細(xì)菌學(xué)總論生理

第二章

細(xì)菌學(xué)總論-生理當(dāng)前第1頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)細(xì)菌的生理細(xì)菌的生理活動包括攝取和合成營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)行新陳代謝及生長繁殖。一細(xì)菌的營養(yǎng)二細(xì)菌的生長繁殖三細(xì)菌的新陳代謝四細(xì)菌的人工培養(yǎng)當(dāng)前第2頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)學(xué)習(xí)要求1、說出細(xì)菌生長繁殖的條件、繁殖速度及方式2、簡述與醫(yī)學(xué)有關(guān)的細(xì)菌合成代謝產(chǎn)物及其意義3、描述細(xì)菌在培養(yǎng)基中的生長現(xiàn)象，簡述常用培養(yǎng)基的類型4、詞解熱原質(zhì)當(dāng)前第3頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)一、細(xì)菌的營養(yǎng)（一）細(xì)菌的營養(yǎng)類型自養(yǎng)菌autotroph異養(yǎng)菌heterotroph最初能源有機(jī)物日光還原態(tài)無機(jī)物化能異養(yǎng)菌光能自養(yǎng)菌化能自養(yǎng)菌通用能源ATP當(dāng)前第4頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)分類原則

按能量來源；根據(jù)微生物生長所需碳源物質(zhì)的性質(zhì)；根據(jù)生物合成中供氫體的性質(zhì)。微生物的營養(yǎng)類型當(dāng)前第5頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)1.按能量來源分:1）化能營養(yǎng)型：依靠物質(zhì)氧化過程中放出能量進(jìn)行生長的一類微生物，經(jīng)氧化還原反應(yīng)獲能。微生物的營養(yǎng)類型根據(jù)能量轉(zhuǎn)化為ATP的機(jī)制，將微生物分為兩種基本代謝形式：2）光能營養(yǎng)型：

利用光能進(jìn)行生活的微生物。此類微生物通過機(jī)體內(nèi)特殊的光合色素將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，然后供機(jī)體利用。當(dāng)前第6頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)2．根據(jù)微生物生長所需碳源的性質(zhì)分：自養(yǎng)型微生物：以簡單無機(jī)物作為營養(yǎng)物

質(zhì)的一類微生物?？晒潭?/p>

CO2構(gòu)成細(xì)胞碳架。異養(yǎng)型微生物：以復(fù)雜有機(jī)物作為營養(yǎng)物

質(zhì)的一類微生物。細(xì)胞碳架由同化有機(jī)物而獲得。微生物的營養(yǎng)類型當(dāng)前第7頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)3．根據(jù)生物合成中供氫體的性質(zhì)分：

微生物的營養(yǎng)類型無機(jī)營養(yǎng)型：電子供體為無機(jī)物有機(jī)營養(yǎng)型：電子供體為有機(jī)物當(dāng)前第8頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)營養(yǎng)類型1、光能無機(jī)自養(yǎng)型（光能自養(yǎng)）

Photolithotrophicautotrophy(Photoautotrophy)

主要類群：藻類、紫硫細(xì)菌、綠硫細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌等.2、光能無機(jī)異養(yǎng)型（光能異養(yǎng)）

Photolithotrophicheterotrophy(Photoheterotrophy)

主要類群：紫色非硫細(xì)菌、紅螺菌微生物的營養(yǎng)類型結(jié)合三種分類原則，可以將微生物分為4種類型當(dāng)前第9頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)

Chemolithotrophicautotrophy(Chemotoautotrophy)

主要類群：硫氧化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、氫細(xì)菌、鐵細(xì)菌微生物的營養(yǎng)類型3、化能無機(jī)自養(yǎng)型（化能自養(yǎng)）4、化能有機(jī)異養(yǎng)型（化能異養(yǎng)）Chemoorganotriphicheterotrophy(Chemoheterotrophy)

主要類群；原生生物、真菌、大多數(shù)非光

合作用的細(xì)菌,絕大多數(shù)工業(yè)M。當(dāng)前第10頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)根據(jù)利用有機(jī)物的特性分P117：腐生菌；利用無生命的有機(jī)物為生長碳源。寄生菌：從寄主體內(nèi)獲得生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)。兼性菌：既可腐生又可營寄生生活的微生物。微生物的營養(yǎng)類型

混合營養(yǎng)型（mixotrophy)：以有機(jī)物為碳源，既有自養(yǎng)又有異養(yǎng)代謝過程。營養(yǎng)類型的變化依賴于環(huán)境當(dāng)前第11頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)（二）細(xì)菌的營養(yǎng)物質(zhì)

1.能否經(jīng)過一定的方式進(jìn)入細(xì)胞；2.是否具有相應(yīng)的酶，使進(jìn)入細(xì)胞的物質(zhì)用于細(xì)菌的新陳代謝。當(dāng)前第12頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)微生物細(xì)胞的化學(xué)組成

元素組成：

主要元素：C、H、O、N、P、S

（占細(xì)胞總重的97%）

C/N=5:1

微量元素：Fe、Na、K、Ca、Mg、

Mn、Cu、Co、Zn等

元素組成可因菌種的種類、菌齡、培養(yǎng)基組成、培養(yǎng)條件、分析方法等而有所不同。當(dāng)前第13頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)元素在細(xì)胞內(nèi)存在形式：1．有機(jī)物：蛋白質(zhì)、糖、脂類、核酸、維生素及其降解產(chǎn)物和代謝中間產(chǎn)物;2．無機(jī)物：1)參與有機(jī)物組成，

