第三章细菌的增殖与代谢

1、 第第3 3章章 细菌的生长繁殖与代谢细菌的生长繁殖与代谢( replication and metabolism of bacteria )克热木江克热木江微生物学教研室微生物学教研室 学习目标学习目标 熟悉细菌生长繁殖的条件、繁殖方式及速度。熟悉细菌生长繁殖的条件、繁殖方式及速度。 熟悉细菌在培养基中的生长现象及意义。熟悉细菌在培养基中的生长现象及意义。 掌握细菌的代谢产物及意义。掌握细菌的代谢产物及意义。1水分水分（water)：占：占70%90%，良好的溶剂。，良好的溶剂。2碳源（碳源（carbon source）：既是组成成分，又是能量来源，糖类为）：既是组成成分，又是能量来源，糖类

2、为主要主要碳源。碳源。3氮源（氮源（nitrogen source）：是组成细菌蛋白质、酶和核酸的成分）：是组成细菌蛋白质、酶和核酸的成分。各种氨基酸、蛋白质等有机物作为细菌的氮源。有些细菌还能。各种氨基酸、蛋白质等有机物作为细菌的氮源。有些细菌还能利用无机氮源，如铵盐、硝酸盐等。利用无机氮源，如铵盐、硝酸盐等。4无机盐类：细菌所需无机盐包括磷、硫、镁、铁、钾、钠、钙、无机盐类：细菌所需无机盐包括磷、硫、镁、铁、钾、钠、钙、氯、锰、锌、钴、铜等。其中磷、硫、镁、钾、钠、铁需要量较氯、锰、锌、钴、铜等。其中磷、硫、镁、钾、钠、铁需要量较多，其他只需微量。多，其他只需微量。5生长因子：生长因子是某

3、些细菌生长所必需而其自身又不能合成生长因子：生长因子是某些细菌生长所必需而其自身又不能合成的一类营养物质，包括维生素、嘌呤的一类营养物质，包括维生素、嘌呤(purine)和嘧啶和嘧啶(pyrimidine)等。等。第第1节节 细菌的生长与繁殖细菌的生长与繁殖一、一、细菌生长繁殖的条件细菌生长繁殖的条件营养物质营养物质酸碱度酸碱度大多数细菌最适宜的酸碱度为大多数细菌最适宜的酸碱度为ph7.27.6。个别细菌如霍乱。个别细菌如霍乱弧菌弧菌最适合最适合ph为为8.49.2，结核杆菌，结核杆菌则则6.56.8。温度温度大多数病原菌的最适宜生长温度为大多数病原菌的最适宜生长温度为37，与人体温度相当。，

4、与人体温度相当。气体气体不同细菌对气体的要求不同。根据细菌生长时对氧气的需求不同，将细不同细菌对气体的要求不同。根据细菌生长时对氧气的需求不同，将细菌分为以下三类。菌分为以下三类。u 专性需氧菌专性需氧菌（aerobic)：具有较完善的呼吸酶系统，需要分子氧作为：具有较完善的呼吸酶系统，需要分子氧作为受氢体，只能在有氧的情况下生长繁殖，如结核杆菌。受氢体，只能在有氧的情况下生长繁殖，如结核杆菌。u 微需氧菌微需氧菌(micro aerobic)：在低氧环境（：在低氧环境（5%6%）中生长最好，氧）中生长最好，氧浓度为大于浓度为大于10%时生长不好，如空场弯曲菌（时生长不好，如空场弯曲菌（com

5、pylobacteria）。）。u 兼性厌氧菌兼性厌氧菌(facultative anaerobe)：有氧和无氧环境中都能生长，大：有氧和无氧环境中都能生长，大多数病原菌属于此类。多数病原菌属于此类。u 专性厌氧菌专性厌氧菌(obligate anaerobe)：只能在无氧环境中才能生长，如破：只能在无氧环境中才能生长，如破伤风梭菌、脑膜炎奈瑟菌。伤风梭菌、脑膜炎奈瑟菌。二、细菌的繁殖方式与速度二、细菌的繁殖方式与速度细菌个体的生长繁殖细菌个体的生长繁殖细菌以简单的二分裂法繁殖。细菌每分裂一次叫做一代。细菌以简单的二分裂法繁殖。细菌每分裂一次叫做一代。细菌在营养物质充足、其他生长繁殖条件适宜的

