第2章 细菌的生长繁殖和生态.ppt

1,第二章细菌的生长繁殖和生态,制作：临沂大学生命科学学院微生物与免疫学教研室,2,主要内容,细菌细胞的代谢过程细菌的生长繁殖细菌的人工培养细菌生化反应细菌群落生长的调控细菌的生态,3,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。,4,细菌与动物真核生物新陈代谢的主要区别点:,1.细菌生长和繁殖速度快2.利用各种化合物作为能源的能力强3.营养需求多种多样4.可利用超常流水线合成大分子物质5.细菌能产生特殊物质,5,细菌细胞的代谢过程按其功能可分为以下四步,6,7,一、物质摄取（fueling）的方式,细菌营养物质摄取以及代谢产物的排泄，都是通过具有相对通透性的细胞壁和半渗透性的细胞膜来完成的。细菌主要有4种摄取营养物质的方式，不同营养物质可沿不同的方式进入:1.单纯扩散（simplediffusion）2.促进扩散（facilitateddiffusion）3.主动运输（activetransport）4.基团转位（grouptranslocation）,8,1.单纯扩散（被动扩散）动力是细菌细胞内外物质的浓度差平衡（不耗能）。,扩散的主要物质水、溶于水的气体（O2、CO2）和小分子物质（尿素、甘油、乙醇等）原生质膜一种半透性膜，营养物质通过原生质膜上的小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进行扩散。,因此不是细菌取得营养的主要方式,9,10,11,12,13,2.促进扩散（协助扩散、强化扩散、易化扩散）动力是细菌细胞膜两边溶质的浓度差，也不消耗能量，但需要载体蛋白。扩散方式细胞外载体蛋白与营养物质可逆性的结合细胞内载体回到原位循环载体的特性具有特异性（葡萄载体只能载送葡萄糖）,14,通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。一般微生物通过专一的载体蛋白运输相应的物质，但也有微生物对同一物质的运输由一种以上的载体蛋白来完成。,15,16,17,易化扩散,18,3.主动运输是细菌吸收营养物质的主要方式。需要有严格特异性的载体蛋白参与。不受菌体内外物质浓度差的制约在代谢能的推动下低浓度高浓度。主动运输的条件特异性的蛋白载体；代谢能的推动（消耗能量）。,是细菌取得营养的主要方式,19,20,21,22,4.基团转位运输的营养物质在细胞膜上发生了磷酸化进入细胞内参与细菌细胞合成或分解代谢（在运输过程中受到了化学修饰变化）。,条件：细胞膜上有磷酸化酶（需要载体蛋白，需要能量）磷酸化的物质主要是糖（乳糖、葡萄糖、甘露醇、麦芽糖）两个突出特点:(1)转运过程中物质发生了化学变化；(2)主要存在于厌氧菌和兼性厌氧菌中。,23,运送机制:是依靠磷酸转移酶系统,即磷酸烯醇式丙酮酸-己糖磷酸转移酶系统.运送步骤:1.热稳载体蛋白(HPr)的激活细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的磷酸基团把HPr激活。酶1PEP+HPr丙酮酸+P-HPrHPr是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在细胞膜上，具有高能磷酸载体的作用。,24,2、糖被磷酸化后运入膜内膜外环境中的糖先与外膜表面的酶2结合，再被转运到内膜表面。这时，糖被P-HPr上的磷酸激活，并通过酶2的作用将糖-磷酸释放到细胞内。酶2P-HPr+糖糖-P+HPr酶2是一种结合于细胞膜上的蛋白，它对底物具有特异性选择作用，因此细胞膜上可诱导出一系列与底物分子相应的酶2。,25,26,27,四种运输营养物质方式的比较,28,二、生物合成（biosynthesis）,生物合成同其他生物合成多种氨基酸、核苷酸、糖、脂肪酸及其他合成大分子所需物质1.