细菌的生理、消毒与灭菌、遗传与变异.ppt

细菌的生理 消毒与灭菌 细菌的遗传与变异 中西医结合学院 张学敏 本章节重点掌握：细菌的营养、生长繁殖的条件及繁殖方式 细菌在培养基内的生长现象，菌落的概念 熟悉医学上具有重要意义的代谢产物 消毒、灭菌、无菌、无菌操作和防腐的概念 熟悉消毒灭菌方法：高压蒸汽灭菌，紫外线杀菌 掌握细菌变异机理：表型变异（诱导酶）和基因型变异（突变，基因的转移和重组：转化、转导、溶原性转化和接合）2023/1/6 微 寄 教 研 室 2 细菌的生理细菌的生理 2023/1/6 4 微 寄 教 研 室 一、细菌的营养 细菌从周围环境中吸收作为代谢活动所必需的有机或无机化合物称为营养物质。决定细菌营养物质的因素：该物质能否经一定的方式进入细胞；细菌是否具有相应的酶，使进入细胞的物质用于细菌的新陈代谢。细菌的营养物质有两方面作用：用于组成细菌细胞的各种成分；供给细菌新陈代谢中所需能量。2023/1/6 5 微 寄 教 研 室（一）细菌的营养物质 各类细菌对营养物质的要求差别很大。包括水、碳源、氮源、无机盐和生长因子等。其主要营养元素及其生理功能见表。1水：细菌湿重的8090%为水。细菌代谢过程中所有的化学反应、营养的吸收和渗透、分泌、排泄均需有水才能进行。2碳源：各种无机或有机的含碳化合物（CO2、碳酸盐、糖、脂肪等）都能被细菌吸收利用，作为合成菌体所必需的原料，同时也作为细菌代谢的主要能量来源。致病性细菌主要从糖类中获得碳，己糖是组成细菌内多糖的基本成分，戊糖参与细菌核酸组成。2023/1/6 6 微 寄 教 研 室 3氮源：从分子态氮到复杂的含氮化合物都可被不同的细菌利用。但多数病原菌是利用有机氮化物如氨基酸、蛋白胨作为氮源。少数细菌（如固氮菌）能以空气中的游离氮或无机氮如硝酸盐、铵盐等为氮源，主要用于合成菌体细胞质及其他结构成分。2023/1/6 7 微 寄 教 研 室 4无机盐：钾、钠、钙、镁、硫、磷、铁、锰、锌、钴、铜、钼等是细菌生长代谢中所需的无机盐成份。除磷、钾、钠、镁、硫、铁需要量较多外，其他只需微量。各类无机盐的作用为：构成菌体成份；调节菌体内外渗透压；促进酶的活性或作为某些辅酶组分；某些元素与细菌的生长繁殖及致病作用密切相关。如白喉杆菌产毒株其毒素产量明显受培养基中铁含量的影响。培养基中铁浓度降至7mg/L时，可显著增加毒素的产量，故在培养产毒株白喉杆菌PW2制备类毒素的生产中，多采用含铁很少的培养基，其毒素产量可达细菌产生蛋白量的5%以上，约占细菌外分泌总蛋白的75%以上，使培养基含毒素量达500ug/L研究认为低铁可影响细胞壁的通透性，利于毒素释放。亦有人认为宿主含铁蛋白可抑制白喉毒素基因，故低铁时可导致白喉毒素产量增高。2023/1/6 8 微 寄 教 研 室 5生长因子：很多细菌在其生长过程中还必需一些自身不能合成的化合物质，称为生长因子（Growth factor）。生长因子必须从外界得以补充，其中包括维生素、某些氨基酸、脂类、嘌呤、嘧啶等。各种细菌对生长因子的要求不同，如大肠杆菌很少需要生长因子，而有些细菌如肺炎球菌则需要胱氨酸、谷氨酸、色氨酸、天冬酰胺、核黄素、腺嘌呤、尿嘧啶、泛酸、胆碱等多种生长因子。致病菌合成能力差，生长繁殖过程必需供复杂的营养物质以使其获得相应的生长因子。有些生长因子仅为少数细菌所需，如流行性感冒杆菌需V、X两种因子，而金黄色葡萄球菌生长过程可合成较多的V因子。2023/1/6 9 微 寄 教 研 室（二）细菌的营养类型 根据细菌营养要求和能量来源的不同，可将其分为两类。自养菌：此类细菌能在完全含无机物的环境中生长繁殖。它们具有各种完备的酶系统，能利用二氧化碳或碳酸盐作为碳源，氨或硝酸盐作为氮源，合成菌体的原生质。其能源主要来自无机物氧化时放出的能量。一部分有光合能力的细菌则可直接获取光能。2023/1/6 10 微 寄 教 研 室 异养菌：需要利用有机物质作为营养和能源的细菌称为异养菌。