兽医微生物学-细菌的生理课件

兽医微生物学2020年6月兽医微生物学2020年6月第一节细菌的形态与结构第二节细菌的生理第三节细菌的生态第四节细菌的致病第五节细菌的控制第六节细菌的变异第七节细菌的鉴定第一章细菌学基础第一节细菌的形态与结构第一章细菌学基础细菌的理化性质细菌的营养需要细菌的生长繁殖细菌的新陈代谢细菌的人工培养第二节细菌的生理细菌的理化性质第二节细菌的生理一.细菌的理化性状

1.化学组成

细菌细胞的化学组成，与其他高等动植物细胞一样，细菌细胞也是大量元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫（这六种元素占细菌细胞干重的97％，表1）和微量元素：铁、锰、锌等构成。细菌细胞中这些元素主要以蛋白质、糖、脂、核酸、维生素及它们的降解产物、代谢产物等有机物质，水和无机盐等无机物质的形式存在（表2）。水是细菌细胞中的一种主要成分，一般可占细胞干重的90％以上。一.细菌的理化性状

表1细菌细胞中几种主要元素的含量（干重的百分数）表1细菌细胞中几种主要元素的含量表2细菌细胞的化学组成表2细菌细胞的化学组成2.细菌的物理性状（1）光学性质：细菌为半透明，可用比浊法或分光光度计估计细菌数量。（2）表面积：1cm3体积的葡萄球菌，其表面积可达

60000cm2；（3）带电现象：（4）半透性：利于营养物质交换（5）渗透压：2.细菌的物理性状二.细菌的营养需要碳源（carbonsource）

氮源（nitrogensource）

生长因子（growthfactor）

水（water）

无机盐（mineralsalts）(一)细菌的营养要素(二)细菌的营养类型(四)细菌的营养摄取(三)细菌的呼吸类型二.细菌的营养需要碳源（carbonsource）

细菌细胞含水约占细胞鲜重的70－90％，水作用是多方面的。水的功能：

A.是细胞中生化反应的良好介质；

B.营养物质和代谢产物都必须溶解在水里，才能被吸收或排出细胞外；

C.水的比热高，能有效的吸收代谢过程中放出的热量，不致使细胞的温度骤然上升；

D.维持细胞的膨压（控制细胞形态）。1.水（water）(一)细菌的营养要素细菌细胞含水约占细胞鲜重的70－90％，

凡能构成微生物细胞或代谢产物中碳元素来源的营养物质都称为碳源。2.碳源(carbonsource)碳源功能：碳素构成细胞及代谢产物的骨架碳素是大多数微生物代谢所需的能量来源

无机C源：CO2、碳酸盐，只能被自养微生物利用有机C源：各种糖类，其次是有机酸、醇类、脂类和烃类化合物

碳源种类：凡能构成微生物细胞或代谢产物中碳元素来源的营养表3细菌的碳源谱表3细菌的碳源谱凡是可以构成微生物细胞和代谢产物中氮素来源的营养物质都称为氮源。氮源功能：为微生物提供合成细胞物质代谢产物的原料，氮源一般不做能源，只有硝化细菌利用铵盐，亚硝酸盐作氮源,同时也作能源。3.氮源(nitroginsource)分子态氮：固氮微生物以分子氮为唯一氮源无机态氮：硝酸盐、铵盐几乎所有微生物能利用有机态氮：蛋白质及其降解产物氮源种类凡是可以构成微生物细胞和代谢产物中氮素来源的营养物质都称为氮

表4细菌的氮源谱

4、无机盐（mineralsalts）

无机盐是微生物生长必不可少的一类营养物质，它们为机体生长提供多种重要的生理功能（见下图），包括大量元素和微量元素。

大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe等。（细菌生长所需浓度在10-3~10-4mol/L）

微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co等。（细菌生长所需浓度在10-6~10-8mol/L）一般微生物生长所需要的无机盐有：硫酸盐、磷酸盐、氯化物以及含有钠、钾、镁、铁等金属元素的化合物。4、无机盐（mineralsalts）无机盐是微一般功能细胞内一般分子成分如P、S、Ca、Mg、Fe等渗透压的维持（Na+等）无氧呼吸时的氢受体,如NO3-、SO42-等酶的激活剂（Mg2+等）大量元素pH的稳定特殊功能化能自养菌的能源如S2-、Fe2+、NH4+、NO2-等酶的激活剂（Cu2+、Mn2+

