细菌的生长繁殖与变异PPT.ppt

第二节 细菌的生长繁殖与变异（一）细菌生长繁殖的条件（一）细菌生长繁殖的条件1.营养物质2.温度3.pH4.气体一、细菌的生长繁殖一、细菌的生长繁殖1.1.营养物质营养物质 细菌生长繁殖需要丰富的营养物质，包括水、碳水化合物、氮化物、无机盐、生长因子等。2.2.温度温度 依据细菌对温度的需求不同，可以将其分为嗜冷菌、嗜温菌、嗜热菌三大类。病原菌一般为嗜温菌，适宜的生长温度为1540，并且大多数病原菌的最适温度为37。3.pH3.pH 大多数细菌的最适pH为7.27.6，许多细菌在代谢过程中分解糖，产生酸，使pH下降，抑制细菌生长。4.4.气体气体 与细菌生长繁殖有关的气体主要是氧气和二氧化碳，此外，有些固氮菌能够固定空气中的氮气。根据细菌对氧的需要情况分为根据细菌对氧的需要情况分为：专性需氧菌（专性需氧菌（aerobeaerobe）:必须在有氧的环境中必须在有氧的环境中才能生长繁殖。如结核分枝杆菌才能生长繁殖。如结核分枝杆菌专性厌氧菌（专性厌氧菌（anaerobeanaerobe）:缺乏呼吸酶，只有缺乏呼吸酶，只有在无氧状态下才能生长。如破伤风芽胞梭菌在无氧状态下才能生长。如破伤风芽胞梭菌兼性厌氧菌（兼性厌氧菌（facultative anaerobefacultative anaerobe）:在有在有氧或无氧状态下均能生长，但在有氧时生长氧或无氧状态下均能生长，但在有氧时生长较好。大多数病原菌属于此类。较好。大多数病原菌属于此类。微需氧菌微需氧菌 :在低氧状态下生长最好。在低氧状态下生长最好。（二）细菌生长繁殖的方式与速度（二）细菌生长繁殖的方式与速度 细菌主要以二分裂方式进行无性繁殖，一个细菌分为两个菌体所需的时间称为世代时间，简称世代。在适宜的人工条件下，多数细菌的世代为2030min。如果按20min繁殖一代计算，10h后，一个细菌可以繁殖10亿个以上的细菌。细菌细胞的分裂是从染色体的复制开始的。为了使遗传物质能均等地分配给两个子代细胞，染色体的复制与细胞分裂需要配合密切。（三）细菌群体生长及生长曲线（三）细菌群体生长及生长曲线 细菌生长曲线是专指单细胞微生物的。它是将少量的单细胞微生物接种纯种到一定容积的液体培养基后，在适宜的条件下培养，定时取样测定细胞数量。以细胞增长数目的对数做纵坐标，以培养时间做横坐标，绘制一条如图所示的曲线，我们称这条曲线为细菌的生长曲线。根据生长曲线的变化规律，可以把生长曲线分为四个时期：延迟期、对数期、稳定期、衰亡期。1.1.延迟期延迟期 又称停滞期，是微生物细胞进入一个新环境的适应时期。此时的微生物数量不增加，细胞的形态变大或者变长。处在延迟期的细胞代谢能力强，对外界的理化因素敏感，细胞代谢活跃，积累了足够的酶、辅酶和中间代谢产物。为细胞分裂增殖做准备。2.2.对数期对数期 又称指数期，是细菌细胞适应了新的环境后生长最为旺盛的一个时期，在此时期细胞的数目以几何级数增长，故称对数期。对数期有以下几个特点：1）生长速率常数最大 2）细胞平衡生长，菌体内的成分最为均匀 3）酶系活跃，代谢旺盛 从以上几个特点可以看出，此时期是研究菌体的最佳时期。3.3.稳定期稳定期 又称恒定期或最高生长期。这个时期的特点是生长速率常数为0，即新繁殖的细胞数目与死亡的细胞数目相等。这时菌体的产量达到最高点。在稳定期，细胞开始储藏糖原、异染粒和脂肪等贮藏物，多数的芽孢菌在这时产生芽孢，有些微生物在稳定期时还开始合成抗生素等次生代谢产物。4.4.衰亡期衰亡期 在衰亡期中，个体的死亡速度超过个体的新生速度，因此，整个群体就呈现负增长，活细胞的数目明显下降。这时，细胞形态多样，例如会产生很多膨大、不规则的退化形态；有些微生物因蛋白水解酶活力的增强而发生自溶；有些微生物会在此时期释放对人类有用的抗生素等次生代谢产物；在芽孢杆菌中，芽孢的释放往往也发生在这一时期。微生物生长规律对工业生产的指导：（1）缩短延迟期 延迟期的存在则使发酵周期延长，为提高设备的使用率及降低生产成本则需缩短延迟期。（2）把握对数期 连续投放或补加发酵原料，会使菌体随营养浓度增加而生长速率上升，从而可获得大量的菌体。