细菌的结构与生理2.ppt

1、第 二 章 细菌的结构与生理,主要内容,原核细胞微生物的形态结构细菌 细菌的生理与代谢 细菌的遗传与变异 细菌的形态检查法,第一节 原核细胞微生物的形态结构细菌,重点内容,细菌的形态 细菌的结构 基本结构 特殊结构,细菌的一般特征,具有细胞壁,繁殖方式:无性二分裂,体积微小: 须借助显微镜放大后才能看见,测量单位:微米,一.细菌的形态,在良好的生长状态下 典型形态,球形 杆形 不规则形,在不适宜的环境中 生长梨状 培养时间过长 气球状 丝状,等非典型形态,典型形态,细菌的典型形态,球形:球菌,杆形: 杆菌,不规则形: 不规则菌,菌体呈球形或近似球形, 根据细胞分裂的方向及分裂后的各子细胞的空间

2、排列状态不同,可将球菌分为: 双球菌 链球菌 四联球菌 八叠球菌 葡萄球菌等,球菌(coccus),双球菌,细胞沿一个平面分裂，新个体成对排列. 如肺炎双球菌 (Diplococcus pneumoniae),链球菌,细胞沿一个平面进行分裂， 新个体不但可保持成对的样子， 并可连成链状.,乳链球菌 无乳链球菌 溶血链球菌,四联球菌,细胞分裂是沿两个相垂直的平面进行 分裂后每四个细胞特征性地连在一起，呈田字形,如四联微球菌 （Micrococcus tetragenus）,八叠球菌,细胞按三个互相垂直的平面进行分裂， 分裂后每八个球菌特征性地连在一起成立方体形.,如藤黄八叠球菌 （Sarcina

3、 ureae),葡萄球菌,细胞无定向分裂， 分裂后多个新个体形成一个不规则的群体，犹如一串葡萄。,金黄色葡萄球菌 （Staphylococcus aureus),杆菌(bacillus),杆菌是细菌中种类最多的类型,因菌种不同,菌体细胞的长短、粗细等都有所差异。,短杆菌,长杆菌,梭状芽孢杆菌,杆菌的形态：短杆状、长杆状、 棒杆状、梭状杆状、 月亮状、竹节状等.,排列方式:链状、 栅状、 “八”字状等。,不规则菌,放线菌 支原体 立克次体 衣原体 螺旋体,放线菌,是一类个体形态复杂的微生物群体 【形态】 1.部分放线菌菌体为杆状， 可产生简单分枝。 2.更多典型的放线菌可形成分 枝菌丝，并产生形

4、态多样的 孢子丝。 【意义】放线菌的孢子丝形态和排列 方式是其重要分类特征,支原体,不形成细胞壁，故形态呈球型、梨型、杆型、丝状以至高度分枝状等多种不同状态。 支原体体积较小，仅0.20.3m,【形态】,【体积】,立克次体,【形态】为类球型或杆型 【体积】大小为0.20.5m,因其在宿主细胞内寄生，亦可随寄主和发育阶段而呈现多形态,衣原体,【形态】多呈球形或椭圆形细胞形态,可随生活周期不同而异，处于宿主细胞外的阶段为小而稠密的原体， 【体积】大小为0.20.3m,1.2m,进入宿主细胞后 成为具有增殖能力的 始体，体积增大、胞 质变稀，大小为0.8,螺旋体,光学显微镜下，螺旋体按 其螺旋的宽疏

5、与细密分为: 疏螺旋体 密螺旋体,【形态】菌体细长，弯曲呈螺旋状 【体积】大小差异较悬殊，一般宽0.1,3m,长5250m,细菌在非适宜生长条件下（如温度、pH值、营养要求及培养时间不符） 形态可发生变化，呈现梨形、气球形和分枝形等非典型形态， 称为多形性(Polymorphism)或衰退型。,细菌的非典型形态,细菌的非典型形态难于识别， 只有将细菌转移到适宜培养条件后， 才能恢复其典型形态。,小 结,细菌的大小,光学显微镜,细菌的形态,细菌的基本结构 细菌的特殊结构,二.细菌的结构,-是所有细菌都有的构造， 持细胞正常生理功能 所必须的结构,是一些细菌在 一定生长环境中 形成的特定结构,细菌

6、的结构,细菌的基本结构,细菌的特殊结构,细胞壁 细胞膜 细胞质 核 质,荚膜 鞭毛 菌毛 芽胞,坚韧且具有高度的弹性，厚约1230nm 占细胞干重的10%25%,是位于细菌细胞的最外层结构， 紧贴细胞膜外,(一)基本结构,1.细胞壁,用革兰(Gram)染色 可将细菌分成: 两类细菌细胞壁结构 有很大的差异性。,革兰阳性菌 革兰阴性菌,两种细菌细胞壁的结构有何差异？,G+细菌,G-细菌,细胞壁,细胞壁的结构,1)革兰阳性菌细胞壁结构,肽聚糖：聚糖骨架 四肽侧链 五肽交联桥 磷壁酸：壁磷壁酸、膜磷壁酸,组 成,细胞膜,肽聚糖,膜磷壁酸,壁磷壁酸,革兰阳性菌细胞壁结构,肽聚糖,肽聚糖的排列方式(革兰

