第二章细菌生理学

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常见碳源及种类
微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、 醇、脂类、烃、CO2及碳酸盐等。 微生物利用碳源物质具有选择性,糖类是一般微 生物较容易利用的良好碳源和能源物质。 葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉、半乳糖、 乳糖、甘露糖、纤维二糖、纤维素、半纤维素、 甲壳素、本质素等 单糖优于双糖,已糖优于戊糖,淀粉优于纤维素, 纯多糖优于杂多糖
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二、细菌的营养类型
1．根据碳素来源区分：
（1）自养菌：只能从无机物中取得碳源的细菌，利用CO2 ， H2CO3合成有机物。如硝化菌。
（2）异养菌：凡是从有机物中取得碳源的细菌叫异养菌。 只能利用有机碳合成所需的含碳有机物，大部分是病原菌。 2．据能量来源分为 （1）光能营养菌：将光能转变为化学能的细菌，土壤和水 中细菌。 （2）化能营养菌：从无机物和有机物中取得能量的细菌。 大部分细菌属于这种类型。
（4）化能异养菌：能量来源于化学反应，以有机物作为碳源。
病原菌
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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。
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四种营养类型区别
营养类型
光能自养型
主要碳源
二氧化碳 有机物 二氧化碳 有机物
能源
光能 光能 无机物 有机物
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维生素：
有的微生物自己不能合成维生素，需要外 加，主要是B族维生素、硫胺素、叶酸、泛
酸、核黄素等。
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氨基酸
各种菌合成AA的能力有很大差别，一般G－菌强
于G＋，大肠杆菌自己能合成全部AA，沙门氏菌
能合成大部分AA，有的菌合成AA能力极弱，如
肠道串珠菌需从外界补充19种AA。
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碱基：
嘧啶和嘌呤是核酸和辅E的重要组分，是许多
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5、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pro，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。
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6、比重
• • • • • • 决定于菌体内水分和其他物质的多少. 一般大于1 灵杆菌 1.054 枯草杆菌 1.2-1.3(1.35) 一个细菌的重量约为 1X10-9—1X10-10
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二、物理性状
光学性质 体表面积 带电现象 半透性 半透明 体积小、表面积大
革兰阳性菌 pH2~3 中性环境带负电荷 革兰阴性菌 pH4~5
细胞壁、膜有半透性 革兰阳性菌 20~25大气压 革兰阴性菌 5~6大气压
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渗透压
1 、光学性质
细菌为半透明体,当光线照射至细菌,部分被吸 收,部分被折射,故细菌悬液呈混浊状态。
N· H· C· O N· H
尿素、一般氨基酸、简单蛋白 质等 NH3、铵盐等 硝酸盐等 N2
无 机 氮
N· O N
氮源种类：
☆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 • a、速性氮源：实验常用牛肉膏、蛋白质、
酵母膏做氮源 • b、迟速性氮源：生产用玉米浆、豆饼、 葵花饼、花生饼 等。
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3.糖类：
• 主要以多糖、脂多糖、粘多糖形式存在，并与脂类、 蛋白质形成复合物。 • 构成细胞壁、菌体抗原、荚膜。 • G＋细胞壁中脂多糖与肠杆菌科细菌的分群定型有 关。
4.脂类：
• 占菌体干重的1-10%。 • 包括中性脂肪、脂肪酸、类脂 • 大肠杆菌3.6-7.9%;枯草杆菌3-4%;结核杆菌22.3%
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2、氮源(nitrogin source)
☆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。
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微生物氮源谱
类 型 有 机 氮 元素水平 N· H· X C· O· 化合物水平 复杂蛋白质、核酸等 培养基原料水平 牛肉膏、酵母膏、饼 粕粉、蚕蛹粉等 尿素、蛋白胨、明胶 等 (NH4)2SO4等 KNO3等 空气
第二章 细菌生理学
细菌的生理活动包括摄取和合成营养物质, 进行新陈代谢及生长繁殖。整个生理活动 的中心是新陈代谢,细菌的代谢活动十分活 跃而且多样化,乃至繁殖迅速是其显著的特 点。
研究细菌的生理活动不仅是基础生物学科 的范畴,而且与医学、环境卫生、工农业生 产等都密切相关。
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细菌生理活动包括：
碳源物质利用的选择性
