大学医学微生物学《细菌的生理与遗传》课程讲义课件

2026年细菌的生理与遗传代谢·繁殖·变异·耐药课程导览01细菌的代谢能量代谢与代谢产物02生长与繁殖生长条件与生长曲线03遗传物质基础染色体质粒与转座因子04变异与基因转移突变与转化转导接合05临床意义与应用耐药性变异与防控01细菌的代谢代谢活跃，类型多样代谢活跃与类型多样细菌虽微，代谢却活跃而多样，分解与合成两条通路共同支撑其生命活动。细菌能量获取的根本途径在于分解代谢，因其常伴有ATP及其他能量产生。代谢活跃物质交换频繁迅速菌体微小、相对表面积大，物质交换频繁而迅速。类型多样适应复杂环境营养要求、能量来源、酶系统与代谢产物各不相同，适应复杂环境。分解与合成两条通路分解供能·合成耗能分解代谢把复杂有机物降解为简单分子、ATP与还原力；合成代谢反向利用这些原料合成菌体成分与代谢产物。生物氧化与需氧呼吸38个ATP关键数据1分子葡萄糖经三羧酸循环完全氧化可产生，供细菌合成代谢与生长繁殖之用。细菌代谢所需能量如何获得？A

绝大多数通过生物氧化获得——即在酶作用下，细胞内发生的系列氧化还原反应。产能路径是怎样的？A

呼吸链位于细胞膜上，需氧呼吸伴有氧化磷酸化，将能量以高能磷酸键形式贮存于ATP中；致病菌供能基质主要是糖类。呼吸与发酵有何区别？A

以无机物为受氢体的生物氧化称呼吸，其中以分子氧为受氢体者称需氧呼吸；以有机物为受氢体则称发酵。发酵产能与呼吸类型发酵产能低效无氧途径无氧发酵1分子葡萄糖仅产生

2个ATP产能极低，远不能满足细菌生命活动所需能量约为需氧呼吸产能的十九分之一对比悬殊，凸显需氧呼吸的高效产能优势四类呼吸类型按需氧分型专性需氧菌代表菌：结核分枝杆菌专性厌氧菌代表菌：破伤风梭菌兼性厌氧菌有氧无氧均能生长，大多数病原菌属此类微需氧菌如空肠弯曲菌，宜低氧压生长，氧压增高反而抑制一般细菌代谢营养需求还需少量二氧化碳一般细菌代谢过程中必要的气体需求提供合成核酸原料提供合成核酸中嘌呤、嘧啶的原料专性厌氧菌的厌氧机制专性厌氧菌不能呼吸、只能发酵，机制核心是三类酶学缺陷。临床意义：厌氧菌感染需特殊培养条件与取材方法三类酶学缺陷厌氧机制的核心3项缺乏细胞色素系统无细胞色素与细胞色素氧化酶，不能氧化还原电势较高的氧化型物质缺乏解毒酶无过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶，无法清除有氧环境产生的超氧离子与过氧化氢，难以存活巯基被氧化失活有氧条件下某些酶的巯基被氧化为二巯基而失活，生长受抑制分解代谢途径与代谢产物检测酶系统决定产物细菌各具不同酶系统分解代谢产物各异可经生化试验检测鉴别糖发酵试验大肠杆菌

⊕分解葡萄糖与乳糖，产酸产气记

⊕伤寒杆菌

+分解葡萄糖，产酸不产气，记

+不分解乳糖硫化氢试验变形杆菌、乙型副伤寒杆菌分解含硫氨基酸生成硫化氢遇醋酸铅生成黑色硫化铅IMViC试验吲哚、甲基红、VP、枸橼酸盐利用四试验合称IMViC试验常用于鉴定肠道杆菌大肠杆菌呈++--产气杆菌呈--++合成代谢产物与临床意义热原质：注入即致热，去除靠蒸馏本质菌体脂多糖，多由革兰氏阴性菌产生耐高热高压蒸汽灭菌无效，需

180℃4小时

或

250℃45分钟

才失活去除方法药液去除热原质的最佳方法：蒸馏其他合成产物各有临床角色产物种类毒素与侵袭性酶、色素、抗生素、细菌素、维生素细菌素抑菌或杀菌，但抑菌谱窄，主要用于细菌分型与流行病学调查鉴别意义生化鉴别基础热原质与细菌素等产物，构成细菌鉴别的生化基础02生长与繁殖二分裂增殖，四期生长生长繁殖的四大条件营养物质物质基础水、无机盐、蛋白胨、糖与生长因子，构成细菌生长繁殖的物质基础。温度最适生长温度37℃大多数细菌最适生长温度为

