第二章细菌的生理.ppt

1、第二章 细菌生理,一、细菌的化学组成 二、细菌的物理性状 三、细菌的营养类型 四、细菌体内外物质的运送 五、细菌的代谢,第一节 细菌细胞的代谢过程,一、 细菌的化学组成 1、水分：生命活动离不开水。占细菌体重的75 80%。 结合水：与菌体其他成份结合，不参与渗透作 也不易冻结和蒸发。 游离水：呈游离状态是细菌体内重要溶剂，参加 一系列生化反应。,2、矿物质： 占细菌重量的2%3%包括，K、P、Na、Mg、 Ca、Si、S、Cl、Fe、Zn、Mn、Al、Cu、Co等。 3、有机物： （1）蛋白质和含氮化合物：构成菌体的主要成分， 占细菌的重量50%80%包括：核蛋白、糖蛋白、 脂蛋白（复合蛋白

2、）；球蛋白、白蛋白、麦谷蛋白（简单蛋白） (2) 核酸：是细菌的遗传物质，有DNA和RNA两种。,(3）糖类：主要以多糖、脂多糖、粘多糖形式存在，并与脂类、蛋白质形成复合物。构成细胞壁、菌体抗原、荚膜。G细胞壁中脂多糖与肠杆菌科细菌的分群定型有关。 （4） 脂类： 游离脂类 结合脂类 :作为能源另外与致病性有关（分支 杆菌的 蜡质、荚膜、分枝菌酸）,二、 细菌的物理性状 （一）、带电现象 NH3-NH4酸性 蛋白质 氨基酸组成 COOH-COO-碱性 在一定的pH条件下，细菌所带电荷数相等，此时的pH值称为等电点。 G+等电点：1.9-2.9; G等电点：4.8-5.8 一般培养基pH7.2-

3、7.6之间，故G，G+都带负电荷。,1、阳离子染料：碱性染料带正电荷，而细菌带负电荷，故细菌学上的染料大都为碱性染料。如美兰，碱性复红，结晶紫，沙黄，苯胺染料，孔雀绿等。 2、阴离子染料：酸性染料带负电荷又叫阴离子染料，伊红，酸性复红，胭脂红。 3、中性染料：瑞特氏,(二）、表面积大：有利于吸收，吸附和代谢。 (三)、光学性质：细菌呈半透明状态，光线不能完全通过，用比浊 法测细菌总数（麦氏比浊管、光电比浊计）。,（四）、多相胶体性质：细胞质中含有各种蛋白质，其结构、成分、功能各不相同，为多相胶体pr，因此在细胞内可同时进行性质不同的生化反应，结果细胞外浓度低的物质可以被选择性吸收而浓缩于C内。

4、 （五）、渗透压：细菌体内浓聚着许多物质，故有较强的渗透压。,自养微生物 光能自养微生物（光能无机营养型） 化能自养微生物（化能无机营养型) 异养微生物 光能异养微生物（光能有机营养型） 化能异养微生物（化能有机营养型）,三、细菌的营养类型,完全在无机环中生存，以CO2、碳酸盐为碳源，以铵盐和硝酸盐为氮源来合成细胞质的微生物称为自养微生物。,自养微生物（无机营养型）,光能自养微生物（光能无机营养型） 可在完全无机的环境中生长，以CO2为碳源，光做能源，无机物为供H体还原CO2合成细胞有机物质的微生物叫光能自养微生物。,化能自养微生物（化能无机营养型） 在完全无机的环境中生长发育，以无机化合物氧

5、化为时释放的能量为能源，以CO2或碳盐为碳源，合成细胞物质的微生物叫化能自养微生物。 这类细菌包括硫细菌、硝化细菌、H细菌、铁细菌等，硫细菌和硝化细菌与生产密切相关。,异养微生物（有机营养型） 在完全有机环境中生长繁殖，以含碳有机物为碳源，含氮有机物或无机物为氮源，合成细胞物质，称为异养微生物。 光能异养微生物（光能有机营养型） 这类微生物具有光合色素。能利用光 做能源以有机化合物为供H体，还原CO2,合成细胞物质的微生物，称光能异养微生物.,化能异养微生物（化能有机营养型） 这类微生物以有机化合物为碳源，利用有机化合物氧化过程中产生的能量为能源，以有机或无机含氮化合物为氮源，合成细胞物质。这

