細(xì)菌的生理●第

一

節(jié)

細(xì)菌的理化性狀○一、細(xì)菌的化學(xué)組成○

包括水、無(wú)機(jī)鹽、蛋白質(zhì)、

糖類(lèi)

、脂質(zhì)和

核酸等。水分是菌細(xì)胞重要的組成部分。菌細(xì)

胞去除水分后，主要為有機(jī)物，包括碳、

氫

、

氮、氧、磷和硫等。特有的化學(xué)組成，如肽聚

糖、胞壁酸、磷壁酸、D型氨基酸、二氨基庚

二酸、吡啶二羧酸等。二

、細(xì)菌的物理性狀●光學(xué)性質(zhì)細(xì)菌為半透明體?！癖砻娣e細(xì)菌體積微小，相對(duì)表面積大，有

利于同外界進(jìn)行物質(zhì)交換。帶電現(xiàn)象在近中性或弱堿性環(huán)境中，

細(xì)菌均帶負(fù)電荷?！癜胪感约?xì)菌的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜都有半透性?！駶B透壓細(xì)菌體內(nèi)含有高濃度的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和無(wú)

機(jī)鹽，一般革蘭陽(yáng)性菌的滲透壓高達(dá)20～25個(gè)

大氣壓，革蘭陰性菌為5～6個(gè)大氣壓。細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)與生長(zhǎng)繁殖o

一、細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型自養(yǎng)菌

(autotroph)

該類(lèi)菌以簡(jiǎn)單的

無(wú)機(jī)物為原料，如利用CO、CO?2-作為碳源，

利用N,、NH?

、NO,、NO?等作為氮源，合成菌

體成分。這類(lèi)細(xì)菌所需能量來(lái)自無(wú)機(jī)物的氧化稱(chēng)為化能自養(yǎng)菌

(chemotroph),

或通過(guò)光合

作用獲得能量稱(chēng)為光能自養(yǎng)菌

(phototroph)。異養(yǎng)菌

(heterotroph)

該類(lèi)菌必須以多

種有機(jī)物為原料，如蛋白質(zhì)、糖類(lèi)等，才能合

成菌體成分并獲得能量。異養(yǎng)菌包括腐生菌

(saprophyte)

和寄生菌

(parasite)。細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)○

水細(xì)菌所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)必須先溶于水，營(yíng)養(yǎng)

的吸收與代謝均需有水才能進(jìn)行。碳源各種碳的無(wú)機(jī)或有機(jī)物都能被細(xì)菌吸

收和利用，合成菌體組分和作為獲得能量的主

要來(lái)源。病原菌主要從糖類(lèi)獲得碳。氮源細(xì)菌對(duì)氮源的需要量?jī)H次于碳源，其

主要功能是作為菌體成分的原料。無(wú)機(jī)鹽

細(xì)菌需要各種無(wú)機(jī)鹽以提供細(xì)菌生

長(zhǎng)的各種元素，常用元素，微量元素?！窀黝?lèi)無(wú)機(jī)鹽的功用如下：①構(gòu)成有機(jī)化合物，

成為菌體的成分；②作為酶的組成部分，

維持酶的活性；③參與能量的儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)運(yùn)；

④調(diào)節(jié)

菌體內(nèi)外的滲透壓；⑤某些元素與細(xì)菌的生長(zhǎng)

繁殖和致病作用密切相關(guān)。生長(zhǎng)因子許多細(xì)菌的生長(zhǎng)還需一些自

身不能合成的生長(zhǎng)因子

(growth

factor),

通常為有機(jī)化合物，包括維生素、某些氨基酸、

嘌呤、嘧啶等。少數(shù)細(xì)菌還需特殊的生長(zhǎng)因子，

如流感嗜血桿菌需要X、V兩種因子，

X因子是高鐵血紅素，V因子是輔酶I或輔酶Ⅱ,兩者為

細(xì)菌呼吸所必需。三

、細(xì)菌攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的機(jī)制●

營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入菌體內(nèi)的方式有被動(dòng)擴(kuò)散和主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。被動(dòng)擴(kuò)散被動(dòng)擴(kuò)散指營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)從濃度高

向濃度低的一側(cè)擴(kuò)散，其驅(qū)動(dòng)力是濃度梯度，

不需要提供能量。將不需要任何細(xì)菌組分的幫助，營(yíng)養(yǎng)物就可以進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的過(guò)程稱(chēng)為簡(jiǎn)

