细菌的生理(Bacterial Physiology)

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Key Words

Obligate aerobe

Obligate anaerobe

Facultative anaerobe

Medium/media Culture Colony

Mesophile

Thermophile

Psychrophile

Generation time

Growth curve

一、细菌的理化性状

二、影响细菌生长的因素

三、细菌的生长繁殖

四、细菌的新陈代谢

五、细菌的人工培养

一、细菌的理化性状

• 菌体无色半透明 观察方法-染色法

• 表面积大 –物质交换率高

• 带电现象

• 半透性 –扩散、主动运输

• 渗透压差异的耐受性 –细胞壁的功能

细菌的物理性状

细菌的营养物质

水： 营养物质必须先溶于水，营养的吸收与

代谢均需有水才能进行;

氮源：来源于氨基酸、蛋白质等，合成菌体

成分;

碳源： 来源于糖类，提供能量;

无机盐： 钾、钠、钙、镁、磷、硫、铁等;

生长因子：生长必需但自身不能合成的物质，

如维生素、氨基酸等;

细菌的营养类型

利用能源和碳源的不同，将细菌营养类型分为：

自养菌autotroph 利用无机碳源、氮源

-化能自养菌

-光能自养菌

异养菌heterotroph 利用有机碳源、氮源

-腐生菌saprophyte

-寄生菌parasite -大多数病原菌

二、影响细菌生长的因素

水

营养: 碳源、氮源

pH： 多数病原菌最适pH为7.2~7.6 (嗜中性)

少数菌嗜酸性或嗜碱性，可用于鉴别菌种

温度： 多数病原菌为嗜温菌，最适37℃

嗜冷菌-冷藏食物

渗透压 等渗（生理盐水、PBS）

-高渗防腐(果酱、咸肉…)

气体环境: 氧气、二氧化碳

1. 病原菌的培养条件？

2. 如何控制温度和气体-培养箱

3. 如何保证所需营养条件-培养基

嗜中性 Neutralophiles (pH 6.0-8.0)

大多数致病菌

嗜酸性 Acidophiles (< pH 3.0)

Helicobacter pylori

嗜碱性 Alkaliphiles (pH10.5)

bacteria from salina, Vibrio. cholera

O2 与感染部位、致病机制、治疗和细菌培养有关

• 专性需氧菌（obligate aerobe）

结核分枝杆菌、铜绿假单胞菌

• 微需氧菌（microaerophilic bacterium）

低氧浓度5~6%生长好，空肠弯曲菌、幽门螺杆菌

• 兼性厌氧菌（facultative anaerobe）

有氧生长更好，厌氧亦生长；大多数病原菌

• 专性厌氧菌（obligate anaerobe）

破伤风梭菌、肉毒梭菌

与细菌是否含有相关的呼吸酶或分解有毒氧基团酶有关

CO2 某些细菌-脑膜炎奈瑟菌，布鲁氏菌

2O2- + 2H+ H2O2+O2

2H2O2 触酶 2H2O +O2

H2O2+AH2过氧化物酶 2H2O+A

缺乏氧化还原电势高的呼吸酶：细胞色素、细胞色素氧化酶

缺乏分解有毒氧基团的酶：超氧化物歧化酶、触酶、过氧化物酶

超氧化物歧化酶

三、细菌的生长繁殖

1 to 2 to 4 to 8 to N

代时(generation time)：多数病原菌为20~30 min

结核分枝杆菌需18～20h

二分裂无性繁殖（Binary fission）

1．迟缓期 lag phase

2．对数期 logarithmic phase

3．稳定期 stationary phase

4．衰亡期 decline phase

细菌生长曲线 （Growth curve）

细菌生长期 （体外）

• Lag phase 迟缓期–适应期

• Log phase 对数期–细菌代谢生长活跃 -形态学研究、药敏试验

• Stationary phase 稳定期–死亡率 = 生长率 -提取抗生素、外毒素等

• Death phase衰亡期–营养消耗 pH 质降低

细菌生长曲线的影响因素：起始菌量及状态

温度/培养基/培养条件…

思考：在体内是否会出现生长曲线？为什么？

Bacterial Growth Curve （in vitro）

发热对嗜温菌（Mesophile）生长的影响?

该曲线告诉我们什么？

四、细菌的新陈代谢

能量代谢•有氧呼吸•发酵

物质代谢•分解代谢•合成代谢

（一）细菌的分解代谢产物与生化反应

通过生化试验的方法检测细菌对各种基质的代谢

作用及其代谢产物，从而鉴别细菌的反应统称为

细菌的生化反应。

糖发酵试验

葡萄糖 HCOOH CO2+H2

甲酸脱氢酶

大肠埃希菌分解乳糖，产酸产气；

伤寒沙门菌不分解乳糖。

（色氨酸酶）

色氨酸→吲哚→玫瑰吲哚

↑

吲哚试剂

大肠杆菌、变形杆菌、霍乱

弧菌等含色氨酸酶，分解色

氨酸产生吲哚，与指示剂作

用显玫瑰红色(+)。

吲哚（indole）试验

甲基红（methyl red）实验

葡萄糖→丙酮酸→乙酰甲基甲醇 甲基红 - pH＞5.4 黄(-)

葡萄糖→丙酮酸 甲基红+ pH≤5.4 红(+)

