主题：【原创】生物显微镜下细菌的理化性状！

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物显微镜下细菌的理化性状！

细菌的理化性状

一、细菌的化学组成

　　细菌和其他生物细胞相似，含有多种化学成分。

　1、就其元素来讲，包括：有机元素（C、N、H、O）和灰分元素（P、K、Mg、S、Ca以及Fe、Na、Cl、Cu、Zn等）。这些元素主要以化合物的形式存在，构成了细菌细胞的水分和有机物、无机物的固体成分。

　2、细菌的化学组成

　（1）小分子物质：水分是菌细胞重要的组成部分，占细胞总重量的75%～90%；
　（2）无机盐：占干重的10%；
　（3）大分子物质：蛋白质、糖类、脂类、核酸；
　（4）特殊化学物质: 肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸、D型氨基酸、二氨基庚二酸(DAP)、吡啶二羧酸(DPA)等。

二、细菌的物理性状

　 1、光学性质：细菌为半透明体。当光线照射至细菌，部分被吸收，部分被折射，故细菌悬液呈混浊状态。

　 2、表面积：细菌体积微小，相对表面积大，有利于同外界进行物质交换。如葡萄球菌直径约1μm，则1cm3体积的表面积可达60000cm2；直径为1cm的生物体，每cm3体积的表面积仅6cm2，两者相差1万倍。

　 3、带电现象：细菌固体成分的50%～80%是蛋白质，蛋白质由兼性离子氨基酸组成。革兰阳性菌pI为2-3，革兰阴性菌pI为4-5，故在近中性或弱碱性环境中，细菌均带负电荷，尤以前者所带负电荷更多。

　 4、半透性：细菌的细胞壁和细胞膜都有半透性，允许水及部分小分子物质通过，有利于吸收营养和排出代谢产物。

　 5、渗透压： 细菌体内含有高浓度的营养物质和无机盐，一般革兰阳性菌的渗透压高达 20～25个大气压，革兰阴性菌为5～6个大气压。细菌所处一般环境相对低渗，但有坚韧细胞壁的保护不致崩裂。

第二节 细菌的生长繁殖

一、细菌生长的条件

　 1、营养：水、碳源、氮源、无机盐，有些细菌还需要生长因子。

　 　生长因子：为细菌生长所必需的一类物质，有维持细菌正常发育和促进生长的功能，极其微量就能显示其影响, 而足够份量可促进某些细菌生长加快数百倍。如：维生素(主要是VB)、有机酸、嘌呤、嘧啶等，以及色素和某些细菌的抗生素等。生长因子多为辅酶或辅基的主要成分，对细菌的生命活动至关重要

　 2、酸碱度：多数致病菌的最适pH为7.2-7.6

　 3、气体：

　　（1）根据对氧的需要不同将细菌分为4类：

　 ① 专性需氧菌（obligate aerobe）　 　 　 　 　 　　 ② 微需氧菌（microaerophilic bacterium）
　 ③ 兼性厌氧菌（facultative anaerobe）　 　 　 　 　 ④ 专性厌氧菌（obligate anaerobe）

　　（2）某些细菌在培养的时候还需要一定浓度的CO2： 5% CO2

　 4、温度：多数致病菌的最适温度为37℃

二、细菌的生物氧化与能量代谢

　　细菌能量代谢活动中主要涉及ATP形式的化学能。细菌的有机物分解或无机物氧化过程中释放的能量通过底物磷酸化或氧化磷酸化合成ATP。
主要有发酵、需氧呼吸、厌氧呼吸等方式。

三、细菌的营养类型

　　不同种类的细菌，对能源和碳源的要求并不一样，据此可将细菌区分为不同的营养类型。

　 1、根据碳素营养的区分

　 （1）自养菌：只能从无机物取得碳源的细菌。能利用无机碳（如CO2、H2CO3等）合成所需要的含碳有机物，如硝化菌。

　 （2）异养菌：凡能从有机物中取得碳源的细菌。不能利用无机碳，需要有机碳来合成所需要的含碳有机物；必须依赖其他生物供给现成的有机物而营寄生生活

　 2、根据能源的区分：

　 （1）光能营养菌：能将光能转变为化学能的细菌；这类细菌都是属于土壤和水中的细菌，在病原菌中不存在此种类型的细菌。

　 （2）化能营养菌：从无机和有机物中取得能量的细菌；大部分细菌属于此类。前者称为无机化能营养菌；后者称为有机化能营养菌。

　 3、因此，细菌的营养类型分为：

（1）光能自养菌　　 （2）光能异养菌　 　 （3）化能自养菌　 　 （4）化能异养菌

四、细菌吸收营养物质的机制

　　细菌代谢能力极强，繁殖很快，消耗营养很多。 细菌没有特殊的摄食和排泄器官，这些营养物质，是通过细菌半透性的细胞壁和胞浆膜进行吸收的。

　　细菌主要有4种吸收营养物质的方式,不同营养物质可沿不同的方式进入:
　　　　（1）单纯扩散（simple diffusion）
　　　　（2）促进扩散（facilitated diffusion）
　　　　（3）主动运输（active transport）
　　　　（4）基团转移（group translocation）