作为鉴别细菌的主要措施对营养物质的要求不同合成途径不同2.细菌生物合成环节可被药物影响（磺胺-叶酸）,29,三、聚合作用（polymerization）,1.细菌DNA的聚合称复制。其复制是从基因组的特定起始部位开始，然后沿染色体DNA的复制叉双相进行，方式是半保留复制。,30,31,32,33,34,35,36,37,2.转录具有两个显著特点细菌由同一个RNA聚合酶催化合成细菌的mRNA、tRNA、rRNA。细菌mRNA不需要通过核膜转运到胞浆，因此不需要聚A帽状结构。3.翻译即蛋白质合成，同真核细胞。,38,四、组装(assembly),自我组装（self-assembly）:自我组装可在体外试管内完成，鞭毛及核糖体即采用此种方式。指导组装（guidedassembly）:细菌表面膜结构则只能依赖指导组装来完成(过程尚不完全清楚，涉及蛋白质的分泌，跨膜运输及载体分子如细菌萜醇等)。杆菌肽或万古霉素可干扰细菌细胞成分组装所需的载体的功能，多黏菌素可影响细胞膜的组装。,39,第二节细菌的生长繁殖,细胞新个体的形成导致细菌的生长繁殖，分别体现在个体和群体两方面。一、细菌个体的生长繁殖细菌以二等分分裂法进行无性繁殖。已知大肠杆菌菌体的分裂过程涉及30多个基因的调控。,40,一个菌体分裂为两个菌体所需的时间称为世代时间。大肠杆菌及许多其他病原菌在适宜的条件下，分裂一次仅需20min，而细菌染色体DNA的复制约需40min。之所以能如此，是因为在上一轮的复制还未完成时，下一轮的细胞分裂已经启动。此外，染色体DNA存在多个复制叉，可使子代的染色体DNA同时开始部分复制。分支杆菌等繁殖较慢，需1824h才分裂一次。,41,42,方式：多数细菌为横分裂式繁殖（12222）。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。,43,速度：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（随着营养物质的消耗和有毒物质的蓄积。繁殖速度逐渐减慢）。,44,二、细菌群体的生长繁殖,细菌群体的生长曲线将一定数量的细菌接种在适宜的液体培养基中，在适宜温度下孵育，每隔一定的时间取样计算，如以时间为横坐标，细菌数的对数为纵坐标，则可绘制出一条曲线，称细菌生长曲线（定量描述等容积液体培养基中微生物群体生长规律的实验曲线，称为生长曲线）。细菌生长曲线由四个时期组成：,45,46,细菌数量生长曲线,为什么细菌数目用对数值作图？细菌的数量很大，都是10的n次方，取对数作图时方便，如010,47,岗前培训,1、适应期（迟缓期）适应新环境,C生长体积增大，代谢活跃。不分裂数量不增加。持续时间26h。为什么会出现迟缓期呢？适应环境（合成相应的酶），营养储备（用于复制合成）,48,根据上述原因选择接种何种状态的细菌迟缓期会较长？对数期的细菌、稳定期或衰亡期、受损细胞、富集培养基的细菌后三种,菌种本身的遗传特性（“共和国卫队常规部队”）和接种数量（“千军万马单枪匹马”）也会影响迟缓期的长短。,49,2、对数期,细菌分裂迅速细菌直线上升，呈对数增加。1个2个4个n代2n个细菌代谢相当活跃毒力最强（致病原因）群体细胞化学成分、形态、生理特征一致约维持68h,50,3、稳定期,细菌繁殖与死亡数目大致相等活菌数不变。细菌总数仍在增加。后期可能出现形态和生理特征的变化。原因营养物质、代谢产物、PH值的改变。死亡原因何在呢？同上哪一个时期细菌染色最佳？对数期和稳定期的前、中期,51,细菌死亡速度超过繁殖速度培养液中活菌数急剧下降，直至全部死亡。有些细菌因环境不适而发生自溶。细菌的形态、生理发生改变染色不典型。原因营养物质大量消耗、代谢产物大量蓄积、PH值的改变。