第二章 细菌的生理
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细菌的生理
感染性疾病的诊断
医学中的应用 细菌学研究 生物制品的制备 工农业 生产中的应用 制造各种产品 处理垃圾 制造菌肥农药等
基因 工程中的应用
表达重组DAN制备产品
连续培养系统：是一个 恒定体积的流动系统， 新鲜培养基以恒定的速 度流入，又以相同的速 率流出，细菌始终保持 在对数生长期。
连续培养系统
第三节 细菌人工培养
一、细菌生长繁殖条件
1.培养基 （1）水分 人工培养细菌应用蒸馏水、无离子水。 （2）含碳化合物 葡萄糖、乳糖、蔗糖及麦芽糖。
（3）含氮化合物
第二章 细菌的生理
第一节 细菌的新陈代谢
一、细菌的酶
1、酶的性质
根据酶作用的部位不同 胞内酶
胞外酶
2、酶作用原理
固有酶 根据酶生成的条件不同 诱导酶
转移酶类 水解酶类 裂合酶类 连接酶类
3、细菌酶的种类
根据酶催化的化学反应类型不同
酶催化的化学反应类型
裂合酶
二、细菌的新陈代谢产物
1.分解产物
（1）糖的分解产物
酸类 琥 甲 乙 乳 丁 珀 酸 酸 酸 酸 酸 丙 酮 正 乙 甘 丙 醇 油 醇 丁 异 烯 丙 二 醇 醇
酮类
糖
丙酮酸
醇类
乙 酰 甲 基 甲 醇
气体
H2
CO2
（2）蛋白质的分解产物
无机物质：水、NH3、CO2、 H2、H2S、H2SO4、磷酸等 含氮有机物质：甲胺、尸胺、 酪胺、腐胺、组胺、色胺等 有机酸类：饱和酸、不饱和 酸、酮酸、羧酸 其他：甲烷、酚、甲酚、尿 素、硫醇、粪臭素等
一般以简单的二分裂法进行无性繁殖，个别细菌如结 核杆菌偶有分枝繁殖的方式。 2.世代时间 一个细菌分裂为两个菌体所需的时间。
医学中的应用 细菌学研究 生物制品的制备 工农业 生产中的应用 制造各种产品 处理垃圾 制造菌肥农药等
基因 工程中的应用
表达重组DAN制备产品
连续培养系统：是一个 恒定体积的流动系统， 新鲜培养基以恒定的速 度流入，又以相同的速 率流出，细菌始终保持 在对数生长期。
连续培养系统
第三节 细菌人工培养
一、细菌生长繁殖条件
1.培养基 （1）水分 人工培养细菌应用蒸馏水、无离子水。 （2）含碳化合物 葡萄糖、乳糖、蔗糖及麦芽糖。
（3）含氮化合物
第二章 细菌的生理
第一节 细菌的新陈代谢
一、细菌的酶
1、酶的性质
根据酶作用的部位不同 胞内酶
胞外酶
2、酶作用原理
固有酶 根据酶生成的条件不同 诱导酶
转移酶类 水解酶类 裂合酶类 连接酶类
3、细菌酶的种类
根据酶催化的化学反应类型不同
酶催化的化学反应类型
裂合酶
二、细菌的新陈代谢产物
1.分解产物
（1）糖的分解产物
酸类 琥 甲 乙 乳 丁 珀 酸 酸 酸 酸 酸 丙 酮 正 乙 甘 丙 醇 油 醇 丁 异 烯 丙 二 醇 醇
酮类
糖
丙酮酸
醇类
乙 酰 甲 基 甲 醇
气体
H2
CO2
（2）蛋白质的分解产物
无机物质：水、NH3、CO2、 H2、H2S、H2SO4、磷酸等 含氮有机物质：甲胺、尸胺、 酪胺、腐胺、组胺、色胺等 有机酸类：饱和酸、不饱和 酸、酮酸、羧酸 其他：甲烷、酚、甲酚、尿 素、硫醇、粪臭素等
一般以简单的二分裂法进行无性繁殖，个别细菌如结 核杆菌偶有分枝繁殖的方式。 2.世代时间 一个细菌分裂为两个菌体所需的时间。
初中八年级(初二)生物 第二章 细菌的生理特性
第二章
细菌的生理特性
生理特性
生理——生命活动机理（食、住）
生命活动——营养、呼吸、环境卫生 营养物及其获取方式——营养 营养物质的代谢
——呼吸
那些环境因素使细菌病、死？——环境
卫生
• 食（营养、呼吸）
营养物的种类、用途及营养物的吸收方式
水、盐、“粮食” 异养－自养；吸收方式—四种
提问：什么是化能自养菌？ 自养——碳源CO3－ 化能——以
？物质氧化产能
S、H2S、H2、NH3、Fe
• 种类：硫细菌 ( 硫化细菌和硫磺细菌 ) 、（亚）硝
化细菌及铁细菌、氢细菌。
• 例如，亚硝化细菌进行有机物合成反应如下 • 2NH3 + 2O2 HNO2 + 4 H + 619千焦耳 • ATP • CO2 + 4 H [CH2O] + H2 O
① 无机营养细菌（自养菌）
无机（自养）—CO2、CO和CO32提问：能否也利用有机物呢？
• 绝大多数能， “能吃苦也能享福”，优先利
用； • 又根据能源不同 • 又分为光能自养型细菌和化能自养型细菌。
（1）光能自养细菌（无氧有光）
只有紫硫细菌和绿硫细菌
较洁净的光照池塘无氧臭（H2S) 区
10％～20％干物质 10%无机盐
70％～90％水
90%有机物
细菌化学成分示意图
一、细菌营养物组成及生理功能
传统上根据功能不同对营养物归类
水、无机盐和碳源、氮源、能源、生
长因子等。
（一）水
提问：水对细菌有哪些作用？
1)溶剂作用
2)运输物质的载体
3)参与生化反应(如脱水、加水反应)
细菌的生理特性
生理特性
生理——生命活动机理（食、住）
