第二章微生物的生理

本章主要內(nèi)容

第一節(jié)細(xì)菌細(xì)胞的代謝過(guò)程第三節(jié)細(xì)菌的人工培養(yǎng)

第二節(jié)細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖第四節(jié)病毒的增殖

細(xì)菌與其他生物一樣，有獨(dú)立的生命活動(dòng)，涉及復(fù)雜的新陳代謝。細(xì)菌的生理涉及細(xì)菌的

組分、營(yíng)養(yǎng)要求、能量代謝、生物生長(zhǎng)合成繁殖及基因調(diào)控等。本章將以細(xì)菌群體的生長(zhǎng)繁

殖為主線(xiàn)，介紹細(xì)菌個(gè)體形成的代謝過(guò)程、群體的生長(zhǎng)繁殖、細(xì)菌自身的調(diào)節(jié)機(jī)制以及工人

培養(yǎng)條件下細(xì)菌對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求。

笫一節(jié)細(xì)菌細(xì)胞的代謝過(guò)程

細(xì)菌的新陳代謝包括菌細(xì)胞的生物合成、能量供給、運(yùn)動(dòng)以及多達(dá)2000種化學(xué)反應(yīng)表現(xiàn)

的各種活性。形成菌細(xì)胞的代謝過(guò)程可按其功能分為物質(zhì)攝取、生物合成、聚合作用及組裝

細(xì)菌為原核單細(xì)胞生物，其新陳代謝與動(dòng)物細(xì)胞有如下主要區(qū)別:

第一，細(xì)菌生長(zhǎng)和繁殖速度極快，超過(guò)動(dòng)物細(xì)胞10至100倍。

第二，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(dòng)物細(xì)胞。

第三，細(xì)菌對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求比動(dòng)物細(xì)胞更為多種多樣，因?yàn)樗鼈冇卸喾N代謝旁路C

第四，細(xì)菌可利用非常流水線(xiàn)式生產(chǎn)的方式全成大分子物質(zhì)。

第五，細(xì)菌能產(chǎn)生諸如肽聚糖、脂多糖、磷壁酸等特殊物質(zhì)。

一、物質(zhì)攝?。╢ueling）

細(xì)菌的物質(zhì)吸收過(guò)程主要通過(guò)單純擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散、主動(dòng)輸送及基團(tuán)轉(zhuǎn)位等方式進(jìn)出細(xì)

菌細(xì)胞（圖2-2）,涉及細(xì)胞的能量提供和十余種前體代謝物質(zhì)以及細(xì)胞膜和外膜蛋白的參與。

（一）單純擴(kuò)散（simple

diffusion）

亦稱(chēng)被動(dòng)擴(kuò)散。細(xì)胞膜兩側(cè)

的物質(zhì)靠濃度差（濃度梯度）進(jìn)

行分子擴(kuò)散、不需要能量,當(dāng)細(xì)

胞內(nèi)外溶質(zhì)濃度達(dá)到平衡.擴(kuò)

散便停止。某些氣體（O2.CO2）、

水、乙醇及甘油等水溶性小分子

以及某些離子（Na+）等以此方

式運(yùn)輸。

（二）促進(jìn)擴(kuò)散（facilitated圖2-2細(xì)菌物質(zhì)攝取的各種方式（據(jù)Ryan）

Pc：磷酸HPr：含組次酸的斕酸載體蛋白

diffusion）

某些物質(zhì)如糖或氨基酸基某些位于細(xì)胞膜的特異性載體蛋體（carrierprotein）相結(jié)合，而

后將其轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)，這一過(guò)程具有特異性和選擇性，也不需要能量。甘油進(jìn)入大腸桿菌等腸

道菌的細(xì)胞內(nèi)，厭氧菌吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及排出代謝產(chǎn)物，均是通過(guò)這?方式。載體蛋白在革蘭氏

陰性菌屬于OMP,可能是通過(guò)構(gòu)象改變完成促進(jìn)擴(kuò)散的。

(三)土動(dòng)輸送(aclivcIransporl)

是細(xì)菌吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的一種主要方式，與促進(jìn)擴(kuò)散一樣，需要特異性的載體蛋白，能將特異性溶質(zhì)逆

濃度梯度“泵”入細(xì)胞，因此需要能量。

革蘭氏陰性菌有兩種主動(dòng)輸送的方式：休克敏感式(shock-sensitive)及休克不敏感式

(shock-insensitive)o在作滲透休克處理時(shí)，前者載體蛋白釋放出所結(jié)合的可溶性分子如半乳

糖，通過(guò)細(xì)菌外膜的微孔進(jìn)入細(xì)胞，該過(guò)程伴隨ATP的水解。休克不敏感伴隨H+的跨膜，其

能量由獲能的細(xì)胞膜的電子運(yùn)輸而獲得，有特異性載體蛋白(透性酶)參與，乳糖的輸送即用

此方式。

主動(dòng)運(yùn)送

膜外膜上.膜內(nèi)

