第二章、细菌的生理

人卫第九版医学微生物细菌的生理思维导图

细菌的生理

• 细菌的理化性状
  • 细菌的化学组成：水、无机盐、蛋白质、糖类、脂质和核酸等
  • 细菌的物理性状
    • 1. 光学性质：半透明体
    • 2. 表面积：体积微小，相对表面积大
    • 3. 带电现象
    • 4. 半透性
    • 5. 高渗透压：20-25 atm（G+），5-6atm（G-）
• 细菌的营养与生长繁殖
  • 细菌的营养物质：水、碳源、氮源、无机盐、生长因子
  • 细菌的营养类型
    • 自养菌(autotroph) ：以CO2为唯一或主要碳源；分为化能自养菌、光能自养菌
    • 异养菌(heterotroph)：以有机物为碳源。包括腐生菌、寄生菌（大部分病原菌）
  • 影响细菌生长的因素
    • 1. 营养物质
    • 2. 氢离子浓度（pH)
      • 嗜中性菌：pH 6.0～8.0 ; 多数病原菌（pH 7.2~7.6）
      • 嗜酸性菌：pH 3.0
      • 嗜碱性菌：pH 10.5
    • 3. 温度
      • 嗜冷菌：-5℃~30℃
      • 嗜温菌：10℃~45℃ ——病原菌（37℃）
      • 嗜热菌：25℃~95℃
    • 4. 气体
      • 专性需氧菌：具有完善的呼吸酶系统，仅能在有氧环境下生长
      • 微需氧菌：在低氧压（5%~6%）生长最好
      • 兼性厌氧菌：大多数病原菌
      • 专性厌氧菌：缺乏完善的呼吸酶系统，只能在无氧环境中进行发酵
    • 5. 渗透压
  • 细菌的生长繁殖
    • 细菌的个体生长繁殖：二分裂、无性
    • 细菌群体的生长繁殖
• 细菌的新陈代谢
  • 细菌的能量代谢（ATP形式的化学能）
    • 1. EMP途径（糖酵解途径）
    • 2. 戊糖磷酸途径
    • 3. 需氧呼吸
    • 4. 厌氧呼吸
  • 细菌的代谢产物
    • 分解代谢产物和细菌的生化反应
      • 糖发酵试验
        • 分解糖类（葡萄糖等），产生有机酸（乳酸）及各种气体（甲烷），如产酸pH下降，培养基变黄，产气，杜氏小管充气。
        • 大肠埃希菌（+） 葡萄糖→HCOOH → CO2+H2
          • 甲酸脱氢酶作用于HCOOH
        • 伤寒沙门菌（-） 葡萄糖→HCOOH
      • VP试验
        • 分解葡萄糖产生丙酮酸，丙酮酸又最终转化为二乙酰， 二乙酰与含胍基化合物反应生成红色化合物，称VP（+）反应。
        • 产气杆菌 （VP+） 葡萄糖→丙酮酸→乙酰甲基甲醇 → 红色
        • 大肠埃希菌 （VP-） 葡萄糖→丙酮酸
      • 甲基红试验
        • 分解葡萄糖产生丙酮酸，丙酮酸继续分解为甲酸、乙酸等，使培养基pH值下降至pH4.5以下，使甲基红指示剂变红。
        • 产气杆菌 （-） 葡萄糖→丙酮酸→乙酰甲基甲醇
        • 大肠埃希菌（+） 葡萄糖→丙酮酸 　　　
      • 枸橼酸盐利用试验
        • 某些细菌利用铵盐为唯一氮源，枸橼酸盐为唯一碳源时，分解枸橼酸盐生成碳酸盐。分解铵盐为氨，使培养基变为碱性。
        • 产气杆菌 +
        • 大肠埃希菌 -
        • 子主题
        • 子主题
      • 吲哚试验
        • 大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等能够分解蛋白胨中的色氨酸，产生吲哚。加入吲哚试剂（对二甲基氨基苯甲醛）后，生成玫瑰吲哚，呈现红色，为吲哚试验阳性。
      • IMViC试验 I：吲哚（indol）试验 M ：甲基红（methyl red）试验 V ：VP（Voges-Proskauer）试验 C：枸橼酸盐利用（citrate utilization）试验
        • 大肠埃希菌 + + - - 产气杆菌 - - + +
      • 硫化氢试验
        • 某些细菌能分解含硫氨基酸，产生硫化氢，硫化氢遇到铁（铅）离子即生成黑色硫化物。（沙门菌、变形杆菌等）
      • 尿素酶试验
        • 常用来鉴别幽门螺杆菌，其具有尿素酶，分解尿素产生氨，使培养基变碱，酚红指示剂变红，为尿素酶试验阳性。
    • 合成代谢产物及其医学上的意义
      • 1. 热原质(pyrogen)：细菌合成的一种能引起发热反应的物质,主要为G-菌 细胞壁的LPS，耐高温，需250℃干烤才能破坏
      • 2. 毒素与侵袭性酶
        • 外毒素（exotoxin） 多数是革兰阳性菌产生的蛋白质
        • 内毒素（endotoxin） 革兰阴性菌细胞壁的LPS
        • 侵袭性酶：损伤机体组织，促进细菌侵袭和扩散
      • 3. 色素
        • 金黄色葡萄球菌—金黄色色素（脂溶性）
        • 铜绿假单胞菌— 绿色色素（水溶性）
        • 可用于细菌鉴别
      • 4. 抗生素(antibiotics)
        • 大多有真菌和放线菌产生，细菌产生的少，只有多粘菌素、杆菌肽
      • 5. 细菌素(bactericin)
        • 只能杀伤有亲缘关系的细菌，如大肠菌素。