7、阳性菌),N-乙酰葡糖胺,四肽侧链,五肽交联桥,N-乙酰胞壁酸,聚 糖 骨 架,青霉素作用靶点,G+,五肽交联桥,肽聚糖组成成分(G+),聚糖骨架 N-乙酰葡萄糖胺(G) N-乙酰胞壁酸(M),-1，4糖苷键连接而成,交替间隔排列,五肽交联桥 : 5个甘氨酸,L-丙氨酸 四肽侧链 D-谷氨酸 L-赖氨酸 D-丙氨酸,磷壁酸,组成: 核糖醇 甘油残基,磷酸二酯键,互相连接而成的链状聚合物,穿插于肽聚糖层中,壁磷壁酸 一端通过磷脂与肽聚糖的N-乙酰胞壁酸共价相连 另一端则游离于细胞壁外 膜磷壁酸 一端与细胞膜外层上的糖脂共价相连 另一端穿过肽聚糖达细胞壁表层呈游离状态,分类:依其结合部位不同 壁磷

8、壁酸 膜磷壁酸,是革兰阳性菌细胞壁特有的成分, 磷壁酸中的磷酸基团可结合一些阳离子，特别是Mg2+ 可维持细胞膜的完整性 合成细胞壁的酶所必须 可防止细胞因自溶而死亡 可增加细菌的黏附性，与某些病原菌的致病性有关 是噬菌体吸附的特异性受体 构成细菌的表面抗原,磷壁酸作用,2)革兰阴性菌细胞壁结构,革兰阴性菌细胞壁组成,脂多糖 脂蛋白,脂质双层的结构类似细胞膜，双层内镶嵌着多种蛋白,脂蛋白存在于肽聚糖和脂质双层之间，其蛋白质部分与肽聚糖四肽侧链相连，使外膜和肽聚糖层构成一个整体,核心多糖,是内毒素的毒性和生物学活性的主要成分，与细菌的致病性有关,无种属特异性, 故不同细菌产生的内毒素的毒性作用均

9、相似,细菌若缺失特异性多糖， 则由光滑（S）型变为粗糙（R）型,有属特异性,聚糖骨架 四肽侧链,组 成,外膜,四肽侧链中第3位氨基酸不是L-赖氨酸，而是二氨基庚二酸 (DAP),肽聚糖,类脂A,(LPS),特异性多糖,(O抗原),(寡糖重复单位),脂质双层,肽聚糖的结构(革兰阴性菌),N-乙酰葡糖胺,N-乙酰胞壁酸,四肽侧链,特异多糖,核心多糖,脂质A,脂 多 糖 结 构,周浆间隙（periplasmic space）,又称壁膜空间，指位于细胞壁与细胞膜之间的狭窄间隙 。,内含有多种蛋白质，例如蛋白酶、核酸酶等各种解聚酶，运送某些物质进入细胞的结合蛋白。,G+菌与G菌细胞壁的主要区别,革兰阳性

10、菌和革兰阴性菌细胞壁组成的比较,结构与成分 革兰阳性菌 革兰阴性菌 强度 较坚韧 较疏松 厚度(nm) 厚(2080) 薄(1015) 肽聚糖层数 1550层 12层 肽聚糖(细胞干重%) 主要成分(5090) 次要成分(010) 类脂质(细胞干重%) 一般无(2) 含量较高(020) 磷壁酸 有 无 脂多糖 无 有 外膜 无 有,G+与G 肽聚糖的区别,细胞壁的生物学意义,保护细菌 维持菌体的固有形态 抵抗低渗环境 维持菌体内离子平衡 提供屏障结构 与致病性有关 介导对宿主细胞的粘附,磷脂(20%30%) 蛋白质(50%70%) 少量的多糖 不含固醇类物质。,2.细胞膜(cytoplasti

11、c membrane）,约占细胞干重的10%，厚度为78nm,是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞质的一层柔软、脆弱、具有一定弹性的半透膜，又称质膜(Cytoplasmic membrane),细胞膜的结构与化学组成,细胞膜液态镶嵌模型,由球形蛋白与磷脂按照二维排列方式构成的流体镶嵌式,蛋白质象孤岛一样无规则地 漂流在磷脂类的海洋当中。,流动的脂类双分子层 构成了膜的连续体，,原核生物与真核生物的细胞质膜比较,原核生物,真核生物,细胞膜内褶形成的一种管状、层状或串状物 一般位于细胞分裂的部位或附近。,中介体(mesosome), 它还与细菌DNA的复制、分配和细胞分裂密切相关,扩大了细胞膜的表面积，