(四)基團(tuán)轉(zhuǎn)位(grouptranslocation)

物質(zhì)在運(yùn)輸?shù)耐瑫r(shí)受到化學(xué)修飾，從而能源源不斷輸入細(xì)胞,此種方式在缺氧環(huán)境中最

為常見(jiàn)。其過(guò)程涉及從可溶物向分子的化學(xué)變化.需要特異性載體蛋白參與,需要能量。有磷

酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)(phospholransl'erasesystem)參與的葡萄糖磷酸化是個(gè)例證。

(五)金屬離子的吸收

影響細(xì)菌生長(zhǎng)的金屬離子在動(dòng)物體內(nèi)極少以游離狀態(tài)存在，以鐵為例，它與它結(jié)合蛋白

結(jié)合，如血清中的轉(zhuǎn)鐵蛋白及乳中的乳鐵蛋白。細(xì)菌通過(guò)分泌載鐵體攫取這些蛋白結(jié)合的

Fe3+,形成含鐵螯合物，而后通過(guò)特異的主動(dòng)輸送，F(xiàn)e3+進(jìn)入菌體細(xì)胞。

載鐵體(siderophore)是細(xì)菌在低鐵條件下所產(chǎn)生的一類(lèi)有機(jī)化合物，分子量一般不超過(guò)1。00,與Fe3+

有極強(qiáng)的親合力。其合成受鐵調(diào)控，輸送鐵的功能與細(xì)菌外膜的受體有關(guān)。目前將載鐵體分為兩種類(lèi)型，一種為

異羥的鹽類(lèi)(hydroxamate),具有單個(gè)或兩個(gè)異羥的酸功能團(tuán)，氣菌素(aerobactin)是其代表(圖2-3),能

抵抗血清的滅活作用。另一種為酚鹽類(lèi)(phenolate),由2,3.二羥基苯甲酸(2,3?DHS)與氨基酸偶聯(lián)而成，腸

菌素(enterobactin)是其代表，能被血清滅活。大腸桿菌具有這兩種裁鐵體。

二、生物合成(biosynthesis)

吸收的各種前體代謝物通過(guò)代謝途徑的網(wǎng)絡(luò)，合成多種氨基酸、核甘酸、糖、脂肪酸及

其他合成大分子所需物質(zhì)（圖2-1）。此過(guò)程還需要碳的前體、還原的煙酰胺腺噪吟二核甘酸

磷酸鹽（NADPH）、ATP、氨基氮以及硫。不同種類(lèi)細(xì)菌對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需要有所不同，又有其不同

的合成途徑，據(jù)此可作為細(xì)菌實(shí)驗(yàn)室鑒定的重要指標(biāo)。

三、聚合作用（polymerization）

細(xì)菌DNA的聚合作用稱(chēng)為復(fù)制。其DNA復(fù)制從基因組的特定起始部位開(kāi)始，而后沿環(huán)狀的染色體DNA

的復(fù)制叉（replicationfork）部位，從5'端至|3'踹雙向進(jìn)行（圖2~4）“以半保留（semiconservative）方式復(fù)制，

其DNA雙鏈解離，其中?條鏈作為母板合成互補(bǔ)鏈。另?條鏈則沿相反方向復(fù)制，最后由酶連接成完成DNA

鏈（圖2?5）。細(xì)菌DNA復(fù)制的頻率因細(xì)菌細(xì)胞的生長(zhǎng)率而異,DNA鏈的延伸率（elongationrate）則相對(duì)穩(wěn)定。