生命活动——营养、呼吸、环境卫生 营养物及其获取方式——营养 营养物质的代谢
——呼吸
那些环境因素使细菌病、死？——环境
卫生
• 食（营养、呼吸）
营养物的种类、用途及营养物的吸收方式
水、盐、“粮食” 异养－自养；吸收方式—四种
提问：什么是化能自养菌？ 自养——碳源CO3－ 化能——以
？物质氧化产能
S、H2S、H2、NH3、Fe
• 种类：硫细菌 ( 硫化细菌和硫磺细菌 ) 、（亚）硝
化细菌及铁细菌、氢细菌。
• 例如，亚硝化细菌进行有机物合成反应如下 • 2NH3 + 2O2 HNO2 + 4 H + 619千焦耳 • ATP • CO2 + 4 H [CH2O] + H2 O
① 无机营养细菌（自养菌）
无机（自养）—CO2、CO和CO32提问：能否也利用有机物呢？
• 绝大多数能， “能吃苦也能享福”，优先利
用； • 又根据能源不同 • 又分为光能自养型细菌和化能自养型细菌。
（1）光能自养细菌（无氧有光）
只有紫硫细菌和绿硫细菌
较洁净的光照池塘无氧臭（H2S) 区
10％～20％干物质 10%无机盐
70％～90％水
90%有机物
细菌化学成分示意图
一、细菌营养物组成及生理功能
传统上根据功能不同对营养物归类
水、无机盐和碳源、氮源、能源、生
长因子等。
（一）水
提问：水对细菌有哪些作用？
1)溶剂作用
2)运输物质的载体
3)参与生化反应(如脱水、加水反应)
《医学微生物学》第2章细菌的生理练习题及答案
《医学微生物学》第2章细菌的生理练习题及答案【知识要点】1.掌握：细菌生长繁殖的条件、方式与规律。
2.熟悉：细菌的代谢产物的种类及其意义。
3.了解：（1）细菌的理化性状及其意义（2）细菌的营养及人工培养方法。
（3）细菌分类与命名的原则【课程内容】第一节细菌的理化性状一、细菌的化学组成二、细菌的物理性状第二节细菌的营养与生长繁殖一、细菌的营养类型二、细菌的营养物质三、细菌摄取营养物质的机制四、影响细菌生长的环境因素五、细菌的生长繁殖第三节细菌的新陈代谢和能量转换第四节细菌的人工培养第五节细菌的分类【应试习题】一、名词解释1．专性需氧菌2．兼性厌氧菌3．专性厌氧4．菌落5．生长因子6．热原质7．细菌素8．培养基9．抗生素10．纯培养11．细菌的种12．细菌的属二、填空题1．根据菌落的特点可将菌落分为___________、___________和___________菌落。
2．含5g/L琼脂的半固体培养基上，___________细菌生长后出现混浊，___________细菌则沿穿刺线生长。
3．半固体培养基多用于检测细菌________，液体培养基多用于________。
4．细菌色素分为________和________两种。
5．根据细菌在代谢过程中对营养物质的不同需要，可将细菌分为________和________两种营养类型，而病原微生物多属于________。
6．菌群体生长曲线可分为________、________、________、________。
7．细菌在液体培养基中生长可出现________、________、________三种状态。
8．培养大多数病原性细菌最适宜的生长温度为___________度；最适酸硷度，即pH为______________。
9．细菌的繁殖方式是_______________和__________________。
10．大多数细菌生长繁殖必需具备_________________、_______________、______________、____________________四个条件。
02第二章 细菌的生理
原理：
葡萄糖
丙酮酸 大肠杆菌分解 （无脱羧酶） 乙醛 乳酸 甲酸 琥珀酸 乙酰甲基甲醇(呈中性) （pH>5.4） 碱性条件下被空气中的氧氧化 产气杆菌脱羧酶作用
乙酸
乙醇
二乙酰
（pH≤4.5） 与蛋白胨中精氨酸的胍基作用
加入甲基红
pH 4.4-4.6
（红→黄）
呈红色 ( V.P. -) M.R. +
第二章 细菌的生理
• 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
§2－1 程Байду номын сангаас
细菌细胞的代谢过
细菌细胞的代谢过程按其功能分 为：物质摄取、生物合成、聚合作用 及组装四个步骤。
一、物质摄取 ：指从周围环境获得营养 。 营养物质进出细胞的方式有： 1、单纯扩散（被动扩散）：细胞膜两侧的 物质靠浓度差（浓度梯度）进行分子扩散的 过程。 特点：1）无特异性和选择性，速度较 慢。 2） 不需要载体，不消耗能量。 2、促进扩散：指某些物质与位于细胞膜上 的特异性载体蛋白相结合，而将其转运到细 胞内的过程。 特点：1）具有特异性和选择性。 2）需要载体，但不消耗能量。
四、组装：细菌细胞结构的组装有两种方 式： 1、自我组装：如鞭毛、核糖体等 2、指导组装：如细菌表面的膜结构等
§2－2 细菌的生长繁殖
