第二节细菌的营养与生长繁殖

1、第二节 细菌的营养与生长繁殖 营养：获得和利用营养物质的过程 营养物质：能够满足细菌生长繁殖及完成各种生理活动所需的物质统称为营养物质 繁殖：当生长达到一定程度后，细胞就会分裂，数量急剧增加一、细菌细胞的化学组成 （一）化学元素： 主要元素为碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、钙、镁、铁等；微量元素有锌、锰、铜、锡、钨、钼、钴、镍、硼等。 （二）化学组分 1、水 2、蛋白质 3、核酸 4、糖类 5、脂类 6、维生素二、细菌的营养物质 碳源 氮源 无机盐 水 生长因子生长因子growth factor：细菌生长必需，而自身不能合成的化合物 如维生素、某些氨基酸、嘌呤、嘧啶等 流感嗜血杆菌 X因子（高铁血

2、红素） V因子（辅酶或）三、吸收营养物质的方式 （一）简单扩散 特点（1）不消耗能量（2）不需要载体蛋白渗透酶参与（3）方向是从高浓度向低浓度（4）速率是随浓度的降低而减小 （二）促进扩散 与简单扩散相比，不同之处是在促进扩散中还需要载体参加 （三）主动运输 特点（1）消耗能量（2）需要载体（3）从低浓度向高浓度（4）具有选择性 （四）基团转移 是一种特殊形式的主动运输，其特点是被运输的营养物质在由细胞外向膜内运输中发生了化学修饰四、细菌的营养类型 （一）光能营养型细菌 1、光能无机自养型 以二氧化碳作为主要或惟一的碳源，以无机物作为供氢体并利用光能进行生长 2、光能有机异养型 以有机物作为碳

3、源及供氢体并利用光能进行生长 （二）化能营养型细菌 1、化能无机自养型 能够以二氧化碳作为主要或惟一的碳源，而生长所需的能量来自于无机物氧化过程中放出的化学能 2、化能有机异养型 以有机物作为主要碳源，并以有机物氧化时所产生的化学能为能源五、细菌的生长繁殖 （一）细菌生长繁殖的条件 1、营养物质 主要包括碳源、氮源、无机盐、生长因子和水 2、酸碱度 大多数细菌的最适PH值为6.8-7.4 3、温度 大多数细菌属于中温菌，病原菌几乎都是体温菌，如哺乳动物的寄生菌最适温度为37 。其他腐生细菌为25-32 。 4、气体 （1）专性需氧菌（2）微需氧菌（3）耐氧菌（4）兼性厌氧菌（5）专性厌氧菌氧

4、专性需氧菌(obligate aerobe) 结核分枝杆菌 微需氧菌（microaerophilic bacterium ） 氧浓度56%，空肠弯曲菌、幽门螺杆菌 耐氧菌(aerotolerant anaerobe) 一类可以在分子氧存在下进行厌氧生活的菌,只能以发酵产能,但分子氧对其无害 兼性厌氧菌(facultative anaerobe) 大多数病原菌 专性厌氧菌(obligate anaerobe) 破伤风梭菌、肉毒梭菌 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：SOD、触酶、过氧化物酶2O2- + 2H+ SOD H2O2+O2 2H2O2 触酶

5、2H2O +O2H2O2+AH2 过氧化物酶 2H2O+A细菌的生长繁殖方式个体繁殖：二分裂方式二分裂方式（binary fission）代时(generation time)：多数为2030 min 正在分裂的细菌六、细菌的人工培养 培养基（culture medium） 由人工方法配制而成的，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） 营养培养基（enrichment medium） 选择培养基（selective medium） 鉴别培养基（differential medium） 厌氧培养基（anaerobic medium） 液体培养

6、基 固体培养基 半固体培养基 按组成和用途按形态细菌在培养基中的生长现象 液体培养基：表面生长 均匀混浊生长 沉淀生长 固体培养基：菌落，菌苔在固体培养基表面由单个细菌大量繁殖所形成的细菌群体，称菌落菌落菌落在固体培养基上连成一片的纯培养物称菌苔菌苔 半固体培养基：无动力 有动力培养基的用途 液体培养基：增菌 固体培养基：纯化，增菌 半固体培养基：动力检测，保种细菌群体的生长规律1迟缓期迟缓期(lag phase) 表现为生长延迟现象表现为生长延迟现象 2对数期对数期(logarithmic phase) 又称指数生长期又称指数生长期 代谢活性、酶活性高并且稳定，大小比较一代谢活性、酶活性高并

