第二章 微生物的生理

1、第二章 微生物的生理本章主要內(nèi)容第一節(jié) 細(xì)菌細(xì)胞的代謝過(guò)程第三節(jié) 細(xì)菌的人工培養(yǎng)第二節(jié) 細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖第四節(jié) 病毒的增殖細(xì)菌與其他生物一樣，有獨(dú)立的生命活動(dòng)，涉及復(fù)雜的新陳代謝。細(xì)菌的生理涉及細(xì)菌的組分、營(yíng)養(yǎng)要求、能量代謝、生物生長(zhǎng)合成繁殖及基因調(diào)控等。本章將以細(xì)菌群體的生長(zhǎng)繁殖為主線，介紹細(xì)菌個(gè)體形成的代謝過(guò)程、群體的生長(zhǎng)繁殖、細(xì)菌自身的調(diào)節(jié)機(jī)制以及工人培養(yǎng)條件下細(xì)菌對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求。第一節(jié) 細(xì)菌細(xì)胞的代謝過(guò)程 細(xì)菌的新陳代謝包括菌細(xì)胞的生物合成、能量供給、運(yùn)動(dòng)以及多達(dá)2000種化學(xué)反應(yīng)表現(xiàn)的各種活性。形成菌細(xì)胞的代謝過(guò)程可按其功能分為物質(zhì)攝取、生物合成、聚合作用及組裝四個(gè)步驟（圖2-1）。進(jìn)入

2、PO43-碳源SO42-NH3PO43-碳源SO42-NH3攝取細(xì)胞包膜還原能能量代謝前體生物合成脂肪酸（約8種）糖（約25種）氨基酸（約20種）核酸（約8種）聚合作用脂脂多糖糖原肽聚糖蛋白質(zhì)RNADNA組裝包含物包膜鞭毛菌毛胞漿液核糖體核苷酸圖2-1 細(xì)菌細(xì)胞的代謝過(guò)程示意圖（據(jù)Ryan等）細(xì)菌為原核單細(xì)胞生物，其新陳代謝與動(dòng)物細(xì)胞有如下主要區(qū)別：第一，細(xì)菌生長(zhǎng)和繁殖速度極快，超過(guò)動(dòng)物細(xì)胞10至100倍。第二，細(xì)菌利用各種化合物作為能源的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于動(dòng)物細(xì)胞。第三，細(xì)菌對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求比動(dòng)物細(xì)胞更為多種多樣，因?yàn)樗鼈冇卸喾N代謝旁路。第四，細(xì)菌可利用非常流水線式生產(chǎn)的方式全成大分子物質(zhì)。第五，細(xì)菌

3、能產(chǎn)生諸如肽聚糖、脂多糖、磷壁酸等特殊物質(zhì)。一、物質(zhì)攝取（fueling）細(xì)菌的物質(zhì)吸收過(guò)程主要通過(guò)單純擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散、主動(dòng)輸送及基團(tuán)轉(zhuǎn)位等方式進(jìn)出細(xì)菌細(xì)胞（圖2-2），涉及細(xì)胞的能量提供和十余種前體代謝物質(zhì)以及細(xì)胞膜和外膜蛋白的參與。圖2-2 細(xì)菌物質(zhì)攝取的各種方式（據(jù)Ryan）Pc：磷酸 HPr：含組氨酸的磷酸載體蛋白H2O，O2，CO2 甘油 乳糖 半乳糖 葡萄糖半乳糖結(jié)合蛋白H2O，O2，CO2甘油乳糖半乳糖6磷酸葡萄糖甘油轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白乳糖透性酶半乳糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白酶（一）單純擴(kuò)散（simple diffusion）亦稱被動(dòng)擴(kuò)散。細(xì)胞膜兩側(cè)的物質(zhì)靠濃度差（濃度梯度）進(jìn)行分子擴(kuò)散，不需要能量，當(dāng)細(xì)

4、胞內(nèi)外溶質(zhì)濃度達(dá)到平衡，擴(kuò)散便停止。某些氣體（O2、CO2）、水、乙醇及甘油等水溶性小分子以及某些離子（Na+）等以此方式運(yùn)輸。（二）促進(jìn)擴(kuò)散（facilitated diffusion）某些物質(zhì)如糖或氨基酸與某些位于細(xì)胞膜的特異性載體蛋白（carrier protein）相結(jié)合，而后將其轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)，這一過(guò)程具有特異性和選擇性，也不需要能量。甘油進(jìn)入大腸桿菌等腸道菌的細(xì)胞內(nèi)，厭氧菌吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及排出代謝產(chǎn)物，均是通過(guò)這一方式。載體蛋白在革蘭氏陰性菌屬于OMP，可能是通過(guò)構(gòu)象改變而完成促進(jìn)擴(kuò)散的。（三）主動(dòng)輸送（active transport）是細(xì)菌吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的一種主要方式，與促進(jìn)擴(kuò)散一樣