一、细菌个体的生长繁殖： 1、繁殖方式：二等分分裂法。 2、繁殖速度： 世代时间：一个菌体分裂为两个菌体所需 的时间 称为世代时间。 有的细菌繁殖快，如大肠杆菌及许多其 它病原菌（体）在适宜的条件下，20分钟 分裂一次（即一代），而有的细菌繁殖慢， 如分枝杆菌需18-24小时才分裂 一次。
3、主动输送：指某些物质与位于细胞膜上的 特异性载体蛋白相结合后逆浓度梯度“泵”入 细胞内的过程。 特点： 1）具有特异性和选择性。 2）需要载体，需要能量。 4、基团转位：指物质在运输的同时受到化学 修饰，从而源源不断输入细胞的过程。
第二章 细菌的生理
二、生物合成（biosynthesis）
与其他生物类似 吸收的各种前体代谢物通过各种代谢途径， 合成所需物质：多种氨基酸、核苷酸、糖、脂肪酸及其大分 子物质。但细菌不能自身合成，须从环境中获得。各种细菌 的合成途径和合成能力不同，对营养的需要以及代谢产物也 不尽相同，可作为细菌鉴定指标。
三、聚合作用（polymerization）
3 、稳定期（ stationary phase ）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 （decline phase）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。
特点：
需要特异性的载体蛋白顺浓度梯度运输
不消耗能量
运输SO42-、PO43-、糖（真核）
胞外
细胞膜
胞内
促进扩散示意图
3、主动运输 (active transport)
特点： 是微生物吸收营养的主要方式 可逆浓度梯度运输，耗能 需载体蛋白，有特异性
运输有机离子、无机离子、氨基酸、乳糖等糖类
第二章 细菌的生理
主要内容：
细菌的代谢
细菌的生长繁殖
细菌的人工培养 细菌的生化试验
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:
细菌的生理
第二章细菌的生理一、细菌的营养：1、水：各种生物所必需的2、碳源：合成菌体成分；能量的主要来源3、氮源：合成菌体蛋白质、酶、核酸4、无机盐类：生长代谢必需5、生长因子：B族维生素、某些氨基酸、嘌呤二、细菌的营养类型1、自营菌：合成能力强，能以无机物合成菌体成分，多为非致病菌2、异营菌：合成能力差，必须供给多种有机物，多为致病菌三、根据细菌对氧气需要的不同，细菌可分为1、专性需氧菌：需要氧气，无氧不能生长。
如：结核杆菌、霍乱弧菌2、专性厌氧菌：只能生长在厌氧环境。
如：破伤风杆菌、肉毒杆菌3、兼性厌氧菌：有氧或无氧都能生长，多数病原菌属此类四、细菌的代谢产物及其实际意义1、分解性代谢产物及其意义1）糖发酵试验：乳糖葡萄糖大肠杆菌产酸又产气产酸又产气伤寒杆菌无反应产酸意义：鉴别细菌2）吲哚试验：大肠杆菌色氨酸吲哚+试剂→玫瑰吲哚2、合成性代谢产物及其意义1）热原质：是由一些细菌产生的，注入人体或动物能引起发热反应的物质产生菌：大多为革兰阴性菌化学本质：脂多糖LPS特性：耐高温。
高压蒸汽灭菌法，不破坏；180度 4小时，250度45分钟，可破坏2）色素：水溶性、脂溶性（鉴别意义）3）抗生素：治疗作用4）细菌素：抗菌作用范围狭窄5）维生素：治疗作用6）毒素和侵袭性酶：与致病有关五、细菌的生长繁殖1、条件：1）营养物质2）酸碱度PH：大多菌最适PH 6.8—7.4；个别特殊：霍乱弧菌8.4—9.2；结核杆菌6.5—6.8；乳酸杆菌5.53）温度：低温菌10—20度；中温菌 37度（大多）；高温菌50—55度4）气体：CO2 、O22、细菌的繁殖方式与速度1）方式：二分裂（中间形成横隔）2）速度：大多快（20-30min）分裂一次 (一代）；个别例外，如：结核杆菌18-20h 一代3）细菌生长曲线：迟缓期——分裂繁殖准备期对数生长期——繁殖最快，生机最旺盛稳定期——速度减慢，死亡数逐渐上升衰退期——死菌数大于活菌数六、人工培养细菌的用途1、在医学中的应用：诊断、预防、治疗和科学研究2、在制药工业和农业生产中的应用：制抗生素、维生素、酒、味精等3、在基因工程中的应用：外源性基因转染给受体菌。
微生物02细菌的生理
5
细菌的代谢产物
分解代谢产物与生化反应 先自学再结合实验思考如下问题： 常见的生化反应有哪些？原理？
阳性现象？ IMViC试验；大肠杆菌和产气杆
菌结果有何不同？
6
合成代谢产物及其意义
热原质 毒素与侵袭性酶 细菌素 色素 抗生素 维生素
7
详见P106、164
热原质 ( pyrogen )
如维生素B族,维生素K
14
影响细菌生长的环境因素
营养物质 pH：7.2-7.6 温度：37℃ 气体：O2、CO2 渗透压
15
根据细菌对氧的需求分类：
z 专性需氧菌： 必需有氧才生长繁殖
如：结核分枝杆菌
z 微需氧菌： 需在低氧环境中生长
如：幽门螺杆菌
z 兼性厌氧菌：有氧或无氧均生长繁殖
11
色 素 ( pigment )
