細菌營養(yǎng)與繁殖

1、細菌營養(yǎng)與繁殖水：70-90%，結合水和自由水；蛋白質：40-80%，簡單蛋白（鞭毛蛋白，酶）和復合蛋白（核蛋白，糖蛋白）；核酸：DNA，3%；RNA，10%；糖：10-30%，復雜組成成分，如脂多糖，肽聚糖；游離形式，糖原，淀粉；脂類：1-7%，脂肪酸，磷脂，糖脂，固醇；維生素：B細菌細胞的化學組成微生物細胞水：70%-90%干物質有機物蛋白質、糖、脂、核酸、維生素等及其降解產物 無機物（鹽）微生物、動物、植物之間存在“營養(yǎng)上的統(tǒng)一性”細胞化學元素組成：主要元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵等；微量元素：鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。碳源：為細菌生長提供碳素來源的營

2、養(yǎng)物質的總稱，是含碳元素的各種化合物。碳源主要用于合成細菌的含碳物質及其細胞骨架，并為細菌生長提供能量。無機碳源和有機碳源。有些細菌可利用多種碳源；有些僅利用少數(shù)幾種。氮源是為細菌生長提供氮素來源的營養(yǎng)物質的總稱，是含氮元素的各種化合物或簡單分子。不作為能源。無機氮源，有機氮源和氮氣分子。無機氮源：銨鹽、硝酸鹽、尿素、氮；有機氮源：蛋白質及不同程度的降解產物。速效氮源和遲效氮源。無機鹽：為細胞生長提供必需的各種金屬元素及一些微量元素，以滿足細菌細胞生理活動的需求。主要功能：酶或輔酶的組成成分；酶的調節(jié)劑，調節(jié)酶活性；維持細菌細胞內的滲透壓、PH值和氧化還原電位；有些硫、鐵等元素可作為自養(yǎng)類型細

3、菌的能源；維持生物大分子和細菌結構的穩(wěn)定性。生長因子：指細菌本身不能合成或合成量不足,必須借助外源加入的,微量即可滿足細菌生長繁殖的營養(yǎng)因子。常見營養(yǎng)因子包括維生素,氨基酸,各類堿基.多數(shù)真菌，放線菌和不少微生物不需要提供生長因子。各種動物致病菌，原生動物，支原體。水是維持細菌細胞結構和生存必不可少的一種重要物質，主要功能：1.作為細菌的組成成分，如結合水；2.為細胞代謝提供液體介質環(huán)境，如營養(yǎng)物質的運輸、分解及代謝廢物的排泄；3.直接以分子態(tài)參加代謝，如加水和脫水反應；4.水的比熱高；5.維持蛋白質、核酸等生物大分子的天然構象穩(wěn)定，以發(fā)揮正常的生物學效應。微生物與動植物營養(yǎng)要素的比較細菌的營

4、養(yǎng)要求動物（異養(yǎng)）微生物綠色植物（自養(yǎng)）異養(yǎng)自養(yǎng)碳源糖類、脂肪糖、醇、有機酸等二氧化碳、碳酸鹽等二氧化碳氮源蛋白質及其降解物蛋白質及其降解物、有機氮化物、無機氮化物、氮無機氮化物、氮無機氮化物能源與碳源同與碳源同氧化無機物或利用日光能利用日光能生長因子維生素有些需要維生素等生長因子不需要不需要無機元素無機鹽無機鹽無機鹽無機鹽水分水水水水吸收營養(yǎng)物質的方式依靠細胞膜的功能，將周圍環(huán)境中的營養(yǎng)物質輸送到細胞內。類型：一、簡單擴散 ( simple diffusion)二、促進擴散 (facilitated diffusion)三、主動運輸 (active transport)四、基團轉位 (gro

