兽医微生物学 第二章 细菌的生长繁殖与生态

第二章

细菌的生长繁殖与生态

主要内容：细菌的代谢过程细菌的生长繁殖细菌的人工培养细菌生化反应细菌菌落生长的调控细菌的生态细菌的理化性质化学组成：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：物理性状光学性质半透明体表面积体积小、表面积大带电现象革兰阳性菌pI2~3革兰阴性菌pI4~5半透性细胞壁、膜有半透性渗透压中性环境带负电荷革兰阳性菌20~25大气压革兰阴性菌5~6大气压细菌生理活动包括：摄取和合成营养物质细菌的新陈代谢细菌的生长繁殖细菌生理第一节细菌细胞的代谢过程

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。细菌的生理涉及细菌的组分、营养要求、能量代谢、生物生长合成繁殖及基因调控等。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。一、细菌细胞内外物质的交换方式交换方式特异性细胞内外的基质浓度交换后的基质变化载体蛋白能量1.单纯扩散2.促进扩散3.主动运输4.基团转位无有有有由高到低相等由高到低相等由低到高内大于外由低到高内大于外无无无基质被磷酸化不要求要求要求要求不要求不要求要求要求单纯扩散促进扩散主动运输基团转位二、生物合成同其他生物三、聚合作用

1、细菌DNA的聚合称复制。其复制是从基因组的特定起始部位开始，然后沿染色体DNA的复制叉双相进行，方式是半保留复制。

2、转录具有两个显著特点

（1）细菌由同一个RNA聚合酶催化合成细菌的mRNA、tRNA、rRNA。 （2）细菌mRNA不需要通过核膜转运到胞浆，因此不需要聚A帽状结构。

3、翻译即蛋白质合成，同真核细胞。四、组装

细菌细胞结构的组装有两种方式：自我组装又名自我凝聚，及指导组装又名特异机制。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。细菌表面膜结构则只能依赖指导组装来完成，过程尚不完全清楚，涉及蛋白质的分泌，跨膜运输及载体分子如细菌萜醇等。 杆菌肽或万古霉素可干扰细菌细胞成分组装所需的载体的功能，多黏菌素可影响细胞膜的组装。第二节细菌的生长繁殖

细胞新个体的形成导致细菌的生长繁殖，分别体现在个体和群体两方面。 一、细菌个体的生长繁殖 细菌以二等分分裂法进行无性繁殖。已知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。

大肠杆菌及许多其他病原菌在适宜的条件下，分裂一次仅需20min，而细菌染色体DNA的复制约需40min。之所以能如此，是因为在上一轮的复制还未完成时，下一轮的细胞分裂已经启动。此外，染色体DNA存在多个复制叉，可使子代的染色体DNA同时开始部分复制。分支杆菌等繁殖较慢，需18～24h才分裂一次。

某个菌体分裂繁殖在固体培养基上形成肉眼可见的细菌集落，称为菌落（colony）。根据菌落的多少可以进行活菌计数，用菌落形成单位（colony-formingunite，cfu）来表示。二、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，可发现其生长过程具有规律性。

生长曲线: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。曲线显示了细菌生长繁殖的4个期。对数期迟缓期

分为四期：迟缓期、对数期、稳定期、衰退期细菌生长曲线0515202530105.56.08.58.07.57.06.59.0衰退期总菌数活菌数细菌数的对数次小时稳定期 1、迟缓期是细菌来到新环境的一个适应过程。此时菌体增大，代谢活跃。

2、对数期细菌此时生长迅速，以恒定速度进行分裂繁殖，活菌数以几何级数增长，达到顶峰，生长曲线接近一条斜的直线。一般而言，该期的病原菌致病力最强，其形态、染色特性及生理活性均较典型，对抗菌药物等的作用较为敏感。大肠杆菌的对数期可持续6～10h。 3、稳定期此时因营养的消耗、代谢产物的蓄积等，细菌繁殖速度下降，死亡数逐步上升，新繁殖的活菌数与死菌数大致平衡。该朔细菌的形态及生理性状常有改变，革兰氏阳性菌此时可染成阴性。毒素等代谢产物大多此时产生。大肠杆菌的稳定期持续约8h。

4、衰亡期细菌开始大量死亡，死菌数超过活菌数。如不移植到新的培养基，最终可全部死亡。此期细菌的菌体变形或自溶，染色不典型，难以进行鉴定。

细菌的生长曲线是在体外人工培养条件下观察到的，在动物体内因受诸多因素的制约，未必能出现此种典型的曲线，但对细菌的生长规律的研究及实践有重要的参考价值。第三节细菌的人工培养