5、，需要特異性的載體蛋白，能將特異性溶質(zhì)逆濃度梯度“泵”入細(xì)胞，因此需要能量。革蘭氏陰性菌有兩種主動(dòng)輸送的方式：休克敏感式（shock-sensitive）及休克不敏感式（shock-insensitive）。在作滲透休克處理時(shí)，前者載體蛋白釋放出所結(jié)合的可溶性分子如半乳糖，通過(guò)細(xì)菌外膜的微孔進(jìn)入細(xì)胞，該過(guò)程伴隨ATP的水解。休克不敏感伴隨H+的跨膜，其能量由獲能的細(xì)胞膜的電子運(yùn)輸而獲得，有特異性載體蛋白（透性酶）參與，乳糖的輸送即用此方式。（四）基團(tuán)轉(zhuǎn)位（group translocation）物質(zhì)在運(yùn)輸?shù)耐瑫r(shí)受到化學(xué)修飾，從而能源源不斷輸入細(xì)胞，此種方式在缺氧環(huán)境中最為常見(jiàn)。其過(guò)程涉及從可溶

6、物向分子的化學(xué)變化，需要特異性載體蛋白參與，需要能量。有磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)（phosphotransferase system）參與的葡萄糖磷酸化是個(gè)例證。（五）金屬離子的吸收影響細(xì)菌生長(zhǎng)的金屬離子在動(dòng)物體內(nèi)極少以游離狀態(tài)存在，以鐵為例，它與鐵結(jié)合蛋白結(jié)合，如血清中的轉(zhuǎn)鐵蛋白及乳中的乳鐵蛋白。細(xì)菌通過(guò)分泌載鐵體攫取這些蛋白結(jié)合的Fe3+，形成含鐵螯合物，而后通過(guò)特異的主動(dòng)輸送，F(xiàn)e3+進(jìn)入菌體細(xì)胞。 O Fe3+ | OC=O|NH|Cyclo(COCHCH2O)3圖2-3 大腸桿菌的氣菌素載鐵體（siderophore） 是細(xì)菌在低鐵條件下所產(chǎn)生的一類有機(jī)化合物，分子量一般不超過(guò)1000，與Fe

7、3+有極強(qiáng)的親合力。其合成受鐵調(diào)控，輸送鐵的功能與細(xì)菌外膜的受體有關(guān)。目前將載鐵體分為兩種類型，一種為異羥肟鹽類（hydroxamate），具有單個(gè)或兩個(gè)異羥肟酸功能團(tuán)，氣菌素（aerobactin）是其代表（圖2-3），能抵抗血清的滅活作用。另一種為酚鹽類（phenolate），由2,3-二羥基苯甲酸（2,3-DHS）與氨基酸偶聯(lián)而成，腸菌素（enterobactin）是其代表，能被血清滅活。大腸桿菌具有這兩種載鐵體。二、生物合成（biosynthesis）吸收的各種前體代謝物通過(guò)代謝途徑的網(wǎng)絡(luò)，合成多種氨基酸、核苷酸、糖、脂肪酸及其他合成大分子所需物質(zhì)（圖2-1）。此過(guò)程還需要碳的前體、還

8、原的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸鹽（NADPH）、ATP、氨基氮以及硫。不同種類細(xì)菌對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需要有所不同，又有其不同的合成途徑，據(jù)此可作為細(xì)菌實(shí)驗(yàn)室鑒定的重要指標(biāo)。三、聚合作用（polymerization）圖2-4 大腸桿菌染色體的復(fù)制叉（據(jù)Madigan等）細(xì)菌DNA的聚合作用稱為復(fù)制。其DNA復(fù)制從基因組的特定起始部位開(kāi)始，而后沿環(huán)狀的染色體DNA的復(fù)制叉（replication fork）部位，從5端到3端雙向進(jìn)行（圖2-4）。以半保留（semiconservative）方式復(fù)制，其DNA雙鏈解離，其中一條鏈作為母板合成互補(bǔ)鏈。另一條鏈則沿相反方向復(fù)制，最后由酶連接成完成DNA鏈（圖2-5

9、）。細(xì)菌DNA復(fù)制的頻率因細(xì)菌細(xì)胞的生長(zhǎng)率而異，DNA鏈的延伸率（elongation rate）則相對(duì)穩(wěn)定。復(fù)制叉新合成的DNA復(fù)制起始部位圖2-5 大腸桿菌染色體DNA的復(fù)制過(guò)程示意圖（據(jù)Madigan等）某些抗生素以不同途徑干擾細(xì)菌DNA的復(fù)制，例如新生霉素等抑制細(xì)菌DNA復(fù)制過(guò)程中所需的促旋酶的活性。（一）轉(zhuǎn)錄1. 細(xì)菌的轉(zhuǎn)錄特點(diǎn)：在某些方面與真核生物不同。細(xì)菌可由同一個(gè)RNA聚合酶催化合成細(xì)菌的mRNA、tRNA及rRNA。該酶還可像真核生物那樣利用活化的ATP、GTP、CTP及UTP，并可作為母板合成DNA互補(bǔ)鏈。細(xì)菌mRNA不需要通過(guò)核膜轉(zhuǎn)運(yùn)到胞漿，因此不需要聚A帽狀結(jié)構(gòu)，也不要

