细菌营养与繁殖

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二节,细菌的营养与生长繁殖,细胞的化学组成,细菌的营养要求,吸收营养物质的方式 细菌的营养类型 细菌的生长繁殖 细菌的人工培养,水：,70-90%,，结合水和自由水；,蛋白质：,40-80%,，简单蛋白（鞭毛蛋白，酶）和复合蛋白（核蛋白，糖蛋白）；,核酸：,DNA,，,3%,；,RNA,，,10%,；,糖：,10-30%,，复杂组成成分，如脂多糖，肽聚糖；游离形式，糖原，淀粉；,脂类：,1-7%,，脂肪酸，磷脂，糖脂，固醇；,维生素：,B,细菌细胞的化学组成,微生物细胞,水：,70%-90%,干物质,有机物,蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等,及其降解产物,无机物（盐）,微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性”,细胞化学元素组成：,主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等；,微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。,碳源：为细菌生长提供碳素来源的营养物质的总称，是含碳元素的各种化合物。碳源主要用于合成细菌的含碳物质及其细胞骨架，并为细菌生长提供能量。,无机碳源和有机碳源。,有些细菌可利用多种碳源；有些仅利用少数几种。,氮源是为细菌生长提供氮素来源的营养物质的总称，是含氮元素的各种化合物或简单分子。不作为能源。,无机氮源，有机氮源和氮气分子。,无机氮源：铵盐、硝酸盐、尿素、氮；,有机氮源：蛋白质及不同程度的降解产物。,速效氮源和迟效氮源。,无机盐：为细胞生长提供必需的各种金属元素及一些微量元素，以满足细菌细胞生理活动的需求。,主要功能：酶或辅酶的组成成分；酶的调节剂，调节酶活性；维持细菌细胞内的渗透压、,PH,值和氧化还原电位；有些硫、铁等元素可作为自养类型细菌的能源；维持生物大分子和细菌结构的稳定性。,生长因子：,指细菌本身不能合成或合成量不足,必须借助外源加入的,微量即可满足细菌生长繁殖的营养因子,。,常见营养因子包括维生素,氨基酸,各类碱基,.,多数真菌，放线菌和不少微生物不需要提供生长因子。各种动物致病菌，原生动物，支原体。,水是维持细菌细胞结构和生存必不可少的一种重要物质，,主要功能：,1.,作为细菌的组成成分，如结合水；,2.,为细胞代谢提供液体介质环境，如营养物质的运输、分解及代谢废物的排泄；,3.,直接以分子态参加代谢，如加水和脱水反应；,4.,水的比热高；,5.,维持蛋白质、核酸等生物大分子的天然构象稳定，以发挥正常的生物学效应。,微生物与动植物营养要素的比较,细菌的营养要求,动物,（异养）,微生物,绿色植物,（自养）,异养,自养,碳源,糖类、脂肪,糖、醇、有机酸等,二氧化碳、碳酸盐等,二氧化碳,氮源,蛋白质及其降解物,蛋白质及其降解物、有机氮化物、无机氮化物、氮,无机氮化物、氮,无机氮化物,能源,与碳源同,与碳源同,氧化无机物或利用日光能,利用日光能,生长因子,维生素,有些需要维生素等生长因子,不需要,不需要,无机元素,无机盐,无机盐,无机盐,无机盐,水分,水,水,水,水,吸收营养物质的方式,依靠,细胞膜,的功能，将周围环境中的营养物质输送到细胞内。,类型：,一、简单,扩散,( simple diffusion),二、促进扩散,(facilitated diffusion),三、,主动运输,(active transport),四、,基团转位,(group translocation),一、简单扩散（,simple diffusion,）,eg,：,H,2,O,，,O,2,，,CO,2,，甘油，乙醇，脂肪酸等。