、Zn2+等）微量元素特殊分子结构成分（Co、Mo等）生理调节物质无机盐无机盐的生理功能一般功能细胞内一般分子成分渗透压的维持（Na+等）无氧呼吸时5.生长因子（growthfactor）：

有些细菌的生长还需要少量的生长因子，生长因子实际上就是细菌生长所必需的微量有机物质，包括维生素类(特别是B族维生素)和一些有机酸、嘌呤、嘧啶等，如硫胺素、核黄袁、生物素、泛酸、叶酸等。这些生长因素多半是辅基或辅酶的主要成分，对细菌的生命活动至关重要。充足的生长因素可使细菌生长加快数百倍。各种细菌对生长因素的需要情况有所不同。某些微生物能合成和积累生长因素的特性，已被用于人类生产和医药、食品、饲料等。

5.生长因子（growthfactor）：（二）细菌的营养类型1.根据生长所需要的营养物质的性质，可将细菌分成异养型细菌：生长时需要复杂的有机物质作为营养物质自养型细菌：生长时能以简单的无机物质作为营养物质植物、动物属于异养型生物，而细菌既有异养型的也有自养型的，大多数细菌属于异养型生物，少数细菌属于自养型生物。2.根据生长时能量的来源不同，又可将细菌分成化能营养型细菌：依靠化合物氧化释放的能量进行生长光能营养型细菌：依靠光能进行生长动物和大部分细菌属于化能营养型生物，它们从物质的氧化过程中获得能量。植物和少部分细菌属于光能营养型生物（二）细菌的营养类型3.综合上述两种方法，可将细菌分为光能自养菌化能自养菌化能异养菌光能异养菌

在完全无机的环境中生长，以CO2为碳源，光做能源，无机物为供H体还原CO2合成细胞有机物质的细菌。

在完全无机的环境中生长，以无机化合物氧化时释放的能量为能源，以CO2或碳酸盐为碳源，合成细胞物质的细菌。

能利用光做能源，以有机化合物为供H体，还原CO2,合成细胞物质的细菌。

以有机化合物为碳源，利用有机化合物氧化过程中产生的能量为能源，合成细胞物质的细菌。3.综合上述两种方法，可将细菌分为光能自养菌化能自养菌化能微生物的营养类型区别

微生物的营养类型区别(三)细菌的呼吸类型

1.细菌呼吸的概念

由细菌引起的，使代谢基质发生复杂的氧化-还原作用，以释放能量，供细菌生命活动利用的生物化学过程，称为细菌的呼吸。

细菌的呼吸作用既是能量代谢过程，也是物质代谢过程。由细菌的呼吸酶系统完成，其主要的化学作用，是使有机物分子的碳-碳链破裂，分解和释放能量。呼吸酶分为两大类：发酵酶类和氧化还原酶类。

一种细菌只能具有一定种类和数量的呼吸酶，其呼吸作用，可利用一定的基质，产生一定的产物，这是具有种的特征性，在生产上和微生物鉴定上有实际意义。(三)细菌的呼吸类型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，对于空气中分子氧利用能力也是不同的。据此，可以把细菌及其呼吸作用分为三个主要类型:(1)厌氧性细菌及厌氧性呼吸

有些细菌由于缺乏利用分子氧的酶，它们的呼吸属于厌氧性呼吸，这类细菌称为厌氧性细菌。这些细菌只能在没有分子氧存在于的环境中，才能够进行呼吸及生长发育，分子状态的氧对这类细菌来说，不但不能被利用，而且还是有害的。

厌氧性呼吸是使基质脱氢(或失去电子)氧化，并把脱出来的活化氢(电子)转移给非氧受氢体，使基质氧化而释放能量的呼吸过程。2.细菌的呼吸类型(2)需氧性细菌及需氧性呼吸

在有分子状态氧存在的情况下，才能进行呼吸及生长发育的细菌称需氧性细菌。

需氧性呼吸是使基质脱氢(或失去电子)氧化，把脱出的活化氢(电子)转移给分子氧，使基质氧化释放能量的呼吸过程。

(3)兼性细菌及其呼吸

兼性细菌具有更复杂的酶系统，不论在有或没有分子状态氧的情况下，均能进行呼吸和生长发育，它们既可以营需氧性呼吸，也可以营厌氧性呼吸。需氧性呼吸基质分解彻底，可获得更多的能量，所以兼性细菌在可能时多营需氧性呼吸。大多数细菌为兼性呼吸菌。

