兽医微生物学-细菌的生长繁殖和生态

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的生态第二章细菌的生长繁殖和生态第一节细菌细胞的代谢过程细菌与真核生物新陈代谢的主要区别：

1、细菌生长和繁殖速度快2、利用各种化合物作为能源的能力强3、营养需求多种多样4、可利用超常流水线合成大分子物质5、细菌能产生特殊物质如肽聚糖、磷壁酸、脂多糖等

物质摄取生物合成聚合作用组装细菌细胞的代谢过程细菌没有专门的摄食和排泄器官，营养物质是通过半透性的细胞壁和细胞膜进行吸收的。细菌主要有4种吸收营养物质的方式，不同的营养物质可沿不同的方式进入：1、单纯扩散（simplediffusion）2、促进扩散（facilitateddiffusion）3、主动运输（activetransport）4、基团转移（grouptranslocation）

一、物质摄取1、单纯扩散（simplediffusion）1）也称被动扩散，是一种简单的细胞内外物质交换方式，只靠简单的分子运动进行扩散。2）某些气体（O2、CO2）、水、乙醇、甘油等3）特点：无特异性，不需要载体，不需要耗能速度缓慢。细胞内外溶质浓度一旦达到平衡，扩散便停止4）单纯扩散不是细菌获得营养物质的主要方式。物质运输简单扩散示意图单纯扩散模式图细胞膜外细胞膜内细胞膜2、促进扩散（facilitateddiffusion）1）某些物质如糖和氨基酸与某些位于细菌细胞膜上特异性载体蛋白相结合，而后将其转运至细胞内，并不使基质发生任何变化，也不需要能量，这种吸收营养物质的方式称为促进扩散2）特点：严格的特异性，需要载体，不需要能量可逆与被动扩散相同，不会使营养物质逆浓度积累物质运输促进扩散示意图物质运输促进扩散示意图细胞外细胞膜细胞内3．主动运输（activetransport）

1）细菌吸收营养物质的主要机制，在代谢能的推动下，通过质膜上的特殊载体蛋白逆浓度梯度吸收营养物质的过程称为主动运输。2）特点：①需要载体蛋白，有严格特异性，要求供应能量。②逆浓度梯度，胞内基质可高于胞外100~10000倍。③饱和效应：如果膜外基质浓度甚高，促足使载体饱和，输送速度达到一定高度时就无法进一步提高④吸收竞争：某些性质极为相似的化合物，如一种化合物过量,常可抑制对另一种化合物的吸收；微生物主动运输示意图主动运输模式图细胞膜细胞膜外细胞膜内恢复原构象移位再循环结合构象改变ADP+PiATP微生物主动运输示意图4．基团转位（grouptranslocation）

1）上述各种物质输送过程中，输送到细胞内的基质都未发生任何化学变化。2）基团转位：物质在运输的同时受到化学修饰，需要特异性载体蛋白参与，需要能量。3）主要存在于厌氧细菌和兼性厌氧细菌中，用于糖以及脂肪酸、核苷、碱基等物质的运输，是由磷酸转移酶系统介导的一种反应。4）与主动运输相似，可逆浓度运输，要求能量，酶介导。基团转位运输葡萄糖示意图甘露醇5、金属离子的吸收

影响细菌生长的金属离子在动物体内极少以游离状态存在，如：血清中的转铁蛋白及乳中的乳铁蛋白。细菌通过分泌载铁体摄取与蛋白结合的Fe3+，形成含铁螯合物，通过特异的主动输送，进入菌体细胞。细菌摄取营养，基本通过上述几种方式进行，但不同种类的细菌对同一物质可通过不同的方式运输。例如，大肠杆菌主要利用促进扩散输送乳糖，而金黄色葡萄球菌则主要利用基团传为方式输送。二、生物合成1、作为鉴别细菌的主要措施不同种类的细菌对营养的需要不同，又有其不同的合成途径，产生的代谢产物也有差异，可以鉴别细菌。实验课细菌有鉴别意义的代谢产物及其检查方法常用的生化试验有（书30页）

