第 2 章 细菌的生理 Bacterial Physiology 主讲：庄东明 电话： 6222493

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1 第 2 章 细菌的生理 Bacterial Physiology 主讲：庄东明 电话： 6222493 E-mail:dmzhuang@tsmc.edu.cn

2 教学大纲  掌握内容  细菌的生化反应及意义  细菌的代谢产物在医学上的意义  熟悉内容  细菌生长繁殖的条件与生长繁殖的规律  培养基的种类、细菌在培养基上的生长情况  了解内容  细菌的理化性状  细菌新陈代谢的特点  培养基的用途  细菌的属、种、型、株的概念

3  细菌的理化性状（自学）  细菌的营养与生长繁殖  细菌的新陈代谢  细菌的人工培养  抑制或杀灭微生物的理化因素  细菌的分类（自学）

4 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 光学性质：半透明颗粒（透射、折射） 表面积大：较一般生物体大一万倍 带电现象： G + pI 为 2 ～ 3 、 G - pI 为 4 ～ 5 半透性： CW 、 CM 选择性通透 内部渗透压高： G + 20 ～ 25 个大气压 G - 5 ～ 6 个大气压 第一节 细菌的理化性状（自学）

5 第二节 细菌的营养与生长繁殖

6 一、细菌的营养物质 A 、水：菌体重要成分，占其总重量的 80% ～ 90% 作用 作为溶媒，参与细菌营养的吸收、转运 （渗透、分泌、排泄） B 、碳源：合成菌体的必需原料，也是获取能量的 来源，如：葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、果糖、甘露醇 等

7 C 、氮源：合成菌体蛋白（结构、功能）、核酸， 主要是有机氮化合物，如蛋白胨、氨基酸等 D 、无机盐（电解离子）：构成菌体成分、调节渗 透压和电势、调节酶活性（辅基）、参与能量储存 和运输、有的元素（如 Fe VS 白喉棒状杆菌）参与 细菌的致病力 E 、生长因子：菌体生长所必需，但自身又不能主 动合成的微量物质，如：维生素、 氨基酸等 —— 流感嗜血杆菌 X 因子（高铁血红素） V 因子（辅酶Ⅰ或Ⅱ）

8 二、细菌摄取营养物质的机制 —— 其实施、完成，必经由生物膜半透性完成

9 摄取营养 的方式 浓度方向载体动力 构型改 变与否 被动扩散高 —— 低 — 浓度梯度 — 简单扩散 高 —— 低 — 浓度梯度 — 易化扩散 高 —— 低 — 浓度梯度 — 主动转运低 —— 高需要能量 ＋ 依赖周浆 间隙结合蛋白 转运系统 低 —— 高 周浆间隙 受体蛋白 高能磷酸 键（ ATP ） ＋ 化学渗透 驱使转运系统 低 —— 高 离子梯度 透性酶泵 电势能 ＋ 基团转移 低 —— 高 磷酸转 移酶系 高能磷酸键 ＋

10 三、细菌的营养类型  自养菌 autotroph  异养菌 heterotroph  腐生菌和寄生菌  病原菌都是异养菌，大部分是寄生菌 最初 能源 有机物 日光 还原态无机物 化能异养菌 光能自养菌 化能自养菌 通用能源 ATP

11 四、影响细菌生长的因素 1 、营养物质：提供原料、能量 2 、酸碱度：即 PH 值或氢离子浓度，细菌细胞借 此调节胞膜的状态（离子泵系统）以平衡菌体内 的 PH 一般病原菌的最适值为 7.2 ～ 7.6 特殊如：偏酸性的结核杆菌， PH 值为 6.5 ～ 6.8 偏碱性的霍乱弧菌， PH 值为 8.4 ～ 9.2

12 3 、温度：致病菌一般 37 ℃，过高杀菌，过低抑菌 嗜冷菌：－ 5 ℃～ 30 ℃ ， 最适 10 ℃～ 20 ℃； 嗜温菌 : 10 ℃～ 45 ℃ ，最适 20 ℃～ 40 ℃ 嗜热菌： 25 ℃～ 95 ℃ ，最适 50 ℃～ 60 ℃

13 4 、气体 O 2 : 据代谢时对氧分子的需求程度不同分为四类： ①专性需氧菌：有完善的呼吸酶系统，仅在有氧时生长，如： 结核杆菌、霍乱弧菌 ②微需氧菌：低氧分压时长势良好，过高则抑制，如 : 空肠弯 曲菌、幽门螺杆菌 ③兼性厌氧菌：兼有需氧呼吸和无氧发酵两种功能，有无 O 2 的环境下皆可生长，但以有氧时生长态势较好，大多数病原 菌都属此类

