微生物学1教案.docx

微 生 物 学 教 案课程名称微生物学授课专业药物制剂课程编号生-0401-制课程类型必修课校级公共课（ ）；基础或专业基础课（）；专业课（ ）选修课限选课（ ）；任选课（ ）授课方式课堂讲授（）；实践课（）考核方式考试（）；考查（ ）课程教学总学时数52学时学 分 数2.5学分学时分配课堂讲授 32学时； 实践课 18学时； 自学2学时教材名称微生物学与免疫学（第五版），作 者沈关心，出版社及出版时间人民卫生出版社2003年出版指定参考书医学微生物学微生物学教程微生物学作 者陆德源周德庆沈萍出版社及出版时间人民卫生出版社2002年高等教育出版社2002年高等教育出版社2000年授课教师蔡苏兰职 称讲师单 位微生物与细胞生物学教研室微 生 物 学 教 案周 次第 1 次 课章 节名 称第 1 章 绪论授 课方 式理论课（）；实践课（）；实习（）教学时数2学时教学目的及要求掌握微生物的概念、特点、命名及分类。了解微生物学的研究范围及其发展简史。教学 主 要内容一、 微生物与微生物学1. 微生物的概念2. 微生物的类群及特点3. 微生物的作用4. 微生物的分类及细菌的命名5. 微生物学二、微生物学的发展简史1. 经验时期（-1676年）2. 发现时期 （1676-1861）3. 黄金时期（1861-1897）4. 生理学时期、奠基（1897-1953）5. 发展时期（1953-）三、其他教学重点与难点微生物的概念，微生物的类群及特点微生物的分类及细菌的命名微生物学发展过程中典型人物及其贡献启发提问举例说明微生物是人类的朋友少数微生物也是人类的敌人自学内容微生物学发展过程中典型人物及其贡献教学手段多媒体课件教学参考资料微生物学与免疫学 沈关心，高等教育出版社2003微生物学 沈萍，高等教育出版社2002第 1 章 绪 论第一节 微生物与微生物学一、微生物的概念微生物：指在自然界广泛分布的个体微小，结构简单，肉眼不能看到，需借助光学显微镜或电子显微镜放大几百倍，几千倍，甚至几万倍才能看到的微小生物的统称。二、微生物的类群及特点1.微生物类群2微生物类群的特点 个体小，结构简单：大小以um计，但比表面积（表面积/体积）大。结构：无细胞结构（病毒）单细胞（细菌，放线菌）简单多细胞（真菌） 新陈代谢能力强，生长繁殖速度快。 数量大，分布广，种类多；l 分布：人迹可到之处，微生物的分布必然很多，而人迹不到的地方，也有大量的微生物存在！l 种类：微生物的生理代谢类型多；代谢产物种类多；微生物的种数“多”；l 数量：在自然界中（土壤、水体、空气，动物体内和体表）都生存有大量的微生物！ 易变异，抗性强，适应性强。三、微生物的作用：既是人类的敌人，更是人类的朋友！1、自然界的物质循环和环境保护2、 医药领域3、 食品行业4、 生物工程制药5、 基因工程研究四、微生物的分类及细菌的命名1、微生物的分类 分类依据：是否有完整的细胞结构，是否有分化完整的细胞核共分为三类：非细胞型微生物、 原核细胞型微生物、 真核细胞型微生物 微生物在生物界的分类地位1969年，Whittaker提出五界系统学说，我国学者在此基础上提出六界系统学说： 动物界、 植物界、真菌界、原生生物界、 原核生物界、病毒界2、细菌命名法 采用生物学的林奈“拉丁双名法” l 属名（名词，大写字母开头）+种名（形容词，小写）+（命名者的姓 ）l 属名+sp. 表示某一属种的某一种菌l 属名+spp.表示某一属种的几种菌 *p或spp 为species缩写的单复数）五、微生物学及其研究内容 微生物学是研究微生物生命活动规律的学科。它的基本内容是：微生物细胞的结构和功能，研究细胞的构建及其能量、物质、信息的运转；微生物的进化和多样性，研究微生物的种类，它们之间的相似性和区别，以及微生物的起源；生态学规律，研究不同微生物之间以及它们同环境之间的相互作用；微生物同人类的关系。