第二章 細(xì)菌的生長繁殖(微生物)

1、第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)菌細(xì)胞的代謝過程細(xì)菌細(xì)胞的代謝過程第二節(jié)第二節(jié) 細(xì)菌的生長繁殖細(xì)菌的生長繁殖第三節(jié)第三節(jié) 細(xì)菌的人工培養(yǎng)細(xì)菌的人工培養(yǎng)第四節(jié)第四節(jié) 細(xì)菌生化反應(yīng)細(xì)菌生化反應(yīng)第五節(jié)第五節(jié) 細(xì)菌菌落生長反應(yīng)的調(diào)控細(xì)菌菌落生長反應(yīng)的調(diào)控第六節(jié)第六節(jié) 細(xì)菌的生態(tài)細(xì)菌的生態(tài)細(xì)菌與其他生物一樣，有獨(dú)立的生命活動，涉及復(fù)雜的新陳代謝。細(xì)菌生長繁殖涉及細(xì)菌的組分、營細(xì)菌的組分、營養(yǎng)要求、能量代謝、生物生長合養(yǎng)要求、能量代謝、生物生長合成繁殖及基因調(diào)控成繁殖及基因調(diào)控等。一、一、 細(xì)菌的化學(xué)組成細(xì)菌的化學(xué)組成占細(xì)胞總重量占細(xì)胞總重量75%-90%碳、氫、氮、氧、磷、硫等碳、氫、氮、氧、磷、硫等鉀、鈉、鐵、鎂、鈣

2、等鉀、鈉、鐵、鎂、鈣等肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸等肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸等水：水：有機(jī)物：有機(jī)物：無機(jī)離子：無機(jī)離子：特有成分：特有成分：二、二、 細(xì)菌的物理性狀細(xì)菌的物理性狀（一）、帶電現(xiàn)象（一）、帶電現(xiàn)象 NHNH3 3-NH-NH4 4酸性酸性 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 氨基酸組成氨基酸組成 COOH-COOCOOH-COO- -堿性堿性在一定的在一定的pHpH條件下，細(xì)菌所帶電荷數(shù)相等，此時(shí)的條件下，細(xì)菌所帶電荷數(shù)相等，此時(shí)的pHpH值稱為值稱為等電點(diǎn)。等電點(diǎn)。G G+ +等電點(diǎn)：等電點(diǎn)：1.9-2.9; 1.9-2.9; G G等電點(diǎn)：等電點(diǎn)：4.8-5.84.8-5.8一般培養(yǎng)基一般培養(yǎng)基pH7.

3、2-7.6pH7.2-7.6之間，故之間，故G G，G G+ +都帶負(fù)電荷。都帶負(fù)電荷。1 1、陽離子染料陽離子染料：堿性染料帶正電荷，而細(xì)菌帶負(fù)電：堿性染料帶正電荷，而細(xì)菌帶負(fù)電荷，故細(xì)菌學(xué)上的染料大都為堿性染料。如美蘭，荷，故細(xì)菌學(xué)上的染料大都為堿性染料。如美蘭，堿性復(fù)紅，結(jié)晶紫，沙黃，苯胺染料，孔雀綠等。堿性復(fù)紅，結(jié)晶紫，沙黃，苯胺染料，孔雀綠等。2 2、陰離子染料陰離子染料：酸性染料帶負(fù)電荷又叫陰離子染料，：酸性染料帶負(fù)電荷又叫陰離子染料，伊紅，酸性復(fù)紅，胭脂紅。伊紅，酸性復(fù)紅，胭脂紅。3 3、中性染料中性染料：瑞特氏：瑞特氏( (二）、表面積大：有利于吸收，吸附和代謝。二）、表面積大