,4、衰退期,52,如果把地球看作是封闭的间歇式培养基，人类看作是细菌，人口若不加控制，必将经历由于资源枯竭，污染物遍地而引发的大灭绝。自救节约、节育防止“营养物消耗过快”，环保防止“有害代谢物毒性抑制”。,人类群体有类似规律吗？,如何给细菌延年益寿呢？,补营养、环保（去除环境毒物）,53,细菌的生长曲线是在体外人工培养条件下观察到的，在动物体内因受诸多因素的制约，未必能出现此种典型的曲线，但对细菌的生长规律的研究及实践有重要的参考价值。,54,第三节细菌的人工培养,用人工方法，提供细菌在动物体内生长繁殖需要的基本条件，达到培养细菌，进行鉴定及进一步利用的目的。因此细菌的人工培养技术是微生物学研究和实践的十分重要的手段。,55,一、细菌的化学组成,56,二、细菌生长的条件,57,细菌的营养需要,根据细菌的化学组成，细菌进行生长繁殖，必须从外界环境中摄取各种营养物质，合成菌体成分。营养物质有水；含碳化合物（碳源）；含氮化合物（氮源）；无机盐；生长因子,58,（1）水分新陈代谢所需媒介,溶剂和运输介质-约占细菌湿重的80，并不是一种营养物质是活C不可缺少的，细菌的新陈代谢必须有水才能进行。维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象参与细胞内许多生化反应。有利于调节细胞温度和保持环境温度稳定。,59,（2）含碳化合物（碳源）,用来合成菌体的成分（多糖、蛋白质、核酸等）;作为能量来源。无机碳化物（自养菌）、有机碳化物（异养菌）多数微生物最好的碳源是葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖和淀粉，其次是有机酸、醇和脂类。有的可利用一种或几种生化试验鉴定细菌（乳糖；大肠杆菌；沙门）。,60,（3）含氮化合物（氮源）,用来合成菌体的各种含氮化合物。（N是构成细菌蛋白质及核酸的要素之一）从分子态的氮到复杂有机含氮化合物（氨基酸、蛋白胨）都可作为细菌的氮源。病原菌多以有机氮作为氮源实验室常用氮源如牛肉膏、蛋白胨、尿素、酵母浸膏等。少数可作为能源物质-不是能量的主要来源,61,（4）无机盐类（矿物质）,生长必须、需量少、但不可缺少、作用大。分常量元素（如P、S）和微量元素（如Fe、Co）构成菌体的成分P是ATP(三磷酸腺苷）、核酸、磷脂和辅酶的重要成分；作用S是含硫氨基酸的成分。酶的成分或维持酶的活性调节渗透压和PH值参与能量传递或提供能源,62,无机盐的生理功能细胞内一般分子成分（P、S、Ca、Mg、Fe等）一般功能渗透压的维持（Na+等）生理调节物质酶的激活剂（Mg2+等）大量元素pH的稳定无化能自养菌的能源（S、Fe2+、NH4+、NO2-等）机特殊功能盐无氧呼吸时的氢受体（NO3-、SO42-等）酶的激活剂（Cu2+、Mn2+、Zn2+等）微量元素特殊分子结构成分（Co、Mo等）,63,（5）生长因子,细菌生长不可缺少的微量有机物质，主要指维生素B族、嘌呤、嘧啶和某些氨基酸等。大多是辅酶或辅基的成分有的可自己合成，有的需外界供给。是某些细菌生长必需，而自身不能合成的物质，如维生素、某些氨基酸、血清、鲜血、酵母浸膏、嘌呤、嘧啶等。如鸭疫里默氏菌培养时需有：X因子（高铁血红素）、V因子（辅酶或），即需用加鲜血制备的巧克力培养基培养。,64,三、细菌的人工培养,用人工的方法，将细菌从自然界、动物体或病料中分离出来，其目的是为了研究细菌的形态、生理特性、生物学特性或制取细菌的某种代谢产物等。这对于传染病的诊断、流行病学调查、菌苗制备、微生物的工业生产都具有重要意义。为此，了解和掌握细菌分离培养的有关基础知识是十分必要的。,65,（一）培养基,培养基（culturemedium）：将细菌所需的各种营养物质按一定比例混合在一起制成的基质。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。