,(,分子量小，脂溶性，极性小,),二、促进扩散,主动运输,特点：,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。,主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式。,通过这种方式运输方式吸收的营养物质：有糖类（乳糖、半乳糖、阿拉伯糖等）、氨基酸、核苷、钾离子等。,主动运输运输物质的种类：,四、基团转位,(group translocation),基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主要用于糖,的运输。脂肪酸、核苷、碱基等也可通过这种方式运输。,有一个复杂的运输系统来完成物质的运输；,物质在运输过程中,发生化学变化,；,eg,：磷酸烯醇式丙酮酸（,PEP,）,己糖磷酸转移酶系统（磷酸转移酶系统，,PTS,）,四种运送营养物质方式的比较,比较项目 简单扩散 促进扩散 主动运输 基团转位,转运方向 由浓至稀 由浓至稀 由稀至浓 由稀至浓,载体蛋白 无 有 有 有,运送速度 慢 快 快 快,能量消耗 不需要 不需要 需要 需要,运送前后,不变 不变 不变 改变,溶质分子,平衡时内,相等 相等 内部高 内部高,外浓度,细菌的营养类型,腐生菌,利用无生命的有机化合物,(,如动植物尸体和残体,),为营养物质,寄生菌,从生活的寄主体内吸收营养物质,不同营养类型之间的界限并非绝对：,异养型微生物并非绝对不能利用,CO,2,；,自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；,有些微生物在不同生长条件下生长时,其营养类型也会发生改变；,例如紫色非硫细菌,(purple nonsulphur bacteria),：,没有有机物时，同化,CO,2,，,为,自养型微生物；,有机物存在时，利用有机物进行生长，为,异养型微生物,；,光照和厌氧条件下，利用光能生长，为,光能营养型微生物；,黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，,为,化能营养型微生物；,微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化的适应能力,细菌的,生长与繁殖,（一）生长繁殖的条件,1,、,营养物质,C,源，,N,源，无机盐，生长因子，水等,2,、,pH,大多数：,嗜酸菌：,嗜碱菌,3,、温度,低温菌,10 ,20,（湖泊，深海，冷藏食品）,中温菌,25 32, (,腐生菌），,37,（,病原菌）,高温菌,50 55,（温泉）,根据氧与微生物生长的关系可将微生物分为,好氧,微好氧,耐氧型,兼性厌氧,专性厌氧,微生物类型,最适生长的,O,2,体积分数,好氧,微好氧,氧的忍耐型,兼性厌氧,专性厌氧,等于或大于20,2一,lO,2,以下,有氧或无氧,不需要氧、有氧时死亡,（二）细菌的繁殖方式和繁殖速度繁殖方式：,无性二分裂法,繁殖速度：,大多数细菌：,1520,分钟繁殖一代；,少数细菌，如结核分枝杆菌：,1518,小时繁殖一代。,细菌的人工培养,微生物的物种（菌株）一般是以群体的形式进行繁衍、保存；,纯培养技术,是进行微生物学研究的基础！