獸醫(yī)微生物學(xué)-細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖和生態(tài)

第一節(jié)細(xì)菌細(xì)胞的代謝過(guò)程第二節(jié)細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖第三節(jié)細(xì)菌的人工培養(yǎng)第四節(jié)細(xì)菌的生態(tài)第二章細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖和生態(tài)第一節(jié)細(xì)菌細(xì)胞的代謝過(guò)程細(xì)菌與真核生物新陳代謝的主要區(qū)別：

1、細(xì)菌生長(zhǎng)和繁殖速度快2、利用各種化合物作為能源的能力強(qiáng)3、營(yíng)養(yǎng)需求多種多樣4、可利用超常流水線(xiàn)合成大分子物質(zhì)5、細(xì)菌能產(chǎn)生特殊物質(zhì)如肽聚糖、磷壁酸、脂多糖等

物質(zhì)攝取生物合成聚合作用組裝細(xì)菌細(xì)胞的代謝過(guò)程細(xì)菌沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的攝食和排泄器官，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是通過(guò)半透性的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜進(jìn)行吸收的。細(xì)菌主要有4種吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方式，不同的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可沿不同的方式進(jìn)入：1、單純擴(kuò)散（simplediffusion）2、促進(jìn)擴(kuò)散（facilitateddiffusion）3、主動(dòng)運(yùn)輸（activetransport）4、基團(tuán)轉(zhuǎn)移（grouptranslocation）

一、物質(zhì)攝取1、單純擴(kuò)散（simplediffusion）1）也稱(chēng)被動(dòng)擴(kuò)散，是一種簡(jiǎn)單的細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)交換方式，只靠簡(jiǎn)單的分子運(yùn)動(dòng)進(jìn)行擴(kuò)散。2）某些氣體（O2、CO2）、水、乙醇、甘油等3）特點(diǎn)：無(wú)特異性，不需要載體，不需要耗能速度緩慢。細(xì)胞內(nèi)外溶質(zhì)濃度一旦達(dá)到平衡，擴(kuò)散便停止4）單純擴(kuò)散不是細(xì)菌獲得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要方式。物質(zhì)運(yùn)輸簡(jiǎn)單擴(kuò)散示意圖單純擴(kuò)散模式圖細(xì)胞膜外細(xì)胞膜內(nèi)細(xì)胞膜2、促進(jìn)擴(kuò)散（facilitateddiffusion）1）某些物質(zhì)如糖和氨基酸與某些位于細(xì)菌細(xì)胞膜上特異性載體蛋白相結(jié)合，而后將其轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)，并不使基質(zhì)發(fā)生任何變化，也不需要能量，這種吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方式稱(chēng)為促進(jìn)擴(kuò)散2）特點(diǎn)：嚴(yán)格的特異性，需要載體，不需要能量可逆與被動(dòng)擴(kuò)散相同，不會(huì)使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)逆濃度積累物質(zhì)運(yùn)輸促進(jìn)擴(kuò)散示意圖物質(zhì)運(yùn)輸促進(jìn)擴(kuò)散示意圖細(xì)胞外細(xì)胞膜細(xì)胞內(nèi)3．主動(dòng)運(yùn)輸（activetransport）

1）細(xì)菌吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要機(jī)制，在代謝能的推動(dòng)下，通過(guò)質(zhì)膜上的特殊載體蛋白逆濃度梯度吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過(guò)程稱(chēng)為主動(dòng)運(yùn)輸。2）特點(diǎn)：①需要載體蛋白，有嚴(yán)格特異性，要求供應(yīng)能量。②逆濃度梯度，胞內(nèi)基質(zhì)可高于胞外100~10000倍。③飽和效應(yīng)：如果膜外基質(zhì)濃度甚高，促足使載體飽和，輸送速度達(dá)到一定高度時(shí)就無(wú)法進(jìn)一步提高④吸收競(jìng)爭(zhēng)：某些性質(zhì)極為相似的化合物，如一種化合物過(guò)量,?？梢种茖?duì)另一種化合物的吸收；微生物主動(dòng)運(yùn)輸示意圖主動(dòng)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微生物主動(dòng)運(yùn)輸示意圖4．基團(tuán)轉(zhuǎn)位（grouptranslocation）