• 金葡菌可产生
金黄色脂溶性
色素，培养基
不变色。
LN
12
色 素 ( pigment )
• 绿脓杆菌产生 绿色水溶性色 素，使整个培 养基变绿。
13
合成代谢产物及其应用
z抗生素 某些微生物在代谢过程中可产生一种
能抑制和杀灭其它微生物的物质，如多粘 菌素。 z维生素
菌膜 沉淀 混浊 澄清
27
固体培养基的生长现象
菌落(colony) ： 单个细菌分裂繁殖成 一堆肉眼可见的细菌集团 可获纯种、鉴定细菌、 计数活菌
28
固体培养基的生长现象
光滑型菌落 (S型）
粗糙型菌落 （R型）
粘液型菌落 （M型）
29
半固体培养基的生长现象
+-
30
人工培养细菌的用途
细菌的代谢产物
分解代谢产物与生化反应 先自学再结合实验思考如下问题： 常见的生化反应有哪些？原理？
阳性现象？ IMViC试验；大肠杆菌和产气杆
菌结果有何不同？
6
合成代谢产物及其意义
热原质 毒素与侵袭性酶 细菌素 色素 抗生素 维生素
7
详见P106、164
热原质 ( pyrogen )
如维生素B族,维生素K
14
影响细菌生长的环境因素
营养物质 pH：7.2-7.6 温度：37℃ 气体：O2、CO2 渗透压
15
根据细菌对氧的需求分类：
z 专性需氧菌： 必需有氧才生长繁殖
如：结核分枝杆菌
z 微需氧菌： 需在低氧环境中生长
如：幽门螺杆菌
z 兼性厌氧菌：有氧或无氧均生长繁殖
11
色 素 ( pigment )
• 金葡菌可产生
金黄色脂溶性
色素，培养基
不变色。
LN
12
色 素 ( pigment )
• 绿脓杆菌产生 绿色水溶性色 素，使整个培 养基变绿。
13
合成代谢产物及其应用
z抗生素 某些微生物在代谢过程中可产生一种
能抑制和杀灭其它微生物的物质，如多粘 菌素。 z维生素
菌膜 沉淀 混浊 澄清
27
固体培养基的生长现象
菌落(colony) ： 单个细菌分裂繁殖成 一堆肉眼可见的细菌集团 可获纯种、鉴定细菌、 计数活菌
28
固体培养基的生长现象
光滑型菌落 (S型）
粗糙型菌落 （R型）
粘液型菌落 （M型）
29
半固体培养基的生长现象
+-
30
人工培养细菌的用途
第二章细菌生理
第二章细菌生理
㈡细菌的营养类型
1.自养菌 本身具有完备的酶系统，合成能力较强， 能以简单的无机碳化物作为碳源，合成菌体所 需的复杂的有机物质。
2.异养菌 无完备的酶系统，合成能力较差，必 须利用有机物作为碳源，合成自身所需要的有 机物质
㈢细菌摄取营养的方式
1.被动扩散（简单扩散） 2.促进扩散
3.主动运输
第二章 细菌的生理
一、细菌的化学组成 ㈠水分（75~85~90％）芽胞含水50% 1.游离水或自由水，它是菌体内物质的溶剂。 2.结合水。与细菌体内其它成分结合。 ㈡干物质
1.无机物（2~3％）：磷、钾、硫、钙、镁、 铁、钠、氯及锰等。 2.
⑴蛋白质（50~80％）核物质、细胞浆和 其它构造中均含有蛋白质 。
第二章细菌生理
二、细菌的营养 ㈠营养物质及其作用
1. 水 80%（湿重）营养物质的吸收、排泄及 代谢过程中的有关反应均需在有水的条件下进 行。
2.氮源 有机氮化物——氨基酸、蛋白胨（供 合成碳、原生质和其他构造用）
3.碳源 糖类（单糖、多糖、有机酸、醇类、 脂类、氨基酸）
4.无机盐类 钾、钠、钙、镁、磷、硫、铁 5.生长因子 B族维生素、某些氨基酸、嘌呤、 嘧啶等。
4.基团转位 在主动运输营养物质的同时实现营 养物质磷酸化的一种特殊运输方式，在细菌细 胞膜上有一种磷酸转移酶系统，能使糖分在进 入细胞膜的同时发生磷酸化。
第二章细菌生理
细胞膜构造
自由扩散
第二章细菌生理
单纯扩散(simple diffusion)特点
• 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,扩散速度慢. • 没有特异性，被运输物质不与膜上物质发生
异性。酶的主要成分是蛋白质，对热、酸、碱 都不稳定。 ⑵酶的种类 可分为胞外酶与胞内酶，胞外酶由 细菌产生，分泌于培养基中，大都属于水解酶； 胞内酶含于菌体细胞内，大都是氧化还原酶 。 2.细菌的酶类在医学上的意义 许多病原菌能合成与该菌毒力有关的酶。 利用各种酶的反应，对病原菌的鉴别、疾病的 诊断和发病机制的阐述等均有重要意义。
㈡细菌的营养类型
1.自养菌 本身具有完备的酶系统，合成能力较强， 能以简单的无机碳化物作为碳源，合成菌体所 需的复杂的有机物质。
2.异养菌 无完备的酶系统，合成能力较差，必 须利用有机物作为碳源，合成自身所需要的有 机物质
㈢细菌摄取营养的方式
1.被动扩散（简单扩散） 2.促进扩散
3.主动运输
第二章 细菌的生理
一、细菌的化学组成 ㈠水分（75~85~90％）芽胞含水50% 1.游离水或自由水，它是菌体内物质的溶剂。 2.结合水。与细菌体内其它成分结合。 ㈡干物质
1.无机物（2~3％）：磷、钾、硫、钙、镁、 铁、钠、氯及锰等。 2.