6、情况下，细菌在营养物质充足、其他生长繁殖条件适宜的情况下，其繁殖速度是相当快的。大多数细菌每分裂一次仅需其繁殖速度是相当快的。大多数细菌每分裂一次仅需2030min；少数细菌繁殖较慢，如结核杆菌约；少数细菌繁殖较慢，如结核杆菌约1820h分裂一分裂一次。次。细菌群体的生长繁殖细菌群体的生长繁殖细菌生长速度快，如按细菌生长速度快，如按20分钟分裂一代计算，一个细菌分钟分裂一代计算，一个细菌10小时后可小时后可繁殖为繁殖为10亿以上。但实际上由于营养物质逐渐消耗、有害物质逐渐亿以上。但实际上由于营养物质逐渐消耗、有害物质逐渐堆积，细菌不可能这样持续繁殖下去，经过一段时间其繁殖速度变堆积，细菌不可能

7、这样持续繁殖下去，经过一段时间其繁殖速度变慢甚至凋亡。慢甚至凋亡。以培养时间为横坐标，培养基中活菌数的对数为纵坐标，可绘制出以培养时间为横坐标，培养基中活菌数的对数为纵坐标，可绘制出一条生长曲线。一条生长曲线。图：细菌的生长曲线细菌群体生长繁各期细菌群体生长繁各期 一般为一般为1 14h4h，细菌繁殖极少细菌繁殖极少, , 生长曲线平缓生长曲线平缓稳定稳定迟缓期迟缓期 细菌大量分裂，细菌大量分裂，以几何级数增以几何级数增长长。对数期对数期 细菌总数处于细菌总数处于稳定阶段。芽稳定阶段。芽孢一般在此时孢一般在此时形成形成. .稳定期稳定期 细菌繁殖越来细菌繁殖越来越慢，死亡菌越慢，死亡菌数明显增

8、多数明显增多. .衰退期衰退期第第 2节节 细菌的代谢产物细菌的代谢产物一、分解代谢产物及生化反应一、分解代谢产物及生化反应不同细菌所具有的酶不完全相同，对营养物质的分解能力也不同细菌所具有的酶不完全相同，对营养物质的分解能力也不同，因此产生的代谢产物也不同，据此可鉴别细菌。不同，因此产生的代谢产物也不同，据此可鉴别细菌。u 生化反应试验生化反应试验：用生化的方法来检测细菌对各种物质的代：用生化的方法来检测细菌对各种物质的代谢作用及代谢产物，借以鉴别细菌种类，这种生化试验称谢作用及代谢产物，借以鉴别细菌种类，这种生化试验称为细菌的生化反应试验。为细菌的生化反应试验。1 糖类发酵试验糖类发酵试验

9、2 vp试验试验3 甲基红试验甲基红试验4 枸橼酸盐枸橼酸盐(citrtate)利用试验利用试验5 吲哚吲哚(indole)试验试验6 硫化氢试验硫化氢试验常见的生化反应试验常见的生化反应试验肠道致病菌肠道致病菌 不分解乳糖，不产酸，不分解乳糖，不产酸， 不产气；不产气；大肠杆菌大肠杆菌 分解乳糖，产酸，产气。分解乳糖，产酸，产气。 产气杆菌产气杆菌 分解丙酮酸（分解丙酮酸（pyruvic acidpyruvic acid），甲基红），甲基红指示剂呈指示剂呈桔黄色桔黄色。大肠杆菌大肠杆菌 不能分解丙酮酸，甲基红指示剂呈不能分解丙酮酸，甲基红指示剂呈红色红色。糖发酵试验糖发酵试验甲基红试验甲基红

10、试验产气杆菌产气杆菌 使丙酮酸脱羧形成二乙酰使丙酮酸脱羧形成二乙酰（diacetyl），），它与胍基化合物反它与胍基化合物反应，生成应，生成红色红色化合物。化合物。大肠杆菌大肠杆菌 不能使丙酮酸脱羧形成二乙酰，不产生任何颜色。不能使丙酮酸脱羧形成二乙酰，不产生任何颜色。产气杆菌产气杆菌 在含在含铵盐铵盐和和枸橼酸枸橼酸（citrate acidcitrate acid）的中性培养基培养时，的中性培养基培养时， 使使培养基变为碱性，培养基中指示剂溴麝香草酚蓝培养基变为碱性，培养基中指示剂溴麝香草酚蓝（bromothymol bluebromothymol blue）由由浅绿色变为深蓝色。浅绿色变