用人工方法，提供细菌在动物体内生长繁殖需要的基本条件，达到培养细菌，进行鉴定及进一步利用的目的。因此细菌的人工培养技术是微生物学研究和实践的十分重要的手段。第四节细菌的人工培养

用人工方法，提供细菌在动物体内生长繁殖需要的基本条件，达到培养细菌，进行鉴定及进一步利用的目的。人工培养细菌条件充足的营养物质合适的酸碱度适宜的渗透压适宜的温度必要的气体环境细菌的营养需要1．水分：一切生命活动离不开水5．生长因子：某些物质是某些细菌生长所必需的，对细菌生长有调节作用，称为生长因子。2．碳源：提供能量，合成有机物3.氮源：合成菌体本身成分4．矿物质P、S、Mg、Fe、K、Na等。主要有：维生素B族化合物(血液、酵母浸膏中常含有生长因子物质)、氨基酸、嘌呤及嘧啶等。一、培养基及其种类培养基：指用人工合成的方法，根据细菌的营养要求制备的细菌营养制品，用于微生物分离培养、传代保存菌种、鉴别、制造菌苗或生物制剂等。常用培养基种类厌氧培养基基础培养基增菌培养基选择培养基鉴别培养基按培养基的营养组成来分：1、基础培养基

含有多数细菌生长繁殖所需要的基本营养成分，常用新鲜牛肉浸膏，加入适量的蛋白胨、NaCl、磷酸盐，调节pH至7.2—7.6即可。2、营养培养基

在基础培养基中添加葡萄糖、血液或血清等，即为营养培养基，最常用的是血琼脂平板。

（2）按物理状态的差异，可将培养基分为固体培养基、半固体培养基及液体培养三大类。

№1液体培养：不含琼脂

№2半固体培养基：

0.3%-0.5%琼脂

№3固体培养基：1%-2%琼脂按培养基的物理状态来分：1、液体培养基即不加凝固剂的基础培养基或营养培养基，用于扩增纯培养的菌体、确定细菌生长曲线等。如：营养肉汤培养基。2、固体培养基在液体培养基中加入1－2％的琼脂，即成为固体培养基，用于细菌的分离、纯化、生物活性检测等。如：营养琼脂培养基。液体培养基中沉淀生长混浊生长表面生长

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固体培养基中的生长情况光滑型菌落粗糙型菌落粘液型菌落细菌的生长情况固体培养基中菌落（S型）菌苔菌落（R型）3、半固体培养基在液体培养基中加入0.3-0.5％的琼脂，即成为半固体培养基，用于穿刺试验，观察细菌的动力及短期保藏菌菌种等。如：双糖铁培养基的高层部分，用于观察细菌有无动力。半固体体培养基中混浊生长沿穿刺线生长有鞭毛细菌无鞭毛细菌按培养基的功能差异来分：1、鉴别培养基在培养基中加入特定作用底物及产生显色反应的指示剂，用于培养和区分不同种类细菌的培养基。如：伊红－美兰琼脂。2、选择培养基在培养基中加入某种化学物质，对不同细菌分别产生抑制或促进作用，从而从混杂多种细菌的样本中分离出所需细菌。如：麦康凯培养基。3、厌氧培养基专供厌氧菌的分离、培养和鉴别用的培养基，方法是在培养基中加入还原剂如巯基乙酸钠等，或用石蜡或凡士林封住培养基表面，用以隔绝空气，有的还需放入厌氧培养箱维持无氧环境。如：庖肉培养基。