⑴蛋白质（50~80％）核物质、细胞浆和 其它构造中均含有蛋白质 。
第二章细菌生理
二、细菌的营养 ㈠营养物质及其作用
1. 水 80%（湿重）营养物质的吸收、排泄及 代谢过程中的有关反应均需在有水的条件下进 行。
2.氮源 有机氮化物——氨基酸、蛋白胨（供 合成碳、原生质和其他构造用）
3.碳源 糖类（单糖、多糖、有机酸、醇类、 脂类、氨基酸）
4.无机盐类 钾、钠、钙、镁、磷、硫、铁 5.生长因子 B族维生素、某些氨基酸、嘌呤、 嘧啶等。
4.基团转位 在主动运输营养物质的同时实现营 养物质磷酸化的一种特殊运输方式，在细菌细 胞膜上有一种磷酸转移酶系统，能使糖分在进 入细胞膜的同时发生磷酸化。
第二章细菌生理
细胞膜构造
自由扩散
第二章细菌生理
单纯扩散(simple diffusion)特点
• 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,扩散速度慢. • 没有特异性，被运输物质不与膜上物质发生
异性。酶的主要成分是蛋白质，对热、酸、碱 都不稳定。 ⑵酶的种类 可分为胞外酶与胞内酶，胞外酶由 细菌产生，分泌于培养基中，大都属于水解酶； 胞内酶含于菌体细胞内，大都是氧化还原酶 。 2.细菌的酶类在医学上的意义 许多病原菌能合成与该菌毒力有关的酶。 利用各种酶的反应，对病原菌的鉴别、疾病的 诊断和发病机制的阐述等均有重要意义。
第二章细菌的生理
主动转运系统
需要消耗能量； 营养物质可以进行逆浓度转运。
1. 依赖于周浆间隙结合蛋白的转运系统
2. 化学渗透驱使转运系统
3. 基团转移
依赖于周浆间隙结合蛋白的转运系统
化学渗透驱使转运系统
基团转移
三、影响细菌生长的环境因素
营养物质 氢离子浓度(pH)
嗜中性菌：pH 6.0~8.0 （病原菌 pH 7.2~7.6） 嗜酸性菌：pH 3.0 嗜碱性菌：pH 10.5
第三节 细菌的新陈代谢与能量转换
小分子 外界 营养物质
主动转运 被动转运
胞 质
分解代谢 catabolism 合成代谢 anabolism
一、细菌的能量代谢
发酵：细菌将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化
的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。以有机 物为受氢体。
生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为糖酵解。
无机盐的作用
作为酶活性中心的组成部分，维持酶的活性；
参与能量的储存和转运；
维持细菌的渗透压平衡； 参与细菌的致病作用。
第二节 细菌的营养与生长繁殖
细菌的营养物质：
水---营养物质必须先溶于水。 碳源---来源于糖类，提供能量。 氮源---来源于蛋白质、氨基酸等，合成菌体成分。 无机盐---钾、钠、钙、镁、磷、硫等。 生长因子---生长必需但自身不能合成的物质，如维生素、 氨基酸、嘌呤、嘧啶等。
侵袭性酶 损伤机体组织，促进细菌侵袭和扩散
3. 色素
金黄色葡萄球菌——金黄色色素（脂溶性） 铜绿假单胞菌—— 绿色色素（水溶性） 可用于细菌鉴别
金黄色葡萄球菌
铜绿假单胞菌
4. 抗生素(antibiotics)
需要消耗能量； 营养物质可以进行逆浓度转运。
1. 依赖于周浆间隙结合蛋白的转运系统
2. 化学渗透驱使转运系统
3. 基团转移
依赖于周浆间隙结合蛋白的转运系统
化学渗透驱使转运系统
基团转移
三、影响细菌生长的环境因素
营养物质 氢离子浓度(pH)
嗜中性菌：pH 6.0~8.0 （病原菌 pH 7.2~7.6） 嗜酸性菌：pH 3.0 嗜碱性菌：pH 10.5
第三节 细菌的新陈代谢与能量转换
小分子 外界 营养物质
主动转运 被动转运
胞 质
分解代谢 catabolism 合成代谢 anabolism
一、细菌的能量代谢
发酵：细菌将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化
的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。以有机 物为受氢体。
生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为糖酵解。
无机盐的作用
作为酶活性中心的组成部分，维持酶的活性；
参与能量的储存和转运；
维持细菌的渗透压平衡； 参与细菌的致病作用。
第二节 细菌的营养与生长繁殖
细菌的营养物质：
水---营养物质必须先溶于水。 碳源---来源于糖类，提供能量。 氮源---来源于蛋白质、氨基酸等，合成菌体成分。 无机盐---钾、钠、钙、镁、磷、硫等。 生长因子---生长必需但自身不能合成的物质，如维生素、 氨基酸、嘌呤、嘧啶等。
侵袭性酶 损伤机体组织，促进细菌侵袭和扩散
3. 色素
金黄色葡萄球菌——金黄色色素（脂溶性） 铜绿假单胞菌—— 绿色色素（水溶性） 可用于细菌鉴别
金黄色葡萄球菌
铜绿假单胞菌
4. 抗生素(antibiotics)
病原微生物第2章细菌的生理
三、滤过除菌法（filtration）
[应用范围] 液体除菌——滤菌器仅可除去细菌，不能除去病毒、支原体、 衣原体等微生物。主要用于不耐高温的血清、抗生素、药液等 物质。现代医院的手术室、烧伤病房以及无菌制剂室，已逐步 采用高效滤菌器。
空气除菌——生物洁净技术，通过初、中、高三级高 效分子空气过滤器，除去空气中0.5～5微米的尘埃颗 粒，并采用合理的气流方式来达到空气洁净的目的。 初级过滤：采用塑料泡沫海绵，过滤率50％以下。 中效过滤：采用无纺布，过滤率50％～90％之间。 高效或亚高效过滤：采用超细玻璃滤纸，过滤率 99.95％～99.99％之间。 生物洁净室——凡在送风系统上装有高效或亚高效过 滤系统的房间，统称生物洁净室。