某些抗生素以不同途徑干擾細(xì)菌DNA的復(fù)制，例如新生霉素等抑制細(xì)菌DNA復(fù)制過(guò)程

中所需的促旋酶的活性。

（一）轉(zhuǎn)錄

1.細(xì)菌的轉(zhuǎn)錄特點(diǎn)：在某些方面與真核生物不同。①細(xì)菌可由同?個(gè)RNA聚合酶催化合

成細(xì)菌的mRNA.tRNA及rRNAo該酶還可像真核生物那樣利用活化的ATP、GTP、CTP及

UTP,并可作為母板合成DNA互補(bǔ)鏈。②細(xì)菌mRNA不需要通過(guò)核膜轉(zhuǎn)運(yùn)到胞漿，因此不需

要聚A帽狀結(jié)構(gòu)，也不要特異的轉(zhuǎn)運(yùn)方式，而且在mRNA合成早期直接與核糖體蛋白結(jié)合形

成多聚體。

2.RNA聚合酶：該酶是一個(gè)復(fù)雜的大分子，由61。亞單位組成。。亞單位可與特

異的DNA序列即啟動(dòng)子（promoter）結(jié)合。細(xì)菌RNA聚合酶一般具一個(gè)以上的。亞單位，

可識(shí)別不同的啟動(dòng)子，從而激活相關(guān)的基因。RNA聚合酶是利福平類(lèi)藥物的靶分子，其可阻

斷轉(zhuǎn)錄的起始。

3.RNA的加工修飾：像真核細(xì)胞一樣，RNA大分子的前體被核酸酶等加工、修飾，而后

產(chǎn)生穩(wěn)定的RNA分子如tRNA、rRNA等。

（二）翻譯

也稱(chēng)轉(zhuǎn)譯，是蛋白質(zhì)合成過(guò)程。20種氨基酸激活后與相應(yīng)的tRNA結(jié)合，形成的氨基酰

“RNA通過(guò)某些可溶性蛋白因子與核糖體結(jié)合。在此過(guò)程中，氨基酸根據(jù)mRNA上的密碼子

序列聚合成多肽。IRNA釋放出氨基酸后，自身也從核糖體上脫落，并進(jìn)入下一輪氨基酰循環(huán)。

多種抗生素以細(xì)菌翻譯過(guò)程有抑制作用，氯霉素、林可霉素和紅霉素等抑制核糖體大亞基,

四環(huán)素、鏈霉素和壯觀(guān)霉素等抑制小亞基，還有?些作用于核鏈抱酸（fusidicacid）等可溶性

蛋白因子，后者參與多肽的合成。

以上過(guò)程在原核細(xì)胞和真核細(xì)胞基本?致，但存在?些差別。細(xì)菌核糖體較小，結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單。細(xì)菌

的mRNA不需要經(jīng)過(guò)加工和轉(zhuǎn)運(yùn)，為大的順?lè)醋?，包含多個(gè)基因，可指導(dǎo)多個(gè)多肽鏈的合成。細(xì)菌RNA聚

合酶合成mRNA的速率為55個(gè)核甘酸/秒（37C）,核糖體合成多肽鏈的速率為18個(gè)氨基酸/秒。因此細(xì)

菌由mRNA的翻譯與DNA的轉(zhuǎn)錄不僅同時(shí)進(jìn)行，而且兩者速率也相等（每秒55個(gè)核甘酸/每個(gè)密碼子3

個(gè)核甘酸=每秒18個(gè)氨基酸），這意味著核糖體在mRNA鏈上移動(dòng)速率與RNA聚合酹合成mRNA的速率

相等。

細(xì)菌的上述翻譯特性決定了細(xì)菌高效合成過(guò)程。細(xì)菌胞質(zhì)內(nèi)充滿(mǎn)多聚核糖體。每個(gè)核糖體幾乎都最大

限發(fā)地發(fā)揮作用。細(xì)菌生長(zhǎng)越快，需要合成蛋白質(zhì)用的核糖體就越多。在豐富培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的大腸桿菌，一

半以上菌體由核糖體和其它翻譯組分構(gòu)成。

四、組裝（assembly）

細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)的組裝有兩種方式：自我組裝（self-assembly,又名自我凝聚），及指導(dǎo)組裝

（guidedassembly,又名特異機(jī)制）。自我組裝可在體外試管內(nèi)完成，鞭毛及核糖體即采用此種

方式。細(xì)菌表面膜結(jié)構(gòu)則只能依賴(lài)指導(dǎo)組裝來(lái)完成，過(guò)程尚不完全清楚，涉及蛋白質(zhì)的分泌,

跨膜運(yùn)輸及載體分子如細(xì)菌砧醇等。

桿菌肽或萬(wàn)古霉素可干擾細(xì)菌細(xì)胞成份組裝所需的載體的功能，多粘菌素可影響細(xì)胞膜的組

裝。

旗

第二節(jié)細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖

細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖分別體現(xiàn)在個(gè)體和群體兩方面。

一、細(xì)菌個(gè)體的生長(zhǎng)繁殖

細(xì)菌以均等一分裂（binaryfission）方式進(jìn)行無(wú)性繁殖。已知大腸桿菌菌體的分裂過(guò)程涉及30多個(gè)基

因的調(diào)控。一個(gè)菌體分裂為兩個(gè)菌體所需的時(shí)間稱(chēng)為世代時(shí)間（generationlime）.細(xì)菌種類(lèi)不同其分裂的

世代時(shí)間有所差異，大腸桿菌及許多其他病原菌在適宜的條件下，分裂一次僅需20min,而分枝桿菌等繁

殖段慢，需18~24h才分裂一次。

某些抗生素可抑制細(xì)菌聚合作用及組裝，如使用非致死濃度的這些抗生素，可影響細(xì)胞

的分裂，導(dǎo)致菌體形態(tài)異常，如使用抗生素的樣本中的大腸桿菌，往往呈長(zhǎng)絲狀。

一、細(xì)菌群體的生長(zhǎng)繁殖

如將細(xì)菌接種在液體培養(yǎng)基并置于適宜的溫度中，定時(shí)取樣檢查活菌數(shù)，可發(fā)現(xiàn)其生長(zhǎng)

過(guò)程具有規(guī)律性。以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以活菌數(shù)的對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo)，可得出一條生長(zhǎng)曲線(xiàn)(growth

curve)o曲線(xiàn)顯示了細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖的4個(gè)期(圖2?6)。