10、特異的轉(zhuǎn)運(yùn)方式，而且在mRNA合成早期直接與核糖體蛋白結(jié)合形成多聚體。2. RNA聚合酶：該酶是一個(gè)復(fù)雜的大分子，由21亞單位組成。亞單位可與特異的DNA序列即啟動(dòng)子（promoter）結(jié)合。細(xì)菌RNA聚合酶一般具有一個(gè)以上的亞單位，可識(shí)別不同的啟動(dòng)子，從而激活相關(guān)的基因。RNA聚合酶是利福平類藥物的靶分子，其可阻斷轉(zhuǎn)錄的起始。3. RNA的加工修飾：像真核細(xì)胞一樣，RNA大分子的前體被核酸酶等加工、修飾，而后產(chǎn)生穩(wěn)定的RNA分子如tRNA、rRNA等。（二）翻譯也稱轉(zhuǎn)譯，是蛋白質(zhì)合成過(guò)程。20種氨基酸激活后與相應(yīng)的tRNA結(jié)合，形成的氨基酰-tRNA通過(guò)某些可溶性蛋白因子與核糖體結(jié)合。在此過(guò)

11、程中，氨基酸根據(jù)mRNA上的密碼子序列聚合成多肽。tRNA釋放出氨基酸后，自身也從核糖體上脫落，并進(jìn)入下一輪氨基酰循環(huán)。多種抗生素以細(xì)菌翻譯過(guò)程有抑制作用，氯霉素、林可霉素和紅霉素等抑制核糖體大亞基，四環(huán)素、鏈霉素和壯觀霉素等抑制小亞基，還有一些作用于核鏈孢酸（fusidic acid）等可溶性蛋白因子，后者參與多肽的合成。以上過(guò)程在原核細(xì)胞和真核細(xì)胞基本一致，但存在一些差別。細(xì)菌核糖體較小，結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單。細(xì)菌的mRNA不需要經(jīng)過(guò)加工和轉(zhuǎn)運(yùn)，為大的順?lè)醋?，包含多個(gè)基因，可指導(dǎo)多個(gè)多肽鏈的合成。細(xì)菌RNA聚合酶合成mRNA的速率為55個(gè)核苷酸/秒（37），核糖體合成多肽鏈的速率為18個(gè)氨基酸/秒

12、。因此細(xì)菌中mRNA的翻譯與DNA的轉(zhuǎn)錄不僅同時(shí)進(jìn)行，而且兩者速率也相等（每秒55個(gè)核苷酸/每個(gè)密碼子3個(gè)核苷酸=每秒18個(gè)氨基酸），這意味著核糖體在mRNA鏈上移動(dòng)速率與RNA聚合酶合成mRNA的速率相等。細(xì)菌的上述翻譯特性決定了細(xì)菌高效合成過(guò)程。細(xì)菌胞質(zhì)內(nèi)充滿多聚核糖體。每個(gè)核糖體幾乎都最大限度地發(fā)揮作用。細(xì)菌生長(zhǎng)越快，需要合成蛋白質(zhì)用的核糖體就越多。在豐富培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的大腸桿菌，一半以上菌體由核糖體和其它翻譯組分構(gòu)成。四、組裝（assembly）細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)的組裝有兩種方式：自我組裝（self-assembly，又名自我凝聚），及指導(dǎo)組裝（guided assembly，又名特異機(jī)制）。

13、自我組裝可在體外試管內(nèi)完成，鞭毛及核糖體即采用此種方式。細(xì)菌表面膜結(jié)構(gòu)則只能依賴指導(dǎo)組裝來(lái)完成，過(guò)程尚不完全清楚，涉及蛋白質(zhì)的分泌，跨膜運(yùn)輸及載體分子如細(xì)菌萜醇等。桿菌肽或萬(wàn)古霉素可干擾細(xì)菌細(xì)胞成份組裝所需的載體的功能，多粘菌素可影響細(xì)胞膜的組裝。返回第二節(jié) 細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖 細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖分別體現(xiàn)在個(gè)體和群體兩方面。一、細(xì)菌個(gè)體的生長(zhǎng)繁殖細(xì)菌以均等二分裂（binary fission）方式進(jìn)行無(wú)性繁殖。已知大腸桿菌菌體的分裂過(guò)程涉及30多個(gè)基因的調(diào)控。一個(gè)菌體分裂為兩個(gè)菌體所需的時(shí)間稱為世代時(shí)間（generation time）。細(xì)菌種類不同其分裂的世代時(shí)間有所差異，大腸桿菌及許多其他病原菌在適