37℃。酸碱度最适pH7.2～7.6多数细菌最适pH为

7.2～7.6。气体环境O₂与CO₂氧气与二氧化碳须适当供给。专性需氧菌、专性厌氧菌、兼性厌氧菌与微需氧菌各有其适宜条件，临床培养与鉴定须据此选择相应培养基与培养环境。二分裂繁殖与繁殖速度细菌惊人的增殖能力，是感染短时间内加重的基础惊人的增殖能力，是感染短时间内加重的基础繁殖方式拟核先分裂为两个并向两侧移动，原生质随之分配，细胞一分为二。代时差异多数细菌20～30分钟一代；结核分枝杆菌约

6小时。增殖规模按20分钟一代计算，1个细菌10小时可增至约

10亿个，呈几何级数增长。生长曲线：迟缓期与对数期少量细菌接种于恒定容积液体培养基，横轴为培养时间，纵轴为活菌数对数迟缓期接种后适应阶段菌体增大、代谢活跃，大量合成酶与中间代谢产物分裂迟缓，活菌数基本不变，一般持续1～4小时1～4小时对数期几何级数增长活菌数以几何级数快速增长形态、染色性与生物活性最典型，对外界环境因素最敏感研究细菌性状的最佳时期，抗生素对此期细菌效果最佳研究最佳时期抗生素最敏感迟缓期适应特征为后续对数期分裂积累酶与代谢产物对数期临床意义抗生素敏感窗口，临床用药与药敏试验的最佳时机生长曲线：稳定期与衰亡期掌握生长曲线规律，可帮助理解感染发展过程，也为控制病原菌生长、培养有益细菌提供依据。稳定期增殖与死亡趋衡活菌总数达最高并相对恒定，新增与死亡细胞数趋于平衡衰亡期负生长与菌体变形死亡率超过新生率，活菌数急剧下降稳定期：增殖与死亡趋衡活菌总数最高营养消耗、有害代谢产物积累，新增与死亡细胞数趋于平衡活菌总数达最高并相对恒定开始积累储藏物、形成芽胞，产生外毒素、抗生素等次级代谢产物衰亡期：负生长与菌体变形活菌数急剧下降死亡率超过新生率，活菌数急剧下降菌体可变长肿胀、畸形甚至自溶03遗传物质基础染色体、质粒与转座因子遗传物质：染色体与质粒细菌遗传物质·核心概念辨析Q什么是染色体？A细菌染色体为一条闭合环状双链DNA，紧密缠绕形成拟核，无组蛋白包绕。基因组中不编码序列很少，绝大多数基因保持单拷贝，功能相关基因集中组成操纵子。闭合环状紧凑型基因组操纵子结构Q什么是质粒？A质粒是染色体外能自主复制的细胞质遗传因子，通常为共价闭合环状超螺旋双链DNA。既可游离自主复制，也可整合入宿主染色体，此时称为附加体。染色体外自主复制超螺旋结构附加体Q质粒有何作用？A质粒与细菌致病性、细菌素合成及抗药性密切相关，也是基因工程常用载体。临床联系耐药质粒（如R质粒）可在菌间传播，是临床多重耐药菌株扩散的重要机制。转座因子与基因结构特点转座子可从染色体或质粒的一个位置转移到另一个位置，转位行为引起DNA分子重排转座因子：可移动的DNA序列第三类遗传物质除染色体与质粒外，转座因子是细菌遗传物质的第三类形式，能在基因组内改变自身位置转座子可从染色体或质粒的一个位置转移到另一个位置部分转座子携带抗生素耐药基因，转移时让受体菌快速获得抗性四种致变方式转位机制方式一直接插入方式二促进同源重组方式三携带基因方式四调控作用基因的分子定义结构基因·调节基因基因是合成一种有功能多肽链或RNA分子所必需的完整DNA序列，分结构基因与调节基因两类。表型变异与遗传变异常见变异现象：形态结构变异、毒力变异、耐药性变异、菌落变异。1遗传变异基因结构改变所致仅见于少数个体可稳定传给后代，导致新种或变种产生2表型变异外界因素诱发，常波及同一环境多数个体遗传物质未变变化可逆、不能遗传基因突变与经典实例基因突变是细菌遗传变异的重要机制，指

DNA碱基序列

发生改变；突变随机发生，突变率为

10⁻⁶～10⁻⁹。毒力变异，成就疫苗经典突变类型碱基序列改变碱基置换：DNA链上单个碱基被另一碱基替换。碱基插入或缺失→移码突变经典实例临床与疫苗联系炭疽杆菌：42～43℃培养→失去形成芽胞能力，毒性降低变形杆菌：0.1%石碳酸培养基→失去鞭毛L型变异：青霉素或溶菌酶作用→部分或完全失去细胞壁卡介苗：牛型结核杆菌经胆汁、甘油、马铃薯培养基连续培养