1）糖发酵试验、2）氧化酶试验、3）触酶试验、4）氧化发酵(O/F)试验、5）VP试验、6）甲基红(MR)试验、7）吲哚试验、8）枸橼酸盐利用试验等。

可采用微量法或常量法。现有商品化的微量生化试验试剂盒。细菌的生化试验主要用途是鉴别细菌对革兰氏染色反应和菌体及菌落形态相同或相似的细菌尤为重要其中吲哚试验（I）、甲基红(M)试验、VP（Vi）试验、枸橼酸盐利用（C）试验四种试验常用于鉴定肠道杆菌，合称IMViC试验。2、细菌生物合成环节可被药物影响极少数细菌生物合成可被药物影响，如磺胺类药物干扰细菌所需叶酸的生物合成转录翻译DNAmRNA蛋白质三、聚合作用DNA复制半保留复制转录翻译四、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，过程上不完全清楚第二节细菌的生长繁殖(Growthandreproductionofbacteria)一、细菌生长繁殖条件1、营养物质：水、碳源、氮源、无机盐、生长因子。生长因子——许多细菌在其生长过程中还必需一些自身不能合成化合物，称为生长因子。有维持细菌正常发育和促进生长的功能，极其微量就能显示其影响足够份量可使某些细菌生长加快数百倍。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、核黄素、生物素、泛酸、叶酸等。生长因子多为辅基或辅酶的主要成分对细菌的生命活动至关重要。生长因子一般可由酵母浸膏、血液、血清或腹水等提供。各种细菌对生长因子的需要情况有所不同。某些微生物能合成和积累生长因子的特性，已被用于人类生产和医药、食品、饲料等2、酸碱度：多数病原菌最适PH为中性或弱碱性（pH7.2～7.6）。3、温度：病原菌均为嗜温菌，最适温度为人体的体温，即37℃，故实验室一般采用37℃培养细菌。4、气体：与细菌生长有关的气体，主要是氧和CO2。

1）根据细菌代谢时对氧的需要情况，可将其分为三类：①专性需氧菌：这些细菌仅能在有氧条件下生长；如结核杆菌，霍乱弧菌②专性厌氧菌：这些细菌只能在无氧环境下生长；如破伤风杆菌，魏氏梭菌③兼性厌氧菌：在有氧及无氧的条件下均能生存，有氧条件比无氧环境生长更好，大多数病原菌属此。2）一般细菌代谢中都需CO2，但大多数细菌自身代谢所产生的CO2即可满足需要。有些细菌，在初次分离时需要较高浓度的CO2，否则生长很差甚至不能生长。布氏杆菌在初次分离时，要有5～10%CO2才能生长。炭疽杆菌在人工培养时，往往环境中有较高浓度的CO2，方能形成夹膜。二、细菌的生长繁殖方式和速度细菌细胞的生长繁殖，体现在个体和群体两方面。1、细菌个体的生长繁殖1)细菌个体的繁殖方式：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。2)细菌个体的繁殖速度：

一个菌体分裂为两个菌体所需的时间称为世代时间。多数20~30min分裂一代。少数细菌繁殖较慢，如分支杆菌需18-24h才分裂一次2、细菌群体的生长繁殖——生长曲线

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。以时间为横坐标，以活菌数的对数为纵坐标，可绘制出一条曲线，称为“细菌生长曲线”。迟缓期指数期衰亡期稳定期曲线显示了细菌生长繁殖的4个期1、迟缓期（lagphase）

是细菌初到新环境的适应期。特点此时菌体增大、代谢活跃、合成所需酶系统。RNA含量明显增多，DNA无变化，此时细菌数并不增加约l~4h。2、对数期（logarithmicphase）

细菌迅速分裂繁殖，活菌数以几何级数增长，生长曲线近斜线。特点：该期病原菌致病力最强形态染色及生理均较典型对抗菌药物敏感。大肠杆菌的对数期可持续6~10h3、稳定期（stationaryphase）此时因营养消耗、代谢产物蓄积等，细菌繁殖速度下降，死亡数逐步上升，新繁殖的活菌与死菌平衡，活菌数最多。特点：细菌形态及生理性状常有改变，染色不特异，芽孢开始形成。产生毒素等代谢产物。大肠杆菌的对数期可持续一般8h。

4、衰亡期

（declinephase）细菌死亡速度加大，繁殖速度变小。如不移植到新培养基，最终可全部死亡。特点：此期菌体变形或自溶，染色不典型。细菌的群体生长繁殖可分为4个期迟缓期对数期稳定期衰亡期细菌群体典型的生长曲线生长曲线只有在体外人工培养条件下才能观察到一、培养细菌的条件提供充足的营养物质——细菌获得生长繁殖所需要的原料和能量尚要有适宜的环境条件，如酸碱度、渗透压、温度和必要的气体等。第三节细菌的人工培养二、培养基（culturemedium）