14、宜的條件下，分裂一次僅需20 min，而分枝桿菌等繁殖較慢，需1824 h才分裂一次。某些抗生素可抑制細(xì)菌聚合作用及組裝，如使用非致死濃度的這些抗生素，可影響細(xì)胞的分裂，導(dǎo)致菌體形態(tài)異常，如使用抗生素的樣本中的大腸桿菌，往往呈長(zhǎng)絲狀。二、細(xì)菌群體的生長(zhǎng)繁殖如將細(xì)菌接種在液體培養(yǎng)基并置于適宜的溫度中，定時(shí)取樣檢查活菌數(shù)，可發(fā)現(xiàn)其生長(zhǎng)過(guò)程具有規(guī)律性。以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以活菌數(shù)的對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo)，可得出一條生長(zhǎng)曲線（growth curve）。曲線顯示了細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖的4個(gè)期（圖2-6）。 9 8 7 穩(wěn)定期 衰亡期 6 5 對(duì)數(shù)期 4 3 2 1 遲緩期 04 8 12 16 20 24 28 32 26

15、 h圖2-6 細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線（一）遲緩期（lag phase）是細(xì)菌植入到新環(huán)境后的一個(gè)適應(yīng)階段。此時(shí)菌體增大，代謝活躍，合成并積累所需酶系統(tǒng)。RNA含量明顯增多，但DNA的量無(wú)變化，此時(shí)細(xì)菌數(shù)并不增加。這一過(guò)程一般約需14 h。（二）對(duì)數(shù)期（logarithmic phase）細(xì)菌此時(shí)生長(zhǎng)迅速，以恒定速度進(jìn)行分裂繁殖，活菌數(shù)以幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，達(dá)到頂峰，生長(zhǎng)曲線接近一條斜的直線。一般而言，該期的病原菌致病力最強(qiáng)，其形態(tài)、染色特性及生理活性均較典型，對(duì)抗菌藥物等的作用較為敏感。大腸桿菌的對(duì)數(shù)期可持續(xù)610 h。（三）穩(wěn)定期（stationary phase）此時(shí)因營(yíng)養(yǎng)的消耗、代謝產(chǎn)物的蓄積等，細(xì)菌

16、繁殖速度下降，死亡數(shù)逐步上升，新繁殖的活菌數(shù)與死菌數(shù)大致持平。該期細(xì)菌的形態(tài)及生理性狀常有改變，革蘭氏陽(yáng)性菌此時(shí)可染成陰性。毒素等代謝產(chǎn)物大多此時(shí)產(chǎn)生。大腸桿菌的穩(wěn)定期持續(xù)約8 h。（四）衰亡期（decline phase）細(xì)菌開(kāi)始大量死亡，死菌數(shù)超過(guò)活菌數(shù)。如不移植到新的培養(yǎng)基，最終可全部死亡。此期細(xì)菌的菌體變形或自溶，染色不典型，難以進(jìn)行鑒定。細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線是在體外人工培養(yǎng)條件下觀察到的，在動(dòng)物體內(nèi)因受諸多因素的制約，未必能出現(xiàn)此種典型的曲線，但對(duì)細(xì)菌的生長(zhǎng)規(guī)律的研究及實(shí)踐有重要的參考價(jià)值。返回第三節(jié) 細(xì)菌的人工培養(yǎng)用人工方法，提供細(xì)菌在自然環(huán)境或動(dòng)物體內(nèi)生長(zhǎng)繁殖需要的基本條件，達(dá)到細(xì)菌培

17、養(yǎng)、鑒定及進(jìn)一步利用的目的。人工培養(yǎng)細(xì)菌，除需提供充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外，尚需有合適的酸堿度、適宜的溫度及必要的氣體環(huán)境。在營(yíng)養(yǎng)豐富、生長(zhǎng)繁殖條件適宜時(shí)，細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖最為迅速。一、細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)需要細(xì)菌種類繁多，營(yíng)養(yǎng)需要千差萬(wàn)別，但其基本營(yíng)養(yǎng)要求不外水分、無(wú)機(jī)鹽類、含碳化合物和含氮化合物，個(gè)別細(xì)菌還需要生長(zhǎng)因子等特殊物質(zhì)。（一）水分水雖不屬于嚴(yán)格的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖需要大量的水分。水除是細(xì)菌的主要組成成分之一外，同時(shí)又是一種良好的溶劑，許多物質(zhì)溶解于水中才能被細(xì)菌吸收，細(xì)菌的滲透、分泌和排泄以及水解和許多生化反應(yīng)等作用都以水為媒介。另外，水的比熱大，利于熱的吸收和散發(fā)，可有效地調(diào)節(jié)細(xì)胞與所處環(huán)境的