培养基制成后，通常都要经灭菌处理。,66,培养基的类型,按物理性状分1、液体培养基含各种营养成分的水溶液常用的是肉汤培养基2、固体培养基液体培养基中加入23琼脂，并加热熔化后冷却凝固而成，制作时趁热定量分装（斜面培养基；高层培养基；平板培养基）。3、半固体培养基液体培养基中加入0.30.5的琼脂分装而成。,67,按用途分,1、基础培养基含有培养一般细菌的最基本成分。多数细菌都可以生长肉汤培养基、普通琼脂培养基、蛋白胨水等。,2、营养培养基,于基础培养基中加入高营养物质（如葡萄糖、血液、血清、腹水、酵母浸膏及生长因子等）以满足营养要求较高的细菌生长需要。如血液琼脂培养基；有的细菌还需加入特殊物质，如结核杆菌需加入鸡蛋清、马铃薯、甘油等才能良好生长,68,69,鲜血琼脂培养基,巧克力琼脂培养基,70,3、选择培养基,利用细菌对某种物质敏感程度的不同，可在培养基中加入抑制某些细菌生长的药物，而选择性地让欲分离的细菌旺盛生长的培养基如胆盐和蔷薇色酸可以选择性地抑制G+菌的生长，而不影响G菌的生长。在培养基中加入二药后可选择性地分离出肠道杆菌。,71,SS培养基,72,4、鉴别培养基利用细菌分解底物及其代谢产物的不同，可在培养基中加入某种物质和指示剂，即制为鉴别培养基，以测定不同细菌的生化反应。,基础培养基特殊物质（分解及代谢产物不同）指示剂便于观察细菌生长后的变化从而鉴定细菌如麦康凯培养基、中国蓝培养基、伊红美蓝培养基、糖培养基（乳糖培养基乳糖指示剂发酵乳糖产酸变色）。,73,麦糠凯培养基,伊红美兰培养基,74,5、厌气培养基将培养基与空气及氧隔离，或降低培养基中的氧化还原电势，供厌氧菌生长,方法：隔绝阻氧法（液体石蜡、凡士林或抽气法）如肝片肉汤培养基、疱肉培养基等。化合去氧法：焦性沒食子酸法共栖培养法等降低培养基中氧化还原电势：如肝汤或加入谷胱甘肽、巯基醋酸盐等,75,厌氧罐,76,制备培养基的基本要求和程序,制备培养基的基本要求1、营养物质2、适宜的PH环境3、均质透明4、容器不应含有任何抑菌和杀菌物质5、彻底灭菌和无菌操作,77,制备培养基的基本程序,78,观察细菌生长情况的时间18-24h1、细菌在液体培养基上的生长情况液体变混浊细菌向各处弥散生长（比重与水同、兼性厌氧）在液体表面形成一层菌膜（比重比水轻、氧）在液面的试管壁一周形成菌环在试管底部形成沉淀如絮状、颗粒状沉淀（比重比水大、厌氧）,清朗液体发生变化,细菌在培养基上的生长情况,生长特征,79,80,2.半固体培养基生长情况,特征沿穿刺线扩散呈放射状（羽毛状、云雾状）生长细菌能运动有鞭毛沿穿刺线生长细菌不能运动无鞭毛半固体培养基的用途检查细菌的运动力有无鞭毛常用于保存菌种,81,82,有运动性,无运动性,83,3.在固体培养基上的生长情况（平板培养基）,菌落单个细菌固定在一处大量繁殖，形成肉眼可见的堆积物（集落）。菌苔许多菌落融合成一片，称菌苔。纯培养挑出一个菌落，移种到另一培养基中，长出的细菌均为纯种，这种方法称纯培养。培养物某一细菌在培养基中的生长物称之。用途：细菌分离、纯化、鉴定、药敏试验等,84,菌落特征,85,菌落特征,菌落,菌落,菌苔,菌落,86,细菌在固体培养基中的生长情况,87,88,意义:菌落的形态特征可帮助鉴定细菌各种细菌菌落的大小、形态、边缘、透明度、隆起度、硬度、湿润度、表面光滑或粗糙、有无光泽、颜色等，及在血平板上的溶血现象（溶血、溶血），随菌种不同而各异鉴定细菌。,89,细菌人工培养的实际意义是生物学检查的基本技术有广泛的使用价值,1、能帮助进行传染病的诊断和治疗诊断分离培养致病菌鉴定细菌确诊治疗药敏试验选敏感药物2、生物制品的制备菌苗、类毒素、抗毒素的制备先通过纯种细菌的大量培养制造。