1.单纯扩散 　 也称为被动扩散，是一种最简单的细胞内外物质交换方式。只靠简单的分子运动进行扩散。 　 吸收的是溶液中的溶质。 　 特点： 　 ① 无特异性; 　 ② 不需要载体 　 ③ 不需要能量 　 ④ 速度较慢 　 ⑤ 可逆，但不能逆浓度梯度. 　 因此不是细菌取得营养的主要方式

2. 促进扩散 　 营养物质通过透酶吸收营养基质的方式称为促进扩散，也称为协助扩散。 　 特点： 　 ① 严格的特异性， 　 ② 需要载体， 　 ③ 不需要能量； 　 ④ 可逆 　 ⑤ 与被动扩散相同，也不能逆浓度梯度

3. 主动运输 　 特点： 　 ① 需要载体， 　 ② 严格的特异性， 　 ③ 需要能量. 　 ④ 不可逆，可逆浓度梯度； 胞内的基质可高于胞外100~1000倍， 　 ⑤ 饱和效应：如胞外基质浓度甚高，足使载体饱和，输送的速度达到一定高度时就无法进一步提高; 　 ⑥ 吸收竞争：某些性质极为相似的化合物，如一种化合物过量,常可抑制对另一种化合物的吸收； 如L-丙氨酸、L-丝氨酸和L-亮氨酸之间便可出现吸收竞争。 　 是细菌取得营养的主要方式

4. 基团转移 　 上述各物质交换过程中，输送到细胞内的基质都未发生任何化学变化。 　 基团转移是在输送后使基质发生变化的输送过程。 　 这一输送方式仅适用于糖的转移，是由磷酸转移酶系统介导的一种反应。 　 与主动输送相似，可逆浓度运输，要求能量,酶介导。

五、细菌的生长繁殖方式和速度 　 1.繁殖方式: 　 　细菌一般进行无性繁殖，表现为细胞的横分裂称为裂殖。裂殖后形成子细胞与母细胞大小相等，称为同形裂殖，裂殖后形成子细胞与母细胞大小不相等，称为异形裂殖。细菌亦存在有性结合，但发生频率极低。 　 　细菌以二分裂法行无性繁殖 　 2.细菌个体的繁殖速度: 　 　细菌生长速度很快，一般细菌约20min分裂一次，少数细菌繁殖较慢。大肠埃希菌20-30分钟繁殖一代；结核杆菌18-20小时繁殖一代。若按此速度计算，一个细胞经7h可繁殖到约200万个，10h后可达10亿以上，细菌群体将庞大 到难以想象的程度。但事实上由于细菌繁殖中营养物质的逐渐耗竭，有害代谢产物的逐渐积累，细菌不可能始终保持高速度的无限繁殖。经过一段时间后，细菌繁殖速度渐减，死亡菌数增多，活菌增长率随之下降并趋于停滞。

　 3.生长曲线:

　 　将一定数量的细菌接种于适宜的液体培养基中，连续定时取样检查活菌数，可发现其生长过程的规律性。以培养时间为横坐标，培养物中活菌数的对数为纵坐标，可绘制出一条生长曲线(growth curve)。

根据生长曲线，细菌的群体生长繁殖可分为四期： 　 （1）迟缓期(lag phase)：细菌进入新环境后的短暂适应阶段。该期菌体增大，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，以及营养物等不同而异，一般为1—4h。 　 （2）对数期(1ogarithmic phase)：又称指数期(exponential phase)。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，研究细菌的生物学性状(形态染色、生化反应、药物敏感试验等)应选用该期的细菌。一般细菌对数期在培养后的8—18h。 　 （3）稳定期(stationary phase)：由于培养基中营养物质消耗，有害代谢产物积聚，该期细菌繁殖速度渐减，死亡数逐渐增加，细菌形态、染色性和生理性状常有改变。一些细菌的芽胞、外毒素和抗生素等代谢产物大多在稳定期产生。