        • 无治疗意义，有助于细菌分型
      • 6. 维生素
        • 某些肠道菌合成，如B族维生素、维生素K
• 细菌的人工培养
  • 培养细菌的方法
    • 充足的营养物质，合适的酸碱度及渗透压 适宜 的温度和必要的气体
    • 分离培养
    • 纯培养
  • 培养基
    • 按营养成分和用途分：基础培养基、增菌培养基、选择培养基、鉴别培养基、厌氧培养基
    • 按物理状态分：液体、固体和半固体培养基
  • 细菌在培养基中的生长情况
    • 液体培养基：
      • 1.均匀混浊状态
      • 2.少数链状菌为沉淀生长
      • 3.专性厌氧菌为表面生长，形成菌膜
    • 固体培养基
      • 光滑型菌落（S型菌落）
      • 粗糙型菌落（R型菌落）
      • 黏液型菌落（M型菌落）
    • 半固体培养基
      • 有鞭毛的细菌沿穿刺线呈羽毛状或云雾状混浊生长
      • 无鞭毛细菌沿穿刺线呈明显线状生长
• 抑制或杀灭微生物的理化因素
  • 消毒与灭菌
    • 消毒（Disinfection）：针对病原微生物，而非芽胞的或非病原微生物
    • 灭菌（Sterilization） ：“通杀”
    • 抑菌（bacteriostasis）：针对细菌的生长繁殖
    • 防腐（Antisepsis）：体外细菌生长繁殖
    • 无菌（ Asepsis ）：不存在任何活菌；强调一种状态
    • 无菌操作：防止细菌进入人体或其他物品的操作技术
  • 物理消毒灭菌法
    • 热力灭菌法
      • p
      • 干热灭菌法
        • 焚烧：废弃物品、动物尸体
        • 烧灼：接种环、试管口灭菌
        • 干烤：160～170℃2h 玻璃器皿、瓷器
        • 红外线：1～10um波长最强
      • 湿热灭菌法
        • 比干热效果好 原因：湿热灭菌时，菌体吸收水分，蛋白质含水多，凝固所需温度降低 湿热穿透力比干热大 湿热蒸气可放出潜热
        • 巴氏消毒法
          • 杀灭液体中的微生物，不耐热成分不被破坏。61.1～62.8℃ 30min或71.7℃ 15～30s
        • 煮沸法
          • 100℃ 5min杀灭繁殖体，1-2h杀灭芽胞，加入2%的碳酸氢钠，促进芽胞的杀灭，防止金属器皿生锈；食具、刀剪、注射器
        • 流动蒸汽消毒法
          • 常压蒸汽消毒法，100℃15～30min杀灭繁殖体，但芽胞不被全部杀灭
        • 间歇蒸汽灭菌法
          • 100℃加热15～30min，37℃过夜，连续三次，用于含糖、牛奶等培养基
        • 超高温杀菌（UHT）
          • 135～150℃和 2～8s；液态食品；灭菌且能保持食品品质与营养
        • 高压蒸汽灭菌法
          • 压力103.4kPa（1.05kg/cm2)，121.3℃，15～20min，杀灭包括细菌芽胞在内的所有微生物。一般培养基、生理盐水、手术敷料等物品 水的沸点随水蒸汽压力的增加而上升
    • 辐射杀菌法
      • 非电离辐射（紫外线）
        • 波长240～300nm，以260～266nm最强，此波长的紫外线易被细胞中核酸吸收 杀菌机理：诱导了胸腺嘧啶二聚体的形成和DNA链的交联，抑制DNA复制 杀菌效率与强度和时间的乘积成正比，紫外线灯距离照射物以不超过1.2 m为宜。 特点：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
        • p
      • 微波
        • 波长1-1000nm的电磁波 杀菌机理：热效应，但不均匀，灭菌效果不可靠 应用范围：食品、非金属器械、检验室用品、无菌室和病室中食品用具、药杯及其他物品的消毒
    • 滤过除菌法
      • p
    • 超声波杀菌
      • 机制：不被人耳朵感受的高于20千赫/秒的声波，称为超声波。由于超声波频率高，可裂解许多细菌，G-菌尤敏感，但裂解并不彻底 用途：主要用于粉碎细胞，提取细胞组分以及制备Ag ，洗涤等
    • 干燥与低温抑制法
      • 冷冻真空干燥法：在低温状态下真空抽去水分
        • 用途：保存菌种的最好方法
  • 化学消毒灭菌法
    • 促进菌体蛋白质变性或凝固，如酚类（高浓度）、醇类、重金属盐类（高浓度）等 干扰细菌的酶系统和代谢，破坏蛋白与核酸的基团，如某些氧化剂、重金属盐类（低浓度） 损伤细菌的细胞膜，如酚类（低浓度）、表面活性剂、脂溶剂等 常用的化学消毒剂及防腐剂对人体组织都有危害，所以只限于外用或环境消毒 限于：体表（皮肤、粘膜、伤口）、手术器械、排泄物及周围环境
    • 高效消毒剂
      • 1.含氯消毒剂 （次氯酸钠、漂白粉）
      • 2.过氧化物消毒剂 （过氧化氢、过氧乙酸）
      • 3.醛类消毒剂 （戊二醛、甲醛）
      • 4.环氧乙烷
    • 中效消毒剂
      • 1. 醇类消毒剂 （乙醇、异丙醇）
      • 2. 含碘消毒剂 （碘酊、碘伏）
    • 低效消毒剂
      • 1. 季铵盐类消毒剂 （苯扎溴铵）
      • 2. 氯已定
      • 3. 高锰酸钾