2)單獨(dú)存在于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)無機(jī)鹽等無機(jī)物質(zhì)中微生物細(xì)胞的化學(xué)組成

當(dāng)前第14頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)營養(yǎng)物質(zhì)的功能：提供能量；提供合成原料；調(diào)節(jié)代謝活動進(jìn)行；提供適宜代謝環(huán)境。

當(dāng)前第15頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)1.水功能：1）微生物體內(nèi)外的溶媒。2）水是原生質(zhì)膠體的結(jié)構(gòu)組分，并參與細(xì)胞

內(nèi)許多生化反應(yīng)。3）水具傳熱快，比熱高，熱容量大等物理性

質(zhì)，有利于調(diào)節(jié)細(xì)胞溫度和保持環(huán)境溫度

穩(wěn)定。

營養(yǎng)物質(zhì)及其功能當(dāng)前第16頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)2.碳源物質(zhì)

凡可被用來構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中碳素來源的營養(yǎng)物質(zhì)。

1）種類：糖類及其衍生物（多糖：如淀粉、

纖維素、麩皮、米糠等；飴糖；單

糖。）脂類、烴、醇、有機(jī)酸、

芳香族、無機(jī)碳等2）功能：①提供合成細(xì)胞物質(zhì)的原料

②提供能源

③菌種鑒定營養(yǎng)物質(zhì)及其功能當(dāng)前第17頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)3.氮源物質(zhì)

凡用來構(gòu)成菌體物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中氮素來源的營養(yǎng)物質(zhì)。

營養(yǎng)物質(zhì)及其功能1）種類:無機(jī)氮：銨鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、尿素、氨、N2等；

有機(jī)氮：牛肉膏、蛋白胨、魚粉、花生餅粉、黃豆餅粉、玉米漿等。當(dāng)前第18頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)2)功能a.合成細(xì)胞中含氮物，如蛋白質(zhì)、核酸等；b.少數(shù)可作為能源物質(zhì)。營養(yǎng)物質(zhì)及其功能當(dāng)前第19頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)4.無機(jī)鹽

指微生物生長必需的金屬元素：由硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物等供給。營養(yǎng)物質(zhì)及其功能功能：1、構(gòu)成細(xì)胞結(jié)構(gòu)組分；

2、作為酶組分或活化劑；

3、參與能量傳遞或提供能源；

4、維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；

5、調(diào)節(jié)滲透壓。當(dāng)前第20頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)磷：原料，K2HPO4與KH2PO4硫：組成成分，MgSO4鎂：激活劑，MgSO4等鉀：激活劑、陽離子之一，K2HPO4

與KH2PO4當(dāng)前第21頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)鈣：激活劑、陽離子之一，水溶性鈣鹽鈉：陽離子之一，調(diào)節(jié)滲透壓，外高內(nèi)低微量元素：錳、鋅、鈷、銅等當(dāng)前第22頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)5.生長因子營養(yǎng)物質(zhì)及其功能

是維持微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大的特殊營養(yǎng)物質(zhì)。定義:

它是一類對微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大，但微生物自身不能用合成的有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)。不同微生物需求的生長因子的種類和數(shù)量不同。例：支原體-----膽固醇流感血桿菌-----亞鐵血紅素當(dāng)前第23頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)（三）細(xì)菌攝取營養(yǎng)物質(zhì)的機(jī)制當(dāng)前第24頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)1.被動擴(kuò)散

2.主動運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)

（1）促進(jìn)擴(kuò)散(facilitateddiffusion)

（2）主動運(yùn)輸(activetransport)

（3）基團(tuán)移位(grouptranslocation)

營養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸當(dāng)前第25頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)1.被動擴(kuò)散(simplediffusionorpassivediffusion)特點(diǎn)：①擴(kuò)散是非特異性的營養(yǎng)物質(zhì)吸收方式：如營養(yǎng)物質(zhì)通過細(xì)胞膜中的含水小孔，由高濃度的胞外環(huán)境向低濃度的胞內(nèi)擴(kuò)散；②在擴(kuò)散過程中營養(yǎng)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化：即既不與膜上的分子發(fā)生反應(yīng)，本身的分子結(jié)構(gòu)也不發(fā)生變化；③物質(zhì)運(yùn)輸?shù)乃俾瘦^慢：速率與胞內(nèi)外營養(yǎng)物質(zhì)的濃度差有關(guān)，即隨細(xì)胞膜內(nèi)外該物質(zhì)濃度差的降低而減小，直到胞內(nèi)外物質(zhì)濃度相同；④不需要載體參與；擴(kuò)散是一個(gè)不需要代謝能的運(yùn)輸方式：因此，物質(zhì)不能進(jìn)行逆濃度運(yùn)輸。⑤可運(yùn)送的養(yǎng)料有限：限于水、溶于水的氣體，及分子量小，脂溶性、極性小的營養(yǎng)物質(zhì)。當(dāng)前第26頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)當(dāng)前第27頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)被動擴(kuò)散模式圖細(xì)胞膜外細(xì)胞膜內(nèi)細(xì)胞膜當(dāng)前第28頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)2.主動運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)（1）依賴于周漿間隙結(jié)合蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)（促進(jìn)擴(kuò)散）（2）化學(xué)滲透驅(qū)使轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)（主動運(yùn)輸）（3）基團(tuán)轉(zhuǎn)移當(dāng)前第29頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)（1）促進(jìn)擴(kuò)散(facilitateddiffusion)特點(diǎn)：在促進(jìn)擴(kuò)散過程中營養(yǎng)物質(zhì)本身在分子結(jié)構(gòu)上也不會發(fā)生變化不消耗代謝能量，故不能進(jìn)行逆濃度運(yùn)輸運(yùn)輸?shù)乃俾视砂麅?nèi)外該物質(zhì)的濃度差決定需要細(xì)胞膜上的載體蛋白（透過酶）參與物質(zhì)運(yùn)輸被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)與載體蛋白有高度的特異性養(yǎng)料濃度過高時(shí),與載體蛋白出現(xiàn)飽和效應(yīng)

