第三章細菌的增殖與代謝

1、 第第3 3章章 細菌的生長繁殖與代謝細菌的生長繁殖與代謝( replication and metabolism of bacteria )克熱木江克熱木江微生物學教研室微生物學教研室 學習目標學習目標 熟悉細菌生長繁殖的條件、繁殖方式及速度。熟悉細菌生長繁殖的條件、繁殖方式及速度。 熟悉細菌在培養(yǎng)基中的生長現(xiàn)象及意義。熟悉細菌在培養(yǎng)基中的生長現(xiàn)象及意義。 掌握細菌的代謝產物及意義。掌握細菌的代謝產物及意義。1水分（水分（water)：占：占70%90%，良好的溶劑。，良好的溶劑。2碳源（碳源（carbon source）：既是組成成分，又是能量來源，糖類為）：既是組成成分，又是能量來源，糖

2、類為主要碳源。主要碳源。3氮源（氮源（nitrogen source）：是組成細菌蛋白質、酶和核酸的成分）：是組成細菌蛋白質、酶和核酸的成分。各種氨基酸、蛋白質等有機物作為細菌的氮源。有些細菌還能。各種氨基酸、蛋白質等有機物作為細菌的氮源。有些細菌還能利用無機氮源，如銨鹽、硝酸鹽等。利用無機氮源，如銨鹽、硝酸鹽等。4無機鹽類：細菌所需無機鹽包括磷、硫、鎂、鐵、鉀、鈉、鈣、無機鹽類：細菌所需無機鹽包括磷、硫、鎂、鐵、鉀、鈉、鈣、氯、錳、鋅、鈷、銅等。其中磷、硫、鎂、鉀、鈉、鐵需要量較氯、錳、鋅、鈷、銅等。其中磷、硫、鎂、鉀、鈉、鐵需要量較多，其他只需微量。多，其他只需微量。5生長因子：生長因子是

3、某些細菌生長所必需而其自身又不能合成生長因子：生長因子是某些細菌生長所必需而其自身又不能合成的一類營養(yǎng)物質，包括維生素、嘌呤的一類營養(yǎng)物質，包括維生素、嘌呤(purine)和嘧啶和嘧啶(pyrimidine)等。等。第第1節(jié)節(jié) 細菌的生長與繁殖細菌的生長與繁殖一、細菌生長繁殖的條件一、細菌生長繁殖的條件營養(yǎng)物質營養(yǎng)物質酸堿度酸堿度大多數(shù)細菌最適宜的酸堿度為大多數(shù)細菌最適宜的酸堿度為ph7.27.6。個別細菌如霍亂。個別細菌如霍亂弧菌最適合弧菌最適合ph為為8.49.2，結核桿菌則，結核桿菌則6.56.8。溫度溫度大多數(shù)病原菌的最適宜生長溫度為大多數(shù)病原菌的最適宜生長溫度為37，與人體溫度相當。

4、，與人體溫度相當。氣體氣體不同細菌對氣體的要求不同。根據(jù)細菌生長時對氧氣的需求不同，將細不同細菌對氣體的要求不同。根據(jù)細菌生長時對氧氣的需求不同，將細菌分為以下三類。菌分為以下三類。u專性需氧菌專性需氧菌（aerobic)：具有較完善的呼吸酶系統(tǒng)，需要分子氧作為：具有較完善的呼吸酶系統(tǒng)，需要分子氧作為受氫體，只能在有氧的情況下生長繁殖，如結核桿菌。受氫體，只能在有氧的情況下生長繁殖，如結核桿菌。u微需氧菌微需氧菌(micro aerobic)：在低氧環(huán)境（：在低氧環(huán)境（5%6%）中生長最好，氧濃）中生長最好，氧濃度為大于度為大于10%時生長不好，如空場彎曲菌（時生長不好，如空場彎曲菌（comp

