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1、细菌学总论 绪 论(0.5 学时) 一、微生物 - 存在于自然界中,形体微小,结构简单,肉眼看不见,必须借 助光学显微镜或电子显微镜放大数百倍、数千倍,甚至数万倍才能 观察到的微小生物。 二、微生物的种类 微生物种类繁多,按其大小、结构、组成等,可分为三大类: 真核细胞型微生物 原核细胞型微生物 本章要点 1. 微生物的概念; 2. 微生物的种类; 3. 微生物的发展 简史; 学习提纲 非细胞型微生物 1. 真核细胞型微生物的结构中有: 细胞核,细胞质,细胞膜,细胞器。如:真菌 2.原核细胞型微生物结构中有: 核质,细胞膜,细胞壁 如:细菌、衣原体、支原体、立克次体、螺旋体、放线菌。 3. 非
2、细胞型微生物是由核酸(DNA/RNA)和蛋白质 组成。 如:病毒。 三、微生物与人类的关系 有益的方面 :1、 参与自然界中 C、N、S等元素的循环。 2、 农业方面:杀虫、造肥、固氮 3、工业方面:食品发酵、石油脱蜡 4、 医药方面:制药、正常菌群 有害的方面: 1、 引起人类及动植物病害 2、导致工业产品、农副产品和生活用品 的腐烂和霉烂。 四、微生物学的分类 微生物学 是研究微生物的类型、分布、形态、结构、 代谢、生长繁殖、遗传、进化,以及与人类、动植物等相 互关系的科学。 微生物学具其研究的对象不同,有如下分支学科: ?医 学 微 生 物 学 ?兽 医 微 生 物 学 ?农 业 微 生
3、 物 学 ?工 业 微 生 物 学 ?药 学 微 生 物 学 五、医学微生物学发展史 微生物的发展过程大致可分三个时期: 1.实验微生物学时期 - 微生物的发现及病原微生物学的建立: 代表人物、事件有: Leeuwenhoek- 显微镜 Pasteur-巴氏消毒法 Koch- 分离细菌,郭霍法则 Iwanovsky- 烟草花叶病毒 Loeffler,Frosch- 口蹄疫病毒 Walter-Reed- 黄热病毒 Twort- 噬菌体 2.实验微生物学时期 - 抗感染免疫、化学疗法及抗生素的发现: 代表人物、事件有: Jenner-牛痘预防天花 Pasteur-霍乱、炭疽、狂犬疫苗 Behrin
4、g- 白喉抗毒素 -吞噬细胞学说 Ehrlich- 体液抗体学说 Wright- 体液免疫、细胞免疫 Ehrlich- 砷凡纳明 Fleming,Florey- 青霉素 3. 现代微生物学时期 (1)新病原微生物的发现 朊病毒, 军团菌, 幽门螺杆菌, 人类免疫缺陷病毒, 埃博拉病毒, SARS病毒等 (2)病原微生物致病性的认识 内源性感染,细菌耐药性, 分子水平上的致病机制的研究 (3)微生物学诊断技术 快速、准确、简易; ELISA ,PCR (4) 微生物的防治措施 新型疫苗的研制: 核酸疫苗,基因工程疫苗 1、解释名词:微生物微生物学 2、微生物可分为几种类型?各型的结构有何特点?