18、溫度。（二）無(wú)機(jī)鹽類無(wú)機(jī)鹽類可提供細(xì)菌生長(zhǎng)所需的一些元素，根據(jù)對(duì)其需要量可分為常量元素和微量元素。一般情況下，這些元素在所供給的水、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)中含有，不需特殊提供。但有些細(xì)菌，如嗜鹽菌對(duì)Na和Cl有特殊需要（三）含碳化合物細(xì)菌合成碳水化合物，進(jìn)一步合成多糖、脂類、蛋白質(zhì)、核酸等組成成分需要碳素營(yíng)養(yǎng)，自養(yǎng)菌是以CO2或碳酸鹽為碳源，異養(yǎng)菌則以有機(jī)含碳化合物為碳源，也需要少量的CO2，可由分解代謝所產(chǎn)生的CO2滿足其需要。有些異養(yǎng)菌在培養(yǎng)開(kāi)始時(shí)，需先加一些CO2以促進(jìn)其生長(zhǎng)。異養(yǎng)菌最常利用的碳源是糖類，另外還有有機(jī)酸、醇類、脂類以及氨基酸等。糖類以單糖(己糖)主要是葡萄糖和果糖，幾乎所有異養(yǎng)菌均可利

19、用；雙糖中的蔗糖、乳糖、麥芽糖等某些細(xì)菌可利用；多糖中的淀粉，病原菌往往可能利用，而纖維素、果膠等只能為某些自然界的細(xì)菌所利用。細(xì)菌能利用什么種類的糖類物質(zhì)或含碳物質(zhì)并產(chǎn)生什么樣的產(chǎn)物，這可作為細(xì)菌鑒定的依據(jù)。在培養(yǎng)細(xì)菌時(shí)，因細(xì)菌可利用氨基酸中的碳素，往往不需添加任何糖類。（四）含氮化合物有機(jī)的、無(wú)機(jī)的含氮化合物均可作為細(xì)菌氮源，但細(xì)菌種類不同而對(duì)氮源要求有所差異。有些細(xì)菌（如固氮菌）可利用空氣中的分子狀態(tài)的氮，而大多數(shù)細(xì)菌能利用無(wú)機(jī)的銨鹽、硝酸鹽以及有機(jī)的氨基酸。許多病原菌不能利用無(wú)機(jī)含氮化合物，需要供給有機(jī)含氮化合物才能生長(zhǎng)。高分子的蛋白胨和蛋白質(zhì)，細(xì)菌不能直接利用，必須經(jīng)由細(xì)菌分泌的蛋白

20、水解酶降解為肽或氨基酸后才能利用。由于細(xì)菌種類不同，利用無(wú)機(jī)含氮化合物的能力不同，可作為細(xì)菌鑒定的依據(jù)。（五）生長(zhǎng)因子除上述營(yíng)養(yǎng)物外，有些細(xì)菌還需特殊的物質(zhì)才能生長(zhǎng)或促進(jìn)其生長(zhǎng)，這類物質(zhì)稱為生長(zhǎng)因子(growth factor)。生長(zhǎng)因子多為維生素或維生素類似物，主要是B族維生素，還有對(duì)氨基苯甲酸和谷氨酰胺等，主要作為輔酶或輔基的成分而起作用。此外，還有一些化合物為某些細(xì)菌生長(zhǎng)所必需，如嗜血桿菌生長(zhǎng)需要血液中的X因子和V因子。X因子與氯化高鐵血紅蛋白相同，V因子是輔酶I(NAD)或輔酶II(NADP)。生長(zhǎng)因子通常由酵母浸出物、血液、腹水或血清供給。對(duì)生長(zhǎng)因子需要的不同，也可作為細(xì)菌鑒定的依據(jù)

21、。二、細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖的條件細(xì)菌要正常的生長(zhǎng)繁殖，必須具備符合其生理特性的一定環(huán)境條件。（一）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)根據(jù)細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)需要，要滿足其生長(zhǎng)所必需的水分、無(wú)機(jī)鹽、含碳化合物、含氮化合物以及生長(zhǎng)因子等。所提供的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)應(yīng)不含對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)有害、有毒的成分。（二）溫度不同細(xì)菌對(duì)溫度有不同適應(yīng)范圍，各種細(xì)菌又有各自的可生長(zhǎng)溫度范圍及最適溫度。根據(jù)細(xì)菌對(duì)溫度的適應(yīng)范圍，可將細(xì)菌分為三類：嗜冷菌（psychrophile），生長(zhǎng)范圍-530，最適生長(zhǎng)1020；嗜溫菌（mesophile），生長(zhǎng)范圍1045，最適2040；嗜熱菌（termophile），生長(zhǎng)范圍2595，最適5060。病原菌已適應(yīng)動(dòng)物的體溫，因此均為嗜

22、溫菌。某些嗜冷菌對(duì)魚類等變溫動(dòng)物有致病性。（三）酸堿度pH影響微生物的生長(zhǎng)，每種細(xì)菌均有一個(gè)可適應(yīng)的pH范圍及最適生長(zhǎng)pH。雖然大多數(shù)細(xì)菌在pH 68之間可以生長(zhǎng)，但多數(shù)病原菌的最適pH為7.27.6，個(gè)別偏酸，如鼻疽假單胞菌（Pseudomonas mallei）為pH 6.46.6；或偏堿，如腸球菌（Enterococcus）為pH 9.6。在細(xì)菌生長(zhǎng)過(guò)程中，能使培養(yǎng)基變酸或變堿而影響其生長(zhǎng)，所以在培養(yǎng)基中往往需要加入一定的緩沖劑。（四）氧氣 根據(jù)細(xì)菌對(duì)氧的要求，可將其分為需氧菌、厭氧菌及兼性厭氧菌。需氧菌（aerobe）行需氧呼吸，必須在有一定濃度的游離氧的條件下才能生長(zhǎng)繁殖，其中只需低

