1、天津農學院獸醫微生物學獸醫微生物學 (多媒體教學課件)天津農學院動科系動物預防醫學教研室制作2003/02/28緒言 共六部分，介紹微生物與微生物學的概念，微生物學發展簡史，微生物學理論與技術成就及應用，獸醫微生物學的地位、任務與貢獻。細菌總論 共七章，介紹細菌的形態、構造、生理，消毒與滅菌，細菌生態、致病機理、遺傳變異，細菌分類與命名等。免疫基礎 共七章，介紹抗原抗體，免疫系統，抗感染免疫，變態反應，免疫調節，免疫技術及應用等。細菌各論 共十二章，介紹各屬重要病原細菌的形態、生化特性、致病性、微生物學診斷和免疫防治等。真菌 共二章，介紹真菌的分類、形態、生化及致病特性，真菌病的診斷與防治等。

2、病毒 共十四章，介紹病毒的形態、構造、繁殖、遺傳、培養，病毒的致病性。各科屬重要病毒形態、生化及致病特性，微生物學診斷和防治等。實驗 共十多個，顯微鏡油鏡的使用，細菌形態及構造觀察，細菌抹片制備及染色，培養基的制備，細菌的分離培養、生長表現觀察、生化試驗、藥敏試驗，沉淀反應和凝集反應，重要病原菌的認識，真菌與病毒培養測定等。內容簡介第一章 細菌的形態與構造第二章 細菌的生理第三章 消毒與滅菌第四章 細菌的微生態第五章 細菌的致病機理第六章 細菌的遺傳變異第七章 細菌的分類與命名第一篇總論第二章 細菌的生理第一篇第一節 細菌的化學組成第二節 細菌的營養與代謝過程第三節 細菌的生長繁殖第四節 細菌

3、的人工培養第五節 細菌生化試驗第六節 細菌生存的調節 第一節 細菌的化學組成 細菌的元素成分：碳、氮、氫、氧四種主要的有機元素和磷、鉀、鎂、硫、鈣以及鐵、鈉、氯、銅、鋅等各種灰分元素。這些元素主要以化合物的狀態存在，構成了細菌細胞的水分和有機物、無機物等成分。(一)水分 水分在細菌細胞中含量最大，約占菌細胞總重量的75-80。細菌的芽胞含水較少（40左右）。菌體中的水分，可分為結合水和非結合水，前者是蛋白質等復雜有機物質的組成成分，后者是細胞物質的溶媒。第一章 (二)固體成分(干物質) 細菌細胞內的固體成分，約占總重量15-25。包括有機物和礦物質。有機物占90-97，礦物質占3-10。1.有

4、機物 包括蛋白質、核酸、糖、脂類等。 蛋白質 細菌細胞體內含有大量的蛋白質，約占固體成分的50，多者可達80，少者只有13-16。蛋白質中包括單純蛋白質和復合蛋白質(如核蛋白、糖蛋白、脂蛋白等)，后者含量較多，也較重要。 核糖核酸 包括RNA和 DNA。前者在胞槳內，功能是翻譯遺傳信息，控制蛋白質的合成(包括酶)，后者在核質中，儲存和轉錄遺傳信息。第一章 糖 糖占10-30，如莢膜多糖、纖維素、半纖維素、淀粉等。糖類往往和蛋白質或脂類結合存在，共同構成細胞構造的組成物質。一些糖類呈游拐狀態。糖類是細菌的重要碳素來源，是細菌活動所需能量的原料。 脂類 脂類包括游離的脂肪酸、中性脂肪、磷脂、類脂質

5、和蠟質等，含量約為3-7，多者可達40，少者不到2。脂類常和蛋白質或糖類結合為脂蛋白或糖脂，或者形成蠟質，成為細胞的構造成分。 其他化合物 少量維生素(主要是B族維生素)；生長因素、色素等。第一章2.礦物質(灰分) 礦物質約占3-10，以磷、鉀、硫、鈣、鐵、鎂、氯、鈉等為主，尚有銅、鋅、碘及其他微量元素。其中以磷最多，鉀次之。這些礦物質元素，一部分參與有機物的組成，一部分則組成無機鹽類。第一章 細菌為了生長繁殖，必須從外界攝取各種營養物質，進行分解與合成代謝。（一）細菌的營養需要及營養類型 細菌的營養需要可以分為：水、碳素營養、氮素營養、灰分元素及生長因素等。1.水 水是微生物細胞的重要組成成

