医学微生物 第 二 章 细菌的生理

细菌的生理活动包括摄取和合成营养物质，进行新陈代谢及生长繁殖。细 菌具有独立的生命活动能力，处于适宜的环境条件下，可从外界环境中摄 取营养物质，获得能量，具有代谢旺盛、繁殖迅速的特点。细菌代谢过程 中，可产生多种对人类的生活及医学实践有着重要意义的代谢产物。研究 细菌的生理活动对于了解细菌的新陈代谢以及新陈代谢与致病的关系、设 计寻找有关诊断和防治的方法具有重要的理论和实际意义。

第 二 章 细菌的生理

• 第一节 细菌的理化性质
  • 一、细菌的化学组成
    • 1. water：80% of the total weight
    • 2. 有机物： Bacterial chemical components
    • 3. 无机离子：钾、钠、铁、镁、钙等
    • 4. Special element：肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸 etc.
  • 二、细菌物理性状
    • 光学性质:半透明，需染色观察，比浊法
    • 带电现象:革兰阳性菌 pI 2~3 革兰阴性菌 pI 4~5
      • 中性环境带负电荷
    • 体表面积: 体积小、单位体积表面积大
    • 半透性:细胞壁、膜有半透性
    • 渗透压: 革兰阳性菌 20~25大气压 革兰阴性菌 5~6大气压
      • 细菌所处一般环境相对低渗
• 第二节 细菌的营养与生长繁殖
  • 一、菌的营养物质
  • 二、细菌摄取营养物质的机制
    • 1. 被动扩散
      • 靠浓度梯度驱动，营养物质从浓度高的向浓度低的一侧扩散。
      • 简单扩散：适合简单扩散的物质：脂溶性物质如苯、乙醇等；不带电荷小分子物质如水、尿素等。 不适合简单扩散的物质：带电荷物质
      • 易化扩散
        • 凡借助于载体蛋白的帮助，不消耗能量，将物质顺浓度梯度进行转运，这种方式称易化或帮助扩散。 注意：易化扩散可运输一些亲水性物质和无机离子等
    • 2. 自动转运系统
      • 逆浓度梯度运输，需要能量，依赖载体蛋白、酶，是细菌吸收营养的主要方式
      • I. ABC转运系统： ABC转运最早发现于细菌，但广泛存在于真核和原核生物中。腺苷三磷酸结合盒转运蛋白(ATP binding cassette transporter) 成员都有一个跨膜通道，两个高度保守的ATP结合区(ATP binding cassette)，故名ABC。（特异性结合蛋白+营养物质）
      • II. 离子偶联转运：膜内外两侧质子、离子浓度差产生的质子动力或钠动力作为驱使营养物质跨膜转移的能量。
      • III. 基团转移 ： 运输过程中需要能量，被运输的物质发生化学变化的转运叫基团转移。许多糖就是靠基团转移进行运输。
      • IV. 特异性转运
  • 三、细菌的营养类型
    • 1. 自养菌
      • 简单无机物CO2 、N2为原料, 氧化或光合作用获得能量,合成菌体成分
    • 2. 异养菌
      • 蛋白、糖等有机物为营养,获取能量,合成菌体成分。
        • 从宿主体内获取营养-寄生菌,致病菌
        • 动植物尸体腐败食物为营养-腐生菌
  • 四、影响细菌生长的因素
    • 1. 营养物质 Nutrients（水C/N/盐etc）
    • 2. pH
      • The majority of organisms live in habitats between pH 6 and 8 because strong acids and bases(碱) can be highly damaging to enzymes and other cellular substances. 最适pH 7.2-7.6 结核杆菌: pH 6.5~6.8 霍乱弧菌 : pH 8.4~9
    • 3. Temperature
      • 嗜冷菌 (10-20℃) 嗜温菌（20-40℃） 嗜热菌（50-60℃）
    • 4. 气体环境 Aeration:
      • I. 专性需氧 ：完善的呼吸酶系统,分子氧为受氢体完成呼吸,结核杆菌,霍乱弧菌
      • II. 微需氧： 含氧5-6%生长好,如幽门螺杆菌
      • III. 兼性厌氧 ：都能生长,有氧更好,致病菌
      • IV. 专性厌氧菌： 有氧环境产生超氧阴离子和H2O2。缺乏过氧化氢酶,过氧化物酶,呼吸酶。初次培养加入CO2,促进细菌繁殖
    • 5. 渗透压
      • 自然界各种环境,培养基标准配制
  • 五、细菌的生长繁殖