1）上述各種物質(zhì)輸送過(guò)程中，輸送到細(xì)胞內(nèi)的基質(zhì)都未發(fā)生任何化學(xué)變化。2）基團(tuán)轉(zhuǎn)位：物質(zhì)在運(yùn)輸?shù)耐瑫r(shí)受到化學(xué)修飾，需要特異性載體蛋白參與，需要能量。3）主要存在于厭氧細(xì)菌和兼性厭氧細(xì)菌中，用于糖以及脂肪酸、核苷、堿基等物質(zhì)的運(yùn)輸，是由磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)介導(dǎo)的一種反應(yīng)。4）與主動(dòng)運(yùn)輸相似，可逆濃度運(yùn)輸，要求能量，酶介導(dǎo)?；鶊F(tuán)轉(zhuǎn)位運(yùn)輸葡萄糖示意圖甘露醇5、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，如：血清中的轉(zhuǎn)鐵蛋白及乳中的乳鐵蛋白。細(xì)菌通過(guò)分泌載鐵體攝取與蛋白結(jié)合的Fe3+，形成含鐵螯合物，通過(guò)特異的主動(dòng)輸送，進(jìn)入菌體細(xì)胞。細(xì)菌攝取營(yíng)養(yǎng)，基本通過(guò)上述幾種方式進(jìn)行，但不同種類(lèi)的細(xì)菌對(duì)同一物質(zhì)可通過(guò)不同的方式運(yùn)輸。例如，大腸桿菌主要利用促進(jìn)擴(kuò)散輸送乳糖，而金黃色葡萄球菌則主要利用基團(tuán)傳為方式輸送。二、生物合成1、作為鑒別細(xì)菌的主要措施不同種類(lèi)的細(xì)菌對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需要不同，又有其不同的合成途徑，產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物也有差異，可以鑒別細(xì)菌。實(shí)驗(yàn)課細(xì)菌有鑒別意義的代謝產(chǎn)物及其檢查方法常用的生化試驗(yàn)有（書(shū)30頁(yè)）

1）糖發(fā)酵試驗(yàn)、2）氧化酶試驗(yàn)、3）觸酶試驗(yàn)、4）氧化發(fā)酵(O/F)試驗(yàn)、5）VP試驗(yàn)、6）甲基紅(MR)試驗(yàn)、7）吲哚試驗(yàn)、8）枸櫞酸鹽利用試驗(yàn)等。

可采用微量法或常量法?，F(xiàn)有商品化的微量生化試驗(yàn)試劑盒。細(xì)菌的生化試驗(yàn)主要用途是鑒別細(xì)菌對(duì)革蘭氏染色反應(yīng)和菌體及菌落形態(tài)相同或相似的細(xì)菌尤為重要其中吲哚試驗(yàn)（I）、甲基紅(M)試驗(yàn)、VP（Vi）試驗(yàn)、枸櫞酸鹽利用（C）試驗(yàn)四種試驗(yàn)常用于鑒定腸道桿菌，合稱(chēng)IMViC試驗(yàn)。2、細(xì)菌生物合成環(huán)節(jié)可被藥物影響極少數(shù)細(xì)菌生物合成可被藥物影響，如磺胺類(lèi)藥物干擾細(xì)菌所需葉酸的生物合成轉(zhuǎn)錄翻譯DNAmRNA蛋白質(zhì)三、聚合作用DNA復(fù)制半保留復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯四、組裝自我組裝（self-assembly）: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。指導(dǎo)組裝（guidedassembly）:細(xì)菌表面膜結(jié)構(gòu)則只能依賴(lài)指導(dǎo)組裝來(lái)完成，過(guò)程上不完全清楚第二節(jié)細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖(Growthandreproductionofbacteria)一、細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖條件1、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：水、碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽、生長(zhǎng)因子。生長(zhǎng)因子——許多細(xì)菌在其生長(zhǎng)過(guò)程中還必需一些自身不能合成化合物，稱(chēng)為生長(zhǎng)因子。有維持細(xì)菌正常發(fā)育和促進(jìn)生長(zhǎng)的功能，極其微量就能顯示其影響足夠份量可使某些細(xì)菌生長(zhǎng)加快數(shù)百倍。包括：維生素類(lèi)（特別是B族維生素）和一些有機(jī)酸、嘌呤、嘧啶等，如硫胺素、核黃素、生物素、泛酸、葉酸等。生長(zhǎng)因子多為輔基或輔酶的主要成分對(duì)細(xì)菌的生命活動(dòng)至關(guān)重要。生長(zhǎng)因子一般可由酵母浸膏、血液、血清或腹水等提供。各種細(xì)菌對(duì)生長(zhǎng)因子的需要情況有所不同。某些微生物能合成和積累生長(zhǎng)因子的特性，已被用于人類(lèi)生產(chǎn)和醫(yī)藥、食品、飼料等2、酸堿度：多數(shù)病原菌最適PH為中性或弱堿性（pH7.2～7.6）。3、溫度：病原菌均為嗜溫菌，最適溫度為人體的體溫，即37℃，故實(shí)驗(yàn)室一般采用37℃培養(yǎng)細(xì)菌。4、氣體：與細(xì)菌生長(zhǎng)有關(guān)的氣體，主要是氧和CO2。