(—)遲緩期(lagphase)

是細(xì)菌植入到新環(huán)境后的一個(gè)適應(yīng)階段。此時(shí)

菌體增大，代謝活躍，合成并積累所需酶系統(tǒng)。

RNA含量明顯增多，但DNA的量無(wú)變化，此時(shí)細(xì)

菌數(shù)并不增加。這一過(guò)程一般約需l~4h°

(二)對(duì)數(shù)期(logarithmicphase)

細(xì)菌此時(shí)生長(zhǎng)迅速，以恒定速度進(jìn)行分裂繁

殖.活菌數(shù)以幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng).達(dá)到頂峰,生長(zhǎng)曲線(xiàn)

接近一條斜的直線(xiàn)。一般而言，該期的病原菌致病圖2-6細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線(xiàn)

力最強(qiáng)，其形態(tài)、染色特性及生理活性均較典型,

對(duì)抗菌藥物等的作用較為敏感。大腸桿菌的對(duì)數(shù)期可持續(xù)6?10ho

(三)穩(wěn)定期(stationaryphase)

此時(shí)因營(yíng)養(yǎng)的消耗、代謝產(chǎn)物的蓄積等，細(xì)菌繁殖速度下降，死亡數(shù)逐步上升，新繁殖的

活菌數(shù)與死菌數(shù)大致持平。該期細(xì)菌的形態(tài)及生理性狀常有改變，革蘭氏陽(yáng)性菌此時(shí)可染成

陰性。毒素等代謝產(chǎn)物大多此時(shí)產(chǎn)生。大腸桿菌的穩(wěn)定期持續(xù)約8h。

(四)衰亡期(declinephase)

細(xì)菌開(kāi)始大量死亡，死菌數(shù)超過(guò)活菌數(shù)。如不移植到新的培養(yǎng)基，最終可全部死亡。此期

細(xì)菌的菌體變形或自溶，染色不典型，難以進(jìn)行鑒定。

細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線(xiàn)是在體外人工培養(yǎng)條件下觀(guān)察到的，在動(dòng)物體內(nèi)因受諸多因素的制約,

未必能出現(xiàn)此種典型的曲線(xiàn)，但對(duì)細(xì)菌的生長(zhǎng)規(guī)律的研究及實(shí)踐有重要的參考價(jià)值。

細(xì)菌的群體生長(zhǎng)繁殖可分為四期：

遲緩期對(duì)數(shù)期穩(wěn)定期衰退期

遲緩產(chǎn)■數(shù).穩(wěn)定________1茬亡

活菌數(shù)

圖細(xì)菌群體的典型生長(zhǎng)曲線(xiàn)

生長(zhǎng)曲線(xiàn)只有在體外人工培養(yǎng)的條件下才能觀(guān)察到。

麗

第三節(jié)細(xì)菌的人工培養(yǎng)

用人工方法，提供細(xì)菌在自然環(huán)境或動(dòng)物體內(nèi)生長(zhǎng)繁殖需要的基本條件，達(dá)到細(xì)菌培養(yǎng)、鑒定及進(jìn)一

步利用的目的。人工培養(yǎng)細(xì)菌，除需提供充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外，尚需有合適的酸堿度、適宜的溫度及必要的

氣體環(huán)境。在營(yíng)養(yǎng)豐富、生長(zhǎng)繁殖條件適宜時(shí)，細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖最為迅速。

一、細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)需要

細(xì)菌種類(lèi)繁多，營(yíng)養(yǎng)需要千差萬(wàn)別，但其基本營(yíng)養(yǎng)要求不外水分、無(wú)機(jī)鹽類(lèi)、含碳化合物

和含氮化合物，個(gè)別細(xì)菌還需要生長(zhǎng)因子等特殊物質(zhì)。

（一）水分

水雖不屬于嚴(yán)格的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖需要大量的水分。水除是細(xì)菌的主要組成成

分之一外，同時(shí)又是一種良好的溶劑，許多物質(zhì)溶解于水中才能被細(xì)菌吸收，細(xì)菌的滲透、分

泌和排泄以及水解和許多生化反應(yīng)等作用都以水為媒介。另外，水的比熱大，利于熱的吸收和

散發(fā)，可有效地調(diào)節(jié)細(xì)胞與所處環(huán)境的溫度。

（-）無(wú)機(jī)鹽類(lèi)

無(wú)機(jī)鹽類(lèi)可提供細(xì)菌生長(zhǎng)所需的一些元素，根據(jù)對(duì)其需要量可分為常量元素和微量元素。

一般情況下，這些元素在所供給的水、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)中含有，不需特殊提供。但有些細(xì)菌，如嗜鹽