注：促進(jìn)擴(kuò)散的運(yùn)輸方式多見于真核微生物中，例如通常在厭氧生活的酵母菌中，某些物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的分泌是通過這種方式完成的。當(dāng)前第30頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)促進(jìn)擴(kuò)散模式圖細(xì)胞膜細(xì)胞膜外細(xì)胞膜內(nèi)恢復(fù)原構(gòu)象移位再循環(huán)結(jié)合構(gòu)象改變當(dāng)前第31頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)促進(jìn)擴(kuò)散當(dāng)前第32頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)促進(jìn)擴(kuò)散當(dāng)前第33頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)（2）主動運(yùn)輸(Activetransport)特點(diǎn)：物質(zhì)在主動運(yùn)輸?shù)倪^程中需要消耗代謝能可以進(jìn)行逆濃度運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸方式需要載體蛋白參與對被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)有高度的立體專一性被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)在轉(zhuǎn)移的過程中不發(fā)生任何化學(xué)變化注：不同的微生物在主動運(yùn)輸過程中所需的能量的來源不同，好氧微生物中直接來自呼吸能，厭氧微生物主要來自化學(xué)能，光合微生物中則主要來自光能。主動運(yùn)輸是微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的主要方式。當(dāng)前第34頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)主動運(yùn)輸模式圖細(xì)胞膜細(xì)胞膜外細(xì)胞膜內(nèi)恢復(fù)原構(gòu)象移位再循環(huán)結(jié)合構(gòu)象改變ADP+PiATP當(dāng)前第35頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)主動運(yùn)輸當(dāng)前第36頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)（3）基團(tuán)轉(zhuǎn)位(Grouptranslocation)

基因轉(zhuǎn)位是一種特殊的主動運(yùn)輸，與普通的主動運(yùn)輸相比，營養(yǎng)物質(zhì)在運(yùn)輸?shù)倪^程中發(fā)生了化學(xué)變化（糖在運(yùn)輸?shù)倪^程中發(fā)生了磷酸化）。其余特點(diǎn)與主動運(yùn)輸相同?；蜣D(zhuǎn)位主要存在于厭氧和兼性厭氧型細(xì)菌中，也主要是用于單（或雙）糖與糖的衍生物，以及核苷與脂肪散的運(yùn)輸。當(dāng)前第37頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)四種運(yùn)輸營養(yǎng)物質(zhì)方式的比較比較項(xiàng)目單純擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散主動運(yùn)輸基團(tuán)轉(zhuǎn)位特異載體蛋白運(yùn)輸速度物質(zhì)運(yùn)輸方向胞內(nèi)外濃度運(yùn)輸分子能量消耗運(yùn)輸后物質(zhì)的結(jié)構(gòu)無慢由濃至稀相等無特異性不需要不變有快由濃至稀相等特異性不需要不變有快由稀至濃胞內(nèi)濃度高特異性需要不變有快由稀至濃胞內(nèi)濃度高特異性需要改變當(dāng)前第38頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)（四）影響細(xì)菌生長的環(huán)境因素當(dāng)前第39頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)

微生物與所處的環(huán)境之間具有復(fù)雜的相互影響和相互作用：一方面，各種各樣的環(huán)境因素對微生物的生長和繁殖有影響，另一方面,微生物生長繁殖也會影響和改變環(huán)境.研究環(huán)境因素與微生物之間的關(guān)系，可以通過控制環(huán)境條件來利用微生物有益的一面，同時(shí)防止它有害的一面。影響微生物生長的外界因素很多，除了前面講過的營養(yǎng)因素之外，還有許多物理化學(xué)因素的影響。當(dāng)前第40頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)1.營養(yǎng)物質(zhì)生長與營養(yǎng)物質(zhì)緊密相關(guān)。2.酸堿度當(dāng)前第41頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)◆影響膜表面電荷的性質(zhì)及膜的通透性，進(jìn)而影響對物質(zhì)的吸收能力。◆改變酶活、酶促反應(yīng)的速率及代謝途徑：如：酵母菌在pH4.5-5產(chǎn)乙醇，在pH6.5以上產(chǎn)甘油、酸?！舡h(huán)境pH值還影響培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)的離子化程度，從而影響營養(yǎng)物質(zhì)吸收，或有毒物質(zhì)的毒性。2.酸堿度（pH值）

環(huán)境pH值對微生物生長的影響當(dāng)前第42頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)微生物的生長pH值范圍極廣，從pH<2~>8都有微生物能生長。但是多數(shù)病原菌生活在pH為，霍亂弧菌。微生物生長的pH值三基點(diǎn)：各種微生物都有其生長的最低、最適和最高pH值。低于最低、或超過最高生長pH值時(shí)，微生物生長受抑制或?qū)е滤劳觥２煌奈⑸镒钸m生長的pH值不同，根據(jù)微生物生長的最適pH值，將微生物分為：