　 （4）衰退期(decline phase)：稳定期后细菌繁殖越来越慢，死亡数越来越多，并超过活菌数。该期细菌形态显著改变，出现衰退型或菌体自溶，难以辨认；生理代谢活动也趋于停滞。因此，陈旧培养的细菌难以鉴定。

　 　这种生长曲线只有在体外人工培养的条件下才能观察到。细菌在自然界或人类、动物体内生长繁殖时，受多种环境因素和机体免疫因素的影响和制约，情况复杂，不可能出现在培养基中的那种典型的生长曲线。

　 　细菌的生长曲线在研究工作和生产实践中都有指导意义。掌握细菌生长规律，可以人为地改变培养条件，调整细菌的生长繁殖阶段，更为有效地利用对人类有益的细菌。例如在培养过程中，不断地更新培养液和对需氧菌进行通气，使细菌长时间地处于生长旺盛的对数期，这种培养称为连续培养。

第三节 细菌的新陈代谢

一、细菌的呼吸

　 　生化中讲过,生物氧化通常有三种方式: 加氧、脱氢、丢失电子。

　 　细菌的生物氧化很少是加氧反应，主要是脱氢和丢失电子。细菌生物氧化最后的电子受体为氧称为需氧呼吸，如果是其他无机化合物称为厌氧呼吸, 如果是有机物称为发酵。病原菌只进行需氧呼吸或发酵，没有厌氧呼吸的。

二、细菌的代谢

　 　1、糖的分解: 不同细菌具有不同酶类，因此其分解糖类的能力及产生的代谢产物也不同，借此可鉴别细菌。

　 　2、蛋白质代谢: 细菌的蛋白酶将蛋白质分解成短肽或二肽后才能吸收，经肽酶分解成氨基酸。氨基酸的分解有脱氨和脱羧二种方式。

　 　3、细菌的合成代谢: 细菌以营养物质为原料，合成菌体的蛋白质、多糖、脂类、核酸等成分。此外，还能合成一些特殊的代谢产物。

三、细菌的代谢产物

　 　1、对细菌有鉴别意义的代谢产物及其检查方法

　 （1）糖发酵试验: 如大肠杆菌能分解乳糖，并产酸产气，而伤寒杆菌不能。

　 （2）靛基质试验: 如大肠杆菌有色氨酸酶，可将色氨酸分解成无色的靛基质(吲哚)，加入对二甲氨基苯甲醛，则生成红色的玫瑰靛基质，而伤寒杆菌则不能。此试验又称吲哚试验。

　 （3）硫化氢试验: 如乙型副伤寒杆菌能分解胱氨酸产生硫化氢气体，如加入硫酸亚铁，可形成黑色沉淀的硫化铁，而痢疾杆菌则不能。

　 （4）尿素分解试验: 变形杆菌有尿素酶，可将尿素分解成氨，如加入酚红指示剂，培养基显出红色(呈碱性)，而痢疾杆菌、大肠杆菌、伤寒杆菌等则不能。

　 　 　

　 　2、细菌合成的某些特殊产物

　 细菌利用分解代谢中的产物和能量不断合成菌体自身成分，同时还合成一些在医学上具有重要意义的代谢产物，如热原(脂多糖)、毒素和侵袭物质、细菌素、色素、抗生素、维生素等。

　 （1）热原质(pyrogen)：也称致热原，是细菌合成的一种注入人体或动物体内能引起发热反应的物质。热原耐高温, 加压蒸气灭菌121℃20 分钟亦不被破坏。用吸附剂和特殊石棉滤板可除去液体中的大部分热原, 蒸馏法效果更好。玻璃器皿需在250℃高温干烤, 才能破坏热原。因此, 在制备和使用注射药剂过程中应严格遵守无菌操作, 防止细菌污染。产生热原质的细菌大多是革兰阴性菌，热原质即其细胞壁的脂多糖。

　 （2）毒素与侵袭性酶： 细菌产生外毒素和内毒素两类毒素，在细菌致病作用中甚为重要。外毒素(exotoxin)是多数革兰阳性菌和少数革兰阴性菌在生长繁殖过程中释放到菌体外的蛋白质；内毒素(endotoxin)是革兰阴性菌细胞壁的脂多糖，当菌体死亡崩解后游离出来。外毒素毒性强于内毒素。

　 （3）色素：某些细菌在营养丰富、氧气充足、温度适宜时，能产生不同颜色的色素，有助于鉴别细菌；如绿脓杆菌色素，可使培养基呈现绿色，其感染的脓液及纱布等敷料也均带绿色。细菌的色素有两类，一类为水溶性，能弥散到培养基或周围组织；另一类为脂溶性，不溶于水，只存在于菌体，使菌落显色而培养基颜色不变。