微生物生长规律对工业生产的指导：（3）延长稳定期 对于合成产物与微生物细胞的形成过程同步的，稳定期的末期为最佳收获期，因此，延长稳定期可以获得更多的产品。（4）监控衰亡期 微生物在衰亡期，细胞活力明显下降，同时由于逐渐积累的代谢毒物可能会与代谢产物起某种反应或影响提纯，或使其分解。因而必须掌握时间，在适当的时候结束发酵。（三）细菌的人工培养（三）细菌的人工培养培养基：用人工方法配制的适合于细菌生培养基：用人工方法配制的适合于细菌生长繁殖的营养物质。长繁殖的营养物质。一、培养基一、培养基一、培养基一、培养基（一）按培养基的物理性状不同分类（一）按培养基的物理性状不同分类液体培养基液体培养基半固体培养基半固体培养基固体培养基固体培养基（二）按培养基的用途不同分类：（二）按培养基的用途不同分类：基础培养基基础培养基营养培养基营养培养基选择培养基选择培养基鉴别培养基鉴别培养基厌氧培养基厌氧培养基二、细菌在液体培养基中的生长现象二、细菌在液体培养基中的生长现象二、细菌在液体培养基中的生长现象二、细菌在液体培养基中的生长现象菌膜生长菌膜生长 沉淀生长沉淀生长 混浊生长混浊生长 对照对照二、细菌在半固体培养基中的生长现象二、细菌在半固体培养基中的生长现象二、细菌在半固体培养基中的生长现象二、细菌在半固体培养基中的生长现象沿沿穿穿剌剌线线生生长长向向四四周周扩扩散散生生长长二、细菌在固体培养基中的生长现象二、细菌在固体培养基中的生长现象二、细菌在固体培养基中的生长现象二、细菌在固体培养基中的生长现象 菌落：由单个细菌分裂繁殖后形成一堆肉眼可见的细菌菌落：由单个细菌分裂繁殖后形成一堆肉眼可见的细菌集团。集团。可根据菌落大小、形状、颜色、边缘、气味、透明度、表可根据菌落大小、形状、颜色、边缘、气味、透明度、表面光滑度、湿润度及溶血情况等特片初步鉴定细菌。面光滑度、湿润度及溶血情况等特片初步鉴定细菌。各各种种细细菌菌的的菌菌落落三、人工培养细菌的意义：三、人工培养细菌的意义：三、人工培养细菌的意义：三、人工培养细菌的意义：细菌性疾病的诊断细菌性疾病的诊断 细菌的鉴定与研究细菌的鉴定与研究生物制品的制备生物制品的制备细菌学指标的检测细菌学指标的检测在工农业生产和基因工程中的应用在工农业生产和基因工程中的应用二二 细菌的代谢产物细菌的代谢产物一、与致病有关的代谢产物一、与致病有关的代谢产物1.1.毒素毒素（toxins toxins）包括包括内毒素内毒素和和外毒素外毒素外毒素外毒素(exotoxin)是多数革兰阳性菌和少数革兰阴性菌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毒性蛋白质；内毒在生长繁殖过程中释放到菌体外的毒性蛋白质；内毒素素(endotoxin)是革兰阴性菌细胞壁的脂多糖。是革兰阴性菌细胞壁的脂多糖。2.2.热原质热原质（pyrogenpyrogen）大多数革兰阴性菌和少数革兰阳性）大多数革兰阴性菌和少数革兰阳性菌合成的多糖，极微量注入人或动物体内即可引起发菌合成的多糖，极微量注入人或动物体内即可引起发热反应。热反应。3.3.侵袭性酶类侵袭性酶类（invasive enzymesinvasive enzymes）某些病原菌在代谢）某些病原菌在代谢过程中产生的具有损伤机体组织、促使细菌侵袭和扩过程中产生的具有损伤机体组织、促使细菌侵袭和扩散的致病性物质。如金葡产生的血浆凝固酶。散的致病性物质。如金葡产生的血浆凝固酶。二、与治疗有关的代谢产物二、与治疗有关的代谢产物1 1.抗生素抗生素（antibioticsantibiotics）某些微生物在代谢过程中产生的一类能抑制某些微生物在代谢过程中产生的一类能抑制和杀死某些病原微生物和肿瘤细胞的化学物和杀死某些病原微生物和肿瘤细胞的化学物质。质。2.2.维生素维生素（vitaminvitamin）某些细菌能合成自身所需的维生素，并能分某些细菌能合成自身所需的维生素，并能分泌到菌体外供人体吸收利用泌到菌体外供人体吸收利用。三、与鉴别细菌有关的代谢产物三、与鉴别细菌有关的代谢产物1.