細菌的生長繁殖與變異PPT

1、第二節(jié) 細菌的生長繁殖與變異（一）細菌生長繁殖的條件（一）細菌生長繁殖的條件1.營養(yǎng)物質2.溫度3.pH4.氣體一、細菌的生長繁殖一、細菌的生長繁殖1.1.營養(yǎng)物質營養(yǎng)物質 細菌生長繁殖需要豐富的營養(yǎng)物質，包括水、碳水化合物、氮化物、無機鹽、生長因子等。2.2.溫度溫度 依據(jù)細菌對溫度的需求不同，可以將其分為嗜冷菌、嗜溫菌、嗜熱菌三大類。病原菌一般為嗜溫菌，適宜的生長溫度為1540，并且大多數(shù)病原菌的最適溫度為37。3.pH3.pH 大多數(shù)細菌的最適pH為7.27.6，許多細菌在代謝過程中分解糖，產(chǎn)生酸，使pH下降，抑制細菌生長。4.4.氣體氣體 與細菌生長繁殖有關的氣體主要是氧氣和二氧化碳，

2、此外，有些固氮菌能夠固定空氣中的氮氣。根據(jù)細菌對氧的需要情況分為根據(jù)細菌對氧的需要情況分為：專性需氧菌（專性需氧菌（aerobeaerobe）: :必須在有氧的環(huán)境中必須在有氧的環(huán)境中才能生長繁殖。如結核分枝桿菌才能生長繁殖。如結核分枝桿菌專性厭氧菌（專性厭氧菌（anaerobeanaerobe）: : 缺乏呼吸酶，只有缺乏呼吸酶，只有在無氧狀態(tài)下才能生長。如破傷風芽胞梭菌在無氧狀態(tài)下才能生長。如破傷風芽胞梭菌兼性厭氧菌（兼性厭氧菌（facultative anaerobefacultative anaerobe）: :在有在有氧或無氧狀態(tài)下均能生長，但在有氧時生長氧或無氧狀態(tài)下均能生長，但在

3、有氧時生長較好。大多數(shù)病原菌屬于此類。較好。大多數(shù)病原菌屬于此類。微需氧菌微需氧菌 : :在低氧狀態(tài)下生長最好。在低氧狀態(tài)下生長最好。（二）細菌生長繁殖的方式與速度（二）細菌生長繁殖的方式與速度 細菌主要以二分裂方式進行無性繁殖，一個細菌分為兩個菌體所需的時間稱為世代時間，簡稱世代。在適宜的人工條件下，多數(shù)細菌的世代為2030min。如果按20min繁殖一代計算，10h后，一個細菌可以繁殖10億個以上的細菌。 細菌細胞的分裂是從染色體的復制開始的。為了使遺傳物質能均等地分配給兩個子代細胞，染色體的復制與細胞分裂需要配合密切。（三）細菌群體生長及生長曲線（三）細菌群體生長及生長曲線 細菌生長曲線

4、是專指單細胞微生物的。它是將少量的單細胞微生物接種純種到一定容積的液體培養(yǎng)基后，在適宜的條件下培養(yǎng)，定時取樣測定細胞數(shù)量。以細胞增長數(shù)目的對數(shù)做縱坐標，以培養(yǎng)時間做橫坐標，繪制一條如圖所示的曲線，我們稱這條曲線為細菌的生長曲線。 根據(jù)生長曲線的變化規(guī)律，可以把生長曲線分為四個時期：延遲期、對數(shù)期、穩(wěn)定期、衰亡期。 1.1.延遲期延遲期 又稱停滯期，是微生物細胞進入一個新環(huán)境的適應時期。此時的微生物數(shù)量不增加，細胞的形態(tài)變大或者變長。處在延遲期的細胞代謝能力強，對外界的理化因素敏感，細胞代謝活躍，積累了足夠的酶、輔酶和中間代謝產(chǎn)物。為細胞分裂增殖做準備。2.2.對數(shù)期對數(shù)期 又稱指數(shù)期，是細菌細