用于优良菌种的筛选人工培养筛选优良菌种（发酵饲料；畜产品加工酸奶、奶酪等）,90,（二）温度：,细菌生长的最适温度随菌种不同而异，一般病原菌要求与体温相同，如牛羊病原菌需37，鱼类病原菌则要求22。,91,生长温度三基点:最低、最适、最高生长温度；最适温度：代时最短，生长速率最高时的培养温度，温度对生长影响的表现：影响酶活性（酶促反应速率细胞物质合成）影响细胞质膜的流动性（营养物质吸收与代谢产物分泌）影响物质的溶解度。,92,93,PH对细菌发育影响很大，大多数病原菌最适酸碱度为PH7.2-7.6，少数细菌可在特殊PH条件下生长，如霍乱弧菌在PH6.4-9.6时均能生长（最适为7.8-8.0），乳酸杆菌在PH3.4-4.5时可生长，霉菌则在PH3.0-6,0生长良好（许多细菌在生长过程中能使培养基变酸或变碱，所以往往需要在培养基中加入一定的缓冲剂。）。pH值三基点：最低、最适、最高,（三）酸碱度（PH）：,94,（1）专性需氧菌呼吸时必须有充足的氧（必须在有氧的条件下才能生长）。有完善的呼吸酶系统如C色素酶、C色素氧化酶。特点O2为受氢体。O2+HH2O；如结核杆菌。（细菌在需氧脱氢酶作用下生成H2O2对细菌有害，需氧菌含过氧化氢酶或过氧化物酶，可将H2O2分解成H2O和O2而解除毒害得以生长；H2O2过氧化氢酶H2OO2；H2O2+AH2过氧化物酶2H2O）,（四）气体：O2、CO2、N2,95,（2）专性厌氧菌呼吸时不宜有O2（必须在无氧的条件下才能生长）特点没有完善的呼吸酶系统无C色素酶和C色素氧化酶，不能分解过氧化氢和过氧化物，此二种物质的产生是在有氧的环境中生物氧化后形成的对细菌有害。还原物为受氢体不能氧化氧化还原势能（Eh）高的营养物质来获能。,96,厌氧菌的人工培养：降低氧化还原势能（谷胱甘肽）方法：培养物中加入还原物，如肉渣、肝片、巯基乙酸钠在培养基液面加盖液体或固体石蜡以隔绝空气,（3）兼性厌氧菌有更复杂的酶系统，有氧无氧均能生长（有氧条件下生长更好），大多数细菌属于此类型。（4）微需氧菌：呼吸时需要低浓度的氧（牛布氏杆菌）,97,各型细菌呼吸特点,专性需氧菌：需充足O2，生长于表面。微需氧菌：需低浓度O2，生长于表面以下数mm处。兼性厌氧菌：生长于整个培养基中。厌氧菌和专性厌氧菌：生长于培养基底部。,98,细菌只有在等渗环境中才能生存。若环境渗透压过高，则菌体被脱水造成质壁分离；若环境渗透压过低，则细菌臌胀破裂。,（五）渗透压：,99,人工培养细菌的用途,100,第四节细菌生化反应,细菌在代谢过程中，不断的摄取、氧化、分解营养物质，以便吸收合成自身的成分（同化）蛋白质、核酸、脂类、多糖等；同时其体内成分也不断分解（异化），因而产生各种代谢产物。对人有益的发酵工业产品对人畜有害的外毒素鉴定细菌的依据生化试验,101,一、分解代谢产物,1.糖的分解产物大多数细菌糖类丙酮酸气体（需氧菌CO2、H2O等）、酸类、醇类和酮类等（厌氧菌）。不同的细菌有不同的酶，对糖的分解能力也不同（不分解；分解产酸；产酸产气）糖发酵试验鉴定细菌：维-培（V-P）试验、甲基红试验（M.R）、柠檬酸盐利用试验。,102,氧化发酵（O/F）试验,不同的细菌对不同糖的分解能力及代谢产物也不同（不分解；分解产酸；产酸产气）有氧条件下称氧化，无氧条件下称发酵试验时同一细菌接种相同糖培养基一式两管,103,产酸产气产酸不产气阴性,不同菌对不同糖的利用情况不同：分解某糖产酸分解某糖产酸产气不能利用某糖,104,甲基红试验（MR）：,葡萄糖丙酮酸乙酰甲基甲醇（酸类减少）.甲基红-阴性（呈橘红色）如产气肠杆菌:葡萄糖丙酮酸PH.甲基红+阳性（红色）如大肠杆菌:,105,VP试验,葡萄糖丙酮酸乙酰甲基甲醇在碱性溶液中被空气中的分子氧氧化二乙酰二乙酰胍基化合物（培养基中）结合红色化合物(阳性)如：产气杆菌（）葡萄糖丙酮酸-(阴性)如：大肠杆菌（）,106,枸橼酸盐利用试验：,能利用枸橼酸盐作为唯一碳源的细菌如产气杆菌，分解枸橼酸盐生成碳酸盐，同时分解培养基的铵盐生成氨，由此使培养基变为碱性，使指示剂溴麝香草酚蓝（BTB）由淡绿转为深蓝，此为枸橼酸盐利用试验阳性。