1、兽医微生物学兽医微生物学2020年6月第一节 细菌的形态与结构第二节 细菌的生理第三节 细菌的生态第四节 细菌的致病第五节 细菌的控制第六节 细菌的变异第七节 细菌的鉴定第一章 细菌学基础1 1细菌的理化性质细菌的理化性质2 2细菌的营养需要细菌的营养需要3 3细菌的生长繁殖细菌的生长繁殖4 4细菌的新陈代谢细菌的新陈代谢5 5细菌的人工培养细菌的人工培养第二节第二节 细菌的生理细菌的生理一一.细菌的理化性状细菌的理化性状 1.化学组成化学组成 细菌细胞的化学组成，与其他高等动植物细胞一样，细菌细胞也是大量元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫（这六种元素占细菌细胞干重的97，表1）和微量元素：铁、锰、
2、锌等构成。细菌细胞中这些元素主要以蛋白质、糖、脂、核酸、维生素及它们的降解产物、代谢产物等有机物质，水和无机盐等无机物质的形式存在（表2）。水是细菌细胞中的一种主要成分，一般可占细胞干重的90以上。表1 细菌细胞中几种主要元素的含量（干重的百分数）元素 细菌 酵母菌 霉菌 碳 50 49.8 47.9 氮 15 12.4 5.2 氢 8 6.7 6.7 氧 20 31.1 40.2 磷 3 硫 1 表2 细菌细胞的化学组成 主要成分 细菌 酵母菌 霉菌 水分 7585 7080 8590（占细胞鲜重的%）蛋白质 5080 3275 1415 碳水化合物 1228 2763 740 脂肪 520
3、 215 440 核酸 1020 6 8 1 无机盐 230 3.87 6122.细菌的物理性状（1）光学性质：细菌为半透明，可用比浊法或分光光 度计估计细菌数量。（2）表面积：1cm3体积的葡萄球菌，其表面积可达 60000cm2；（3）带电现象：（4）半透性：利于营养物质交换（5）渗透压：二二.细菌的营养需要细菌的营养需要碳源碳源 （carbon sourcecarbon source）氮源（氮源（nitrogen sourcenitrogen source）生长因子（生长因子（growth factorgrowth factor）水（水（waterwater）无机盐（无机盐（minera
4、l saltsmineral salts）(一)细菌的营养要素(二)细菌的营养类型(四)细菌的营养摄取(三)细菌的呼吸类型 细菌细胞含水约占细胞鲜重的细菌细胞含水约占细胞鲜重的70709090，水作水作用是多方面的。用是多方面的。水的功能：水的功能：A.A.是细胞中生化反应的良好介质；是细胞中生化反应的良好介质；B.B.营养物质和代谢产物都必须溶解在水里，营养物质和代谢产物都必须溶解在水里，才能被吸收或排出细胞外；才能被吸收或排出细胞外；C.C.水的比热高，能有效的吸收代谢过程中放水的比热高，能有效的吸收代谢过程中放 出的热量，不致使细胞的温度骤然上升；出的热量，不致使细胞的温度骤然上升；D.