大肠杆菌（＋）

产气杆菌（－）

丙酮酸脱羧酶

VP（Voges-Proskauer）试验

葡萄糖→丙酮酸→乙酰甲基甲醇 →二乙酰+胍基化合物

→

葡萄糖→丙酮酸

大肠杆菌（－）

产气杆菌（＋）

丙酮酸脱羧酶 VP +碱性溶液

红色化合物

枸橼酸盐利用试验（citrate utilization）

产气杆菌利用枸橼酸盐生长 +

大肠杆菌不能利用 -

溴百里酚兰：pH6.0~7.6

淡绿 深蓝

蓝绿

IMViC试验（用于肠道杆菌的鉴定）I-吲哚（indol）试验

M-甲基红（methyl red）试验

V-VP（Voges-Proskauer）试验

C-枸橼酸盐利用试验（citrate utilization）

I M Vi C

大肠埃希菌 + + - -

产气杆菌 - - + +

酚红：pH8.2~10

红色 +

硫化氢试验

变形杆菌、沙门菌分解含硫氨基酸产生硫化氢→遇铅或铁离子生成黑色的硫化物

尿素酶试验

变形杆菌有尿素酶，可分解尿素产生氨→培养基变碱→酚红指示剂显红色

E.coli 25922

（二）合成代谢产物

1.热原质

细菌合成的一种注入人体内引起发热反应的物

质。大多数是G-菌的脂多糖。

热原质耐高温

高压蒸汽灭菌不破坏（121℃，20 min），250℃高温干烤才能破坏

导致输液反应的因素之一

热原质检查：鲎试验（从栖生于海洋的节肢动物“鲎”的兰色血液中提取变形细胞溶解物，若试剂立即凝固或变色，就说明注射液内含有热原质-内毒素）

濒危动物

内毒素 G－菌的脂多糖

外毒素 G＋菌和少数G－菌产生的蛋白质

侵袭性酶 损伤机体组织，促进细菌侵袭和扩散，如卵磷脂酶 （产气荚膜梭菌 ）、透明质酸酶（链球菌）

2.毒素和侵袭性酶 （见细菌的感染与免疫）

4. 抗生素：多粘菌素、杆菌肽。

5. 细菌素：只能杀伤有亲缘关系的细菌，如大肠菌

素。无治疗意义，有助于细菌分型。

6. 维生素：某些肠道菌合成，如B族维生素、VK。

3.色素：金黄色葡萄球菌—金黄色色素（脂溶性）铜绿假单胞菌—绿色色素（水溶性）可用于细菌鉴别

五、细菌的人工培养

• 培养基（culture medium）

人工方法配制，专供微生物生长繁殖使用的混合营养物制品

• 培养基的分类：

基础培养基（basic medium）

增菌培养基（enrichment medium +营养

选择培养基（selective medium） +抑制剂

鉴别培养基（differential medium）+指示剂

厌氧培养基（anaerobic medium）

物理性状：

液体培养基、固体培养基、半固体培养基

液体培养基中生长现象

-混浊：大多数细菌

-沉淀：链状生长的细菌

-菌膜：结核杆菌、枯草杆菌(专性需氧菌)

表面生长 混浊生长 沉淀生长

无法获得单个细菌

液体培养基

固体培养基（15g/L琼脂）

半固体培养基 （3~5g/L琼脂）

固体培养基

Richard Petri Petri dish

半固体培养基

Angelina Fannie Eilshemius Hesse

琼脂-用于制备果酱、果冻、糖等

1.藻类多糖 agarobiose

2. 不被细菌分解，无营养；

3. 溶化温度85 ℃； 凝固温度32-40 ℃

分离培养：

划线接种，通过划线细菌分散

菌落（colony）：

单个细菌分裂繁殖成肉眼可见

的细菌集落。

固体培养基中生长情况

• 固体培养基：

平板（菌落） 斜面（菌苔）

半固体培养基中生长情况

有鞭毛细菌：

扩散生长，周围浑浊

无鞭毛细菌：

沿穿刺线生长，周围透明

无动力 有动力

• 液体培养基：增菌 （保存时间短，数天）

• 固体培养基：纯化（平板）（保存时间短，周）

保种（斜面）（保存时间相对长

3个月-6个月）

• 半固体培养基：动力检测

人工培养细菌的用途

在医学中的应用

-感染性疾病的病原学诊断

-细菌学的研究

-生物制品的制备

在工农业生产中的应用

在基因工程中的应用

思考题（细菌结构）

1. 了解G＋菌与G-菌细胞壁结构有什么医学实践的意义

2. 比较G＋菌与G-菌细胞壁结构的异同

3. 细菌的四种特殊结构在医学实践的中意义

4. 革兰染色的原理、方法和实际意义

5. 根据你所了解的细菌结构特点，分析哪些可能是抗生素的潜在靶点？

思考题(细菌生理)

1. 致病菌的生长繁殖条件？

2. 请解释学习细菌生长曲线的实际意义？

3. 细菌繁殖对氧需要与医学实践有何相关性？

4. 了解细菌代谢产物对临床实践有何意义？

5. 细菌培养基的类型、作用人工培养有哪些实际意义？

Quiz （简答）：

请注明日期______,

姓名_____, 学号______

1. G+菌细胞壁特有的成分是什么？

2. G-菌细胞壁特有的成分有哪些？

3. 细菌的特殊结构（课堂上讲的内容）有那些？

4. 可能成为抗生素的作用靶点有哪些？

5. 致病菌的培养温度_____; pH_____

6. 细菌生长曲线有几期？药敏试验应采用什么期的细菌？

菌株(strain)

• 对不同来源的同一菌种的细菌称为该菌

的不同菌株(strain)。

• 标准菌株(standard strain)或模式菌株

(type strain）：具有某种细菌典型特征

的菌株