第二节 微生物学的发展简史微生物学的发展历史可分为五个时期一、 感性认识阶段（史前期）1676年前 我国8000年前就开始出现了酿酒； 4000年前埃及人已学会酿制果酒； 2500年前发明酿酱、醋，用曲治消化道疾病； 公元九世纪痘浆法、痘衣法预防天花； 16世纪，古罗巴医生G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不见 的生物(living creatures)引起的； 1641年，明末医生吴又可也提出“戾气”学说；二、 形态学发展阶段 （初创期）1676-1861 17世纪中叶荷兰人吕文虎克(Antoni van Leeuwenhoek)用自制的简单显微镜观察并发现了许多微生物。三、 生理学发展阶段（奠基期 ）1861-1897巴斯德：彻底否定了“自然发生”学说；免疫学预防接种；发现并证实发酵是由微生物引起的；其他贡献科赫：微生物学基本操作技术方面的贡献；对病原细菌的研究作出了突出的贡献。四、 生化学发展阶段（发展期）1897-1953 进入微生物生化水平的研究 分支学科更为扩大，出现了抗生素等新学科 开始寻找有益微生物代谢产物 普通微生物学科开始形成 各相关学科和技术的相互渗透和促进，加速了微生物的发展五、 分子生物学发展阶段（成熟期）1953-至今 J.D.Waston, H.F.C.Crick发现DNA双螺旋模型 迅速成长为十分热门的前言学科； 进入到分子水平的研究，成为分子生物学的研究对象 向着更自觉、更有效和可人为控制的方向发展其它：微生物学发展过程中的重大事件周 次第2次 课章 节名 称第2章 细菌（1）授 课方 式理论课（）；实践课（）；实习（）教学时数2学时教学目的及要求熟悉细菌的大小与基本形态掌握细菌基本结构中细菌细胞壁结构和化学组成与功能掌握革兰染色的原理、方法、意义及革兰阳性菌和革兰阴性菌细胞壁的异同点了解细胞壁缺陷细菌特性及意义。教学 主 要内容一、细菌的大小和形态1. 细菌的大小2. 细菌的形态二、细菌细胞壁的结构和化学组成以及生理功能教学重点与难点G和G细胞壁的结构、革兰氏染色的原理，细菌的特殊结构启发提问细菌细胞壁的共能功能教学手段多媒体课件教学参考资料微生物学与免疫学 沈关心，高等教育出版社2003微生物学 沈萍，高等教育出版社2002第2章 细菌（1）细菌(bacteria) 的细胞结构在原核生物中具有代表性，是微生物的一大类群，在自然界分布广、种类多，与人类生产和生活的关系也十分密切，是微生物学的主要研究对象。第一节 细菌的形态、结构一、细菌的大小和形态1. 细菌的大小 球菌大小以其直径表示，杆菌和螺旋菌以其长度与宽度表示。 微米是测量细菌大小的常用单位。2. 细菌的形态尽管细菌种类繁多，就单个有机体而言，其基本形态可分为球状、杆状与螺旋状三种：分别被称为球菌、杆菌和螺旋菌。球状杆状螺旋状基本形态 球菌 细胞呈球形或椭圆形。在分裂后产生的新细胞常保持一定的空间排列方式，在分类鉴定上有重要意义。l 单球菌 细胞单个，分散。l 双球菌 细胞沿一个平面分裂，新个体成对排列。如肺炎双球菌。l 链球菌 细胞沿一个平面分裂，新个体不但可保持成对的样子，并可连成链状。如溶血链球菌、乳链球菌。链的长短往往具特征性，例如乳链菌每2-3个细胞形成一串，而无乳链球菌则形成很长的链。l 四联球菌 细胞分裂沿两个互相垂直的平面进行，分裂后四个细胞特征性地连在一起，呈田字形。如四联微球菌。l 八叠球菌 细胞沿着三个互相垂直的方面进行分裂，分裂后每八个细胞特征性地叠在一起呈一立方体。l 葡萄球菌 细胞无定向分裂，多个新个体形成一个不规则的群集，犹如一串葡萄。如金黄色葡萄球菌、白色葡萄球菌。 杆菌 细胞呈杆状或圆柱形。l 弧菌 菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，犹如“C字，或似逗号。l 螺旋菌 菌体回转如螺旋状。螺旋数目和螺距大小因种而异。l 弧菌与螺旋菌的显著特征，前者往往为偏端单生鞭毛或丛生鞭毛，后者两端都有鞭毛。二、细菌的细胞结构其结构可分为两部分：一是不变部分或基本结构，如细胞壁、细胞膜、细胞核和核糖体，为全部细菌细胞所共有；二是可变部分或特殊结构，如鞭毛、菌毛、荚膜、芽孢和气泡等。1.基本结构 细胞壁l 概念：细胞壁是位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧，略具弹性的细胞结构。