14 ④专性厌氧菌：呼吸酶系统不完善，只能在无氧条件下发 酵产能；如有游离氧分子存在则对其代谢产生毒害作用如： 破伤风芽胞杆菌、肉毒梭菌 —— 专性厌氧菌的呼吸酶系统不完善表现在： 其体内缺乏（ 1 ）氧化还原电势高的呼吸酶 （ 2 ）分解有毒氧基团的酶 过氧化氢酶 过氧化物酶

15 CO 2 : 少数细菌初次分离培养需 5 ～ 10%CO 2 获得方法：烛缸法、焦性没食子酸法、与需氧菌 密闭共培养 5 、渗透压：一般以与 0.8%NaCl 等渗的环境为宜， 但个别细菌有特殊的需求，如：嗜盐菌需 3%NaCl

16 五、细菌的生长繁殖 （一）细菌个体的 生长繁殖 细菌以简单的二 分裂方式进行繁殖， 繁殖一代所需时间 约 20~30min ；但少 数细菌代时较长， 如 : 结核分枝杆菌代 时为 18 ~ 20h

17 （二）细菌群体的生长繁殖 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

18 细菌的生长曲线（ growth curve ） 培养时间 （小时） 5 10 15 20 25 30 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 活菌数 总菌数 迟缓期 对数生长期 稳定期 衰退期

19 第三节 细菌的代谢 —— 细菌的新陈代谢是指菌体细胞内分解代谢与 合成代谢的总和，其显著特点是代谢旺盛和代谢类 型的多样化

20 一、细菌的能量代谢 主要以糖类为底物，通过氧化或酵解释放能量，并 以高能磷酸键的形式（ ADP 、 ATP ）储存起来。 具体的产能方式及其途径如下：

21 1.EMP （糖酵解） 1×G ＝ 2× 丙酮酸＋ 2× （ NADH+H+ ） + 2×ATP 2. 磷酸戊糖途径（一磷酸己糖途径， HMP ） 己糖 —— 戊糖＋ 12× （ NADPH+H+ ） + 1×ATP

22 3. 需氧呼吸： ——EMP ＋三羧循环＋电子传递链（呼吸酶系） 1×G —— CO2 + H 2 O + 38×ATP 4. 厌氧呼吸 1×G —— 乳酸＋ 2×ATP

23 二、细菌的代谢产物 （一）分解代谢产物和细菌的生化反应 细菌的生化反应实验： 酶系不同 对底物分解能力不同 最终代谢产物不同

24 常见的生化反应 对糖的发酵对糖的发酵 对蛋白质的发酵对蛋白质的发酵 枸橼酸盐利用试验 尿素酶试验 甲基红试验 吲哚试验 硫化氢试验 单糖发酵试验 VP 试验 其他试验其他试验

25 分解代谢产物与细菌的生化反应 细菌的酶不一样，对营养物质的分解能力不一样  糖发酵试验 大肠杆菌发酵葡萄糖和乳糖；伤寒沙门菌发酵葡萄糖，不发 酵乳糖 大肠杆菌具有甲酸脱氢酶 葡萄糖 HCOOH 脱氢酶 CO 2 +H 2

26 五糖发酵 葡萄糖、乳糖、麦芽糖、甘露醇、蔗糖

27 V- VP （ Voges-Proskauer ）试验 - + 2 个丙酮酸 乙酰甲基甲醇 双乙酰 红色 碱性溶液 α- 萘酚 氧气 肌酸 缩合 用于区别产气杆菌和大肠杆菌， 产气杆菌 VP 实验阳性，大肠杆菌 为阴性。 葡萄糖

28 M - 甲基红（ methyl red ）实验 葡萄糖 → 丙酮酸 → 乙酰甲基甲醇 （ pH 值 >5.4 ）甲基红 - 橘黄色 葡萄糖 → 丙酮酸 （大肠杆菌） （ pH<4.5 ） 甲基红 + 红色 产气肠杆菌 大肠杆菌

29 C - 枸橼酸盐利用（ citrate utilization ）试验 利用枸橼酸盐生长 + 不能利用 - 碳酸盐 NH 3 指示剂变色 有些细菌以铵盐作为唯一氮源，并且 以枸橼酸盐作为唯一炭源 枸橼酸盐

30 I- 吲哚（ indol ）试验 色氨酸 吲哚 玫瑰吲哚 （靛基质） （红色） 对二甲基氨基苯甲醛

31 乙型副伤寒沙门菌和变形杆菌 硫化氢试验： 胱氨酸 醋酸铅 硫化铅 硫化氢 甲硫氨酸 硫酸亚铁 硫化亚铁 半胱氨酸

32 尿素酶试验： 尿素 —— 尿素酶 氨 （酚红指示剂变红） 变形杆菌 +

33 IMViC 试验 I - 吲哚（ indol ）试验 M - 甲基红（ methyl red ）试验 V - VP （ Voges-Proskauer ）试验 C - 枸橼酸盐利用（ citrate utilization ）试验 常用于鉴定肠道杆菌