5、up translocation)一、簡單擴散（simple diffusion）eg：H2O，O2，CO2，甘油，乙醇，脂肪酸等。(分子量小，脂溶性，極性小)二、促進擴散主動運輸特點：被運送的物質可逆濃度梯度進入細胞內 要消耗能量，必需有能量參加。 有膜載體參加，膜載體發(fā)生構型變化 被運送物質不發(fā)生任何變化。主動運輸是廣泛存在于微生物中的一種主要的物質運輸方式。通過這種方式運輸方式吸收的營養(yǎng)物質：有糖類（乳糖、半乳糖、阿拉伯糖等）、氨基酸、核苷、鉀離子等。主動運輸運輸物質的種類：四、基團轉位(group translocation)基團轉位主要存在于厭氧型和兼性厭氧型細菌中，主要用于糖的運輸

6、。脂肪酸、核苷、堿基等也可通過這種方式運輸。有一個復雜的運輸系統(tǒng)來完成物質的運輸；物質在運輸過程中發(fā)生化學變化；eg：磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）己糖磷酸轉移酶系統(tǒng)（磷酸轉移酶系統(tǒng)，PTS）四種運送營養(yǎng)物質方式的比較 比較項目 簡單擴散 促進擴散 主動運輸 基團轉位轉運方向 由濃至稀 由濃至稀 由稀至濃 由稀至濃載體蛋白 無 有 有 有運送速度 慢 快 快 快能量消耗 不需要 不需要 需要 需要運送前后 不變 不變 不變 改變溶質分子平衡時內 相等 相等 內部高 內部高外濃度細菌的營養(yǎng)類型 腐生菌利用無生命的有機化合物(如動植物尸體和殘體)為營養(yǎng)物質 寄生菌從生活的寄主體內吸收營養(yǎng)物質 不同營養(yǎng)

7、類型之間的界限并非絕對：異養(yǎng)型微生物并非絕對不能利用CO2；自養(yǎng)型微生物也并非不能利用有機物進行生長；有些微生物在不同生長條件下生長時,其營養(yǎng)類型也會發(fā)生改變；例如紫色非硫細菌(purple nonsulphur bacteria)：沒有有機物時，同化CO2， 為自養(yǎng)型微生物；有機物存在時，利用有機物進行生長，為異養(yǎng)型微生物；光照和厭氧條件下，利用光能生長，為光能營養(yǎng)型微生物；黑暗與好氧條件下，依靠有機物氧化產生的化學能生長， 為化能營養(yǎng)型微生物；微生物營養(yǎng)類型的可變性無疑有利于提高其對環(huán)境條件變化的適應能力細菌的生長與繁殖 （一）生長繁殖的條件1、營養(yǎng)物質C源，N源，無機鹽，生長因子，水等2

8、、pH大多數(shù)：嗜酸菌：嗜堿菌3、溫度低溫菌 10 20 （湖泊，深海，冷藏食品）中溫菌 25 32 (腐生菌）， 37（病原菌）高溫菌 50 55（溫泉）根據(jù)氧與微生物生長的關系可將微生物分為好氧微好氧耐氧型兼性厭氧專性厭氧微生物類型最適生長的O2體積分數(shù)好氧微好氧氧的忍耐型兼性厭氧專性厭氧等于或大于202一lO2以下有氧或無氧不需要氧、有氧時死亡（二）細菌的繁殖方式和繁殖速度繁殖方式：無性二分裂法繁殖速度：大多數(shù)細菌：1520分鐘繁殖一代；少數(shù)細菌，如結核分枝桿菌：1518小時繁殖一代。細菌的人工培養(yǎng)微生物的物種（菌株）一般是以群體的形式進行繁衍、保存；純培養(yǎng)技術是進行微生物學研究的基礎?。?/p>

9、一）無菌技術（二）培養(yǎng)基（三）細菌的培養(yǎng)方法及其生長現(xiàn)象（四）微生物生長的測定（五）純培養(yǎng)物的獲得方法（一）無菌技術用于分離、培養(yǎng)微生物的器具事先不含任何微生物； 在轉接、培養(yǎng)微生物時防止其它微生物的污染；1、微生物培養(yǎng)的常用器具及其滅菌常用的器具：試管、瓶子、培養(yǎng)皿等1887年，R J Petri 發(fā)明 Petri dish1.接種針 2.接種環(huán) 3.接種鉤 4.5.玻璃涂棒 6.接種圈 7.接種鋤 8.小解剖刀（二）培養(yǎng)基 medium1、概念人工配制的供給細菌或其他微生物生長繁殖或積累代謝產物的營養(yǎng)基質。使用原則：1）適宜的營養(yǎng)物質2）控制營養(yǎng)物質的濃度和各營養(yǎng)物質的比例3）合適的pH4

