生长繁殖的条件、方式与规律。
2.熟悉：细菌的代谢产物的种类及其意义。
3.了解：（1）细菌的理化性状及其意义（2）细菌的营养及人工培养方法。
（3）细菌分类与命名的原则【课程内容】第一节细菌的理化性状一、细菌的化学组成二、细菌的物理性状第二节细菌的营养与生长繁殖一、细菌的营养类型二、细菌的营养物质三、细菌摄取营养物质的机制四、影响细菌生长的环境因素五、细菌的生长繁殖第三节细菌的新陈代谢和能量转换第四节细菌的人工培养第五节细菌的分类【应试习题】一、名词解释1．专性需氧菌2．兼性厌氧菌3．专性厌氧4．菌落5．生长因子6．热原质7．细菌素8．培养基9．抗生素10．纯培养11．细菌的种12．细菌的属二、填空题1．根据菌落的特点可将菌落分为___________、___________和___________菌落。
2．含5g/L琼脂的半固体培养基上，___________细菌生长后出现混浊，___________细菌则沿穿刺线生长。
3．半固体培养基多用于检测细菌________，液体培养基多用于________。
4．细菌色素分为________和________两种。
5．根据细菌在代谢过程中对营养物质的不同需要，可将细菌分为________和________两种营养类型，而病原微生物多属于________。
6．菌群体生长曲线可分为________、________、________、________。
7．细菌在液体培养基中生长可出现________、________、________三种状态。
8．培养大多数病原性细菌最适宜的生长温度为___________度；最适酸硷度，即pH为______________。
9．细菌的繁殖方式是_______________和__________________。
10．大多数细菌生长繁殖必需具备_________________、_______________、______________、____________________四个条件。
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:
细菌的生理
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5.53）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 、O22、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。
医学微生物学(第9版)第一篇 细菌学 第二章 细菌的生理
三、细菌的营养类型
1. 自养菌（autotroph） 化能自养菌（chemotroph），光能自养菌（phototroph）。
2. 异养菌（heterotroph） 腐生菌（saprophyte）和寄生菌（parasite）。
医学微生物学（第9版）
四、影响细菌生长的因素
1.营养物质 2.氢离子浓度(pH) : 多数病原菌最适生长pH为7.2~7.6。 3.温度: 病原菌均为嗜温菌，最适生长温度为37℃。
1. 基础培养基 2. 增菌培养基 3. 选择培养基 4. 鉴别培养基 5. 厌氧培养基
医学微生物学（第9版）
三、细菌在不同培养基中的生长情况
细菌在液体培养基中的 生长情况
【资源ID】328689
半固体穿刺生长 【资源ID】676377
医学微生物学（第9版）
四、人工培养细菌的用途
1. 在医学中的应用 （1） 感染性疾病的病原学诊断 （2） 细菌学的研究 （3） 生物制品的制备 2. 在工农业生产中的应用 3. 在基因工程中的应用
医学微生物学（第9版）
一、细菌的化学组成
水、无机盐、蛋白质、糖类、脂质和核酸等
二、细菌的物理性状
菌体半透明、表面积大、带电现象、半透性、内部渗透压高
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第二节
细菌的营养与生长繁殖
the nutrient and multiplication of bacteria
医学微生物学（第9版）
二、细菌的代谢产物
（一）细菌的分解代谢产物
吲哚（I）、甲基红（M）、VP（V）、枸橼酸盐