34 I M Vi C 试验 大肠埃希菌 + + - - 产气杆菌 - - + +

35 （二）合成代谢产物及其在医学上的意义 1. 热原质 (pyrogen) 大多为 G - 的内毒素（脂多糖）； G + 的致热性多糖 耐高温，高压蒸气灭菌不能破坏 去除方法： 250 ℃干烤 30min 蒸馏法

36 2. 侵袭性酶：透明质酸酶、血浆凝固酶 、 卵 磷脂酶、链激酶、 DNA 酶 3. 毒素 内毒素由 G - 菌产生，主要是脂类 A ，在菌体裂解后 释放。 外毒素由 G + 菌和少数 G - 菌在代谢过程中产生分泌出 的毒性蛋白。如破伤风痉挛毒素，肉毒毒素

37 4 、色素 —— 水溶性：绿脓杆菌 —— 脂溶性：金葡菌

38 5 、抗生素（ antibiotic ） 某些微生物产生的抑制或杀灭其它微生物或肿瘤细 胞的物质。 抗生素大多由放线菌和真菌产生，细菌产生的只有 多粘菌素、杆菌肽等。 6 、细菌素（ bactericin ） —— 是细菌产生的类似抗生素的杀菌物质 ，只作 用于与产生细菌素有亲缘关系的细菌。 —— 有种型特异性，可用于分型和流行病学调查 7 、维生素： B6 、 B12 、 K 等

39 一、培养细菌的方法 根据不同标本及不同培养目的，可选用不同的接种和 培养方法；常用的有分离培养和纯培养两种方法。 病原菌的人工培养一般采用 35-37 ℃，培养时间多数为 18-24h ，但有时需根据菌种及培养目的作最佳选择。 第四节 细菌的人工培养

40 二、培养基 (culture medium) —— 是由人工方法培配置而成的，专供微生物生长繁殖 使用的混合营养物制品。 按其物理状态分类： —— 固体培养基、液体培养基、半固体培养基。 按其成分分类：合成培养基、天然培养基。 按其营养组成和用途分类： —— 基础培养基、增菌培养基、选择培养基、 鉴别培养基、厌氧培养基

41 液体培养基 + 15g/L 琼脂 固体培养基 细菌的分离培养 3-5g/L 琼脂 半固体培养基 用于大量繁殖细菌 + 动力检查 根据培养基的物理状态，培养基可分：

42 三、细菌在培养基中的生长情况  液体培养基  混浊、沉淀、菌膜  半固体培养基  动力  固体培养基  纯培养  分离培养  菌落 colony

43 在液体培养基中

44 菌膜 菌沉淀 均匀浑浊 对照

45 菌落 菌苔

46 在固体培养基中 光滑型菌落 粗糙型菌 落 粘液型菌落

47 混浊生长 沿穿刺线生长 无鞭毛细菌 在半固体培养基中 有鞭毛细菌

48 四、人工培养细菌的用途 医学中的应用 工农业生产 中的应用 基因工程 中的应用 感染性疾病的诊断 细菌学研究 生物制品的制备 制造各种产品 处理垃圾 制造菌肥农药等 表达重组 DNA 制备产品

49 第五节 抑制或杀灭微生物的理化因素（自学）

50 属（ genera ） : 由密切相关的种组成，如金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌属、于葡萄球 菌属。 种（ species ）： 细菌的基本分类单位 型（ type ）： 同一种细菌基本性状相同，而某些方面的特征稍有不同，便可分为不同 的型别。 株（ strain ）： 。 对不同来源的同一菌种的细菌称为该菌的不同菌株。 第六节 细菌的分类（自学）

51 复习题  影响细菌生长的条件有哪些？  细菌的生长繁殖方式有哪些？生长曲线各时期的意义 是什么？研究细菌的生物学性状在哪个时期最好？  细菌分解代谢的常见生化反应有哪些？  什么是 IMViC 试验？有什么医学意义？  细菌的合成的代谢产物有哪些？其医学意义是什么？  培养基的分类，细菌在培养基中的生长现象有哪些？