10、）立即進行滅菌處理并維持無菌狀態(tài)5) 經濟節(jié)約主要用途：促使微生物的生長與繁殖，用于微生物純種的分離、鑒定和制造微生物制品等。 培養(yǎng)基的類型合成培養(yǎng)基由已知化學成分及數(shù)量的化學藥品配置而成。天然培養(yǎng)基采用化學成分還不十分清楚或化學成分不恒定的天然有機物。半合成培養(yǎng)基以天然有機物為主要碳源、氮源及生長素的培養(yǎng)基中加入一些化學藥品，以補充無機鹽成分，使其更能滿足微生物對生長的需要。根據(jù)營養(yǎng)物質來源不同劃分液體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基根據(jù)培養(yǎng)基的物理狀態(tài)劃分1.基礎培養(yǎng)基：2.營養(yǎng)培養(yǎng)基：3.選擇培養(yǎng)基：膽酸鹽；7.5%NaCl；10%酚4.鑒別培養(yǎng)基：伊紅亞甲藍乳糖培養(yǎng)基5.厭氧培養(yǎng)基根據(jù)培養(yǎng)

11、基的用途劃分（三）細菌的培養(yǎng)方法及其生長現(xiàn)象1、固體培養(yǎng) 將細菌接種在固體培養(yǎng)基上，于適宜的溫度下培養(yǎng)，由單個細菌細胞繁殖形成的肉眼可見的細菌集落為菌落（colony）。可以作為識別、鑒定菌種的一個依據(jù)。同一細菌在不同的培養(yǎng)平板上形成不同的特征菌落菌落的特征包括：大小、顏色、透明、表面狀態(tài)、質地、邊緣形態(tài)、隆起形狀等菌落在固體培養(yǎng)基上連成一片的純培養(yǎng)物-菌苔細菌在液體培養(yǎng)基中的生長情況菌膜菌沉淀均勻渾濁對照 細菌在半固體培養(yǎng)基中的生長情況1、3：有動力2：無動力發(fā)酵罐培養(yǎng)（tank culture）是進一步放大培養(yǎng)，根據(jù)需要培養(yǎng)物可為數(shù)噸、數(shù)十噸、數(shù)百噸不等，適用于種子制備、發(fā)酵生產。同時還需

12、向罐中通入無菌空氣，故也稱通氣培養(yǎng)(aeration culture）。搖瓶培養(yǎng)（shaking culture）：（四）微生物生長的測定1.生長曲線2.個體計數(shù)3.群體重量測定4.群體生理指標測定1.細菌的生長曲線將細菌接種到定量的液體培養(yǎng)基中，定時取樣測定細胞數(shù)量，以培養(yǎng)時間為橫座標，以菌數(shù)的對數(shù)為縱座標作圖，得到的一條反映細菌在整個培養(yǎng)期間菌數(shù)變化規(guī)律的曲線。分為四期：延遲期、對數(shù)生長期、穩(wěn)定期、衰亡期遲緩期1. 菌數(shù)不增加；但細胞內合成代謝旺盛； 適應新環(huán)境，為分裂做準備；2. 影響遲緩期的因素主要有菌種，菌齡，接種量以及接種前后培養(yǎng)基成分的差異。3. 縮短遲緩期的措施：1.遺傳學方法