23、分子氧濃度(2%10%)者特稱微需氧菌(microaerophilic bacteria)。厭氧菌（anaerobe）行厭氧呼吸，必須在無(wú)游離氧或其濃度極低的條件下才能存活。其原因是，細(xì)菌在代謝過(guò)程中產(chǎn)生對(duì)菌體有毒性的過(guò)氧化氫（H2O2）、超氧陰離子（O2）和羥自由基（OH·）等，厭氧菌部分或全部缺乏降解這些產(chǎn)物的酶，如過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化物酶、超氧化物歧化酶等，因O2或H2O2的毒性作用死亡。兼性厭氧菌（facultative anaerobe）既可行需氧呼吸，又可行厭氧呼吸，通常在有氧條件比無(wú)氧環(huán)境生長(zhǎng)更好。（五）滲透壓細(xì)菌生長(zhǎng)有一定的可生長(zhǎng)滲透壓范圍和最適滲透壓，大多數(shù)細(xì)菌生長(zhǎng)最

24、適滲透壓為等滲環(huán)境，也有些細(xì)菌（如嗜鹽菌）適宜高滲環(huán)境。細(xì)菌一般較其他生物細(xì)胞對(duì)滲透壓的改變有較大的適應(yīng)能力。三、培養(yǎng)基（culture medium）培養(yǎng)基是人工配制的基質(zhì)，含有細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。培養(yǎng)基制成后，通常都要經(jīng)滅菌處理。按營(yíng)養(yǎng)組成的差異，可將培養(yǎng)基分為基礎(chǔ)培養(yǎng)基（basal medium）及營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基（nutrient medium）。前者含多數(shù)細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖所需的基本營(yíng)養(yǎng)成分，常用新鮮牛肉浸膏，加入適量的蛋白胨、NaCl、磷酸鹽，調(diào)節(jié)pH至7.27.6即成。在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中，添加葡萄糖、血液或血清等，即為營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基，最常用的是血瓊脂平板。按狀態(tài)的差異，可將培養(yǎng)基分為固體培養(yǎng)

25、基、半固體培養(yǎng)基及液體培養(yǎng)三類。液體培養(yǎng)基（liquid medium）即不加凝固劑的基礎(chǔ)培養(yǎng)基或營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基，用于擴(kuò)增純培養(yǎng)的菌體、確定細(xì)菌生長(zhǎng)曲線等。在液體培養(yǎng)基中加入1%2%的瓊脂，即成為遇熱融化、冷卻后凝固的固體培養(yǎng)基（solid medium），用于細(xì)菌的分離、純化、生物活性檢測(cè)等。如將加入液體培養(yǎng)基的瓊脂減半，用0.5%左右，即成為半固體培養(yǎng)基（semi-solid medium），可作穿刺試驗(yàn)，觀察細(xì)菌的動(dòng)力及短期保藏菌種等。按功能的差異，可將培養(yǎng)基分為鑒別培養(yǎng)基、選擇培養(yǎng)基及厭氧培養(yǎng)基。在培養(yǎng)基中加入特定作用底物及產(chǎn)生顯色反應(yīng)的指示劑，即可憑肉眼根據(jù)顏色識(shí)別，這就是鑒別培養(yǎng)基（d

26、ifferential medium）。在培養(yǎng)基中加入某種化學(xué)物質(zhì)，對(duì)不同細(xì)菌分別產(chǎn)生抑制或促進(jìn)作用，從而可從混雜多種細(xì)菌的樣本分離出所需細(xì)菌，此即為選擇培養(yǎng)基（selective medium）。最常用的有麥康凱（MacConkey）培養(yǎng)基，內(nèi)含膽酸鹽，能抑制革蘭氏陽(yáng)性菌的生長(zhǎng)，有利于大腸桿菌及沙門氏菌的生長(zhǎng)。在實(shí)際使用中，鑒別與選擇兩種功能往往結(jié)合在一種培養(yǎng)基之中。厭氧培養(yǎng)基（anaerobic medium）是為培養(yǎng)厭氧菌而設(shè)計(jì)的，是在培養(yǎng)基中加入還原劑如巰基乙酸鈉等，或用石蠟或凡士林封住培養(yǎng)基表面，隔絕空氣，有的還需放入無(wú)氧氣培養(yǎng)箱維持無(wú)氧環(huán)境。庖肉培養(yǎng)基（cooked meat me