细菌的培养性状沿穿刺线生长扩散生长均等混浊沉淀生长产生绿色色素营养琼脂培养

细菌的培养性状二、氧气细菌的呼吸：细菌的生物氧化过程称为呼吸。专性需氧菌：必须在有氧的环境中才能生长，如结核杆菌,霍乱弧菌。微需氧菌：最适于在氧浓度低的情况下生长，如胎儿弯杆菌，布氏杆菌。兼性厌氧菌：有氧无氧的条件下均能生长，但有氧条件下生长更好，大多数病原菌属此。专性厌氧菌：只有在无氧条件下才能生长，有氧对菌体有害，如破伤风杆菌,脆弱类杆菌。厌氧菌必须在无游离氧或其浓度极低的条件下才能存活。原因是，细菌在代谢过程中产生对菌体有毒性的过氧化氢、超氧阴离子和羟自由基等，厌氧菌部分或全部缺乏降解这些产物的酶，如过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶等，因O2或H2O2的毒性作用死亡。按微生物的呼吸类型分专性需氧菌微需氧菌兼性厌氧菌专性厌氧菌细菌的培养(根据细菌对空气的需求)（1）需氧培养法需氧菌及兼性厌氧菌普通温箱37℃或所需温度下培养。（2）二氧化碳培养法少数细菌如新分离的布氏杆菌等，需要含10％CO2的环境中培养才能生长。烛缸法：5－10％CO2化学法：碳酸氢钠＋硫酸二氧化碳培养箱：细菌的培养（3）厌氧培养法A生物学厌氧法：

培养基中加入动物组织块，如疱肉培养基B化学法：焦性没食子酸＋氢氧化钠C厌氧罐法：抽气充气

三、温度

不同细菌对温度有不同适应范围，各种细菌又有各自的可生长温度范围及最适温度。

1、嗜冷菌：生长范围-5～30℃，最适生长10～20℃；某些嗜冷菌对鱼类等变温动物有致病性。

2、嗜温菌：生长范围10～45℃，最适20～40℃；病原菌已适应动物的体温，因此均为嗜温菌。

3、嗜热菌：生长范围25～95℃，最适50～60℃。如嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌等。

四、酸碱度

pH影响微生物的生长，每种细菌均有一个可适应的pH范围及最适生长pH。虽然大多数细菌在pH6～8之间可以生长，但多数病原菌的最适pH为7.2～7.6，个别偏酸，如鼻疽伯氏菌为pH6.4～6.6；或偏碱如肠球菌为pH9.6。

五、渗透压

不同细菌有不同渗透压范围，多数病原菌只有在等渗的环境中才能良好生长。

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：细菌的生化反应第四节细菌的生化反应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尿素酶试验甲基红试验吲哚试验硫化氢试验单糖发酵试验VP试验其他试验氧化酶试验触酶试验2、细菌合成代谢利用分解代谢的产物和能量，合成新的物质合成产物热原质毒素和侵袭性酶色素

抗生素细菌素维生素产生绿色色素营养琼脂培养

细菌的培养性状第五节细菌菌落生长的调控细菌生物被膜（Bacterialbiofilm，BF），是指细菌粘附于接触物表面，分泌多糖基质、纤维蛋白、脂质蛋白等，将其自身包绕其中而形成的大量细菌聚集膜样物。被膜菌：在特定的条件下，细菌可以形成生物被膜，包被有生物被膜的细菌称为被膜菌。一、细菌生物被膜被膜菌无论其形态结构、生理生化特性、致病性还是对环境因子的敏感性等都与浮游细菌有显著的不同，尤其对外环境的抵抗力、对抗生素和宿主免疫系统的抵抗力均显著增强，从而导致严重的临床问题，引起许多慢性和难治性感染疾病的反复发作。细菌生物被膜粘附在各种医疗器械及导管上极难清除，以至引发大量的医源性感染。二、细菌的密度感应系统细菌密度感应（quorumsensing，QS）系统是细菌的一种群体行为调控机制，是细菌通过监测其群体的细胞密度来调节其特定的基因表达，以保证生物被膜中营养物质的运输和废物的排出，避免细菌过度生长而造成空间和营养物质缺乏。1、细菌密度感应系统2、信息素细菌利用散在的细胞间信号分子产物介导细胞间的信息交流，这种信号分子称为信息素（pheronmonas）或自身诱导素（autoinducer，AI）。不同细菌的信息素种类不同。革兰氏阴性菌的信息素主要以脂肪酰基高丝氨酸内酯(acylhomoserinelactones，AHL)为主，在G-菌QS系统中起着关键的作用。革兰阳性菌QS系统主要是用小分子多肽(oligopeptide)作为自诱导物(autoinducterpeptide，AIP)，不同的细菌其AIP分子大小也不同。第六节