菌對(duì)Na+和0—有特殊需要

（三）含碳化合物

細(xì)菌合成碳水化合物，進(jìn)一步合成多糖、脂類(lèi)、蛋白質(zhì)、核酸等組成成分需要碳素營(yíng)養(yǎng)，自

養(yǎng)菌是以CO2或碳酸鹽為碳源，異養(yǎng)菌則以有機(jī)含碳化合物為碳源，也需要少量的CO2,可

由分解代謝所產(chǎn)生的C02滿(mǎn)足其需要。有些異養(yǎng)菌在培養(yǎng)開(kāi)始時(shí)，需先加一些C02以促進(jìn)其

生長(zhǎng)。異養(yǎng)菌最常利用的碳源是糖類(lèi)，另外還有有機(jī)酸、醇類(lèi)、脂類(lèi)以及氨基酸等。糖類(lèi)以

單糖（己糖）主要是葡萄糖和果糖，幾乎所有異養(yǎng)菌均可利用；雙糖中的蔗糖、乳糖、麥芽糖等

某些細(xì)菌可利用；多糖中的淀粉，病原菌往往可能利用，而纖維素、果膠等只能為某些自然界

的細(xì)菌所利用。細(xì)菌能利用什么種類(lèi)的糖類(lèi)物質(zhì)或含碳物質(zhì)并產(chǎn)生什么樣的產(chǎn)物.這可作為

細(xì)菌鑒定的依據(jù)。

在培養(yǎng)細(xì)菌時(shí)，因細(xì)菌可利用氨基酸中的碳素，往往不需添加任何糖類(lèi)。

（四）含氮化合物

有機(jī)的、無(wú)機(jī)的含氮化合物均可作為細(xì)菌氮源，但細(xì)菌種類(lèi)不同而對(duì)氮源要求有所差異。

有些細(xì)菌（如固氮菌）可利用空氣中的分子狀態(tài)的氮，而大多數(shù)細(xì)菌能利用無(wú)機(jī)的錢(qián)鹽、硝

酸鹽以及有機(jī)的氨基酸。許多病原菌不能利用無(wú)機(jī)含氮化合物，需要供給有機(jī)含氮化合物才

能生長(zhǎng)。高分子的蛋白陳和蛋白質(zhì)，細(xì)菌不能直接利用，必須經(jīng)由細(xì)菌分泌的蛋白水解酶降解

為肽或氨基酸后才能利用。

由于細(xì)菌種類(lèi)不同，利用無(wú)機(jī)含氮化合物的能力不同，可作為細(xì)菌鑒定的依據(jù)c

（五）生長(zhǎng)因子

除上述營(yíng)養(yǎng)物外，有些細(xì)菌還需特殊的物質(zhì)才能生長(zhǎng)或促進(jìn)其生長(zhǎng)，這類(lèi)物質(zhì)稱(chēng)為生長(zhǎng)

因子（growthfactor）o生長(zhǎng)因子多為維生素或維生素類(lèi)似物，主要是B族維生素，還有對(duì)氨基

苯甲酸和谷氨酰胺等，主要作為輔酶或輔基的成分而起作用。此外，還有一些化合物為某些細(xì)

菌生長(zhǎng)所必需，如嗜血桿菌生長(zhǎng)需要血液中的X因子和V因子。X因子與氯化高鐵血紅蛋白

相同,V因子是輔酶I（NAD）或輔酶H（NADP）。生長(zhǎng)因子通常由酵母浸出物、血液、腹水或血

清供給。對(duì)生長(zhǎng)因子需要的不同，也可作為細(xì)菌鑒定的依據(jù)。

二、細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖的條件

細(xì)菌要正常的生長(zhǎng)繁殖，必須具備符合其生理特性的一定環(huán)境條件。

(-)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

根據(jù)細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)需要，要滿(mǎn)足其生長(zhǎng)所必需的水分、無(wú)機(jī)鹽、含碳化合物、含氮化合物以

及生長(zhǎng)因子等。所提供的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)應(yīng)不含對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)有害、有毒的成分。

(二)溫度

不同細(xì)菌對(duì)溫度有不同適應(yīng)范圍，各種細(xì)菌又有各自的可生長(zhǎng)溫度范圍及最適溫度。根據(jù)

細(xì)菌對(duì)溫度的適應(yīng)范圍，可將細(xì)菌分為三類(lèi)：嗜冷菌(psychrophile),生長(zhǎng)范圍-5℃~3(TC,最

適生長(zhǎng)10℃-20℃;嗜溫菌(mesophile),生長(zhǎng)范圍10℃-45℃,最適20℃-40℃;嗜熱菌

(termophile),生長(zhǎng)范圍25℃~95℃,最適50℃?60℃。病原菌已適應(yīng)動(dòng)物的體溫,因此均為

嗜溫菌。某些嗜冷菌對(duì)魚(yú)類(lèi)等變溫動(dòng)物有致病性。

(三)酸堿度

pH影響微生物的生長(zhǎng),每種細(xì)菌均有一個(gè)可適應(yīng)的pH范圍及最適生長(zhǎng)pH。雖然大多數(shù)