5、D.维持细胞的膨压（控制细胞形态）。维持细胞的膨压（控制细胞形态）。1.1.水（水（waterwater）(一)细菌的营养要素 凡能构成微生物细胞或代谢产物中碳元素凡能构成微生物细胞或代谢产物中碳元素来源的营养物质都称为碳来源的营养物质都称为碳 源源 。2.2.碳源碳源(carbon source)(carbon source)碳源功能：碳源功能：碳素构成细胞及代谢产物的骨架碳素构成细胞及代谢产物的骨架 碳素碳素 是大多数微生物代谢所需的能量来源是大多数微生物代谢所需的能量来源 无机无机C C源：源：CO2CO2、碳酸盐，只能被自养、碳酸盐，只能被自养 微生物利用微生物利用有机有机C C源：各
6、种糖类，其次是有机酸、源：各种糖类，其次是有机酸、醇类、醇类、脂类和烃类化合物脂类和烃类化合物 碳源种类：碳源种类：类型元素水平 化合物水平 培养基原料水平有机碳CHONX复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等CHON多数氨基酸、简单蛋白质等一般氨基酸、明胶等CHO糖、有机酸、醇、脂类等葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等CH烃类天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等无机碳C(?)COCO2CO2COXNaHCO3NaHCO3、CaCO3、白垩等表3 细菌的碳源谱v凡是可以构成微生物细胞和代谢产物中氮素来源的凡是可以构成微生物细胞和代谢产物中氮素来源的营养物质都称为氮源。营养物质都称为氮源。v氮源
7、功能：为微生物提供合成细胞物质代谢产物的氮源功能：为微生物提供合成细胞物质代谢产物的原料，原料，v氮源一般不做能源，只有硝化细菌利用铵盐，亚硝氮源一般不做能源，只有硝化细菌利用铵盐，亚硝酸盐作氮源酸盐作氮源,同时也作能源。同时也作能源。3.3.氮源氮源(nitrogin(nitrogin source)source)分子态氮：固氮微生物以分子氮为唯一氮源分子态氮：固氮微生物以分子氮为唯一氮源 无机态氮：硝酸盐、铵盐几乎所有微生物能利用无机态氮：硝酸盐、铵盐几乎所有微生物能利用 有机态氮：蛋白质及其降解产物有机态氮：蛋白质及其降解产物氮氮源源种种类类 表表4 细菌的氮源谱细菌的氮源谱类型 元素水
8、平化合物水平培养基原料水平有机氮NCHOX复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉等NCHO尿素、一般氨基酸、简单蛋白质等尿素、蛋白胨、明胶等无机氮NHNH3、铵盐等(NH4)2SO4等NO硝酸盐等KNO3等NN2空气4 4、无机盐（、无机盐（mineral saltsmineral salts）无机盐 是微生物生长必不可少的一类营养物质，它们为机体生长提供多种重要的生理功能（见下图），包括大量元素和微量元素。大量元素大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe等。（细菌生长所需浓度在10-310-4mol/L）微量元素微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co等。（细菌生长所需浓度在10
9、-610-8mol/L）一般微生物生长所需要的无机盐有：硫酸盐、磷酸盐、氯化物以及含有钠、钾、镁、铁等金属元素的化合物。一般功能细胞内一般分子成分 如P、S、Ca、Mg、Fe等渗透压的维持（Na+等）无氧呼吸时的氢受体,如NO3-、SO42-等酶的激活剂（Mg2+等）大量元素pH的稳定特殊功能化能自养菌的能源 如S2-、Fe2+、NH4+、NO2-等酶的激活剂（Cu2+、Mn2+、Zn2+等）微量元素特殊分子结构成分（Co、Mo等）生理调节物质无机盐无机盐的生理功能5.5.生长因子生长因子（growth factor）：）：有些细菌的生长还需要少量的生长因子，生长因有些细菌的生长还需要少量的生