200～300nm时，具有杀菌作用，其中以265～266nm杀菌力最
强，易被DNA吸收。细菌DNA吸收紫外线后，形成二聚体,干扰 DNA的复制与转录, 导致细菌死亡。
[特点] 紫外线穿透力弱，玻璃、尘埃、纸张、水蒸气均能阻
挡紫外线。 [应用范围] 日晒是有效的杀菌方法，用于病人的衣服、被褥、 书报等的灭菌。紫外线仅适用于手术室、婴儿室、烧伤病房、 传染病房和无菌室的空气消毒，亦可用于不耐热物品的表面
基因 工程中的应用
表达重组DNA制备产品
第五节 抑制或杀灭微生物的理化因素
消毒（disinfection） 是指杀死物体上病原微生物， 但不一定能杀死含细菌的芽胞和非病原微生物的方法。 用以消毒的药品称为消毒剂disinfectant）。
灭菌（sterilization） 是指杀灭物体上所有微生物， 包括病原微生物和非病原微生物、细菌的繁殖体和芽 胞的一切方法。
3、温度：病原菌均为嗜温菌即37℃ 4、气体条件：O2或CO2 5、渗透压
细菌的生理
微生物学教研室
第 2 章
细菌的生理
第一节
细菌的理化性状（自学）
第二节 细菌的营养 与生长繁殖
一、细菌的营养物质
水：营养物质必须先溶于水，营养的吸收与 代谢均需有水才能进行。 氮源：来源于氨基酸、蛋白质等，合成菌体 成分。 碳源：来源于糖类，提供能量。 无机盐：钾、钠、钙、镁、磷、硫等。 生长因子：生长必需但自身不能合成的物 质，如维生素、氨基酸等。
5.渗透压
一般培养基渗透压适于大多数细菌。
三、细菌的生长繁殖
细菌个体的生长繁殖
繁殖方式： 二分裂繁殖，无性繁殖； 代时： 细菌分裂、数量倍增所需要的时间； 多数细菌为： 20～30min/代
细菌群体的生长繁殖
生长曲线
迟缓期 对数期 稳定期 衰退期
细菌生长曲线
迟缓期：细菌的适应阶段。该期菌体增大，代谢
其 他 试 验
尿素酶试验
枸橼酸盐利用试验
举例：糖发酵试验
HCOOH 脱氢酶 CO2+H2
葡萄糖、乳糖、麦芽糖、 甘露醇、蔗糖
大肠埃希菌：分解乳糖产酸产气；
致病性肠道细菌：大多数不分解乳糖
合成代谢产物
1.热原质(pyrogen)：
细菌合成的一种注入人体内引 起发热反应的物质。大多数是G-菌 的脂多糖。 热原质耐高温，高压蒸汽灭菌不 能破坏（121℃，20 min），250℃ 高温干烤才能破坏。
*兼性厌氧菌：兼有需氧呼吸和无氧发酵两种功 能，在有氧或无氧环境中都能生长，但以有氧 时生长较好。大多数病原菌，如葡萄球菌等。
*专性厌氧菌（obligate aerobe）：缺乏完善的 呼吸酶系统，只能在无氧环境中进行发酵。如 破伤风梭菌。 专性厌氧菌厌氧生长的机制 : a.缺乏氧化还原电势（Eh）高的呼吸酶 --细胞色素和细胞色素氧化酶, 只能在120mV以下 的Eh时生长。 b.缺乏分解有毒氧基团的酶---超氧化物歧 化酶(SOD)，过氧化氢酶或过氧化物酶。
第 2 章
细菌的生理
第一节
细菌的理化性状（自学）
第二节 细菌的营养 与生长繁殖
一、细菌的营养物质
水：营养物质必须先溶于水，营养的吸收与 代谢均需有水才能进行。 氮源：来源于氨基酸、蛋白质等，合成菌体 成分。 碳源：来源于糖类，提供能量。 无机盐：钾、钠、钙、镁、磷、硫等。 生长因子：生长必需但自身不能合成的物 质，如维生素、氨基酸等。
5.渗透压
一般培养基渗透压适于大多数细菌。
三、细菌的生长繁殖
细菌个体的生长繁殖
繁殖方式： 二分裂繁殖，无性繁殖； 代时： 细菌分裂、数量倍增所需要的时间； 多数细菌为： 20～30min/代
细菌群体的生长繁殖
生长曲线
迟缓期 对数期 稳定期 衰退期
细菌生长曲线
迟缓期：细菌的适应阶段。该期菌体增大，代谢
其 他 试 验
尿素酶试验
枸橼酸盐利用试验
举例：糖发酵试验
HCOOH 脱氢酶 CO2+H2
葡萄糖、乳糖、麦芽糖、 甘露醇、蔗糖
大肠埃希菌：分解乳糖产酸产气；
致病性肠道细菌：大多数不分解乳糖
合成代谢产物
1.热原质(pyrogen)：
细菌合成的一种注入人体内引 起发热反应的物质。大多数是G-菌 的脂多糖。 热原质耐高温，高压蒸汽灭菌不 能破坏（121℃，20 min），250℃ 高温干烤才能破坏。
*兼性厌氧菌：兼有需氧呼吸和无氧发酵两种功 能，在有氧或无氧环境中都能生长，但以有氧 时生长较好。大多数病原菌，如葡萄球菌等。
*专性厌氧菌（obligate aerobe）：缺乏完善的 呼吸酶系统，只能在无氧环境中进行发酵。如 破伤风梭菌。 专性厌氧菌厌氧生长的机制 : a.缺乏氧化还原电势（Eh）高的呼吸酶 --细胞色素和细胞色素氧化酶, 只能在120mV以下 的Eh时生长。 b.缺乏分解有毒氧基团的酶---超氧化物歧 化酶(SOD)，过氧化氢酶或过氧化物酶。
微生物第二章 细菌的生理学
细菌类型 生长范围 最适生长温度 嗜冷菌 -5~30℃ 10~20℃ 嗜温菌 10~45℃ 20~40℃ 嗜热菌 25~95℃ 50~60℃
26
3．氢离子浓度（pH）
H+影响代谢过程酶活性，从而影响营养物质吸收。多 数细菌最适pH7.2-7.6。 每种细菌都有一个可生长的pH范围,以及最适生长pH。 嗜中性细菌生长的pH范围是6.0～8.0 嗜酸性细菌最适生长pH可低至3.0 嗜碱性细菌最适生长pH可高达10.5。 多数病原菌最适pH为7.2～7.6,在宿主体内极易生存； 个别细菌如霍乱弧菌在 pH8.4-9.2 生长最好 , 结核分枝 杆菌生长的最适pH为6.5-6.8.