7、且稳定，大小比较一 致，生活力强，因而被广泛用作生产致，生活力强，因而被广泛用作生产“种子种子”和科研实验材料和科研实验材料。3稳定期稳定期(stationary phase) 表现为活菌数最高表现为活菌数最高并能维持一段时间的稳定。并能维持一段时间的稳定。次级代谢产物在此次级代谢产物在此期产生。期产生。 4衰亡期衰亡期(decline phase) 表现为有害代谢产物表现为有害代谢产物大量积累，活菌数减少。大量积累，活菌数减少。细菌的生长曲线growth curve活菌数的对数培养时间迟缓 对数期对数期 稳定期 期衰亡期 细菌生长量的测定 1、计数法：分为直接计数法、间接计数法和比浊法 2、

8、重量法：分为湿重法和干重法 3、生理指标法：生理指标包括细菌的呼吸强度、好氧量、酶活性及生物热等第三节 细菌的新陈代谢 代谢是细胞内发生的各种化学反应的总称,包括一系列极其复杂的生化反应过程,主要由分解代谢和合成代谢两个过程组成。 分解代谢： 合成代谢：一、细菌的酶 按存在的部位：胞内酶和胞外酶 按产生方式：组成酶和诱导酶 按专一性：共有酶和特有酶 近些年，又发现细菌体内含有与防御作用有关的限制酶和修饰酶，目前已经提纯的限制酶近百种，这些酶主要来源于细菌或其他微生物，可作为分子生物学研究的工具酶二、细菌的产能方式 光能菌的产能方式是通过光合磷酸化完成的。 化能菌则是通过氧化、分解营养物质获得的

9、；化能菌产能的具体形式主要有呼吸、发酵、和无机物氧化三种类型 （一）呼吸 1、需氧呼吸电子受体：氧 2、无氧呼吸 电子受体：无机氧化物 （二）发酵 电子受体：有机物的中间降解产物 （三）无机物氧化：是化能自养型细菌特有的一种产能方式，其产能途径主要也是借助于经过呼吸链的氧化磷酸化反应。绝大多数化能自养菌都是好氧类型。 能量代谢主要有三个特点（1）无机底物的氧化可直接与呼吸链发生联系；（2）呼吸链的组成更为复杂和多样化；（3）产能效率低三、细菌的代谢过程 （一）分解代谢 1、糖的分解 （1）葡萄糖-丙酮酸代谢途径 1)糖酵解途径（EMP途径）1分子G 2分子丙酮酸，2分子ATP和2分子NADH+

10、H+ 2）已糖-单磷酸途径（HMP途径） 1分子G 1分子甘油醛-3-磷酸、3分子CO2和6分子NADPH+H+与EMP途径是有密切的关系的 3）ED途径 1分子G 2分子丙酮酸、1分子ATP、1分子NADPH+H+和1分子NADH+H+ （2）丙酮酸代谢途径 丙酮酸 乙酰-C0A 三羧酸循环（TAC） 水和二氧化碳 2、蛋白质的分解 （1）脱氨作用 为主要方式 （2）脱羧作用 氨基酸脱羧酶和胺氧化酶 （3）转氨作用 （二）合成代谢 主要包括核酸、蛋白质、多糖及脂类的合成 合成代谢的三要素是ATP、还原力和小分子前体物质四、细菌的重要代谢产物细菌的酶不一样，对营养物质的分解能力不一样 糖发酵试

11、验糖发酵试验 葡萄糖 HCOOH 脱氢酶 CO2+H2 V - VP（Voges-Proskauer）试验葡萄糖丙酮酸乙酰甲基甲醇 二乙酰红色化合物 + 胍基化合物葡萄糖丙酮酸 乙酰甲基甲醇 - - +M - 甲基红（methyl red）实验葡萄糖丙酮酸乙酰甲基甲醇 甲基红 -葡萄糖丙酮酸 甲基红 +- +C -枸橼酸盐利用（citrate utilization）试验利用枸橼酸盐生长 +不能利用 - -（ 绿 ） +（蓝）I-I-吲哚（吲哚（indolindol）试验试验色氨酸色氨酸吲哚吲哚玫瑰吲哚玫瑰吲哚 吲哚试剂吲哚试剂 - +IMViC试验I - 吲哚（indol）试验M - 甲基红