10、长因子，生长因子实际上就是细菌生长所必需的微量有机物质，包括子实际上就是细菌生长所必需的微量有机物质，包括维生素类(特别是B族维生素)和一些有机酸、嘌呤、嘧啶等，如等，如硫胺素、核黄袁、生物素、泛酸、叶酸等。等。这些生长因素多半是辅基或辅酶的主要成分，对这些生长因素多半是辅基或辅酶的主要成分，对细菌的生命活动至关重要。充足的生长因素可使细菌细菌的生命活动至关重要。充足的生长因素可使细菌生长加快数百倍。生长加快数百倍。各种细菌对生长因素的需要情况有所不同。某些各种细菌对生长因素的需要情况有所不同。某些微生物能合成和积累生长因素的特性，已被用于人类微生物能合成和积累生长因素的特性，已被用于人类生产
11、和医药、食品、饲料等。生产和医药、食品、饲料等。（二）细菌的营养类型（二）细菌的营养类型1.1.根据生长所需要的营养物质的性质，可将细菌分成根据生长所需要的营养物质的性质，可将细菌分成 异养型细菌异养型细菌：生长时需要复杂的有机物质作为营养物质 自养型细菌：自养型细菌：生长时能以简单的无机物质作为营养物质 植物、动物属于异养型生物，而细菌既有异养型的 也有自养型的，大多数细菌属于异养型生物，少数细菌 属于自养型生物。2.2.根据生长时能量的来源不同，又可将细菌分成根据生长时能量的来源不同，又可将细菌分成 化能营养型细菌：化能营养型细菌：依靠化合物氧化释放的能量进行生长 光能营养型细菌：光能营养
12、型细菌：依靠光能进行生长 动物和大部分细菌属于化能营养型生物，它们从 物质的氧化过程中获得能量。植物和少部分细菌属于 光能营养型生物3.3.综合上述两种方法，可将细菌分为综合上述两种方法，可将细菌分为光能自养菌化能自养菌化能异养菌光能异养菌 在完全无机的环境中生长，以在完全无机的环境中生长，以COCO2 2为为碳源，光做能源，无机物为供碳源，光做能源，无机物为供H H体还原体还原COCO2 2合成细胞有机物质的细菌。合成细胞有机物质的细菌。在完全无机的环境中生长，以无机化在完全无机的环境中生长，以无机化合物氧化时释放的能量为能源，以合物氧化时释放的能量为能源，以COCO2 2或或碳酸盐为碳源，
13、合成细胞物质的细菌。碳酸盐为碳源，合成细胞物质的细菌。能利用光做能源，以有机化合物为供能利用光做能源，以有机化合物为供H H体，还原体，还原CO2,CO2,合成细胞物质的细菌。合成细胞物质的细菌。以有机化合物为碳源，利用有机化合以有机化合物为碳源，利用有机化合物氧化过程中产生的能量为能源，合成细物氧化过程中产生的能量为能源，合成细胞物质的细菌。胞物质的细菌。微生物的营养类型区别微生物的营养类型区别 营养类型营养类型 主要碳源主要碳源 能源能源 代表菌代表菌 光能自养型 二氧化碳 光能 蓝细菌 光能异养型 有机物 光能 红螺细菌 化能自养型 二氧化碳 无机物 硫杆菌 化能异养型 有机物 有机物
14、大肠杆菌(三三)细菌的呼吸类型细菌的呼吸类型 1.1.细菌呼吸的概念细菌呼吸的概念 由细菌引起的，使代谢基质发生复杂的氧化-还原作用，以释放能量，供细菌生命活动利用的生物化学过程，称为细菌的呼吸。细菌的呼吸作用既是能量代谢过程，也是物质代谢过程。由细菌的呼吸酶系统完成，其主要的化学作用，是使有机物分子的碳-碳链破裂，分解和释放能量。呼吸酶分为两大类：发酵酶类和氧化还原酶类。一种细菌只能具有一定种类和数量的呼吸酶，其呼吸作用，可利用一定的基质，产生一定的产物，这是具有种的特征性，在生产上和微生物鉴定上有实际意义。2.2.细菌的呼吸类型细菌的呼吸类型 具有不同呼吸酶系统的细菌，在进行呼吸时，对于空