4、：有利于吸收，吸附和代謝。( (三三) )、光學(xué)性質(zhì)：細(xì)菌呈半透明狀態(tài)，光線不、光學(xué)性質(zhì)：細(xì)菌呈半透明狀態(tài)，光線不能完全通過，用比濁法測細(xì)菌總數(shù)（麥?zhǔn)媳葷崮芡耆ㄟ^，用比濁法測細(xì)菌總數(shù)（麥?zhǔn)媳葷峁?、光電比濁?jì)）。管、光電比濁計(jì)）。（四）、多相膠體性質(zhì)：細(xì)胞質(zhì)中含有各種蛋白質(zhì)，（四）、多相膠體性質(zhì)：細(xì)胞質(zhì)中含有各種蛋白質(zhì)，其結(jié)構(gòu)、成分、功能各不相同，為多相膠體其結(jié)構(gòu)、成分、功能各不相同，為多相膠體prpr，因此在細(xì)胞內(nèi)可同時(shí)進(jìn)行性質(zhì)不同的生化反應(yīng)，因此在細(xì)胞內(nèi)可同時(shí)進(jìn)行性質(zhì)不同的生化反應(yīng)，結(jié)果細(xì)胞外濃度低的物質(zhì)可以被選擇性吸收而濃結(jié)果細(xì)胞外濃度低的物質(zhì)可以被選擇性吸收而濃縮于縮于C C內(nèi)。內(nèi)。（

5、五）、滲透壓：細(xì)菌體內(nèi)濃聚著許多物質(zhì)，故有（五）、滲透壓：細(xì)菌體內(nèi)濃聚著許多物質(zhì)，故有較強(qiáng)的滲透壓。較強(qiáng)的滲透壓。三、細(xì)菌的營養(yǎng)類型三、細(xì)菌的營養(yǎng)類型自養(yǎng)微生物自養(yǎng)微生物（無機(jī)營養(yǎng)型）u 光能自養(yǎng)微生物（光能無機(jī)營養(yǎng)型）化能自養(yǎng)微生物（化能無機(jī)營養(yǎng)型）u異養(yǎng)微生物異養(yǎng)微生物（有機(jī)營養(yǎng)型）u光能異養(yǎng)微生物光能異養(yǎng)微生物（光能有機(jī)營養(yǎng)型）u化能異養(yǎng)微生物化能異養(yǎng)微生物（化能有機(jī)營養(yǎng)型）四種微生物的營養(yǎng)類型比較四種微生物的營養(yǎng)類型比較以上第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)菌細(xì)胞的代謝過程細(xì)菌細(xì)胞的代謝過程1、細(xì)菌生長和繁殖速度極快，超過動物細(xì)胞10100倍。 2、細(xì)菌利用各種化合物作為能源的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于動物細(xì)胞。3、

6、細(xì)菌對營養(yǎng)的需求比動物細(xì)胞更為多種多樣，因?yàn)樗鼈冇卸喾N代謝旁路。 4、細(xì)菌可利用非常流水線式生產(chǎn)的方式合成大分子物質(zhì)。 5、細(xì)菌能產(chǎn)生諸如肽聚糖、脂多糖、磷壁酸等特殊物質(zhì)。細(xì)菌的代謝1.細(xì)菌的酶胞內(nèi)酶：胞內(nèi)酶：存在于細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的酶，大部分屬于參與 呼吸過程的酶類。胞外酶：胞外酶：細(xì)菌合成后被分泌到細(xì)胞外的酶。如水解 酶將大分子量物質(zhì)分解成小分子量物質(zhì)， 便于吸收。固有酶：固有酶：細(xì)菌本身所固有的酶。如脫氫酶。誘導(dǎo)酶：誘導(dǎo)酶：在誘導(dǎo)物存在下，因適應(yīng)環(huán)境而產(chǎn)生的酶 類。如大腸桿菌的半乳糖苷酶，只有培養(yǎng) 基中加入乳糖時(shí)才產(chǎn)生該酶，分解乳糖。限制性核酸內(nèi)切酶：限制性核酸內(nèi)切酶：存在于細(xì)菌的細(xì)胞內(nèi)，它對

