獸醫(yī)微生物學-細菌的生長繁殖和生態(tài)

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

1、細菌生長和繁殖速度快2、利用各種化合物作為能源的能力強3、營養(yǎng)需求多種多樣4、可利用超常流水線合成大分子物質(zhì)5、細菌能產(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菌細胞的代謝過程細菌沒有專門的攝食和排泄器官，營養(yǎng)物質(zhì)是通過半透性的細胞壁和細胞膜進行吸收的。細菌主要有4種吸收營養(yǎng)物質(zhì)的方式，不同的營養(yǎng)物質(zhì)可沿不同的方式進入：1、單純擴散（simplediffusion）2、促進擴散（facilitateddiffusion）3、主動運輸（activetransport）4、基團轉(zhuǎn)移（grouptranslocation）

一、物質(zhì)攝取1、單純擴散（simplediffusion）1）也稱被動擴散，是一種簡單的細胞內(nèi)外物質(zhì)交換方式，只靠簡單的分子運動進行擴散。2）某些氣體（O2、CO2）、水、乙醇、甘油等3）特點：無特異性，不需要載體，不需要耗能速度緩慢。細胞內(nèi)外溶質(zhì)濃度一旦達到平衡，擴散便停止4）單純擴散不是細菌獲得營養(yǎng)物質(zhì)的主要方式。物質(zhì)運輸簡單擴散示意圖單純擴散模式圖細胞膜外細胞膜內(nèi)細胞膜2、促進擴散（facilitateddiffusion）1）某些物質(zhì)如糖和氨基酸與某些位于細菌細胞膜上特異性載體蛋白相結(jié)合，而后將其轉(zhuǎn)運至細胞內(nèi)，并不使基質(zhì)發(fā)生任何變化，也不需要能量，這種吸收營養(yǎng)物質(zhì)的方式稱為促進擴散2）特點：嚴格的特異性，需要載體，不需要能量可逆與被動擴散相同，不會使營養(yǎng)物質(zhì)逆濃度積累物質(zhì)運輸促進擴散示意圖物質(zhì)運輸促進擴散示意圖細胞外細胞膜細胞內(nèi)3．主動運輸（activetransport）

1）細菌吸收營養(yǎng)物質(zhì)的主要機制，在代謝能的推動下，通過質(zhì)膜上的特殊載體蛋白逆濃度梯度吸收營養(yǎng)物質(zhì)的過程稱為主動運輸。2）特點：①需要載體蛋白，有嚴格特異性，要求供應能量。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：如果膜外基質(zhì)濃度甚高，促足使載體飽和，輸送速度達到一定高度時就無法進一步提高④吸收競爭：某些性質(zhì)極為相似的化合物，如一種化合物過量,?？梢种茖α硪环N化合物的吸收；微生物主動運輸示意圖主動運輸模式圖細胞膜細胞膜外細胞膜內(nèi)恢復原構(gòu)象移位再循環(huán)結(jié)合構(gòu)象改變ADP+PiATP微生物主動運輸示意圖4．基團轉(zhuǎn)位（grouptranslocation）

1）上述各種物質(zhì)輸送過程中，輸送到細胞內(nèi)的基質(zhì)都未發(fā)生任何化學變化。2）基團轉(zhuǎn)位：物質(zhì)在運輸?shù)耐瑫r受到化學修飾，需要特異性載體蛋白參與，需要能量。3）主要存在于厭氧細菌和兼性厭氧細菌中，用于糖以及脂肪酸、核苷、堿基等物質(zhì)的運輸，是由磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)介導的一種反應。4）與主動運輸相似，可逆濃度運輸，要求能量，酶介導?；鶊F轉(zhuǎn)位運輸葡萄糖示意圖甘露醇5、金屬離子的吸收

