第二章 细菌的生长繁殖(微生物)

第二章细菌的生长繁殖与生态第一节细菌细胞的代谢过程第二节细菌的生长繁殖第三节细菌的人工培养第四节细菌生化反应第五节细菌菌落生长反应的调控第六节细菌的生态

细菌与其他生物一样，有独立的生命活动，涉及复杂的新陈代谢。细菌生长繁殖涉及细菌的组分、营养要求、能量代谢、生物生长合成繁殖及基因调控等。一、细菌的化学组成占细胞总重量75%-90%碳、氢、氮、氧、磷、硫等钾、钠、铁、镁、钙等肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸等水：有机物：无机离子：特有成分：二、细菌的物理性状（一）、带电现象

NH3-NH4＋酸性

蛋白质

氨基酸组成

COOH-COO-碱性在一定的pH条件下，细菌所带电荷数相等，此时的pH值称为等电点。G+等电点：1.9-2.9;G－等电点：4.8-5.8一般培养基pH7.2-7.6之间，故G－，G+都带负电荷。1、阳离子染料：碱性染料带正电荷，而细菌带负电荷，故细菌学上的染料大都为碱性染料。如美兰，碱性复红，结晶紫，沙黄，苯胺染料，孔雀绿等。2、阴离子染料：酸性染料带负电荷又叫阴离子染料，伊红，酸性复红，胭脂红。3、中性染料：瑞特氏(二）、表面积大：有利于吸收，吸附和代谢。(三)、光学性质：细菌呈半透明状态，光线不能完全通过，用比浊法测细菌总数（麦氏比浊管、光电比浊计）。（四）、多相胶体性质：细胞质中含有各种蛋白质，其结构、成分、功能各不相同，为多相胶体pr，因此在细胞内可同时进行性质不同的生化反应，结果细胞外浓度低的物质可以被选择性吸收而浓缩于C内。（五）、渗透压：细菌体内浓聚着许多物质，故有较强的渗透压。自养微生物

光能自养微生物（光能无机营养型）化能自养微生物（化能无机营养型)

异养微生物

光能异养微生物（光能有机营养型）化能异养微生物（化能有机营养型）

三、细菌的营养类型

完全在无机环中生存，以CO2、碳酸盐为碳源，以铵盐和硝酸盐为氮源来合成细胞质的微生物称为自养微生物。自养微生物（无机营养型）

光能自养微生物（光能无机营养型）可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微生物叫光能自养微生物。

化能自养微生物（化能无机营养型）在完全无机的环境中生长发育，以无机化合物氧化为时释放的能量为能源，以CO2或碳盐为碳源，合成细胞物质的微生物叫化能自养微生物。这类细菌包括硫细菌、硝化细菌、H细菌、铁细菌等，硫细菌和硝化细菌与生产密切相关。异养微生物（有机营养型）

在完全有机环境中生长繁殖，以含碳有机物为碳源，含氮有机物或无机物为氮源，合成细胞物质，称为异养微生物。光能异养微生物（光能有机营养型）这类微生物具有光合色素。能利用光做能源以有机化合物为供H体，还原CO2,合成细胞物质的微生物，称光能异养微生物.化能异养微生物（化能有机营养型）这类微生物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，以有机或无机含氮化合物为氮源，合成细胞物质。这类微生物称为化能异养微生物。由于栖息场所和摄取养料不同，可将异养微生物分为腐生型和寄生型两大类。腐生型：利用无生命的有机物获得营养物质。寄生型：从活的寄生体内获取营养物质。中间类型（兼性腐生或兼性寄生）如大肠杆菌。四种微生物的营养类型比较以上四种营养类型划分不是绝对的红螺菌既可利用光能，也可利用化能。氢单胞菌是异养和自养的过渡型（称兼性自养型）。微生物的营养类型区别

营养类型主要碳源能源代表菌光能自养型二氧化碳光能蓝细菌光能异养型有机物光能红螺细菌化能自养型二氧化碳无机物硫杆菌化能异养型有机物有机物大肠杆菌第一节细菌细胞的代谢过程细菌与动物真核生物新陈代谢的主要区别有如下几点:

1、细菌生长和繁殖速度极快，超过动物细胞10～100倍。2、细菌利用各种化合物作为能源的能力远远强于动物细胞。3、细菌对营养的需求比动物细胞更为多种多样，因为它们有多种代谢旁路。4、细菌可利用非常流水线式生产的方式合成大分子物质。5、细菌能产生诸如肽聚糖、脂多糖、磷壁酸等特殊物质。细菌的代谢1.细菌的酶胞内酶：存在于细菌细胞内的酶，大部分属于参与呼吸过程的酶类。胞外酶：细菌合成后被分泌到细胞外的酶。如水解酶将大分子量物质分解成小分子量物质，便于吸收。固有酶：细菌本身所固有的酶。如脱氢酶。诱导酶：在诱导物存在下，因适应环境而产生的酶类。如大肠杆菌的半乳糖苷酶，只有培养基中加入乳糖时才产生该酶，分解乳糖。限制性核酸内切酶：存在于细菌的细胞内，它对异种DNA可以识别，并能将其在一定的碱基部位切割，使异种DNA断裂。