目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质 主要是单糖、怡糖、糖蜜(制糖工业副产品)、 淀粉(玉米粉、山芋粉、野生植物淀粉)、麸 皮、米糠等。 例如在以葡萄糖和半乳糖为碳源的培养基中， 大肠杆菌(Escherichia coli)首先利用葡萄 糖,然后利用半乳糖,前者称为大肠杆菌的速 效碳源，后者称为迟效碳源。
微生物必须的生长因素。
有些微生物不仅不能合成嘧啶和嘌呤，而且不
能将补充的嘧啶和嘌呤结合在核苷酸上，还必
须供给核苷酸，有的菌需补充卟啉或其衍生物， 还有的菌需供给（低碳）脂肪酸等。
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5、水
微生物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：是细胞中生化反应的良好介质；营养 物质和代谢产物都必须溶解在水里，才能被吸收 或排出体（细胞）外；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；维持细胞的膨压（控制细胞形态）。
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1 碳源( source of carbon)
在细菌生长过程中为细菌提供碳素来源。 在细胞内经过一系列复杂的化学变化后成为 微生物自身的细胞物质(如糖类、脂、蛋白 质等)和代谢产物,碳可占一般细菌细胞干重 的一半。 同时,绝大部分碳源物质在细胞内生化反应 过程中还能为机体提供维持生命活动所需的 能源,因此碳源物质通常也是能源物质。 但是有些以CO2作为唯一或主要碳源的微生物 生长所需的能源则并非来自碳源物质。
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第二节
细菌的营养与代谢
一、细菌的营养要求
微生物需要从外界获得营养物质,而
这些营养物质主要以有机和无机化合物的
形式为微生物所利用,也有小部分以分子 态的气体形式被微生物利用。
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细菌的营养要求
氮源（nitrogen source） 碳源 （carbon source） 无机盐（mineral salts） 生长因子（growth factor） 水（water）
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4、生长因子（growth factor）
通常指那些微生物生长所必需而且需要量很小, 但微生物自身不能合成或合成量不足以满足机体 生长需要的有机化合物。各种微生物需求的生长 因子的种类和数量是不同的。分类：维生素 、 氨基酸与嘌呤及嘧啶三大类。
功能 作为酶的辅基或辅酶参与新陈代谢; 合成核苷、核苷酸和核酸。
菌数越多浊度越大,使用比浊法或分光光度计 可以粗略地估计细菌的数量。由于细菌具有这 种光学性质,可用相差显微镜观察其形态和结 构。
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2 、表面积
• 细菌体积微小,相对表面积大。有利于同外 界进行物质交换。
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3 、带电现象
• 细菌固体成分的50%-80% 是蛋白质,蛋白 质由兼性离子氨基酸组成。 • 革兰阳性菌pH为2-3,革兰阴性菌pH为4～ 5,故在近中性或弱碱性环境中,细菌均带 负电荷,尤以前者所带负电荷更多。 • 细菌的带电现象与细菌的染色反应、凝集 反应、抑菌和杀菌作用等都有密切关系。
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微生物的碳源谱
类 元素水平 型 C· O· X H· N· 有 机 C· O· H· N 碳 C· O H· C· H 无 C(?) 机 O 碳 C· C· X O· 化合物水平 复杂蛋白质、核酸等 多数氨基酸、简单蛋 白质等 糖、有机酸、醇、脂 类等 烃类 — CO2 NaHCO3 培养基原料水平 牛肉膏、蛋白胨、花生饼 粉等 一般氨基酸、明胶等 葡萄糖、蔗糖、各种淀 粉、糖蜜等 天然气、石油及其不同馏 份、石蜡油等 — CO2 NaHCO3、CaCO3、等
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4 、半透性、渗透压
半透性 细菌的细胞壁和细胞膜都有半透性,允 许水及部分小分子物质用过,有利于吸收营养和排 出代谢产物。 渗透压 细菌体内含有高浓度的营养物质和无机 盐,一般革兰氏阳性菌的渗透压高达20-25个大气 压,革兰氏阴性菌为5-6个大气பைடு நூலகம்。细菌所处一般 环境相对低渗,但有坚韧细胞壁的保护不致崩裂。 若处于比菌内渗透压更高的环境中,菌体内水分逸 出,胞质浓缩,细菌就不能生长繁殖。
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(三)、有机物
1.蛋白质和含氮化合物：
占细菌的重量50%～80%; 包括：复合蛋白:核蛋白、糖蛋白、脂蛋白； 简单蛋白:球蛋白、白蛋白、麦谷蛋白 作用: •构成菌体的主要成分; •作为酶,催化代谢反应;
2 .核酸：
DNA:存在于染色体和质粒中。
RNA:存在于细胞质和细胞膜中。 是细菌的遗传物质。
代表菌
蓝细菌 红螺细菌 硫杆菌 大肠杆菌
光能异养型
化能自养型
化能异养型
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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）。
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三、细菌体内外物质的运送
细菌 75~85 50~80 12~28 5~20 10~20 2~30
酵母菌 70~80 32~75 27~63 2~15 6~8 3.8~7
霉菌 85~90 14~15 7~40 4~40 1 6~12
(一)、水分：
生命活动离不开水。占细菌体重的75～80%。分为
结合水：与菌体其他成份结合，不参与渗透作用也