,（一）无菌技术,（二）培养基,（三）细菌的培养方法及其生长现象,（四）微生物生长的测定,（五）纯培养物的获得方法,（一）无菌技术,用于分离、培养微生物的器具事先不含任何微生物；,在转接、培养微生物时防止其它微生物的污染；,1,、微生物培养的常用器具及其灭菌,常用的器具,：,试管、瓶子、培养皿等,1887,年，,R J Petri,发明,Petri dish,1,.,接种针,2.,接种环,3.,接种钩,4.5.,玻璃涂棒,6.,接种圈,7.,接种锄,8.,小解剖刀,（二）培养基,medium,1,、概念,人工配制的供给细菌或其他微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质。,使用原则：,1,）适宜的营养物质,2,）控制营养物质的浓度和各营养物质的比例,3,）合适的,pH,4,）,立即进行灭菌处理并维持无菌状态,5),经济节约,主要用途：,促使微生物的生长与繁殖，用于微生物纯种的分离、鉴定和制造微生物制品等。,培养基的类型,合成培养基,由已知化学成分及数量的化学药品配置而成。,天然培养基,采用化学成分还不十分清楚或化学成分不恒定的天然有机物。,半合成培养基,以天然有机物为主要碳源、氮源及生长素的培养基中加入一些化学药品，以补充无机盐成分，使其更能满足微生物对生长的需要。,根据营养物质来源不同划分,液体培养基,半固体培养基,固体培养基,根据培养基的物理状态划分,1.,基础培养基：,2.,营养培养基：,3.,选择培养基：胆酸盐；,7.5%NaCl,；,10%,酚,4.,鉴别培养基：伊红亚甲蓝乳糖培养基,5.,厌氧培养基,根据培养基的用途划分,（三）细菌的培养方法及其生长现象,1,、固体培养,将细菌接种在固体培养基上，于适宜的温度下培养，由单个细菌细胞繁殖形成的肉眼可见的细菌集落为,菌落（,colony,）,。,可以作为识别、鉴定菌种的一个依据。,同一细菌在不同的培养平板上形成不同的特征菌落,菌落的特征,包括：,大小、颜色、透明、表面状态、质地、边缘形态、隆起形状等,菌落在固体培养基上连成一片的纯培养物,-,菌苔,细菌在液体培养基中的生长情况,菌膜,菌沉淀,均匀浑浊,对照,细菌在半固体培养基中的生长情况,1,、,3,：有动力,2,：无动力,发酵罐培养（,tank culture,）是进一步放大培养，根据需要培养物可为数吨、数十吨、数百吨不等，适用于种子制备、发酵生产。同时还需向罐中通入无菌空气，故也称通气培养,(aeration culture,）。,摇瓶培养（,shaking culture,）：,（四）微生物生长的测定,1.,生长曲线,2.,个体计数,3.,群体重量测定,4.,群体生理指标测定,1.,细菌的生长曲线,将,细菌接种到定量的,液体培养基,中，定时取样测定细胞数量，以,培养时间,为横座标，以,菌数的对数,为纵座标作图，得到的一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线。分为四期：,延,迟,期、,对数生长期、稳定期、衰亡期,迟缓期,1.,菌数不增加；但细胞内合成代谢旺盛； 适应新环境，为分裂做准备；,2.,影响迟缓期的因素主要有菌种，菌龄，接种量以及接种前后培养基成分的差异。,3.,缩短迟缓期的措施：,1.,遗传学方法改变菌种的遗传特性；,2.,应用对数期的培养物接种；,3.,适当扩大接种量；,4.,加入酶激活剂。,对数生长期（,logarithmic phase,），又称指数期,（,1,） 特点：细胞大量繁殖；浓度成几何级增加；个体形态，染色性，生理特性典型。,（,2,）生产上：作为发酵的种子、实验材料，,研究细菌的形态，大小，染色性，生化反应，药物敏感实验等宜选择该期的样本。,噬菌体吸附的最适菌龄，发酵生产用作种子的最适菌龄。,稳定期,1.,环境逐步不适应细菌生长；菌数最高并能维持一段时间；在生产上采取补救措施，积累更多的代谢产物；,2.,开始储存糖原，异染颗粒和脂肪等储存物；芽孢杆菌在此期形成大量芽孢；次级代谢产物如抗生素，外毒素开始积累；,3.,采取补救措施：补充营养物质，调节,PH,值，移去代谢产物。