5、3、微生物的发展经历了那几个阶段? 每段各举一例代表事件、代表人物。 第一章 细菌的形态与结构 (3.5学时) 本章重点习题 本章要点 1. 细菌的大小、形态; 2. 细菌的结构:基本结构;特殊结构; 细菌(bacterium):是属于原核生物界的一种单核细胞微 生物;它形体微小、结构简单,具有细胞壁和原始核质,无 核仁和核膜,除核糖体外无其他细胞器。 第一节 细菌的大小与形态 一、细菌的大小- 观察仪器: 光学显微镜 测量单位: 微米 (m ) 二、细菌的形态- 球菌(coccus) ; 杆菌(bacillus) 螺形菌 (spiral bacterium) 1. 球菌:外观呈球形或近似球形
6、, 直径在 1 m左右,由于繁殖时细 菌分裂平面不同和分裂后菌体之间相互粘附程度不一, 可有以下几种排列方式: 学习提纲 双球菌如: 脑膜炎球菌、淋球菌 链球菌如: 乙型溶血性链球菌 葡萄球菌如: 金黄色葡萄球菌 四联球菌 如: 四联加夫基菌 八叠球菌 如: 藤黄八叠球菌 2. 杆菌: 形态多呈直杆状,也有的菌体稍弯;多数呈分散存在, 亦有规则排列者。不同杆菌的大小、长短、粗细很不一 致。具杆菌的形态、排列特点不同,有如下分类: 链杆菌 如: 炭疽杆菌 梭杆菌 如: 核梭杆菌 球杆菌如: 布氏杆菌 分支杆菌如: 结核杆菌 棒状杆菌如: 白喉杆菌 3. 螺形菌:菌体弯曲,长度不等。有以下几种形态
7、分类: 弧菌如:霍乱弧菌 螺菌如: 鼠咬热螺菌 螺杆菌如: 幽门螺杆菌 第二节 细菌的结构 细菌的结构分为以下两类: 基本结构包括: 细胞壁;细胞膜;细胞质;核质。 特殊结构包括: 荚膜;鞭毛;芽孢;菌毛。 一、基本结构 (一)细胞壁(cell wall)- 位于细菌细胞的最外层, 包绕在细胞 膜的周围,组成较复杂,并随不同细菌而异。 用革兰氏染色法可将细菌分为: 革兰氏阳性菌( G + ) 革兰氏阴性菌( G - ) 1、革兰氏阳性菌细胞壁组分:肽聚糖、磷壁酸、蛋白 质 (1).肽聚糖(peptidoglycan)- 多聚糖,是细菌细胞壁中 的主要成分,为原核细胞所特有。 亦称为:粘肽(mu
8、copeptide) / 糖肽(glycopeptide)/胞壁质 (murein) 其主要化学组成为: 肽聚糖骨架 - N-乙酰葡糖胺 ( N-acetylglucosamine ,G) 聚N-乙酰胞壁酸 (N-acetylmuramic acid,M) 糖四肽侧链 - L- 丙氨酸, D- 谷氨酸, L-赖氨酸, D- 丙氨酸 五肽交联桥 - 甘氨酸 其结构示意图如参看课本第11 页,图 1-3 。 (2).磷壁酸(teichoic acid)- 由核糖醇或甘油残基经磷酸二 酯键互相连接而成的多聚物; 多个磷壁酸分子组成长 链穿插于肽聚糖层中。 是革兰氏阳性菌细胞壁特有的 组分。有两种类型
9、: 壁磷壁酸 - 通过磷脂与肽聚糖上的胞壁酸共价结合。 膜磷壁酸 - 与细胞膜外层上的糖脂共价结合。 (3).蛋白质 (protein )- 某些革兰氏阳性菌表面尚有一些特殊 的表面蛋白质; 如:金黄色葡萄球菌 -A 蛋白(SPA) A组链球菌 -M 蛋白 2、革兰氏阴性菌细胞壁组分主要有: 肽聚糖;外膜 (脂蛋白脂质双层脂多糖) (1).肽聚糖 - 由聚糖骨架和四肽侧链组成。仅有12 层。 (2).外膜- 是革兰氏阴性菌特有的组分,由脂蛋白,脂质双层, 脂多糖三部分组成。 其结构特点参见课本第 13 页,图 1-6 。 脂蛋白 -位于肽聚糖层和脂质双层之间,起连接作用,使外 膜和肽聚糖构成一
