第3章 细菌的生理 Physiology of Bacteria

细菌的理化性状 化学组成 物理性状 光学性质 表面积 带电现象 半透性 渗透压

细菌的营养类型 Autotrophs 自养菌 以无机物为原料合成菌体成分 Heterotrophs 异养菌 有机物为原料合成菌体成分 saprophytes 腐生菌 parasites 寄生菌

细菌的营养物质 a. water b. Carbon source 碳源 c. Nitrogen source 氮源 d. Inorganic salt 无机盐 e. Growth factors: 生长因子 vitamins ，aa， X factor, V factor a cell must have for growth but cannot synthesize by itself. .

Environmental factors affecting growth of bacteria 影响细菌生长的环境因素 Nutrients 营养 Temperature 温度 pH 酸碱度 Oxygen Requirements 对氧的需求 Osmotic Pressure 渗透压

Temperature Mesophiles（嗜温菌）30-37℃ Psychrophiles（嗜冷菌）15-20℃ Thermophiles（嗜热菌）50-60℃

pH Many bacteria grow best at neutral pH（pH7.2-7.6） 霍乱弧菌：pH 8.4-9.2 Neutrophiles 嗜中性菌 pH6-8. Acidophiles 嗜酸性菌 pH < 5.5 Alkaliphiles 嗜碱性菌 pH > 8.5 霍乱弧菌：pH 8.4-9.2 结核分枝杆菌：pH 6.5-6.8

Gas O2 CO2

Oxygen Requirements: Obligate aerobe(专性需氧菌）：They are organisms that grow only in the presence of oxygen. They obtain their energy through aerobic respiration 需氧呼吸. 分子氧为受氢体完成需氧呼吸，只能在有氧条件下生存（如：结核分枝杆菌M. tuberculosis）

Obligate anaerobe（专性厌氧菌） They are organisms that grow only in the absence of oxygen and, in fact, are often inhibited or killed by the presence of oxygen. They obtain their energy through anaerobic respiration厌氧呼吸 or fermentation发酵. (如：破伤风梭菌C. tetani）

原因 缺乏氧还电势高的酶 缺乏分解有毒氧基团的酶 2O2- + 2H+ SOD H2O2+O2 2H2O2 触酶 2H2O +O2 H2O2+AH2 过氧化物酶 2H2O+A

Facultative anaerobe（兼性厌氧菌） They are organisms that grow with or without oxygen, but generally better with oxygen. They obtain their energy through aerobic respiration有氧呼吸 if oxygen is present, but use fermentation 发酵or anaerobic respiration 厌氧呼吸if it is absent. Most bacteria are facultative anaerobes.

Microaerophilic bacterium（微需氧菌） They are organisms that require a low concentration of oxygen (2% to 10%) for growth, but higher concentrations are inhibitory. 如：幽门螺杆菌 H.pylori培养条件5％O2，10％CO2，85％N2

Multiplication of Bacteria binary fission(二分裂方式）. Generation time 代时 : 20-60 minutes under optimum conditions 结核分枝杆菌18-20hr probably closer to 5-10 hours in the body.

Bacterial Growth Curve （细菌的生长曲线） 将取自饱和菌液的细菌接种至适宜的液体培养基，连续定时计数每毫升液体中的活细胞，以培养时间为横坐标，活菌数的对数为纵坐标作图，绘制出一条生长曲线，可发现其生长过程的规律性。

The Lag Phase 迟缓期 The Exponential/logarithmic Phase 指数期 Cells in this stage are generally more susceptible to antibiotics and have typical size. The Stationary Phase 稳定期 Cells exhaust essential nutrients or accumulate toxic products The Death or decline Phase 衰亡期

Metabolism of bacteria anabolic processes合成代谢 catabolic processes 分解代谢

Catabolic products (分解代谢产物） Sugars a) Sugar fermentation test（糖发酵试验） b) Voges-Proskauer (VP) test（VP试验） c) Methyl red (MR) test（甲基红试验） d) Citrate test（枸橼酸盐利用试验） Proteins a) Indol test （吲哚试验） b) H2S test （硫化氢试验） c) Urease test （尿素酶试验）