(2)需氧性细菌及需氧性呼吸(四)细菌的营养摄取单纯扩散（simplediffusion）促进扩散（facilitateddiffusion）主动运输(activetransport)基团移位(grouptranslocation)

细菌的营养物质包括能量物质及其他代谢基质。物质吸收是从周围环境获得营养，排出是将代谢物质或废物运出细胞。

物质主要通过单纯扩散、促进扩散、主动输送及基团转位等方式进出细菌细胞。(四)细菌的营养摄取单纯扩散（simplediffusio

单纯扩散是非特异性的营养物质吸收方式物质，是由高浓度环境向低浓度环境扩散，如02、水、乙醇等。在单纯扩散中营养物质结构不发生变化：既不与膜上分子发生反应，本身分子结构也不发生变化。物质运输速率与胞内外营养物质浓度差有关，即随细胞膜内外该物质浓度差的降低而减小，直到胞内外物质浓度相同。单纯扩散是一个不需要代谢能的运输方式。因此，物质不能进行逆浓度运输。1.单纯扩散(simplediffusion)单纯扩散是非特异性的营养物质吸收方式物质，是由高浓2.促进扩散(facilitateddiffusion)在促进扩散过程中营养物质本身在分子结构上也不会发生变化

不消耗代谢能量，故不能进行逆浓度运输运输的速率由胞内外该物质的浓度差决定需要细胞膜上的载体蛋白参与物质运输被运输的物质有高度的立体专一性

这种方式多发生在真核微生物(葡萄糖进入酵母菌)，原核生物少见(如甘油进入大肠杆菌等）。2.促进扩散(facilitateddiffusion)

主动运输(activetransport)

物质在主动运输的过程中

消耗代谢能以逆浓度运输的运输方式被运输物质不发生结构变化需要载体蛋白参与对被运输的物质有高度的立体专一性不同的细菌在主动运输过程中所需能量的来源不同，好氧菌中直接来自呼吸能，厌氧菌主要来自化学能，光合细菌中则主要来自光能。

主动运输是细菌吸收营养物质的主要方式，运送对象:无机和有机离子等主动运输(activetransport)指被运送的物质在膜内受到化学修饰，以被修饰的形式进入细胞的一种物质运送方式。是在研究糖的运输时发现的一种主动运输方式。运输中需要能量，被运输的物质发生化学变化。许多糖就是靠基团移位进行运输的。这种方式是通过磷酸转移酶系统来运输营养物质。

4.基团移位(grouptranslocation)指被运送的物质在膜内受到化学修饰，以被修饰的形式进入细胞的一四种营养物质摄取方式的比较四种营养物质摄取方式的比较三.细菌的生长繁殖生长——细菌吸收营养物质，进行新陈代谢，当同化作用>异化作用时，生命个体的重量和体积不断增大的过程。繁殖——生命个体生长到一定阶段，通过特定方式产生新的生命个体，即引起生命个体数量增加的生物学过程。个体生长——细菌细胞个体吸收营养物质，进行新陈代谢，原生质与细胞组分的增加为个体生长。群体生长——指细菌群体中个体数目的增加。可以用重量、体积、密度或浓度来衡量。

由于细菌的个体极小，所以常用群体生长来反映个体生长的况状。1.几个基本概念三.细菌的生长繁殖生长——细菌吸收营养物质，进行新陈代谢

细菌细胞的生长繁殖，体现在个体和群体两方面。

2.细菌个体的生长繁殖

细菌以二分裂法进行无性繁殖。大肠杆菌菌体的分裂过程涉及30多个基因的调控。

一个菌体分裂为两个菌体所需的时间称为世代时间。大肠杆菌等在适宜的条件下，分裂一次仅需12.5-20min；分支杆菌等繁殖较慢，需18-24h才分裂一次。3.细菌群体的生长繁殖

如将细菌接种在液体培养基并置于适宜的温度中，定时取样检查活菌数，了解其生长过程的规律。以时间为横坐标，以活菌数的对数为纵坐标，可得出细菌生长曲线。细菌细胞的生长繁殖，体现在个体和群体两方面。

