细菌的生长繁殖与变异 PPT..

第二节 细菌的生长繁殖与变异
一、细菌的生长繁殖
（一）细菌生长繁殖的条件
1.营养物质
2.温度
3.pH
4.气体
1.营养物质
细菌生长繁殖需要丰富的营养物质， 包括水、碳水化合物、氮化物、无机盐、 生长因子等。
2.温度
依据细菌对温度的需求不同，可以将 其分为嗜冷菌、嗜温菌、嗜热菌三大类。 病原菌一般为嗜温菌，适宜的生长温度为 15～40℃，并且大多数病原菌的最适温度 为37℃。
（二）细菌生长繁殖的方式与速度
细菌主要以二分裂方式进行无性繁殖，一个 细菌分为两个菌体所需的时间称为世代时间，简 称世代。在适宜的人工条件下，多数细菌的世代 为 20 ～ 30min 。如果按 20min 繁殖一代计算， 10h 后，一个细菌可以繁殖10亿个以上的细菌。 细菌细胞的分裂是从染色体的复制开始的。 为了使遗传物质能均等地分配给两个子代细胞， 染色体的复制与细胞分裂需要配合密切。
1.延迟期
又称停滞期，是微生物细胞进入一 个新环境的适应时期。此时的微生物数量 不增加，细胞的形态变大或者变长。处在 延迟期的细胞代谢能力强，对外界的理化 因素敏感，细胞代谢活跃，积累了足够的 酶、辅酶和中间代谢产物。为细胞分裂增 殖做准备。
2.对数期
又称指数期，是细菌细胞适应了新的环境后 生长最为旺盛的一个时期，在此时期细胞的数目 以几何级数增长，故称对数期。对数期有以下几 个特点： 1）生长速率常数最大 2）细胞平衡生长，菌体内的成分最为均匀 3）酶系活跃，代谢旺盛 从以上几个特点可以看出，此时期是研究菌 体的最佳时期。
3.pH
大多数细菌的最适 pH为7.2～7.6，许 多细菌在代谢过程中分解糖，产生酸，使 pH下降，抑制细菌生长。
4.气体
与细菌生长繁殖有关的气体主要是氧 气和二氧化碳，此外，有些固氮菌能够固 定空气中的氮气。
根据细菌对氧的需要情况分为：
专性需氧菌（aerobe）:必须在有氧的环境中 才能生长繁殖。如结核分枝杆菌 专性厌氧菌（anaerobe）: 缺乏呼吸酶，只有 在无氧状态下才能生长。如破伤风芽胞梭菌 兼性厌氧菌（facultative anaerobe）:在有 氧或无氧状态下均能生长，但在有氧时生长 较好。大多数病原菌属于此类。 微需氧菌 :在低氧状态下生长最好。
（4）监控衰亡期 微生物在衰亡期，细胞活力明显下降，同时 由于逐渐积累的代谢毒物可能会与代谢产物起某 种反应或影响提纯，或使其分解。因而必须掌握 时间，在适当的时候结束发酵。
（三）细菌的人工培养
• 培养基：用人工方法配制的适合于细菌生 长繁殖的营养物质。
一、培养基
（一）按培养基的物理性状不同分类
液体培养基 半固体培养基 固体培养基
（二）按培养基的用途不同分类：
基础培养基 鉴别培养基 营养培养基 厌氧培养基 选择培养基
二、细菌在液体培养基中的生长现象
菌膜生长 沉淀生长
混浊生长 对照
二、细菌在半固体培养基中的生长现象
向 四 周 扩 散 生 长
沿 穿 剌 线 生 长
二、细菌在固体培养基中的生长现象
微生物生长规律对工业生产的指导：
（1）缩短延迟期
延迟期的存在则使发酵周期延长，为提高设 备的使用率及降低生产成本则需缩短延迟期。 （2）把握对数期
连续投放或补加发酵原料，会使菌体随营养 浓度增加而生长速率上升，从而可获得大量的菌 体。
微生物生长规律对工业生产的指导：
（3）延长稳定期
对于合成产物与微生物细胞的形成过程同步 的，稳定期的末期为最佳收获期，因此，延长稳 定期可以获得更多的产品 。
菌落：由单个细菌分裂繁殖后形成一堆肉眼可见的细菌 集团。 可根据菌落大小、形状、颜色、边缘、气味、透明度、表 面光滑度、湿润度及溶血情况等特片初步鉴定细菌。
各 种 细 菌 的 菌 落
三、人工培养细菌的意义：
细菌性疾病的诊断 细菌的鉴定与研究
生物制品的制备
细菌学指标的检测 在工农业生产和基因工程中的应用
（三）细菌群体生长及生长曲线
细菌生长曲线是专指单细胞微生物的。它是将少量的 单细胞微生物接种纯种到一定容积的液体培养基后，在 适宜的条件下培养，定时取样测定细胞数量。以细胞增 长数目的对数做纵坐标，以培养时间做横坐标，绘制一 条如图所示的曲线，我们称这条曲线为细菌的生长曲线。 根据生长曲线的变化规律，可以把生长曲线分为四个时 期：延迟期、对数期、稳定期、衰亡期。
大肠杆菌：-
产气杆菌：+
吲 哚 试 验ຫໍສະໝຸດ 阳性大肠杆菌：+产气杆菌：-
H2S 试验
对照
阳性
阴性
尿 素 酶 试 验
三 细菌的遗传与变异
一、细菌遗传与变异的概念