6、类微生物称为化能异养微生物。 由于栖息场所和摄取养料不同，可将异养微生物分为腐生型和寄生型两大类。 腐生型：利用无生命的有机物获得营养物质。 寄生型：从活的寄生体内获取营养物质。 中间类型（兼性腐生或兼性寄生）如大肠杆菌。,四种微生物的营养类型比较 以上四种营养类型划分不是绝对的 红螺菌既可利用光能，也可利用化能。 氢单胞菌是异养和自养的过渡型（称兼性自养型） 。,微生物的营养类型区别,单纯扩散（simple diffusion） 促进扩散（facilitated diffusion） 主动运输(active transport) 基团移位(group translocation),四、细菌体

7、内外物质的运送,自由扩散,细胞膜构造,物质进入细胞的动力是细胞内外的浓度差。 这种运输方式不消耗能量。 没有特异性，被运输物质不与膜上物质发生任何反应，物质不发生化学变化。,单纯扩散(simple diffusion)特点,促进扩散(facilitated diffusion),膜载体（载体蛋白）特点 有很强的特异性 在运输过程中，本身不发生化。 能加快物质运输的速度。,促进扩散(facilitated diffusion)过程： 膜载体在膜外与营养物质亲合力强，与这种物质结合，进入细胞后亲合力降低释放营养物质。像渡船一样，膜外装货，膜内卸货，这种扩散方式比单纯扩散速度快。膜内外亲合力的改变与

8、载体分子构型改变有关。 促进扩散特点 物质运输动力是细胞外的浓度差。 运输过程不消耗能量。 有膜载体参加，膜载体（渗透酶）有特异性。运输葡萄糖 的载体只运输葡萄糖。这种运输方式多发生在真核微生物，原核生物少见。,主动运输(active transport),ATP,ADP,+ Pi,恢复 原构像,再循环,耗能构像 改变,膜上,膜外,膜内,移位,结合,被运送的物质可逆浓度梯度进入细胞内要消耗能量，必需有能量参加。 有膜载体参加，膜载体发生构型变化 被运送物质不发生任何变化。,主动运输特点,基团移位：是在研究糖的运输时发现的一种主动运输方式。 运输过程中需要能量，被运输的物质发生化学变化的运输叫基

9、团移位。 许多糖就是靠基团移位进行运输的。 这种运输方式是微生物通过磷酸转移酶系统来运输营养物质的。,基团移位(group translocation),运输方式：,五、 细菌的代谢,1.细菌的酶 胞内酶：存在于细菌细胞内的酶，大部分属于参与 呼吸过程的酶类。 胞外酶：细菌合成后被分泌到细胞外的酶。如水解 酶将大分子量物质分解成小分子量物质， 便于吸收。 固有酶：细菌本身所固有的酶。如脱氢酶。 诱导酶：在诱导物存在下，因适应环境而产生的酶 类。如大肠杆菌的半乳糖苷酶，只有培养 基中加入乳糖时才产生该酶，分解乳糖。,限制性核酸内切酶：存在于细菌的细胞内，它对异种DNA可以 识别，并能将其在一定的

10、碱基部位切割， 使异种DNA断裂。 EcoRI：来自大肠杆菌 Hind：流感嗜血杆菌 BamHI：淀粉液化芽胞杆菌 修饰酶：对DNA进行修饰，使DNA特定部位碱基甲基化，从而可 保护自身的DNA不被限制酶分解。 与毒力有关的酶：透明质酶（结缔组织）胶原酶（结缔组织） 血浆凝固酶，溶纤维蛋白酶，卵磷脂酶 （魏氏梭菌产生）,2、细菌的呼吸 细菌呼吸的类型：根据细菌对游离氧的需要，将细菌分为： （1）需氧呼吸菌（需氧菌）：呼吸时必须有充足的氧，在无氧的条件下不能生长，在高层振荡培养时，生长在表面。假单胞菌 （2）厌氧呼吸菌（厌氧菌）：必须在无氧的条件下才能生长，在高层振荡培养时，生长在试管底部。坏死