10、个整体。 脂质双层 - 磷脂双层,内嵌外膜蛋白(out membrane protein OMP ),具有不同的功能。如有的外膜蛋白为孔 蛋白是小分子的通道;有的是噬菌体、性菌毛、细 菌素的受体。 脂多糖 (lipopolysaccharide LPS)- 是革兰氏阴性菌的内毒 素;有以下三部分组成: 脂质A(Lipid A ):糖磷脂。是细菌内毒素的毒性和生物学活 性的主要组分,无种属特异性。是细菌内毒素的毒性 和生物学活性的主要组分。 核心多糖 (core polysaccharide):位于脂质 A的外层,由己糖、 庚糖、2- 酮基-3- 脱氧辛酸( KDO )、磷酸乙醇胺等组 成。有种
11、属特异性。 特异多糖 (specific polysaccharide):由数个至数十个低聚糖重 复单位组成的多糖链。 具有种特异性。 革兰是阴性菌的 菌体抗原( O 抗原) (二)细胞壁的功能 - 细胞壁坚韧而有弹性,主要功能有以下几个 方面: 1.维持菌体形态;抵抗渗透压的影响; 2. 参与细菌体内外的物质交换; 3. 具有多种抗原表位,诱发机体免疫应答; 4.粘附宿主细胞,与细菌致病性有关。 (三)细菌细胞壁缺陷型-细菌L型 细菌细胞壁的肽聚糖结构受到理化或生物因素的作用被破坏 或合成被抑制后,在高渗环境下,仍可生存。 革兰氏阳性菌 细胞壁缺陷后,原生质仅被一层细胞膜包住,称为 原生质体
12、 (protoplast). 革兰氏阴性菌 肽聚糖层受损后尚有外膜保护, 称为原生质球( spheroplast) 这种细胞壁受损的细菌能够生长和分裂者称为细菌细胞壁缺陷型或 L 型(bacterial L form) 1.细菌L型的成因:可致 L型的因素有 :溶菌酶,溶葡萄球菌素,青霉 素,胆汁,抗体,补体等。 2.细菌L型的形态: 大小不一,高度多形性。革兰氏染色阴性。 3.细菌L型的培养: 高渗、低琼脂、 10%-20% 血清、3%-5%NaCl 、 10%-20% 蔗糖;生长缓慢;油煎蛋样菌落; 4.细菌L型的致病性: 引起慢性感染; (二)、 细胞膜(cell membrane) -
13、 位于细胞壁内侧, 厚约7.5mm , 柔韧致密,富有弹性。由磷脂和多种蛋白质组成。 功能:参与细菌物质转运, 生物合成,分泌、呼吸等生物学作用。 中介体: 部分细胞膜内陷、折叠、卷曲形成的囊状物。 功能:扩大细胞膜面积;增加酶的含量和能量的产生。 (三)、细胞质(cytoplasm)- 细胞膜包裹的溶胶状物质。 亦称原生质 (protoplasm)由水、蛋白质、脂类、核酸 及少量糖和无机盐组成。 内含核糖体 、质粒、胞质颗粒 等许多重要结构。 1. 核糖体( ribosome ):细菌合成蛋白质的场所,游离存在于细胞 质中,每个细菌体内可达数万个。 沉降系数为 70S (30S+50S )。
14、 由RNA(66%) 和蛋白质 (34% )组成。 核糖体 RNA(rRNA)-23S, 16S , 5SrRNA 。 是某些 抗生素作用位点。 2.质粒( plasmid ):染色体外的遗传物质,存在于细胞质中。为 闭合环状的双链 DNA ,带有遗传信息,控制细菌某些特 定的遗传性状如: 菌毛,细菌素,毒素,耐药性等的形成。 3.胞质颗粒 :细菌细胞质中含有多种颗粒,大多为储藏的营养物质, 包括糖原、淀粉等多糖、脂类、磷酸盐等。 当细菌生活环境中营养充足时,胞质颗粒较多 ,养料和能源短缺时 , 颗粒减少甚至消失。 异染颗粒( metachromatic granule) (四)、核质(nuc