糖发酵试验 葡萄糖 HCOOH 脱氢酶 CO2+H2

M - 甲基红（methyl red）实验 葡萄糖→丙酮酸→乙酰甲基甲醇 甲基红 - 产气肠杆菌 葡萄糖→丙酮酸 甲基红 + 大肠杆菌 葡萄糖→丙酮酸→乙酰甲基甲醇 甲基红 - 产气肠杆菌 葡萄糖→丙酮酸 甲基红 + 大肠杆菌 - +

V - VP（Voges-Proskauer）试验 葡萄糖→丙酮酸→乙酰甲基甲醇 →二乙酰→红色化合物 + 产气 胍基化合物 葡萄糖→丙酮酸 × × 乙酰甲基甲醇 - 大肠 - +

C -枸橼酸盐利用（citrate utilization）试验 利用枸橼酸盐生长 + 产气 不能利用 - 大肠 - +

IMViC 试验: I-吲哚（indol）试验 色氨酸→吲哚→玫瑰吲哚 ↑ 吲哚试剂 - +

硫化氢试验 +（FeS黑色） 尿素酶试验 尿素尿素酶氨 pH↑

I M Vi C试验 大肠埃希菌 + + - - 产气杆菌 - - + +

Synthetic products Pyrogen（热原质） Toxins （毒素）&Invasive enzymes（侵袭性酶） Pigments （色素） Antibiotics （抗生素） Bacteriocin （细菌素） Vitamin （维生素）

Pyrogen 热原质（致热原） 细菌合成的一种注入人体或动物体内能引起发热反应的物质。 本质：LPS 耐高温 去除：250℃干烤、蒸馏、吸附剂等 制备和使用注射药品过程无菌操作

Toxins and Invasive Enzyme Exotoxin（外毒素） Endotoxin （内毒素） Invasive Enzyme （侵袭性酶）

Artificial cultivation of bacteria pure culture纯培养

Culture media（培养基） Basic medium 基础培养基 Enrichment medium 增菌培养基 Selective medium选择培养基 Differential medium 鉴别培养基 Anaerobic medium厌氧培养基

Culture media（培养基） defined medium/synthetic medium化学成份确定培养基/合成培养基 undefined medium/complex medium化学成份不确定培养基/天然培养基

Culture media（培养基） Classification according to physical condition: liquid 液体medium solid 固体medium （1.5% of agar ） semisolid 半固体medium（0.3～0.5% of agar）

Phenomena of bacterial growth Liquid media: uniformly turbid（均匀混浊生长）, sediment in bottom（沉淀生长）, surface growth pellicle表面生长形成菌膜. Solid media: colonies菌落--smooth (S) type; mucoid (M) type; rough (R) type, etc. Semisolid media:

培养基的用途 液体培养基：增菌 固体培养基：纯化，增菌 半固体培养基：动力检测，保种

BACTERIAL CLASSIFICATION 细菌分类 1. Phenotypic Classification表型分类 (by the shape ; stain ; colonies; antigens ) 2. Genotypic Classification基因型分类

BACTERIAL CLASSIFICATION 细菌的分类 细菌的分类层次 Formal Rank Example Kingdom界 Prokaryotae原核 Phylum门 Gracilicutes薄壁细菌 Class纲 Scotobacteria暗细菌 Order目 Eubacteriales真细菌 Family科 Enterobacteriaceae肠杆菌科 Genus属 Escherichia埃希菌属 性状相近关系密切的若干菌种组成一个菌属genus Species种 Escherichia coli大肠埃希菌 种是细菌分类的基本单位。生物学性状基本相同的细菌群体构成一个菌种

亚种和型 同一菌种的各个细菌，虽性状基本相同，但在某些方面仍有一定差异，差异较明显的称亚种(subspecies, subsp.)，差异小的则为型(type)。 serotype血清型 phage-type噬菌体型 bacteriocin-type细菌素型 biotype生物型

strain菌株 对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(standard strain)或模式菌株(type strain）：具有某种细菌典型特征的菌株

细菌的命名 拉丁双名法 Escherichia coli （E. coli） generic name属名 specific name种名 中文： 大肠埃希菌 种名 属名