遗传(heredity)：使细菌的性状保持相对稳定，且代代相传，使 其菌种得以保存。 变异(variation)：在一定条件下，子代与亲代之间以及子代与 子代之间的生物学性状出现的差异。 1. 遗传性变异：是细菌的基因结构发生了改变，故又称 基因型 变异。常发生于个别的细菌，不受环境因素的影响，变异发生 后是不可逆的，产生的新性状可稳定地遗传给后代。 2.非遗传性变异：细菌在一定的环境条件影响下产生的变异， 其 基因结构未改变，称为表型变异。易受到环境因素的影响，凡 在此环境因素作用下的所有细菌都出现变异，而且当环境中的 影响因素去除后，变异的性状又可复原，表型变异不能遗传。
二、 细菌的变异现象
形态结构的变异 毒力变异 耐药性变异
（一） 形态结构的变异
细菌的大小和形态的变异：在不同的生长时期可 不同，生长过程中受外界环境的影响也可发生变 异。如：鼠疫耶尔森菌在3%-6%的氯化钠的培养 基中形态的改变。 细菌的特殊结构的变异：如荚膜（肺炎链球菌）, 芽胞（炭疽芽孢杆菌）也可发生变异。
二、与治疗有关的代谢产物 1.抗生素（antibiotics） 某些微生物在代谢过程中产生的一类能抑 制和杀死某些病原微生物和肿瘤细胞的化学 物质。 2.维生素（vitamin） 某些细菌能合成自身所需的维生素，并能 分泌到菌体外供人体吸收利用。
三、与鉴别细菌有关的代谢产物
1. 色素（pigments） 细菌的色素有两类——水溶性色素：能弥散到培 养基或周围组织；脂溶性色素：不溶于水，只存 在于菌体，使菌落显色而培养基颜色不变。 2. 细菌素（bacteriocins） 某些细菌产生的仅对近缘菌株有抗菌作用的蛋 白质。 3. 糖的分解产物 4. 蛋白质的分解产物
二
细菌的代谢产物
一、与致病有关的代谢产物
1.毒素（toxins ） 包括内毒素和外毒素 外毒素(exotoxin)是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毒性蛋白质；内毒素 (endotoxin)是革兰阴性菌细胞壁的脂多糖。 2.热原质（pyrogen）大多数革兰阴性菌和少数革兰阳性 菌合成的多糖，极微量注入人或动物体内即可引起发 热反应。 3.侵袭性酶类（invasive enzymes）某些病原菌在代谢 过程中产生的具有损伤机体组织、促使细菌侵袭和扩 散的致病性物质。如金葡产生的血浆凝固酶。
3.稳定期
又称恒定期或最高生长期。这个时期的特点 是生长速率常数为 0 ，即新繁殖的细胞数目与死 亡的细胞数目相等。这时菌体的产量达到最高点。
在稳定期，细胞开始储藏糖原、异染粒和脂 肪等贮藏物，多数的芽孢菌在这时产生芽孢，有 些微生物在稳定期时还开始合成抗生素等次生代 谢产物。
4.衰亡期
在衰亡期中，个体的死亡速度超过个体的新 生速度，因此，整个群体就呈现负增长，活细胞 的数目明显下降。这时，细胞形态多样，例如会 产生很多膨大、不规则的退化形态；有些微生物 因蛋白水解酶活力的增强而发生自溶；有些微生 物会在此时期释放对人类有用的抗生素等次生代 谢产物；在芽孢杆菌中，芽孢的释放往往也发生 在这一时期。
在疾病的诊断、治疗与预防中的作用 在测定致癌物质中的应用 在流行病中的应用 在基因工程中的应用
（三） 耐药性变异
耐药性变异：细菌对某种抗菌药物由敏感变为耐 药的变异。有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌 药物，即多重耐药性。
意义：从抗生素广泛应用以来，细菌对抗生素耐 药的不断增长是世界范围内的普遍趋势，给临床 治疗带来很大的困难，并成为当今医学上的重要 问题。
五、 细菌遗传变异的实际意义
四、分解代谢产物和细菌的生化反应 • • • • • • • • 糖发酵试验 VP试验 甲基红试验 枸橼酸盐利用试验 吲哚试验 硫化氢试验 尿素酶试验 自动化仪器分析
糖 发 酵 试 验
阴性
阳性
VP 试 验
大肠杆菌：产气杆菌：+
甲 基 红 试 验
大肠杆菌：+
产气杆菌：对照
阳性
阴性
枸 橼 酸 利 用 试 验
（二） 毒力变异
毒力增强：无毒力的白喉棒状杆菌常寄居在咽喉 部，不致病；当感染了β-棒状噬菌体后变成溶原 性细菌，则获得产生白喉毒素的能力，引起白喉。 毒力减弱：有毒菌株长期在人工培养基上传代培 养，可使细菌的毒力减弱或消失。卡介苗(BCG) 是有毒的牛型分枝杆菌在含有胆汁、甘油、马铃 薯的培养基上，经过13年，连续接种230代，获 得的一株毒力减弱但仍保持免疫原性的变异株。