1、培养基概念——是指由人工配制而成的，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。专供微生物培养、分离、鉴别、研究和保存菌种用的混合营养物制品。2、配置培养基的基本原则

依据细菌物质代谢要求和营养需要，必须含有细菌生长繁殖所需要的碳源、氮源、矿物质以及生长环境条件，因此，在制作细菌培养基时，必须掌握如下原则和要求1、含各种营养物质2、适当的水分3、酸碱度（pH7.2-7.6）4、不含有抑制细菌生长的物质5、应均质透明、应彻底灭菌6、对某些微生物必须提供一些特殊物质

3、常用培养基的种类

培养基可分为（1）按营养组成差异基础培养基、营养培养基；（2）按状态差异固体、半固体及液体培养基；（3）按功能差异鉴别、选择及厌氧培养基等。

普通培养基血液培养基

（1）按营养组成的差异基础培养基:基本营养成分营养培养基:在基础培养基中添加一些其它营养物质，如葡萄糖、血液、血清、生长因子等（2）按状态的差异固体培养基:1.5%~2%琼脂，用于细菌分离纯化。半固体培养基:0.5%琼脂，作穿刺试验。液体培养:扩增纯培养的菌体。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在半固体培养基中的生长情况1：有动力2：无动力

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（3）按功能的差异鉴别培养基:在培养基中加入特定底物，观察细菌在其生长后分解底物如何，从而鉴别细菌。选择培养基:在培养基中加入某种化学物质，使之抑制一类细菌生长，而有利于另一类细菌生长，从而将后者选择出来。厌氧培养基:专供厌氧菌的分离、培养和鉴别用.将普通培养基放在无氧环境中培养，或者使培养基本身成为无氧的环境。麦康凯琼脂培养基4、细菌的生长情况

菌苔：几个菌落连在一起成片生长。不同的菌落、菌苔大小、形状、光泽、颜色、硬度、透明度不同，这些特征可供鉴定参考。（1）2个概念菌落：微生物的单个个体或孢子在固体培养基上生长繁殖后形成肉眼可见的集团（2）细菌的培养特征固体培养基

液体培养基半固体培养基细菌的培养性状第四节细菌的生态（自学）一、微生物种群间的相互关系不同微生物种群间的相互关系可分为：互生、共生、拮抗及寄生。1、互生（Synergism）：两种或多种以上微生物共同生活在一起，可互相受益。互生双方在自然界均可单独存在，共生时又可使对方收益。互生双方可为对方提供营养物质和生长因子，生存条件。如动物肠道正常菌群与宿主的关系。2、共生（Symbiosis）指两种或多种微生物生活在一起，彼此互利，以至分离后单独不能很好的生活，称之为共生。如反刍兽与其瘤胃中的微生物。3、拮抗（Antibiosis）两种或两种以上微生物共同生长时，使双方或一方受害的现象。如产生抗生素的微生物，则能够抑制甚至杀死其它微生物。

4、寄生（Parasitism）：指一种小型生物生活在另一种大型生物的体内或体表，从中获取营养生长繁殖并使后者蒙受伤害甚至被杀死的现象。二、动物体的正常菌群1、体表上的微生物2、呼吸道中的微生物3、消化道中的微生物4、泌尿生殖道的微生物1、体表上的微生物动物的皮肤和皮毛含有各种细菌、放线菌和霉菌：皮肤受到损伤时，这些微生物是化脓的主要因素。患病动物的皮毛常带有所患疾病的病原体。2、呼吸道中的微生物呼吸道的前部，尤其是鼻黏膜中的微生物较多。健康动物的支气管末梢和肺泡内是无菌的，仅在发病时才可能分离到病原微生物，且主要是化脓性链球菌。3、消化道中的微生物胚胎期：消化道是无菌的；出生后数小时内：出现微生物，构成正常的菌群。消化道中微生物的分布，因部位不同而不同：①口腔内含有很多的微生物，②食道中微生物较少，③胃肠道微生物的组成随动物种类而异：非反刍类动物：由于胃酸的制，微生物含量及种类都很少，反刍类动物：瘤胃