它们利用糖类、有机酸为碳源；蛋白质、蛋白栋、各种氨基酸作为氮源。仅有少数异氧菌能利用无机氮化合物。异养菌的能源来自有机物的分解。有些异养菌能引起动植物尸体腐烂分解、食物腐败变质，即从无生命的有机物质中摄取营养，这些细菌称为腐物寄生菌或腐生菌。还有些异养菌寄生于活的动植物体内，从宿主体内的有机物质中获得营养和能量，这类细菌称为寄生菌。致病菌的大部分属于寄生菌。2023/1/6 11 微 寄 教 研 室 二、细菌的生长繁殖 （一）细菌生长繁殖的条件 营养物质：一般细菌所需要的营养物质有水分、无机盐类、蛋白胨(或氨基酸)和糖等。对营养要求较高的细菌还需要某些生长因子。这些营养物质是细菌进行新陈代谢的基础。人工培养细菌时，用培养基满足细菌对营养物质的需要。酸酸度：营养物质的吸收、分解以及能量的产生，都需要酶来参与反应。酶活性必须在一定的酸碱度和温度下才能发挥作用。绝大多数细菌和放线菌生长最适宜的pH为中性或弱硷性(pH7.0-7.6)。个别细菌如霍乱弧苗在pH为7.8-8.0中生长最好，所以常利用碱性培养基(pH8.4-9.2)分离霍乱弧菌，因为碱性条件能抑制其它细菌生长，起到抑制作用。2023/1/6 12 微 寄 教 研 室 温度：细胞生长的温度极限为-790。各类细菌对温度的要求不同，可分为嗜冷菌,最适生长温度为（1020）；嗜温菌,2040;嗜热菌,在高至5660生长最好。病原菌均为嗜温菌，最适温度为人体的体温，即37，故实验室一般采用37培养细菌。有些嗜温菌低温下也可生长繁殖，如5冰箱内，金黄色葡萄球菌缓慢生长释放毒素，故食用过夜冰箱冷存食物，可致食物中毒。2023/1/6 13 微 寄 教 研 室 气体环境：氧的存大与否和生长有关，有些细菌仅能在有氧条件下生长；有的只能在无氧环境下生长；而大多数病原菌在有氧及无氧的条件下均能生存。一般细菌代谢中都需CO2，但大多数细菌自身代谢所产生的CO2即可满足需要。有些细菌，如脑膜炎双球菌在初次分离时需要较高浓度的CO2（510%），否则生长很差甚至不能生长。2023/1/6 14 微 寄 教 研 室 根据细菌代谢时对氧气的需要与否分为四类：专性需氧菌：具有完善的呼吸酶系统，需要分子氧作为受氢体以完成需氧呼吸，在无游离氧的环境中不能生长。如结核杆菌、霍乱弧菌。微需氧菌：在低氧压（5-6）生长最好，氧压大于10对其有抑制作用。如空肠弯曲菌、幽门螺杆菌。兼性厌氧菌：兼有需氧呼吸和发酵两种功能，不论在有氧或无氧环境中均能生长，以有氧时较好。大多数病原菌属此类。专性厌氧菌：缺乏完善的呼吸酶系统，利用氧以外的其他物质作为受氢体，只能在无氧的环境中进行发酵。在有游离氧存在时，不但不能利用分子氧，且还将受其毒害，甚至死亡。如破伤风梭菌等。2023/1/6 15 微 寄 教 研 室（二）细菌生长繁殖方式 1细菌个体的生长繁殖 细菌一般以简单的二分裂法进行无性繁殖，个别细菌如结核杆菌偶有分枝繁殖的方式。在适宜条件下，多数细菌繁殖速度极快，分裂一次需时仅2030分钟。球菌可从不同平面分裂，分裂后形成不同方式排列。杆菌则沿横轴分裂。细菌分裂时，菌细胞首先增大，染色体复制。2023/1/6 16 微 寄 教 研 室 2细菌群体生长繁殖规律 细菌繁殖速度之快是惊人的。大肠杆菌的代时为20分钟，以此计算，在最佳条件下7小时后，1个细胞可繁殖到200万上，10小时后可超过10亿，24小时后，细菌繁殖的数量可庞大到难以计数据和程度。但实际上，由于细菌繁殖中营养物质的消耗，毒性产物的积聚及环境PH的改变，细菌绝不可能始终保持原速度无限增殖，经过一定时间后，细菌活跃增殖的速度逐渐减慢，死亡细菌逐增、活菌率逐减。2023/1/6 17 微 寄 教 研 室 将一定数的细菌接咱适当培养基后，研究细菌生长过程的规律，以培养时间为横坐标，培养物中活菌数的对数以纵坐标，可得出一条生长曲线。细菌群体的生长繁殖可分为四期：迟缓期、对数期、稳定期、衰亡期。