l 证实细胞壁存在的方法：（1）细菌超薄切片的电镜直接观察;（2）质、壁分离与适当的染色，可以在光学显微镜下看到细胞壁（3）机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁；（4）制备原生质体，观察细胞形态的变化；l 细胞壁的功能(1）保护细胞，使其免受由于渗透压的变化而引起的细胞破裂(2）维持细菌的基本形态；(3）为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；(4）细胞壁是多孔性的，水和直径小于1nm的物质可以自由通过，故有一定的通透性和机械阻挡作用；(5）细菌的细胞壁还与细菌的致病性、抗原性和对某 些药物及噬菌体的敏感性有关。 l 革兰染色与细胞壁：C.Gram（革兰）于1884年发明的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。其染色要点：先用结晶紫染液染色，再加媒染剂-碘液处理，使菌体着色，然后用乙醇脱色，最后用复染液(沙黄或番红)复染。显微镜下菌体呈红色者为革兰氏染色阴性细菌(常以G-表示)，呈深紫色者为革兰氏染色阳性反应细菌(常以G+表示)。G+菌与G-菌细胞壁的化学组成结构具有明显差异。(1)革兰阳性细菌 细胞壁的化学组成以肽聚糖为主，另外还结合磷壁(酸)质。肽聚糖是由若干个N-乙酰葡萄胺和N-乙酰胞壁酸以及少数氨基酸短肽链组成的亚单位聚合而成。以1，4葡萄糖苷键连接，形成肽聚糖多糖链。以肽键连接的氨基短肽，形成了肽聚糖的肽链，其氨基酸的组成和排列顺序，通常为L-丙氨酸、D-谷氨酸、L-赖氨酸和D-丙氨酸。相邻的短肽通过一定的方式将肽聚糖亚单位交叉联结成重复结构。磷壁(酸)质又名垣酸，可分为甘油型和核糖醇型两种。 (2)革兰氏阴性细菌 革兰氏阴性细菌细胞壁分为内壁层和外壁层。内壁层由肽聚糖组成。肽聚糖多糖链结构与革兰氏阳性细菌相同，但肽链中的L-赖氨酸往往被其他二氨基酸取代。由于它们只有30%的肽聚糖亚单位彼此交织联结，故其网状结构不及革兰氏阳性细菌的坚固，显得比较疏松。外壁层再分为内、中、外三层。最外层为脂多糖层，中间为磷脂层，内层为脂蛋白层l 细胞壁缺陷细菌 （1） 原生质体(protoplast) 在革兰氏阳性细菌培养物中加溶菌酶或在含青霉素等的培养基里培养阳性细菌，便可破坏或抑制细胞壁的合成。细菌除去细胞壁后剩下的部分叫做原生质体。特点：均呈球形、对环境条件很敏感，、有的原生质体还保留着鞭毛，但不能运动，也不能被相应的噬菌体感染。（2）球形体(spheroplast) 多用革兰氏阴性细菌，以上述同样方法处理便可获得。球形体较之原生质体外界环境具一定抗性，并能在普通培养基上生长。 （3）L-型细菌 (bacterialL-form)是细菌在某些环境条件下所形成的变异型。没有完整而坚韧的细胞壁，细胞呈多形态，有的能通过滤器，故又称滤过型菌。在低渗条件下生长缓慢，在固体培养基上形成一种直径约0.1mm的微小菌落，周 次第 3 次 课章 节名 称第2章 细菌（2）授 课方 式理论课（）；实践课（）；实习（）教学时数2学时教学目的及要求掌握细菌细胞膜、细胞质、核质的结构和化学组成以及生理功能教学 主 要内容一、 细胞膜定义、结构、组成、功能二、 细胞质定义、结构、组成、功能三、 核质定义、结构、组成、功能教学重点与难点细菌基本结构的结构与功能启发提问细菌基本结构包括哪几部分？教学手段多媒体课件教学参考资料微生物学与免疫学 沈关心，高等教育出版社2003微生物学 沈萍，高等教育出版社2002第2章 细菌（2）一、细菌的基本结构1. 细胞膜 概述l 细胞膜(cellmembrace)又称原生质膜或质膜(plasmalemma)，是外侧紧贴于细胞壁而内侧包围细胞质的一层柔软而富有弹性的半透性薄膜。间体 l 用电子显微镜观察细菌细胞的超薄切片，在细胞质中可见一个或数个较大的、不规则的层状、管状或囊状物，称为间体(mesosome)。它是细菌细胞质中主要的、典型的单位膜结构，与细胞膜连接。对间体的生理功能还不完全了解。2. 细胞核 概述l 为细菌的核比较原始，故称为原始形态的核或拟核(nucleoid)，它实际上是DNA性质的、与高等生物细胞核功能相似的核物质，所以又称染色质体或细菌染色体。l 在静止期的细菌，核多呈球形、棒状或哑铃状。