15、lear material)- 由单一密闭环状 DNA 分子 反复回旋卷曲盘绕组成的松散网状结构。集中于细胞质的 某一区域。无核膜、核仁和有丝分裂器。 是细菌的遗传物质。 二、特殊结构 (一)、荚膜(capsule )- 细菌代谢过程中分泌在细胞壁外的一层 粘液性物质,能牢固地与细胞壁结合,厚度0.2 m , 边缘明显。 微荚膜 (microcapsule)-厚度 0.2 m者。 粘液层 (slime layer)-边界不明显且已被洗脱者。 糖萼(glycocalyx)-介于荚膜和粘液层之间的结构。 1. 荚膜的化学组成 :多糖;多肽;透明质酸。 2.荚膜的形成 :在人和动物的体内或营养丰富的
16、培养基中易形成。 在普通培养基上或连续传代则易消失。 光滑型菌落( S)失去荚膜后会转变成 粗糙型菌落( R) 3. 荚膜的功能 :抗吞噬作用;粘附作用;抗有害物质的损伤作用。 (二)、鞭毛(flagellum)- 某些细菌表面附着的细长呈波状弯曲的 丝状物。 根据鞭毛的数量、位置可将鞭毛菌分成四类 : 单毛菌;双毛菌;从毛菌;周毛菌。有鉴别意义 1、鞭毛的结构 : 鞭毛自细胞膜长出,游离于细胞外,由 基础小体;钩状体; 丝状体组成。 结构示意图参看课本第 22 页,图 1-14 鞭毛长: 5-20 m;直径:12-30 m 2、鞭毛的化学组成: 蛋白质 3、鞭毛的功能: 运动器官 :有鞭毛的
17、细菌在液体环境中能自由的运动。 具抗原性 :H 抗原,有特异性,对细菌的鉴别、分型有一定的意义。 致病性 :有些细菌的鞭毛与致病性有关。如:霍乱弧菌 (三)、菌毛(pilus )- 许多G +菌和少数 G-菌菌体表面存在着一 种比鞭毛更细、更短而直硬的丝状物。 与细菌的运动无关。 1. 菌毛的化学组成: 蛋白质 2. 菌毛的种类:根据功能不同,菌毛可分为 普通菌毛 性菌毛 3.菌毛的功能: 普通菌毛 - 粘附作用,与细菌的致病性密切相关。 如:大肠埃希氏菌的I 型菌毛; 肠产毒型大肠杆菌的定植因子(CFA/I ) 性 菌 毛- 传递遗传物质。噬菌体吸附的受体。 (四)、 芽孢(endospor
18、e/spore)- 某些细菌在一定环境条件下, 能在菌体内部形成一个圆形或卵圆形小体,是细菌的休 眠形式。 产生芽孢的细菌都是 G +菌。 不同细菌的芽孢形态、大小、位置有所差异,是鉴别细菌的指标之一。 1.芽孢的结构: 具多层膜结构,从外至内依次是: 芽孢的结构示意图请参看课本第25 页,图 1-18 。 2.芽孢的形成与发芽: 芽孢的形成 - 细菌形成芽孢的能力是由菌体内的芽孢基因决定 的。芽孢一般只在动物体外才形成。营养缺乏时易形成。 芽孢的发芽 - 由于机械力、热、 pH 改变等刺激作用,破坏其芽孢 壳,并供给水分和营养,芽孢壳发芽,形成新的菌体。 芽孢结构组分 芽孢外衣脂蛋白、糖类
19、芽 孢 壳疏水性蛋白质,致密 外膜细胞膜 皮质皮质肽聚糖,吡啶二羧酸(DAP) 芽孢壁肽聚糖 内膜细胞膜 核心核质、核糖体、酶类、DAP、Ca + 细菌芽孢细菌 (1个) (1个)(1个) 3.芽孢的功能: 芽孢对热、干燥、辐射、化学消毒剂等理化因素均有强大的抵抗力。 细菌繁殖体 :80 水中迅速死亡。 细菌芽孢 :100 沸水中,可存活数小时。 被炭疽杆菌芽孢污染的草原,传染性可保持2030 年。 4. 细菌芽孢抵抗力强的原因: 芽孢含水量少,蛋白质受热后不易变性。 芽孢具有多层致密的厚膜,理化因素不易进入。 芽孢的核心和皮质中含有吡啶二羧酸,DAP与Ca 2+ 结合生成 的盐能提高芽孢中各