7、異種DNA可以 識別，并能將其在一定的堿基部位切割， 使異種DNA斷裂。 EcoRI：來自大腸桿菌 Hind：流感嗜血桿菌 BamHI：淀粉液化芽胞桿菌修飾酶：修飾酶：對DNA進(jìn)行修飾，使DNA特定部位堿基甲基化，從而可 保護(hù)自身的DNA不被限制酶分解。與毒力有關(guān)的酶：與毒力有關(guān)的酶：透明質(zhì)酶（結(jié)締組織）膠原酶（結(jié)締組織） 血漿凝固酶，溶纖維蛋白酶，卵磷脂酶 （魏氏梭菌產(chǎn)生） 2、細(xì)菌的呼吸 細(xì)菌呼吸的類型：根據(jù)細(xì)菌對游離氧的需要，將細(xì)菌分為：（1）需氧呼吸菌（需氧菌）：呼吸時(shí)必須有充足的氧，在無氧的條件下不能生長，在高層振蕩培養(yǎng)時(shí)，生長在表面。假單胞菌（2）厭氧呼吸菌（厭氧菌）：必須在無氧的

8、條件下才能生長，在高層振蕩培養(yǎng)時(shí)，生長在試管底部。壞死桿菌，肉毒梭菌（3）兼性厭氧菌：需O2兼性厭氧，在無氧或有氧的條件下均能生長，在高層振蕩培養(yǎng)時(shí)，生長整個(gè)培養(yǎng)基。腸桿菌氧化型和發(fā)酵型的區(qū)分氧化型呼吸：呼吸在有氧環(huán)境下進(jìn)行，受氫體是分子氧的叫氧化型呼吸，簡稱呼吸。發(fā)酵型呼吸：呼吸在無氧環(huán)境中進(jìn)行，受氫體不是分子氧，而是其它無機(jī)物或有機(jī)物稱之為厭氧呼吸或發(fā)酵。氧化型的細(xì)菌在有氧時(shí)分解葡萄糖，無氧時(shí)不能分解；發(fā)酵型細(xì)菌是在無氧和有氧時(shí)都能分解葡萄糖；產(chǎn)堿型細(xì)菌是在有氧和無氧時(shí)都不能分解葡萄糖或者產(chǎn)生堿性呈現(xiàn)深紫色。3.呼吸類型（1）專性需氧菌（2）微需氧菌（3）兼性厭氧菌（4）專性厭氧菌4.細(xì)菌

9、的代謝產(chǎn)物（1）分解產(chǎn)物 糖的分解及產(chǎn)物： 蛋白質(zhì)和氨基酸的分解及產(chǎn)物： 脂類的分解及其產(chǎn)物：（2）合成產(chǎn)物 色素：金黃色色素、類胡蘿卜素，對細(xì)菌鑒定有意義 毒素：內(nèi)、外毒素 抗生素：青霉素 維生素：腸道菌合成VC，VB 熱原質(zhì)：生長在液體環(huán)境細(xì)菌產(chǎn)生一種多糖，注入動 物體引起熱反應(yīng)，主要為細(xì)胞壁中的脂多 糖，可成為內(nèi)毒素，耐高溫。 熱：發(fā)酵堆肥。 光：磷化微球菌。物質(zhì)攝取物質(zhì)攝取生物合成生物合成聚合作用聚合作用組裝組裝細(xì)菌細(xì)胞的代謝過程細(xì)菌細(xì)胞的代謝過程u單純擴(kuò)散（simple diffusion）u促進(jìn)擴(kuò)散（facilitated diffusion）u主動輸送(active transp