5、胞適應了新的環(huán)境后生長最為旺盛的一個時期，在此時期細胞的數(shù)目以幾何級數(shù)增長，故稱對數(shù)期。對數(shù)期有以下幾個特點： 1）生長速率常數(shù)最大 2）細胞平衡生長，菌體內的成分最為均勻 3）酶系活躍，代謝旺盛 從以上幾個特點可以看出，此時期是研究菌體的最佳時期。 3.3.穩(wěn)定期穩(wěn)定期 又稱恒定期或最高生長期。這個時期的特點是生長速率常數(shù)為0，即新繁殖的細胞數(shù)目與死亡的細胞數(shù)目相等。這時菌體的產(chǎn)量達到最高點。 在穩(wěn)定期，細胞開始儲藏糖原、異染粒和脂肪等貯藏物，多數(shù)的芽孢菌在這時產(chǎn)生芽孢，有些微生物在穩(wěn)定期時還開始合成抗生素等次生代謝產(chǎn)物。4.4.衰亡期衰亡期 在衰亡期中，個體的死亡速度超過個體的新生速度，因

6、此，整個群體就呈現(xiàn)負增長，活細胞的數(shù)目明顯下降。這時，細胞形態(tài)多樣，例如會產(chǎn)生很多膨大、不規(guī)則的退化形態(tài)；有些微生物因蛋白水解酶活力的增強而發(fā)生自溶；有些微生物會在此時期釋放對人類有用的抗生素等次生代謝產(chǎn)物；在芽孢桿菌中，芽孢的釋放往往也發(fā)生在這一時期。微生物生長規(guī)律對工業(yè)生產(chǎn)的指導： （1）縮短延遲期 延遲期的存在則使發(fā)酵周期延長，為提高設備的使用率及降低生產(chǎn)成本則需縮短延遲期。（2）把握對數(shù)期 連續(xù)投放或補加發(fā)酵原料，會使菌體隨營養(yǎng)濃度增加而生長速率上升，從而可獲得大量的菌體。微生物生長規(guī)律對工業(yè)生產(chǎn)的指導：（3）延長穩(wěn)定期 對于合成產(chǎn)物與微生物細胞的形成過程同步的，穩(wěn)定期的末期為最佳收獲

7、期，因此，延長穩(wěn)定期可以獲得更多的產(chǎn)品 。（4）監(jiān)控衰亡期 微生物在衰亡期，細胞活力明顯下降，同時由于逐漸積累的代謝毒物可能會與代謝產(chǎn)物起某種反應或影響提純，或使其分解。因而必須掌握時間，在適當?shù)臅r候結束發(fā)酵。（三）細菌的人工培養(yǎng)（三）細菌的人工培養(yǎng) 培養(yǎng)基：用人工方法配制的適合于細菌生培養(yǎng)基：用人工方法配制的適合于細菌生長繁殖的營養(yǎng)物質。長繁殖的營養(yǎng)物質。（一）按培養(yǎng)基的物理性狀不同分類（一）按培養(yǎng)基的物理性狀不同分類液體培養(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）按培養(yǎng)基的用途不同分類：（二）按培養(yǎng)基的用途不同分類：基礎培養(yǎng)基基礎培養(yǎng)基營養(yǎng)培養(yǎng)基營養(yǎng)培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基選

8、擇培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基厭氧培養(yǎng)基厭氧培養(yǎng)基菌膜生長菌膜生長 沉淀生長沉淀生長 混濁生長混濁生長 對照對照沿穿剌線生長沿穿剌線生長向四周擴散生向四周擴散生長長 菌落：由單個細菌分裂繁殖后形成一堆肉眼可見的細菌菌落：由單個細菌分裂繁殖后形成一堆肉眼可見的細菌集團。集團。 可根據(jù)菌落大小、形狀、顏色、邊緣、氣味、透明度、表可根據(jù)菌落大小、形狀、顏色、邊緣、氣味、透明度、表面光滑度、濕潤度及溶血情況等特片初步鑒定細菌。面光滑度、濕潤度及溶血情況等特片初步鑒定細菌。各種細菌的菌落各種細菌的菌落細菌性疾病的診斷細菌性疾病的診斷 細菌的鑒定與研究細菌的鑒定與研究生物制品的制備生物制品的制備細菌學指標的