    • （一）细菌个体生长繁殖：二分裂的无性繁殖
      • 细菌数量倍增所需要的时间称为代时，多数细菌为20~30分钟。个别细菌繁殖速度较慢，如结核分枝杆菌的代时达18~20 小时
    • （二）细菌群体的生长繁殖：以培养时间为横坐标，培养物中活菌数的对数为纵坐标，克绘制生长曲线
      • 1. 迟缓期
        • 细菌进入新环境后的短暂适应阶段。该气菌增大，代谢活跃，为细菌的分裂繁殖，合成并积累充足的酶、辅酶和中间代谢产物;但分裂迟缓，繁殖极少，迟缓期长短不一。按菌种，接种菌的菌龄和菌量以及营养等不同而异，一般为1~4个小时
      • 2. 对数期
        • 又称为指数期，细菌在该期生长迅速，活菌数以恒定的几何级数增长，生长曲线图上的细菌数的对数呈直线上升，达到顶峰状态。此期细菌的形态，染色，性生理，活性等都比较典型，对外界环境因素的作用敏感。因此研究细菌的生物学现状（形态，染色、生物化反应、药物敏感试验等）的应选用该期的细菌，一般细菌对数期在培养后8~18个小时
      • 3. 稳定期
        • 一些细菌的芽孢、外毒素和抗生素等代谢产物大多在稳定期产生
      • 4. 衰亡期
        • 该期细菌形态显著改变，出现衰退型和菌体自溶难以辨认，生理代谢活动也趋于停滞
• 第三节 细菌的新陈代谢
  • 一、细菌的分解代谢产物及生化反应
    • 细菌的生化反应
      • 细菌具有的酶不完全相同,分解不同营养物质, 产生不同的代谢物质
      • 用生化方法来鉴定细菌
      • 1. 糖发酵试验
        • 
        • 指示剂：酚红
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      • 2. VP试验
        • 
      • 3. 甲基红试验(M)
        • 
      • 4. 枸橼酸利用试验
      • 5. Indole Test 吲哚试验
        • 
      • 6. Hydrogen Sulfide (H2S ) Production 硫化氢实验
      • 7. 尿素酶试验
      • 8. IMVC试验
        • I：吲哚 M：甲基红 V：VP C：枸橼酸盐利用
          • 大肠杆菌：++-- 产气杆菌：--++
            • 
  • 二、细菌的合成代谢产物及意义
    • 细菌的合成代谢产物
      • 1. 热原质 Pyrogen
        • 许多G－菌及少数G＋菌在代谢过程中能合成一种多糖物质，用极微量注入人或动物体内能引起发热反应，故名热原质
        • I. 大多数是由革兰氏阴性细菌产生，热原质及其细胞壁的脂多糖
        • II. 耐高温，压力蒸汽灭菌（121摄氏度、20 min）亦不被破坏，250摄氏度高温干烤才能破坏
        • III. 用吸附剂和特殊石棉滤网可除去液体中大部分，蒸馏法效果最好
      • 2. 毒素和侵袭性酶
        • I. 外毒素(G+ )Exotoxin
        • II. 内毒素(G－) Endotoxin
        • III. Enzyme：侵袭性酶
        • IV. 产气荚膜梭菌：卵磷脂酶
        • V. 链球菌：透明质酸酶
      • 3. 色素 Pigment
        • 水溶性色素
        • 脂溶性色素
        • 营养丰富、氧气充足、温度适宜的条件 下产生，有助于鉴别细菌
      • 4. 抗生素 Antibiotics
        • 某些放线菌、真菌、细菌在代谢过程中可产生一种能选择抑制或杀死某些生物细胞的物质，称抗生素
        • I. 多粘菌素 Polymyxin
          • 绝大多数抗生素是由放线菌、真菌产生
        • II. 杆菌肽 Bacitracin
      • 5. 细菌素 Bacteriocin
        • 细菌素是某些细菌菌株产生的一类具有 抗菌作用的蛋白质。抗菌范围狭窄，仅 对与产生菌有近缘关系的细菌才有作用
      • 6. 维生素Vitamin
        • 细菌能合成某些维生素除供菌体自己需要外还可分泌到菌体外，供人体吸收利用
        • Vitamin B12
        • Vitamin K
• 第四节 细菌的人工培养
  • 一、培养基 Culture Media
    • 用人工方法配制而成的，专供微生物生长繁 殖使用的混合营养物制品，经灭菌后使用
  • 二、培养基类型 Types of Medium