13、改變菌種的遺傳特性；2.應用對數(shù)期的培養(yǎng)物接種；3.適當擴大接種量；4.加入酶激活劑。對數(shù)生長期（logarithmic phase），又稱指數(shù)期（1） 特點：細胞大量繁殖；濃度成幾何級增加；個體形態(tài)，染色性，生理特性典型。（2）生產上：作為發(fā)酵的種子、實驗材料，研究細菌的形態(tài)，大小，染色性，生化反應，藥物敏感實驗等宜選擇該期的樣本。 噬菌體吸附的最適菌齡，發(fā)酵生產用作種子的最適菌齡。穩(wěn)定期1.環(huán)境逐步不適應細菌生長；菌數(shù)最高并能維持一段時間；在生產上采取補救措施，積累更多的代謝產物；2.開始儲存糖原，異染顆粒和脂肪等儲存物；芽孢桿菌在此期形成大量芽孢；次級代謝產物如抗生素，外毒素開始積累；3

14、.采取補救措施：補充營養(yǎng)物質，調節(jié)PH值，移去代謝產物。衰亡期（decline phase）（1） 特點： 死亡速率大于生長速率；菌體開始自溶； 細胞形態(tài)多樣，染色性改變；（2）生產上： 掌握發(fā)酵時間2.個體計數(shù)顯微記數(shù)法（細菌總數(shù)）平板菌落記數(shù)（活菌記數(shù)）膜過濾培養(yǎng)法（活菌記數(shù)）比濁法（細菌總數(shù)）比濁管采用細菌計數(shù)板或血球計數(shù)板，在顯微鏡下計數(shù)一定容積樣品中微生物的數(shù)量。顯微記數(shù)法（細菌總數(shù)）平板菌落記數(shù)（活菌記數(shù)）膜過濾培養(yǎng)法（活菌記數(shù)）當樣品中菌數(shù)很低時，可以將一定體積的湖水、海水或飲用水等樣品通過膜過濾器，然后將膜轉到相應的培養(yǎng)基上進行培養(yǎng)，對形成的菌落進行統(tǒng)計。比濁法（細菌總數(shù)）3.

15、群體重量測定4.群體生理指標測定如呼吸強度，耗氧量、酶活性、生物熱等與其群體的規(guī)模成正相關。樣品中微生物數(shù)量多或生長旺盛，這些指標愈明顯，因此可以借助特定的儀器如瓦勃氏呼吸儀、微量量熱計等設備來測定相應的指標。（五）純培養(yǎng)物的獲得方法1 涂布平板法2 稀釋倒平板法3 平板劃線4 用液體培養(yǎng)基獲得純培養(yǎng)5 富集培養(yǎng)1 涂布平板法較燙的培養(yǎng)基；嚴格好氧菌2 稀釋倒平板法無菌水做一系列稀釋50度左右的瓊脂培養(yǎng)基挑取單菌落，重復數(shù)次2 系列稀釋3 平板劃線4 用液體培養(yǎng)基獲得純培養(yǎng)對于大多數(shù)細菌和真菌，平板分離通常是滿意的；然而一些體積大的細菌、許多原生動物、藻類，需用液體培養(yǎng)基分離；一個稀釋度有多個

16、試管，超過95%的試管不長菌。5 富集培養(yǎng)（選擇性培養(yǎng)基）富集培養(yǎng)是微生物學家最強有力的技術手段之一。營養(yǎng)和生理條件的幾乎無窮盡的組合形式可從自然界選擇出特定微生物。四、細菌的代謝產物與鑒定反應（一）分解性代謝產物和相關的生化反應試驗糖：淀粉、纖維素、幾丁質、透明質酸等 （M胞外酶） 雙糖or單糖1、糖發(fā)酵實驗 (carbohydrate fermentation test)2、VP試驗 ( Voges-Proskauer test )3、甲基紅試驗（methyl red test）4、枸櫞酸鹽利用實驗（citrate utilization test）5 、吲哚實驗6 、硫化氫實驗第三節(jié) 細