利用（C）四种试验合称为IMViC试验。
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
微生物02细菌的生理
细菌的代谢产物
分解代谢产物与生化反应 先自学再结合实验思考如下问题： 常见的生化反应有哪些？原理？
阳性现象？ IMViC试验；大肠杆菌和产气杆
菌结果有何不同？
6
合成代谢产物及其意义
热原质 毒素与侵袭性酶 细菌素 色素 抗生素 维生素
7
详见P106、164
热原质 ( pyrogen )
如维生素B族,维生素K
14
影响细菌生长的环境因素
营养物质 pH：7.2-7.6 温度：37℃ 气体：O2、CO2 渗透压
15
根据细菌对氧的需求分类：
z 专性需氧菌： 必需有氧才生长繁殖
如：结核分枝杆菌
z 微需氧菌： 需在低氧环境中生长
如：幽门螺杆菌
z 兼性厌氧菌：有氧或无氧均生长繁殖
11
色 素 ( pigment )
• 金葡菌可产生
金黄色脂溶性
色素，培养基
不变色。
LN
12
色 素 ( pigment )
• 绿脓杆菌产生 绿色水溶性色 素，使整个培 养基变绿。
13
合成代谢产物及其应用
z抗生素 某些微生物在代谢过程中可产生一种
能抑制和杀灭其它微生物的物质，如多粘 菌素。 z维生素
菌膜 沉淀 混浊 澄清
27
固体培养基的生长现象
菌落(colony) ： 单个细菌分裂繁殖成 一堆肉眼可见的细菌集团 可获纯种、鉴定细菌、 计数活菌
28
固体培养基的生长现象
光滑型菌落 (S型）
粗糙型菌落 （R型）
粘液型菌落 （M型）
29
半固体培养基的生长现象
+-
30
人工培养细菌的用途
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b)缺乏分解有毒氧基团的酶： 如过氧化氢、超氧阴离子(O2- )等具有杀菌作用
▪5.渗透压： 一般培养基： 0.5％氯化钠适于大多数细菌。
嗜盐菌需适量的氯化钠，如：副溶血性弧菌需 3％氯化钠
12
五、细菌的生长繁殖
㈠细菌个体的生长繁殖： 二分裂方式（binary fission）
10
4.气体:O2和CO2
▪ O2 （1）专性需氧菌：如结核杆菌 （2）专性厌氧菌：如破伤风梭菌 （3）兼性厌氧菌：大多数病原菌 （4）微需氧菌：如空肠弯曲、幽门螺杆菌 ▪ CO2
CO2对细菌的生长也很重要。大部分细菌 在新陈代谢过程中产生的CO2可满足需要。
11
厌氧菌为什么不能在有氧的环境中生长？
• 2.离子偶联转运：载体为电化学离子梯度透 性酶
• 3.基团转移：
• 4.特异性转运：
• 在革
7
三、细菌的营养类型
自养菌（autotroph）： • 以无机物为原料合成菌体成分。
– 化能自养菌：能量来自无机物氧化； – 光能自养菌：能量来自光合作用。
大小比较一致，生活力强，广泛用作生产菌 种和科研实验材料。 3.稳定期(stationary phase) • 活菌数最高并能维持一段时间。次级代谢产 物在此期产生。 4 .衰亡期(decline phase) • 表现为有害代谢产物大量积累，活菌数减少。
15
Stationary Phase
Logarithmic growth phase
2.氢离子浓度(pH) 多数菌：一般为pH7.2－7.6 嗜碱性细菌：霍乱弧菌pH8.4－9.2 嗜酸性细菌：结核分枝杆菌pH6.5－6.8
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3.温度:多数病原菌最适37℃。
(1)嗜冷菌:-5－30℃ 最适温度：10～20℃ (2)嗜温菌:10－45℃ 最适温度：20～40 ℃ (3)嗜热菌:25－95℃ 最适温度：50～60℃
合成代谢:所产生的能量用于合成细胞组分。
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一、细菌的能量代谢
• 生物体能量代谢的基本生化反应：生物氧化 • 生物氧化的方式：加氧、脱氢、脱电子反应 • 病原菌合成细胞组分和获得能量的基质主要
为糖类 – EMP途径（糖酵解）：2分子ATP – 磷酸戊糖途径： – 需氧呼吸：38分子ATP – 厌氧呼吸：2分子ATP
