细菌的生长繁殖与变异 PPT

2021/6/16 1 第 二 节 细 菌 的 生 长 繁 殖 与 变 异 2021/6/16 2 （ 一 ） 细 菌 生 长 繁 殖 的 条 件1.营 养 物 质2.温 度3.pH4.气 体一 、 细 菌 的 生 长 繁 殖 2021/6/16 3 1.营 养 物 质 细 菌 生 长 繁 殖 需 要 丰 富 的 营 养 物 质 ，包 括 水 、 碳 水 化 合 物 、 氮 化 物 、 无 机 盐 、生 长 因 子 等 。 2021/6/16 4 2.温 度 依 据 细 菌 对 温 度 的 需 求 不 同 ， 可 以 将其 分 为 嗜 冷 菌 、 嗜 温 菌 、 嗜 热 菌 三 大 类 。病 原 菌 一 般 为 嗜 温 菌 ， 适 宜 的 生 长 温 度 为15 40 ， 并 且 大 多 数 病 原 菌 的 最 适 温 度为 37 。 2021/6/16 5 3.pH 大 多 数 细 菌 的 最 适 pH为 7.2 7.6， 许多 细 菌 在 代 谢 过 程 中 分 解 糖 ， 产 生 酸 ， 使pH下 降 ， 抑 制 细 菌 生 长 。 2021/6/16 6 4.气 体 与 细 菌 生 长 繁 殖 有 关 的 气 体 主 要 是 氧气 和 二 氧 化 碳 ， 此 外 ， 有 些 固 氮 菌 能 够 固定 空 气 中 的 氮 气 。 2021/6/16 7 根 据 细 菌 对 氧 的 需 要 情 况 分 为 ：专 性 需 氧 菌 （ aerobe） :必 须 在 有 氧 的 环 境 中才 能 生 长 繁 殖 。 如 结 核 分 枝 杆 菌专 性 厌 氧 菌 （ anaerobe） : 缺 乏 呼 吸 酶 ， 只 有在 无 氧 状 态 下 才 能 生 长 。 如 破 伤 风 芽 胞 梭 菌兼 性 厌 氧 菌 （ facultative anaerobe） :在 有氧 或 无 氧 状 态 下 均 能 生 长 ， 但 在 有 氧 时 生 长较 好 。 大 多 数 病 原 菌 属 于 此 类 。微 需 氧 菌 :在 低 氧 状 态 下 生 长 最 好 。 2021/6/16 8 （ 二 ） 细 菌 生 长 繁 殖 的 方 式 与 速 度 细 菌 主 要 以 二 分 裂 方 式 进 行 无 性 繁 殖 ， 一 个细 菌 分 为 两 个 菌 体 所 需 的 时 间 称 为 世 代 时 间 ， 简称 世 代 。 在 适 宜 的 人 工 条 件 下 ， 多 数 细 菌 的 世 代为 20 30min。 如 果 按 20min繁 殖 一 代 计 算 ， 10h后 ， 一 个 细 菌 可 以 繁 殖 10亿 个 以 上 的 细 菌 。 细 菌 细 胞 的 分 裂 是 从 染 色 体 的 复 制 开 始 的 。为 了 使 遗 传 物 质 能 均 等 地 分 配 给 两 个 子 代 细 胞 ，染 色 体 的 复 制 与 细 胞 分 裂 需 要 配 合 密 切 。 2021/6/16 9 （ 三 ） 细 菌 群 体 生 长 及 生 长 曲 线 细 菌 生 长 曲 线 是 专 指 单 细 胞 微 生 物 的 。 它 是 将 少 量 的单 细 胞 微 生 物 接 种 纯 种 到 一 定 容 积 的 液 体 培 养 基 后 ， 在适 宜 的 条 件 下 培 养 ， 定 时 取 样 测 定 细 胞 数 量 。 以 细 胞 增长 数 目 的 对 数 做 纵 坐 标 ， 以 培 养 时 间 做 横 坐 标 ， 绘 制 一条 如 图 所 示 的 曲 线 ， 我 们 称 这 条 曲 线 为 细 菌 的 生 长 曲 线 。 根 据 生 长 曲 线 的 变 化 规 律 ， 可 以 把 生 长 曲 线 分 为 四 个 时期 ： 延 迟 期 、 对 数 期 、 稳 定 期 、 衰 亡 期 。 2021/6/16 10 2021/6/16 11 1.延 迟 期 又 称 停 滞 期 ， 是 微 生 物 细 胞 进 入 一个 新 环 境 的 适 应 时 期 。 