17、菌的代謝一、二、三、（自學）大腸桿菌：丙酮酸裂解生成乙酰CoA與甲酸，甲酸在酸性條件下可進一步裂解生成H2和CO2分解葡萄糖、乳糖，產酸產氣傷寒桿菌：丙酮酸裂解生成乙酰CoA與甲酸，但不能使甲酸裂解產生H2和CO2只分解葡萄糖產酸，不產氣，且不分解乳糖。糖發(fā)酵實驗甲基紅實驗 大腸桿菌和產氣桿菌均屬G-短桿菌，都能分解葡萄糖產酸產氣；大腸桿菌產生甲酸、乙酸、乳酸、琥珀酸和乙醇；以下，紅色，陽性；產氣桿菌只產生甲酸、乙醇和乙酰甲基甲醇，以上，橘黃色，陰性。大腸桿菌：產氣桿菌：V.P.試驗陽性甲基紅試驗陰性V.P.試驗陰性甲基紅試驗陽性Voges-Proskauer 試驗產氣桿菌檸檬酸鹽利用實驗：1

18、. 以檸檬酸鹽為唯一碳源；2. 溴麝香草酚藍吲哚實驗：1.色氨酸酶；2.柯氏試劑：對-二甲基氨基苯甲醛溶于戊醇IMViC試驗用于腸道桿菌的鑒定細菌 I M V C大腸桿菌 + + - -產氣桿菌 - - + +（二） 合成性代謝產物1、熱源質（pyrogen）能引起機體發(fā)熱的物質2、毒素內毒素、外毒素。3、細菌素抑制或殺死近緣細菌的物質（蛋白質），作用于細胞膜，核糖體等。4、色素水溶性，脂溶性（金黃色葡萄球菌）。5、抗生素 多粘菌素、短桿菌肽6、維生素，酶等。第五節(jié) 細菌的感染與免疫 一、正常菌群（normal flora） 人體體表以及與外界相通的腔道中分布著一定種類和數(shù)量的微生物，它們與人

19、體之間通過長期共存，已經建立起一種相互有利的平衡關系。 鼻咽腔 葡萄球菌、甲，丙型鏈球菌 肺炎球菌、奈氏菌、類桿菌等 外耳道葡萄球菌、類白喉桿菌綠膿桿菌、非致病性分枝桿菌表皮葡萄球菌 口腔甲，丙型鏈球菌 類白喉桿菌、肺炎球菌奈氏菌、乳桿菌、梭桿菌螺旋體、放線菌、白念珠菌 腸道大腸桿菌、產氣桿菌、變形桿菌綠膿桿菌、葡萄球菌、厭氧性細菌真菌、乳桿菌，雙歧桿菌等 陰道 大腸桿菌、乳桿菌 白念珠菌、類白喉桿菌 非致病性分枝等 皮膚葡萄球菌、綠膿桿菌、白念珠菌丙酸桿菌、類白喉桿菌、非致病性分枝桿菌人體內正常菌群的分布 眼結膜白色葡萄球菌、干燥桿菌 尿道白色葡萄球菌、類白喉桿菌、非致病性分枝桿菌條件致病菌

20、致病條件 正常菌群與宿主間的生態(tài)平衡被打破，原來不致病的正常菌群就會對人體產生致病性，成為條件致病菌。1、寄居部位的改變2、免疫功能低下3、菌群失調服用活的微生物制劑來治療由于正常菌群失調而導致的疾病，這類活微生物制劑又稱微生態(tài)制劑。例如，含蠟狀芽孢桿菌的“促菌生”，含地衣芽孢桿菌的“整腸生” ，“麗珠腸樂”（雙歧桿菌活菌制劑）“雙歧三聯(lián)活菌制劑”（糞鏈球菌、嗜酸乳桿菌、雙歧桿菌）“昂立一號”（乳酸桿菌、雙歧桿菌等）微生態(tài)制劑一般用于恢復腸道內的正常生態(tài)環(huán)境，若腸道功能正常，一般不需要服用！毒力致病菌的致病性強弱程度,與侵襲力和毒素有關半數(shù)致死量（LD50)半數(shù)感染量 在規(guī)定時間內，通過指定的感染途徑，能使一定體重或年齡的某種動物半數(shù)死亡或感染需要的最小細菌數(shù)或毒素量。1.侵襲力致病菌能突破宿主皮膚、粘膜生理屏障，進入機體并在體內定植、繁殖和擴散的能力物質基礎莢 膜：抗吞噬和阻