影響細菌生長的金屬離子在動物體內(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。細菌通過分泌載鐵體攝取與蛋白結(jié)合的Fe3+，形成含鐵螯合物，通過特異的主動輸送，進入菌體細胞。細菌攝取營養(yǎng)，基本通過上述幾種方式進行，但不同種類的細菌對同一物質(zhì)可通過不同的方式運輸。例如，大腸桿菌主要利用促進擴散輸送乳糖，而金黃色葡萄球菌則主要利用基團傳為方式輸送。二、生物合成1、作為鑒別細菌的主要措施不同種類的細菌對營養(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，可以鑒別細菌。實驗課細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有（書30頁）

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

可采用微量法或常量法?，F(xiàn)有商品化的微量生化試驗試劑盒。細菌的生化試驗主要用途是鑒別細菌對革蘭氏染色反應和菌體及菌落形態(tài)相同或相似的細菌尤為重要其中吲哚試驗（I）、甲基紅(M)試驗、VP（Vi）試驗、枸櫞酸鹽利用（C）試驗四種試驗常用于鑒定腸道桿菌，合稱IMViC試驗。2、細菌生物合成環(huán)節(jié)可被藥物影響極少數(shù)細菌生物合成可被藥物影響，如磺胺類藥物干擾細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復制半保留復制轉(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。指導組裝（guidedassembly）:細菌表面膜結(jié)構(gòu)則只能依賴指導組裝來完成，過程上不完全清楚第二節(jié)細菌的生長繁殖(Growthandreproductionofbacteria)一、細菌生長繁殖條件1、營養(yǎng)物質(zhì)：水、碳源、氮源、無機鹽、生長因子。生長因子——許多細菌在其生長過程中還必需一些自身不能合成化合物，稱為生長因子。有維持細菌正常發(fā)育和促進生長的功能，極其微量就能顯示其影響足夠份量可使某些細菌生長加快數(shù)百倍。包括：維生素類（特別是B族維生素）和一些有機酸、嘌呤、嘧啶等，如硫胺素、核黃素、生物素、泛酸、葉酸等。生長因子多為輔基或輔酶的主要成分對細菌的生命活動至關重要。生長因子一般可由酵母浸膏、血液、血清或腹水等提供。各種細菌對生長因子的需要情況有所不同。某些微生物能合成和積累生長因子的特性，已被用于人類生產(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℃，故實驗室一般采用37℃培養(yǎng)細菌。4、氣體：與細菌生長有關的氣體，主要是氧和CO2。

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

一個菌體分裂為兩個菌體所需的時間稱為世代時間。多數(shù)20~30min分裂一代。少數(shù)細菌繁殖較慢，如分支桿菌需18-24h才分裂一次2、細菌群體的生長繁殖——生長曲線

如將細菌接種在液體培養(yǎng)基并置于適宜的溫度中，定時取樣檢查活菌數(shù)，可發(fā)現(xiàn)其生長過程具有規(guī)律性。以時間為橫坐標，以活菌數(shù)的對數(shù)為縱坐標，可繪制出一條曲線，稱為“細菌生長曲線”。遲緩期指數(shù)期衰亡期穩(wěn)定期曲線顯示了細菌生長繁殖的4個期1、遲緩期（lagphase）

是細菌初到新環(huán)境的適應期。特點此時菌體增大、代謝活躍、合成所需酶系統(tǒng)。RNA含量明顯增多，DNA無變化，此時細菌數(shù)并不增加約l~4h。2、對數(shù)期（logarithmicphase）

細菌迅速分裂繁殖，活菌數(shù)以幾何級數(shù)增長，生長曲線近斜線。特點：該期病原菌致病力最強形態(tài)染色及生理均較典型對抗菌藥物敏感。大腸桿菌的對數(shù)期可持續(xù)6~10h3、穩(wěn)定期（stationaryphase）此時因營養(yǎng)消耗、代謝產(chǎn)物蓄積等，細菌繁殖速度下降，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：細菌形態(tài)及生理性狀常有改變，染色不特異，芽孢開始形成。產(chǎn)生毒素等代謝產(chǎn)物。大腸桿菌的對數(shù)期可持續(xù)一般8h。