此 时 的 微 生 物 数 量不 增 加 ， 细 胞 的 形 态 变 大 或 者 变 长 。 处 在延 迟 期 的 细 胞 代 谢 能 力 强 ， 对 外 界 的 理 化因 素 敏 感 ， 细 胞 代 谢 活 跃 ， 积 累 了 足 够 的酶 、 辅 酶 和 中 间 代 谢 产 物 。 为 细 胞 分 裂 增殖 做 准 备 。 2021/6/16 12 2.对 数 期 又 称 指 数 期 ， 是 细 菌 细 胞 适 应 了 新 的 环 境 后生 长 最 为 旺 盛 的 一 个 时 期 ， 在 此 时 期 细 胞 的 数 目以 几 何 级 数 增 长 ， 故 称 对 数 期 。 对 数 期 有 以 下 几个 特 点 ： 1） 生 长 速 率 常 数 最 大 2） 细 胞 平 衡 生 长 ， 菌 体 内 的 成 分 最 为 均 匀 3） 酶 系 活 跃 ， 代 谢 旺 盛 从 以 上 几 个 特 点 可 以 看 出 ， 此 时 期 是 研 究 菌体 的 最 佳 时 期 。 2021/6/16 13 3.稳 定 期 又 称 恒 定 期 或 最 高 生 长 期 。 这 个 时 期 的 特 点是 生 长 速 率 常 数 为 0， 即 新 繁 殖 的 细 胞 数 目 与 死亡 的 细 胞 数 目 相 等 。 这 时 菌 体 的 产 量 达 到 最 高 点 。 在 稳 定 期 ， 细 胞 开 始 储 藏 糖 原 、 异 染 粒 和 脂肪 等 贮 藏 物 ， 多 数 的 芽 孢 菌 在 这 时 产 生 芽 孢 ， 有些 微 生 物 在 稳 定 期 时 还 开 始 合 成 抗 生 素 等 次 生 代谢 产 物 。 2021/6/16 14 4.衰 亡 期 在 衰 亡 期 中 ， 个 体 的 死 亡 速 度 超 过 个 体 的 新生 速 度 ， 因 此 ， 整 个 群 体 就 呈 现 负 增 长 ， 活 细 胞的 数 目 明 显 下 降 。 这 时 ， 细 胞 形 态 多 样 ， 例 如 会产 生 很 多 膨 大 、 不 规 则 的 退 化 形 态 ； 有 些 微 生 物因 蛋 白 水 解 酶 活 力 的 增 强 而 发 生 自 溶 ； 有 些 微 生物 会 在 此 时 期 释 放 对 人 类 有 用 的 抗 生 素 等 次 生 代谢 产 物 ； 在 芽 孢 杆 菌 中 ， 芽 孢 的 释 放 往 往 也 发 生在 这 一 时 期 。 2021/6/16 15 微 生 物 生 长 规 律 对 工 业 生 产 的 指 导 ： （ 1） 缩 短 延 迟 期 延 迟 期 的 存 在 则 使 发 酵 周 期 延 长 ， 为 提 高 设备 的 使 用 率 及 降 低 生 产 成 本 则 需 缩 短 延 迟 期 。（ 2） 把 握 对 数 期 连 续 投 放 或 补 加 发 酵 原 料 ， 会 使 菌 体 随 营 养浓 度 增 加 而 生 长 速 率 上 升 ， 从 而 可 获 得 大 量 的 菌体 。 2021/6/16 16 微 生 物 生 长 规 律 对 工 业 生 产 的 指 导 ：（ 3） 延 长 稳 定 期 对 于 合 成 产 物 与 微 生 物 细 胞 的 形 成 过 程 同 步的 ， 稳 定 期 的 末 期 为 最 佳 收 获 期 ， 因 此 ， 延 长 稳定 期 可 以 获 得 更 多 的 产 品 。（ 4） 监 控 衰 亡 期 微 生 物 在 衰 亡 期 ， 细 胞 活 力 明 显 下 降 ， 同 时由 于 逐 渐 积 累 的 代 谢 毒 物 可 能 会 与 代 谢 产 物 起 某种 反 应 或 影 响 提 纯 ， 或 使 其 分 解 。 因 而 必 须 掌 握时 间 ， 在 适 当 的 时 候 结 束 发 酵 。 2021/6/16 17 （ 三 ） 细 菌 的 人 工 培 养 培 养 基 ： 用 人 工 方 法 配 制 的 适 合 于 细 菌 生长 繁 殖 的 营 养 物 质 。 