产气杆菌（）；大肠杆菌（）,107,2.蛋白质的分解产物不同细菌分解蛋白质、氨基酸的能力不同。,分解含硫氨基酸硫化氢硫化氢试验分解色氨酸吲哚（靛基质）靛基质试验有明胶（凝胶蛋白）酶液化明胶设计明胶液化试验细菌鉴定有尿素酶分解尿素氨尿素分解试验硝酸盐还原亚硝酸盐硝酸盐还原试验,108,蛋白质代谢测定,H2S试验：含S氨基酸菌-产生H2S与培养基中醋酸铅或硫酸亚铁结合，生成黑色的硫化铅（PbS）或硫化亚铁。,109,H2S试验,110,蛋白质代谢测定,吲哚试验（靛基质试验）：色氨酸细菌吲哚吲哚对二甲基苯甲醛（培养基）玫瑰吲哚（红色）,111,蛋白质代谢测定,脲酶试验：分解培养基中的尿素氨碱性酚红指示剂出现阳性,112,蛋白质代谢测定,氧化酶试验：细菌氧化酶（细胞色素氧化酶、细胞色素氧化酶C、呼吸酶）在有分子氧或细胞色素C存在时，可氧化对二苯二氨紫色触酶试验：触酶（接触酶、氧化酶）滴加过氧化氢出现气泡（H2O2H2OO2）,113,蛋白质代谢测定,明胶试验：明胶细菌液化紫乳试验：酪蛋白细菌胨化,114,靛基质M.RV-P枸橼酸盐大肠杆菌+-产气杆菌-+,大肠杆菌,产气杆菌,IMViC试验:,115,二、合成代谢产物新陈代谢合成菌体成分糖类、脂类、核酸、蛋白质和酶类等。还有一些与人类生产实践有关的代谢产物,（1）热原质多数G菌（大肠杆菌、绿脓杆菌）和少数G菌（枯草杆菌）合成脂多糖物质注入人、畜体内能引起发热反应故称热原质。性质：耐高温高压蒸汽灭菌不被破坏。作用：引起热反应。除去方法制药工业（用吸附剂；特制石棉滤板）,116,（2）毒素合成产物（有内毒素和外毒素两种）与细菌的毒力有关。外毒素蛋白质菌体外毒力很强（G）内毒素脂多糖G菌C壁中菌体崩解后释放出来毒力较弱。（3）抗生素合成产物（主要由放线菌和真菌产生，细菌产很少）作用抑制和杀灭某些生物细胞（微生物；肿瘤细胞等）（4）细菌素某些细菌菌株产生的一类具有抗菌作用的蛋白质。作用与抗生素不同（作用范围狭窄；仅对近缘关系的细菌有作用）目前发现的有大肠菌素、绿脓菌素、弧菌素和葡萄球菌素等。,117,维生素自行合成的生长因子（供自身生长繁殖需要。分泌到菌体外供畜禽利用肠道中的VB和VK）酶类代谢合成产物，满足自身代谢需要。另外还有具有侵袭力的酶类，与细菌的毒力有关透明质酸酶、血浆凝固酶等（胞外酶）。色素某些细菌（在氧气充足、温度适宜、营养充足、PH值）产生的与光合作用无关的色素（各种颜色）；颜色颜色不一水溶性的使培养基着色绿脓杆菌色素脂溶性的在菌体C内菌落显色金黄色葡萄球菌色素作用对细菌的鉴定有意义。,118,119,细菌的代谢产物小结,分解代谢产物各种细菌因含有不同的酶系统，对营养物质的分解能力不同，代谢产物也不同。据此设计的用于鉴定细菌的试验，称细菌的生化试验。,合成代谢产物维生素抗生素细菌素热原质毒素和侵袭性酶色素,120,第五节细菌群落生长的调控,生活在自然界中的细菌并非以游离的单个菌体形式存在，而是以群落(community)的形式出现，此种群落的主要表现形式之一为生物被膜(biofilm)。生物被膜：是一群附着在动物皮肤、呼吸道、消化道或生殖道黏膜表面或无生命的物体如塑料导管、水流中的岩石等表面的微生物，通常是某种或数种细菌的多个菌体，被该菌所产生的多糖等代谢产物所覆盖包埋，形成膜样物质。,121,一、生物被膜的特性,1.增强抵抗力：生物被膜中的细菌由于被多糖等物质包埋而受到保护，对外环境的抵抗力及对抗生素的抗性均较同种游离的单个菌体强，影响抗生素的疗效和灭菌效果。2.致病菌株可形成生物被膜：研究表明致病菌株可形成生物被膜，而非致病株不形成。3.