(细菌的生理).docx

医学微生物学导学教学内容细菌的生理消毒与灭菌授课对象3年制专升本授课学时3学时120分钟教学目标1.掌握（1）细菌群体生长中对数期和稳定期的特点；（2）细菌合成代谢产物的类型和特点；（3）同消毒灭菌相关的几个重要概念；（4）高压蒸气灭菌法的灭菌条件。2.熟悉（1）细菌的营养类型；（2）培养基的分类方法和培养基类型；（3）常用的物理灭菌法和化学消毒剂。3.了解（1）细菌的理化性质；（2）细菌的生长繁殖条件；（3）细菌分解代谢的方式；（4）细菌人工培养的方式及用途；（5）各种化学消毒剂的作用机制。教学内容安排1.细菌的生理（65分钟）；2.消毒灭菌（50分钟）；3.小结（5分钟）。共计120分钟教学重点难点1.细菌的生长繁殖2.细菌合成代谢的产物3.常用的物理消毒灭菌方法和化学消毒剂4.细菌的新陈代谢和能量转换教学内容概要细菌的生理细菌的生理活动包括摄取和合成营养物质，进行新陈代谢及生长繁殖。细菌具有独立的生命活动能力，处于适宜的环境条件下，可从外界环境中摄取营养物质，获得能量，具有代谢旺盛、繁殖迅速的特点。细菌代谢过程中，可产生多种对人类的生活及医学实践有着重要意义的代谢产物。研究细菌的生理活动对于了解细菌的新陈代谢以及新陈代谢与致病的关系、设计寻找有关诊断和防治的方法具有重要的理论和实际意义。第一节 细菌生长繁殖的规律一、细菌的化学组成细菌的化学组成和其他生物细胞相似，含有包括水、蛋白质、无机盐、糖类、脂类和核酸等成分。水占75-90%，为细菌的主要组成成分。细菌还含有一些原核细胞型微生物所特有的化学组成，如肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸、D型氨基酸、二氨基庚二酸、吡啶二羧酸等。二、细菌的物理性状（一）光学性质细菌为无色半透明小体。（二）表面积细菌体积微小，表面积相对较大，有利于细菌的内外物质交换。（三）带电现象细菌的固有成分50-80是蛋白质，主要为兼性离子氨基酸组成。革兰阳性菌pI为2-3，革兰阴性菌pI为4-5，所以，在弱碱性或近中性环境中细菌均带负电荷，pI越低带负电荷越多。细菌的带电现象与细菌的染色反应、凝集反应和抑菌杀菌作用有着密切关系。（四）半通透性细菌为了利于内外物质交换，有利于营养物质的吸收和代谢产物的排出，其细胞壁和细胞膜都为半通透性。（五）渗透压细菌体内由于含有高浓度的营养物质和无机盐，其渗透压极高，革兰阳性菌渗透压高达20-25个大气压，革兰阴性菌也有5-6个大气压。细菌一般处于相对低渗的环境，有坚韧的细胞壁保护不致崩裂。细菌若处于高渗环境中，菌内水分逸出，胞质脱水浓缩，细菌就不能繁殖。第二节 细菌的营养与生长繁殖一、细菌的营养类型一、细菌的营养类型按照细菌对营养物质的利用情况之差异，把细菌分为自养菌和异养菌两大类。（一）自养菌自养菌（autotroph）也称自营菌，以简单的无机物为原料，通过利用无机物的氧化或通过光合作用获得营养和能量，合成菌体成分。（二）异养菌异养菌（heterotroph）也称异营菌，必须利用多种有机物为原料才能合成菌体成分。此类细菌包括腐生菌（saprophyte）和寄生菌（parasite）。腐生菌以无生命的动、植物尸体及腐败食物获得营养；寄生菌靠寄生于活的机体内，从宿主的机体内直接获得营养；所有的病原菌都属异养菌。二、细菌的营养物质及生长繁殖的条件营养物质、能量和适宜的环境是细菌生长繁殖的必备条件。 营养物质细菌生长需要的营养物质，包括水、碳源、氮源、无机盐和生长因子等。（二）氢离子浓度（pH值）每种细菌都有一个可生长的pH值范围以及最适生长的pH值。多数病原菌最适pH值范围为7.2-7.6，在宿主体内极易生存。