细菌的生理(重点)

细菌的生理活动包括摄取营养物质和合成各种所需物质，进行新陈代谢及生长繁殖。细菌具有独立的生命活动能力，处于适宜的环境条件下，可从外界环境中摄取营养物质，获得能量，具有代谢旺盛、繁殖迅速的特点。

第一节细菌的理化性状

一、化学组成

1.与其他生物细胞相似，含有包括水、蛋白质、无机盐、糖类、脂类和核酸等多种化学成分。

2.水占75-90%，为主要成分。

3.去除水分后，主要为有机物，包括碳、氢、氮、氧、磷和硫。还有少量无机离子，包括钾、钠、铁、镁、钙、氯等，用以构成菌细胞的各种成分、维持酶的活性和跨膜化学梯度。

4.还含有一些原核细胞型微生物所特有的化学组成，如肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸、D型氨基酸、二氨基庚二酸、吡啶二羧酸等。

二、物理性状

1.光学性质细菌为无色半透明小体，细菌悬液呈混浊状态。观察-染色法-相差显微镜。

2.表面积细菌体积微小，表面积相对较大，有利于细菌的内外物质交换。

3.带电现象细菌的固有成分50-80%是蛋白质，主要为兼性离子氨基酸组成。G+菌的等电点pH为2-3

G-菌的等电点pH为4-5

因此，在弱碱性或近中性环境中细菌均带负电荷，等电点越低带负电荷越多。意义：细菌的带电现象与细菌的染色反应、凝集反应和抑菌杀菌作用有着密切关

系。

4.半通透性

意义：细菌为了利于内外物质交换，有利于营养物质的吸收和代谢产物的排出，其细胞壁和细胞膜都为半通透性。

5.渗透压细菌体内由于含有高浓度的营养物质和无机盐，其渗透压极高。

革兰阳性菌渗透压高达20-25个大气压，革兰阴性菌也有5-6个大气压。

意义：细菌一般处于相对低渗的环境，有坚韧的细胞壁保护不致崩裂。细菌若处于高渗环境中，菌内水分逸出，胞质脱水浓缩，细菌就不能繁殖。

一、细菌的营养物质

1.水：溶解营养物质，有利于营养物质的吸收与代谢。

2.碳源：主要来源于糖类，是合成菌体的糖类、脂类、蛋白质、核酸的成分，又是细菌的能量来源。

3.氮源：来源于氨基酸、蛋白质等，合成菌体成分。肺炎克雷伯菌可利用硝酸盐甚至氮气。

4.无机盐：常用元素（P、S、K、Na、Mg、Ca、Fe、）和微量元素（钴、锌、锰、铜、钼）。

作用：构成菌细胞的各种成分；维持酶活性；参与能量的贮存和转运；调节内外渗透压；与菌的生长繁殖与致病作用有关。

5.生长因子：自身不能合成的，如维生素、某些氨基酸、嘌呤、嘧啶等。

特殊：流感嗜血杆菌-X因子、V因子等。

二、细菌摄取营养物质的机制

水和水溶性物质可通过具有半透膜性质的细胞壁和细胞膜进入细胞内，蛋白质、多糖等大分子营养物质需经细菌分泌的胞外酶的作用分解成小分子物质才能被吸收。

1.被动扩散

方向：高浓度--低浓度

动力：浓度梯度

能量：不需要

不需任何载体：简单扩散

需要特异性载体蛋白：易化扩散，如甘油的转运

2.主动转运

方向：低浓度--高浓度

需要能量和载体

（1）ABC转运：营养物质与特异性结合蛋白形成复合物后，引起后者构型改变，继而将营养物质转运给细胞膜上的ATP结合型载体，导致ATP水解，提供的能量打开膜孔，使营养物质进入细胞内。