9、檢測細菌學指標的檢測在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和基因工程中的應用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和基因工程中的應用二二 細菌的代謝產(chǎn)物細菌的代謝產(chǎn)物一、與致病有關的代謝產(chǎn)物一、與致病有關的代謝產(chǎn)物1.1.毒素毒素（toxins toxins ） 包括包括內毒素內毒素和和外毒素外毒素外毒素外毒素(exotoxin)是多數(shù)革蘭陽性菌和少數(shù)革蘭陰性菌在是多數(shù)革蘭陽性菌和少數(shù)革蘭陰性菌在生長繁殖過程中釋放到菌體外的毒性蛋白質；內毒素生長繁殖過程中釋放到菌體外的毒性蛋白質；內毒素(endotoxin)是革蘭陰性菌細胞壁的脂多糖。是革蘭陰性菌細胞壁的脂多糖。2.2.熱原質熱原質（pyrogenpyrogen）大多數(shù)革蘭陰性菌和少數(shù)革蘭陽性

10、）大多數(shù)革蘭陰性菌和少數(shù)革蘭陽性菌合成的多糖，極微量注入人或動物體內即可引起發(fā)菌合成的多糖，極微量注入人或動物體內即可引起發(fā)熱反應。熱反應。3.3.侵襲性酶類侵襲性酶類（invasive enzymesinvasive enzymes）某些病原菌在代謝）某些病原菌在代謝過程中產(chǎn)生的具有損傷機體組織、促使細菌侵襲和擴過程中產(chǎn)生的具有損傷機體組織、促使細菌侵襲和擴散的致病性物質。如金葡產(chǎn)生的血漿凝固酶。散的致病性物質。如金葡產(chǎn)生的血漿凝固酶。 二、與治療有關的代謝產(chǎn)物二、與治療有關的代謝產(chǎn)物1 1.抗生素抗生素（antibioticsantibiotics） 某些微生物在代謝過程中產(chǎn)生的一類能抑某

11、些微生物在代謝過程中產(chǎn)生的一類能抑制和殺死某些病原微生物和腫瘤細胞的化制和殺死某些病原微生物和腫瘤細胞的化學物質。學物質。2.2.維生素維生素（vitaminvitamin） 某些細菌能合成自身所需的維生素，并能某些細菌能合成自身所需的維生素，并能分泌到菌體外供人體吸收利用分泌到菌體外供人體吸收利用。 三、與鑒別細菌有關的代謝產(chǎn)物三、與鑒別細菌有關的代謝產(chǎn)物1. 色素色素（pigments） 細菌的色素有兩類細菌的色素有兩類水溶性色素：能彌散到培水溶性色素：能彌散到培養(yǎng)基或周圍組織；脂溶性色素：不溶于水，只存養(yǎng)基或周圍組織；脂溶性色素：不溶于水，只存在于菌體，使菌落顯色而培養(yǎng)基顏色不變。在于菌

12、體，使菌落顯色而培養(yǎng)基顏色不變。2. 細菌素細菌素（bacteriocins） 某些細菌產(chǎn)生的僅對近緣菌株有抗菌作用的蛋某些細菌產(chǎn)生的僅對近緣菌株有抗菌作用的蛋白質。白質。3. 糖的分解產(chǎn)物糖的分解產(chǎn)物4. 蛋白質的分解產(chǎn)物蛋白質的分解產(chǎn)物 四、分解代謝產(chǎn)物和細菌的生化反應四、分解代謝產(chǎn)物和細菌的生化反應 糖發(fā)酵試驗糖發(fā)酵試驗 VP試驗試驗 甲基紅試驗甲基紅試驗 枸櫞酸鹽利用試驗枸櫞酸鹽利用試驗 吲哚試驗吲哚試驗 硫化氫試驗硫化氫試驗 尿素酶試驗尿素酶試驗 自動化儀器分析自動化儀器分析糖發(fā)酵試驗糖發(fā)酵試驗陰性陰性陽性陽性VP試試驗驗大腸桿菌：大腸桿菌：-產(chǎn)氣桿菌：產(chǎn)氣桿菌：+陽性陽性陰性陰性對