,衰亡期（,decline phase,）,（,1,） 特点：,死亡速率大于生长速率；,菌体开始自溶；,细胞形态多样，染色性改变；,（,2,）生产上：,掌握发酵时间,2.,个体计数,显微记数法（细菌总数）,平板菌落记数（活菌记数）,膜过滤培养法（活菌记数）,比浊法（细菌总数）,比浊管,采用细菌计数板或血球计数板，在显微镜下计数一定容积样品中微生物的数量。,显微记数法（细菌总数）,平板菌落记数（活菌记数）,膜过滤培养法（活菌记数）,当样品中菌数很低时，可以将一定体积的湖水、海水或饮用水等样,品通过膜过滤器，然后将膜转到相应的培养基上进行培养，对形,成的菌落进行统计。,比浊法（细菌总数）,3.,群体重量测定,4.,群体生理指标测定,如,呼吸强度，耗氧量、酶活性、生物热,等与其群体的规模成正相关。样品中微生物数量多或生长旺盛，这些指标愈明显，因此可以借助特定的仪器如瓦勃氏呼吸仪、微量量热计等设备来测定相应的指标。,（五）纯培养物的获得方法,1,涂布平板法,2,稀释倒平板法,3,平板划线,4,用液体培养基获得纯培养,5,富集培养,1,涂布平板法,较烫的培养基；严格好氧菌,2,稀释倒平板法,无菌水做一系列稀释,50,度左右的琼脂培养基,挑取单菌落，重复数次,2,系列稀释,3,平板划线,4,用液体培养基获得纯培养,对于大多数细菌和真菌，平板分离通常是满意的；,然而一些体积大的细菌、许多原生动物、藻类，需用液体培养基分离；,一个稀释度有多个试管，超过,95%,的试管不长菌。,5,富集培养（选择性培养基）,富集培养是微生物学家最强有力的技术手段之一。营养和生理条件的几乎无穷尽的组合形式可从自然界选择出特定微生物。,四、细菌的代谢产物与鉴定反应,（一）分解性代谢产物和相关的生化反应试验,糖,：淀粉、纤维素、几丁质、透明质酸等,（,M,胞外酶）,双糖,or,单糖,1,、,糖发酵实验,(carbohydrate fermentation test),2,、,VP,试验,( Voges-Proskauer test ),3,、,甲基红试验,（,methyl red test,）,4,、,枸橼酸盐利用实验（,citrate utilization test,）,5,、吲哚实验,6,、硫化氢实验,第三节 细菌的代谢,一、二、三、（自学）,大肠杆菌：,丙酮酸裂解生成乙酰,CoA,与甲酸，甲酸在酸性条件下可,进一步裂解生成,H,2,和,CO,2,分解葡萄糖、乳糖，产酸产气,伤寒杆菌：,丙酮酸裂解生成乙酰,CoA,与甲酸，但不能使甲酸裂解产生,H,2,和,CO,2,只分解葡萄糖产酸，不产气，且不分解乳糖。,糖发酵实验,甲基红实验,大肠杆菌和产气杆菌均属,G-,短杆菌，都能分解葡萄糖,产酸产气；,大肠杆菌产生甲酸、乙酸、乳酸、琥珀酸和乙醇；,以下，红色，阳性；,产气杆菌只产生甲酸、乙醇和乙酰甲基甲醇，以上，,橘黄色，阴性。,大肠杆菌：,产气杆菌：,V.P.,试验阳性,甲基红试验阴性,V.P.,试验阴性,甲基红试验阳性,Voges-Proskauer 试验,产气杆菌,柠檬酸盐利用实验：,1.,以柠檬酸盐为唯一碳源；,2.,溴麝香草酚蓝,吲哚实验：,1.,色氨酸酶；,2.,柯氏试剂：对,-,二甲基氨基苯甲醛,溶于戊醇,IMViC,试验用于肠道杆菌的鉴定,细菌,I M V C,大肠杆菌,+ + - -,产气杆菌,- - + +,（二） 合成性代谢产物,1,、,热源质（,pyrogen,）,能引起机体发热的物质,2,、,毒素,内毒素、外毒素。,3,、,细菌素,抑制或杀死近缘细菌的物质（蛋白质），作用于细胞膜，核糖体等。,4,、,色素,水溶性，脂溶性（金黄色葡萄球菌）。,5,、抗生素 多粘菌素、短杆菌肽,6,、维生素，酶等。