12、（methyl red）试验V - VP（Voges-Proskauer）试验C -枸橼酸盐利用（citrate utilization）试验 I M Vi C试验 大肠埃希菌 + + - - 硫化氢试验 +（FeS黑色）（二）合成代谢产物 热原质热原质（pyrogen） 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。 内源性热原质和外源性热原质 内源性热原质：白细胞介素-1、外源性热原质：LPS、外毒素和G-的外膜成分 主要是LPS 耐高温去除方法：250干烤、蒸馏、吸附剂等 制备和使用注射药品过程无菌操作 毒素与侵袭性酶 外毒素：胞外、蛋白质、毒性强内毒素：胞内、脂多糖、毒性弱 细

13、菌素 抗生素 某些微生物代谢过程中产生的一类能抑制或杀死某些微生物或肿瘤细胞的物质 色素 维生素第五节 细菌的感染与免疫 感染（infection）或传染：指病原菌突破机体的防御屏障，侵入机体，在一定部位生长繁殖，导致不同程度的病理过程。 致病性（pathogenicity)：指病原菌引发机体产生疾病的能力。 致病菌或病原菌（pathogen）：能使宿主致病的细菌一、正常菌群与条件致病菌 在正常人体的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，称为正常菌群（normal flora) 。 每个人的结肠中都有一个世界上最大的“军团”肠道菌群，他们的数量高达100兆，是世界上人口数量总

14、和的2万倍，它们的种类有上百种，其中有好细菌（以双歧杆菌为代表），坏细菌（以威尔斯菌为代表）和立场不坚定的中性菌（以大肠杆菌为代表）。这些细菌集聚于人体的结肠内，以人体摄入的营养物质或吸收剩余食物残渣为营养而繁殖，这些细菌之间时刻进行着“细菌战”，结肠就是它们的战场，当以双歧杆菌为代表的好细菌战胜坏细菌时，他们就会帮我们清除多种肠道垃圾，维护健康，反之，坏细菌占了上风时，肠道功能就会恶化，产生病变。小贴士小贴士The distribution of normal floraThe distribution of normal floraNormal floraSkinStaphylococcu

15、s epidermidisDiphtheroids StreptococciPeptococcusNormal flora of enterobacteriaceae健康青年粪便涂片健康壮年粪便涂片健康中年粪便涂片The significance of normal flora:（1）拮抗作用；（2）合成营养物质（3）免疫作用；（4）抗肿瘤作用；（5）抗衰老Opportunistic pathogens (conditioned):正常菌群与人体之间的平衡关系及正常菌群之间的平衡关系一旦被打破，正常菌群就会对人体产生致病性菌群失调症：正常菌群中各类细菌的比例严重失调并伴有临床表现的现象菌群失调

16、的原因主要有:(1)菌群的寄居部位发生变化(2)免疫功能低下(3)不适当地长期服用抗生素 “二重感染”或“重叠感染”：在抗菌药物治疗原感染性疾病中，发生了另一种新致病菌引起的感染。 若发生“二重感染”，需停止使用原来的药物，重新选择合适的药物进行治疗，同时可以使用有关的微生态制剂，协助调整菌群的类型和数量，加快恢复原来的生态平衡。二、细菌的致病性 （一）细菌的毒力: 侵袭力、毒素 （二）病原菌的侵入数量 （三）病原菌的侵入途径Bacterial virulence ：侵袭力、毒素(物质基础)侵袭力侵袭力（invasiveness）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

17、扩散的能力荚膜:能抵抗吞噬细胞的吞噬，从而得以大量繁殖，最终使机体病变粘附素:病原菌借以粘附至宿主靶细胞表面的物质(粘附是入侵的第一步）侵袭性物质:不具备毒性，其共性是使机体组织结构疏松、通透性增强，从而有助于病原菌及其毒素迅速扩散有菌毛的细菌无菌毛的细菌毒素毒素 （toxin）外毒素（exotoxin）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 特点：外毒素的毒性强、不耐热，对某些化学物质敏感、其化学本质为蛋白质，分子结构模式一般为A（毒性单位）、B（结合单位）内毒素（endotoxin）革兰阴性菌细胞壁的脂多糖,菌体死亡崩解时游离出来 特点：抗热性极强，不易被高温、