11、为深蓝色。大肠杆菌大肠杆菌 因不能利用枸橼酸盐，为阴性。因不能利用枸橼酸盐，为阴性。vp试验试验枸橼酸盐利用试验枸橼酸盐利用试验vp试验试验吲哚试验吲哚试验糖发酵试验糖发酵试验大肠杆菌阴性，产气杆菌阳性（红色管）大肠杆菌阴性，产气杆菌阳性（红色管）大肠杆菌阳性（红色管），产气杆菌阴性。大肠杆菌阳性（红色管），产气杆菌阴性。大肠杆菌阳性（产酸产气），伤寒杆菌阴性。大肠杆菌阳性（产酸产气），伤寒杆菌阴性。大肠杆菌阳性（红色管），产气杆菌阴性大肠杆菌阳性（红色管），产气杆菌阴性甲基红实验甲基红实验副甲型伤寒杆菌阴性，副乙型伤寒杆菌阳性（穿刺生长线是黑色的）副甲型伤寒杆菌阴性，副乙型伤寒杆菌阳性（穿刺

12、生长线是黑色的）硫化氢实验：硫化氢实验：二、合成代谢产物及医学意义二、合成代谢产物及医学意义热原质热原质许多菌能产生一种多糖，将它注入人体或动物体内可引起发热反应，许多菌能产生一种多糖，将它注入人体或动物体内可引起发热反应，称为称为热原质热原质（pyrogen）。热原质耐高温，不被高压灭菌法所破坏。因此。热原质耐高温，不被高压灭菌法所破坏。因此，在生物制品或注射用制剂的生产中，在生物制品或注射用制剂的生产中，必须必须用无热原质的水。用无热原质的水。毒素及侵袭性酶毒素及侵袭性酶u病原性细菌能合成对人和动物有毒性的物质，称为病原性细菌能合成对人和动物有毒性的物质，称为毒素毒素（toxin）。g-菌

13、细胞壁的脂多糖，除致热外，还有许多毒性作用，当菌体裂解后菌细胞壁的脂多糖，除致热外，还有许多毒性作用，当菌体裂解后才释放出来，故称才释放出来，故称内毒素内毒素（endotoxin）。）。g+菌和少数菌和少数g-菌在代谢过菌在代谢过程中可分泌出有毒性作用的蛋白质，称为程中可分泌出有毒性作用的蛋白质，称为外毒素外毒素（exotoxin）。u某些细菌还能产生对人体有损伤作用的侵袭性酶。某些细菌还能产生对人体有损伤作用的侵袭性酶。如链球菌的透明如链球菌的透明质酸酶质酸酶（hyaluronidase）。水溶性色素水溶性色素 如绿脓杆菌可产生绿脓色素，使培养基和脓汁如绿脓杆菌可产生绿脓色素，使培养基和脓汁

14、呈绿色。呈绿色。脂溶性色素脂溶性色素 如金黄色葡萄球菌合成的金黄色素。如金黄色葡萄球菌合成的金黄色素。由由放线菌放线菌（actinomycetes）、真菌和少数细菌产生、真菌和少数细菌产生产生，如青霉菌产生，如青霉菌（penicillium）产生的青霉素。抗生素有抑菌、杀菌或杀肿瘤细胞产生的青霉素。抗生素有抑菌、杀菌或杀肿瘤细胞作用。作用。色素色素抗生素抗生素细菌素细菌素是某些细菌菌株产生的一类具有抗菌作用的蛋白质或蛋白质与脂多糖是某些细菌菌株产生的一类具有抗菌作用的蛋白质或蛋白质与脂多糖的复合物。细菌素不同于抗生素，其作用范围较窄，仅能对一些与其的复合物。细菌素不同于抗生素，其作用范围较窄，