10、ort)u基團(tuán)轉(zhuǎn)位(group translocation)一、細(xì)菌物質(zhì)的攝取一、細(xì)菌物質(zhì)的攝取自由擴(kuò)散細(xì)胞膜構(gòu)造單純擴(kuò)散(simple diffusion)特點(diǎn)促進(jìn)擴(kuò)散(facilitated diffusion)u促進(jìn)擴(kuò)散(facilitated diffusion)過程： 膜載體在膜外與營養(yǎng)物質(zhì)親合力強(qiáng)，與這種物質(zhì)結(jié)合，進(jìn)入細(xì)胞后親合力降低釋放營養(yǎng)物質(zhì)。像渡船一樣，膜外裝貨，膜內(nèi)卸貨，這種擴(kuò)散方式比單純擴(kuò)散速度快。膜內(nèi)外親合力的改變與載體分子構(gòu)型改變有關(guān)。u促進(jìn)擴(kuò)散特點(diǎn)n物質(zhì)運(yùn)輸動力是細(xì)胞外的濃度差。n運(yùn)輸過程不消耗能量。n有膜載體參加，膜載體（滲透酶）有特異性。運(yùn)輸葡萄糖 的載體只運(yùn)輸

11、葡萄糖。這種運(yùn)輸方式多發(fā)生在真核微生物，原核生物少見。主動輸送主動輸送(active transport)(active transport) ATP ADP + Pi 恢復(fù)原構(gòu)像再循環(huán)耗能構(gòu)像 改變膜上膜外膜內(nèi)移位結(jié)合消耗主動運(yùn)輸特點(diǎn)基團(tuán)轉(zhuǎn)位基團(tuán)轉(zhuǎn)位(group translocation)(group translocation)運(yùn)輸方式：運(yùn)輸方式：轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄錄翻翻 譯譯DNA mRNA 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)第二節(jié)、細(xì)菌的生長和繁殖一、細(xì)菌的個(gè)體繁殖方式一般為無性繁殖，一般為無性繁殖，二等分分裂法。二等分分裂法。同形裂殖：裂殖后形成的子細(xì)胞大小相同形裂殖：裂殖后形成的子細(xì)胞大小相等等（20-30mi

12、n）。異形裂殖：分裂產(chǎn)生兩個(gè)大小不等的子異形裂殖：分裂產(chǎn)生兩個(gè)大小不等的子細(xì)胞。細(xì)胞。細(xì)菌分裂過程：細(xì)菌分裂過程：核分裂核分裂形成橫隔壁形成橫隔壁子細(xì)胞分離子細(xì)胞分離世代時(shí)間世代時(shí)間: 一個(gè)菌體分裂為兩個(gè)一個(gè)菌體分裂為兩個(gè)菌體所需的時(shí)間菌體所需的時(shí)間 ?？偩鷶?shù)活菌數(shù)培養(yǎng)時(shí)間 .對數(shù)期 .穩(wěn)定期 .衰亡期.遲緩期細(xì)菌數(shù)目（個(gè)/ml）對數(shù)二、細(xì)菌的生長曲線（群體）1. 遲緩期（延滯期）特點(diǎn)生長速率常數(shù)等于零菌體粗大 代謝活力強(qiáng)對不良條件抵抗能力降低含量增加細(xì)菌來到新環(huán)境的一個(gè)適應(yīng)過程細(xì)菌來到新環(huán)境的一個(gè)適應(yīng)過程縮短遲緩期的意義和方法可以縮短生產(chǎn)周期，提高設(shè)備利用率。接種對數(shù)生長期的菌種，采用最適菌

13、齡 加大接種量用與培養(yǎng)菌種相同組成分的培養(yǎng)基2、對數(shù)期 (指數(shù)期)(exponential phase) 特點(diǎn)活菌數(shù)呈對數(shù)增加 酶系活躍，代謝旺盛生長速率最大，generation time最短細(xì)胞的化學(xué)組成及形態(tài)，生理特性比較一致穩(wěn)定期特點(diǎn)u活菌數(shù)保持相對穩(wěn)定，總菌數(shù)達(dá)最高水平。u細(xì)菌代謝物積累達(dá)到最高峰。u芽胞桿菌這時(shí)開始形成芽胞。u這是生產(chǎn)收獲時(shí)期。3、穩(wěn)定期(stationary phase)4、衰亡期(decline phase/death phase)特點(diǎn)細(xì)菌死亡數(shù)大于增殖數(shù),活菌數(shù)明顯減少,群體衰落細(xì)胞出現(xiàn)多形態(tài),大小不等的 畸形,變成衰退型細(xì)胞死亡,出現(xiàn)自溶現(xiàn)象。一、 細(xì)菌人工