13年共230代，毒力减弱而成04变异与基因转移突变与转化、转导、接合基因转移与重组概述基因水平转移是细菌遗传性变异的关键来源转化直接摄取游离DNA直接摄取转导噬菌体介导传递噬菌体介导接合菌体直接接触交换菌体接触溶原性转换温和噬菌体整合改变表型噬菌体整合理解这些机制是认识细菌进化、致病性与耐药性传播的核心线索转化：摄取游离DNA转化指受体菌直接摄取供体菌游离DNA片段，整合入自身基因组并获得新性状。发生条件TRANSFORMATION感受态特定生理状态下膜通透性增加，经通道蛋白主动吸收外源DNA同源重组摄入片段须与宿主基因组有同源区域，由

RecA

等重组酶介导整合；无同源性则被降解经典例证CLASSICEXAMPLE肺炎链球菌经转化获得荚膜合成基因，增强致病性。临床联系荚膜为重要毒力因子，可抵抗宿主吞噬清除。转导：噬菌体介导转移转导：噬菌体介导的基因转移转导是由噬菌体介导的遗传物质转移过程，噬菌体将供体菌的DNA片段携带并转入受体菌。转导分为普遍性转导与局限性转导两种类型。普遍性转导generalizedtransduction由毒性噬菌体或温和噬菌体介导噬菌体成熟装配时偶尔错误包装供体菌DNA片段每10万至1000万次装配约出现一次局限性转导specializedtransduction由温和噬菌体介导前噬菌体脱离宿主染色体时携带邻近基因如λ噬菌体携带大肠杆菌的半乳糖代谢基因两种结果完全转导外源DNA经同源重组整合到染色体，可稳定遗传流产转导外源DNA在细胞质中游离存在、不能复制传代接合：性菌毛传递质粒接合质粒介导、性菌毛连接的细胞间接触，将遗传物质从供体菌转入受体菌。性菌毛与Hfr菌性菌毛为F质粒表达的中空管状结构；供体菌F⁺经性菌毛与受体菌F⁻连接，质粒DNA单链转移至受体菌，随后互补链在受体菌中合成。Hfr菌：F质粒整合到宿主染色体后形成高频重组菌，接合时可传递部分染色体基因。R质粒R质粒是细菌产生耐药性的主要原因，分为接合性与非接合性两类。接合是耐药性在革兰氏阴性菌中快速传播的主要途径。耐药性传播F⁺→F⁻接合性质粒溶原性转换与毒素获得溶原性转换：噬菌体整合入宿主基因组，直接改变细菌基因型。这些细菌的毒力不来自自身染色体，而来自整合入基因组的噬菌体DNA——水平转移直接塑造病原菌致病性。机制溶原期基因重组噬菌体在溶原期以前噬菌体形式与细菌染色体重组，改变宿主菌基因型，使其获得噬菌体基因编码的新特性。医学意义噬菌体编码毒素基因白喉杆菌、产气荚膜梭菌、肉毒梭菌的毒素基因均由噬菌体编码，经溶原性转换获得致病性。转导与转导噬菌体详解转导是基因水平转移的方式之一，介导细菌间遗传物质的跨菌传递。本章聚焦温和噬菌体介导的基因转移——转导的三个关键环节整合脱离传递要点回顾温和噬菌体整合后偏差脱离，携带宿主基因组装成转导噬菌体，感染受体菌实现跨菌传递形成机制3步整合为前噬菌体温和噬菌体DNA整合入宿主染色体脱离偏差脱离时携带宿主染色体基因一同脱落组装经复制、转录、翻译后组装成转导噬菌体传递过程感染受体菌将供体菌基因带入跨菌传递完成基因的跨菌传递供体菌基因跨菌传递医学意义3条非接合性耐药因子无性菌毛菌常经转导获得毒素基因金黄色葡萄球菌可借转导扩散耐药与毒力传播转导是耐药与毒力基因传播的重要途径05临床意义与应用从变异机制到临床防控耐药性变异的机制遗传变异是根本基因突变·外源遗传物质基因突变或获得质粒、转座子等外源遗传物质，使细菌对抗生素敏感性下降。四条下游通路4项失活酶β-内酰胺酶水解青霉素与头孢菌素类药物靶位改变抗生素作用靶点结构变化，敏感性降低通透屏障减少外膜孔蛋白或增强主动外排系统，阻止药物进入