12、增加了膜上酶的含量，可为细菌提供大量的能量，故有拟线粒体之称。,中介体作用,选择性通透作用: 与细胞壁共同完成菌体内外物质交换； 细胞呼吸作用 : 细胞膜上有多种呼吸酶， 如:细胞色素酶和脱氢酶，参与细胞呼吸 过程，与能量的产生、贮存和利用有关； 生物合成作用: 是合成细菌细胞壁及壁外各种附属结构的场所.,细胞膜的生理功能,为无色、半透明的胶状物。 主要成分 水(约占80%) 蛋白质 核酸 脂类 少量的糖和无机盐 是细菌合成和分解代谢的主要场所 细胞质中一些重要结构与其生理功能密切相关。,3.细胞质,核糖体(ribosome) 质粒（plasmid 胞质颗粒,细胞质中一些重要结构,核糖体（ri

13、bosome),是分散在细胞质中的颗粒状结构,组成: 核糖体核酸（占60%） 蛋白质（占40%）,细菌的核糖体 沉降系数：70s 组成 50s大亚基 30s 小亚基,功能：是细胞合成蛋白质的机构,质粒(plasmids),【定义】细菌染色体外的共价闭合环状双链DNA分子 【特征】 大小不等。 可自我复制并传代。 赋予细菌某些遗传性状。 质粒可以通过接合或转导作用在细胞间转移。,胞质颗粒 （cytoplasmic granules）,贮藏的营养物质 异染颗粒 嗜碱性强 鉴别细菌 白喉棒状杆菌,4.核质 (nuclear body;nucleoid),功能：负载细菌生命活动全部遗传信息。,由大型环

14、状双链DNA不规则地折叠或缠绕而构成的 无核膜、核仁的区域,形状: 球形 棒状 哑铃状,化学组成: DNA RNA 蛋白质,核 质 镜 下 形 态,(二)细菌的特殊结构,菌 毛,鞭 毛,荚 膜,芽 胞,1.荚 膜,定义:某些细菌在生活过程中，能够向其细胞壁外分泌 一层疏松、透明的粘液状物质 称为粘液层(slime layer),化学成分: 主要是水和多糖或多肽类物质,肺炎链球菌荚膜 负染，42 000,细菌荚膜的 相差显微照片,荚膜的生理意义,抗干燥作用：贮留水分 形成生物膜：荚膜多糖可使细菌彼此之间粘连，也 可粘附于组织细胞或物体表面形成生物膜 保护作用：荚膜能保护细菌免受溶菌酶、补体、抗

15、体、抗菌药物等有害物质的损伤，保护细 菌抵抗宿主细胞的吞噬与消化作用，从而 成为侵袭力的组成之一。,荚膜与制药业,应用：荚膜也可以成为有价值的材料。 如：葡聚糖荚膜已作为血浆代替品用于临床； 从野菜黄单胞菌荚膜提取黄原胶，是优良的食品添加剂，又是石油开采中优良的压浆剂； 通过荚膜的血清学反应进行细菌鉴定（荚膜膨胀试验） 危害：食品变质发粘 增强致病力 造成严重龋齿等,2.鞭毛（flagellum）,定义：某些细菌菌体表面附着有 细长呈波状弯曲 的丝状物,化学成分:蛋白质 长度:一般为1520 m，最长可达70 m 。 直径：为0.010.02 m.需用电子显微镜观察,种类,单毛菌,双毛菌,丛毛

16、菌,周毛菌,鞭毛形态,鞭毛是细菌的运动器官； 有些细菌的鞭毛与致病性有关； 如霍乱弧菌可以通过其鞭毛的运动穿过小肠粘液层，到达细胞表面生长繁殖，产生毒素而致病 鞭毛具有抗原性，可帮助鉴别细菌.,鞭毛的生物学作用,3.菌 毛,定义:多数革兰阴性菌及少数革兰阳性菌的 菌体表面有比鞭毛更细、更短的丝状物 特征：菌毛只有在电子显微镜下才能见到 化学成分:主要是蛋白质（菌毛蛋白) 种类: 普通菌毛 性菌毛,特点： 数目多：可 达百余根 细：直径仅为38nm，长0.22m。 功能： 细菌的黏附结构-导致感染的发生 -与细菌的致病性有关,普通菌毛(ordinary pilus),性菌毛(sex pilus)

17、,特点 仅见于少数革兰阴性菌. 较普通菌毛粗大，数量少，一个菌只有14根。 由致育因子 （F质粒）编码. 带有性菌毛的细菌 F+菌或雄性菌 无性菌毛细菌 F-菌或雌性菌。 功能： 接合转移遗传物质；F+菌可借助性菌毛与F-菌株进行 由质粒基因控制的细菌抗药性、毒素等性状都可通过接合方式传递。 某些噬菌体的吸附位点。,定义:细菌在一定环境条件下，胞浆脱水浓缩，在 菌体内形成的多层膜状结构的圆形或卵圆形小体,4.芽 胞(endospore or spore),形成条件：细菌在不利环境条件下形成 （缺乏营养物质，有害代谢产物堆积）,性质：是休眠状态，不是繁殖方式,功能: 鉴别细菌：大小、形状、菌体内