單擴(kuò)散。如果需要菌細(xì)胞的特異性蛋白來(lái)幫助

或促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)稱(chēng)為易化擴(kuò)散。主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)其特點(diǎn)是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)從濃度

低向濃度高的一側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)，并需要提供能量。細(xì)

菌有如下三種主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)：o

1.依賴(lài)于周漿間隙結(jié)合蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)

(periplasmic—binding

protein—dependenttransport

systeml)●

2.化學(xué)滲透驅(qū)使轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)(chemiosmotic-

driven

transport

system)該系統(tǒng)利用膜內(nèi)

外兩側(cè)質(zhì)子或離子濃度差產(chǎn)生的質(zhì)子動(dòng)力

(proton

motive

force)或鈉動(dòng)力(sodiummotiveforce)

作為驅(qū)使?fàn)I養(yǎng)物越膜轉(zhuǎn)移的能

量。3

.

基團(tuán)轉(zhuǎn)移(group

translation)營(yíng)

養(yǎng)物

在轉(zhuǎn)運(yùn)的過(guò)程中被磷酸化，并將營(yíng)養(yǎng)物的轉(zhuǎn)運(yùn)

與代謝相結(jié)合，更為有效地利用能量。四

、影響細(xì)菌生長(zhǎng)的環(huán)境因素營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可以為細(xì)菌的新陳代

謝及生長(zhǎng)繁殖提供必要的原料和能量。氫離子濃度

(pH)溫度

嗜冷菌(psychrophile),其生長(zhǎng)范圍-5～30℃,最適生長(zhǎng)為10～20℃;

嗜溫菌

(mesophile),

生長(zhǎng)范圍10～45℃,最適20~

40℃;嗜熱菌(thermophile),生長(zhǎng)范圍25~

95℃,最適50～60℃。氣體根據(jù)細(xì)菌代謝時(shí)對(duì)分子氧的需要與

否，可以分為四類(lèi)。1.

專(zhuān)

性

需

氧

菌

(obligateaerobe)

具有完善的呼吸酶系統(tǒng)，需要分子氧作為受氫

體以完成需氧呼吸，僅能在有氧環(huán)境下生長(zhǎng)。

如結(jié)核分枝桿菌、霍亂弧菌。2.微

需

氧

菌

(microaerophili

c

bacterium)

在低氧壓

(

5

%

～

6

%

)

生長(zhǎng)最好，

氧濃度>10%對(duì)其有抑制作用。如空腸彎曲菌、

幽門(mén)螺桿菌。3.兼

性

厭

氧

菌

(facultativeanaerobe)兼有需氧呼吸和無(wú)氧發(fā)酵兩種功

能，不論在有氧或無(wú)氧環(huán)境中都能生長(zhǎng)，但

以有氧時(shí)生長(zhǎng)較好。大多數(shù)病原菌屬于此。

4.專(zhuān)性厭氧菌(obligate

anaerobe)缺乏完善的呼吸酶系統(tǒng)，利用氧以外的其他物質(zhì)作為受

氫體，只能在無(wú)氧環(huán)境中進(jìn)行發(fā)酵。專(zhuān)性厭氧菌在有氧環(huán)境中不能生長(zhǎng)，原因：(1)缺乏氧化還原電勢(shì)

(Eh)高的呼吸酶：

如細(xì)胞色素和細(xì)胞色素氧化酶。(2)缺乏分解有毒氧基團(tuán)的酶：超氧化物歧

化

酶

(superoxide

dismutase,SOD)

和

觸

酶

(catalase),過(guò)氧化物酶

(peroxidase)。滲透壓

一般培養(yǎng)基的鹽濃度和滲透壓對(duì)大

多

數(shù)

細(xì)

菌

是

安

全

的

，少

數(shù)

細(xì)

菌

如

嗜

鹽

菌

(halophilic

bacterium)

需要在高濃度(3%)的

NaCl環(huán)境中生長(zhǎng)良好。五

、細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖細(xì)菌個(gè)體的生長(zhǎng)繁殖

細(xì)菌一般以簡(jiǎn)單的二分裂方式進(jìn)行無(wú)性繁殖。細(xì)菌群體的生長(zhǎng)繁殖

細(xì)菌生長(zhǎng)速度很快，

一般細(xì)菌約20min分裂一次。

一個(gè)細(xì)胞經(jīng)7h可

繁殖到約200萬(wàn)個(gè)，10h后可達(dá)10億以上。將一定數(shù)量的細(xì)菌接種于適宜的液體培養(yǎng)基中，連續(xù)定時(shí)取樣檢查活菌數(shù)，可發(fā)現(xiàn)其生長(zhǎng)過(guò)程的規(guī)律性。以培養(yǎng)時(shí)間為橫坐標(biāo)，培

養(yǎng)物中活菌數(shù)的對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo)，可繪制出一條生長(zhǎng)曲線(growthcurve)●分為四期：○

1

.