,第五节 细菌的感染与免疫,一、,正常菌群（,normal flora,）,人体体表以及与外界相通的腔道中分布着一定种类和数量的微生物，它们与人体之间通过长期共存，已经建立起一种相互有利的平衡关系。,鼻咽腔,葡萄球菌、甲，丙型链球菌,肺炎球菌、奈氏菌、类杆菌等,外耳道,葡萄球菌、类白喉杆菌,绿脓杆菌、非致病性分枝杆菌,表皮葡萄球菌,口腔,甲，丙型链球菌,类白喉杆菌、肺炎球菌,奈氏菌、乳杆菌、梭杆菌,螺旋体、放线菌、白念珠菌,肠道,大肠杆菌、产气杆菌、变形杆菌,绿脓杆菌、葡萄球菌、厌氧性细菌,真菌、乳杆菌，双歧杆菌等,阴道,大肠杆菌、乳杆菌,白念珠菌、类白喉杆菌,非致病性分枝等,皮肤,葡萄球菌、绿脓杆菌、白念珠菌,丙酸杆菌、类白喉杆菌、,非致病性分枝杆菌,人,体,内,正,常,菌,群,的,分,布,眼结膜,白色葡萄球菌、干燥杆菌,尿道,白色葡萄球菌、类白喉杆菌、,非致病性分枝杆菌,条件致病菌,致病条件,正常菌群与宿主间的生态平衡被打破，原来不致病的正常菌群就会对人体产生致病性，成为条件致病菌。,1,、寄居部位的改变,2,、免疫功能低下,3,、菌群失调,服用,活的微生物制剂,来治疗由于正常菌群失调而导致的疾病，这类活微生物制剂又称,微生态制剂,。,例如，含蜡状芽孢杆菌的,“,促菌生,”,，,含地衣芽孢杆菌的,“,整肠生,”,，,“,丽珠肠乐,”,（,双歧杆菌活菌制剂,）,“,双歧三联活菌制剂,”,（粪链球菌、嗜酸乳杆菌、,双歧杆菌,）,“,昂立一号,”,（乳酸杆菌、,双歧杆菌,等）,微生态制剂一般用于恢复肠道内的正常生态,环境，若肠道功能正常，一般不需要服用！,毒力,致病菌的致病性强弱程度,与,侵袭力,和,毒素,有关,半数致死量（,LD,50,),半数感染量,在规定时间内，通过指定的感染途径，,能使一定体重或年龄的某种动物,半数死亡,或感染,需要的,最小细菌数或毒素量。,1.,侵袭力,致病菌能突破宿主皮肤、粘膜生理屏障，,进入机体并在体内定植、繁殖和扩散的能力,物质基础,荚 膜,：抗吞噬和阻挠杀菌物质的作用,粘附素,：粘附于粘膜上皮细胞上，避免被清除,侵袭性物质,：有利细菌侵入上皮细胞,有利细菌在组织中扩散,2.,毒素,细菌产生的毒性物质,内毒素,：革兰阴性菌细胞壁中的脂多糖组分,外毒素,：多数为革兰阳性菌产生的毒性物质，常由细菌合成后分泌至细胞外。,类毒素（,toxoid,）,：,外毒素 经,0.3-0.4%,甲醛处理，使其毒性完全丧失，但保持抗原性，这种经处理的外毒素为类毒素。,抗毒素（,antitoxin,）,：,用类毒素注射动物（如马），动物血清中可获得外毒素的抗体，称为抗毒素（治疗用）。,外毒素,内毒素,细菌来源,G,+,细菌和部分,G,-,细菌分泌到胞外,G,-,细菌细胞壁成分，菌体自溶或裂解时释放,化学成分,蛋白质,脂多糖,热稳定性,6080,、,30,分钟被破坏,耐热性强，,250,、,30,分钟被破坏,抗原性,强，刺激机体产生抗毒素（抗体）,弱，刺激机体产生抗菌性抗体,类毒素,0.4%,甲醛处理可除去毒性制备类毒素,不能制备类毒素,毒性,强，具组织特异性，引起特殊病变，不引起机体发热,弱，无具组织特异性，病理作用大致相同，引起机体发热,编码基因,常为质粒,细菌染色体,细菌入侵的数量,与细菌的毒力成反比,毒力越强，引起感染所需的菌量越小,毒力越弱，引起感染所需的菌量越大,细菌入侵的途径,各种致病菌有其特定的侵入部位,与致病菌需要特定的生长繁殖微环境有关,思考题,营养物质进入细胞的方式有哪些？,培养基的制备原则与分类。,细菌的人工培养方法、不同物理状态培养基下细菌的生长特征,.,微生物的生长曲线分为几个阶段、有何特点对实际生产有何指导意义？,什么是纯培养,?,获得纯培养的方法。,细菌致病性的决定因素，外毒素和内毒素的异同,