27、dium）是常用的厭氧培養(yǎng)基，其中含不飽和脂肪酸和谷胱甘肽的肉渣起到還原劑的作用。返回第四節(jié) 病毒的增殖 病毒由于缺乏自身增殖所需的完整酶系統(tǒng)，增殖只能在活細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行，是以病毒基因組為膜板，在酶的作用下，分別合成其基因及蛋白質(zhì)，再組裝成完整的病毒顆粒。該過(guò)程不是簡(jiǎn)單的核酸復(fù)制，也不同于細(xì)胞性生物的分裂，應(yīng)稱之為增殖。病毒的一步生長(zhǎng)曲線(one-step growth curve)：感染比(multiplicity of infection，MOI)是指在一個(gè)系統(tǒng)中感染病毒的細(xì)胞數(shù)與細(xì)胞總數(shù)之比。在培養(yǎng)的細(xì)胞中，接種高M(jìn)OI的病毒，使所有細(xì)胞幾乎同時(shí)受到病毒感染，如分析該培養(yǎng)系統(tǒng)中的單個(gè)細(xì)胞，就

28、可以代表病毒在整個(gè)體系中所有細(xì)胞的生長(zhǎng)情況。應(yīng)用這一方法，可獲得病毒一步生長(zhǎng)曲線試驗(yàn)結(jié)果，觀察到病毒具有增殖周期(multiplication cycle)。一個(gè)完整的增殖周期包括吸附、侵入與脫殼、生物合成、組裝與釋放等步驟。因病毒不同其增殖周期長(zhǎng)短不一，如小RNA病毒為2個(gè)多小時(shí)，皰疹病毒為10小時(shí)左右，腺病毒1425小時(shí)。隱蔽期(eclipse period)：從侵入細(xì)胞的病毒顆粒完全消失開(kāi)始，到新的子代病毒顆粒出現(xiàn)為止，這階段稱為隱蔽期(晦暗期或隱晦期)。毒的增殖過(guò)程（一）、吸附病毒顆粒與易感細(xì)胞表面特異性受體牢固結(jié)合而附著在表面的過(guò)程叫吸附(adsorption)。吸附過(guò)程可分為靜電吸

29、附和特異性受體吸附兩個(gè)階段。靜電吸附:細(xì)胞及病毒顆粒表面都帶負(fù)電荷，Ca2、Mg2等陽(yáng)離子能降低負(fù)電荷，促進(jìn)靜電吸附。特異性吸附:是病毒表面的分子如囊膜纖突等吸附機(jī)構(gòu)與敏感細(xì)胞膜上的特異病毒受體呈互補(bǔ)性的結(jié)合，吸附牢固，不可逆。細(xì)胞表面的病毒特異性受體，從進(jìn)化論的觀點(diǎn)察，是病毒長(zhǎng)期適應(yīng)于細(xì)胞內(nèi)寄生的結(jié)果。也就是“受體”原為細(xì)胞成分，是病毒在適應(yīng)細(xì)胞內(nèi)寄生時(shí)逐漸具備了對(duì)細(xì)胞膜上某些成分的相應(yīng)結(jié)合機(jī)構(gòu)。因此，病毒與受體的特異性結(jié)合構(gòu)成了病毒對(duì)細(xì)胞的嗜性(cell tropism)。 (二)、侵入與脫殼侵入:目前發(fā)現(xiàn)動(dòng)物病毒侵入細(xì)胞有3種方式：即（1）病毒直接轉(zhuǎn)入胞漿；（2）細(xì)胞吞飲病毒；（3）病毒

30、囊膜與細(xì)胞膜融合。無(wú)囊膜病毒以前二種方式侵入，有囊膜病毒常以第三種方式進(jìn)入。1. 直接轉(zhuǎn)入：如小RNA病毒吸附宿主細(xì)胞后，由于結(jié)合力的影響，病毒衣殼發(fā)生微細(xì)的空間變化，失去VP4，并進(jìn)入胞漿。2. 細(xì)胞吞飲：是吸附病毒的那一部分細(xì)胞膜與鄰近細(xì)胞膜部分之間出現(xiàn)電位差，ATP酶活化，致使細(xì)胞膜內(nèi)折，形成吞飲泡而將病毒向細(xì)胞漿內(nèi)轉(zhuǎn)移。3. 與細(xì)胞膜融合：當(dāng)囊膜病毒的囊膜與細(xì)胞膜結(jié)合后，囊膜與細(xì)胞膜發(fā)生融合，裸露出核衣殼而直接進(jìn)入細(xì)胞漿。侵入的幾種方式脫殼:病毒脫殼包括脫囊膜和脫衣殼兩個(gè)過(guò)程。有囊膜的病毒主要在侵入的過(guò)程脫囊膜，沒(méi)有囊膜的病毒則只有脫衣殼的過(guò)程。1. 脫囊膜：2. 脫衣殼：脫殼（三）、