生物被膜的形成受细菌的密度感应系统调控。,122,二、细菌的密度感应系统,细菌的密度感应(quorumsensing，QS)系统：是一种使细菌以多细胞的形式发挥功能的机制，其本质是细胞间的信息交流。细菌在生长过程中可产生和检测周围环境中信号分子，亦称信息素(pheromones)或自身诱导素(autoinducer)，通过这些信号分子感知环境中自身的数量，并据此调节自身基因的表达，进而产生特定的行为，如生物发光、控制毒力因子的分泌、生物被膜或芽胞的形成等。,123,大多数革兰阴性菌的信号分子是酰化高丝氨酸内酯化合物(acylatedhomoserinelactone，AHL)，有着相似的调节机制。革兰阳性细菌的信号分子是寡肽类。铜绿假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa)的QS系统控制着一系列毒力因子的产生和生物被膜的形成，破坏其QS系统可以减弱该菌的毒力和抑制生物被膜的形成。,124,细菌的QS系统与细菌的致病性和感染密切相关，,通过抑制信号分子等的研究，可探讨治疗感染的新途径。合成信号分子类似物与调节蛋白结合，以抑制其活性，使得毒力基因不能表达；或合成能降解信号分子的酶，从而降解信号分子或通过抑制信号分子合成途径的某些环节，干扰信号分子的合成。,125,第6节细菌的生态,在正常动物的体表或体内腔道的微生物构成正常微生物群(normalmicrobiota)或正常菌群(normalbacterialflora)。正常菌群的存在保持了机体的微生态学平衡，同时维持了宿主的健康状态。,126,一、微生物种群间的相互关系,不同微生物种群间的相互关系可分为互生、共生、拮抗及寄生4种，是根据在同一环境中相互间受益还是受害而人为划分的，许多微生物间的相互关系颇为复杂，况且环境因素的改变也可影响和改变原有的关系。,127,互生（synergism）指两种或两种以上微生物共同生存时，可互相受益。互生双方在自然界均可单独存，在共生时又可使对方受益。互生双方可为对方提供营养物质和生长因子，或生存条件。动物肠道正常菌群与宿主的关系，主要是互生关系。,128,共生（symbiosis）两种或多种微生物共同生活在一起，彼此互利，以至分离后单独不能很好地生活。如反刍兽与其瘤胃中的微生物是共生的又一范例，前者为后者提供合适的生存条件，后者则将纤维素分解为反刍兽可吸收的营养物质。,129,拮抗(antagonism)两种或两种以上微生物共同生长时，使双方或一方受害的现象。双方受害叫竞争，一方受害叫偏生(amensalism)。如某些放线菌、真菌等产生抗生素，能抑制或杀死其他微生物(如细菌)。,130,寄生(parasitism)是一种小型生物生活在另一种较大型生物的体内或体表，从中获取营养生长繁殖并使后者蒙受伤害甚至被杀死的现象。前者称为寄生物，后者称作寄主或宿主。寄生又可分为细胞内寄生和细胞外寄生或专性寄生和兼性寄生。如噬菌体寄生于细菌是专性细胞内寄生，可对寄主产生裂解作用；寄生物与宿主的关系是特异的，这种特异性是由宿主表面与寄生物相适应的受体所决定的。,131,132,二、动物的正常菌群,胎儿出生前是无菌的，出生后暴露于外环境的部位，就变为有菌了。初生幼畜的消化道也是无菌的，数小时后随着吮乳、采食等过程，在整个消化道即出现了细菌，但不同部位其细菌种类和数量有很大差异。,133,口腔细菌较多，有葡萄球菌、链球菌、乳杆菌、棒状杆菌、螺旋体等;食道细菌极少;胃内因受胃酸的限制细菌极少，除乳杆菌、幽门螺杆菌和胃八叠球菌等少量耐酸的细菌外，一般无其他类群的细菌。反刍动物前胃没有消化腺，主要靠微生物的发酵作用消化食物，故存在着大量细菌，其中瘤胃中的微生物更具代表性。瘤胃中的细菌据报道有29个属69个种，大多数为无芽胞的厌氧菌，也存在一些兼性厌氧菌。