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第二章细菌的生理学细菌具有独立的生命活动能力，一方面从外界环境中直接摄取营养，另一方面又通过异化作用从自身物质分解获得能量。第一节细菌的代谢过程第二节细菌的生长繁殖第三节细菌的人工培养第一节细菌的代谢过程一、细菌的化学组成水无机物有机物组成元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等主要元素，其中碳、氢、氧、氮占90%以上；还有锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴等微量元素。二、细菌的营养需要水分碳源(含碳化合物)：供能氮源：合成菌体的成分无机盐类：P，S。酶，辅酶的必需基团；调节渗透压。生长因子：VitB族化合物三、细菌的营养类型1．根据对碳素营养的利用能力区分：自养菌(autotrophy)：具有高度的合成能力，能利用简单的无机化合物作营养。利用CO2或碳酸盐类作为惟一的碳源，利用氨、氨盐、硝酸盐或亚硝酸盐等作为氮源。异养菌(heterotrophy)：这类细菌合成能力较差，要有较复杂的有机物，如糖类、醇类和有机酸等作为碳源才能生长。2．根据能源的区分光能营养菌：能将光能转变为化学能；化能营养菌：从无机和有机化合物中取得能量的细菌。大部分细菌属于此类。3.四种营养类型光能自养菌：以光能作为能源，分解无机物进行生物合成的细菌。如红硫菌科的一些细菌。化能自养菌：利用某些无机化合物(如NH3、H2S、氧化亚铁等)取得能量，以CO2作为碳源，合成所需要的有机物。如硝化细菌科的细菌。光能异养菌：光能营养菌中能同化有机碳者，均属于光能异养菌。化能异养菌：化能营养菌中，要求有机物作为碳源和能源者，均属于化能异养菌。此种营养的类型是生物界中最常见的一种。四、细菌的酶胞内酶胞外酶（水解酶）固有酶（结构酶）诱导酶（适应酶）五、细菌对营养物质的摄取（一）细菌细胞内外物质交换的方式单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团转位运输方式浓度载体耗能运送分子发生变化单纯扩散高→低不需要不耗能不变化促进扩散高→低需要不耗能不变化主动运输低→高需要耗能不变化基团转位低→高需要耗能变化四种运送营养物质方式的比较比较项目单纯扩散促进扩散主动运输基团移位特异性载体蛋白无有有有运送速度慢快快快溶质运送方向由浓至稀由浓至稀由稀至浓由稀至浓运送分子的特异性无有有有平衡时内外浓度内外相等内外相等内部高内部高能量消耗不需要不需要需要需要运送前后溶质分子不变不变不变改变举例水、甘油糖、so42-氨基酸葡萄糖促进扩散主动运输基团转位酶Ⅱc酶Ⅱb酶ⅡaHPr酶I运送某一具体糖至少有4种蛋白参与，消耗一个ATP，两步进行：1）热稳载体蛋白的激活；2）糖分子被磷酸激活→磷酸糖→细胞质中六、细菌的呼吸1.呼吸：细菌对无机物或有机物进行氧化，产生能量，供应本身生命活动的使用，为此而进行的一系列氧化还原反应。▲需氧呼吸（呼吸）：受氢体是分子氧。▲发酵（fermentation）：受氢体是氧以外的无机物或有机物。2.细菌的呼吸类型：具有不同呼吸酶系统的细菌在进行呼吸时对于空气中氧气的关系也是不同的。据此，可以把细菌及其呼吸作用分为三个主要类型：⑴厌氧菌及厌氧呼吸⑵需氧菌及需氧性呼吸⑶兼性厌氧细菌及其呼吸七、细菌的代谢产物（1）分解产物各种细菌所具有的酶不完全相同，对营养物质的分解产物亦不同。利用生物化学的方法检测其分解产物，以鉴别细菌种类的试验方法，称为细菌的生化反应。常用的生化方法有吲哚（I）、甲基红（M）、VP（Vi）、枸橼酸盐利用（C）4种试验，糖发酵试验和尿素酶分解试验等。大肠杆菌IMViC试验结果为++——，产气杆菌为——++.（2）合成性代谢产物细菌通过新陈代谢不断合成菌体成分，此外，还能合成许多在医学上具有重要意义的代谢产物。①热源质(pyrogen)：是细菌合成的一种注入人体或动物体内能引起发热反应的物质，多由革兰氏阴性菌产生，热源质即其细胞壁的脂多糖。热源质耐高温高压。②毒素：外毒素：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蛋白质，毒性强；内毒素：是革兰阴性菌细胞壁的脂多糖，当菌体死亡崩解后游离出来。③抗生素：由某些微生物在代谢过程中产生的一类能抑制或杀死某些其他微生物的物质。大多由放线菌和真菌产生。④细菌素（蛋白质）：某些菌株产生的一类具有抗菌作用的蛋白质，只对有近缘关系的细菌有杀伤作用，如大肠菌素。⑤维生素：肠道内大肠埃希菌能合成B族维生素和维生素K，可被吸收利用。