31、生物合成病毒的生物合成(biosynthesis)發(fā)生在隱蔽期，包括mRNA的轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)及DNA或RNA的合成等。此期是病毒增殖的最主要階段，病毒的遺傳信息向細(xì)胞傳達(dá)，細(xì)胞在病毒遺傳信息的控制下合成病毒各種組成成分及其所需的酶類，包括病毒核酸轉(zhuǎn)錄或復(fù)制時(shí)所需的聚合酶。病毒基因組的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制方式（遺傳機(jī)制）:病毒基因組的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制是增殖過(guò)程的關(guān)鍵步驟。DNA病毒特別是雙股DNA病毒的增殖機(jī)制與真核細(xì)胞有相似之處，但RNA病毒則差別較大。正單股RNA病毒，其基因組本身即可作為mRNA，負(fù)單股或雙股RNA病毒則必須攜帶依賴于RNA的RNA聚合酶，以供轉(zhuǎn)錄mRNA。病毒的增殖過(guò)程雖千差萬(wàn)別，但其基因

32、組的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制途徑有一定的相似性。1978年Baltimore建議以mRNA（正股）為中心，將病毒的遺傳機(jī)制分為6個(gè)基本類型，此后發(fā)展為7種(見(jiàn)圖30-6)。IVRNA (副黏病毒、正黏病毒、彈狀病毒、絲狀病毒、布尼病毒、波納病毒、砂粒病毒)mRNA±RNA(呼腸孤病毒、雙RNA病毒)RNA(冠狀病毒、微RNA病毒、披膜病毒、黃病毒、動(dòng)脈炎病毒)DNA(細(xì)小病毒、圓環(huán)病毒)RNA(反錄病毒)DNA±DNA(痘病毒、多瘤病毒、乳頭瘤病毒、腺病毒、皰疹病毒)±DNA(嗜肝病毒)VIIIII圖 動(dòng)物病毒轉(zhuǎn)錄mRNA的基本模式無(wú)囊膜的DNA病毒合成過(guò)程無(wú)囊膜的RNA病毒合

33、成過(guò)程有囊膜的DNA病毒合成過(guò)程(四)、組裝與釋放組裝:新合成的病毒核酸和病毒蛋白質(zhì)在感染細(xì)胞內(nèi)組合成病毒顆粒的過(guò)程，叫組裝。釋放: 病毒顆粒逸到宿主細(xì)胞外的過(guò)程叫釋放。病毒不同其釋放形式各異，可歸納為以下4種釋放方式。1. 爆破式 2. 出芽式3. 排泄式 4. 轉(zhuǎn)移式 釋放裝配二、病毒的細(xì)胞培養(yǎng)病毒的嚴(yán)格細(xì)胞內(nèi)寄生性決定培養(yǎng)病毒必須使用活細(xì)胞，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物、雞胚和細(xì)胞培養(yǎng)可提供病毒增殖所需的大量活細(xì)胞，尤其是細(xì)胞培養(yǎng)。（一）、細(xì)胞培養(yǎng)的特點(diǎn)利用細(xì)胞培養(yǎng)來(lái)增殖病毒具有以下特點(diǎn)：1. 細(xì)胞培養(yǎng)中的每個(gè)細(xì)胞具有基本一致的生理特性，對(duì)病毒的易感性相同，沒(méi)有實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的個(gè)體差異。2. 可用于試驗(yàn)的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)

34、超過(guò)動(dòng)物或雞胚，并且易于人工控制，可在無(wú)菌條件下進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的試驗(yàn)，重復(fù)性好。3. 病毒增殖可通過(guò)觀察細(xì)胞產(chǎn)生的變化如細(xì)胞病變等來(lái)判定結(jié)果，也可結(jié)合免疫學(xué)技術(shù)檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)有無(wú)增殖的病毒。4. 用細(xì)胞培養(yǎng)可從感染動(dòng)物組織內(nèi)分離病毒并進(jìn)行病毒克隆，以分離獲得純化的單一毒株。（二）、細(xì)胞培養(yǎng)的類型1. 原代細(xì)胞(primary cell)2. 二倍體細(xì)胞株(diploid cell strain)3. 傳代細(xì)胞系(established cell line)正常細(xì)胞（三）、細(xì)胞培養(yǎng)的方法1. 靜置培養(yǎng)(stationary culture)2. 旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)(roller culture) 3. 懸浮培養(yǎng)(suspensive culture)4. 微載體培養(yǎng)(micro-carrier culture)轉(zhuǎn)式細(xì)胞培養(yǎng)器貼壁式細(xì)胞培養(yǎng)器旋培四、病毒與細(xì)胞的相互作用病毒的種類千差萬(wàn)別，其宿主細(xì)胞種類也多達(dá)200多種，病毒與宿主細(xì)胞之間作用的表現(xiàn)形式各異。目前對(duì)病毒與細(xì)胞的相互作用研究，還是以細(xì)胞培養(yǎng)為基礎(chǔ)的病毒所致的細(xì)胞、亞細(xì)胞及分子水平的變化為主。（一）、病毒與細(xì)胞相互作用的類型1. 殺細(xì)胞