14、培養(yǎng)的條件 1. 培養(yǎng)基 是人工配制的含有細(xì)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。 制備培養(yǎng)基的營養(yǎng)物質(zhì)由牛肉浸汁、牛肉浸膏、肝浸汁、蛋白胨、NaCl、磷酸鹽、葡萄糖、血液、血清、腹水、雞蛋等提供。pH一般調(diào)整至7.2-7.6 。2. 酸堿度 每種細(xì)菌均有可適pH范圍及最適pH。大多數(shù)細(xì)菌可在pH 6-8之間以生長，但多數(shù)病原細(xì)菌的最適pH 為7.2-7.6。 3. 溫度 不同細(xì)菌適應(yīng)的溫度范圍不同，細(xì)菌有各自的可適溫度范圍及最適溫度。根據(jù)細(xì)菌適應(yīng)的溫度范圍，可將細(xì)菌分為3類： 嗜冷菌，范圍 5-30，最適10-20； 嗜溫菌，范圍10-45，最適20-40； 嗜熱菌，范圍25-9

15、5，最適50-60。 病原菌均為嗜溫菌，最適溫度為37。4. 氣體環(huán)境 根據(jù)細(xì)菌對氧的需要，將其分為厭氧菌、需氧菌及兼性厭氧菌。需氧菌行需氧呼吸，須在有一定濃度的游離氧的條件下才能生長繁殖；厭氧菌行厭氧呼吸，須在無游離氧的條件下才能存活生長；兼性厭氧菌既可需氧呼吸，又可厭氧呼吸，通常在有氧條件比無氧環(huán)境生長更好。有些細(xì)菌生長還需一定濃度的N2或CO2 環(huán)境。二、培養(yǎng)基 培養(yǎng)基分裝細(xì)菌分離培養(yǎng)（1）適合微生物的營養(yǎng)特點(diǎn)（2）按微生物需要量調(diào)好營養(yǎng)配比 （3）控制微生物的培養(yǎng)條件 A、 pH值： B、調(diào)節(jié)氧和CO2的濃度 C、調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的滲透壓1 1、配制培養(yǎng)基的原則、配制培養(yǎng)基的原則2 2、培養(yǎng)

16、基的類型及應(yīng)用、培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用（1）根據(jù)微生物的種類（2）按培養(yǎng)基的成分（3）按培養(yǎng)的用途 （4）按培養(yǎng)基的物理狀態(tài)按培養(yǎng)基的成分選擇培養(yǎng)基：粘液型菌落固固體體培培養(yǎng)養(yǎng)基基(2)(2)固體斜面培養(yǎng)固體斜面培養(yǎng) 2. 2. 液體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基3. 3. 半固體培養(yǎng)半固體培養(yǎng)半半固固體體培培養(yǎng)養(yǎng)基基菌膜菌膜菌沉淀菌沉淀均勻渾濁均勻渾濁對照對照液液體體培培養(yǎng)養(yǎng)基基細(xì)菌在半固體培養(yǎng)上的培養(yǎng)特征細(xì)菌在半固體培養(yǎng)上的培養(yǎng)特征細(xì)菌在半固體明膠中的生長現(xiàn)象細(xì)菌在半固體明膠中的生長現(xiàn)象細(xì)菌在斜面上的生長現(xiàn)象細(xì)菌在斜面上的生長現(xiàn)象細(xì)菌在肉湯培養(yǎng)基中的生長特征細(xì)菌在肉湯培養(yǎng)基中的生長特征表面表面浮膜狀浮膜狀沉