遲緩期(1ag

phase)細(xì)菌進(jìn)入新環(huán)境

后的短暫適應(yīng)階段。2

.對(duì)數(shù)期(logarithmic

phase)又稱(chēng)

指數(shù)期(exponential

phase)3

.

穩(wěn)定期(stationary

phase)由于培

養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗，有害代謝產(chǎn)物積聚，該

期細(xì)菌繁殖速度漸減，死亡數(shù)逐漸增加，細(xì)菌

形態(tài)、染色性和生理性狀常有改變。4.衰亡期

(decline

phase)

穩(wěn)定期后

細(xì)菌繁殖越來(lái)越慢，死亡數(shù)越來(lái)越多，并超過(guò)

活菌數(shù)。6.0(1)

(2)5.5

0

5

10

15

202530小時(shí)圖8

-

19

細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線(4)1(3)(1)～(2)遲緩期(2)～(3)對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期(3)～(4)穩(wěn)定期(4)～(5)衰退期總菌數(shù)活菌數(shù)(5)8.58.07.57.06.5細(xì)菌數(shù)目的對(duì)數(shù)9.01第三節(jié)細(xì)菌的新陳代謝與能量轉(zhuǎn)換一、細(xì)菌的能量代謝

●

發(fā)酵o

1.EMP(Embden-Meyerhof-Parnas)途徑

又

稱(chēng)糖酵解。這是大多數(shù)細(xì)菌共有的基本代謝途

徑，專(zhuān)性厭氧菌產(chǎn)能的唯一途徑?！?.磷酸戊糖途徑又稱(chēng)一磷酸己糖(hoxose

monophasphate,HMP)

途徑，是EMP途徑的分

支，由己糖生成戊糖的循環(huán)途徑?！鹦柩鹾粑?分子葡萄糖在有氧條件下

徹底氧化，生成CO?

、H?0,并產(chǎn)生38分子ATP。需氧菌和兼性厭氧菌進(jìn)行需氧呼吸。○

厭氧呼吸專(zhuān)性厭氧菌沒(méi)有需氧電子傳

遞鏈和完整的三羧酸循環(huán)，1分子葡萄糖

經(jīng)厭氧糖酵解只能產(chǎn)生2分子ATP,最終

以外源的無(wú)機(jī)氧化物(CO?

、SO?2、NO?-)

作為受氫體的一類(lèi)產(chǎn)能效率低的特殊呼

吸。二

、細(xì)菌的代謝產(chǎn)物●(一)分解代謝產(chǎn)物和細(xì)菌的生化反應(yīng)糖發(fā)酵試驗(yàn)不同細(xì)菌分解糖類(lèi)的能力和代謝產(chǎn)物不同。VP(Voges-Proskauer)試驗(yàn)大腸埃希

菌和產(chǎn)氣腸桿菌均能發(fā)酵葡萄糖，產(chǎn)酸產(chǎn)氣，

兩者不能區(qū)別。但產(chǎn)氣腸桿菌能使丙酮酸脫羧

生成中性的乙酰甲基甲醇，后者在堿性溶液中

被氧化生成二乙酰，二乙酰與含胍基化合物反

應(yīng)生成紅色化合物，是為VP試驗(yàn)陽(yáng)性。大腸埃

希菌不能生成乙酰甲基甲醇，故VP試驗(yàn)陰性。單糖分解反應(yīng)：1-5管分別為葡萄糖、乳糖、麥芽糖、甘露糖、蔗糖陽(yáng)性(黃色),第6管為陰性對(duì)照(紫色)Voges-Proskauer(V-P)試驗(yàn)，產(chǎn)氣桿菌陽(yáng)性(右);大腸埃希菌為陰性(左)V-P試驗(yàn)左大腸埃希菌一；右產(chǎn)氣腸桿菌+甲基紅

(methyl

red)

試驗(yàn)●

甲基紅(methyl

red)試驗(yàn)

產(chǎn)氣腸桿菌分

解葡萄糖產(chǎn)生丙酮酸，后者經(jīng)脫羧后生成中性

的乙酰甲基甲醇，故培養(yǎng)液pH>5.4,

甲基紅

指示劑呈桔黃色，是為甲基紅試驗(yàn)陰性。大腸

埃希菌分解葡萄糖產(chǎn)生丙酮酸，培養(yǎng)液pH<

4.5,甲基紅指示劑呈紅色，則為甲基紅試驗(yàn)