1）根據(jù)細(xì)菌代謝時(shí)對(duì)氧的需要情況，可將其分為三類(lèi)：①專(zhuān)性需氧菌：這些細(xì)菌僅能在有氧條件下生長(zhǎng)；如結(jié)核桿菌，霍亂弧菌②專(zhuān)性厭氧菌：這些細(xì)菌只能在無(wú)氧環(huán)境下生長(zhǎng)；如破傷風(fēng)桿菌，魏氏梭菌③兼性厭氧菌：在有氧及無(wú)氧的條件下均能生存，有氧條件比無(wú)氧環(huán)境生長(zhǎng)更好，大多數(shù)病原菌屬此。2）一般細(xì)菌代謝中都需CO2，但大多數(shù)細(xì)菌自身代謝所產(chǎn)生的CO2即可滿(mǎn)足需要。有些細(xì)菌，在初次分離時(shí)需要較高濃度的CO2，否則生長(zhǎng)很差甚至不能生長(zhǎng)。布氏桿菌在初次分離時(shí)，要有5～10%CO2才能生長(zhǎng)。炭疽桿菌在人工培養(yǎng)時(shí)，往往環(huán)境中有較高濃度的CO2，方能形成夾膜。二、細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖方式和速度細(xì)菌細(xì)胞的生長(zhǎng)繁殖，體現(xiàn)在個(gè)體和群體兩方面。1、細(xì)菌個(gè)體的生長(zhǎng)繁殖1)細(xì)菌個(gè)體的繁殖方式：細(xì)菌以二分裂法進(jìn)行無(wú)性繁殖。大腸桿菌菌體的分裂過(guò)程涉及30多個(gè)基因的調(diào)控。2)細(xì)菌個(gè)體的繁殖速度：

一個(gè)菌體分裂為兩個(gè)菌體所需的時(shí)間稱(chēng)為世代時(shí)間。多數(shù)20~30min分裂一代。少數(shù)細(xì)菌繁殖較慢，如分支桿菌需18-24h才分裂一次2、細(xì)菌群體的生長(zhǎng)繁殖——生長(zhǎng)曲線(xiàn)

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)，可繪制出一條曲線(xiàn)，稱(chēng)為“細(xì)菌生長(zhǎng)曲線(xiàn)”。遲緩期指數(shù)期衰亡期穩(wěn)定期曲線(xiàn)顯示了細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖的4個(gè)期1、遲緩期（lagphase）

是細(xì)菌初到新環(huán)境的適應(yīng)期。特點(diǎn)此時(shí)菌體增大、代謝活躍、合成所需酶系統(tǒng)。RNA含量明顯增多，DNA無(wú)變化，此時(shí)細(xì)菌數(shù)并不增加約l~4h。2、對(duì)數(shù)期（logarithmicphase）