在小肠部位，由于受各种消化液的杀菌作用，细菌较少，特别是在十二指肠受胆汁的作用细菌极少;,134,进入大肠后，由于消化液的杀菌作用减弱或消失和大量残余食物的滞留，营养丰富，条件适宜，故菌数显著增加，大多数为定殖在肠道的土著菌。大约有100种以上的细菌，其总数为每克肠内容物含1091010cfu以上，主要是厌氧菌，如双歧杆菌、拟杆菌及真杆菌等，占总数的90%99%;其次才是肠球菌、大肠杆菌、乳杆菌、棒状杆菌、葡萄球菌等其他细菌及酵母菌，大肠杆菌并非是大肠内的优势菌。肾脏、输尿管、睾丸、卵巢、子宫以及输精管、输卵管在正常情况下一般是无菌的，仅在泌尿生殖道口才有细菌。阴道中主要是乳杆菌，其次是葡萄球菌、链球菌、大肠杆菌和抗酸性细菌等，一部分还可检出支原体;尿道中可以检出葡萄球菌、棒状杆菌等，偶尔也可发现肠球菌和支原体;尿道口常栖居一些革兰阴性或阳性球菌，以及若干不知名的杆菌。,135,三、正常菌群与其宿主的相互关系,广义而言，正常菌群与其宿主之间形成一个共生关系，具体表现在营养、免疫和生物拮抗3个方面。,136,营养,消化道正常菌群不仅从宿主消化道获取营养，同时通过帮助消化、合成维生素等对宿主起营养作用。胃肠道的细菌参与营养物质的消化纤维素微生物纤维素酶的作用分解成挥发性脂肪酸蛋白质微生物消化酶的作用降解，机体的吸收肠道细菌能利用非蛋白氮化合物合成蛋白质，有的能合成B族维生素和维生素K，并参与脂肪的代谢。消化道中的正常菌群有助于破坏某些有害物质并阻止其吸收。,137,免疫,正常菌群对其宿主的体液免疫、细胞免疫和局部免疫均有一定的影响，尤其是对局部免疫影响更大-无菌动物的脾脏不发达，浆细胞减少，免疫球蛋白水平低。动物的肠道、呼吸道、泌尿生殖道等黏膜的固有层中有广泛散在的淋巴细胞，这些淋巴细胞可在原籍菌的剌激下转化为浆细胞，产生IgA，当IgA通过黏膜上皮细胞到黏膜表面时成为分泌型IgA，具有很强的抵抗感染能力。IgA可以控制外籍菌的活动，保护原籍菌，而原籍菌可以保护分泌型IgA免受降解。原籍菌与外籍菌都能剌激淋巴细胞产生IgA，但IgA只抑制外籍菌，不抑制原籍菌，其机理还不清楚。,138,宿主对原籍菌和外籍菌的免疫反应有一定区别,宿主对原籍菌反应很低，一般不引起宿主产生抗体或即使产生也是低水平；对外籍菌的反应很强，侵入动物体内的外籍菌很易引起其宿主产生抗体和致敏的免疫活性细胞。,139,益生菌与益生元：某些细菌或真菌有利于宿主胃肠道微生物区系的平衡，能抑制对宿主有害的微生物的生长，这些微生物的制剂称之为益生菌或益生素(probiotics)。饲料或食品中的某些寡糖，如果寡糖(FOS)等成分，不被宿主消化吸收，但能选择性地剌激宿主消化道有益微生物或饲喂的益生菌的生长，对宿主产生有益作用，此类成分叫益生元或益生素元(prebiotics)。益生菌及益生元亦可联合使用，二者对动物具有一定的保健作用。,140,生物拮抗,正常菌群对包括致病菌在内的外籍菌入侵动物体有一定程度的拮抗作用。给小鼠喂服肠炎沙门菌，肠菌群正常，小鼠无发病和死亡；若先服用链霉素与红霉素，则动物全部死亡。生物拮抗作用的原因是由于厌氧菌、细菌素及与免疫相结合的复杂作用以及特殊的生物物理与生物化学环境。,141,菌群失调：如宿主患病、外科手术、环境改变或滥用抗菌药物等，宿主机体某个部位的正常菌群中微生物种类、数量和栖居处将会发生改变，即称为菌群失调。如肠道正常菌群中非致病性大肠杆菌占一定比例，它们能分泌大肠菌素，能抑制致病性大肠杆菌和其他肠道致病菌生长。当长期连续或短期大量口服大肠杆菌敏感的抗菌药物，则使肠道微生物菌群的生态平衡破坏，那些对抗菌药物不敏感的致病性大肠杆菌或其他肠道致病菌借机大量增殖，从而成为新的优势菌，往往引起肠道疾病，这一过程称为菌群失调症。因此，在应用抗菌药物治疗疾病过程中，要注意观察菌群的变化，以防止菌群失调症的发生。,142,四、悉生动物,悉