细菌的生理和遗传变异课件

细菌的生理

与

遗传变异

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。第一节细菌的理化性状第二节细菌的生长繁殖与培养第三节细菌的代谢产物第四节细菌的遗传与变异第一节细菌的理化性状细菌的化学组成：水、无机盐、蛋白质、糖类、脂质和核酸等。细菌的物理性状：

光学性质——细菌为半透明体。表面积——细菌体积微小，相对表面积大。带电现象——均带负电。其带电现象与染色反应、凝集反应、抑菌和杀菌作用等密切相关。半透性——细菌的细胞壁和细胞膜都有半透性。渗透压——菌体内为高渗透压。第二节细菌的生长繁殖与培养一、细菌的生长繁殖的的条件1.营养物质：（1）水：70-90％（2）无机盐：如Nacl（3）碳源如糖类（4）氮源如蛋白胨、氨基酸（5）生长因子:维生素、嘌呤、嘧啶、氨基酸2.酸碱度：PH值7.2～7.63.温度：37℃4.气体环境：氧气、二氧化碳根据细菌对氧的需要情况分为：需氧菌（aerobe）:必须在有氧的环境中才能生长繁殖。如结核分枝杆菌厌氧菌（anaerobe）:缺乏呼吸酶，只有在无氧状态下才能生长。如破伤风芽胞梭菌兼性厌氧菌（facultativeanaerobe）:在有氧或无氧状态下均能生长，但在有氧时生长较好。大多数病原菌属于此类。二、细菌的生长繁殖的方式与速度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小时。细菌群体的生长繁殖迟缓期(lagphase)

对数期(logarithmicphase)

稳定期(stationaryphase)

衰亡期(declinephase)

群体生长规律：生长曲线（growthcurve）

迟缓期（lagphase）：A1-4h

对数期（logarithmicphase）：8-18h

加速期：B对数期：C减速期：D

此期细菌的大小形态、染色性、生理活性较典型，对抗生素等外界环境的作用因素也较敏感

稳定期（stationaryphase）：E繁殖数≈死亡数

衰退期（declinephase）：F繁殖数＜死亡数三、细菌的人工培养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。（一）培养细菌的方法

（二）培养基(culturemedium)培养基：是由人工方法配置而成的，专供微生物生长繁殖使用的混合营养物制品。按其营养组成和用途分类：基础培养基、营养培养基、选择培养基、鉴别培养基、厌氧培养基。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。厌氧罐（三）细菌的生长现象1.细菌在固体培养基中的生长情况光滑型菌落粗糙型菌落粘液型菌落2.细菌在液体培养基中的生长情况菌膜菌沉淀均匀浑浊对照3.细菌在半固体培养基中的生长情况1、3：有动力2：无动力第三节细菌的代谢产物一、与致病有关的代谢产物1.毒素（toxins）包括内毒素和外毒素外毒素(exotoxin)是多数革兰阳性菌和少数革兰阴性菌在生长繁殖过程中释放到菌体外的毒性蛋白质；内毒素(endotoxin)是革兰阴性菌细胞壁的脂多糖。2.热原质（pyrogen）大多数革兰阴性菌和少数革兰阳性菌合成的多糖，极微量注入人或动物体内即可引起发热反应，故名。3.侵袭性酶类（invasiveenzymes）如金葡产生的血浆凝固酶二、与治疗有关的代谢产物1.抗生素（antibiotics）

某些微生物在代谢过程中产生的一类能抑制和杀死某些病原微生物和肿瘤细胞的化学物质。2.维生素（vitamin）

某些细菌能合成自身所需的维生素，并能分泌到菌体外供人体吸收利用。

三、与鉴别细菌有关的代谢产物1.色素（pigments）

细菌的色素有两类——水溶性色素：能弥散到培养基或周围组织；脂溶性色素：不溶于水，只存在于菌体，使菌落显色而培养基颜色不变。2.细菌素（bacteriocins）

某些细菌产生的仅对近缘菌株有抗菌作用的蛋白质。3.

糖的分解产物4.蛋白质的分解产物

四、分解代谢产物和细菌的生化反应糖发酵试验VP试验甲基红试验枸橼酸盐利用试验吲哚试验硫化氢试验尿素酶试验自动化仪器分析糖发酵试验阴性阳性VP试验大肠杆菌：-产气杆菌：+阳性阴性对照甲基红试验大肠杆菌：+产气杆菌：-枸橼酸利用试验大肠杆菌：-产气杆菌：+阳性吲哚试验大肠杆菌：+产气杆菌：-H2S试验对照阳性阴性尿素酶试验第四节细菌的遗传与变异一、细菌遗传与变异的概念遗传(heredity)：使细菌的性状保持相对稳定，且代代相传，使其菌种得以保存。变异(variation)：在一定条件下，子代与亲代之间以及子代与子代之间的生物学性状出现的差异。

1.遗传性变异：是细菌的基因结构发生了改变，故又称基因型变异。常发生于个别的细菌，不受环境因素的影响，变异发生后是不可逆的，产生的新性状可稳定地遗传给后代。

2.非遗传性变异：细菌在一定的环境条件影响下产生的变异，其基因结构未改变，称为表型变异。易受到环境因素的影响，凡在此环境因素作用下的所有细菌都出现变异，而且当环境中的影响因素去除后，变异的性状又可复原，表型变异不能遗传。