15、气中分子氧利用能力也是不同的。据此，可以把细菌及其呼吸作用分为三个主要类型:(1)厌氧性细菌及厌氧性呼吸 有些细菌由于缺乏利用分子氧的酶，它们的呼吸属于厌氧性呼吸，这类细菌称为厌氧性细菌。这些细菌只能在没有分子氧存在于的环境中，才能够进行呼吸及生长发育，分子状态的氧对这类细菌来说，不但不能被利用，而且还是有害的。厌氧性呼吸是使基质脱氢(或失去电子)氧化，并把脱出来的活化氢(电子)转移给非氧受氢体，使基质氧化而释放能量的呼吸过程。(2)(2)需氧性细菌及需氧性呼吸需氧性细菌及需氧性呼吸 在有分子状态氧存在的情况下，才能进行呼吸及生长发育的细菌称需氧性细菌。需氧性呼吸是使基质脱氢(或失去电子)氧化
16、，把脱出的活化氢(电子)转移给分子氧，使基质氧化释放能量的呼吸过程。(3)(3)兼性细菌及其呼吸兼性细菌及其呼吸 兼性细菌具有更复杂的酶系统，不论在有或没有分子状态氧的情况下，均能进行呼吸和生长发育，它们既可以营需氧性呼吸，也可以营厌氧性呼吸。需氧性呼吸基质分解彻底，可获得更多的能量，所以兼性细菌在可能时多营需氧性呼吸。大多数细菌为兼性呼吸菌。(四四)细菌的营养摄取细菌的营养摄取v单纯扩散（单纯扩散（simple diffusionsimple diffusion）v促进扩散（促进扩散（facilitated diffusionfacilitated diffusion）v主动运输主动运输(a
17、ctive transport)(active transport)v基团移位基团移位(group translocation)(group translocation)细菌的营养物质包括能量物质及其他代谢基质。物质吸收是从周围环境获得营养，排出是将代谢物质或废物运出细胞。物质主要通过单纯扩散、促进扩散、主动输送及基团转位等方式进出细菌细胞。单纯扩散是非特异性的营养物质吸收方式物质，是由高浓度环境向低浓度环境扩散，如0 02 2、水、乙醇等。、水、乙醇等。在单纯扩散中营养物质结构不发生变化：既不与膜上分子发生反应，本身分子结构也不发生变化。物质运输速率与胞内外营养物质浓度差有关，即随细胞膜内外
18、该物质浓度差的降低而减小，直到胞内外物质浓度相同。单纯扩散是一个不需要代谢能的运输方式。因此，物质不能进行逆浓度运输。1.1.单纯扩散单纯扩散(simple diffusion)(simple diffusion)2.促进扩散(facilitated diffusion)在促进扩散过程中v 营养物质本身在分子结构上也不会发生变化v 不消耗代谢能量，故不能进行逆浓度运输v 运输的速率由胞内外该物质的浓度差决定v 需要细胞膜上的载体蛋白参与物质运输v 被运输的物质有高度的立体专一性 这种方式多发生在真核微生物(葡萄糖进入酵母菌)，原核生物少见(如甘油进入大肠杆菌等）。3.主动运输(active t
19、ransportactive transport)物质在主动运输的过程中v 消耗代谢能v 以逆浓度运输的运输方式v 被运输物质不发生结构变化v 需要载体蛋白参与v 对被运输的物质有高度的立体专一性 不同的细菌在主动运输过程中所需能量的来源不同，好氧菌中直接来自呼吸能，厌氧菌主要来自化学能，光合细菌中则主要来自光能。主动运输是细菌吸收营养物质的主要方式，运送对象运送对象:无机和有机离子等无机和有机离子等v指被运送的物质在膜内受到化学修饰，以被修饰的指被运送的物质在膜内受到化学修饰，以被修饰的形式进入细胞的一种物质运送方式。形式进入细胞的一种物质运送方式。v是在研究糖的运输时发现的一种主动运输方式