18、的位置 对细菌起保护作用：多层膜包绕，通透性降低 作为灭菌是否彻底的指标：抵抗力强,芽孢的组成和结构,细菌芽胞形状、大小和位置,对高温、干燥、辐射、化学药物有强大的抵抗力。 含水量低、壁厚而致密，通透性差,不易着色，折光性强。 芽胞内新陈代谢几乎停止，处于休眠状态，但保持潜在萌发力。 一个芽孢萌发只产生一个营养状态的细胞。,芽孢的特性,小 结,特殊结构种类 及作用,基本结构,微生物 具有生命体的最基本特征 生理与代谢,第二节 细菌的生理与代谢,以真菌为代表 介绍真核微生物的代谢与繁殖,微生物的生理与代谢 又因其不同类型而具有不同特点,以细菌为代表 介绍原核微生物的代谢与繁殖,以病毒为代表 介绍

19、非细胞型微生物的复制,教学要点,细菌的代谢特点 细菌的繁殖方式 细菌的代谢产物,一.细菌的代谢,能量代谢 物质代谢的过程与产物,其生存、繁殖、致病都是十分重要的.,1.细菌的酶类,真细菌的代谢是在酶的催化作用下进行的，并严格受酶的控制和调节。,酶的种类： 按酶产生和存在的部位:可分为 胞外酶、胞内酶 *按酶的生成条件:可分为 固有酶（结构酶） 诱导酶（适应酶） 按酶的催化底物:又可分蛋白酶、酯酶、淀粉酶等,2.细菌的能量代谢,能量代谢过程：光合作用 (少数自养菌) 生物氧化 (绝大多数细菌),显著特点: 代谢旺盛 代谢类型多样化,生物氧化,细菌生物氧化的途径: 氧化 酵解,细菌生物氧化的基质:

20、主要是糖类,细菌生物氧化的类型: 呼吸 发酵,*发酵:以有机物为最终受氢体的生物氧化过程 *呼吸:以无机物为受氢体的生物氧化过程,需氧呼吸:以氧为最终受氢体者 厌氧呼吸:以其它无机物为最终受氢体者,呼吸,需养呼吸 在有氧条件下进行 厌氧呼吸 发酵,在无氧条件下进行,呼吸与发酵哪个产生能量多？,发酵过程氧化不完全，对基质的分解不彻底，所产生的能量远比需氧呼吸少,由于发酵产生的能量有限，细菌不得不加强其代谢活动， 以获得足够的能量，工业上可利用这一点制造大量的发酵产品,各种细菌所具有的酶系统不完全相同，对营养物质的分解能力亦不一致，因而其代谢产物有别，借此可对其种类进行鉴别。 这种利用生化方法来鉴

21、别微生物种类的手段称为微生物的生化反应实验,1）分解代谢产物,3.细菌的物质代谢产物,糖发酵试验：,不同细菌分解糖类的能力不同，产物也不一样。,Glucose fermention,原理： 大肠埃希菌、变形杆菌、霍乱弧菌等含有色氨酸酶,能分解色氨酸形成吲哚; 而产气杆菌则无色氨酸酶,故不能形成吲哚。 吲哚无色透明,不能直接观察，在培养液中加入对二甲基氨基苯甲醛后,可形成红色玫瑰吲哚,则为吲哚试验阳性.,吲哚试验（I ),原理： 产气杆菌:分解葡萄糖产生丙酮酸，后者脱羧生成中性乙酰甲基甲醇(酸变少)加甲基红指示剂变为为桔黄色则试验阴性。 产气杆菌：为试验阴性； 大肠杆菌：分解葡萄糖丙酮酸，加入甲

22、基红为红色，则试验阳性.,甲基红试验（M）,丙酮酸 中性乙酰甲基甲醇 二乙酰 红色化合物. 为VP试验阳性 产气杆菌：VP试验阳性。 大肠杆菌：不分解丙酮酸为阴性.,VP试验,产气杆菌,碱性溶液,培养基中加胍基,氧化,枸椽酸盐利用试验C:,原理： 产气杆菌在仅含枸椽酸盐作为唯一碳源的培养基中能生长,使培养基中pH由酸性变为碱性,指示剂变色,为阳性反应; 而大肠埃希菌则为阴性.,原理：沙门菌、变形杆菌等能分解培养基中的含硫氨基酸生成硫化氢，硫化氢遇铅或铁离子生成黑色的硫化物。,硫化氢试验：,鉴别微生物种类，对形态、染色反应和培养特性相同或相似的微生物更为重要,微生物的生化反应的意义,例如， 吲哚

23、（I） + 1 - 0 甲基红（M） + 2 - 5 VP（V） + 3 - 6 枸橼酸盐利用（C） + 4 - 7 大肠埃希菌四种试验中的结果是“- -” 1267 产气肠杆菌则为“- -” 0534,常用于鉴定肠道杆菌 合称为IMViC试验,原核微生物在代谢过程中还能合成很多在医学上具有重要意义的代谢产物,(1)毒素（toxins) (2)侵袭性酶(invasive enzymes） (3)抗生素（antibiotics） (4)维生素（vitamin） (5)色素（pigments） (6)细菌素（bacteriocin） (7)热原质（pyrogen）,2）合成代谢产物,(1)毒素（t