細(xì)菌在pH6~8之間可以生長(zhǎng)，但多數(shù)病原菌的最適pH為7.2?7.6,個(gè)別偏酸,如鼻疽假單胞

菌(Pseudomonasmallei)為pH6.4?6.6；或偏堿.如腸球菌(Enterococcus)為pH9.6。在細(xì)

菌生長(zhǎng)過(guò)程中，能使培養(yǎng)基變酸或變堿而影響其生長(zhǎng)，所以在培養(yǎng)基中往往需要加入一定的

緩沖劑。

(四)氧氣

根據(jù)細(xì)菌對(duì)氧的要求，可將其分為需氧菌、厭氧菌及兼性厭氧菌。需氧菌(aerobe)行需

氧呼吸，必須在有一定濃度的游離氧的條件下才能生長(zhǎng)繁殖，其中只需低分子氧濃度(2%?

10%)者特稱(chēng)微需氧菌(microaerophilicbacteria)<>厭氧菌(anaerobe)行厭氧呼吸，必須在無(wú)游

離氧或其濃度極低的條件下才能存活。其原因是，細(xì)菌在代謝過(guò)程中產(chǎn)生對(duì)菌體有毒性的過(guò)

氧化氫(H2O2)、超氧陰離子(02-)和羥自由基(0H?)等,厭氧菌部分或全部缺乏降解

這些產(chǎn)物的酶，如過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化物酶、超氧化物吱化酶等，因02—或H2O2的毒性作

用死亡。兼性厭氧菌(facultativeanaerobe)既可行需氧呼吸，又可行厭氧呼吸.通常在有氧條

件比無(wú)氧環(huán)境生長(zhǎng)更好。

(五)滲透壓

細(xì)菌生長(zhǎng)有一定的可生長(zhǎng)滲透壓范圍和最適滲透壓，大多數(shù)細(xì)菌生長(zhǎng)最適滲透壓為等滲

環(huán)境，也有些細(xì)菌(如嗜鹽菌)適宜高滲環(huán)境。細(xì)菌一般較其他生物細(xì)胞對(duì)滲透壓的改變有

較大的適應(yīng)能力。

三、培養(yǎng)基(culturemedium)

培養(yǎng)基是人工配制的基質(zhì)，含有細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。培養(yǎng)基制成后，通常都要經(jīng)滅菌處理。

按苜養(yǎng)組成的差異，可將培養(yǎng)基分為基礎(chǔ)培養(yǎng)基(basalmedium)及營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基(nutrientmedium)o前者

含多數(shù)細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖所需的基本營(yíng)養(yǎng)成分，常用新鮮牛肉浸膏，加入適量的蛋白陳、NaCK磷酸鹽，調(diào)節(jié)

pH至7.2~7.6即成。在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中，添加葡萄糖、血液或血清等，即為營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基，最常用的是血瓊脂平

板，

按狀態(tài)的差異，可將培養(yǎng)基分為固體培養(yǎng)基、半固體培養(yǎng)基及液體培養(yǎng)三類(lèi)。液體培養(yǎng)基

(liquidmedium)即不加凝固劑的基礎(chǔ)培養(yǎng)基或營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基，用于擴(kuò)增純培養(yǎng)的菌體、確定細(xì)

菌生長(zhǎng)曲線(xiàn)等。在液體培養(yǎng)基中加入1%?2%的瓊脂，即成為遇熱砸化、冷卻后凝固的固體培

養(yǎng)基(solidmedium),用于細(xì)菌的分離、純化、生物活性檢測(cè)等。如將加入液體培養(yǎng)基的瓊

脂減半，用0.5%左右，即成為半固體培養(yǎng)基(semi-solidmedium),可作穿刺試驗(yàn)，觀(guān)察細(xì)菌

的動(dòng)力及短期保藏菌種等。

按功能的差異，可將培養(yǎng)基分為鑒別培養(yǎng)基、選擇培養(yǎng)基及厭氧培養(yǎng)基。在培養(yǎng)基中加入

特定作用底物及產(chǎn)生顯色反應(yīng)的指示劑，即可憑肉眼根據(jù)顏色識(shí)別，這就是鑒別培養(yǎng)基

(differentialmedium)0在培養(yǎng)基中加入某種化學(xué)物質(zhì)，對(duì)不同細(xì)菌分別產(chǎn)生抑制或促進(jìn)作用,

從而可從混雜多種細(xì)菌的樣本分離出所需細(xì)菌，此即為選擇培養(yǎng)基(seleclivemedium)。最常

用的有麥康凱(MacConkey)培養(yǎng)基，內(nèi)含膽酸鹽，能抑制革蘭氏陽(yáng)性菌的生長(zhǎng)，有利于大腸

桿菌及沙門(mén)氏菌的生長(zhǎng)。在實(shí)際使用中，鑒別與選擇兩種功能往往結(jié)合在一種培養(yǎng)基之中。

厭氧培養(yǎng)基(anaerobicmedium)是為培養(yǎng)厭氧菌而設(shè)i-的，是在培養(yǎng)基中加入還原劑如疏基

乙酸鈉等，或用石蠟或凡士林封住培養(yǎng)基表面，隔絕空氣，有的還需放入無(wú)氧氣培養(yǎng)箱維持

無(wú)氧環(huán)境。庖肉培養(yǎng)基(cookedmeatmedium)是常用的厭氧培養(yǎng)基，其中含不飽和脂肪酸和

谷胱甘肽的肉渣起到還原劑的作用。

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麗

第四節(jié)病毒的增殖

病毒由于缺乏自身增殖所需的完整酶系統(tǒng)，增殖只能在活細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行，是以病毒基因組