    • 基础培养基 Basal Media、 厌氧培养基anaerobic media、营养培养基 enrichment media、选择培养基selective media、 鉴别培养基differential media、合成培养基synthesis media
  • 三、细菌在培养基中的生长现象
    • 1. 细菌在固体培养基中的生长情况--菌落
      • I. 光滑型菌落 
      • II. 粗糙型菌落 
      • III. 黏液型菌落 
    • 2. 细菌在液体培养基中的生长情况
      • 
    • 3. 细菌在半固体培养基 中的生长现象 观察细菌动力
      • 
  • 四、人工培养基的用途
    • 1. 在医学中的用途
    • 2. 在工业生产中的用途
    • 3. 在基因工程中的用途
• 第五节 抑制或杀灭微生物的理化因素
  • 一、基 本 概 念
    • 1. 灭菌
      • 杀灭物体上所有微生物的方法
    • 2. 消毒
      • 杀死物体上病原微生物的方法,并不一定能杀死含芽胞的细菌或非病原微生物
    • 3. 无菌
      • 不存在活菌的意思，是灭菌的结果
    • 4. 防腐
      • 防止或抑制体外细菌生长繁殖的方法
    • 5. 清洁
      • 除去尘埃和一切污秽以减少微生物数量的过程
  • 二、物理消毒灭菌法
    • 热力灭菌法
      • 干热灭菌法
      • 湿热灭菌法
      • 同一温度下，湿热灭菌比干热灭菌效果好
        • 原 因
          • 1、湿热中细菌菌体蛋白较易凝固 2、湿热的穿透力比干热大 3、湿热的蒸汽有潜热
        • 比较
    • 辐射杀菌法
      • 紫外线
        • 波 长：200~300nm的紫外线具有杀菌作用以265～266nm杀菌力最强
        • 杀菌机理：干扰DNA的复制与转录
        • 特 点：紫外线穿透力较弱
        • 应用范围
          • 空气消毒
          • 手术室、传染病房、细菌实验室
          • 不耐热物品的表面消毒
      • 电离辐射
        • 高速电子、X射线和 γ 射线
        • 杀菌机理：产生离子或其他活性分子和 游离基,破坏DNA。
        • 应用范围
          • 一次性医用塑料制品的消毒
          • 食品的消毒不破坏其营养成分
    • 滤过除菌法
      • 定义：用物理阻留的方法，将液体或空气中的细菌除去,以达到除菌目的
      • 滤菌器：含有微细小孔<0.22微米,只允许液体或气体通过, 而大于孔径的细菌等颗粒不能通过
      • 应用范围：血清、毒素、抗生素以及空气等的除菌
    • 超声波
      • 频率超过20,000Hz而不能被人耳感受的声波，称为超声波。杀菌机制是其通过液体时，发生空化作用破坏了原生质的胶体状态，导致细菌死亡
      • 超声波可裂解多数细菌尤其是G-，但消毒不彻底
      • 应用范围：目前主要用于粉碎细胞以提取细胞组分或制备抗原等
    • 干燥有低温的灭菌法
  • 三、化学消毒灭菌法
    • 1. 作用机理
      • I. 菌体蛋白质变性或凝固
      • II. 干扰微生物酶系统和影响其代谢
      • III. 改变细菌细胞壁或细胞膜的通透性，使胞质内重要代谢，物质逸出，导致细菌死亡
    • 2. 化学消毒剂分类
      • I. 高效消毒剂☛次氯酸钠、二氧化氯、过氧化氢、戊二醛、甲醛、环氧乙烷等
      • II. 中效消毒剂☛碘酊、碘伏、乙醇、异丙醇等
      • III. 低效消毒剂☛苯扎溴铵（新洁尔灭）、氯已定（洗必泰）高锰酸钾等
    • 3. 常 用 消 毒 剂 种 类
    • 4. 各 种 消 毒 剂 的 应 用
    • 5. 影响消毒剂作用的因素
      • I. 微生物的种类
      • II. 微生物的生理状态
      • III. 微生物的数量
      • IV. 消毒剂的性质、浓度与作用时间
      • V. 温度
      • VI. 酸碱度
      • VII. 有机物
• 第六节 细菌的分类和命名原则
  • 一、细菌分类
    • 根据细菌的形态结构、生化反应、遗传物质、免疫特性等不同进行初步分类。近年来有采用了细菌超微结构、电镜技术、免疫化学基金图谱分析等
  • 二、分类层次
    • 界、门、纲、目、科、属、种
  • 三、