系列生化反应。
5
(二)、无机盐：
占细菌重量的2%～3%; 常量营养元素:
P、 K、 Ca、 Mg、 Na、Cl、 S等 微量营养元素: Cu、 Fe、 Zn、 Mn、 Si、Al、Co等。 作用: 构成菌体成分 作为酶的组成部分,维持酶的活性 调节渗透压
6
(三)、有机物
1.蛋白质和含氮化合物：
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。
1
2
第一节 细菌的理化性状
（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
33
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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（3）流动蒸汽消毒法
（4）间歇蒸汽灭菌法 应用：适用于不耐高温的营养物质的灭菌
（5）高压蒸汽灭菌法
应用最广泛，灭菌效果最好 压力—103.4KPa（1.05kg/cm2） 温度—121.3℃ 维持时间—15～20分钟
应用：适用于耐高温、耐潮湿物品的灭菌
相同温度下，湿热的灭菌效力比干热大，原因： 1、蛋白质在有水的条件下，易变性 2、湿热穿透力强 3、湿热存在潜热
3.鉴别培养基 利用细菌分解糖类 和蛋白质的能力及其代谢产物的不同， 在培养基中加入特定的底物和指示剂， 通过指示剂的反应不同来鉴别细菌。
如：单糖发酵管、伊红-美蓝琼脂 培养基、克氏双糖铁琼脂等。
4.选择培养基 在培养基中加入抑制剂，抑 制标本中的杂菌生长，利于所需细菌的生长。
如： SS琼脂
麦康凯培养基
第六节 细菌的分类
一、分类原则与层次
❖ 原则：传统分类、种系分类 ❖ 层次：界、门、纲、目、科、属、种 ❖ 在细菌中常用属和种、亚种、型（噬菌体
型、血清型、生物型等）
❖ 不同来源的同一菌种的细菌称为该菌的不 同菌株（strain）
❖ 标准菌株或模式菌株：具有某种细菌典型 特征的菌株
❖ 最具权威的：《伯杰氏系统细菌学手册》
殖体（包括结核杆菌）、真菌和大多数病毒 （包括含碘消毒剂、醇类消毒剂等）
含碘消毒剂：
皮肤黏膜、物体表面等
醇类消毒剂：
3、低效消毒剂 ——可杀灭多数细菌繁殖体，但不能杀灭
细菌芽胞、结核杆菌及某些抵抗力较强的真 菌和病毒 （包括季铵盐类消毒剂（新洁尔灭）、氯己定 （洗必泰）、高锰酸钾等）
皮肤黏膜、物体表面、 地面等
（二）辐射杀菌法
1、紫外线 波长：265～266nm 原理：损伤细菌DNA 特点：杀菌力强、穿透力弱
应用：适宜于室内空气消毒或不耐热物品 的表面消毒
2、电离辐射 β射线、γ射线：
适用范围：一次性医疗、卫生用品，移植物， 食品，药品，纸制品的消毒和灭菌
3、微波 波长为1～1000mm的电磁波
适用范围：食品、 非金属器械、检验室 用品、食品用具、药 杯等的消毒
大肠杆菌：葡萄糖 丙酮酸 产生其他酸类 PH≤4.5 ，甲基红指示剂呈红色（＋）
大肠杆菌（＋） 产气杆菌（－）
4、吲哚试验 培养基内蛋白质中的色氨酸
某些细菌具有色氨酸酶 分解
吲哚（靛基质）无色气体
加入吲哚试剂
形成玫瑰红色吲哚
大肠杆菌（＋） 变形杆菌（＋） 霍乱弧菌（＋） 伤寒杆菌（－）
5、硫化氢试验 培养基中的含硫氨基酸
具有抗菌作用的蛋白质 如：大肠菌素、绿脓菌素、弧菌素 6、维生素 如：大肠杆菌——B族维生素和维生素K
第四节 细菌的人工培养
一、培养基
大多数细菌生长繁殖所需要的营养物质配 制而成的基质
种 类：
液体培养基
按物理性状分为 半固体培养基
固体培养基
基础培养基
按用途分为
增菌培养基
鉴别培养基 选择培养基 特殊培养基
1.基础培养基 含有细菌基础生 长所需的基本营养成分，主要成分是 肉汤和蛋白胨。广泛用于细菌和真菌 的检验，也是制备其他培养基的基础 成分。
2.增菌培养基 在基础培养基中加入葡萄糖、血 液、生长因子等特殊成分，供营养要求较高的细菌 和需要特殊生长因子的细菌生长繁殖。
如：血琼脂平板、巧克力色平板等
大肠杆菌
❖ 乳糖
⊕（产酸产气）
❖ 葡萄糖 ⊕（产酸产气）
伤寒杆菌
—（不分解）
+ （产酸不产气）
2、VP试验
葡萄糖 某些细菌分解
丙酮酸 脱羧缩合
乙酰甲基甲醇 碱性环境中氧化
二 乙 酰 培养基中精氨酸所含胍基
生成红色化合物（VP试验阳性）
大肠杆菌（－） 产气杆菌（＋）
3、 甲基红试验
产气杆菌：葡萄糖 丙酮酸 乙酰甲基甲醇 PH＞5.4，甲基红指示剂呈橘黄色（－）
嗜温菌：生长范围(10℃~45℃) 最适温度(20℃~40℃)
嗜热菌：生长范围(25℃~95℃) 最适温度(50℃~60℃)
❖ 4. 气体：O2、CO2、其他气体 (1） O2
根据细菌对氧的要求不同将细菌分为四类： ①专性需氧菌：结核杆菌 ②微需氧菌：幽门螺杆菌 ③兼性厌氧菌：大多数病原菌 ④专性厌氧菌：破伤风杆菌
某些细菌能分解