正常情况下，一个菌体内具体一个核；而细菌处于活跃生长时，由于DNA的复制先于细胞分裂，一个菌体内往往有2-4个核；质粒(plasmid) l 很多细菌细胞质中，除染色体外还有质粒。它是存在于细菌染色体外或附加于染色体上的遗传物质，绝大多数由共价闭合环状双螺旋DNA分子所构成。3. 细胞质及其内含物 细胞质是细胞膜内的物质，除细胞核外，皆为细胞质。它无色透明，呈粘液状，主要成分为水、蛋白质、核酸、脂类，并有少量糖及无机盐。此外还有气泡和颗粒状内含物。 颗粒状内含物 在许多细菌细胞中，常含有各种较大的颗粒，大多系细胞贮藏物，如异染颗粒、聚-羟基丁酸、肝糖、硫滴等。这些内含物常因菌种而异，即使同一种菌，颗粒的多少也随菌龄和培养条件不同而有很大变化。往往在某些营养物质过剩时，细菌就将其聚合成各种贮藏颗粒，当营养缺乏时，它们又被分解利用。 核糖体 由65%的核糖酸和35%的蛋白质组成。沉降系数均为70S；真核微生物细胞器核糖体变为70S，而细胞质中的却为80S。二、细菌的特殊结构1. 糖被 糖被（glycocalyx）某些细菌在生活过程中，能够向其细胞壁外分泌一层疏松、透明的粘液状物质，称为糖被。 糖被按其有无固定层次、层次厚薄又可细分为：荚膜（capsule或macrocapsule，大荚膜）：0.2um;微荚膜(microcapsule)：0.2um;粘液层(slime layer) ：边界不明显;菌胶团(zoogloea)：细菌群体共用一个荚膜 荚膜的化学组成因菌种而异，主要是多糖，有的也含有多肽、蛋白、脂以及由它们组成的复合物-脂多糖、脂蛋白等. 产生荚膜是微生物的一种遗传特性，种的特征，但并非细胞绝对必要的结构，失去荚膜的变异株同样正常生长。 荚膜的形成与环境条件密切相关。 荚膜虽不是细胞的重要结构，但它是细胞外碳源和能源性贮藏物质，并能保护细胞免受干燥的影响，同时能增加某些病原菌的致病能力，使之抵御宿主吞噬细胞的吞噬。 产荚膜细菌，常常给生产带来麻烦。 在一定条件下，有害的东西可变为有益的物质。2.鞭毛 运动性微生物细胞的表面，着生有一根或数根由细胞内伸出的细长、波曲、毛发状的丝状体结构即为鞭毛(flagellum)。它是细菌的运动器官。 鞭毛着生的位置和数目是种的特征，具有分类鉴定的意义。l 偏端单生鞭毛菌 在菌体的一端只生一根鞭毛，如霍乱弧菌、荧光假单胞菌。l 两端单生鞭毛菌 在菌体两端各具一根鞭毛，如鼠兄咬热螺旋体。l 偏端丛生鞭毛菌 菌体-端生-束鞭毛，如铜绿假单胞菌、产碱杆菌。l 周生鞭毛菌 周身都生有鞭毛，如大肠杆菌、枯草杆菌等。 鞭毛抗原又叫H(H)抗原，各种细菌的鞭毛蛋白质由于氨基酸组成不同导致H抗原性质上的差别，帮可通过血清学反应，进行细菌分类鉴定。近代科学技术的发展和应用，对鞭毛的结构也有了比较清楚的认识。例如大肠杆菌，一根完整的鞭毛，从形态上可分为三个部分：细胞最外面的是螺旋形鞭毛丝，靠近细胞表面的是鞭毛钩，埋在细胞膜里的基体。3.菌毛 很多革兰氏阴性细菌，尤其是肠道细菌和某些假单胞菌属的菌株以及少数革兰氏阳性细菌的细胞表面，有一些比鞭毛更细、较短而直硬的丝状体结构叫上菌毛(fimbria)。菌毛不是细菌的运动器官。某不具鞭毛的细菌生有菌毛，有的细菌二者兼有。 菌毛的类型很多，肠道菌就有性毛和普通菌毛两种。 性菌毛( sex pili)是在性质粒(F因子)控制下形成的，故又称F-菌毛(F-pili)。它比普通菌毛粗而长，数目较少，通过性菌毛，雄性株就可将遗传物质传递给不具性质粒的雌性菌株，使之也能产生性菌毛。至于遗传物质到底怎样传递的，有待进一步研究。 菌毛亦由蛋白质组成。4 芽孢 某些细菌，在其生长的一定阶段，在细胞内形成一个圆形，椭圆形的结构，对不良环境条件具有较强的抗性，这种休眠体即称芽孢(spore)或孢子。 能否形成芽孢是细菌种的特征。 芽孢形成的位置、形状、大小因菌种而异，在分类鉴定上有一定意义。 芽孢具有厚而致密的壁，不易着色，在相差显微镜下呈现折光性很强的小体；用芽孢染色法染色后，普通光学显微镜下也可看见。 芽孢的形成是一个非常复杂的过程，绝非细胞质的简单浓缩和核物质的简单分配。 芽孢形成的机制，有待进一步研究。 芽孢一旦形成，对恶劣环境条件具有很强的抗抵能力。目前有一种较新的解释芽孢抗热性的理论，被称为渗透调节皮层膨胀学说。 应该注意的是一个营养细胞内只能形成一个芽孢，而一个芽孢也只产生一个营养体。