细菌的生态微生物在自然界中分布很广，凡是有生命的地方几乎都有微生物存在。微生物作为生态系统中具有一定生态结构和功能的最低级生态元，表现出与环境充分作用，并能更好地适应、保护、净化和修饰环境。微生物种群间的相互关系互生：两种或两种以上微生物共同生存时，可互相受益。二者在自然界中均可单独存在，共生时又可使对方受益，称为互生。共生：两种或多种微生物共同生活在一起，互相依赖，彼此互利，称为共生。二者分开后单独不能很好地生活。寄生：一种生物从另一种生物获取所需的营养，赖以生存并往往对后者呈现毒害作用的现象，称为寄生。双方受害叫竞争，一方受害叫偏生。拮抗：一种生物在生长发育过程中，能产生某些对其它生物呈现毒害作用的物质，抑制其它生物生长繁殖的现象，称为拮抗。一、微生物在自然界的分布土壤中的微生物空气中的微生物水中的微生物正常动物体微生物1、土壤中的微生物土壤是微生物的天然培养基。土壤中的微生物大多数为腐生性的，只有少数为致病性的。1g土壤中含有几千万乃至几千亿个菌体，若以每克土壤含50亿个菌体计算，每亩土地深25cm的土层中，可含有菌体200kg。分布概况土壤表层：少离地面10~20厘米土层：多越往深处微生物愈少，一般4~5米以下的深层土壤是无菌的。土壤的微环境土壤表面的微生物类群和数量每克土壤的含菌量大体上有一个十倍系列的递减规律：细菌（～108）＞放线菌（～107）＞霉菌（～106）＞酵母菌（～105）＞藻类（～104）＞原生动物（～103）土壤微生物与高等植物之间的关系

有利作用是主要的，也有有害的方面。土壤中的病原微生物大肠杆菌、肠球菌、各种芽胞杆菌、放线菌和真菌。传染病的来源:特别是各种芽胞杆菌，形成的芽胞可以长期存活于土壤当中，形成土壤性传染病。2、水中的微生物来源及存活概况:土壤空气尘埃动植物的排泄物分布群类和数量距水面5-20米：菌最多距水面20米以下：逐渐减少水底层：含菌数又增加水的自洁作用在自然界中，虽然水源不断受到污染，但由于微生物大量繁殖不断分解水中的有机物、日光照射的杀菌作用、水中原生动物的吞噬作用和微生物间的颉抗作用、水中悬浮颗粒粘附细菌发生沉淀、清洁支流的冲淡以及水中其它理化因素的作用，可使水中的微生物大量减少，使水逐渐净化变清，这就是水的自洁作用。水的微生物学检查以大肠杆菌作为指示菌来推测水源带有病原微生物的可能性。水的微生物检查指标：

1．含菌量

2．大肠杆菌的测定（1）含菌量含菌量：每毫升水样品中含有的细菌总数，饮用水少于100个/ml。（2）大肠杆菌的测定大肠杆菌的测定：根据水中检出大肠杆菌数量的多少来间接推断饮用水的卫生质量。1）大肠杆菌价：是指能检出大肠杆菌的最小水量，或者说每个大肠杆菌占有的水的毫升数。饮用水大肠杆菌价应大于300。2）大肠杆菌指数：指1000ml水中的大肠杆菌个数。饮用水大肠杆菌指数不得大于3。3、空气中的微生物来源及存活情况一些对干燥和阳光抵抗力强，能产芽胞或色素的细菌以及真菌的孢子能存在于空气中。类群和数量霉菌放线菌的孢子酵母菌需氧性芽胞杆菌的芽胞某些产生色素的球菌不同条件下1M3空气的含菌量条件数量畜舍1-2×106宿舍20000城市街道5000市区公园200海洋上空1-2北极（北纬80°）0空气中的病原微生物链球菌、炭疽杆菌、化脓性葡萄球菌、绿脓杆菌、破伤风梭菌、腐败梭菌、气肿疽梭菌→创伤感染结核菌、肺炎球菌、烟曲霉→呼吸道4、正常动物体微生物体表的微生物呼吸道的微生物消化道的微生物泌尿生殖器官的微生物其他组织器官的微生物无菌动物和无特色病原动物正常微生物群.概念（NormalMicrobiota)

在健康动物的体表以及与外界相通的腔道常常分布着一定种类和数量的微生物，它们对宿主不但无害，而且是有益的和必需的，这一微生物层就是正常微生物群，或称正常菌群（Normalbacterialflora）、固有菌群或原籍菌群。（1）体表的微生物皮毛上常见的微生物：以球菌为主（葡萄球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌）皮肤表层：汗腺和皮脂腺。患病家禽带病原菌：杆菌（大肠杆菌、绿脓杆菌、棒状杆菌、草杆菌）（2）呼吸道的微生物位置：上呼吸道黏膜，扁桃体黏膜。菌群：葡萄球菌、绿色链球菌、肺炎球菌、巴氏杆菌等（3）消化道的微生物