24、oxin）,细菌毒素 内毒素 外毒素,内毒素为脂多糖，系革兰阴性菌的细胞壁结构成分. 毒性作用相对较弱，且无组织器官选择性.,外毒素有极强的毒性，具有组织器官选择性， 可引起特征性临床病变.,（2）侵袭性酶(invasive enzymes）,某些细菌能合成一些对人体具有侵袭性的酶. 如链球菌产生的透明质酸酶等，能损伤机体组织，促进细菌在体内扩散，是细菌重要的致病因素.,（3）抗生素（antibiotin）,大多数为放线菌和真菌代谢过程中产生的能抑制或杀死其他微生物或/和癌细胞的生物活性物质,（4）维生素vitamin）,细菌可合成某些维生素，除供自身需要外，还能分泌到菌体外被人体吸收利用。如

25、人肠道内大肠埃希菌合成的维生素B和维生素K,（5）色素(pigments）,有些细菌在一定条件下能合成不同颜色的色素，分为水溶性和脂溶性两类，在细菌的鉴定上有一定意义,（6）细菌素（bacteriocin）,是某些细菌产生的一类具有抑制同类菌生长作用的蛋白质或糖脂蛋白复合物.,如大肠埃希菌产生的大肠菌素（colicin）、 霍乱弧菌产生的弧菌素（vibriocin）等.,二.细菌的生长繁殖,细菌的营养 细菌吸收营养的机制 细菌生长繁殖的条件 细菌的繁殖与生长曲线,1.水 2.碳源 3.氮源 4.无机盐 5.生长因子,(一)真细菌的营养,1）水,水是细菌细胞所必需的成分。 细菌所需要的其他营养物

26、质必须先溶于水才能被吸收利用 代谢产物也必须溶于水才能被排除,2）碳 源,作为合成菌体成分和获得能量的主要来源 病原菌主要从糖类获得碳源,3）氮 源,细菌对氮源的需求量仅次于碳源 其主要功能是作为合成菌体成分的原料 许多细菌能够利用有机氮化物 多数病原性微生物主要从氨基酸、蛋白胨等有机氮化物中获得氮源。,4）无机盐,细菌生长繁殖需要各种无机盐提供各种元素，其中以磷、硫需要量最大,需要的浓度在103104mol/L的元素称为常量元素，如磷、硫、钾、钠、镁、钙、铁等；,需要的浓度在106 108 mol/L的元素称为微量元素， 如锌、锰、铜、钴、钼等。,参与构成菌体成分，如磷用于合成菌体结构成分、

27、硫用来构成含硫氨基酸中的巯基； 维持酶的活性，如锌、锰、铜、钴、钼等与某些细菌的酶活性有关,钙、镁等可作为某些酶的辅基； 参与能量的储存与转运，如磷可形成高能磷酸键； 参与调节菌体内外的渗透压、电位，如钾、钠、镁、钙、氯等可以调节细胞内外渗透压； 参与细菌的生长繁殖； 与细菌的致病作用有关，如铁离子与细菌的致病作用密切相关,无机盐具有多种功能：,5）生长因子,许多细菌生长还需要一些自身不能够合成的生长因子（growth factor） 一般为有机化合物，包括维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等 1)维生素以B族维生素为主，多为辅酶或辅基的成分，与物质代谢有关. 2)氨基酸多为细菌自身难以合成的芳香族氨

28、基酸. 3)少数细菌还需要某些特殊的生长因子，如流感杆菌需要X、V两种因子，它们为细菌呼吸所必需.,细菌生长所需的营养物质,2.细菌的营养类型,各类原核微生物的生物特性、酶系统不同，代谢能力和代谢特点各异，对营养物质的利用也不相同，因而可分为不同的类型,根据细菌所利用的氮源和碳源不同，细菌分为两大营养类型： 自养菌（autotroph） 异养菌（heterotroph）,【自养菌】能以简单的无机物作为原料合成菌体成分 （如以CO2等作为碳源以N2、NH3等作为氮源） 【异养菌】必须以多种有机物（如蛋白质、糖类等）作为原料才能 合成菌体成分并获得能量。,异养菌根据营养来源： 腐生菌（saprop

29、hyte） 寄生菌（parasite）,腐生菌：动物尸体、腐败食物作为营养物质 寄生菌：寄生于活体内，从宿主的有机物中获得营养,所有病原菌都是异养菌，大部分属于寄生菌,3.细菌吸收营养的机制,原核微生物吸收营养物质方式：被动扩散 主动转运,扩散时是否需要任何细菌组分的帮助,简单扩散 易化扩散,1.被动扩散：指营养物质从高浓度一侧向低浓度一侧扩散， 其驱动力是浓度梯度，无需消耗能量。,简单扩散：不需要任何细菌组分的帮助，营 养物质由细胞外高浓度一侧自由 扩散至胞内,易化扩散：需要细菌特异性蛋白来帮助 或促进营养物质的跨膜转运,2.主动转运：是细菌吸收营养物质的主要方式。 ）特点：是营养物质从低浓