陽(yáng)

性

。甲基紅試驗(yàn)(

MR試驗(yàn)),大腸埃希菌為陽(yáng)性(右);產(chǎn)氣桿菌陰性(左)枸櫞酸鹽利用

(citrate

utilization)枸櫞酸鹽利用

(citrate

utilization)

試驗(yàn)

當(dāng)某些細(xì)菌(如產(chǎn)氣腸桿菌)利用銨

鹽作為唯一氮源，并利用枸櫞酸鹽作為唯一碳

源時(shí)，可在枸櫞酸鹽培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，分解枸櫞

酸鹽生成碳酸鹽，并分解銨鹽生成氨，

使培養(yǎng)

基變?yōu)閴A性，是為該試驗(yàn)陽(yáng)性。吲哚

(indol)

試驗(yàn)吲哚

(indol)試驗(yàn)

有些細(xì)菌如大腸埃

希菌、變形桿菌、霍亂弧菌等能分解培養(yǎng)基中

的色氨酸生成吲哚(靛基質(zhì)),經(jīng)與試劑中的

對(duì)二甲基氨基苯甲醛作用，生成玫瑰吲哚而呈

紅色，是為吲哚試驗(yàn)陽(yáng)性。吲哚試驗(yàn)，大腸埃希菌吲哚試驗(yàn)陽(yáng)性(右);肺炎克氏菌吲哚試驗(yàn)陰性(左)硫化氫試驗(yàn)硫化氫試驗(yàn)

有些細(xì)菌如沙門(mén)菌、變形桿

菌等能分解培養(yǎng)基中的含硫氨基酸(如胱氨酸、

甲硫氫酸)生成硫化氫，硫化氫遇鉛或鐵離子

生成黑色的硫化物。硫化氫試驗(yàn)：

A

變形桿菌+;

B

沙門(mén)菌+C未接種尿素酶試驗(yàn)變形桿菌有尿素酶，能分解培養(yǎng)基中的尿素產(chǎn)生氨，使培養(yǎng)基變堿，以酚

紅為指示劑檢測(cè)為紅色，是為尿素酶試驗(yàn)陽(yáng)性。吲哚

(I)、

甲

基

紅

(M)、VP(V)、

枸櫞酸鹽利用(C)四種試驗(yàn)常用于鑒定腸道桿菌，

合稱(chēng)為IMViC試驗(yàn)。例如大腸埃希菌對(duì)這四種

試驗(yàn)的結(jié)果是“十十——”,產(chǎn)氣腸桿菌則為

“

—

—

十十”。腸桿菌科細(xì)菌在動(dòng)力一靛基質(zhì)-尿素酶培

養(yǎng)

基(MIU)上

的

生

長(zhǎng)

，A:大

腸

桿

菌

(動(dòng)力、靛基質(zhì)、尿素酶)(十、十、

一

);

B:

宋

內(nèi)

氏志

賀

氏

菌

(

動(dòng)

力

、

靛

基質(zhì)、尿素酶)

(

一

、

—

1+、一

);

C

:對(duì)照管(未接種菌)●現(xiàn)代臨床細(xì)菌學(xué)已普遍采用微量、快速的生化

鑒定方法。根據(jù)鑒定的細(xì)菌不同，選擇系列生化指標(biāo)，依反應(yīng)的陽(yáng)性或陰性選取數(shù)值，組成

鑒定碼，形成以細(xì)菌生化反應(yīng)為基礎(chǔ)的各種數(shù)

值編碼鑒定系統(tǒng)。同時(shí)，也可用細(xì)菌鑒定軟件

分析細(xì)菌的生化反應(yīng)譜。更為先進(jìn)的如VITEK

全自動(dòng)細(xì)菌鑒定及高級(jí)專(zhuān)家系統(tǒng)藥敏報(bào)告儀完成了細(xì)菌生化鑒定的自動(dòng)化。圖17-

1

VITEK全自動(dòng)微生物分析系統(tǒng)的基本配置圖18-1

各種API條和配套試劑合成代謝產(chǎn)物及其在醫(yī)學(xué)上的意義熱原質(zhì)(pyrogen)