20、。是在研究糖的运输时发现的一种主动运输方式。v运输中需要能量，被运输的物质发生化学变化。运输中需要能量，被运输的物质发生化学变化。v许多糖就是靠基团移位进行运输的。许多糖就是靠基团移位进行运输的。v这种方式是通过磷酸转移酶系统来运输营养物质。这种方式是通过磷酸转移酶系统来运输营养物质。4.4.基团移位基团移位(group translocation)(group translocation)四种营养物质摄取方式的比较比较项目单纯扩散 促进扩散主动运输基团转位特异载体蛋白运输速度物质运输方向胞内外浓度运输分子能量消耗运输后物质的结构无慢由浓至稀相等无特异性不需要不变有快由浓至稀相等特异性不需要不
21、变有快由稀至浓胞内浓度高特异性需要不变有快由稀至浓胞内浓度高特异性需要改变三.细菌的生长繁殖生长生长细菌吸收营养物质，进行新陈代谢，当同化作用细菌吸收营养物质，进行新陈代谢，当同化作用异化作用时，异化作用时，生命个体的重量和体积不断增大的过程。生命个体的重量和体积不断增大的过程。繁殖繁殖生命个体生长到一定阶段，通过特定方式产生新的生命个体，生命个体生长到一定阶段，通过特定方式产生新的生命个体，即引起生命个体数量增加的生物学过程。即引起生命个体数量增加的生物学过程。个体生长个体生长细菌细胞个体吸收营养物质，进行新陈代谢，原生质与细菌细胞个体吸收营养物质，进行新陈代谢，原生质与 细胞组分的增加为个
22、体生长。细胞组分的增加为个体生长。群体生长群体生长指细菌群体中个体数目的增加。可以用指细菌群体中个体数目的增加。可以用重量、体积、密度或重量、体积、密度或 浓度浓度来衡量。来衡量。由于细菌的个体极小，所以常用群体生长来反映个体生长的况状。1.几个基本概念 细菌细胞的生长繁殖，体现在个体和群体两方面。2.细菌个体的生长繁殖 细菌以二分裂法进行无性繁殖。大肠杆菌菌体的分裂过程涉及30多个基因的调控。一个菌体分裂为两个菌体所需的时间称为世代时间。大肠杆菌等在适宜的条件下，分裂一次仅需12.5-20min；分支杆菌等繁殖较慢，需18-24h才分裂一次。3.细菌群体的生长繁殖 如将细菌接种在液体培养基并
23、置于适宜的温度中，定时取样检查活菌数，了解其生长过程的规律。以时间为横坐标，以活菌数的对数为纵坐标，可得出细菌生长曲线。细菌的生长曲线培养时间培养时间 .指数期指数期.稳定期稳定期.衰亡期衰亡期.延滞期延滞期细菌数目（个细菌数目（个/ml/ml）对数）对数活菌数n生长速度为零n细胞体积急剧增大n细胞内的RNA尤其是rRNA含量增高，细胞呈嗜碱性n合成代谢活跃，易产生诱导酶n对外界不良环境条件敏感影响延滞期长短的因素n接种龄接种龄n接种量接种量n培养基成分培养基成分特点(1)延滞期延滞期(retardant phase)(2)指数期指数期(exponential phase)特点：生长速度常数R
24、最大 细胞进行平衡生长 酶系活跃，代谢旺盛影响指数期增代时间的因素：菌种 营养成分 营养物的浓度 n特点：1 生长速率常数R等于0 2 菌体产量达到了最高值 3 合成次生代谢产物 4 细胞内出现储藏物质，芽孢菌内开始 产生芽孢n产生原因：营养物尤其是生长限制因子的耗尽 营养物的比例失调，如碳氮比不合适 有害代谢废物的积累（酸、醇、毒素等）生长条件（pH、氧化还原势等）不合适(3)(3)稳定期稳定期(stationary phase)(stationary phase)n特点：1 R为负值 2 细胞的形态发生变化，出现不规则的衰退形 3 释放次生代谢产物，芽孢等 4 菌体开始自溶n产生原因：生长