為膜板，在酶的作用下，分別合成其基因及蛋白質(zhì)，再組裝成完整的病毒顆粒。該過(guò)程不是簡(jiǎn)

單的核酸復(fù)制，也不同于細(xì)胞性生物的分裂，應(yīng)稱(chēng)之為增殖。

病毒的一步生長(zhǎng)曲線(xiàn)(one?stepgrowthcurve)：感染比(multiplicityofinfection,MOI)是指

在一個(gè)系統(tǒng)中感染病毒的細(xì)胞數(shù)與細(xì)胞總數(shù)之比。在培養(yǎng)的細(xì)胞中，接種高M(jìn)OI的病毒，使

所有細(xì)胞幾乎同時(shí)受到病毒感染，如分析該培養(yǎng)系統(tǒng)中的單個(gè)細(xì)胞，就可以代表病毒在整個(gè)

體系中所有細(xì)胞的生長(zhǎng)情況。應(yīng)用這一方法，可獲得病毒一步生長(zhǎng)曲線(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果，觀(guān)察到病毒

具有增殖周期(multiplicationcycle)。一個(gè)完整的增殖周期包括吸附、侵入與脫殼、生物合成、

組裝與釋放等步驟。因病毒不同其增殖周期長(zhǎng)短不一，如小RNA病毒為2個(gè)多小時(shí)，皰疹病

毒為10小時(shí)左右，腺病毒14?25小時(shí)。

潛伏期

_吸附期限蔽期

W

W

W-----全部照染中心（未吸附的

?病毒?受染細(xì)胞?新

、

媽林放的病毒）

媒—全部游離的新理（未吸附

財(cái)?shù)牟《?新葬放的病毒）

蟆-----細(xì)胞內(nèi)的病毒

霞

爾

Y7

款

-e抵

癡

哥

球

時(shí)間

IH7-5病毒繁殖的一步生長(zhǎng)曲線(xiàn)

隱蔽期（eclipseperiod）:從侵入細(xì)胞的病毒顆粒完全消失開(kāi)始，到新的子代病毒顆粒出現(xiàn)為止，這階

段稱(chēng)為隱蔽期（晦暗期或隱晦期）。毒的增殖過(guò)程

（一）、吸附

病毒顆粒與易感細(xì)胞表面特異性受體牢固結(jié)合而附著在表面的過(guò)程叫吸附（adsorption）。

吸附過(guò)程可分為靜電吸附和特異性受體吸附兩個(gè)階段。

靜電吸附:細(xì)胞及病毒顆粒表面都帶負(fù)電荷,Ca2+、Mg2+等陽(yáng)離子能降低負(fù)電荷，促進(jìn)

靜電吸附。

特異性吸附:是病毒表面的分子如囊膜纖突等吸附機(jī)構(gòu)與敏感細(xì)胞膜上的特異病毒受體

呈互補(bǔ)性的結(jié)合，吸附牢固，不可逆。

細(xì)胞表面的病毒特異性受體，從進(jìn)化論的觀(guān)點(diǎn)察，是病毒長(zhǎng)期適應(yīng)于細(xì)胞內(nèi)寄生的結(jié)果。

也就是“受體”原為細(xì)胞成分，是病毒在適應(yīng)細(xì)胞內(nèi)寄生時(shí)逐漸具備了對(duì)細(xì)胞膜上某些成分

的相應(yīng)結(jié)合機(jī)構(gòu)。因此，病毒與受體的特異性結(jié)合構(gòu)成了病毒對(duì)細(xì)胞的嗜性（celltropism）。