EcoRI：来自大肠杆菌

HindⅢ：流感嗜血杆菌

BamHI：淀粉液化芽胞杆菌修饰酶：对DNA进行修饰，使DNA特定部位碱基甲基化，从而可保护自身的DNA不被限制酶分解。与毒力有关的酶：透明质酶（结缔组织）胶原酶（结缔组织）血浆凝固酶，溶纤维蛋白酶，卵磷脂酶（魏氏梭菌产生）2、细菌的呼吸细菌呼吸的类型：根据细菌对游离氧的需要，将细菌分为：（1）需氧呼吸菌（需氧菌）：呼吸时必须有充足的氧，在无氧的条件下不能生长，在高层振荡培养时，生长在表面。假单胞菌（2）厌氧呼吸菌（厌氧菌）：必须在无氧的条件下才能生长，在高层振荡培养时，生长在试管底部。坏死杆菌，肉毒梭菌（3）兼性厌氧菌：需O2兼性厌氧，在无氧或有氧的条件下均能生长，在高层振荡培养时，生长整个培养基。肠杆菌氧化型和发酵型的区分①氧化型呼吸：呼吸在有氧环境下进行，受氢体是分子氧的叫氧化型呼吸，简称呼吸。②发酵型呼吸：呼吸在无氧环境中进行，受氢体不是分子氧，而是其它无机物或有机物称之为厌氧呼吸或发酵。氧化型的细菌在有氧时分解葡萄糖，无氧时不能分解；发酵型细菌是在无氧和有氧时都能分解葡萄糖；产碱型细菌是在有氧和无氧时都不能分解葡萄糖或者产生碱性呈现深紫色。3.呼吸类型（1）专性需氧菌（2）微需氧菌（3）兼性厌氧菌（4）专性厌氧菌4.细菌的代谢产物（1）分解产物糖的分解及产物：蛋白质和氨基酸的分解及产物：脂类的分解及其产物：（2）合成产物色素：金黄色色素、类胡萝卜素，对细菌鉴定有意义毒素：内、外毒素抗生素：青霉素维生素：肠道菌合成VC，VB

热原质：生长在液体环境细菌产生一种多糖，注入动物体引起热反应，主要为细胞壁中的脂多糖，可成为内毒素，耐高温。热：发酵堆肥。光：磷化微球菌。物质摄取生物合成聚合作用组装细菌细胞的代谢过程单纯扩散（simplediffusion）促进扩散（facilitateddiffusion）主动输送(activetransport)基团转位(grouptranslocation)一、细菌物质的摄取自由扩散细胞膜构造物质进入细胞的动力是细胞内外的浓度差。这种运输方式不消耗能量。没有特异性，被运输物质不与膜上物质发生任何反应，物质不发生化学变化。单纯扩散(simplediffusion)特点促进扩散(facilitateddiffusion)膜载体（载体蛋白）特点有很强的特异性在运输过程中，本身不发生化。能加快物质运输的速度。促进扩散(facilitateddiffusion)过程：膜载体在膜外与营养物质亲合力强，与这种物质结合，进入细胞后亲合力降低释放营养物质。像渡船一样，膜外装货，膜内卸货，这种扩散方式比单纯扩散速度快。膜内外亲合力的改变与载体分子构型改变有关。促进扩散特点物质运输动力是细胞外的浓度差。运输过程不消耗能量。有膜载体参加，膜载体（渗透酶）有特异性。运输葡萄糖的载体只运输葡萄糖。这种运输方式多发生在真核微生物，原核生物少见。主动输送(activetransport)ATPADP+Pi

恢复原构像再循环耗能构像改变膜上膜外膜内移位结合

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。主动运输特点基团转位：是在研究糖的运输时发现的一种主动运输方式。运输过程中需要能量，被运输的物质发生化学变化的运输叫基团转位。许多糖就是靠基团移位进行运输的。这种运输方式是微生物通过磷酸转移酶系统来运输营养物质的。基团转位(grouptranslocation)运输方式浓度载体耗能运送分子发生变化单纯扩散高→低不需要不耗能不变化促进扩散高→低需要不耗能不变化主动运输低→高需要耗能不变化基团转位低→高需要耗能变化运输方式：