30、度一侧向高浓度一侧转运，需要透性酶（permease）的参与，是耗能过程。,主动转运过程与细胞内外溶质浓度无关， 细菌按照代谢需要，选择性地主动吸收某些营养物质,【透性酶】是细胞膜上的特异性载体蛋白，能在细胞膜外表面 与某些特定的营养物质发生可逆性结合，将物质转运到胞膜 内侧后二者分离，使营养物质释放于细胞内。,营养物质：水、碳源、氮源、无机盐 及生长因子 酸碱度：绝大多数细菌最适pH值为7.27.6 温度：最适生长温度为37 气体：主要是氧气和二氧化碳,4.细菌生长繁殖的条件,专性需氧菌 有完善的呼吸酶系统 微需氧菌 低氧压时生长最好，高时抑制 兼性厌氧菌 大多数病原菌 专性厌氧菌 缺乏完善

31、的呼吸酶系统,按细菌对氧的需要分类,专性需氧菌（obligate aeyobe）,类细菌具有完善的呼吸酶系统，需要分子氧作为受氢体，在无游离氧的环境下不能生长，如结核杆菌、霍乱弧菌等。,微需氧菌,低氧压（5%6%）下生长最好， 氧压增高（大于10%）对其有抑制作用 如空肠弯曲菌、幽门螺杆菌等,专性厌氧菌（obligate anaerobe）,此类细菌缺乏完善的呼吸酶系统，只能进行厌氧发酵，在游离氧存在时，细菌将受其毒害，甚至死亡。,如破伤风梭菌、肉毒梭菌和多数正常菌群等,兼性厌氧菌（facultaive anaerobe）,这类细菌兼有需氧呼吸和发酵两种酶系统，在有氧或无氧的环境中都能生长繁殖

32、，但以有氧时生长更好。 大多数病原菌属于此类,5.真细菌的繁殖与生长曲线,【繁殖方式】 无性二分裂,中介体介导G+菌分裂,【繁殖速度】 多数细菌 约2030分钟分裂一次,细菌的生长曲线,将一定数量的细菌接种于适宜的液体培养基中，连续定时取样检查活菌数，可以发现其生长过程具有规律性。,以培养时间为横坐标，培养物中活菌的对数为纵坐标， 可绘制出一条生长曲线（growth curve）,（1）迟缓期（lag phase） （2）对数期（logarithmic phase） （3）稳定期（stationary phase） （4）衰亡期（decline phase）,根据生长曲线，细菌的群体生长繁殖可

33、分为四期,细菌的生长曲线,培养时间,细菌数目的对数,：迟缓期 ：对数生长期 ：稳定期 ：衰亡期,总菌数,活菌数,（1）迟缓期（lag phase）：,是细菌进入新环境后短暂的适应阶段。 此期内菌体增大，代谢活跃，为细菌的分裂繁殖合成并积累充足的酶、辅酶和中间代谢产物，但很少分裂，细菌数量不增加。 细菌的迟缓期根据菌种、接种菌的菌龄和菌量以及营养物质等不同而异，一般为1小时4小时。,（2）对数期（logarithmic phase）：,又称指数期（exponential phase）。 此期细菌生长迅速，细菌以恒定的速率分裂繁殖，活菌数以几何级数增加。 对数期中细菌的形态、染色性、生理活性等都很

34、典型，对外界环境因素的作用敏感。 因此，研究细菌的生物学性状（形态染色、生化反应等）及药物敏感试验等应选用此期。一般细菌对数期在培养后8小时18小时。,（3）稳定期（stationary phase）：,由于培养基中营养物质不断消耗，有害代谢产物积聚，故细菌繁殖数量不断减少，死亡数逐渐增加，繁殖数与死亡数趋于平衡，活菌数保持相对稳定。 此期细菌的形态、染色性和生理性状常有改变，一些细菌的芽孢、外毒素和抗生素等代谢产物大多数在稳定期产生。,（4）衰亡期（decline phase）：,此期活菌数越来越少，死亡数越来越多，并超过活菌数。 细菌发生变形、肿胀、自溶等衰退表现，生理代谢活动也趋于停滞。

35、因此，陈旧培养的细菌不易鉴定。,6.真细菌的人工培养,不同种类的原核微生物对营养、环境条件等的需求不同，进行人工培养时，要根据其种类选择适当的培养方法与培养基,普通细菌的培养,一般以培养基进行人工培养，根据不同培养对象和不同培养目的，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。,已接种标本的培养基置于合适的气体环境， -需氧菌和兼性厌氧菌置于空气中即可， -专性厌氧菌须在无游离氧的环境中培养,多数细菌在代谢过程中需要CO2， 但分解糖类时产生的CO2已足够其所需， 且空气中还有微量CO2，不必额外补充。,只有少数菌,如布鲁菌、脑膜炎奈瑟菌、 淋病奈瑟菌等，初次分离培养时必须

36、在5%10% CO2环境中才能生长。,放线菌的培养,比细菌困难,厌氧或微需氧 初次分离需加5%CO2以促进生长 在血琼脂平板上37，46天可长出灰白色或淡黄色圆形微小菌落（1）。,支原体的培养,要求比一般细菌高，其培养基在必须含有酵母浸液的同时，需要在添加血清、腹水等成分。 多数兼性厌氧。 生长缓慢，在含有1.4%琼脂的固体培养基上23天才出现菌落，典型菌落呈荷包蛋样。,衣原体的培养,专性胞内寄生。 大多数可用68天龄鸡胚卵黄囊培养 现在使用HeLa-999、HL等原代或传代细胞株培养衣原体，比鸡胚更敏感。 某些衣原体可使小鼠感染，如鹦鹉热衣原体可接种小鼠腹腔； 性病淋巴肉芽肿衣原体可接种在小