芽孢，仅仅是芽孢细菌生活史中的一环，是细菌的休眠体，而不是一种繁殖方式。 伴孢晶体：芽孢杆菌属中有些种，如苏云金芽孢杆菌等，形成芽孢的同时 ，在细胞内产生一种日 体状多肽类内含物，称为伴孢晶体。伴孢晶体由蛋白质组成，是一种毒性晶体，对100种以上的鳞翅目昆虫有毒性。周 次第 4 次 课章 节名 称第2章 细菌（3）授 课方 式理论课（）；实践课（）；实习（）教学时数2学时教学目的及要求掌握细菌生长的必要条件、繁殖方式，细菌群体生长的四个时期及意义。掌握细菌在培养基中的生长情况，细菌培养的用途。熟悉细菌的营养分型、营养物质与营养物质的吸收方式。了解培养细菌的方法和条件，培养基的种类和作用，教学 主 要内容细菌的营养与生长繁殖1. 细菌细胞的化学组成2. 细菌需要的营养物质及生理功能3. 吸收营养物质的方式4. 细菌的营养类型5. 细菌的生长繁殖6. 细菌的人工培养教学重点与难点营养物质的吸收、营养类型细菌的生长繁殖的条件细菌的人工培养、培养基、菌落、生长曲线启发提问微生物如何吃“食物”？教学手段多媒体课件教学参考资料微生物学与免疫学 沈关心，高等教育出版社2003微生物学 沈萍，高等教育出版社2002第2章 细菌（3）细菌的营养和繁殖微生物的特点：食谱广、胃口大。营养物质（nutrient）：那些能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质。营养（nutrition）：微生物获得和利用营养物质的过程。一、微生物的六大营养要素 1. 碳源 凡是可以被微生物用来构成细胞物质或代谢产物中碳素来源的物质通称碳源(carbon source)。碳源通过机体内一系列复杂的化学变化被用来构成细胞物质和（或）为机体提供完成整个生理活动所需要的能量。因此，碳源通常也是机体生长的能源。2. 氮源 凡是能被微生物用来构成细胞物质中或代谢产物中氮素来源的营养物质通常称为氮源(nitrogen source)。3. 能源 能为微生物生命活动提供能量来源的营养物或辐射能称为能源（energy source）。根据来源不同可以把能源分为两类：一是化学物质，化能有机异养型微生物的能源为有机物，与它们的碳源相同。化能无机自养型微生物的能源为无机物，与它们的能源物质不同。二是辐射能，是光能自养型和光能异养型微生物的能源。4. 无机盐无机盐（mineral salts）是微生物生长必不可少的一类营养物质，它们为机体生长提供必需的金属元素。这些金属元素在机体中的生理作用有参与酶的组成、控制细胞的氧化还原电位和作为某些微生物生长的能源物质等。5. 生长因子 某些微生物在一般含有碳源、氮源、无机盐的培养基里培养时还不能生长或生长极差，但当在这种培养基里加进某种组织（或细胞）提取液时，这些微生物能生长得很好。说明这种组织（或细胞）里含有某些微生物生长所需要的因子。生长因子（growth factor）通常指那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成或合成量不足以满足机体需要的有机化合物。可将它们分成维生素(vitamin)、氨基酸与嘌呤（或嘧啶）碱基三大类。6. 水 水是微生物生长所需要的另外一种重要物质，它在微生物的生存中起着重要的作用。水在机体中的生理作用主要有：1.起到溶剂与运输介质的作用； 2.参与细胞内一系列化学反应；3.维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象； 4.能有效地吸收代谢过程中放出的热并将吸收的热迅速地散发出去，从而有效地控制细胞内温度变化；5.水是维持细胞正常形态的重要因素；6.微生物通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构，。二、微生物的营养类型1. 光能无机自养型微生物 这是一类能以CO2作为唯一碳源或主要碳源并利用光能进行生长的微生物，它们能以无机物如硫化氢、硫代硫酸钠或其它无机硫化物作为供氢体，使CO2还原成细胞物质，并且伴随有元素硫的放出。2. 光能有机异养型微生物 这类微生物不能以CO2作为主要碳源或唯一碳源，而必须以有机物作为供氢体，利用光能将CO2还原成细胞物质，光能异养型细菌在生长时大多数需要外源的生长因子。