11、杆菌，肉毒梭菌 （3）兼性厌氧菌：需O2兼性厌氧，在无氧或有氧的条件下均能生长，在高层振荡培养时，生长整个培养基。肠杆菌,氧化型和发酵型的区分 氧化型呼吸：呼吸在有氧环境下进行，受氢体是分子氧的叫氧化型呼吸，简称呼吸。 发酵型呼吸：呼吸在无氧环境中进行，受氢体不是分子氧，而是其它无机物或有机物称之为厌氧呼吸或发酵。,氧化型的细菌在有氧时分解葡萄糖，无氧时不能分解；发酵型细菌是在无氧和有氧时都能分解葡萄糖；产碱型细菌是在有氧和无氧时都不能分解葡萄糖或者产生碱性呈现深紫色。,3.呼吸类型 （1）专性需氧菌 （2）微需氧菌 （3）兼性厌氧菌 （4）专性厌氧菌 4.细菌的代谢产物 （1）分解产物 糖的

12、分解及产物： 蛋白质和氨基酸的分解及产物： 脂类的分解及其产物：,（2）合成产物 色素：金黄色色素、类胡萝卜素，对细菌鉴定有意义 毒素：内、外毒素 抗生素：青霉素 维生素：肠道菌合成VC，VB 热原质：生长在液体环境细菌产生一种多糖，注入动 物体引起热反应，主要为细胞壁中的脂多 糖，可成为内毒素，耐高温。 热：发酵堆肥。 光：磷化微球菌。,第二节、细菌的生长和繁殖,一、细菌的繁殖方式,一般为无性繁殖，二分裂法。 同形裂殖：裂殖后形成的子细胞大小相等。 异形裂殖：分裂产生两个大小不等的子细胞。 细菌分裂过程： 核分裂 形成横隔壁 子细胞分离,活菌数,培养时间,.指数期,.稳定期,.衰亡期,.延滞

13、期,细菌数目（个/ml）对数,二、细菌的生长曲线,1.延滞期特点,生长速率常数等于零,菌体粗大,代谢活力强,对不良条件抵抗能力降低,含量增加,缩短延滞期的意义和方法,可以缩短生产周期，提高设备利用率。,接种对数生长期的菌种，采用最适菌龄,加大接种量,用与培养菌种相同组成分的培养基,2、指数期(对数期)(exponential phase),特点,活菌数呈对数增加 酶系活跃，代谢旺盛 生长速率最大，generation time最短 细胞的化学组成及形态，生理特性比较一致,稳定期特点 活菌数保持相对稳定，总菌数达最高水平。 细菌代谢物积累达到最高峰。 芽胞杆菌这时开始形成芽胞。 这是生产收获时期

14、。,3、稳定期(stationary phase),4、衰亡期(decline phase/death phase),特点 细菌死亡数大于增殖数,活菌数明显减少,群体衰落 细胞出现多形态,大小不等的 畸形,变成衰退型 细胞死亡,出现自溶现象。,第三节 细菌分离培养,一、细菌人工培养的条件 二、培养基 三、细菌的纯培养 四、细菌的生化实验,一、 细菌人工培养的条件 1. 培养基 是人工配制的含有细菌生长繁殖所需营养的基质。培养基经灭菌后才能使用。 制备培养基的营养物质由牛肉浸汁、牛肉浸膏、肝浸汁、蛋白胨、NaCl、磷酸盐、葡萄糖、血液、血清、腹水、鸡蛋等提供。pH一般调整至7.2-7.6 。,2

15、. 酸碱度 每种细菌均有可适pH范围及最适pH。大多数细菌可在pH 6-8之间以生长，但多数细菌的最适pH 为7.2-7.6。 3. 温度 不同细菌适应的温度范围不同，细菌有各自的可适温度范围及最适温度。根据细菌适应的温度范围，可将细菌分为3类： 嗜冷菌，范围 5-30，最适10-20； 嗜温菌，范围10-45，最适20-40； 嗜热菌，范围25-95，最适50-60。 病原菌均为嗜温菌，最适温度为37。,4. 气体环境 根据细菌对氧的需要，将其分为厌氧菌、需氧菌及兼性厌氧菌。需氧菌行需氧呼吸，须在有一定浓度的游离氧的条件下才能生长繁殖；厌氧菌行厌氧呼吸，须在无游离氧的条件下才能存活生长；兼性