17、淀沉淀均勻混濁均勻混濁中間中間菌落：菌落：在固體培養(yǎng)基上在固體培養(yǎng)基上, ,由由單個(gè)細(xì)胞繁殖形成的肉單個(gè)細(xì)胞繁殖形成的肉眼可見的子細(xì)胞群體。眼可見的子細(xì)胞群體。菌苔菌苔: :大量細(xì)胞密集生長大量細(xì)胞密集生長, ,結(jié)果長成的各結(jié)果長成的各“菌落菌落”連連接成一片。接成一片。 (1)(1)平板培養(yǎng)平板培養(yǎng)不同的微生物種類，其菌落特征不同。同一種菌不同的微生物種類，其菌落特征不同。同一種菌在不同培養(yǎng)條件下菌落特征也不盡相同。在不同培養(yǎng)條件下菌落特征也不盡相同。菌落的特征：菌落的特征：包括大小、形狀、顏色、邊緣、質(zhì)地、透明度、包括大小、形狀、顏色、邊緣、質(zhì)地、透明度、光澤、表面、濕潤度等。光澤、表面、

18、濕潤度等。不同細(xì)菌的菌落不同細(xì)菌的菌落細(xì)菌菌落細(xì)菌菌落特征剖面圖細(xì)菌菌落表面特征第四節(jié)第四節(jié) 細(xì)菌生化試驗(yàn)細(xì)菌生化試驗(yàn) 各種細(xì)菌分解能力不同，代謝基質(zhì)與產(chǎn)物也不同。據(jù)此可設(shè)計(jì)特定的生化試驗(yàn)，區(qū)別和鑒定細(xì)菌。（一）細(xì)菌的代謝產(chǎn)物1.無機(jī)酸和有機(jī)酸 有些細(xì)菌能產(chǎn)生無機(jī)酸，有的可產(chǎn)生有機(jī)酸。無機(jī)酸如硫酸和硝酸等；有機(jī)酸如乳酸、醋酸、丙酸、丁酸等，與食品加工有關(guān)。也可用于細(xì)菌鑒定。2.醇類、酯類和其他芳香物質(zhì) 這類物質(zhì)與工業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)、畜產(chǎn)品加工利用有關(guān)。如乙醇、丁醇等。用于釀酒、乳品加工、飼料加工等。3.氣體 細(xì)菌能產(chǎn)生的氣體有：CO2、H2、CH4(沼氣)、NH3、Cl2、H2S等。常應(yīng)用于細(xì)菌鑒定

19、。4.維生素及其他生長刺激素 有些微生物能產(chǎn)生大量的維生素(主B族素)和一些復(fù)雜的生長刺激素，可用于畜牧業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)中。5.抗菌素 抗菌素是某種微生物產(chǎn)生的用以拮抗另一些微生物的物質(zhì)，它能抑制一定種類微生物的生長發(fā)育。可用于防治某些動物疾病、刺激動物生長。6.毒素 某些動物病原菌，能產(chǎn)生對動物有毒的物質(zhì)，使使其發(fā)生一定癥狀的疾病，這類物質(zhì)稱為毒素?？煞譃橥舛舅嘏c內(nèi)毒素。7.熱 細(xì)菌在呼吸作用中所產(chǎn)生的能量，只有一小部分(5-10)被用于生命活動，大部分能量，常轉(zhuǎn)化為熱放出。堆肥和發(fā)酵飼料（可達(dá)70以上）。8.熱原質(zhì) 許多細(xì)菌，特別是革蘭氏陰性菌，能產(chǎn)生一種多糖物質(zhì)，注入人或動物體內(nèi)，可以引起發(fā)熱反應(yīng)，稱為熱原質(zhì)。9.色素 多種微生物能產(chǎn)生色素，顏色有紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫、黑等，可用于細(xì)菌鑒定、食品、化妝品等。 10.光 少數(shù)細(xì)菌能借發(fā)光以散發(fā)部分產(chǎn)生的能量，發(fā)光強(qiáng)度可用以攝照本身相片。 （二）常用的細(xì)菌的生化試驗(yàn) 常用的生化試驗(yàn)有：糖發(fā)酵試驗(yàn)、氧化酶試驗(yàn)、觸酶試驗(yàn)、氧化發(fā)酵(O/F)試驗(yàn)、VP試驗(yàn)、