3. 化能无机自养型微生物 这类微生物与光能自养型微生物相比，它们生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能。它们在以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用电子供体如氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐等使CO2还原成细胞物质。4. 化能有机异养型微生物 目前在已知的微生物中大多数属于化能异养型。它们生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能，生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。因此，在化能异养型微生物里有机物通常即是它们生长的碳源物质又是能源物质。在化能异养型微生物中，根据它们利用的有机物的特性，又可分为腐生型(metatrophy)与寄生型(paratrophy)两种类型。上述四大类型微生物的划分不是绝对的。它们在不同的条件下生长时，往往可以互相转变。三、营养物质进入细胞的方式1. 扩散扩散(diffusion)是一种简单的吸收方式。不规则运动溶质（如营养物质）通过细胞膜中的含水小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内扩散，这种扩散是非特异性的，但膜上的含水小孔的大小和形状对被扩散的营养物质的分子大小有一定的选择性。2. 促进扩散促进扩散(facilitated diffusion)也是一种物质运输方式，它与扩散的方式相类似，例如物质在运输过程中不需要代谢能，物质本身在分子结构上也不会发生变化，不能进行逆浓度运输，运输的速率随着细胞内外该物质的浓度差的缩小而降低，直至膜内外的浓度差消失，从而达到动态平衡。但是促进扩散与扩散的重要不同点是物质在运输过程中，需要借助位于膜上的一种载体蛋白参与物质的运输，并且每种载体蛋白只运输相应的物质。因此，这种运输的第二个特点是对被运输的物质有高度的立体专一性。3. 主动运输主动运输(active transport)是物质运输的过程中要消耗代谢能，运输的速率不依赖于细胞膜内外被运输物质的浓度差，而是可以逆浓度运输的运输方式。另外主动运输也需要载体蛋白参与运输过程，因而这种运输方式对被运输的物质有高度的立体专一性，被运输的物质与相应的载体蛋白之间存在着亲和力，并且这种亲和力在膜内外大小不同。4. 基团转位基团转位(group translocation)除了在运输过程中，物质分子发生化学变化这一特点以外，其它的特点都与主动运输方式相同。除以上四种运输方式外，在原生动物特别是变形虫中存在着膜泡运输（membrane vesicle transport）。四、细菌的生长繁殖生长：细菌进行营养活动，体积增大，表现为生长。繁殖：生长到一定程度，细胞开始分裂，形成两个基本相似的子细胞每个子细胞又重复此过程，称为繁殖。1. 细菌生长与繁殖的条件 充足的营养物质 适宜的酸碱度（pH） 适宜的温度 气体条件2. 细菌的繁殖方式和繁殖速度 繁殖方式：无性二分裂 繁殖速度：一般为2030分钟五、细菌的人工培养培养基（medium）是人工配制的,适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。无论是以微生物为材料的研究,还是利用微生物生产生物制品,都必须进行培养基的配制，它是微生物学研究和微生物发酵工业的基础。 1. 配制培养基的原则 选择适宜的营养物质 营养物质浓度及配比合适 控制pH条件、氧化还原电位 灭菌处理 2. 培养基的类型及应用 培养基种类繁多,根据其成分、物理状态和用途可将培养基分成多种类型。 按成份不同划分 l 天然培养基(complex medium)：以化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物组成,牛肉膏蛋白胨培养基和麦芽汁培养基就属于此类。