37、鼠脑内。,立克次体的培养,绝大多数只能在细胞内生长，常用动物接种、鸡胚接种或细胞培养。 常用豚鼠、小鼠繁殖多种病原性立克次体。 鸡胚卵黄囊常用于立克次体的传代。 目前常用的组织细胞培养系统有鸡胚成纤维细胞、L929细胞等 培养最适温度为37。,贝纳柯克斯体在小鼠脾细胞空泡内繁殖,螺旋体的培养,比较复杂,需氧、厌需到兼性厌氧都有. 钩端螺旋体常用Korthof培养基培养，28培养1-2W. 梅毒螺旋体用家兔上皮细胞培养,不能在无生命的培养基中生长.,多数生长缓慢,7.常用培养基,培养基（culture medium）是根据细菌生长繁殖的需要，按一定比例配制而成的营养物制品. 培养基本身必须无菌，

38、pH一般为7.27.6. 对少数细菌按其生长要求调整pH为偏酸或偏碱.,培养基分类,按其用途和组成可分为以下几类： 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,1)基础培养基（basal medium）,含有一般细菌生长繁殖所需的最基本营养成分。 如肉浸液、肉膏汤，其组成为肉膏、蛋白胨、氯化钠和水。,2)营养培养基（nutrient medium）,在基础培养基中添加某些特殊的营养物质（如葡萄糖、血液、血清、动物腹腔液、酵母浸膏、生长因子等），以满足营养要求较高的细菌生长。 最常用的营养培养基是血琼脂平板。,3)选择培养基（selective medium）,利用细菌对某些化学

39、物质的敏感性不同，在培养基中加入该物质，以抑制混杂细菌，筛选出目标菌。 如用于肠道病原菌（沙门菌属、志贺菌属）分离的S-S培养基。,4)鉴别培养基（differential medium）,给培养基中加入某些底物和指示剂，使细菌培养后出现某种肉眼可见的特征性变化，用以鉴别细菌。 如无糖基础培养基（蛋白胨水）、醋酸铅培养基等。,5)厌氧培养基（anaerobic medium）,用于厌氧菌的分离、培养和鉴别。 厌氧培养法主要有： 将普通培养基置于无氧环境中（专性厌氧缸或真空干燥缸内）培养；,在培养基中加入还原剂，以降低培养基的氧化还原电势，并加入美兰作为氧化还原指示剂。,也可在液体培养基表面用凡

40、士林或石蜡封闭以隔绝空气，造成无氧环境，常用的有庖肉培养基等。,可分为: 液体培养基 固体培养基 半固体培养基,根据培养基的物理性状,液体培养基 固体斜面培养基 半固体培养基,三种培养基的营养成分完全相同 只需在液体培养基中加入不同浓度的凝固剂（琼脂）即可制成固体培养基（2%3%琼脂）和半固体培养基（0.3%0.5%琼脂）。,液体培养基 固体斜面培养基 半固体培养基,液体培养基常用于大量繁殖细菌,固体培养基用于分离鉴定细菌,半固体培养基常 用于检查细菌的 动力或保存菌种,作用,细菌生长现象的观察,普通兼性厌氧菌生长后使液体呈均匀混浊状态； 链球菌等少数细菌可沉淀生长； 专性需氧菌则多生长在液体

41、表面，形成菌膜。,液体培养基：,液体培养基,将细菌划线接种于固体培养基表面，在合适温度下培养一段时间后，在培养基表面出现由单个细菌繁殖而形成的、肉眼可见的细菌集团，称为菌落（colony），这一过程即为分离培养。,菌落,固体培养基,固体斜面培养,菌苔:大量细胞密集生长, 结果长成的各“菌落”连接成一片,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。,菌落形态,1、大小 2、颜色 3、透明度 4、表面状态 5、质地 6、边缘形态 7、隆起形状（正面观）,菌落的特征包括：,半固体培养,细菌培养在医药学中的意义,1.细菌研究和鉴定：在研究细菌形态、代谢活动、生化反应、

42、抗原性、致病性、耐药性等生物性状以及鉴定细菌时，需要对细菌进行分离和培养。 2.疾病诊断与防治：临床上从患者体内分离出细菌并予以培养，经过鉴定，才能明确诊断。细菌药物敏感试验也离不开细菌培养。 3.生物制品制备：以分离培养的纯细菌可制备抗生素、维生素、氨基酸、诊断菌液、菌苗、类毒素、菌体制剂、酶制剂等。也可以细菌为抗原，制备免疫血清或抗毒素。 4.基因工程应用：由于细菌结构简单、繁殖快、易培养，故在基因工程中常被用作工程菌。将带有外源性基因的重组DNA转化给受体菌，使其在菌体内获得表达后对细菌进行大量培养，进而获取生产基因工程产品，如胰岛素、干扰素、乙型肝炎疫苗等。,细菌的遗传和变异,第3节,