5、ylobacteria）。）。u兼性厭氧菌兼性厭氧菌(facultative anaerobe)：有氧和無氧環(huán)境中都能生長，大：有氧和無氧環(huán)境中都能生長，大多數(shù)病原菌屬于此類。多數(shù)病原菌屬于此類。u專性厭氧菌專性厭氧菌(obligate anaerobe)：只能在無氧環(huán)境中才能生長，如破：只能在無氧環(huán)境中才能生長，如破傷風梭菌、腦膜炎奈瑟菌。傷風梭菌、腦膜炎奈瑟菌。二、細菌的繁殖方式與速度二、細菌的繁殖方式與速度細菌個體的生長繁殖細菌個體的生長繁殖細菌以簡單的二分裂法繁殖。細菌每分裂一次叫做一代。細菌以簡單的二分裂法繁殖。細菌每分裂一次叫做一代。細菌在營養(yǎng)物質充足、其他生長繁殖條件適宜的情況下

6、，細菌在營養(yǎng)物質充足、其他生長繁殖條件適宜的情況下，其繁殖速度是相當快的。大多數(shù)細菌每分裂一次僅需其繁殖速度是相當快的。大多數(shù)細菌每分裂一次僅需2030min；少數(shù)細菌繁殖較慢，如結核桿菌約；少數(shù)細菌繁殖較慢，如結核桿菌約1820h分裂一分裂一次。次。細菌群體的生長繁殖細菌群體的生長繁殖細菌生長速度快，如按細菌生長速度快，如按20分鐘分裂一代計算，一個細菌分鐘分裂一代計算，一個細菌10小時后可小時后可繁殖為繁殖為10億以上。但實際上由于營養(yǎng)物質逐漸消耗、有害物質逐漸億以上。但實際上由于營養(yǎng)物質逐漸消耗、有害物質逐漸堆積，細菌不可能這樣持續(xù)繁殖下去，經過一段時間其繁殖速度變堆積，細菌不可能這樣持

7、續(xù)繁殖下去，經過一段時間其繁殖速度變慢甚至凋亡。慢甚至凋亡。以培養(yǎng)時間為橫坐標，培養(yǎng)基中活菌數(shù)的對數(shù)為縱坐標，可繪制出以培養(yǎng)時間為橫坐標，培養(yǎng)基中活菌數(shù)的對數(shù)為縱坐標，可繪制出一條生長曲線。一條生長曲線。圖：細菌的生長曲線細菌群體生長繁各期細菌群體生長繁各期第第 2節(jié)節(jié) 細菌的代謝產物細菌的代謝產物一、分解代謝產物及生化反應一、分解代謝產物及生化反應不同細菌所具有的酶不完全相同，對營養(yǎng)物質的分解能力也不同細菌所具有的酶不完全相同，對營養(yǎng)物質的分解能力也不同，因此產生的代謝產物也不同，據(jù)此可鑒別細菌。不同，因此產生的代謝產物也不同，據(jù)此可鑒別細菌。u生化反應試驗生化反應試驗：用生化的方法來檢測細

8、菌對各種物質的代：用生化的方法來檢測細菌對各種物質的代謝作用及代謝產物，借以鑒別細菌種類，這種生化試驗稱為謝作用及代謝產物，借以鑒別細菌種類，這種生化試驗稱為細菌的生化反應試驗。細菌的生化反應試驗。常見的生化反應試驗常見的生化反應試驗腸道致病菌腸道致病菌 不分解乳糖，不產酸，不分解乳糖，不產酸， 不產氣；不產氣；大腸桿菌大腸桿菌 分解乳糖，產酸，產氣。分解乳糖，產酸，產氣。 產氣桿菌產氣桿菌 分解丙酮酸（分解丙酮酸（pyruvic acidpyruvic acid），甲基紅），甲基紅指示劑呈指示劑呈桔黃色桔黃色。大腸桿菌大腸桿菌 不能分解丙酮酸，甲基紅指示劑呈不能分解丙酮酸，甲基紅指示劑呈紅色