l 合成培养基(synthetic medium)：由化学成分完全了解的物质配制而成的培养基，也称化学限定培养基(chemically defined medium)。 根据培养基中凝固剂的有无及含量的多少,可将培养基划分为固体培养基、半固体培养基和液体培养基三种类型。 l 固体培养基(solid medium) 在液体培养基中加入一定量凝固剂即为固体培养基。常用的凝固剂有琼脂(agar)、明胶(gelatin)和硅胶(silica gel)。在实验室中,固体培养基一般是加入平皿或试管中，制成培养微生物的平板或斜面。固体培养基为微生物提供一个营养表面,单个微生物细胞在这个营养表面进行生长繁殖,可以形成单个菌落。固体培养基常用来进行微生物的分离、鉴定、活菌计数及菌种保藏等。 l 半固体培养基(semisolid medium) 半固体培养基中凝固剂的含量比固体培养基少,培养基中琼脂量一般为0.20.7%。半固体培养基常用来观察微生物的运动特征、分类鉴定及噬菌体效价滴定等。l 液体培养基(liquid medium) 液体培养基中未加任何凝固剂。在用液体培养基培养微生物时,通过振荡或搅拌可以增加培养基的通气量,同时使营养物质分布均匀。液体培养基常用于大规模工业生产以及在实验室进行微生物的基础理论和应用方面的研究。 按用途划分 l 基础培养基(minimum medium)基础培养基是含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基。牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基。基础培养基也可以作为一些特殊培养基的基础成分,再根据某种微生物的特殊营养需求,在基础培养基中加入所需营养物质。 l 加富培养基(enrichment medium) 加富培养基也称营养培养基,即在基础培养基中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基,这些特殊营养物质包括血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液等。加富培养基一般用来培养营养要求比较苛刻的异养型微生物。 l 选择培养基(selective medium) 选择培养基是用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基。根据不同种类微生物的特殊营养需求或对某种化学物质的敏感性不同,在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质,抑制不需要的微生物的生长,有利于所需微生物的生长。 l 鉴别培养基(differential medium) 鉴别培养基是用于鉴别不同类型微生物的培养基。在培养基中加入某种特殊化学物质,某种微生物在培养基中生长后能产生某种代谢产物,而这种代谢产物可以与培养基中的特殊化学物质发生特定的化学反应,产生明显的特征性变化,根据这种特征性变化,可将该种微生物与其他微生物区分开来。鉴别培养基主要用于微生物的快速分类鉴定，以及分离和筛选产生某种代谢产物的微生物菌种。六、细菌培养方法及其生长现象1. 固体培养法 菌落（colony）：在固体培养基表面或内部由单个微生物细胞殖形成的肉眼可见的细胞集团。又称纯种细胞群或克隆（clone）。 用途：微生物分离、纯化、活菌计数、保存、鉴别菌种等。众多菌落连成一片称菌苔。使微生物在固体培养基平板上形成单个菌落的基本原理是稀释。 基本方法平板划线法、稀释倒平板法：操作较麻烦，对好氧菌、热敏感菌效果不好！涂布平板法：使用较多的常规方法，但有时涂布不均匀！2.半固体培养法 用途：细菌的运动能力、菌种保藏或某些生化反应等。3.液体培养法 用途：观察生长状况，检测生化反应及代谢产物等。 方法：l 静止培养（stationary culture）：浑浊、菌膜、沉淀。l 摇瓶培养（shaking culture）：促进生长繁殖。l 罐培养法（tank culture）：放大实验，实验室或工业生产。4. 生长曲线(Growth Curve)：l 定义：将一定量的细菌接种到定量适宜的液体培养基中培养，定时取样测定细胞数量，以培养时间为横座标，以菌数的对数为纵座标作图，得到的一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线。