（三）温度细菌细胞生长的温度极限为7-90 。各类细菌对温度的要求不一，借此将细菌分为： 嗜冷菌，其生长范围为5-30，最适生长为10-20； 嗜温菌，生长范围为10-45，最适20-40； 嗜热菌，生长范围为25-95，在56-60生长最好。（四）气体根据细菌代谢时对分子氧的需要与否，可以将细菌分为4类。1专性需氧菌 具有完善的呼吸酶系统，需要分子氧作为受氢体以完成需氧呼吸，仅能在有氧环境下生长，如结核分枝杆菌、霍乱弧菌。2微需氧菌 在低氧压环境下（5-6%）生长最好，氧浓度10对其有抑制作用，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2种功能，不论在有氧或无氧环境中都能生长，但以有氧时生长较好。大多数病原菌属于此类。4专性厌氧菌 缺乏完善的呼吸酶系统，利用氧以外的其他物质作为受氢体，只能在无氧环境中进行发酵。在游离氧存在时，不但不能利用分子氧，且还将受其毒害，甚至死亡，如破伤风梭菌、脆弱类杆菌。（五）渗透压一般培养基的盐浓度和渗透压对大多数细菌是安全的，少数细菌如嗜盐菌需要在高浓度（3%）的NaCl环境中生长。三、细菌生长繁殖的规律（一）细菌个体的生长繁殖细菌分裂数量增倍所需的时间称为代时。细菌的代时决定于细菌的种类，又受环境条件的影响。细菌代时一般为20-30min。个别细菌较慢，如结核分枝杆菌代时为18-20h，梅毒螺旋体为33h。 细菌群体的生长繁殖将一定数量的细菌接种于适宜的液体培养基中，连续定时取样检查活菌数，可发现其生长过程的规律性。以培养时间为横坐标，培养物中活菌数的对数为纵坐标，可绘出一条生长曲线（图3-l）。根据生长曲线，细菌的群体生长繁殖可分为4期。1. 迟缓期（lag phase） 细菌进人新环境后有一个短暂适应阶段。该期细菌体积增大，代谢活跃，为细菌的分裂繁殖合成积累充足的酶、能量及中间代谢产物；此期分裂迟缓，繁殖极少。迟缓期因菌种、接种菌量、菌龄以及营养物质等不同而长短不一，一般为1-4h。2. 对数期（logarithmic phase） 又称指数期。细菌在该期生长迅速。活菌数以比较稳定的几何级数增长，生长曲线图上细菌数的对数呈直线上升，达顶峰状态。其细菌的形态、染色性、生理活性均较典型，对外界环境因素的作用敏感，因此，研究细菌的形态染色、生化反应、药物敏感试验等生物学性状，应选用该期的细菌。一般细菌对数期在培养后的第8-l8h。3. 稳定期（stationary phase） 由于培养基中营养物质消耗、有害代谢产物积聚，该期细菌繁殖速度渐减，死亡数渐增，细菌增殖数与死亡数渐趋平衡。细菌形态、染色性和生理性状常有改变。一些细菌的芽胞、外毒素和抗生素等代谢产物大多在稳定期产生。4. 衰亡期（dechne phase） 稳定期后细菌繁殖越来越慢，死亡菌数越来越多，活菌数越来越少。活菌数与培养时间成反比关系，该期细菌形态显著改变，出现衰退型或菌体自溶，难以辨认；生理代谢活动趋于停滞。因此陈旧培养的细菌难以鉴定。细菌群体生长各期的比较时期特点迟缓期Lag对数期Log稳定期Stationary衰亡期Decline活菌数量稳定，增加少对数增长维持平衡逐步减少生长速率迟缓最大速率速率降低死亡增加细胞代谢非常活跃活性高且稳定活性稳定活性降低衰老适用范围初期培养形态染色药物敏感保存菌种产生外毒素、抗生素、芽胞等一般不用于研究细菌生长曲线只有在体外人工培养的条件下才能观察到。在自然界或人类、动物体内繁殖时，受环境因素和机体免疫因素的多方面影响，不可能出现在培养基中那样典型的生长曲线。了解细菌生长规律，以便人为地改变培养条件，调整细菌的生长繁殖阶段，更有效地利用对人类有益的细菌。