18、酸或碱破坏也不能用甲醛处理成为类毒素（Weakly antigenic ）、内毒素LPS的毒性弱，作用时无组织细胞选择性。ETEC不耐热Enterotoxins 霍乱Enterotoxins 破伤风痉挛毒素（ Neurotoxin ）肉毒毒素（ Neurotoxin ）白喉毒素（ Cytotoxin ）A：活性亚单位B：结合亚单位 可提纯制疫苗内毒素与外毒素的比较内毒素与外毒素的比较种类外毒素内毒素来源革兰阳性菌及部分革兰阴性菌革兰阴性菌存 在 部位活菌分泌或细菌溶解后散出细胞壁成分、细菌裂解后释出化 学 成分蛋白质脂多糖稳定性差、60-80 30分钟破坏好、160 2-4小时破坏毒性作用强、

19、对机体组织器官有选择性，引起特殊临床表现较弱、各种内毒素作用大致相同，引起休克，发热，DIC等抗原性强，能刺激机体形成抗毒素，经甲醛脱毒后能形成类毒素弱，能刺激机体形成抗体，但无中和作用，甲醛处理后不能形成类毒素内毒素毒性作用 白细胞反应 fever 内毒素血症与内毒素休克 Shwartzman现象与DIC （二）病原菌的侵入数量（三）病原菌的侵入途径三、感染的类型 按感染后是否出现临床症状将感染分为：隐性感染、潜伏感染、显性感染、带菌状态 （一）隐性感染(inapparent infection)指病原菌侵入机体后不出现临床症状的感染类型机体可获得免疫力（二）潜伏感染(latent infe

20、ction) 当机体与致病菌相互作用过程中暂时处于平衡状态不可获得免疫力 （三）显性感染： （1）菌血症(bacteremia) 侵入血流，但并末在血流中繁殖且无明显的中毒症状 （2）败血症(septicemia) 侵入血后，在其中大量繁殖并产生毒性产物，机体出现全身严重中毒症状。 （3）毒血症(toxemia) 病原菌在局部生长繁殖，不进入血流，但其产生的外毒素或由于细菌死亡、崩裂所释放的内毒素能进入血流并引起特殊的毒性症状。 （4）脓毒血症(pyemia)： 化脓性致病菌侵入血流后，在其中大量繁殖并通过血流扩散至机体的其他组织和器官，引起新的化脓性病灶毒素毒素血液血液毒素毒素毒素毒素毒素毒

21、素引起特殊的中毒症状如 白喉 破伤风等毒血症毒血症 (Toxemia)局部病灶局部病灶 局部病灶局部病灶病原菌不能在血流病原菌不能在血流中大量生长繁殖中大量生长繁殖如伤寒早期的菌血症、布氏杆菌菌血症如伤寒早期的菌血症、布氏杆菌菌血症防御功能毒素毒素毒素毒素毒素毒素毒素毒素毒素毒素毒素毒素毒素毒素毒素毒素机体严重损害机体严重损害, 引起引起全身中毒症状。全身中毒症状。 如如不规则高热，有时有不规则高热，有时有皮肤、粘膜出血点，皮肤、粘膜出血点，肝、脾肿大等。肝、脾肿大等。败血症败血症(Septicemia)血液血液局部病灶局部病灶 局部病灶局部病灶毒素毒素毒素毒素毒素毒素毒素毒素毒素毒素毒素毒素

22、毒素毒素毒素毒素毒素毒素毒素毒素毒素毒素新的化脓病灶新的化脓病灶脓毒血症脓毒血症 (Pyosepticemia) 化脓性细菌引起败血化脓性细菌引起败血症时，由于细菌随血症时，由于细菌随血流扩散在全身多个器流扩散在全身多个器官官(如肝、肺、肾等如肝、肺、肾等)引起多发性化脓病灶。引起多发性化脓病灶。如金黄色葡萄球菌严如金黄色葡萄球菌严重感染时引起的脓毒重感染时引起的脓毒血症。血症。 （四）带菌状态(carrier state) 机体受隐性或显性感染后，病原菌并未很快消失，而是在体内继续存留一段时间，与机体免疫处于对峙状态IV、Immunity in Bacterial Infections1、I

23、nnate immunity（固有免疫）Skin & mucous membranesIntact skin Fatty acids sebaceous glandsMucous membrane of respiratory tract (1)ciliary action (2)traps many microorganisms LysozymeNormal floraHost defencesAcquired immunity(适应性免疫)Humoral immunity（体液免疫） antibody to aggressin antibody to toxinCell-mediated immunity（细胞免疫） T cells lymphokines (IFN- ) macrophages 五、微生物逃避机体防御功能的机制 （一）逃避免疫细胞的识别 1、细胞内寄生 2、抗原变异 3、伪装（1）分子模拟（2