43、遗传性变异（基因型变异） 非遗传性变异（表型变异）,第一节 细菌的变异现象,形态、结构变异 毒力变异 耐药性变异 菌落变异,形态结构变异,3-6%食盐鼠疫耶氏菌 多形态性 陈旧培基物,青霉素、溶菌酶正常形态细菌 L型变异 抗体或补体 (部分或完全失去胞壁),特殊结构的变异 42-43炭疽杆菌 失去形成芽胞能力, 毒性降低 10-20天 变形杆菌 0.1%石炭酸 迁徙生长（H） 点状生长、单个菌落（O）,毒力变异,增强 棒状噬菌体白喉棒状杆菌 获得白喉毒素 减弱 胆汁、甘油、马铃薯培养基牛分枝杆菌 卡介苗 13年(230代),耐药性变异,细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异称为耐药性变异。 金

44、黄色葡萄球菌 有些细菌还同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性，甚至产生药物依赖性。 含链霉素培养基痢疾杆菌 依链株 长期培养,菌落变异,在陈旧培养基中长期培养光滑型菌落 粗糙型菌落 S R 原因：失去LPS的特异多糖,第二节细菌遗传变异的物质基础,质粒（plasmid）,细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双链DNA。带有遗传信息，能自行复制，随细菌分裂转移到子代细胞，并非细菌生长所必需。 特征 自我复制能力 编码产物赋予细菌某些性状特征 可自行丢失与消除 转移性 相容性和不相容性,几种重要的质粒 致育质粒（F质粒） 耐药质粒（R质粒） 毒力质粒（Vi质粒） 细菌素质粒（Col质粒） 代谢质粒,

45、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的位置，能从一个基因组转移到另一个基因组中。,插入序列（insertion sequence,IS） 是最小的转位因子，2kb，不携带任何已知与插入功能无关的基因区域 转座子（transposon,Tn） 2kb，除携带与转位有关的基因外，还携带耐药性基因、抗金属基因、毒素基因及其他结构基因。 可能与细菌的多重耐药性有关。,Tn,转座子的特征,转座噬菌体或前噬菌体 是一些具有转座功能的溶原性噬菌体，当整合到细菌染色体上，能改变溶原性细菌的某些生物学性状。,第三节 细菌变异的机制

46、,基因的突变 基因的转移和重组,基因的转移和重组,基因转移（gene transfer） 外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的过程称为基因转移。 重组（ recombination） 转移的基因与受体菌DNA整合在一起称为重组，使受体菌获得供体菌的某些性状。 细菌的基因转移和重组可通过转化、接合、转导、溶原性转换和原生质体融合等方式进行。,转化（transformation）,供体菌裂解游离的DNA片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的性状。,转化试验,转化因子（transforming principle ） 在转化过程中，转化的DNA片段称为转化因子 ，分子量小于107，最多不超过1

47、020个基因。 感受态（competence）,接合（conjugation）,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。 接合性质粒：能通过接合方式转移的质粒称为接合性质粒，F质粒、R质粒、Col质粒和毒力质粒等。,F质粒的接合,F+,F-,F+,F-,F+,F+,F+,F+,Donor,Recipient,F+,R质粒的接合 日本首先分离到抗多种药物的宋内志贺菌多重耐药株，多重耐药性很难用基因突变解释。 健康人中大肠埃希菌30%50%有R质粒，而致病性大肠埃希菌90%有R质粒。 与多重耐药性有关。耐药质粒从一个细菌转移到另一个细菌中。,R质粒 耐药传递

48、因子（resistance transfer factor,RTF） 与F质粒相似，编码性菌毛的产生和通过接合转移 耐药（r）决定子,转导（transduction）,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。 普遍性转导（generalized transduction） 局限性转导（restricted transduction）,普遍性转导generalized transduction,前噬菌体从溶原菌染色体上脱离，进行增殖，在裂解期的后期，噬菌体的DNA已大量复制，装配时可能会发生装配错误，误将细菌的DNA片段装入噬菌体的头部，成为一个转导噬菌体。

49、转导噬菌体能以正常方式感染另一宿主菌，并将其头部的染色体注入受体菌内。 被包装的DNA可以是供体菌染色体上的任何部分。,供体菌,结果 完全转导 流产转导,局限性转导restricted transduction,或称特异性转导， 所转导的只限于供体菌染色体上特定的基因。 溶原期时，噬菌体DNA整合在细菌染色体特定部位，噬菌体DNA发生偏差分离，将自身的一段DNA留在细菌染色体上，而带走了细菌DNA上两侧的基因。当其转导并整合到受体菌中，使受体菌获得供体菌的某些遗传性状。所转导的只限于供体菌上个别的基因。,普遍性转导与局限性转导的区别,溶原性转换（ lysogenic conversion）,当噬菌体感染细菌时，宿主菌染色体中获得了噬菌体的DNA片段，使其成为溶原状态时而致细菌