15、仅能对一些与其产生菌密切相关的细菌才有作用。如大肠杆菌素只作用于同种或遗传产生菌密切相关的细菌才有作用。如大肠杆菌素只作用于同种或遗传学上相近种的菌株。学上相近种的菌株。细菌能合成某些维生素，除供自身外，还分泌到周围环境中。如大肠细菌能合成某些维生素，除供自身外，还分泌到周围环境中。如大肠杆菌合成的维生素杆菌合成的维生素b b族和维生素族和维生素k k被人体吸收利用。被人体吸收利用。维生素维生素第第3节节 细菌的人工培养细菌的人工培养 细菌的培养条件细菌的培养条件 选用适当的培养基。选用适当的培养基。 提供必需的气体环境。提供必需的气体环境。 温度一般为温度一般为3737 c c。 培养时间多

16、为培养时间多为18182424小时。小时。 为获得大量细菌或其产物，可连续培养。为获得大量细菌或其产物，可连续培养。一、培养基一、培养基基础培养基：基础培养基：含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基基。如牛肉膏蛋白胨培养基。如牛肉膏蛋白胨培养基。营养培养基：营养培养基：基础培养基加其他营养物质，如血液、血清等。基础培养基加其他营养物质，如血液、血清等。一般一般用来培养营养要求比较苛刻的异养型微生物用来培养营养要求比较苛刻的异养型微生物。培养百日咳菌需要含培养百日咳菌需要含有血液的有血液的营养营养培养基培养基。鉴别培养基：鉴别培养基：用于鉴

17、别不同类型微生物的培养基用于鉴别不同类型微生物的培养基。在培养基中加入在培养基中加入某种特殊化学物质，某种微生物在培养基中生长后能产生某种代谢某种特殊化学物质，某种微生物在培养基中生长后能产生某种代谢产物，而这种代谢产物可以与培养基中的特殊化学物质发生特定的产物，而这种代谢产物可以与培养基中的特殊化学物质发生特定的化学反应，产生明显的特征性变化，根据这种特征性变化，可将该化学反应，产生明显的特征性变化，根据这种特征性变化，可将该种微生物与其他微生物区分开来种微生物与其他微生物区分开来。如大肠杆菌分解乳糖，呈紫黑色如大肠杆菌分解乳糖，呈紫黑色菌落。菌落。常用培养基常用培养基 选择培养基选择培养基

18、: :用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基。根据不同种类微生物的特殊营养体中分离出来的培养基。根据不同种类微生物的特殊营养需求或对某种化学物质的敏感性不同，在培养基中加入相需求或对某种化学物质的敏感性不同，在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的生应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的生长，有利于所需微生物的生长长，有利于所需微生物的生长。如。如利用以纤维素或石蜡油利用以纤维素或石蜡油paroline作为唯一碳源的选择培养基，可以从混杂的微生作为唯一碳源的选择培养基，可以从混杂的微生物群体中分离出能分

19、解纤维素或石蜡油的微生物物群体中分离出能分解纤维素或石蜡油的微生物 厌氧培养基厌氧培养基: :是专供厌氧菌的分离、培养和鉴别的培养基。是专供厌氧菌的分离、培养和鉴别的培养基。这种培养基营养丰富，含有特殊的生长因子。这种培养基营养丰富，含有特殊的生长因子。如如硫乙醇酸硫乙醇酸盐盐sulphur glycollate培养基培养基。培养基上需加入凡士林。培养基上需加入凡士林。n 按物理形态分：按物理形态分： 液体培养基液体培养基 半固体培养基半固体培养基 固体培养基固体培养基二、二、细菌在培养基中的生长现象细菌在培养基中的生长现象 混浊生长；混浊生长； 沉淀生长，如链球菌；沉淀生长，如链球菌； 菌膜生长，如枯草杆菌菌膜生长，如枯草杆菌bacillus subtilis，结核杆菌，结核杆菌把细菌划线接种于固体培养基表面，则细菌可因划线而分散，经一把细菌划线接种于固体培养基表面，则细菌可因划线而分散，经一定时间繁殖后，可在培养基表面出现肉眼可见的孤立的细菌集团。定时间繁殖后，可在培养基表面出现肉眼可见的孤立的细菌集团。称为称为菌落菌落（colonycolony）。每一菌落通常是由一个细菌不断分裂增殖堆积。每一菌落通常是由一个细菌不断分裂增殖堆积而成的细菌纯种。各种细菌菌落的形态、大小、色泽、表面光滑或而成的细菌纯种。各种细菌菌落的形态、大小、色泽、表面光滑