4、衰亡期

（declinephase）細菌死亡速度加大，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：此期菌體變形或自溶，染色不典型。細菌的群體生長繁殖可分為4個期遲緩期對數(shù)期穩(wěn)定期衰亡期細菌群體典型的生長曲線生長曲線只有在體外人工培養(yǎng)條件下才能觀察到一、培養(yǎng)細菌的條件提供充足的營養(yǎng)物質(zhì)——細菌獲得生長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，含有細菌生長繁殖所需營養(yǎng)的基質(zhì)，培養(yǎng)基經(jīng)滅菌后才能使用。專供微生物培養(yǎng)、分離、鑒別、研究和保存菌種用的混合營養(yǎng)物制品。2、配置培養(yǎng)基的基本原則

依據(jù)細菌物質(zhì)代謝要求和營養(yǎng)需要，必須含有細菌生長繁殖所需要的碳源、氮源、礦物質(zhì)以及生長環(huán)境條件，因此，在制作細菌培養(yǎng)基時，必須掌握如下原則和要求1、含各種營養(yǎng)物質(zhì)2、適當?shù)乃?、酸堿度（pH7.2-7.6）4、不含有抑制細菌生長的物質(zhì)5、應均質(zhì)透明、應徹底滅菌6、對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

培養(yǎng)基可分為（1）按營養(yǎng)組成差異基礎培養(yǎng)基、營養(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）按營養(yǎng)組成的差異基礎培養(yǎng)基:基本營養(yǎng)成分營養(yǎng)培養(yǎng)基:在基礎培養(yǎng)基中添加一些其它營養(yǎng)物質(zhì)，如葡萄糖、血液、血清、生長因子等（2）按狀態(tài)的差異固體培養(yǎng)基:1.5%~2%瓊脂，用于細菌分離純化。半固體培養(yǎng)基:0.5%瓊脂，作穿刺試驗。液體培養(yǎng):擴增純培養(yǎng)的菌體。細菌在固體培養(yǎng)基中的生長情況光滑型菌落粗糙型菌落粘液型菌落細菌在半固體培養(yǎng)基中的生長情況1：有動力2：無動力

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（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，觀察細菌在其生長后分解底物如何，從而鑒別細菌。選擇培養(yǎng)基:在培養(yǎng)基中加入某種化學物質(zhì)，使之抑制一類細菌生長，而有利于另一類細菌生長，從而將后者選擇出來。厭氧培養(yǎng)基:專供厭氧菌的分離、培養(yǎng)和鑒別用.將普通培養(yǎng)基放在無氧環(huán)境中培養(yǎng)，或者使培養(yǎng)基本身成為無氧的環(huán)境。麥康凱瓊脂培養(yǎng)基4、細菌的生長情況

菌苔：幾個菌落連在一起成片生長。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個概念菌落：微生物的單個個體或孢子在固體培養(yǎng)基上生長繁殖后形成肉眼可見的集團（2）細菌的培養(yǎng)特征固體培養(yǎng)基

液體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基細菌的培養(yǎng)性狀第四節(jié)細菌的生態(tài)（自學）一、微生物種群間的相互關系不同微生物種群間的相互關系可分為：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。互生雙方在自然界均可單獨存在，共生時又可使對方收益?；ドp方可為對方提供營養(yǎng)物質(zhì)和生長因子，生存條件。如動物腸道正常菌群與宿主的關系。2、共生（Symbiosis）指兩種或多種微生物生活在一起，彼此互利，以至分離后單獨不能很好的生活，稱之為共生。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時，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，從中獲取營養(yǎng)生長繁殖并使后者蒙受傷害甚至被殺死的現(xiàn)象。二、動物體的正常菌群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、體表上的微生物動物的皮膚和皮毛含有各種細菌、放線菌和霉菌：皮膚受到損傷時，這些微生物是化膿的主要因素?；疾游锏钠っв兴技膊〉牟≡w。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。健康動物的支氣管末梢和肺泡內(nèi)是無菌的，僅在發(fā)病時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：消化道是無菌的；出生后數(shù)小時內(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物種類而異：非反芻類動物：由于胃酸的制，微生物含量及種類都很少，反芻類動物：瘤胃