嗜堿微生物：硝化細(xì)菌、尿素分解菌、多數(shù)放線菌耐堿微生物：許多鏈霉菌中性微生物：絕大多數(shù)細(xì)菌，一部分真菌嗜酸微生物：硫桿菌屬耐酸微生物：乳酸桿菌、醋酸桿菌不同微生物對pH要求不同當(dāng)前第43頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)微生物種類最低pH最適pH最高pH大腸桿菌枯草芽孢桿菌金黃色葡萄球菌黑曲霉一般放線菌一般酵母菌

1.55.03.06.0—8.06.0—7.57.0—7.55.0—6.07.0—8.05.0—6.09.0108.0

一些微生物生長的pH值范圍當(dāng)前第44頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)微生物 pH值 最低最適最高Thiobacillusthiooxidans氧化硫硫桿菌

0.5 2.0~3.5 6.0Lactobacillusacidophilus嗜酸乳桿菌

4.0~4.65.8~6.6 6.8Rhizobiumjaponicum大豆根瘤菌

4.2 6.8~7.0 11.0Azotobacterchroococcum圓褐固氮

4.5 7.4~7.6 9.0Nitrosomonassp.硝化單胞菌

7.0 7.8~8.6 9.4Acetobacteraceti醋化醋桿菌

4.0~4.55.4~6.3 7.0~8.0Staphylococcusaureus

金黃葡球菌

4.27.0~7.5 9.3Chlorobiumlimicola泥生綠菌

6.0 6.8 7.0Thurmusaquaticus水生棲熱菌

6.07.5~7.8 9.5Aspergillusniger黑曲霉

1.55.0~6.0 9.0一般放線菌 5.0 7.0~8.0 10.0一般酵母菌 3.05.0~6.08.0不同微生物的生長pH值范圍當(dāng)前第45頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)微生物細(xì)胞內(nèi)的pH值雖然微生物生活的環(huán)境pH值范圍較寬，但是其細(xì)胞內(nèi)的pH值卻相當(dāng)穩(wěn)定，一般都接近中性。這種維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定中性pH值的特性能夠保持細(xì)胞內(nèi)各種生物活性分子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和細(xì)胞內(nèi)酶所需要的最適pH值。微生物胞內(nèi)酶的最適pH值一般為中性，胞外酶的最適pH值接近環(huán)境pH值。當(dāng)前第46頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)

酸堿添加劑的抑菌機(jī)理酸類物質(zhì)：無機(jī)酸：與H+濃度成正比的高氫離子濃度，可引起菌體表面蛋白的變性和核酸的水解，并破壞酶類的活性有機(jī)酸：與不電離的部分成正比，故有時(shí)有機(jī)酸的抑菌效果>無機(jī)酸。作為食品防腐劑的有機(jī)酸如苯甲酸和水楊酸可與微生物細(xì)胞中的成分發(fā)生氧化作用，從而抑制微生物的生長。堿類物質(zhì)：強(qiáng)堿可引起蛋白質(zhì)、核酸大分子變性、水解，以殺死或抑制微生物。食品工業(yè)中常用石灰水、NaOH、Na2CO3等作為機(jī)器、工具以及冷藏庫的消毒劑。當(dāng)前第47頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)溫度是影響微生物生長的最重要因素之一。溫度對微生物的影響具體表現(xiàn)在：影響酶活性，溫度變化影響酶促反應(yīng)速率，最終影響細(xì)胞合成。影響細(xì)胞膜的流動性，溫度高，流動性大，有利于物質(zhì)的運(yùn)輸，溫度低，流動性降低，不利于物質(zhì)運(yùn)輸，因此，溫度變化影響營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與代謝產(chǎn)物的分泌。影響物質(zhì)的溶解度，對生長有影響。3.溫度當(dāng)前第48頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)從微生物整體來看:生長的溫度范圍一般在-10℃~100℃極端下限為-30℃，極端上限為105~300℃但對于特定的某一種微生物：只能在一定溫度范圍內(nèi)生長，在這個(gè)范圍內(nèi)，每種微生物都有自己的生長溫度三基點(diǎn)，即最低、最適、最高生長溫度。處于最適生長溫度時(shí)，生長速度最快，代時(shí)最短。超過最低生長溫度時(shí)，微生物不生長，溫度過低，甚至?xí)劳?。超過最高生長溫度時(shí)，微生物不生長，溫度過高，甚至?xí)劳觥Ｎ⑸锷L的三個(gè)溫度基點(diǎn)當(dāng)前第49頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)根據(jù)微生物的最適生長溫度的不同，可將微生物劃為三個(gè)類型：微生物生長溫度類型嗜冷微生物嗜溫微生物嗜熱微生物當(dāng)前第50頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)低溫型微生物:最適生長溫度在5~20℃,主要分布在地球的兩極、冷泉、深海、冷凍場所及冷藏食品中。例：假單孢菌中的某些嗜冷菌在低溫下生長，常引起冷藏食品的腐敗。嗜冷微生物在低溫下生長的機(jī)理，目前還不清楚，據(jù)推測有兩種原因：①它們體內(nèi)的酶能在低溫下有效地催化，在高溫下酶活喪失②細(xì)胞膜中的不飽和脂肪酸含量高，低溫下也能保持半流動狀態(tài)，可以進(jìn)行物質(zhì)的傳遞。當(dāng)前第51頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)中溫型微生物：最適生長溫度為20℃~40℃，大多數(shù)微生物屬于此類。室溫型主要為腐生或植物寄生，在植物或土壤中。體溫型主要為寄生，在人和動物體內(nèi)。高溫型微生物：最適生長溫度為50℃~60℃,主要分布在溫泉、堆肥和土壤中。在高溫下能生長的原因：①酶蛋以及核糖體有較強(qiáng)的抗熱性②核酸具有較高的熱穩(wěn)定性（核酸中G+C含量高（tRNA），可提供形成氫鍵，增加熱穩(wěn)定性）。③細(xì)胞膜中飽和脂肪酸含量高，較高溫度下能維持正常的液晶狀態(tài)。當(dāng)前第52頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)高溫微生物的特點(diǎn):生長速度快，合成大分子迅速，可及時(shí)修復(fù)高溫對其造成的分子損傷。耐高溫菌具應(yīng)用優(yōu)勢：在減少能源消耗、減少染菌、縮短發(fā)酵周期等方面具重要意義。當(dāng)前第53頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)(1）氧在體內(nèi)易轉(zhuǎn)變?yōu)槌蹶庪x子自由基：a.形成：為非酶促方式：