2021/6/16 18 （ 一 ） 按 培 养 基 的 物 理 性 状 不 同 分 类液 体 培 养 基 半 固 体 培 养 基 固 体 培 养 基（ 二 ） 按 培 养 基 的 用 途 不 同 分 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 2021/6/16 19菌 膜 生 长 沉 淀 生 长 混 浊 生 长 对 照 2021/6/16 20沿穿剌线生长向四周扩散生长 2021/6/16 21 菌 落 ： 由 单 个 细 菌 分 裂 繁 殖 后 形 成 一 堆 肉 眼 可 见 的 细 菌集 团 。 可 根 据 菌 落 大 小 、 形 状 、 颜 色 、 边 缘 、 气 味 、 透 明 度 、 表面 光 滑 度 、 湿 润 度 及 溶 血 情 况 等 特 片 初 步 鉴 定 细 菌 。 2021/6/16 22 各种细菌的菌落 2021/6/16 23细 菌 性 疾 病 的 诊 断 细 菌 的 鉴 定 与 研 究 生 物 制 品 的 制 备细 菌 学 指 标 的 检 测在 工 农 业 生 产 和 基 因 工 程 中 的 应 用 2021/6/16 24 二 细 菌 的 代 谢 产 物一 、 与 致 病 有 关 的 代 谢 产 物1.毒 素 （ toxins ） 包 括 内 毒 素 和 外 毒 素外 毒 素 (exotoxin)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 毒 性 蛋 白 质 ； 内 毒 素(endotoxin)是 革 兰 阴 性 菌 细 胞 壁 的 脂 多 糖 。2.热 原 质 （ pyrogen） 大 多 数 革 兰 阴 性 菌 和 少 数 革 兰 阳 性菌 合 成 的 多 糖 ， 极 微 量 注 入 人 或 动 物 体 内 即 可 引 起 发热 反 应 。3.侵 袭 性 酶 类 （ invasive enzymes） 某 些 病 原 菌 在 代 谢过 程 中 产 生 的 具 有 损 伤 机 体 组 织 、 促 使 细 菌 侵 袭 和 扩散 的 致 病 性 物 质 。 如 金 葡 产 生 的 血 浆 凝 固 酶 。 2021/6/16 25 二 、 与 治 疗 有 关 的 代 谢 产 物1.抗 生 素 （ antibiotics） 某 些 微 生 物 在 代 谢 过 程 中 产 生 的 一 类 能 抑制 和 杀 死 某 些 病 原 微 生 物 和 肿 瘤 细 胞 的 化学 物 质 。2.维 生 素 （ vitamin） 某 些 细 菌 能 合 成 自 身 所 需 的 维 生 素 ， 并 能分 泌 到 菌 体 外 供 人 体 吸 收 利 用 。 2021/6/16 26 三 、 与 鉴 别 细 菌 有 关 的 代 谢 产 物1. 色 素 （ pigments） 细 菌 的 色 素 有 两 类 水 溶 性 色 素 ： 能 弥 散 到 培养 基 或 周 围 组 织 ； 脂 溶 性 色 素 ： 不 溶 于 水 ， 只 存在 于 菌 体 ， 使 菌 落 显 色 而 培 养 基 颜 色 不 变 。2. 细 菌 素 （ bacteriocins） 某 些 细 菌 产 生 的 仅 对 近 缘 菌 株 有 抗 菌 作 用 的 蛋白 质 。3. 糖 的 分 解 产 物4. 蛋 白 质 的 分 解 产 物 2021/6/16 27 四 、 分 解 代 谢 产 物 和 细 菌 的 生 化 反 应 糖 发 酵 试 验 VP试 验 甲 基 红 试 验 枸 橼 酸 盐 利 用 试 验 吲 哚 试 验 硫 化 氢 试 验 尿 素 酶 试 验 自 动 化 仪 器 分 析 2021/6/16 28 糖发酵试验 2021/6/16 29 阴 性 阳 性 VP试验大 肠 杆 菌 ： -产 气 杆 菌 ： + 2021/6/16 30阳 性 阴 性 对 照 甲基红试验大 肠 杆 菌 ： +产 气 杆 菌 ： - 2021/6/16 31 枸橼酸利用试验大 肠 杆 菌 ： -产 气 杆 菌 ： + 2021/6/16 32 阳 性吲哚试验大 肠 杆 菌 ： +产 气 杆 菌 ： - 2021/6/16 33 H 2S试 验 2021/6/16 34 对 照 阳 性 阴 性 尿素酶试验 2021/6/16 35 三 细 菌 的 遗 传 与 变 异一 、 细 菌 遗 传 与 变 异 的 概 念 遗 传 (heredity)： 使 细 菌 的 性 状 保 持 相 对 稳 定 ， 且 代 代 相 传 ， 使 其 菌 种 得 以 保 存 。 