如在细菌培养过程中，不断地更新培养液及对需氧菌进行通气加氧，使细菌长时间处于生长旺盛的对数期，这种培养称为连续培养。第三节 细菌的新陈代谢一、分解代谢产物 糖的分解代谢产物 蛋白质的分解代谢产物二、合成代谢产物 与致病性有关的代谢产物1热原质（Pyrogen）或称致热原，是细菌合成的一种物质，极微量注人人或动物体内即能引起发热反应，故名热原质。产生热原质的细菌大多是革兰阴性菌，热原质为其细胞壁的脂多糖，即内毒素。热原质耐高热，高压蒸气灭菌（121经20min）不被破坏。玻璃器皿须加热180经4h或250经45min或650经1min才能破坏热原质。2毒素（toxin） 毒素是病原菌在代谢过程中合成和（或）释放的对机体有毒害作用的物质，包括内毒素和外毒素。内毒素（endotoxin）即革兰阴性菌细胞壁的脂多糖，其毒性成分为脂质A，在菌体死亡崩解后释放出来。外毒素（exotoxin）是由革兰阳性菌及少数革兰阴性菌在生长代谢过程中释放至菌体外的蛋白质，具有免疫原性强、毒性强、作用特异性强的特点。外毒素与内毒素的主要区别区别要点外毒素内毒素来源G+及部分G-菌主要为G-菌存在部位由活菌分泌到菌外少数是细菌崩解后释放细胞壁组分细菌崩解后释放化学成分蛋白质脂多糖LPS/脂寡糖LOS稳定性差，608030min灭活好，1804h才被破坏毒性作用强，对组织器官有选择性毒害效应，引起特殊临床表现较弱，各菌的毒性效应大致相同，引起发热、白细胞效应、微循环障碍、DIC、休克甚至死亡等抗原性强；可刺激机体产生抗毒素；甲醛处理可脱毒形成类毒素弱，刺激机体产生的中和抗体作用弱；甲醛处理不形成类毒素3侵袭性酶 某些细菌可产生具有侵袭性的胞外酶，能损伤机体组织，促进细菌的侵袭、扩散，是细菌重要的致病物质，如链球菌的透明质酸酶、产气荚膜梭菌的卵磷脂酶等。 与治疗有关的代谢产物1抗生素2维生素（三）与鉴别细菌有关的代谢产物1. 色素（pigment） 水溶性色素； 脂溶性色素。2细菌素（bacterioin）第四节 细菌的人工培养 细菌的培养方法分2类：分离培养和纯培养 培养基 按其营养成分和用途不同分类1. 基础培养基2. 营养培养基3. 增菌培养基4. 选择培养基5. 鉴别培养基6. 厌氧培养基 根据培养基的物理性状的不同分类1. 液体培养基 如营养肉汤、蛋白陈水等培养基，可用于大量繁殖细菌，但必须种入纯种培养；2. 固体培养基 液体培养基中加入1.5-2.5的琼脂粉；3. 半固体培养基 液体培养基中加入0.3-0.5的琼脂粉。三、细菌在培养基中的生长情况（一）细菌在液体培养基中生长情况1浑浊生长2沉淀生长3菌膜生长（二）细菌在固体培养基上生长情况菌落（colony）菌落形成单位（CFU）细菌的菌落一般分为3型。 光滑型菌落（smooth colony , S型菌落）； 粗糙型菌落（rough colony , R型菌落）； 黏液型菌落（mucoid colony , M型菌落）。 在半固体培养基中生长情况半固体培养基黏度低，细菌接种后可出现：有鞭毛的细菌在其中仍可自由游动，向穿刺线周围扩散呈羽毛状或云雾状浑浊生长；无鞭毛细菌只能沿穿刺线呈明显的线状生长。四、人工培养细菌的意义 细菌的鉴定与研究 细菌性疾病的诊断和治疗 生物制品的制备 在工农业生产中的应用 在基因工程中的应用第五节 细菌的分布 细菌在自然界的分布 细菌在土壤中的分布 细菌在水中的分布 细菌在空气中的分布 细菌在人体的分布与人体的微生态系 人体各部位的微生态系1. 皮肤微生态系2. 口腔微生态系3. 食管与胃微生态系4. 肠道微生态系5. 呼吸道微生态系6. 阴道微生态系 医学微生态学展望【思考题】1. 细菌生长繁殖需要的基本条件有哪些？