13、照對照甲基紅試驗甲基紅試驗大腸桿菌：大腸桿菌：+產(chǎn)氣桿菌：產(chǎn)氣桿菌：-枸櫞酸利用試驗枸櫞酸利用試驗大腸桿菌：大腸桿菌：-產(chǎn)氣桿菌：產(chǎn)氣桿菌：+陽性陽性吲哚試驗吲哚試驗大腸桿菌：大腸桿菌：+產(chǎn)氣桿菌：產(chǎn)氣桿菌：-H2S試驗試驗對照對照陽性陽性陰性陰性尿素酶試驗尿素酶試驗三三 細菌的遺傳與變異細菌的遺傳與變異一、細菌遺傳與變異的概念一、細菌遺傳與變異的概念 遺傳遺傳(heredity)：使細菌的性狀保持相對穩(wěn)定，且代代相傳，使使細菌的性狀保持相對穩(wěn)定，且代代相傳，使 其菌種得以保存。其菌種得以保存。 變異變異(variation)：在一定條件下，子代與親代之間以及子代與在一定條件下，子代與親代之間

14、以及子代與 子代之間的生物學性狀出現(xiàn)的差異。子代之間的生物學性狀出現(xiàn)的差異。 1. 遺傳性變異：遺傳性變異：是細菌的基因結構發(fā)生了改變，故又稱是細菌的基因結構發(fā)生了改變，故又稱 基因型基因型 變異。常發(fā)生于個別的細菌，不受環(huán)境因素的影響，變異發(fā)生變異。常發(fā)生于個別的細菌，不受環(huán)境因素的影響，變異發(fā)生 后是不可逆的，產(chǎn)生的新性狀可穩(wěn)定地遺傳給后代。后是不可逆的，產(chǎn)生的新性狀可穩(wěn)定地遺傳給后代。 2.非遺傳性變異：非遺傳性變異：細菌在一定的環(huán)境條件影響下產(chǎn)生的變異，細菌在一定的環(huán)境條件影響下產(chǎn)生的變異，其其 基因結構未改變，稱為表型變異。易受到環(huán)境因素的影響，凡基因結構未改變，稱為表型變異。易受到

15、環(huán)境因素的影響，凡 在此環(huán)境因素作用下的所有細菌都出現(xiàn)變異，而且當環(huán)境中的在此環(huán)境因素作用下的所有細菌都出現(xiàn)變異，而且當環(huán)境中的 影響因素去除后，變異的性狀又可復原，表型變異不能遺傳。影響因素去除后，變異的性狀又可復原，表型變異不能遺傳。 二、二、 細菌的變異現(xiàn)象細菌的變異現(xiàn)象形態(tài)結構的變異毒力變異耐藥性變異v細菌的大小和形態(tài)的變異：在不同的生長時期可不同，生長過程中受外界環(huán)境的影響也可發(fā)生變異。如：鼠疫耶爾森菌在3%-6%的氯化鈉的培養(yǎng)基中形態(tài)的改變。v細菌的特殊結構的變異：如莢膜（肺炎鏈球菌）,芽胞（炭疽芽孢桿菌）也可發(fā)生變異。（一）一） 形態(tài)結構的變異形態(tài)結構的變異毒力增強：毒力增強：無毒力的白喉棒狀桿菌常寄居在咽喉部，不致??；當感染了-棒狀噬菌體后變成溶原性細菌，則獲得產(chǎn)生白喉毒素的能力，引起白喉。毒力減弱：毒力減弱：有毒菌株長期在人工培養(yǎng)基上傳代培養(yǎng)，可使細菌的毒力減弱或消失。卡介苗(BCG)是有毒的牛型分枝桿菌在含有膽汁、甘油、馬鈴薯的培養(yǎng)基上，經(jīng)過13年，連續(xù)接種230代，獲得的一株