l 根据细菌生长繁殖速率的不同，可将生长曲线大致分为延迟期、对数期、调整期或滞留适应期。 （1）延迟期 处于延迟期细菌细胞的特点可概括为8个字：分裂迟缓、代谢活跃。 延迟期出现的原因，可能是为了调整代谢。 延迟期的长短与菌种的遗传性、菌龄以及移种前后所处的环境条件等因素有关，短的只需几分钟，长的可达几小时。在生产实践中，通常采取的措施有增加接种量，在种子培养中加入发酵培养基的某些营养成分，采用最适种龄(即处于对数期的菌种)的健壮菌种接种以及选用繁殖快的菌种等措施，以缩短延迟期，加速发酵周期，提高设备利用率。 （2）对数期(log phase) 对数期又称指数期(exponential phase)。在此期中，细胞代谢活性最强，组成新细胞物质最快，所有分裂形成的新细胞都生活旺盛。这一阶段的突出特点是细菌数以几何级数增加，代时稳定，细菌数目的增加与原生质总量的增加，与菌液混浊度的增加均呈正相关性。处于对数期的微生物，其个体形态、化学组成和生理特性等均较一致，代谢旺盛，生长迅速，代时稳定，所以是研究基本代谢的良好材料，也是发酵生产的良好种子，如果用作菌种，往往延迟期很短以至检查不出，这样可在短时间内得到大量微生物，以缩短发酵周期。（3）稳定期(stationary phase) 又称恒定期或最高生长期。处于稳定期的微生物，新增殖的细胞数与老细胞的死亡数几乎相等，整个培养物中二者处于动态平衡，此时生长速度，又逐渐趋向零。 稳定期的细胞内开始积累贮藏物，如肝糖、异染颗粒、脂肪粒等，大多数芽孢细菌也在此阶段形成芽孢。如果为了获得大量菌体，就应在此阶段收获，因这时细胞总数量最高；这一时期也是发酵过程积累代谢产物的重要阶段，某些放线菌抗生素的大量形成也在此时期。 （4） 衰亡期(decline hpase) 稳定期后如再继续培养，细菌死亡率逐渐增加，以致死亡数大大超过新生数，群体中活菌数目急剧下降，出现了负生长，此阶段叫衰亡期。l 不同的微生物或同一种微生物对不同物质的利用能力是不同的。有的物质可直接被利用(例如葡萄糖或NH+4等)；有的需要经过一定的适应期后才能获得利用能力（例如乳糖或NO3-等）。前者通常称为速效碳源（或氮源），后者称为迟效碳源（或氮源）。当培养基中同时含有这两类碳源（或氮源）时，微生物在生长过程中会形成二次生长现象。l 微生物生长的测定微生物生长：单位时间里微生物数量或生物量（Biomass）的变化。微生物生长的测定：个体计数；群体重量测定；群体生理指标测定。周 次第 5 次 课章 节名 称第2章 细菌（4）授 课方 式理论课（）；实践课（）；实习（）教学时数2学时教学目的及要求掌握细菌分解代谢产物及其生化反应的原理、意义掌握细菌合成代谢产物及其在医学上的意义。教学 主 要内容一、 细菌的代谢细菌的重要代谢产物：糖发酵试验、IMVC二、 细菌的感染与致病性毒素教学重点与难点糖发酵试验、IMVC实验的原理与意义内毒素与外毒素启发提问热原质的物质基础是什么？自学内容细菌的致病性教学手段多媒体课件教学参考资料微生物学与免疫学 沈关心，高等教育出版社2003微生物学 沈萍，高等教育出版社2002第2章 细菌（4）细菌的新陈代谢新陈代谢（metabolism）是细胞内发生的各种化学反应的总称，它主要由分解代谢(catabolism)和合成代谢(anabolism)两个过程组成。 分解代谢是指细胞将大分子物质降解成小分子物质，合成代谢是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂大分子的过程。 一、细菌的酶1按存在部位 可将细菌的酶划分为胞内酶和胞外酶。2按产生方式 可将细菌的酶分为组成酶和诱导酶。3按专属性 可将细菌的酶分为共有酶和特有酶。4. 限制与修饰系统 近年来，在基因工程研究中，发现细菌体内含有与防御作用有关的限制酶（restriction enzyme）和修饰酶（modification enzyme），称为限制与修饰系统（R-M系统）。二、细菌的代谢产物1. 分解代谢产物和相关的生化反应试验由于不同细菌细胞内的酶系统不完全相同，对同一营养物质的代谢途径和代谢产物也不相同