（二人侵入與脫殼

侵入:目前發(fā)現(xiàn)動(dòng)物病毒侵入細(xì)胞有3種方式：即（1）病毒直接轉(zhuǎn)入胞漿；（2）細(xì)胞吞

飲病毒；（3）病毒囊膜與細(xì)胞膜融合。無(wú)囊膜病毒以前二種方式侵入，有囊膜病毒常以第三

種方式進(jìn)入。

1.直接轉(zhuǎn)入：如小RNA病毒吸附宿主細(xì)胞后，由于結(jié)合力的影響，病毒衣殼發(fā)生微細(xì)的

空間變化，失去VP4,并進(jìn)入胞漿。

2.細(xì)胞吞飲：是吸附病毒的那一部分細(xì)胞膜與鄰近細(xì)胞膜部分之間出現(xiàn)電位差，ATP酶

活化，致使細(xì)胞膜內(nèi)折，形成吞飲泡而將病毒向細(xì)胞漿內(nèi)轉(zhuǎn)移。

3..與細(xì)胞膜融合：當(dāng)囊膜病毒的囊膜與細(xì)胞膜結(jié)合后，囊膜與細(xì)胞膜發(fā)生融合，裸露出

核衣殼而直接進(jìn)入細(xì)胞漿。

一■

侵入的兒種方式

脫殼:病毒脫殼包括脫囊膜和脫衣殼兩個(gè)過(guò)程。有囊膜的病毒主要在侵入的過(guò)程脫囊膜,

沒(méi)有囊膜的病毒則只有脫衣殼的過(guò)程。

1.脫囊膜：

2.脫衣殼：

脫殼

（三）、生物合成

病毒的生物合成（biosynthesis）發(fā)生在隱蔽期，包括mRNA的轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)及DNA或RNA

的合成等。此期是病毒增殖的最主要階段，病毒的遺傳信息向細(xì)胞傳達(dá)，細(xì)胞在病毒遺傳信息

的控制下合成病毒各種組成成分及其所需的酶類(lèi)，包括病毒核酸轉(zhuǎn)錄或復(fù)制時(shí)所需的聚合

酶。

病毒基因組的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制方式（遺傳機(jī)制）：病毒基因組的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制是增殖過(guò)

程的關(guān)鍵步驟。DNA病毒特別是雙股DNA病毒的增殖機(jī)制與真核細(xì)胞有相似之處,

但RNA病毒則差別較大。正單股RNA病毒，其基因組本身即可作為mRNA,負(fù)單

股或雙股RNA病毒則必須攜帶依賴(lài)于RNA的RNA聚合酶，以供轉(zhuǎn)錄mRNA。

病毒的增殖過(guò)程雖千差萬(wàn)別，但其基因組的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制途徑有一定的相似性。1978年

Baltimore建議以mRNA（正股）為中心，將病毒的遺傳機(jī)制分為6個(gè)基本類(lèi)型，此后發(fā)展為7

種（見(jiàn)圖30-6）o

+RNA（冠狀病毒、微RNA病毒、

圖動(dòng)物病毒

2披膜病毒、黃病毒、動(dòng)脈炎病毒）

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1~一

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1Sten*__Q______

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工、.、JjW---------

無(wú)囊膜的DNA病毒合成過(guò)程

有囊膜的DNA病毒合成過(guò)程無(wú)囊膜的RNA病毒合成過(guò)程

（四）、組裝與釋放

組裝:新合成的病毒核酸和病毒蛋白質(zhì)在感染細(xì)胞內(nèi)組合成病毒顆粒的過(guò)程,

叫組裝。釋放：病毒顆粒逸到宿主細(xì)胞外的過(guò)程叫釋放。病毒不同其釋放形式各

異，可歸納為以下4種釋放方式。

1.爆破.2.出芽式3.排泄.4.轉(zhuǎn)移.

二、病毒的細(xì)胞培養(yǎng)

病毒的嚴(yán)格細(xì)胞內(nèi)寄生性決定培養(yǎng)病毒必須使用活細(xì)胞，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物、雞胚和細(xì)胞培養(yǎng)可

提供病毒增殖所需的大量活細(xì)胞，尤其是細(xì)胞培養(yǎng)。

(一)、細(xì)胞培養(yǎng)的特點(diǎn)

利用細(xì)胞培養(yǎng)來(lái)增殖病毒具有以下特點(diǎn)：

1.細(xì)胞培養(yǎng)中的每個(gè)細(xì)胞具有基本?致的生理特性，對(duì)病毒的易感性相同，沒(méi)有實(shí)驗(yàn)動(dòng)

物的個(gè)體差異。

2.可用于試驗(yàn)的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)動(dòng)物或雞胚，并旦易于人工控制，可在無(wú)菌條件下進(jìn)行標(biāo)

準(zhǔn)化的試驗(yàn)，重復(fù)性好。

3.病毒增殖可通過(guò)觀(guān)察組胞產(chǎn)生的變化如細(xì)胞病變等來(lái)判定結(jié)果，也可結(jié)合免疫學(xué)技術(shù)

檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)有無(wú)增殖的病毒。

4.用細(xì)胞培養(yǎng)可從感染動(dòng)物組織內(nèi)分離病毒并進(jìn)行病毒克隆，以分離獲得純化的單一毒

株。

(二，細(xì)胞培養(yǎng)的類(lèi)型

1.原代細(xì)胞(primar.cell)

2.二倍體細(xì)胞株(diploi.cel.strain)

3.傳代細(xì)胞系(establishc.cel.linc)

正常細(xì)胞

(三)、細(xì)胞培養(yǎng)的方法

1.靜置培養(yǎng)(stationar.culturc)

2.旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)(rolle.culture.

3.懸浮培養(yǎng)(suspensiv.