6、分之，同時又是一種良好的溶媒，各種生命活動必須有水。2.碳素營養和氮素營養 碳素和氮素都是構成原生質所必需的主要成分。由于各種微生物的合成能力不同，對各種營養物質，特別是對碳素營養和氮素營養的利用，具有明顯的選擇性。第二節 細菌的營養與代謝過程第一章 有的細菌有高度合成能力，可以利用無機碳和氮作養料，有的則不能，必須有機物存在才能生長。 根據微生物對碳素利用能力的不同，可分為兩種類型：自養菌和異養菌。 自養菌 有些細菌有高度的合成能力，利用CO2或碳酸鹽類作為唯一碳源，利用氨、氨鹽、硝酸鹽或亞硝酸鹽等作為氮源。這類細菌又可稱為無機營養菌。又分為化能自養菌和光能自養菌。 異養菌 這類細菌對無機物

7、的利用能力較差，不能利用C02或碳酸鹽類為唯一的碳素營養，需要有較復雜的有機化合物，如糖類、醇類和有機酸等作為碳源才能生長，又稱為有機營養菌。又分為化能異養菌和光能異養菌。 第一章 根據其寄居對象的不同，異養菌又可分為腐物寄生菌和活物寄生菌。前者通常利用死的有機物質作為營養；后者需寄生在動、植物的活組織中，吸取營養而營寄生生活，病原菌即屬于這一類。 微生物對具體營養物的利用有一定的專性范圍。這種專性，在微生物的鑒定上具有重大意義。 3.灰分元素營養 細菌對灰分元素的需要量很少，但灰分元素對細菌的作用卻十分重要。它們有些參與細胞組成，有些則組成無機鹽類，有維持原生質膠體狀態和調節滲透壓。有些更參

8、與酶的組成或起激活酶的作用。 灰分元素對微生物的生長繁殖非常重要。第一章 4.生長因素 有些細菌的生長還需要少量的生長因素，生長因素實際上就是細菌生長所必需的微量有機物質，包括維生素類（特別是B族維生素）和一些有機酸、嘌呤、嘧啶等，如硫胺素、核黃袁、生物素、泛酸、葉酸等。這些生長因素多半是輔基或輔酶的主要成分，對細菌的生命活動至關重要。充足的生長因素可使細菌生長加快數百倍。 各種細菌對生長因素的需要情況有所不同。某些微生物能合成和積累生長因素的特性，已被用于人類生產和醫藥、食品、飼料等。 第一章(二)細菌的酶 酶是活細胞產生的有機催化劑。 胞內酶與胞外酶 細菌含有各種酶系統，包括很多種酶（大腸

9、桿菌有30多種）。有些酶僅于細胞內部存在和起作用，稱為胞內酶。如呼吸酶類等。有些則透過細胞壁膜分泌于細菌體外，稱為胞外酶。如水解酶類等。 固有酶與誘導酶 在正常情況下穩定存在和發揮作用的酶稱為固有酶。而當環境中存在某些本來不能利用營養物質時，也可以誘導產生能對該物質起作用的相應酶類，稱為誘導酶。當誘導物質消除后，誘導酶也隨著不再產生，而固有酶則仍然存在。第一章(三)細菌的呼吸1.細菌呼吸的概念 由細菌引起的，使代謝基質發生復雜的氧化-還原作用，以釋放能量，供細菌生命活動利用的生物化學過程，稱為細菌的呼吸。 細菌的呼吸作用既是能量代謝過程，也是物質代謝過程。由細菌的呼吸酶系統完成，其主要的化學作

10、用，是使有機物分子的碳-碳鏈破裂，分解和釋放能量。呼吸酶分為兩大類：發酵酶類和氧化還原酶類。 一種細菌只能具有一定種類和數量的呼吸酶，其呼吸作用，可利用一定的基質，產生一定的產物，這是具有種的特征性，在生產上和微生物鑒定上有實際意義。第一章2.細菌呼吸的類型 具有不同呼吸酶系統的細菌，在進行呼吸時，對于空氣中分子氧利用能力也是不同的。據此，可以把細菌及其呼吸作用分為三個主要類型。(1)厭氧性細菌及厭氧性呼吸 有些細菌由于缺乏利用分子氧的酶，它們的呼吸屬于厭氧性呼吸，這類細菌稱為厭氧性細菌。這些細菌只能在沒有分子氧存在于的環境中，才能夠進行呼吸及生長發育，分子狀態的氧對這類細菌來說，不但不能被利