20、酶的热稳定性。 1. 名词解释:质粒;L 型细菌 2. 细菌的基本结构有哪些?与真核细胞结构有何差异? 3.简述 G-菌和 G+菌的细胞壁结构、组成,并比较两者的不同? 4. 细菌有哪些特殊结构?其各自的功能如何? 5. 革兰氏染色的理论依据是什么? 第二章 细菌的生理 (2 学时) 本章重点习题 本章要点 1.细菌的化学组成。 2. 细菌生长繁殖的条件。 3. 细菌生长繁殖的方式。 第一节 细菌的理化性状 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、核酸等。 其中原核生物特有的成分有: 肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸、D型氨基酸、 二氨基庚
21、二酸、吡啶二羧酸。 二、细菌的物理形状 1. 光学特性: 细菌为半透明体 。 2. 表 面 积:细菌菌体微小,相对表面积大,有利于同外界进行 物质交换。 3.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。 革兰氏阳性菌 pI 为23 , 革兰氏阴性菌 pI 为45 。 在近中性或弱碱性环境中细菌均带负电荷 。 学习提纲 4.半透性: 细菌的细胞壁和细胞膜都是半透性。允许水及部分小 分子物质通过。 5.渗透压: 细菌内含有高浓度的营养物质和无机盐。 G + 菌:2025 个大气压;G -菌:56 个大气压 低渗环境下,细菌有细胞壁的保护不致崩裂; 高渗环境下,
22、水分溢出,胞质浓缩,影响细菌生长。 第二节细菌的营养与生长繁殖 一、细菌的营养类型 根据细菌所利用的能源和碳源不同,将细菌分为两大营养类型 1. 自养菌: 利用简单的无机物为原料 ,合成菌体成分。 碳源 -CO 2、CO 2 3 - ;氮源-N 2、NH3、NO2 - 化能自养菌 - 所需能量来自无机物的氧化。 光能自养菌 - 通过光合作用获得能量。 2. 异养菌 :利用多种有机物为原料,如蛋白质、糖类等,才能合成 菌体成分并获得能量。 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,从宿主的有机物中获得能量。 二、细菌的营养物质 细菌的种类繁多,生长繁殖时所需养分
23、亦有差别,但一般均包括: 水;碳源;氮源;无机盐;生长因子。 三、细菌摄取营养物质的机制 被动扩散 :营养物质从浓度高向浓度低的一侧扩散,其驱动力是浓 度梯度,不需要提供能量。 主动转运系统: 营养物质从浓度低向浓度高的一侧运转,并需要 提供能量。是细菌吸收营养物质的主要方式。 四、细菌生长的环境因素 (一) 营养物质: 营养物质充足,比例合适。 (二) 氢离子浓度( pH ):pH7.27.6 (三) 温度:37 。 (四) 气体:不同的细菌对气体的需求有所差异。根据细菌代 谢时队分子氧的需要与否可分为四类: 1. 专性需氧菌: 具有完善的呼吸系统, 需要氧分子作为受氢体以 完成需氧呼吸,仅
24、能在有氧的环境下生存。 如:结核杆菌。 2.微 需 氧 菌:在低氧压( 5%6% )生长最好,氧浓度 ? 10% 对其有抑制作用。如:幽门螺杆菌。 3.兼性厌氧菌: 兼有需氧呼吸和无氧发酵两种功能,在有氧或无 氧环境中都能生长,但以有氧时生长较好。 如:葡萄球菌。 4.专性厌氧菌: 缺乏完善的呼吸酶系统,只能在无氧环境中进行 发酵。如:破伤风杆菌。 专性厌氧菌厌氧生长的机制: 1.缺乏氧化还原电势 (Eh) 高的呼吸酶 - 细胞色素和细胞色素氧化酶 只能在120mV 以下的Eh 时生长。 2.缺乏分解有毒氧基团的 酶- 超氧化物歧化酶 (SOD), 触酶或过氧化物酶。 五、细菌的生长繁殖 1.