細(xì)菌迅速分裂繁殖，活菌數(shù)以幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，生長(zhǎng)曲線(xiàn)近斜線(xiàn)。特點(diǎn)：該期病原菌致病力最強(qiáng)形態(tài)染色及生理均較典型對(duì)抗菌藥物敏感。大腸桿菌的對(duì)數(shù)期可持續(xù)6~10h3、穩(wěn)定期（stationaryphase）此時(shí)因營(yíng)養(yǎng)消耗、代謝產(chǎn)物蓄積等，細(xì)菌繁殖速度下降，死亡數(shù)逐步上升，新繁殖的活菌與死菌平衡，活菌數(shù)最多。特點(diǎn)：細(xì)菌形態(tài)及生理性狀常有改變，染色不特異，芽孢開(kāi)始形成。產(chǎn)生毒素等代謝產(chǎn)物。大腸桿菌的對(duì)數(shù)期可持續(xù)一般8h。

4、衰亡期

（declinephase）細(xì)菌死亡速度加大，繁殖速度變小。如不移植到新培養(yǎng)基，最終可全部死亡。特點(diǎn)：此期菌體變形或自溶，染色不典型。細(xì)菌的群體生長(zhǎng)繁殖可分為4個(gè)期遲緩期對(duì)數(shù)期穩(wěn)定期衰亡期細(xì)菌群體典型的生長(zhǎng)曲線(xiàn)生長(zhǎng)曲線(xiàn)只有在體外人工培養(yǎng)條件下才能觀察到一、培養(yǎng)細(xì)菌的條件提供充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)——細(xì)菌獲得生長(zhǎng)繁殖所需要的原料和能量尚要有適宜的環(huán)境條件，如酸堿度、滲透壓、溫度和必要的氣體等。第三節(jié)細(xì)菌的人工培養(yǎng)二、培養(yǎng)基（culturemedium）

1、培養(yǎng)基概念——是指由人工配制而成的，含有細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖所需營(yíng)養(yǎng)的基質(zhì)，培養(yǎng)基經(jīng)滅菌后才能使用。專(zhuān)供微生物培養(yǎng)、分離、鑒別、研究和保存菌種用的混合營(yíng)養(yǎng)物制品。2、配置培養(yǎng)基的基本原則

依據(jù)細(xì)菌物質(zhì)代謝要求和營(yíng)養(yǎng)需要，必須含有細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖所需要的碳源、氮源、礦物質(zhì)以及生長(zhǎng)環(huán)境條件，因此，在制作細(xì)菌培養(yǎng)基時(shí)，必須掌握如下原則和要求1、含各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)2、適當(dāng)?shù)乃?、酸堿度（pH7.2-7.6）4、不含有抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的物質(zhì)5、應(yīng)均質(zhì)透明、應(yīng)徹底滅菌6、對(duì)某些微生物必須提供一些特殊物質(zhì)

3、常用培養(yǎng)基的種類(lèi)

培養(yǎng)基可分為（1）按營(yíng)養(yǎng)組成差異基礎(chǔ)培養(yǎng)基、營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基；（2）按狀態(tài)差異固體、半固體及液體培養(yǎng)基；（3）按功能差異鑒別、選擇及厭氧培養(yǎng)基等。

普通培養(yǎng)基血液培養(yǎng)基

（1）按營(yíng)養(yǎng)組成的差異基礎(chǔ)培養(yǎng)基:基本營(yíng)養(yǎng)成分營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基:在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中添加一些其它營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如葡萄糖、血液、血清、生長(zhǎng)因子等（2）按狀態(tài)的差異固體培養(yǎng)基:1.5%~2%瓊脂，用于細(xì)菌分離純化。半固體培養(yǎng)基:0.5%瓊脂，作穿刺試驗(yàn)。液體培養(yǎng):擴(kuò)增純培養(yǎng)的菌體。細(xì)菌在固體培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)情況光滑型菌落粗糙型菌落粘液型菌落細(xì)菌在半固體培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)情況1：有動(dòng)力2：無(wú)動(dòng)力