11、用，而且還是有害的。 厭氧性呼吸是使基質脫氫(或失去電子)氧化，并把脫出來的活化氫(電子)轉移給非氧受氫體，使基質氧化而釋放能量的呼吸過程。第一章(2)需氧性細菌及需氧性呼吸 在有分子狀態氧存在的情況下，才能進行呼吸及生長發育的細菌稱需氧性細菌。 需氧性呼吸是使基質脫氫(或失去電子)氧化，并把脫出的活化氫(電子)轉移給分子氧，使基質氧化釋放能量的呼吸過程。(3)兼性細菌及其呼吸 兼性細菌具有更復雜的酶系統，不論在有或沒有分子狀態氧的情況下，均能進行呼吸和生長發育，它們既可以營需氧性呼吸，也可以營厭氧性呼吸。 需氧性呼吸基質分解徹底，可獲得更多的能量，所以兼性細菌在可能時多營需氧性呼吸。大多數細

12、菌為兼性呼吸菌。 第一章(四)細菌的代謝過程細菌與動物等真核生物新陳代謝的主要區別 第一、細菌生長和繁殖速度極快，是動物細胞10-100倍。 第二、細菌利用能源的能力遠強于動物細胞。 第三、細菌的營養物質更加多種多樣，代謝途徑更多。 第四、細菌可利用非常流水線方式合成大分子物質。 第五、細菌能產生如肽聚糖、脂多糖、磷壁酸等特殊物質。 細菌的代謝過程可分為：物質攝取與排出、生物合成、聚合作用及組裝四個步驟。第一章1.物質攝取與排出 細菌的營養物質包括能量物質及其他代謝基質。物質吸收是從周圍環境獲得營養，排出是將代謝物質或廢物運出細胞。革蘭氏陽性或陰性菌的細胞膜是一層雙脂膜，具有高度的選擇透性，革

13、蘭氏陰性菌的OMP等在物質吸收過程中也發揮重要作用。 物質主要通過單純擴散、促進擴散、主動輸送及基團轉位等方式進出細菌細胞。 第一章 單純擴散 亦稱被動擴散，是一種最簡單的物質交換方式。細胞膜兩側的物質靠濃度差(濃度梯度)進行分子擴散，不需要能量。此種方式無特異性或選擇性，細胞內外溶質濃度平衡時，擴散便停止，不是物質運輸的主要方式。如02、水、乙醇等。 促進擴散 某些物質如糖或氨基酸與位于細胞膜的特異性載體蛋白相結合，而后將其轉運至細胞內外。具有特異性和選擇性，不需要能量。 主動輸送 是細菌吸收營養物質的一種主要方式，與促進擴散一樣，需要特異性載體蛋白，能將特異性溶質逆濃度梯度泵入泵出細胞，需

14、要能量。如乳糖等。第一章 基團轉位 物質在運輸的同時受到化學修飾，需要特異性載體蛋白參與，需要能量。 金屬離子的吸收 細菌通過分泌載鐵體攝取與蛋白結合的Fe3+，形成含鐵螯合物，通過特異的主動輸送，進入菌體細胞。 2.生物合成 吸收的各種前體代謝物通過各種代謝途徑，合成所需物質：多種氨基酸、核苷酸、糖、脂肪酸及其大分子物質。各種細菌的合成途徑和合成能力不同，對營養的需要以及代謝產物也不盡相同，可作為細菌鑒定指標。第一章3.聚合作用 復制 細菌DNA的聚合作用稱為復制。其DNA復制從基因組的特定起始部位開始，進行半保留復制。最后由酶連接成完成DNA鏈。 轉錄 細菌的轉錄是由同一個RNA聚合酶、催