2023/1/6 18 微 寄 教 研 室 2023/1/6 19 微 寄 教 研 室 三、细菌的新陈代谢 细菌新陈代谢的两个突出特点：代谢活跃。代谢类型多样化。细菌的代谢通路包括合成与分解两大类。2023/1/6 20 微 寄 教 研 室 细菌的代谢产物 细菌分泌胞外酶将多糖、蛋白质等大分子营养物质分解为单糖、小肽或氨基酸，然后吸收进入菌体，再经氧化或胞内酶分解形成菌体可利用的成分，此谓细菌的分解代谢。细菌以营养原料及生物氧化产生的能量，合成菌体及相应的代谢产物，此谓合成代谢。细菌在分解和合成代谢中能产生多种代谢产物，在细菌的鉴定及生化反应中有实际意义。2023/1/6 21 微 寄 教 研 室(一)分解代谢产物的检测 细菌的分解代谢产物因各种细菌具备的酶不完全相同，而有所差异。各代谢产物可通过生化试验的方法检测，通常称为细菌的生化的反应。2023/1/6 22 微 寄 教 研 室 1糖代谢测定 1）糖发酵试验：细菌对各种糖的分解能力及代谢产物不同，可借以鉴别细菌。一般非致病菌能发酵多种单糖，如大肠杆菌能分解葡萄糖和乳糖，产生甲酸等产物，并有甲酸解氢酶，可将其分解为CO2和H2，故生化反应结果为产酸产气，以“”表示。伤寒杆菌分解葡萄糖产酸，但无解氢酶。故生化结果为产酸不产气，以“+”表示。伤寒杆菌及一般致病菌大都不能分解乳糖，以“-”表示。2023/1/6 23 微 寄 教 研 室（2）甲基红试验：产气杆菌使丙酮酸脱羧后形成中性产物，培养液pH5.4，甲基红指示剂呈桔黄色，为甲基红试验阴性，大肠杆菌分解葡萄糖产生丙酮酸，培养液呈酸性pH5.4，指示剂甲基红呈红色，称甲基红试验（Methyl red test,MR）阳性。2023/1/6 24 微 寄 教 研 室（3）VP试验：大肠杆菌与产气杆菌均分解葡萄糖，为区分两菌可采用VP试验及甲基红试验。产气杆菌能使丙酮酸脱羧、氧化（在碱性溶液中）生成二乙酰，后者可与含胍基的化合物反应，生成红色化合物，称VP阳性。大肠杆菌分解葡萄糖产生丙酮酸，VP阴性。2023/1/6 25 微 寄 教 研 室（4）枸橼酸盐利用试验（Citrate ultiliazation test）:能利用枸橼酸盐作为唯一碳源的细菌如产气杆菌，分解枸橼酸盐生成碳酸盐，同时分解培养基的铵盐生成氨，由此使培养基变为碱性，使指示剂溴麝香草酚蓝（BTB）由淡绿转为深蓝，此为枸橼酸盐利用试验阳性。2023/1/6 26 微 寄 教 研 室 2蛋白质代谢测定（1）吲哚试验（Indol test）：含有色氨酸酶的细菌（如大肠杆菌、变形杆菌等）可分解色氨酸生成吲哚，若加入二甲基氨基苯甲醛，与吲哚结合，形成玫瑰吲哚，呈红色，称吲哚试验阳性。2023/1/6 27 微 寄 教 研 室（2）硫化氢试验：变形杆菌、乙型副伤寒杆菌等能分解含硫氨基酸如胱氨酸、甲硫氨酸等，生成硫化氢。在有醋酸铅或硫酸亚铁存在时，则生成黑色硫化铅或硫化亚铁，可借以鉴别细菌。3尿素分解试验 变形杆菌具有尿素酶，可分解尿素产生氨，培养基呈碱性，以酚红为指示剂检测呈红色，由此区别于沙门氏菌。2023/1/6 28 微 寄 教 研 室 2023/1/6 29 微 寄 教 研 室 吲哚（I）、甲基红（M）、VP（V）、枸橼酸盐利用（C）四种试验，常用于鉴定肠道杆菌，合称之为IMViC试验。大肠杆菌呈“+”，产气杆菌为“+”。2023/1/6 30 微 寄 教 研 室（二）合成代谢产物及临床意义 细菌通过新陈代谢不断合成菌体成分，如多糖、蛋白质、脂肪、核酸、细胞壁及各种辅酶等。此外，细菌还能合成很多在医学上具有重要意义的代谢产物。2023/1/6 31 微 寄 教 研 室 1热原质（Pyrogen）:热原质即菌体中的脂多糖，大多是革兰氏阴性菌产生的。注入人或动物体内能引起发热反应，故名热原质。热原质耐高热，高压蒸汽灭菌（121，20）不能使其破坏，加热（180 4h；250 45；650 1）才使热原质失去作用。除去热原质最好的方法是蒸馏蒸馏。也可用特殊吸附剂处理或超滤膜过滤方法去除。生物制品或注射