⑥色素:分水溶性和脂溶性两种，助于鉴别细菌。水溶性：能弥散。脂溶性：只存在于菌体，不扩散。⑦侵袭性酶类:某些细菌可产生侵袭性酶，促使细菌扩散。第二节细菌的生长繁殖一细菌生长繁殖的条件1．营养条件：水、碳源、氮源、无机盐、生长因子等2．温度：低温型(嗜冷菌)、中温型(嗜温菌)和高温型(嗜热菌)3．pH：病原菌，7.2-7.6；霉菌，3.0-6.0。4．渗透压5．气体：O2，CO2裂殖：多数二分裂：绝大多数细菌三分裂：绿色硫细菌复分裂：蛭弧菌芽殖：少数硝化杆菌属、芽生杆菌属等10余属细菌二、细菌繁殖的方式三、细菌繁殖的生长曲线如将细菌接种于适宜液体培养基中置温箱内培养，间隔不同时间取样，测定每ml培养基中的活菌数，以培养时间为横坐标，培养物中的活菌数的对数为纵坐标，可描绘出生长曲线。培养时间(h)I迟缓期II对数期III稳定期IV衰亡期0生长速度总菌数活菌数IIIIIIIVlg细胞数(个/ml)微生物的典型生长曲线(growthcurve)该曲线分为4期：1．迟缓期(lagphase)：2．对数期(logphase)：3．稳定期(stationaryphase)：4．衰退期(phaseofdecline)：★观察细菌的形态和G染色反应等，均应以对数期至稳定期中期的细菌为标准。第三节细菌的人工培养用人工方法，提供细菌在动物体内生长繁殖需要的基本条件，达到培养细菌，进行鉴定及进一步利用的目的。人工培养细菌，除需提供充足的营养物质外，尚需有合适的酸碱度、适宜的温度和渗透压及必要的气体环境。培养基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培养基，科研生产中培养微生物都需要配制培养基。（一）培养基的分类按状态的差异，可将培养基分为三类：液体培养基：用于扩增纯培养的菌体、确定细菌生长曲线等。固体培养基：在液体培养基中加入1%～2%的琼脂。用于细菌的分离、纯化、生物活性检测等。半固体培养基：将加入液体培养基的琼脂减半即成为半固体培养基。可作穿刺试验，观察细菌的运动力及短期保藏菌种等。1.在液体培养基上的生长特点液体培养基2.在半固体培养基上的生长特征半固体培养基3.细菌在固体培养基上的生长特征菌落：在固体培养基上，由单个细菌生长繁殖形成肉眼可见的细菌集落。纯培养：挑取一个菌落接种到另一培养基上培养，称为纯培养。菌苔：在培养基表面，多个菌落融合成一片叫菌苔。固体培养基按功能的差异，可将培养基分为三类：基础培养基选择培养基鉴别培养基基础培养基营养要求相同的微生物，所需的营养物质除少数不同外，其它大部分营养物是共同的，因此可配成一种基础培养基，再按照某一微生物的特殊需要，添加某种营养物即可。–如肉汤蛋白胨培养基加入脱纤维兔血或羊血—分离、培养某些病原微生物，提供一些辅酶或血红素等特殊生长因子。–蛋白胨水培养基加入葡萄糖或蔗糖—糖发酵培养基，用于鉴定某些肠道菌。选择培养基选择性培养基就是根据某种微生物的特殊营养要求或其对某化学、物理因素的抗性而设计的培养基，其功能是使混合菌样中的劣势菌变成优势菌，从而提高该菌的筛选效率。针对混合样品中数量很少的某种微生物，具有使混合菌群中的劣势菌变成优势菌，用于菌种筛选。采取投其所好或取其所抗两种方法，实际设计的培养基，通常为兼有两种功能。鉴别性培养基在培养基中加有能与某一菌的无色代谢产物发生显色反应的指示剂，从而用肉眼就能使该菌菌落与外形相似的其它菌落相区别的培养基。常用染料–碱性染料：苏木精、亚甲蓝、碱性品红碱性染料在电离时，其分子的染色部分带正电荷–酸性染料：伊红、坚牢绿、橙黄G酸性染料电离时，其分子的染色部分带负电荷细菌细胞通常带负电荷，应该用何种染料染色？鉴别培养基（二）细菌的培养性状菌落(colony)：某个细菌在适合生长的固体培养基表面或内部，在适宜的条件下，经过一定时间培养（18-24h），生长繁殖出巨大数量的菌体，形成一个肉眼可见的、有一定形态的独立群体，称为菌落，又称克隆(clone)。在细菌培养中，常将细菌作固体平板培养基表面划线接种，以获得单个菌落。菌苔(lawn)：若长出的菌落联成一片则称菌苔。菌落特征的描述大小：形状：圆形、假根状、放射状、不规则；颜色：透明程度：透明、不透明、半透明；隆起状态：低凸、扁平、隆起、乳头状；边缘情况：整齐、波浪状、锯齿状；表面状态：光滑、皱褶、同心环；表面光泽：无光泽、金属光泽；质地：油脂状、膜状、粘、脆；圆、整不、波状不、叶状规、放状细菌菌落表面结构、形态及边缘特征规、扇状规、齿状规、环状不、毛毯规、菌丝不、卷发不、丝状不、根状细菌菌落特征湿润、较光滑、较透明、较粘稠、易挑取、质地均匀、菌落正反面颜色一致等。