（2）离子偶联转运：质子动力或钠动力作为驱使营养物质跨膜转运的能量，载体是电化学离子梯度透性酶。常见于需氧菌。

（3）基团转移：大肠埃希菌摄取葡萄糖

（4）特异性转运：细菌分泌载体铁来摄取铁。

三、细菌的营养类型

1.自养菌

利用无机物的氧化（化能自养菌）或通过光合作用（光能自养菌）获得营养和能量。

碳源：CO3、CO32-氮源：NH3、NO2-、NO3-

2.异养菌

必须利用多种有机物（如蛋白质、糖类）为原料才能合成菌体成分。

包括腐生菌和寄生菌

所有的病原菌都是异养菌，大部分属于寄生菌。

四、影响细菌生长的因素

营养物质和适宜的环境

1.营养物质：碳源、氮源、水、无机离子

2.氢离子浓度（pH）：

嗜中性细菌：6.0-8.0 嗜酸性细菌：低至3.0 嗜碱性细菌：高达10.5

多数病原菌7.2-7.6

霍乱弧菌8.4-9.2

结核杆菌6.5-6.8

维持pH：质子泵、Na+/H+ 和K+/H+交换系统

3.温度：病原菌37℃

嗜温菌：10-45℃最适20-40℃

嗜热菌：25-95℃最适50-60℃

嗜冷菌：-5-30℃最适10-20℃

突然暴露于高温下，可暂时合成对热有抵抗力的热休克蛋白。

4.气体（氧气、二氧化碳）

专性需氧菌：结核分枝杆菌、铜绿假单胞菌

微需氧菌：低氧压5-6%生长最好，大于10%对其有抑制作用。如空肠弯曲杆菌、幽门螺杆菌。

兼性厌氧菌：兼有需氧呼吸和无氧发酵功能，有氧和无氧均可生长，但有氧时生长较好。多数病原菌为兼性厌氧菌。

专性厌氧菌：缺乏呼吸酶，只能在低氧分压或无氧环境中进行发酵。在游离氧存在时，不但不能利用分子氧，且还将受其毒害，甚至死亡，如破伤风梭菌、脆弱拟杆菌。

特殊：人工培养需提供5-10%的CO2，如脑膜炎奈瑟菌、布鲁氏菌

5.渗透压

一般培养基的盐浓度和渗透压即可，少数嗜盐菌需要高浓度30 g/L（即3%）的NaCl环境中生长良好。

五、细菌的生长繁殖

（一）细菌个体的生长繁殖

方式：以二分裂进行无性繁殖

代时：一般为20-30min，但结核分枝杆菌（TB）代时长达18-20h。

（二）细菌群体的生长繁殖

生长速度：以20min代时计算，一个菌细胞经7h可繁殖200万个，10h达10亿个，随着时间延长细菌群体将会庞大到难以想象的程度，但事实并非如此。

生长曲线：培养时间-横坐标，活菌数的对数-纵坐标，分为四期。

1.迟缓期

细菌进人新环境后有一个短暂适应阶段。

该期细菌体积增大，代谢活跃，为细菌的分裂繁殖合成积累充足的酶、能量及中间代谢产物；此期分裂迟缓，繁殖极少。

迟缓期因菌种、接种菌量、菌龄以及营养物质等不同而长短不一，一般为1-4h。

2.对数期

又称指数期。

细菌在该期生长迅速。活菌数以比较稳定的几何级数增长，生长曲线图上细菌数的对数呈直线上升，达顶峰状态。

其细菌的形态、染色性、生理活性均较典型，对外界环境因素的作用敏感，因此，研究细菌的形态染色、生化反应、药物敏感试验等生物学性状，应选用该期的细菌。一般细菌对数期在培养后的第8-l8h。

3.稳定期

由于培养基中营养物质消耗、有害代谢产物积聚，该期细菌繁殖速度渐减，死亡数渐增，细菌增殖数与死亡数渐趋平衡。

细菌形态、染色性和生理性状常有改变。一些细菌的芽胞、外毒素和抗生素等代谢产物大多在稳定期产生。

4.衰亡期

稳定期后细菌繁殖越来越慢，死亡菌数越来越多，活菌数越来越少。活菌数与培养时间成反比关系，该期细菌形态显著改变，出现衰退型或菌体自溶，难以辨认；生理代谢活动趋于停滞。因此陈旧培养的细菌难以鉴定。