高渗，G＋菌(20-25大气压)大于G－ (5-6)菌。 意义：细菌所处环境一般为低渗，依靠 细胞壁的保护不至于崩裂；但在高渗环 境中，胞质浓缩，细菌就不能生长繁殖。
5
第二节 细菌的营养与生长繁殖
一、细菌的营养物质
❖水：营养的吸收与代谢均需有水才能进行。
❖氮源：来源于氨基酸、蛋白质等，合成菌体
❖ 成分。
Death Phase
Lag Phase
生长曲线
1.迟缓期:(lag phage) 2.对数期:(logarithmic phage) 3.稳定期:(stationary phage) 4.衰亡期:(decline phage)
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第三节 细菌的新陈代谢
• 细菌新陈代谢包括分解代谢与合成代谢: 分解代谢:营养物质分解和转化为能量的过程。
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二、细菌的代谢产物
㈠分解代谢产物和细菌的生化反应
• 由于细菌的酶不同，对营养物质的分解能 力也不一样。根据细菌对底物分解后所生 产的代谢产物的不同，利用生物化学的方 法来鉴别细菌称为细菌的生化反应。
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1.糖发酵试验
葡萄糖→HCOOH 脱氢酶 CO2+H2 溴甲酚紫指示剂
葡萄糖 乳糖
葡萄糖 乳糖
异养菌（heterotroph）： • 以有机物为原料合成菌体成分，所有病原菌
都是异养菌，大部分属于寄生菌。
8
四、影响细菌生长的环境因素
1.营养物质
（1）水：溶解营养物，有利于营养物的吸收与代谢 （2）无机盐 ： （3）蛋白胨（或氨基酸）： （4）生长因子：维生素、氨基酸、 嘌呤、嘧啶、
X因子、V因子
3.带电现象
菌体固体成分50%－80％为蛋白质 G＋菌等电点( pI )为pH2~3 G－菌等电点( pI )为pH4~5
•近中性或弱碱性环境中，细菌均带负电荷， G＋菌带得更多。 意义：与细菌的染色、凝集反应、抑菌、 杀菌作用有关。
4
4.半透性：细胞壁、细胞膜
物质交换—吸收营养，排出废物。 5.渗透压
❖碳源：来源于糖类，提供能量。
❖无机盐：钾、钠、钙、镁、磷、硫等。
❖生长因子：生长必需但自身不能合成的物质，
❖
如维生素、氨基酸等。
6
二、细菌摄取营养物质的机制
• 被动扩散
–营养物质从高浓度向低浓度一侧扩散。
• 主动转运系统
–营养物质从低浓度向高浓度一侧扩散。
• 1.依赖于周浆间隙结合蛋白的转运系统
细菌分裂.swf
代时(generation time)：多数为 20~30 min 例外：TB（18~20h)
13
正在分裂的细菌
14
㈡细菌群体的生长繁殖
1.迟缓期(lag phase)：一般为1~4h 2.对数期(logarithmic phase) • 又称指数期，代谢活性、酶活性高并且稳定，
第二章 细菌的生理
第一节 细菌的理化性状
一、细菌的化学组成
水、无机盐、蛋白质、糖类、脂类和核酸。
1 . 水：75~90％细胞重量 。 2. 有机物：包括有机物 如 C、H、O、N、P、S等。
1)溶剂作用 2)运输物质的载体 3)参与生化反应(如脱水、加水反应)
3.无机盐：K、Na、Fe、Mg、Ca、Cl等。
作用：辅基、维持酶活性；维持一定的渗透压；构 成菌体成分；
4 . 特有成分：肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸、D型 氨基酸、吡啶二羧酸、二氨基庚二酸。
2
二、细菌的物理性状：
1 .光学性质：半透明体 液体：混浊度与细菌数成正比 2 .表面积大 1cm3葡萄球菌（1μm）=60000cm2
意义：物质交换，代谢旺盛、繁殖迅速。
⊕⊕
葡萄糖 乳糖
大肠埃希菌
+ +
伤寒沙门菌
+ －
20
2. VP（Voges-Proskauer）试验
葡萄糖
丙酮酸
乙酰甲基甲醇
O2 OH-
二乙酰（丁二酮）+胍基（精aa）
红色
+-
21
3. 甲基红（methyl red）试验
葡萄糖
丙酮酸
+-
乳酸
乙酸 甲酸
PH≤4.5 + MR 红色