16、厌氧菌既可需氧呼吸，又可厌氧呼吸，通常在有氧条件比无氧环境生长更好。有些细菌生长还需一定浓度的N2或CO2 环境。,由人工配制供微生物生长繁殖或积累代谢产物所用的营养物质叫营养基，科研生产中培养微生物都需要配制培养基。,二、培养基,培养基分装,细菌分离培养,（1）适合微生物的营养特点 （2）按微生物需要量调好营养配比 （3）控制微生物的培养条件 A、 pH值： B、调节氧和CO2的浓度 C、调节培养基的渗透压,1、配制培养基的原则,2、培养基的类型及应用,（1）根据微生物的种类,（2）按培养基的成分,（3）按培养的用途,（4）按培养基的物理状态,培养基根据微生物的种类分类 （1）细菌培养基 （

17、2）放线菌培养基 （3）霉菌培养基 （4）酵母培养基,（1）合成培养基：营养物质的成分及其浓度完全清楚；组分精确；重复性强。但微生物生长缓慢，所用各种物质成本昂贵，只在实验室里使用。 （2）天然培养基：采用动植物组织、微生物浸出物等，如牛肉高蛋白质、玉米粉、麦芽汁、麸皮、马铃薯、酵母高，等皮革厂、肉食品加工厂、淀粉厂的付产品配制成。不稳定、不精确。微生物生长良好，培养基易得，成本低廉，适于大生产中配制培养基。 （3）半合成培养基：在天然有机物基础上加入某种已知的无机盐类或在合成培养基基础上加入某些天然有机成分。这种培养基能更有效的满足微生物的营养要求。微生物生生长良好，应用广泛。,按培养基的成

18、分,按培养的用途 （1）基本培养基 （2）加富培养基 （3）选择培养基 （4）鉴别不同微生物的培养基 （5）保藏菌种培养基,基本培养基： 按大多数微生物的营养需要配制一种培养基称为基本培养基。 加富培养基 是在培养基中加入血、血清、动植物组织提取。用来培养要求较苛刻的某些异养微生物。 选择培养基： 是为分离某种微生物，根据这种微生物的特殊营养需要或含有某种抑制剂。配制出适合它生长的。不利另外一些微生物生长的培养基，是用于筛选菌种初筛所用培养基。,鉴别培养基： 用于微生物分类鉴定的培养基，通过指示剂的显色等不同的生化反应来鉴别不同的微生物。 如伊红美兰培养基上，当大肠杆菌发酵乳糖形成紫黑色带金属

19、光泽的菌落，而沙门氏杆菌在这种培养基上长出的是无色菌落。 保藏菌种培养基： 对于生产中使用的菌种保藏培养基，要求比较丰富的氮源，以防止菌种退化变质。,按培养基的物理状态 （1）固体培养基：在液体培养若加入凝固剂使培养基成为固体状态，称为固体培养基。包括琼脂固体培养基 和明胶培养基。 （2）半固体培养基：半固体培养基中加入少量琼脂（0.30.6%）制成半固体状态的培养基，用穿刺接种法接种带鞭毛的细菌，由于鞭毛细菌的运动可在穿刺线的周围形成横向生长。 （3）液体培养基：不加凝固剂的培养基，营养物质分布均匀，微生物能与营养物质充分接触，利用适合积累代谢产物。多用于生理研究和发酵工业生产中。,固 体

20、培 养 基,半 固 体 培 养 基,液 体 培 养 基,不同细菌的菌落,细菌菌落,细菌菌落特征剖面图,细菌菌落表面特征,细菌在半固体培养上的培养特征,细菌在半固体明胶中的生长现象,细菌在斜面上的生长现象,细菌在肉汤培养基中的生长特征,表面,浮膜状,沉淀,均匀混浊,中间,三、细菌的纯培养,纯培养：在细菌的实验中，对单纯的一种细菌进行的培养。 菌落：在培养基表面出现肉眼可见的单个细菌集团称为菌落。 菌苔：在培养基表面，多个菌 落融合成一片叫菌苔。,1. 固体培养,菌落：在固体培养基上,由单个细胞繁殖形成的肉眼可见的子细胞群体。 菌苔:大量细胞密集生长,结果长成的各“菌落”连接成一片。,(1)平板培养,不同的微生物种类，其菌落特征不同。同一种菌在不同培养条件下菌落特征也不尽相同。 菌落的特征： 包括大小、形状、颜色、边缘、质地、透明度、光泽、表面、湿润度等。 见书上21页图119,(2)固体斜面培养 2. 液体培养基 3. 半固体培养,四、 细菌生化试验,各种细菌分解能力不同，代谢基质与产物也不同。据此可设计特定的生化试验，区别和鉴定细菌。 （一）细菌的代谢产物 1.无机酸和有机酸 有