产生硫化氢（H2S）无色气体
遇铅或亚铁离子
形成黑色的硫化铅或硫化亚铁
大肠杆菌、痢疾杆菌、 产气杆菌 （－）
变形杆菌、乙型副伤 寒杆菌 （＋）
6、枸橼酸盐利用试验 某些细菌能利用枸橼酸盐作为唯一的碳源，
在枸橼酸盐培养基上生长时，可将其分解为碳 酸盐，并分解铵盐生成氨，使培养基变为碱性。 指示剂溴麝香草酚兰由淡绿色变成深蓝色。
能合成，必须由外界供给的物质。 如：维生素、嘧啶、嘌呤等 少数细菌还需要特殊的生长因子
二、细菌摄取营养物质的机制（自学） 三、细菌的营养类型
1、自养菌：以简单的无机物为原料合成菌体 成分和获得能量
2、异养菌：以多种有机物为原料合成菌体成 分并获得能量
（1）腐生菌：（以动植物尸体、腐败食物等 作为营养物）
第二章 细菌的生理
第一节 细菌的理化性状
一、细菌的化学组成
水 无机盐 化合物 核酸 元素 特有成分
二、细菌的理化性状
❖ 1、光学性质
❖ 2、表面积 ❖ 3、带电现象 ❖ 4、半透性 ❖ 5、渗透压
第二节 细菌的营养与生长繁殖
一、细菌的营养物质
1、水 2、碳源 3、氮源 4、无机盐
5、生长因子 ❖ 生长因子：某些细菌生长所必需的但自身不
二、命名
❖ 拉丁双名法 ❖ 前一字为属名，用名词，大写 ❖ 后一字为种名，用形容词，小写 ❖ 中文的命名次序与拉丁文相反，是种名在前，
属名在后 ❖ 如：金黄色葡萄球菌：Staphylococcus aureus
第七节 病原微生物实验室生物安全
一、病原微生物的危害等级划分
1、第一类：能够引起人类或者动物非常严 重疾病的微生物,以及我国尚未发现或者已经 宣布消灭的微生物。
专性厌氧菌在有氧环境中不能生长的机制： 缺乏氧化还原电势高的呼吸酶—细胞色
素和细胞色素氧化酶 缺乏分解有毒氧基团的酶—超氧化物歧
化酶、触酶和过氧化物酶
（2） CO2
CO2孵箱
烛缸CO2培养法
（3）其他气体：N2， H2
❖ 5、渗透压 一般培养基的渗透压对于细菌是安全的
五、细菌的生长繁殖
（一）细菌个体的生长繁殖
光滑型菌落(smooth colony, S型菌落)
粗糙型菌落(rough colony, R型菌落)
黏液型菌落(mucoid colony, M型菌落)
三、人工培养细菌的用途
1、在医学中的应用 ①传染性疾病的诊断 例：淋病 ②细菌的鉴定与研究 ③生物制品的制备 例：卡介苗
2、在工农业生产中的应用 3、基因工程中的应用
大肠杆菌（－） 产气杆菌（＋）
7、尿素酶试验 含有尿素酶的细菌可分解培养基中的尿素
产生氨（碱性），使酚红指示剂变红。
变形杆菌（+）
大肠杆菌
产气杆菌
I（吲哚）
+
―
M（甲基红） +
―
Vi（VP试验） ―
+
C（枸橼酸盐） ―
+
常用于鉴定肠道杆菌，合称IMViC试验
❖ （二）合成代谢产物及医学上的意义
第五节 抑制或杀灭微生物的理 化因素
一、消毒灭菌的常用术语
1、消毒（disinfection）：杀死物体上病原 微生物的方法，不包括细菌的芽胞和非病原 微生物。
2、灭菌（sterilization）：杀死物体上所有 微生物的方法，包括杀灭细菌芽胞在内的全 部病原微生物和非病原微生物。
3、防腐（antisepsis） 防止或抑制体外微生物生长繁殖以防止物品 腐败的各种方法。
5.特殊培养基 ：包括厌氧培养基和细菌L
型培养基等。
庖 肉 基
二、细菌在各种培养基中的生长现象
①液体培养基：沉淀；混浊；菌膜
②半固体培养基：
动力—
动力+
沿穿刺线生长 扩散生长
③固体培养基：菌苔、菌落
菌苔
菌落
菌落(colony)——由单个细菌生长繁殖所形成 的肉眼可见的细菌集落
细菌菌落类型：
❖ 为何会衰退？ 1、营养物质消耗，未得到补充 2、活菌不断产生代谢产物 3、死菌释放毒性物质
第三节 细菌的新陈代谢
❖ 分解代谢 ❖ 合成代谢
一、细菌的能量代谢（自学）
二、细菌的代谢产物
❖ （一）分解代谢产物和细菌的生化反应 1、糖发酵试验：（单糖发酵试验）
原理：各种细菌分解糖的能力及代谢产物 不同,有的产酸产气,有的只产酸不产气,有的 不分解，以此来鉴别细菌。
4、无菌（asepsis） 通过消毒灭菌物体上没有活的微生物存在。
无菌操作：防止微生物进入人体或其他物体 （手术区、超净工作柜内）的一种操作技术。
二、物理消毒灭菌法
❖ 热力 ❖ 辐射 ❖ 滤过 ❖ 干燥、低温
（一）热力灭菌法
1、干热
（1）焚烧：适 用于病理性废 弃物品或动物 尸体
（2）烧灼：适用 于微生物实验室 的接种环、试管 口、玻璃瓶盖等
（2）寄生菌：（寄生于活体内） 所有的病原菌都是异养菌，大部分属寄生菌
四、影响细菌生长的因素（细菌生长 繁殖的条件）
❖ 1. 营养物质 ❖ 2. 适宜的酸碱度
大多数病原菌的最适PH为7.2—7.6 ❖ 3. 温度
大多数细菌的最适温度为37℃
嗜冷菌：生长范围(-5℃~30 ℃) 最适温度(10℃~20℃)
1、热原质：引起发热反应
革兰阴性菌的热原质——脂多糖（内毒素） 革兰阳性菌的热原质——多糖