2. 细菌群体生长繁殖分为哪几个期？各期有何实际意义？3. 细菌在培养基中生长现象及其实际意义有哪些？4. 细菌人工培养的实际意义有哪些？【参考资料】1.医学微生物学第2版黄汉菊主编高等教育出版社2007.82.医学微生物学第7版李凡刘晶星主编人民卫生出版社2008.43.传染病学第7版杨绍基任红主编人民卫生出版社2008.44.内科学第7版陆再英钟南山主编人民卫生出版社2008.45.病原生物学第一版崔逢德袁红瑛何群力主编郑州大学出版社 2008.9【拓展阅读】固体培养基是怎么被发明的？科赫生于1843年，是一位细菌学家，后来成为细菌学的奠基人。起初，他用肉汤来繁殖细菌。肉汤虽然营养丰富，但细菌在肉汤里可以自由移动，使繁殖的细菌鱼目混杂，得不到纯净的菌种。后来，他改用煮熟了的土豆，在土豆的切面上接种菌种。这回细菌不能乱跑了，但土豆营养不足，也分离不出纯菌种。科赫想：“如果有种东西既有液体的营养，又有固体的性质该多好呀！”一天，科赫一边吃饭，一边思考着问题。他突然看到妻子端上一盘琼脂果冻，这是他非常爱吃的食品。这会儿他将它和自己研究的细菌的培养基联系了起来。“用琼脂加上牛肉汤不是很好的培养基吗？”想到这里，他马上请妻子这样做了起来，并放到玻璃皿中。待肉汤琼脂凝固后，科赫在上面进行接种。几天后，玻璃皿上果然长满了细菌。就这样，科赫发明了固体培养基，首先找到了分离细菌的方法，为细菌学的发展作出了巨大的贡献。1904年，他被授予诺贝尔生理学或医学奖。消毒与灭菌几个重要概念：消毒（disinfection)：杀死物体上病原微生物的方法，但不一定能杀死细菌芽胞或非病原微生物。用于消毒的化学药品称为消毒剂（disinfectant）。灭菌（Sterilization)：杀死物体上所有微生物的方法，包括细菌芽胞和非病原微生物的方法。灭菌比消毒更彻底。防腐（antisepsis)：防止或抑制微生物生长繁殖的方法。用于防腐的化学药品称为防腐剂（antispetics）。某些药品在高浓度时是消毒剂，低浓度时为防腐剂，如石炭酸。抑菌（bacteriostasis)：抑制微生物生长繁殖的方法。常用抗生素作为抑菌剂（bacterio-static)，可以抑制细菌的繁殖，但不能直接杀死细菌。无菌（asepsis)：不含活菌，是灭菌的结果。防止细菌进入人体或其他物品的操作技术称为无菌操作（antiseptic technique）。第一节 物理消毒灭菌法物理消毒灭菌的方法主要有热力法、射线法、滤过法、超声波等。一、热力灭菌法 热力灭菌法分为干热法和湿热法2种。（一）干热灭菌法1焚烧2烧灼3 .干烤4红外线（二）湿热灭菌法1巴氏消毒法（pasteurization）2煮沸消毒法3流通蒸气消毒法4间歇灭菌法5高压蒸气灭菌法二、辐射杀菌法（一）日光和紫外线（二）电离辐射三、滤过除菌法四、超声波消毒法第二节 化学消毒灭菌法 化学消毒剂的作用机制化学消毒剂的作用机制主要有：损伤细菌的细胞膜，使细胞膜的通透性发生改变，菌体内物质外漏或内渗，致使菌体破裂，细菌死亡，如酚类、表面活性剂、脂溶剂等；促进菌体蛋白质变性或凝固，失去活性导致细菌死亡，如酸碱类、重金属盐类、醇、醛类等；干扰细菌的酶系统和代谢，导致细菌代谢障碍而死亡，如某些氧化剂、重金属盐类、卤素、醛类、烷基化合物、染料等。 影响消毒剂作用的因素 消毒剂的浓度和作用时间； 温度； 细菌的种类与数量； 有机物。常用消毒剂的种类、作用机制和用途类别作用机制常用消毒剂用途酚类蛋白质变性，损伤细胞膜，灭活酶类35石炭酸2来苏、洗必泰地面、器具、皮肤消毒醇类蛋白质变性与凝固干扰代谢7075乙醇皮肤、体温计消毒重金属盐类氧化作用，蛋白质变性与沉淀，