　 （4）抗生素：某些微生物代谢过程中产生的一类能抑制或杀死某些其他微生物或肿瘤细胞的物质，称为抗生素。抗生素大多由放线菌和真菌产生，细菌产生的少，只有多粘菌素(polymyxin)、杆菌肽(bacitracin)等。

　 （5）细菌素：某些菌株产生的一类具有抗菌作用的蛋白质称为细菌素(bactericin)。细菌素与抗生素不同的是作用范围狭窄，仅对与产生菌有亲缘关系的细菌有杀伤作用。

　 （6）维生素：细菌能合成某些维生素除供自身需要外，还能分泌至周围环境中；如人体肠道内的大肠杆菌, 合成的B族维生素和维生素K也可被人体吸收利用。

第四节 细菌的人工培养

　　细菌的培养技术是微生物学中最基本也是最重要的技术之一。进行微生物学研究，首先必须获得纯培养；而纯培养的获得必须建立在正确的分离技术之上；如何创造适宜的人工培养环境是这项工作的关键

　　了解细菌的生理需要，掌握细菌生长繁殖的规律，可用人工方法提供细菌所需要的条件来培养细菌，以满足不同的需求。

一、培养细菌的条件

　　 对细菌进行人工培养时，除需要提供充足的营养物质使细菌获得生长繁殖所需要的原料和能量外，尚要有适宜的环境条件，如酸碱度、渗透压、温度和必要的气体等。

二、培养基（culture medium）

　　1、培养基的概念

　　 　　是由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质。培养基制成后必须经过灭菌处理。

　　2、配制培养基的基本要求

　　依据细菌的物质代谢要求和营养需要，必须含有细菌生长繁殖所需要的碳源、氮源、矿物质以及生长环境条件，因此，在制作细菌培养基时，必须掌握如下原则和要求：

　　① 含各种营养物质
　　② 适当的水分
　　③ 适宜的pH和渗透压
　　④ 不应含有抑制细菌生长的物质
　　⑤ 应均质透明，应彻底灭菌
　　⑥ 对某些微生物必须提供一些特殊物质

　　3、常用培养基的种类

　　（1）按其营养成分和用途不同分类

　　　　① 基础培养基：能满足一般细菌生长繁殖的营养。
　　　　② 营养培养基：基础培养基中加入葡萄糖、血液、血清、酵母浸膏等物质，专供营养要求较高或有特殊需求的细菌生长。
　　　　③ 选择培养基：选择所需分离的细菌而抑制其他细菌生长的培养基。
　　　　④ 鉴别培养基：供细菌生化反应试验用的，可以鉴别细菌。
　　　　⑤ 厌氧培养基：供厌氧性细菌培养用。

　　（2）根据培养基的物理性状的不同分类

　　　　① 液体培养基：不含有琼脂
　　　　② 固体培养基：含有2%琼脂
　　　　③ 半固体培养基：含有0.5-0.7%琼脂

　　4、细菌的生长情况

　　（1） 2个概念

　　　　菌落：微生物的单个个体或孢子在固体培养基上生长繁殖后形成肉眼可见的集团。

　　　　菌苔：几个菌落连在一起成片生长。不同的菌落、菌苔大小、形状、光泽、颜色、硬度、透明度不同，这些特征可供鉴定参考。



　　（2）细菌的培养特征

　　　　　是指许多微生物生长在一起可以看到的群体特征；
　　　　　不同种细菌的菌落或菌苔大小、形状、光泽、颜色、硬度、透明度均不同，这些特征可供鉴定参考。

　　　　① 在固体培养基上：多生于培养基表面，光滑成粗糙、干燥成湿润，有不同气味，但菌落菌苔易于被挑起。

　　　　② 在半固体培养基：用穿刺接种方法，如该细菌有鞭毛，能运动则沿穿刺线扩散生长，若无鞭毛不能运动，只在穿刺线处生长。

　　　　③ 在液体培养基上:

　　　　　　　　　　多数细菌呈现均匀浑浊（表现均匀生长）。

　　　　　　　　　　部分形成菌膜(专性需氧菌），在液体培养基表面上形成菌膜，液体透明明或者稍浑浊。

　　　　　　　　　　形成菌环，在液体中间形成一圈环状物形成沉淀。

　　　　　　　　　　在液体底部形成沉淀。

　　5、人工培养细菌的用途

　　　　（1）兽医中的应用：疾病的诊断、细菌学研究、生物制品的制备；

　　　　（2）工农业生产中的应用：制造各种产品、处理垃圾、制造菌肥农药等；

　　　　（3）基因工程中的应用：表达重组DAN制备产品。