9、紅色。糖發(fā)酵試驗糖發(fā)酵試驗甲基紅試驗甲基紅試驗產氣桿菌產氣桿菌 使丙酮酸脫羧形成二乙酰使丙酮酸脫羧形成二乙酰（diacetyl），），它與胍基化合物反它與胍基化合物反應，生成應，生成紅色紅色化合物?；衔?。大腸桿菌大腸桿菌 不能使丙酮酸脫羧形成二乙酰，不產生任何顏色。不能使丙酮酸脫羧形成二乙酰，不產生任何顏色。產氣桿菌產氣桿菌 在含銨鹽和枸櫞酸在含銨鹽和枸櫞酸（citrate acidcitrate acid）的中性培養(yǎng)基培養(yǎng)時，的中性培養(yǎng)基培養(yǎng)時， 使培養(yǎng)基變?yōu)閴A性，培養(yǎng)基中指示劑溴麝香草酚藍（使培養(yǎng)基變?yōu)閴A性，培養(yǎng)基中指示劑溴麝香草酚藍（bromothymol bluebromothymo

10、l blue）由）由淺綠色變?yōu)樯钏{色。淺綠色變?yōu)樯钏{色。大腸桿菌大腸桿菌 因不能利用枸櫞酸鹽，為陰性。因不能利用枸櫞酸鹽，為陰性。vp試驗試驗枸櫞酸鹽利用試驗枸櫞酸鹽利用試驗vp試驗試驗吲哚試驗吲哚試驗糖發(fā)酵試驗糖發(fā)酵試驗大腸桿菌陰性，產氣桿菌陽性（紅色管）大腸桿菌陰性，產氣桿菌陽性（紅色管）大腸桿菌陽性（紅色管），產氣桿菌陰性。大腸桿菌陽性（紅色管），產氣桿菌陰性。大腸桿菌陽性（產酸產氣），傷寒桿菌陰性。大腸桿菌陽性（產酸產氣），傷寒桿菌陰性。大腸桿菌陽性（紅色管），產氣桿菌陰性大腸桿菌陽性（紅色管），產氣桿菌陰性甲基紅實驗甲基紅實驗副甲型傷寒桿菌陰性，副乙型傷寒桿菌陽性（穿刺生長線是黑色的

11、）副甲型傷寒桿菌陰性，副乙型傷寒桿菌陽性（穿刺生長線是黑色的）硫化氫實驗：硫化氫實驗：二、合成代謝產物及醫(yī)學意義二、合成代謝產物及醫(yī)學意義熱原質熱原質許多菌能產生一種多糖，將它注入人體或動物體內可引起發(fā)熱反應，許多菌能產生一種多糖，將它注入人體或動物體內可引起發(fā)熱反應，稱為稱為熱原質熱原質（pyrogen）。熱原質耐高溫，不被高壓滅菌法所破壞。因此。熱原質耐高溫，不被高壓滅菌法所破壞。因此，在生物制品或注射用制劑的生產中，必須用無熱原質的水。，在生物制品或注射用制劑的生產中，必須用無熱原質的水。毒素及侵襲性酶毒素及侵襲性酶u病原性細菌能合成對人和動物有毒性的物質，稱為病原性細菌能合成對人和動物

12、有毒性的物質，稱為毒素毒素（toxin）。g-菌細胞壁的脂多糖，除致熱外，還有許多毒性作用，當菌體裂解后菌細胞壁的脂多糖，除致熱外，還有許多毒性作用，當菌體裂解后才釋放出來，故稱才釋放出來，故稱內毒素內毒素（endotoxin）。）。g+菌和少數(shù)菌和少數(shù)g-菌在代謝過菌在代謝過程中可分泌出有毒性作用的蛋白質，稱為程中可分泌出有毒性作用的蛋白質，稱為外毒素外毒素（exotoxin）。u某些細菌還能產生對人體有損傷作用的侵襲性酶。如鏈球菌的透明某些細菌還能產生對人體有損傷作用的侵襲性酶。如鏈球菌的透明質酸酶質酸酶（hyaluronidase）。水溶性色素水溶性色素 如綠膿桿菌可產生綠膿色素，使培養(yǎng)