或稱(chēng)致熱原。是細(xì)菌

合成的一種注入人體或動(dòng)物體內(nèi)能引起發(fā)熱反

應(yīng)的物質(zhì)。熱原質(zhì)即其細(xì)胞壁的脂多糖。熱原質(zhì)耐高溫，高壓蒸氣滅菌(121℃、20min)

亦

不被破壞，250℃高溫干烤才能破壞熱原質(zhì)。毒素與侵襲性酶細(xì)菌產(chǎn)生外毒素和內(nèi)毒

素兩類(lèi)毒素。外毒素(exotoxin)

是多數(shù)革蘭

陽(yáng)性菌和少數(shù)革蘭陰性菌在生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中釋

放到菌體外的蛋白質(zhì)；內(nèi)毒素

(endotoxin)

是革蘭陰性菌細(xì)胞壁的脂多糖，當(dāng)菌體死亡崩解后游離出來(lái)。色素細(xì)菌的色素有兩類(lèi)，

一類(lèi)為水溶性，

另一類(lèi)為脂溶性，不溶于水。細(xì)菌素某些菌株產(chǎn)生的一類(lèi)具有抗菌作

用的蛋白質(zhì)稱(chēng)為細(xì)菌素(bactericin)

。

細(xì)菌

素與抗生素不同的是作用范圍狹窄，僅對(duì)與產(chǎn)

生菌有親緣關(guān)系的細(xì)菌有殺傷作用。維生素大腸埃希菌，合成的B族維生素和

維生素K也可被人體吸收利用。第四節(jié)

細(xì)菌的人工培養(yǎng)o

一、培養(yǎng)細(xì)菌的方法●分

離

培

養(yǎng)

和

純

培

養(yǎng)

兩

種

方

法

。二

、

培養(yǎng)基○

培養(yǎng)基

(culture

medium)是由人工方法

配制而成的，專(zhuān)供微生物生長(zhǎng)繁殖使用的混合

營(yíng)養(yǎng)物制品。為以下幾類(lèi)：基礎(chǔ)培養(yǎng)基

基礎(chǔ)培養(yǎng)基

(basicmedium)含有細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖所需的基本營(yíng)養(yǎng)成分。增菌培養(yǎng)基

若了解某種細(xì)菌的特殊營(yíng)養(yǎng)

要求，可配制出適合這種細(xì)菌而不適合其他細(xì)

菌生長(zhǎng)的增菌培養(yǎng)基

(enrichmentmedium)。

選擇培養(yǎng)基

在培養(yǎng)基中加入某種化學(xué)物

質(zhì)，使之抑制某些細(xì)菌生長(zhǎng)，而有利于另一些

細(xì)菌生長(zhǎng)，從而將后者從混雜的標(biāo)本中分離出

來(lái)，這種培養(yǎng)基稱(chēng)為選擇培養(yǎng)基(selectivemedium)。鑒別培養(yǎng)基

用于培養(yǎng)和區(qū)分不同細(xì)菌種

類(lèi)的培養(yǎng)基稱(chēng)為鑒別培養(yǎng)基

(differentialmedium)。厭氧培養(yǎng)基

專(zhuān)供厭氧菌的分離、培養(yǎng)

和

鑒

別

用的

培

養(yǎng)

基

，

稱(chēng)

為

厭

氧

培

養(yǎng)

基

(anaerobicmedium)。常

用

的

有庖肉培養(yǎng)基

(cooked

meat

medium)、硫乙醇酸鹽肉湯等，

并在液體培養(yǎng)基表面加入凡士林或液體石蠟以

隔絕空氣。腸炎沙門(mén)菌在SS

(salmonella/shigella)平板和D

CA(deoxycholate-citrate

agar)

平板上生長(zhǎng)，

SS

(沙門(mén)/志賀氏)平板和DCA

(脫氧膽酸鹽-檸檬酸鹽瓊脂)平板是分離糞標(biāo)本中致病菌的選擇性培養(yǎng)基，沙門(mén)菌在上述二種培養(yǎng)基中不發(fā)

酵乳糖，而呈無(wú)色菌落。右側(cè)試管未接種。三

、細(xì)菌在培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)情況在液體培養(yǎng)基中生長(zhǎng)情況

呈現(xiàn)均勻混濁

狀態(tài)；沉淀生長(zhǎng)；枯草芽胞桿菌、結(jié)核分枝桿

菌等專(zhuān)性需氧菌呈表面生長(zhǎng)，常形成菌膜。在固體培養(yǎng)基中生長(zhǎng)情況

將標(biāo)本或培養(yǎng)

物劃線接種在固體培養(yǎng)基的表面，因劃線的