二、生物合成

1.作为鉴别细菌的主要措施

2.细菌生物合成环节可被药物影响

三、聚合作用DNA复制半保留复制转录翻译转录翻译DNAmRNA蛋白质四、组装自我组装（self-assembly）:自我组装可在体外试管内完成，鞭毛及核糖体即采用此种方式。指导组装（guidedassembly）:细菌表面膜结构则只能依赖指导组装来完成。第二节、细菌的生长和繁殖一、细菌的个体繁殖方式一般为无性繁殖，二等分分裂法。同形裂殖：裂殖后形成的子细胞大小相等（20-30min）。异形裂殖：分裂产生两个大小不等的子细胞。细菌分裂过程：①核分裂②形成横隔壁③子细胞分离世代时间:一个菌体分裂为两个菌体所需的时间。二、细菌的群体繁殖生长曲线（growthcurve）：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，可发现其生长过程具有规律性。以时间为横坐标，以活菌数的对数为纵坐标，可得出一条生长曲线。总菌数活菌数培养时间Ⅱ.对数期Ⅲ.稳定期Ⅳ.衰亡期Ⅰ.迟缓期细菌数目（个/ml）对数ⅡⅢⅣⅠ二、细菌的生长曲线（群体）1.迟缓期（延滞期）特点生长速率常数等于零菌体粗大

代谢活力强对不良条件抵抗能力降低ＲＮＡ含量增加细菌来到新环境的一个适应过程缩短迟缓期的意义和方法可以缩短生产周期，提高设备利用率。接种对数生长期的菌种，采用最适菌龄加大接种量用与培养菌种相同组成分的培养基2、对数期(指数期)(exponentialphase)

特点①活菌数呈对数增加②酶系活跃，代谢旺盛③生长速率最大，generationtime最短④细胞的化学组成及形态，生理特性比较一致稳定期特点活菌数保持相对稳定，总菌数达最高水平。细菌代谢物积累达到最高峰。芽胞杆菌这时开始形成芽胞。这是生产收获时期。3、稳定期(stationaryphase)4、衰亡期(declinephase/deathphase)特点细菌死亡数大于增殖数,活菌数明显减少,群体衰落细胞出现多形态,大小不等的畸形,变成衰退型细胞死亡,出现自溶现象。第三节细菌的人工培养一、细菌人工培养的条件二、培养基三、细菌的纯培养一、细菌人工培养的条件

1.培养基是人工配制的含有细菌生长繁殖所需营养的基质。培养基经灭菌后才能使用。

制备培养基的营养物质由牛肉浸汁、牛肉浸膏、肝浸汁、蛋白胨、NaCl、磷酸盐、葡萄糖、血液、血清、腹水、鸡蛋等提供。pH一般调整至7.2-7.6。2.酸碱度每种细菌均有可适pH范围及最适pH。大多数细菌可在pH6-8之间以生长，但多数病原细菌的最适pH为7.2-7.6。

3.温度不同细菌适应的温度范围不同，细菌有各自的可适温度范围及最适温度。根据细菌适应的温度范围，可将细菌分为3类：

嗜冷菌，范围5-30℃，最适10-20℃；

嗜温菌，范围10-45℃，最适20-40℃；

嗜热菌，范围25-95℃，最适50-60℃。

病原菌均为嗜温菌，最适温度为37℃。4.气体环境根据细菌对氧的需要，将其分为厌氧菌、需氧菌及兼性厌氧菌。需氧菌行需氧呼吸，须在有一定浓度的游离氧的条件下才能生长繁殖；厌氧菌行厌氧呼吸，须在无游离氧的条件下才能存活生长；兼性厌氧菌既可需氧呼吸，又可厌氧呼吸，通常在有氧条件比无氧环境生长更好。有些细菌生长还需一定浓度的N2或CO2

环境。

由人工配制供微生物生长繁殖或积累代谢产物所用的营养物质叫营养基，科研生产中培养微生物都需要配制培养基。二、培养基

培养基分装细菌分离培养（1）适合微生物的营养特点（2）按微生物需要量调好营养配比（3）控制微生物的培养条件

A、pH值：

B、调节氧和CO2的浓度

C、调节培养基的渗透压1、配制培养基的原则2、培养基的类型及应用（1）根据微生物的种类（2）按培养基的成分（3）按培养的用途（4）按培养基的物理状态培养基根据微生物的种类分类（1）细菌培养基（2）放线菌培养基（3）霉菌培养基（4）酵母培养基

（1）合成培养基：营养物质的成分及其浓度完全清楚；组分精确；重复性强。但微生物生长缓慢，所用各种物质成本昂贵，只在实验室里使用。（2）天然培养基：采用动植物组织、微生物浸出物等，如牛肉高蛋白质、玉米粉、麦芽汁、麸皮、马铃薯、酵母高，等皮革厂、肉食品加工厂、淀粉厂的付产品配制成。不稳定、不精确。微生物生长良好，培养基易得，成本低廉，适于大生产中配制培养基。（3）半合成培养基：在天然有机物基础上加入某种已知的无机盐类或在合成培养基基础上加入某些天然有机成分。这种培养基能更有效的满足微生物的营养要求。微生物生生长良好，应用广泛。按培养基的成分按培养的用途（1）基本培养基（2）加富培养基（3）选择培养基（4）鉴别不同微生物的培养基（5）保藏菌种培养基基本培养基：按大多数微生物的营养需要配