O2+eO2·b.特點(diǎn)：▲既有分子性質(zhì)，又有離子性質(zhì)；

▲反應(yīng)力極強(qiáng)，性質(zhì)極不穩(wěn)定；

▲可破壞膜和重要生物大分子，亦可產(chǎn)生其它毒性的活性氧化物。與細(xì)菌生長有關(guān)的氣體是氧氣和二氧化碳3.氣體當(dāng)前第54頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)（2）O2驅(qū)除機(jī)制：

1、SOD（超氧化物歧化酶）的作用；

2、過氧化氫酶的作用—好氧菌；

過氧化物酶的作用—耐氧菌；

O2·+2H+H2O2

H2O+（1/2O2）

12理化因素的影響—氧當(dāng)前第55頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)微生物對氧的需要和耐受力在不同的類群中變化很大，根據(jù)微生物與氧的關(guān)系,可把它們分為幾種類群:專性需氧菌:好氧菌

微需氧菌：兼性厭氧菌耐氧厭氧菌：

厭氧菌

專性厭氧菌：當(dāng)前第56頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)專性好氧菌（strictaerobe）必須在有分子氧的條件下才能生長，有完整的呼吸鏈，以分子氧作為最終氫受體，細(xì)胞含有超氧物歧化酶（SOD，superoxidedismutase）和過氧化氫酶。在有氧或無氧條件下均能生長，但有氧情況下生長得更好，在有氧時(shí)靠呼吸產(chǎn)能，無氧時(shí)接發(fā)酵或無氧呼吸產(chǎn)能；細(xì)胞含有SOD和過氧化氫酶。微好氧菌（microaerophilicbacteria）只能較低的氧分壓下才能正常生長，通過呼吸鏈并以氧為最終氫受體而產(chǎn)能，兼性好氧菌（facultativeaerobe）當(dāng)前第57頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)耐氧菌（aerotolerantanaerobe）可在分子氧存在下進(jìn)行厭氧生活的厭氧菌。生活不需要氧，分子氧也對它無毒害。不具有呼吸鏈，依靠專性發(fā)酵獲得能量。細(xì)胞內(nèi)存在SOD和過氧化物酶，但缺乏過氧化氫酶。專性厭氧菌（anaerobe）分子氧對它有毒害，短期接觸空氣，也會抑制其生長甚至致死；在空氣或含有10%CO2的空氣中，在固體培養(yǎng)基表面上不能生長，只有在其深層的無氧或低氧化還原電勢的環(huán)境下才能生長；生命活動所需能量通過發(fā)酵、無氧呼吸、循環(huán)光合磷酸化或甲烷發(fā)酵提供；細(xì)胞內(nèi)缺乏SOD和細(xì)胞色素氧化酶，大多數(shù)還缺乏過氧化氫酶。當(dāng)前第58頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)在培養(yǎng)不同類型的微生物時(shí)，要采用相應(yīng)的措施保證不同微生物的生長。培養(yǎng)好氧微生物：需震蕩或通氣，保證充足的氧氣。培養(yǎng)專性厭氧微生物：需排除環(huán)境中的氧氣，同時(shí)在培養(yǎng)基中添加還原劑，降低培養(yǎng)基中的氧化還原電位勢。培養(yǎng)兼性厭氧或耐氧微生物：可深層靜止培養(yǎng)。當(dāng)前第59頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)☆無分支單細(xì)胞微生物主要包括細(xì)菌和酵母菌，其群體生長是以群體中細(xì)胞數(shù)量的增加來表示的。細(xì)菌以簡單的二分裂法繁殖?！钣梢粋€(gè)細(xì)胞分裂成為兩個(gè)細(xì)胞的時(shí)間間隔稱為世代，一個(gè)世代所需的時(shí)間就是代時(shí)（Ｇenerationtime,G)?！钣覉D表示的是一個(gè)細(xì)胞經(jīng)過若干代分裂后的情況。右圖可見，每經(jīng)過一個(gè)代時(shí)，細(xì)胞數(shù)目就增加一倍，呈指數(shù)增加，因而被稱為指數(shù)生長，這就是單細(xì)胞群體生長的特征。二、細(xì)菌生長繁殖當(dāng)前第60頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)★指數(shù)生長可以用下式表示：