2.细菌的生长曲线培养时间Ⅱ.指数期Ⅲ.稳定期Ⅳ.衰亡期Ⅰ.延滞期细菌数目（个/ml）对数ⅡⅢⅣⅠ活菌数细菌的生长曲线培养时间Ⅱ.指数期Ⅲ.稳定期Ⅳ.衰亡期Ⅰ.延生长速度为零细胞体积急剧增大细胞内的RNA尤其是rRNA含量增高，细胞呈嗜碱性合成代谢活跃，易产生诱导酶对外界不良环境条件敏感影响延滞期长短的因素接种龄接种量培养基成分特点(1)延滞期(retardant

phase)生长速度为零影响延滞期长短的因素接种龄特点(1)延滞期((2)指数期(exponentialphase)

特点：生长速度常数R最大细胞进行平衡生长酶系活跃，代谢旺盛影响指数期增代时间的因素：

菌种营养成分营养物的浓度

(2)指数期(exponentialphase)特点：

1生长速率常数R等于02菌体产量达到了最高值

3合成次生代谢产物

4细胞内出现储藏物质，芽孢菌内开始产生芽孢产生原因：

营养物尤其是生长限制因子的耗尽营养物的比例失调，如碳氮比不合适有害代谢废物的积累（酸、醇、毒素等）生长条件（pH、氧化还原势等）不合适(3)稳定期(stationaryphase)特点：(3)稳定期(stationaryphase)特点：

1R为负值

2细胞的形态发生变化，出现不规则的衰退形

3释放次生代谢产物，芽孢等

4菌体开始自溶产生原因：

生长条件的进一步恶化，使细胞内的分解代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体的死亡(4)衰亡期(declinephase/deathphase)特点：(4)衰亡期(declinephase/death四.细菌的新陈代谢1、细菌分解代谢根据细菌具有不完全相同的酶，分解不同营养物质的特点，用生化方法来鉴定细菌称：细菌的生化反应四.细菌的新陈代谢1、细菌分解代谢根据细菌具有不完全相同常见的生化反应对糖的发酵对蛋白质的发酵枸橼酸盐利用试验甲基红试验吲哚试验硫化氢试验单糖发酵试验VP试验其他试验脲酶试验常见的生化反应对对枸橼酸盐利用试验甲基红试验吲哚试验硫化氢试利用分解代谢的产物和能量，合成新的物质合成产物热原质毒素和侵袭性酶色素

抗生素

细菌素

维生素2、细菌合成代谢利用分解代谢的产物和能量，合成新的物质合成热原质毒素和侵袭性五.细菌的人工培养供给足够营养有能被细菌利用的水提供适于细菌生长的PH值给予时宜于细菌生长的温度(一)培养细菌的方法1.分离培养与纯培养

纯培养(pureculture):把从一个细菌细胞或一群相同的细菌细胞经过培养繁殖而得到的后代,称纯培养.

分离培养(isolationculture)：从病料组织或其他部位经过培养繁殖而得到细菌的过程。2.需氧培养和厌氧培养人工培养细菌时应给予的条件五.细菌的人工培养供给足够营养(一)培养细菌的方法

培养基是人工配制的适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质。它是进行科学研究，发酵生产微生物制品等的基础。(二)培养基1.培养基的配制原则A.根据不同细菌的营养需要配制不同的培养基B.注意各种营养物质的浓度与配比C.控制培养基的pH值D.经济节约(二)培养基1.培养基的配制原则A.根据不同细菌的2.培养基的种类(1)根据物理状态分液体培养基半固体培养基固体培养基在液体加入细菌生长的基本成分在液体培养基加1.5%~2.0%琼脂在液体培养基加0.2%~0.7%琼脂(2)根据培养用途分增菌培养基选择培养基鉴别培养基培养基加能显示细菌代谢产物的物质培养基加某些利于或抑制细菌生长的物质基础培养基基础培养基加某些营养成分，用于增菌含细菌生长所需的基本成分，用于一般细菌2.培养基的种类(1)根据物理状态分液体培养基半固体培养3、培养基的制备A、选择：根据培养目的选择不同培养基及其配方；B、称量：按照培养基的配方正确称量；C、溶解：将称量好的成分放入三角瓶中，加热溶解；D、调pH：用1NNaOH或1NHCl调节pH为7.2~7.6；E、