25、条件的进一步恶化，使细胞内的分解代谢大大超 过合成代谢，继而导致菌体的死亡(4)(4)衰亡期衰亡期(decline phase/death phase)(decline phase/death phase)四.细菌的新陈代谢1、细菌分解代谢、细菌分解代谢根据细菌具有不完全相同的酶，分解不同营养物质的特点，用生化方法来鉴定细菌称：细菌的生化反应常见的生化反应常见的生化反应对糖的发酵对蛋白质的发酵枸橼酸盐利用试验甲基红试验吲哚试验硫化氢试验单糖发酵试验VP试验其他试验脲酶试验利用分解代谢的产物和能量，合成新的物质合成合成产物产物热原质毒素和侵袭性酶色素 抗生素 细菌素 维生素2 2、细菌合成代谢、
26、细菌合成代谢五.细菌的人工培养供给足够营养供给足够营养有能被细菌利用的水有能被细菌利用的水提供适于细菌生长的提供适于细菌生长的PHPH值值给予时宜于细菌生长的温度给予时宜于细菌生长的温度(一)培养细菌的方法1.分离培养与纯培养 纯培养纯培养(pure culture):(pure culture):把从一个细菌细胞或一群相同的把从一个细菌细胞或一群相同的细菌细胞经过培养繁殖而得到的后代细菌细胞经过培养繁殖而得到的后代,称纯培养称纯培养.分离培养(isolation culture)：从病料组织或其他部位经过培养繁殖而得到细菌的过程。2.2.需氧培养和厌氧培养需氧培养和厌氧培养人工培养细菌时人工
27、培养细菌时应给予的条件应给予的条件 培养基是人工配制的适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质。它是进行科学研究，发酵生产微生物制品等的基础。(二)培养基1.培养基的配制原则A.根据不同细菌的营养需要配制不同的培养基B.注意各种营养物质的浓度与配比C.控制培养基的pH值D.经济节约2.培养基的种类(1)根据物理状态分液体培养基半固体培养基固体培养基在液体加入细菌生长的基本成分在液体培养基加1.5%2.0%琼脂在液体培养基加0.2%0.7%琼脂(2)根据培养用途分增菌培养基选择培养基鉴别培养基培养基加能显示细菌代谢产物的物质培养基加某些利于或抑制细菌生长的物质基础培养基基础培养基加某些营
28、养成分，用于增菌含细菌生长所需的基本成分，用于一般细菌3、培养基的制备A、选择：根据培养目的选择不同培养基及其配方；B、称量：按照培养基的配方正确称量；C、溶解：将称量好的成分放入三角瓶中，加热溶解；D、调pH：用1N NaOH或1N HCl调节pH为7.27.6；E、包装：塞好棉塞，并用牛皮纸或报纸包扎；F、灭菌：15磅30分钟；G、分装：指固体培养基，若液体培养基先分装后灭菌；H、无菌检查：37度培养24小时，无细菌生长方可使用。(三)细菌的生长要求1、营养物质2、温度条件：37度左右3、酸碱度(pH值)：7.27.64、适宜渗透压：等渗环境5、气体环境：需氧或厌氧水：蒸馏水等碳源：牛肉膏
29、、蛋白胨等氮源：酵母膏、牛肉膏等能源：主要从碳源中获取无机盐：NaCl、KH2PO4等生长因子：维生素、血清等（四）细菌在培养基中的生长表现1.细菌在液体培养基中的生长情况菌膜菌沉淀均匀浑浊对照液液体体培培养养基基细菌菌落细菌菌落2.细菌在固体培养基中的生长性状 细菌在固体培养基形成的细菌在固体培养基形成的菌落，特征菌落，特征包括：大小、颜包括：大小、颜色、透明度、表面状态、质地、边缘形态及隆起形状。色、透明度、表面状态、质地、边缘形态及隆起形状。粘液型菌落细菌菌落细菌菌落表面特征表面特征细菌菌落特细菌菌落特征剖面图征剖面图细菌在半固体明细菌在半固体明胶中的生长现象胶中的生长现象细菌在半固体培细菌在半固体培养上的培养特征养上的培养特征细菌在斜面上细菌在斜面上的生长现象的生长现象复习思考题复习思考题 1.细菌个体代谢过程的特点?2.菌体快速分裂的原因?3.细菌的生长曲线如何确定?有何意义?4.试述细菌生长的各个期的特点。5.培养基有哪些种类?6.病原菌对氧气和温度的需求有何特点?7.试述主要的细菌生化反应的原理及用途。