二、细菌的变异现象形态结构的变异毒力变异耐药性变异菌落变异细菌的大小和形态的变异：在不同的生长时期可不同，生长过程中受外界环境的影响也可发生变异。如：鼠疫耶氏菌在陈旧培养物上细菌的多形态性、细菌L型。细菌的特殊结构的变异：如荚膜（肺炎链球菌）、芽胞（炭疽芽孢杆菌）、鞭毛（变形杆菌H-O变异）也可发生变异。（一）形态结构的变异毒力增强：无毒力的白喉棒状杆菌常寄居在咽喉部，不致病；当感染了β-棒状噬菌体后变成溶原性细菌，则获得产生白喉毒素的能力，引起白喉。毒力减弱：有毒菌株长期在人工培养基上传代培养，可使细菌的毒力减弱或消失。卡介苗(BCG)是有毒的牛型分枝杆菌在含有胆汁、甘油、马铃薯的培养基上，经过13年，连续接种230代，获得的一株毒力减弱但仍保持免疫原性的变异株。（二）毒力变异耐药性变异：细菌对某种抗菌药物由敏感变为耐药的变异。有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性。意义：从抗生素广泛应用以来，细菌对抗生素耐药的不断增长是世界范围内的普遍趋势，给临床治疗带来很大的困难，并成为当今医学上的重要问题。（三）耐药性变异细菌的菌落主要有光滑(smooth,S)型和粗糙(rough,R)型两种。光滑（S）型菌落表面光滑、湿润、边缘整齐。经人工培养多次传代后变异为粗糙（R）型菌落，表面粗糙、干燥，边缘不整齐，称S—R变异。S—R变异常见于肠道杆菌，是由于失去LPS的特异性寡糖重复单位而引起的。变异时不仅菌落的特征发生改变，且细菌的其它性状也发生了变化。S型菌的致病性强，但有少数R型菌的致病性强，如结核分枝杆菌。（四）菌落变异S型菌落R型菌落三、细菌遗传变异的物质基础染色体质粒转位因子质粒(plasmid)：是细菌染色体以外的遗传物质，是环状闭合的双链DNA。质粒基因可编码多种重要的生物学性状：1)致育质粒（F质粒）与有性生殖功能关联；2)耐药性质粒编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性。分两类，一种是接合性耐药质粒（R质粒），另一种是非接合耐药性质粒；3)毒力质粒（Vi质粒）编码与该菌致病性有关的毒力因子4)细菌素质粒

（Col质粒）编码细菌产生细菌素质粒质粒具有自我复制的能力质粒DNA所编码的基因产物赋予细菌某些性状特征质粒可自行丢失与消除质粒的转移性质粒可分为相容性与不相容性两种质粒DNA的特征转位因子：是存在于细菌染色体或质粒DNA分子上的一段特异性核苷酸序列片段，它能在DNA分子中移动，不断改变它们在基因组中的位置，能从一个基因组转移到另一基因组中。转位因子有3类：插入序列(IS)转座子(Tn)转座噬菌体转位因子噬菌体(bacteriophage,phage)：是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒。噬菌体具有病毒的一些特性：个体微小，可以通过滤菌器；没有完整的细胞结构，主要由蛋白质构成的衣壳和包含于其中的核酸组成；只能在活的微生物细胞内复制增值，是一种专性细胞内寄生的微生物。噬菌体分布极广，凡是有细菌的场所，就可能有相应的噬菌体的存在。噬菌体噬菌体的生物学性状

噬菌体很小，在光镜下看不见，需用电镜观察。不同的噬菌体在电镜下有三种形态：蝌蚪形、微球形和丝形。大多数噬菌体呈蝌蚪形，由头部和尾部两部分组成。形态与结构蝌蚪形噬菌体结构模式图根据噬菌体与宿主菌的相互关系，噬菌体可分为两类毒性噬菌体(virulentphage)：能在宿主细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌。温和噬菌体(temperatephage)：噬菌体基因与宿主染色体整合，不产生子代噬菌体，但噬菌体DNA能随细菌DNA复制，并随细菌的分裂而传代。毒性噬菌体在敏感菌内以复制方式进行增殖，增殖过程包括：吸附、穿入、生物合成、成熟和释放。噬菌体的复制周期或溶菌周期：从噬菌体吸附至细菌溶解释放出子代噬菌体的过程。噬菌体的分类细菌的鉴定与分型

噬菌体与宿主菌的关系具有高度特异性，即一种噬菌体只能裂解一种和它相应的细菌，故可用于未知细菌的鉴定和分型。分子生物学研究的重要工具

噬菌体基因数量少，结构比细菌和高等细胞简单得多，且易获得大量的突变体。细菌感染的诊断与治疗

但由于噬菌体过于专一，限制了噬菌体在临床上的广泛应用。噬菌体的应用（一）基因突变突变(mutation)：是细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，导致细菌性状的遗传性变异。

包括

1.点突变2.染色体突变四、细菌遗传性变异的机制基因转移(genetransfer)：外源性的遗传物质由供体菌进入某受体菌细胞内的过程。基因重组(recombination)：转移的基因与受体菌DNA整合在一起，使受体菌获得供体菌某些特性。细菌的基因转移和重组方式：转化、接合、转导、溶原性转换（二）基因的转移与重组1.转化(transformation):供体菌裂解,游离的DNA片段转入某受体菌细胞内的过程。2.接合(conjugation)接合：是细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒DNA）从供体菌转移给受体菌。转导：是以温和噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。根据转导基因片段的范围，可将转导分为两类：普遍性转导（转导的DNA可是供菌染色体上的任何部分）、局限性转导（转导的DNA只限供菌染色体上的特定基因）。3.转导(tran