b=B×2nB,b和t可由試驗(yàn)獲得，n可通過上式計(jì)算得出，將等式兩側(cè)取對數(shù)重排后得：

lgb=lgB+nlg2lgb-lgBlgb-lgB

lg20.301式中：B為起始時(shí)細(xì)胞數(shù)目，

b為指數(shù)生長某個(gè)時(shí)刻t時(shí)的細(xì)胞數(shù)目，

n為世代數(shù)n==指數(shù)生長當(dāng)前第61頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)★代時(shí)能夠反應(yīng)細(xì)菌的生長速率，代時(shí)短，生長速率快，代時(shí)長，生長速率慢。在很多微生物學(xué)研究中常常要了解微生物的代時(shí)。★代時(shí)在不同種微生物中的變化很大，多數(shù)微生物的代時(shí)為1~3h,然而有些快速生長的微生物的代時(shí)還不到10min,而另一些微生物的代時(shí)卻可長達(dá)幾小時(shí)或幾天；另外，同一種微生物，在不同的生長條件下其代時(shí)的長短也不同；但是，在一定條件下，每一種微生物的代時(shí)是恒定的，因此它是微生物菌種的一個(gè)重要特征。當(dāng)前第62頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)一些細(xì)菌的代時(shí)菌名 培養(yǎng)基 培養(yǎng)溫度 代時(shí)E.coli（大腸桿菌） 肉湯 37℃ 17minE.coli 牛奶 37 12.5 Enterobacteraerogenes（產(chǎn)氣腸細(xì)菌） 肉湯或牛奶37 16~18 E.aerogenes 組合 37 29~44B. Cereus（蠟狀芽孢桿菌） 肉湯 30 18B.thermophilus（嗜熱芽孢桿菌） 肉湯 55 18.3Lactobacillusacidophilus（嗜酸乳桿菌） 牛奶 37 66~87Streptococcuslactis（乳酸鏈球菌） 牛奶 37 26S.lactis 乳糖肉湯 37 48Salmonellatyphi（傷寒沙門氏菌） 肉湯 37 23.5Azotobacterchroococcum（褐球固氮菌） 葡萄糖 25 344~46 Mycobacteriumtuberculosis（結(jié)核分枝桿菌）組合 37 792~93 Nitrobacteragilis（活躍硝化桿菌） 組合 27 1200當(dāng)前第63頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)不同溫度下的代時(shí)

E.Coli在不同溫度下的代時(shí)溫度（℃） 代時(shí)（分） 溫度（℃） 代時(shí)（分）10 860 35 2215 120 37 1720 90 40 17.525 40 45 2030 29 47.5 77當(dāng)前第64頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)☆以細(xì)菌為例介紹無分支單細(xì)胞微生物群體生長規(guī)律。☆生長曲線代表了細(xì)菌在新的環(huán)境中從開始生長、分裂直至死亡的整個(gè)動態(tài)變化過程?！蠲糠N細(xì)菌都有各自的典型生長曲線，但它們的生長過程卻有著共同的規(guī)律性。一般可以將生長曲線劃分為四個(gè)時(shí)期。當(dāng)前第65頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)生長曲線(GrowthCurve)：細(xì)菌接種到定量的液體培養(yǎng)基中，定時(shí)取樣測定細(xì)胞數(shù)量，以培養(yǎng)時(shí)間為橫座標(biāo)，以菌數(shù)為縱座標(biāo)作圖，得到的一條反映細(xì)菌在整個(gè)培養(yǎng)期間菌數(shù)變化規(guī)律的曲線。當(dāng)前第66頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)細(xì)菌的生長曲線一般用菌數(shù)的對數(shù)為縱坐標(biāo)作圖當(dāng)前第67頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)一條典型的生長曲線至少可以分為遲緩期，對數(shù)期，穩(wěn)定期和衰亡期等四個(gè)生長時(shí)期1、2為遲緩期；3、4為對數(shù)生長期；5.為穩(wěn)定期；6.為衰亡期當(dāng)前第68頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)典型的生長曲線

（Growthcurve）遲緩期對數(shù)期穩(wěn)定期衰亡期時(shí)期的劃分：按照生長速率常數(shù)（growthraceconstant）不同當(dāng)前第69頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)遲緩期(Lagphase)將少量菌種接入新鮮培養(yǎng)基后，在開始一段時(shí)間內(nèi)菌數(shù)不立即增加，或增加很少，生長速度接近于零，是細(xì)菌進(jìn)入新環(huán)境的適應(yīng)階段，稱為遲緩期，也稱延遲期、適應(yīng)期。當(dāng)前第70頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)遲緩期的特點(diǎn)：分裂遲緩、代謝活躍細(xì)胞形態(tài)變大或增長，例如巨大芽孢桿菌，在遲緩期末，細(xì)胞的平均長度比剛接種時(shí)長6倍。一般來說處于遲緩期的細(xì)菌細(xì)胞體積最大細(xì)胞內(nèi)RNA，尤其是rRNA含量增高，合成代謝活躍，核糖體、酶類和ATP的合成加快，易產(chǎn)生誘導(dǎo)酶。對外界不良條件反應(yīng)敏感。細(xì)胞處于活躍生長中，只是分裂遲緩在此階段后期，少數(shù)細(xì)胞開始分裂，曲線略有上升。當(dāng)前第71頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)遲緩期出現(xiàn)的原因：微生物接種到一個(gè)新的環(huán)境，暫時(shí)缺乏分解和催化有關(guān)底物的酶，或是缺乏充足的中間代謝產(chǎn)物等。為產(chǎn)生誘導(dǎo)酶或合成中間代謝產(chǎn)物，就需要一段適應(yīng)期。調(diào)整代謝遲緩期的長短與菌種的遺傳性、菌齡以及移種前后所處的環(huán)境條件等因素有關(guān)，短的只需要幾分鐘，長的需數(shù)小時(shí)。當(dāng)前第72頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)對數(shù)生長期(Logphase)又稱指數(shù)生長期(Exponentialphase)以最大的速率生長和分裂，細(xì)菌數(shù)量呈對數(shù)增加，細(xì)菌內(nèi)各成分按比例有規(guī)律地增加，表現(xiàn)為平衡生長。對數(shù)生長期的細(xì)菌個(gè)體形態(tài)、化學(xué)組成和生理特性等均較一致，代謝旺盛、生長迅速、代時(shí)穩(wěn)定，所以是研究微生物基本代謝和藥物敏感試驗(yàn)的良好材料。當(dāng)前第73頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)現(xiàn)象：細(xì)胞數(shù)目以幾何級數(shù)增加，其對數(shù)與時(shí)間呈直線關(guān)系。