13、基和膿汁如綠膿桿菌可產生綠膿色素，使培養(yǎng)基和膿汁呈綠色。呈綠色。脂溶性色素脂溶性色素 如金黃色葡萄球菌合成的金黃色素。如金黃色葡萄球菌合成的金黃色素。由放線菌由放線菌（actinomycetes）、真菌和少數(shù)細菌產生、真菌和少數(shù)細菌產生產生，如青霉菌產生，如青霉菌（penicillium）產生的青霉素?？股赜幸志?、殺菌或殺腫瘤細胞產生的青霉素?？股赜幸志⒕驓⒛[瘤細胞作用。作用。色素色素抗生素抗生素細菌素細菌素是某些細菌菌株產生的一類具有抗菌作用的蛋白質或蛋白質與脂多糖是某些細菌菌株產生的一類具有抗菌作用的蛋白質或蛋白質與脂多糖的復合物。細菌素不同于抗生素，其作用范圍較窄，僅能對一些與

14、其的復合物。細菌素不同于抗生素，其作用范圍較窄，僅能對一些與其產生菌密切相關的細菌才有作用。如大腸桿菌素只作用于同種或遺傳產生菌密切相關的細菌才有作用。如大腸桿菌素只作用于同種或遺傳學上相近種的菌株。學上相近種的菌株。細菌能合成某些維生素，除供自身外，還分泌到周圍環(huán)境中。如大腸細菌能合成某些維生素，除供自身外，還分泌到周圍環(huán)境中。如大腸桿菌合成的維生素桿菌合成的維生素b b族和維生素族和維生素k k被人體吸收利用。被人體吸收利用。維生素維生素第第3節(jié)節(jié) 細菌的人工培養(yǎng)細菌的人工培養(yǎng) 細菌的培養(yǎng)條件細菌的培養(yǎng)條件 選用適當?shù)呐囵B(yǎng)基。選用適當?shù)呐囵B(yǎng)基。 提供必需的氣體環(huán)境。提供必需的氣體環(huán)境。 溫

15、度一般為溫度一般為3737 c c。 培養(yǎng)時間多為培養(yǎng)時間多為18182424小時。小時。 為獲得大量細菌或其產物，可連續(xù)培養(yǎng)。為獲得大量細菌或其產物，可連續(xù)培養(yǎng)。一、培養(yǎng)基一、培養(yǎng)基 基礎培養(yǎng)基：基礎培養(yǎng)基：含有一般微生物生長繁殖所需的基本營養(yǎng)物質的培養(yǎng)基。含有一般微生物生長繁殖所需的基本營養(yǎng)物質的培養(yǎng)基。如牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基如牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基。 營養(yǎng)培養(yǎng)基：營養(yǎng)培養(yǎng)基：基礎培養(yǎng)基加其他營養(yǎng)物質，如血液、血清等?；A培養(yǎng)基加其他營養(yǎng)物質，如血液、血清等。一般用一般用來培養(yǎng)營養(yǎng)要求比較苛刻的異養(yǎng)型微生物。培養(yǎng)百日咳菌需要含有血來培養(yǎng)營養(yǎng)要求比較苛刻的異養(yǎng)型微生物。培養(yǎng)百日咳菌需要含有血液的營