变 异 (variation)： 在 一 定 条 件 下 ， 子 代 与 亲 代 之 间 以 及 子 代 与 子 代 之 间 的 生 物 学 性 状 出 现 的 差 异 。 1. 遗 传 性 变 异 ： 是 细 菌 的 基 因 结 构 发 生 了 改 变 ， 故 又 称 基 因 型 变 异 。 常 发 生 于 个 别 的 细 菌 ， 不 受 环 境 因 素 的 影 响 ， 变 异 发 生 后 是 不 可 逆 的 ， 产 生 的 新 性 状 可 稳 定 地 遗 传 给 后 代 。 2.非 遗 传 性 变 异 ： 细 菌 在 一 定 的 环 境 条 件 影 响 下 产 生 的 变 异 ，其 基 因 结 构 未 改 变 ， 称 为 表 型 变 异 。 易 受 到 环 境 因 素 的 影 响 ， 凡 在 此 环 境 因 素 作 用 下 的 所 有 细 菌 都 出 现 变 异 ， 而 且 当 环 境 中 的 影 响 因 素 去 除 后 ， 变 异 的 性 状 又 可 复 原 ， 表 型 变 异 不 能 遗 传 。 2021/6/16 36 二 、 细 菌 的 变 异 现 象形 态 结 构 的 变 异毒 力 变 异耐 药 性 变 异 2021/6/16 37 v细 菌 的 大 小 和 形 态 的 变 异 ： 在 不 同 的 生 长 时 期 可不 同 ， 生 长 过 程 中 受 外 界 环 境 的 影 响 也 可 发 生 变异 。 如 ： 鼠 疫 耶 尔 森 菌 在 3%-6%的 氯 化 钠 的 培 养基 中 形 态 的 改 变 。v细 菌 的 特 殊 结 构 的 变 异 ： 如 荚 膜 （ 肺 炎 链 球 菌 ） ,芽 胞 （ 炭 疽 芽 孢 杆 菌 ） 也 可 发 生 变 异 。（ 一 ） 形 态 结 构 的 变 异 2021/6/16 38 毒 力 增 强 ： 无 毒 力 的 白 喉 棒 状 杆 菌 常 寄 居 在 咽 喉部 ， 不 致 病 ； 当 感 染 了 -棒 状 噬 菌 体 后 变 成 溶 原性 细 菌 ， 则 获 得 产 生 白 喉 毒 素 的 能 力 ， 引 起 白 喉 。毒 力 减 弱 ： 有 毒 菌 株 长 期 在 人 工 培 养 基 上 传 代 培养 ， 可 使 细 菌 的 毒 力 减 弱 或 消 失 。 卡 介 苗 (BCG)是 有 毒 的 牛 型 分 枝 杆 菌 在 含 有 胆 汁 、 甘 油 、 马 铃薯 的 培 养 基 上 ， 经 过 13年 ， 连 续 接 种 230代 ， 获得 的 一 株 毒 力 减 弱 但 仍 保 持 免 疫 原 性 的 变 异 株 。（ 二 ） 毒 力 变 异 2021/6/16 39 v耐 药 性 变 异 ： 细 菌 对 某 种 抗 菌 药 物 由 敏 感 变 为 耐药 的 变 异 。 有 些 细 菌 还 表 现 为 同 时 耐 受 多 种 抗 菌药 物 ， 即 多 重 耐 药 性 。v意 义 ： 从 抗 生 素 广 泛 应 用 以 来 ， 细 菌 对 抗 生 素 耐药 的 不 断 增 长 是 世 界 范 围 内 的 普 遍 趋 势 ， 给 临 床治 疗 带 来 很 大 的 困 难 ， 并 成 为 当 今 医 学 上 的 重 要问 题 。（ 三 ） 耐 药 性 变 异 2021/6/16 40 五 、 细 菌 遗 传 变 异 的 实 际 意 义v在 疾 病 的 诊 断 、 治 疗 与 预 防 中 的 作 用v在 测 定 致 癌 物 质 中 的 应 用v在 流 行 病 中 的 应 用v在 基 因 工 程 中 的 应 用 若 有 不 当 之 处 ， 请 指 正 ， 谢 谢 ！