25、 细菌个体的生长繁殖: 繁殖方式 :二分裂繁殖,无性繁殖 。 繁殖速度 : 2030min/代 代时 - 细菌分裂、数量倍增所需要的时间。 2. 细菌群体的生长繁殖:根据细菌的生长曲线,细菌群体生长繁殖 可分为四期: 迟缓期: 细菌的适应阶段。该期菌体增大,代谢活跃,分裂迟 缓,繁殖极少。 对数期: 生长迅速,菌数急剧上升,细菌的形态、染色性、生 理活性等都较典型。 稳定期: 细菌繁殖速度减慢,死菌数逐渐增加。细菌的形态、 染色性、生理性状有所改变。生成芽孢、外毒素、抗 生素等代谢产物。 衰亡期: 死菌数 活菌数 ,细菌形态显著改变,生理代谢活动 趋于停滞。 参看课本第 32 页,图 2-1。
26、 第三节 细菌的新陈代谢与能量转换 一、细菌的能量代谢 发酵:以有机物为受氢体的生物氧化过程。 EMP 途径;磷酸戊糖途径 呼吸:以无机物为受氢体的生物氧化过程。 需氧呼吸 以分子氧为受氢体 厌氧呼吸 以其他无机物为受氢体 二、细菌的代谢产物 1. 分解代谢产物和细菌的生化反应 糖发酵试验: 葡萄糖甲酸CO 2+H2 VP试验: 葡萄糖丙酮酸乙酰甲基甲醇二乙酰 甲基红试验: 葡萄糖丙酮酸乙酰甲基甲醇 枸橼酸盐利用试验: 枸橼酸盐碳酸盐铵盐氨 吲哚试验: 色氨酸吲哚+对二甲基氨基苯甲醛红色 硫化氢试验: 含硫氨基酸硫化氢 +Fe 2+ /Pb 2+ 黑色 尿素酶试验: 尿素氨 2. 合成代谢产物
27、及其在医学上的意义 热原质 (pyrogen ):细菌合成的注入人体或动物体内能引起 发热反应的物质。 G - 菌细胞壁脂多糖;耐高温; 121,20min 不被破坏; 250高温干烤才能破 坏热原质。 毒素(toxin ): 外毒素 G + 菌、少数 G - 菌产生的、释放到菌体外的蛋白 质。重要的致病物质。 内毒素 G - 菌细胞壁脂多糖,菌体死亡崩解后游离出来。 色素 :有助于鉴别细菌; 水溶性色素;脂溶性色素。 抗生素: 某些微生物代谢过程中产生的一类能抑制或杀死某些 其他微生物或肿瘤细胞的物质。多由放线菌和真菌产生。 细菌素: 某些细菌产生的具有抗菌作用的蛋白质。 仅对亲缘关系近的细菌有杀伤作用。 维生素: 细菌能合成某些维生素除供自身需用外,还能分泌致 周围环境中 .维生素 B,K. 第四节 细菌的人工培养 一、培养基( culture medium) 由人工方法配制而成的,专供微生物生长繁殖使用的混合营养物制品。 二、细菌在培养基中的生长情况 液体培养基:浑浊;沉淀;菌膜。 固体培养基:菌落 半固体培养基:穿刺线 三、人工培养细菌的用途 1. 在医学中的用途 感染性疾病的病原学诊断;细菌学研究; 生物制品的制备 2. 在工农业生产中的应用 3. 在基因工程中的应用 本章重点习题
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