特點(diǎn)：

①生長速率常數(shù)最大，即代時(shí)最短，代謝最旺盛;②速度易受溫度影響；③細(xì)胞對理化因素較敏感；④細(xì)胞進(jìn)行平衡生長，菌體大小、形態(tài)、生理特征等比較一致。影響因素：菌種營養(yǎng)成分營養(yǎng)物濃度培養(yǎng)溫度當(dāng)前第74頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)穩(wěn)定期(Stationaryphase)由于營養(yǎng)物質(zhì)消耗，代謝產(chǎn)物積累和pH等環(huán)境變化，逐步不適宜于細(xì)菌生長，導(dǎo)致生長速率降低直至零(即細(xì)菌分裂增加的數(shù)量等于細(xì)菌死亡數(shù))。穩(wěn)定期又稱對數(shù)生長后期、恒定期或最高生長期，此時(shí)培養(yǎng)液中活細(xì)菌數(shù)最高并維持穩(wěn)定。細(xì)胞重要的分化調(diào)節(jié)階段；儲存糖原等細(xì)胞質(zhì)內(nèi)含物，芽孢桿菌在此階段形成芽孢或建立自然感受態(tài)等。也是發(fā)酵過程積累代謝產(chǎn)物的重要階段，某些放線菌抗生素的大量形成也在此時(shí)期。生產(chǎn)上常通過補(bǔ)充營養(yǎng)物質(zhì)（補(bǔ)料）或取走代謝產(chǎn)物、調(diào)節(jié)pH、調(diào)節(jié)溫度、對好氧菌增加通氣、攪拌或振蕩等措施延長穩(wěn)定生長期，以獲得更多的菌體物質(zhì)或積累更多的代謝產(chǎn)物。當(dāng)前第75頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)衰亡期(Decline或Deathphase)營養(yǎng)物質(zhì)耗盡和有毒代謝產(chǎn)物的大量積累，細(xì)菌死亡速率超過新生速率，整個(gè)群體呈現(xiàn)出負(fù)增長。該時(shí)期死亡的細(xì)菌以對數(shù)方式增加，但在衰亡期的后期，由于部分細(xì)菌產(chǎn)生抗性也會使細(xì)菌死亡的速率降低，仍有部分活菌存在。細(xì)菌代謝活性降低，細(xì)菌衰老并出現(xiàn)自溶，產(chǎn)生或釋放出一些產(chǎn)物，如氨基酸、轉(zhuǎn)化酶、外肽酶或抗生素等。細(xì)胞呈現(xiàn)多種形態(tài)，有時(shí)產(chǎn)生畸形，細(xì)胞大小懸殊，有些革蘭氏染色反應(yīng)陽性菌變成陰性反應(yīng)等。當(dāng)前第76頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)絲狀微生物的群體生長絲狀微生物的純培養(yǎng)采用孢子接種，在液體培養(yǎng)基中震蕩培養(yǎng)或深層通氣加攪拌培養(yǎng)，菌絲體通過斷裂繁殖不形成產(chǎn)孢結(jié)構(gòu)?？梢杂镁z干重作為衡量生長的指標(biāo)，即以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以菌絲干重為縱坐標(biāo)，繪制生長曲線。可分為三個(gè)階段：1、生長停滯期2、迅速生長期3、衰退期當(dāng)前第77頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)1、生長停滯期:造成生長停滯的原因一是孢子萌發(fā)前真正的停滯狀態(tài)，另一種是生長已經(jīng)開始，但還無法測定。2、迅速生長期:菌絲體干重迅速增加，其立方根與時(shí)間呈直線關(guān)系，菌絲干重不以幾何級數(shù)增加，沒有對數(shù)生長期。生長主要表現(xiàn)在菌絲尖端的伸長和出現(xiàn)分支、斷裂等，此時(shí)期的菌體呼吸強(qiáng)度達(dá)到高峰，有的開始積累代謝產(chǎn)物。3、衰退期:菌絲體干重下降，到一定時(shí)期不再變化。大多數(shù)次級代謝產(chǎn)物在此期合成，大多數(shù)細(xì)胞都出現(xiàn)大的空泡。有些菌絲體還會發(fā)生自溶菌絲體，這與菌種和培養(yǎng)條件有關(guān)。絲狀微生物的群體生長當(dāng)前第78頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)三、細(xì)菌的新陳代謝分解代謝合成代謝復(fù)雜分子（有機(jī)物）簡單分子+ATP+[H]分解代謝酶系合成代謝酶系當(dāng)前第79頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)（一）細(xì)菌的能量代謝發(fā)酵有機(jī)物為受氫體呼吸無機(jī)物為受氫體需氧呼吸厭氧呼吸合成能量廢棄物營養(yǎng)物質(zhì)能源分解能量與代謝關(guān)系當(dāng)前第80頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)1.發(fā)酵與呼吸細(xì)菌生物氧化的類型分為呼吸與發(fā)酵。在生物化過程中，細(xì)菌的營養(yǎng)物（如糖）經(jīng)脫氫酶作用所脫下的氫，需經(jīng)過一系列中間遞氫體（如輔酶I、輔酶II、黃素蛋白等）的傳遞轉(zhuǎn)運(yùn)，最后將氫交給受氫體。以無機(jī)物為受氫體的生物氧化過程，稱為呼吸。其中以分子氧為受氫體的稱需氧呼吸；而以無機(jī)化合物（如硝酸鹽、硫酸鹽）為受氫體的稱厭氧呼吸。生物氧化中以各種有機(jī)物為受氫體的稱為發(fā)酵。大多數(shù)病原菌只進(jìn)行需氧呼吸或發(fā)酵。