色素色素（pigments）细菌的色素有两类细菌的色素有两类水溶性色素：能弥散到培水溶性色素：能弥散到培养基或周围组织；脂溶性色素：不溶于水，只存养基或周围组织；脂溶性色素：不溶于水，只存在于菌体，使菌落显色而培养基颜色不变。在于菌体，使菌落显色而培养基颜色不变。2.细菌素细菌素（bacteriocins）某些细菌产生的仅对近缘菌株有抗菌作用的蛋某些细菌产生的仅对近缘菌株有抗菌作用的蛋白质。白质。3.糖的分解产物糖的分解产物4.蛋白质的分解产物蛋白质的分解产物 四、分解代谢产物和细菌的生化反应四、分解代谢产物和细菌的生化反应糖发酵试验糖发酵试验VP试验试验甲基红试验甲基红试验枸橼酸盐利用试验枸橼酸盐利用试验吲哚试验吲哚试验硫化氢试验硫化氢试验尿素酶试验尿素酶试验自动化仪器分析自动化仪器分析糖糖发发酵酵试试验验阴性阴性阳性阳性VP试试验验大肠杆菌：大肠杆菌：-产气杆菌：产气杆菌：+阳性阳性阴性阴性对照对照甲甲基基红红试试验验大肠杆菌：大肠杆菌：+产气杆菌：产气杆菌：-枸枸橼橼酸酸利利用用试试验验大肠杆菌：大肠杆菌：-产气杆菌：产气杆菌：+阳性阳性吲吲哚哚试试验验大肠杆菌：大肠杆菌：+产气杆菌：产气杆菌：-H2S试验试验对照对照阳性阳性阴性阴性尿尿素素酶酶试试验验三三 细菌的遗传与变异细菌的遗传与变异一、细菌遗传与变异的概念一、细菌遗传与变异的概念遗传遗传(heredity)：使细菌的性状保持相对稳定，且代代相传，使细菌的性状保持相对稳定，且代代相传，使使 其菌种得以保存。其菌种得以保存。变异变异(variation)：在一定条件下，子代与亲代之间以及子代与在一定条件下，子代与亲代之间以及子代与 子代之间的生物学性状出现的差异。子代之间的生物学性状出现的差异。1.遗传性变异：遗传性变异：是细菌的基因结构发生了改变，故又称是细菌的基因结构发生了改变，故又称 基因型基因型 变异。常发生于个别的细菌，不受环境因素的影响，变异发生变异。常发生于个别的细菌，不受环境因素的影响，变异发生 后是不可逆的，产生的新性状可稳定地遗传给后代。后是不可逆的，产生的新性状可稳定地遗传给后代。2.非遗传性变异：非遗传性变异：细菌在一定的环境条件影响下产生的变异，细菌在一定的环境条件影响下产生的变异，其其 基因结构未改变，称为表型变异。易受到环境因素的影响，凡基因结构未改变，称为表型变异。易受到环境因素的影响，凡 在此环境因素作用下的所有细菌都出现变异，而且当环境中的在此环境因素作用下的所有细菌都出现变异，而且当环境中的 影响因素去除后，变异的性状又可复原，表型变异不能遗传。影响因素去除后，变异的性状又可复原，表型变异不能遗传。二、二、细菌的变异现象细菌的变异现象形态结构的变异毒力变异耐药性变异v细菌的大小和形态的变异：在不同的生长时期可不同，生长过程中受外界环境的影响也可发生变异。如：鼠疫耶尔森菌在3%-6%的氯化钠的培养基中形态的改变。v细菌的特殊结构的变异：如荚膜（肺炎链球菌）,芽胞（炭疽芽孢杆菌）也可发生变异。（一）一）形态结构的变异形态结构的变异毒力增强：毒力增强：无毒力的白喉棒状杆菌常寄居在咽喉部，不致病；当感染了-棒状噬菌体后变成溶原性细菌，则获得产生白喉毒素的能力，引起白喉。毒力减弱：毒力减弱：有毒菌株长期在人工培养基上传代培养，可使细菌的毒力减弱或消失。卡介苗(BCG)是有毒的牛型分枝杆菌在含有胆汁、甘油、马铃薯的培养基上，经过13年，连续接种230代，获得的一株毒力减弱但仍保持免疫原性的变异株。（二）（二）毒力变异毒力变异v耐药性变异：细菌对某种抗菌药物由敏感变为耐药的变异。有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性。v意义：从抗生素广泛应用以来，细菌对抗生素耐药的不断增长是世界范围内的普遍趋势，给临床治疗带来很大的困难，并成为当今医学上的重要问题。（三）（三）耐药性变异耐药性变异五、五、细菌遗传变异的实际意义细菌遗传变异的实际意义v在疾病的诊断、治疗与预防中的作用v在测定致癌物质中的应用v在流行病中的应用v在基因工程中的应用