第二课细菌的生理.docVIP

第2章 细菌的生理 细菌的生理活动包括摄取和合成营养物质，进行新陈代谢及生长繁殖。整个生理活动的中心是新陈代谢，细菌的代谢活动十分活跃而且多样化，乃至繁殖迅速是其显著的特点。研究细菌的生理活动不仅是基础生物学科的范畴，而且与医学、环境卫生、工农业生产等都密切相关。诸如对于人体的正常菌群，特别是益生菌（probiotic），如何促进其生长繁殖和产生有益的代谢产物。对于致病菌，了解其代谢与致病的关系，设计和寻找有关诊断和防治的方法。利用细菌的代谢来净化环境，开发极端环境的微生物资源等都具有重要的理论和实际意义。 第一节 一、细菌的化学组成 细菌和其他生物细胞相似，含有多种化学成分，包括水、无机盐、蛋白质、糖类、脂质和核酸等。水分是菌细胞重要的组成部分，占细胞总重量的75%~90%。菌细胞去除水分后，主要为有机物，包括碳、氢、氮、氧、磷和硫等。还有少数的无机离子，如钾、钠、铁、镁、钙、氯等；用以构成菌细胞的各种成分及维持酶的活性和跨膜化学梯度。细菌尚含有一些原核细胞型微生物所特有的化学组成，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。这些物质在真核细胞中还未发现。 二、细菌的物理性状 光学性质 细菌为半透明体。当光线照射至细菌，部分被吸收，部分被折射，故细菌悬液呈混浊状态。菌数越多浊度越大，使用比浊法或分光光度计可以粗略地估计细菌的数量。由于细菌具有这种光学性质，可用相差显微镜观察其形态和结构。 表面积 细菌体积微小，相对表面积大，有利于同外界进行物质交换。如葡萄球菌直径约1μm，则1cm3体积的表面积可达60000cm2；直径为1cm的生物体，每cm3体积的表面积仅6cm2，两者相差1万倍。因此细菌的代谢旺盛，繁殖迅速。 带电现象 细菌固体成分的50%~80%是蛋白质，蛋白质由兼性离子氨基酸组成。革兰阳性菌pI为2~3，革兰阴性菌pI为4~5，故在近中性或弱碱性环境中，细菌均带负电荷，尤以前者所带电荷更多。细菌的带电现象与细菌的染色反应、凝集反应、抑菌和杀菌作用等都有密切关系。 半透性 细菌的细胞壁和细胞膜都有半透性，允许水及部分小分子物质通过，有利于吸收营养和排出代谢产物。 渗透压 细菌体内含有高浓度的营养物质和无机盐，一般革兰阳性菌的渗透压高达20~25个大气压，革兰阴性菌为5~6个大气压。细菌所处一般环境相对低渗，但有坚韧细胞壁的保护不致崩裂。若处于比菌内渗透压更高的环境中，菌体内水分逸出，胞质浓缩，细菌就不能生长繁殖。 第二节 细菌的营养与生长繁殖 一、细菌的营养类型 各类细菌的酶系统不同，代谢活性各异，因而对营养物质的需要也不同。根据细菌所利用的能源和碳源的不同，将细菌分为两大营养类型。 自养菌（autotroph）该类菌以简单的无机物为原料，如利用CO2、CO32―作为碳源，利用N2、NH3、NO2―、NO3―等作为氮源，合成菌体成分。这类细菌所需能量来自无机物的氧化称为化能自养菌（chemotroph），或通过光合作用获得能量称为光能自养菌（phototroph）。 异养菌（heterotroph）该类菌必须以多种有机物为原料，如蛋白质、糖类等，才能合成菌体成分并获得能量。异养菌包括腐生菌（saprophyte）和寄生菌（parasite）。腐生菌以动植物尸体、腐败食物等作为营养物；寄生菌寄生于活体内，从宿主的有机物获得营养。所有的病原菌都是异养菌，大部分属寄生菌。 二、细菌的营养物质 对细菌进行人工培养时，必须供给其生长所必须的各种成分，一般包括水、碳源、氮源、无机盐和生长因子等。 水 细菌所需营养物质必须先溶于水，营养的吸收与代谢均需有水才能进行。 碳源 各种碳的无机或有机物都能被细菌吸收和利用，合成菌体组分和作为获得能量的主要来源。病原菌主要从糖类获得碳。 氮源 细菌对氮源的需要量仅次于碳源，其主要功能是作为菌体成分的原料。很多细菌可以利用有机氮化物，病原性微生物主要从氨基酸、蛋白胨等有机氮化物中获得氮。少数病原菌如克雷伯菌亦可利用硝酸盐甚至氮气，但利用率较低。 无机盐 细菌需要各种无机盐以提供细菌生长的各种元素，其需要浓度在10-3～10-4mol/L的元素为常用元素， 其需要浓度在10-6～10-8 mol/L元素为微量元素。前者如磷、硫、钾、钠、镁、钙、铁等；后者如钴、锌、锰、铜、钼等。各类无机盐的功用如下：① 构成有机化合物，成为菌体的成分；② 作为酶的组成部分，维持酶的活性；③ 参与能量的储存和转运；④ 调节菌体内外的渗透压；⑤ 某些元素与细菌的生长繁殖和致病作用密切相关。例如白喉棒状杆菌在含铁0.14mg/L的培养基中毒素量最高，铁的浓度达到0.6mg/L时则完全不产毒。在人体内，大部分铁均结合在铁蛋白、乳铁蛋白或