15、化合成細菌 mRNA、tRNA 及 rRNA。該酶還可以RNA作為母板合成DNA互補鏈。 翻譯 是蛋白質合成過程。20種氨基酸激活后與相應的 tRNA結合，形成的氨基酰-tRNA與核糖體結合。氨基酸根據 mRNA上的密碼子序列聚合成多肽。 細菌具有高效的翻譯合成能力。第一章4.組裝 細菌組裝有兩種方式：自我組裝（如鞭毛及核糖體等）及指導組裝（如表面膜結構等）。第三節 細菌的生長繁殖 細菌細胞的生長繁殖，體現在個體和群體兩方面。1.細菌個體的生長繁殖 細菌以二分裂法進行無性繁殖。大腸桿菌菌體的分裂過程涉及30多個基因的調控。 一個菌體分裂為兩個菌體所需的時間稱為世代時間。大腸桿菌等在適宜的條件下

16、，分裂一次僅需 20 min。分支桿菌等繁殖較慢，需18-24h才分裂一次。第一章2.細菌群體的生長繁殖 如將細菌接種在液體培養基并置于適宜的溫度中，定時取樣檢查活菌數，了解其生長過程的規律。以時間為橫坐標，以活菌數的對數為縱坐標，可得出細菌生長曲線。細菌生長繁殖可分為4個期。 遲緩期 是細菌初到新環境的適應期。此時菌體增大、代謝活躍、合成所需酶系統。RNA含量明顯增多，DNA無變化，此時細菌數并不增加。l-4h。 對數期 細菌迅速分裂繁殖，活菌數以幾何級數增長，生長曲線近斜線。該期病原菌致病力最強，其形態染色及生理均較典型，對抗菌藥物敏感。6-10h。第一章 穩定期 因營養消耗、代謝產物蓄積

17、等，此時新繁殖的活菌與死菌平衡，活菌數最多。該期形態染色不特異。產生毒素等代謝產物。一般8h。 衰亡期 細菌死亡速度加大，繁殖速度變小。如不移植到新培養基，最終可全部死亡。此期菌體變形或自溶，染色不典型。第一章 第一章第四節 細菌的人工培養 細菌培養是微生物學研究和實踐的重要技術。以此可培養、鑒定和利用細菌。 培養細菌，需為其提供適宜的營養物質、酸堿度、溫度及氣體環境等。1. 培養基 是人工配制的含有細菌生長繁殖所需營養的基質。培養基經滅菌后才能使用。 制備培養基的營養物質由牛肉浸汁、牛肉浸膏、肝浸汁、蛋白陳、NaCl、磷酸鹽、葡萄糖、血液、血清、腹水、雞蛋等提供。pH一般調整至7.2-7.6

18、 。第一章 培養基可分為基礎培養基和營養培養基；固體、半固體及液體培養基；鑒別、選擇及厭氧培養基等。2. 酸堿度 每種細菌均有可適pH范圍及最適pH。大多數細菌可在pH 6-8之間以生長，但多數細菌的最適pH 為7.2-7.6。 3. 溫度 不同細菌適應的溫度范圍不同，細菌有各自的可適溫度范圍及最適溫度。根據細菌適應的溫度范圍，可將細菌分為3類： 嗜冷菌，范圍 5-30，最適10-20； 嗜溫菌，范圍10-45，最適20-40； 嗜熱菌，范圍25-95，最適50-60。 病原菌均為嗜溫菌，最適溫度為37。第一章4. 氣體環境 根據細菌對氧的需要，將其分為厭氧菌、需氧菌及兼性厭氧菌。需氧菌行需氧

19、呼吸，須在有一定濃度的游離氧的條件下才能生長繁殖；厭氧菌行厭氧呼吸，須在無游離氧的條件下才能存活生長；兼性厭氧菌既可需氧呼吸，又可厭氧呼吸，通常在有氧條件比無氧環境生長更好。有些細菌生長還需一定濃度的N2或CO2 環境。第一章第五節 細菌生化試驗 各種細菌分解能力不同，代謝基質與產物也不同。據此可設計特定的生化試驗，區別和鑒定細菌。（一）細菌的代謝產物1.無機酸和有機酸 有些細菌能產生無機酸，有的可產生有機酸。無機酸如硫酸和硝酸等；有機酸如乳酸、醋酸、丙酸、丁酸等，與食品加工有關。也可用于細菌鑒定。2.醇類、酯類和其他芳香物質 這類物質與工業生產和農、畜產品加工利用有關。如乙醇、丁醇等。用于釀酒、乳品加工、飼料加工等。第一章3.氣體 細菌能產生的氣體有：CO2、H2、CH4(沼氣)、NH3、Cl2、H2S等。常應用于細菌鑒定。4.維生素