細(xì)菌在液體培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)情況菌膜菌沉淀均勻渾濁對(duì)照（3）按功能的差異鑒別培養(yǎng)基:在培養(yǎng)基中加入特定底物，觀察細(xì)菌在其生長(zhǎng)后分解底物如何，從而鑒別細(xì)菌。選擇培養(yǎng)基:在培養(yǎng)基中加入某種化學(xué)物質(zhì)，使之抑制一類(lèi)細(xì)菌生長(zhǎng)，而有利于另一類(lèi)細(xì)菌生長(zhǎng)，從而將后者選擇出來(lái)。厭氧培養(yǎng)基:專(zhuān)供厭氧菌的分離、培養(yǎng)和鑒別用.將普通培養(yǎng)基放在無(wú)氧環(huán)境中培養(yǎng)，或者使培養(yǎng)基本身成為無(wú)氧的環(huán)境。麥康凱瓊脂培養(yǎng)基4、細(xì)菌的生長(zhǎng)情況

菌苔：幾個(gè)菌落連在一起成片生長(zhǎng)。不同的菌落、菌苔大小、形狀、光澤、顏色、硬度、透明度不同，這些特征可供鑒定參考。（1）2個(gè)概念菌落：微生物的單個(gè)個(gè)體或孢子在固體培養(yǎng)基上生長(zhǎng)繁殖后形成肉眼可見(jiàn)的集團(tuán)（2）細(xì)菌的培養(yǎng)特征固體培養(yǎng)基

液體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基細(xì)菌的培養(yǎng)性狀第四節(jié)細(xì)菌的生態(tài)（自學(xué)）一、微生物種群間的相互關(guān)系不同微生物種群間的相互關(guān)系可分為：互生、共生、拮抗及寄生。1、互生（Synergism）：兩種或多種以上微生物共同生活在一起，可互相受益?；ドp方在自然界均可單獨(dú)存在，共生時(shí)又可使對(duì)方收益?；ドp方可為對(duì)方提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生長(zhǎng)因子，生存條件。如動(dòng)物腸道正常菌群與宿主的關(guān)系。2、共生（Symbiosis）指兩種或多種微生物生活在一起，彼此互利，以至分離后單獨(dú)不能很好的生活，稱(chēng)之為共生。如反芻獸與其瘤胃中的微生物。3、拮抗（Antibiosis）兩種或兩種以上微生物共同生長(zhǎng)時(shí)，使雙方或一方受害的現(xiàn)象。如產(chǎn)生抗生素的微生物，則能夠抑制甚至殺死其它微生物。

4、寄生（Parasitism）：指一種小型生物生活在另一種大型生物的體內(nèi)或體表，從中獲取營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)繁殖并使后者蒙受傷害甚至被殺死的現(xiàn)象。二、動(dòng)物體的正常菌群1、體表上的微生物2、呼吸道中的微生物3、消化道中的微生物4、泌尿生殖道的微生物1、體表上的微生物動(dòng)物的皮膚和皮毛含有各種細(xì)菌、放線(xiàn)菌和霉菌：皮膚受到損傷時(shí)，這些微生物是化膿的主要因素?；疾?dòng)物的皮毛常帶有所患疾病的病原體。2、呼吸道中的微生物呼吸道的前部，尤其是鼻黏膜中的微生物較多。健康動(dòng)物的支氣管末梢和肺泡內(nèi)是無(wú)菌的，僅在發(fā)病時(shí)才可能分離到病原微生物，且主要是化膿性鏈球菌。3、消化道中的微生物胚胎期：消化道是無(wú)菌的；出生后數(shù)小時(shí)內(nèi)：出現(xiàn)微生物，構(gòu)成正常的菌群。消化道中微生物的分布，因部位不同而不同：①口腔內(nèi)含有很多的微生物，②食道中微生物較少，③胃腸道微生物的組成隨動(dòng)物種類(lèi)而異：非反芻類(lèi)動(dòng)物：由于胃酸的制，微生物含量及種類(lèi)都很少，反芻類(lèi)動(dòng)物：瘤胃