當(dāng)前第81頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)2.需氧呼吸（Resperitory）

細(xì)菌的呼吸鏈位于細(xì)胞膜上，需氧呼吸伴有氧化磷酸化作用，產(chǎn)生大量能量并以高能磷酸鍵形式貯存于ATP中。1分子葡萄糖經(jīng)三羧酸循環(huán)完全氧化后，可產(chǎn)生38個(gè)分子ATP以供細(xì)菌合成代謝和生長繁殖之用。當(dāng)前第82頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)3.發(fā)酵（Fermentation）

酶系統(tǒng)不完善的細(xì)菌，生物氧化過程不徹底，對基質(zhì)分解不徹底，所產(chǎn)生的能量很低。通過無氧發(fā)酵，1分子葡萄糖只能產(chǎn)生2分子ATP，僅為需氧呼吸所產(chǎn)生能量的1/19。專性厭氧菌和兼性厭氧菌都能通過發(fā)酵獲取能量。當(dāng)前第83頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)4.細(xì)菌的呼吸類型根據(jù)細(xì)菌對氧的需要不同，主要分為四類：（1）專性需氧菌（Obligateaerobe）：如結(jié)核桿菌；（2）專性厭氧菌(Obligateanaerobe)：如破傷風(fēng)桿菌；（3）兼性厭氧菌(Facultativeanaerobe)在有氧或無氧或無氧環(huán)境中均能生長，但以有氧時(shí)生長較好，大多數(shù)病原菌屬此類；（4）微需氧菌(Microaerophilicbacteria)：如空腸彎曲菌，宜在低氧壓下生長，氧壓增高對其有抑制作用。一般細(xì)菌在代謝中需少量的CO2，以提供細(xì)菌合成核酸中的嘌呤、嘧啶等。（5）耐氧厭氧菌當(dāng)前第84頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)（二）細(xì)菌的代謝產(chǎn)物分解代謝產(chǎn)物：營養(yǎng)物質(zhì)分解和轉(zhuǎn)化為能量的過程。合成代謝產(chǎn)物：所產(chǎn)生的能量用于細(xì)胞組分的合成。當(dāng)前第85頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)1.分解性代謝產(chǎn)物及其檢查方法細(xì)菌對糖、蛋白質(zhì)的分解能力的不同，因而代謝產(chǎn)物各異；據(jù)此利用生物化學(xué)方法鑒別不同細(xì)菌的各種代謝產(chǎn)物的試驗(yàn)稱為細(xì)菌的生化反應(yīng)。當(dāng)前第86頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)（1）糖發(fā)酵試驗(yàn)（2）吲哚試驗(yàn)（3）甲基紅試驗(yàn)（4）VP試驗(yàn)（5）枸櫞酸鹽利用試驗(yàn)（6）硫化氫試驗(yàn)（7）尿素酶試驗(yàn)當(dāng)前第87頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)當(dāng)前第88頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)當(dāng)前第89頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)糖分解試驗(yàn)大腸桿菌對照傷寒桿菌乳糖GLU乳糖GLU當(dāng)前第90頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)對糖的分解

乳糖

葡萄糖大腸桿菌產(chǎn)酸又產(chǎn)氣產(chǎn)酸又產(chǎn)氣傷寒桿菌無反應(yīng)產(chǎn)酸提問:意義?當(dāng)前第91頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)（2）吲哚試驗(yàn)當(dāng)前第92頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)（3）甲基紅試驗(yàn)陽性陰性對照當(dāng)前第93頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)（4）VP試驗(yàn)陰性陽性當(dāng)前第94頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)（5）枸櫞酸鹽利用試驗(yàn)當(dāng)前第95頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)（6）硫化氫試驗(yàn)當(dāng)前第96頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)（7）尿素酶試驗(yàn)有些細(xì)菌能產(chǎn)生尿素酶，將尿素分解、產(chǎn)生2個(gè)分子的氨，使培養(yǎng)基變?yōu)閴A性，酚紅呈粉紅色。對照陽性陰性當(dāng)前第97頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)

吲哚試驗(yàn)、甲基紅試驗(yàn)、VP試驗(yàn)、枸櫞酸鹽利用試驗(yàn)可縮寫為IMViC試驗(yàn)。例：大腸桿菌：++--產(chǎn)氣桿菌：--++當(dāng)前第98頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)2.合成代謝產(chǎn)物及其醫(yī)學(xué)意義熱原質(zhì)pyrogen毒素與侵襲性酶色素

pigment抗生素antibiotic細(xì)菌素

bacteriocin

維生素vitamin當(dāng)前第99頁\共有110頁\編于星期四\7點(diǎn)(1)與致病性有關(guān)的代謝產(chǎn)物a.熱原質(zhì)b.毒素c.侵襲性酶(2)