16、養(yǎng)培養(yǎng)基。液的營養(yǎng)培養(yǎng)基。 鑒別培養(yǎng)基：鑒別培養(yǎng)基：用于鑒別不同類型微生物的培養(yǎng)基用于鑒別不同類型微生物的培養(yǎng)基。在培養(yǎng)基中加入某在培養(yǎng)基中加入某種特殊化學物質，某種微生物在培養(yǎng)基中生長后能產生某種代謝產物，種特殊化學物質，某種微生物在培養(yǎng)基中生長后能產生某種代謝產物，而這種代謝產物可以與培養(yǎng)基中的特殊化學物質發(fā)生特定的化學反應，而這種代謝產物可以與培養(yǎng)基中的特殊化學物質發(fā)生特定的化學反應，產生明顯的特征性變化，根據(jù)這種特征性變化，可將該種微生物與其產生明顯的特征性變化，根據(jù)這種特征性變化，可將該種微生物與其他微生物區(qū)分開來。他微生物區(qū)分開來。如大腸桿菌分解乳糖，呈紫黑色菌落。如大腸桿菌分解乳

17、糖，呈紫黑色菌落。常用培養(yǎng)基常用培養(yǎng)基 選擇培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基: :用來將某種或某類微生物從混雜的微生物群用來將某種或某類微生物從混雜的微生物群體中分離出來的培養(yǎng)基。根據(jù)不同種類微生物的特殊營養(yǎng)體中分離出來的培養(yǎng)基。根據(jù)不同種類微生物的特殊營養(yǎng)需求或對某種化學物質的敏感性不同，在培養(yǎng)基中加入相需求或對某種化學物質的敏感性不同，在培養(yǎng)基中加入相應的特殊營養(yǎng)物質或化學物質，抑制不需要的微生物的生應的特殊營養(yǎng)物質或化學物質，抑制不需要的微生物的生長，有利于所需微生物的生長長，有利于所需微生物的生長。如。如利用以纖維素或石蠟油利用以纖維素或石蠟油paroline作為唯一碳源的選擇培養(yǎng)基，可以從混雜的微生

18、作為唯一碳源的選擇培養(yǎng)基，可以從混雜的微生物群體中分離出能分解纖維素或石蠟油的微生物物群體中分離出能分解纖維素或石蠟油的微生物 厭氧培養(yǎng)基厭氧培養(yǎng)基: :是專供厭氧菌的分離、培養(yǎng)和鑒別的培養(yǎng)基。是專供厭氧菌的分離、培養(yǎng)和鑒別的培養(yǎng)基。這種培養(yǎng)基營養(yǎng)豐富，含有特殊的生長因子。如硫乙醇酸這種培養(yǎng)基營養(yǎng)豐富，含有特殊的生長因子。如硫乙醇酸鹽鹽sulphur glycollate培養(yǎng)基。培養(yǎng)基上需加入凡士林。培養(yǎng)基。培養(yǎng)基上需加入凡士林。n 按物理形態(tài)分：按物理形態(tài)分： 液體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基 半固體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基 固體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基二、細菌在培養(yǎng)基中的生長現(xiàn)象二、細菌在培養(yǎng)基中的生長現(xiàn)象 混濁生

19、長；混濁生長； 沉淀生長，如鏈球菌；沉淀生長，如鏈球菌； 菌膜生長，如枯草桿菌菌膜生長，如枯草桿菌bacillus subtilis，結核桿菌，結核桿菌把細菌劃線接種于固體培養(yǎng)基表面，則細菌可因劃線而分散，經一把細菌劃線接種于固體培養(yǎng)基表面，則細菌可因劃線而分散，經一定時間繁殖后，可在培養(yǎng)基表面出現(xiàn)肉眼可見的孤立的細菌集定時間繁殖后，可在培養(yǎng)基表面出現(xiàn)肉眼可見的孤立的細菌集團。稱為團。稱為菌落菌落（colonycolony）。每一菌落通常是由一個細菌不斷分裂。每一菌落通常是由一個細菌不斷分裂增殖堆積而成的細菌純種。各種細菌菌落的形態(tài)、大小、色澤增殖堆積而成的細菌純種。各種細菌菌落的形態(tài)、大小、色澤、表面光滑或粗糙、濕潤或干燥、邊緣是否整齊，以及透明度、表面光滑或粗糙、濕