Section D Bacterial structure and function
细菌的结构与功能
D5 The Archaea
古细菌 Bacteria Eukarya
Archaea
Crenarchaeota Euryarchaeota
Korarchaeota
1.Current taxonomic status of the Archaea
古细菌当前的分类地位
? 1.1 1977年卡尔,沃申根据 16sRNA的顺序提出了一个全新的界，
开始称为 ‘ Archaeabacteria’,后来改为 ‘ Archaea’.
? 1.2 古细菌可分为 3部分：
? Euryarchaeota（ 广古细菌）
? Crenarchaeota（ 泉古细菌）
? Korarchaeota（ 初生古细菌）
2.Extreme habitats 古细菌极端的生活环境
? 2.1 古细菌能够生活在物理或者化学条件极其恶劣的环境下。
? Temperature,Pyrolobus fumarii will not grow below 90℃ ; The
cryophilic Archaea growing at temperatures bilow 4℃,
? Salinity（ 盐度）,
? pH,grow at pH 2; or grow at pH 10;
? 2.2 古细菌并不限于极限环境，在温和环境中也可以找到古细菌。
3.Methanogenesis 甲烷的生成
? 3.1 古细菌的能量代谢在许多方面与细菌合真核生物相同，但是
碳源新陈代谢的结果却是十分特殊的。
? CO2 + 4H2 → CH4 +2H2O
? CH3OH + H2 → CH4 + H2O
? 4CH3OH → CH4 + 2CO2 + 2H2O
? CH3COOH + H2O → CH4 + H2CO3
? 3.2 上述所用代谢反应都与 ATP的合成相联系，乙酸营养性的产能
最少，二氧化碳为基质的产能最多。
Section D Bacterial structure and function
细菌的结构与功能
D6 Growth in the laboratory
实验室培养
1.Growth media （ 生长培养基）
? 1.1 实验室中的细菌通常生长在液体培养基或者固体培养基中。培养基的
性质取决于细菌对营养的要求，细菌的种类很多，生长要求大相径庭。它
们有共同的要求：
? 水、能源、碳源、氮源、基本的无机离子（磷、硫、钠、钙、镁、钾、铁）、
许多微量元素（锌、锰、钼、钴、铜、镍、钨）
? 异养菌的能源和碳源可以由某些分子得到。
? 1.2 根据细菌对营养的要求，可以将其分成两类：
? 原养型（ prototrophs）,从上述基本成分中能够合成生活的所有物质，自然
界中的大多数微生物都能做到这一点。
? 营养缺陷型（ auxotrophy）,这一类微生物在生长过程中必须添加一些有机因
子，如维生素、氨基酸、含氮碱基。
1.Growth media （ 生长培养基）
? 1.3 培养基的分类：
? 限定培养基或者合成培养基（ defined medium）,含有特殊微生物生长基
本要求的确定成分，含有最低生长要求的培养基。
? 天然培养基（ complex mediun）,含有不确定的成分如蛋白胨和酵母提取
液（氨基酸、维生素、糖和碱基），广泛适合微生物的生长。
? 选择培养基（ selective medium）,用于分离特殊的微生物类群，选择培养
基含有抑制非目的细菌生长的成分。如添加青霉素，分离出能够抗青霉素
的细菌。
? 鉴别培养基（ enrichment）,用于鉴别某些特殊的微生物类群，通常在培
养几种加入某种化学物质如染料，可以区分发酵乳糖的细菌和其他非发酵
乳糖的细菌。大肠杆菌发酵乳糖产酸，水中是否有大肠杆菌可以用这种方
法进行鉴别。
? 1.4 液体培养几种加入琼脂能变成固体培养基，琼脂不被细菌降解，
40~42℃ 凝固,80~90℃ 融化。
2.Environmental conditions for growth
（ 生长的环境条件）
? 2.1 温度：许多细菌都有最高生长范围、最低生长范围和最适生长范围。
? 嗜冷微生物（ psychrophiles）,适合于 -10℃,最适 20℃ 左右。
? 嗜温微生物（ mesophiles）,适合 15~45℃,最适 37℃
? 嗜热微生物（ themophiles）,适合 30~75℃,最氏 55℃
? 2.2 氧浓度：细菌对氧的需求变化很大，一般有以下几类：
? 好氧菌（ aerobes）,在有分子氧的条件下才能生长的细菌；
? 厌氧菌（ anaerobes）,生长不需要氧的细菌；
? 专性厌氧菌（ obigate anaerobes）,有氧的条件下致死；
? 兼性厌氧菌（ facultative anaerobes）,有氧条件下生长的更好，无氧的条件下也
能生长；
? 耐氧菌（ aerotolerant）,由氧无氧条件下生长情况一样。
? 微好氧菌（ microaerophilic）,在正常大气氧浓度下（ 20%）受到损伤，只有在低
氧浓度下才能存活
Aerobes Obligate Anaerobes Facultative Anaerobes Microaerophilic
2.Environmental conditions for growth
（ 生长的环境条件）
? 2.3 pH
? 嗜碱菌（ alkaliphiles）,生活在高 pH（ 8.5~11.5） 的微生物；
? 嗜酸菌（ acidophiles）,生活在低 pH（ 0~5.5） 的微生物。
? 2.4 水活度
? 微生物对周围环境的渗透压很敏感。低渗透压时，水将向细胞中聚集，高渗
透压时水会逸出。
? 有许多化合物如甜菜碱、胆碱、钾离子可以保持细胞渗透平衡。
? 有一些细菌能够在较高盐浓度的环境中生长，称作耐盐菌（ osmotolerant），
能够在极高盐浓度环境中生长的细菌称作嗜盐菌（ halophiles）
Section D Bacterial structure and function
细菌的结构与功能
D7 Prokaryote growth and cell
cycle
原核生物的生长和细胞周期
1.How bacteria grow（ 细菌如何生长）
? 1.1 细胞长大（细菌在培养基
中积累营养物，合成细胞结
构成分） → 准备分裂（复制
它的遗传物质，合成新的细
胞壁） → 细胞分裂（一个细
胞分裂变成两个细胞）
1.How bacteria grow（ 细菌如何生长）
? 1.2 Binary fission（ 二分裂）,Page 97
? 1.3 Exponential growth（ 指数生长）,Page 98
? 1.4 Generation time（ 世代时间）：
? 1.5 Mean growth rate（ 比生长速率）, 细菌生长的速度称为比
生长速率（ μ）
? 1.6 细菌生长和分裂的速度与微生物的特性、培养基的成分和环
境条件有关。
G = t2-t 1n n = 3, 3 ( l g N - l g N 0)
μ = 0.69g G
2.The bacterial growth curve细菌生长曲线
? 2.1 Batch culture（ 分批培养）：将细菌接种在有培养基的容器中，
在合适的温度和通气的条件下，研究微生物在其中生长规律的方
法。
? 2.2 The bacterial growth curve
? 延迟期（ lag phase）,这个时期细菌需要适应性的环境，合成新的酶
类，增长细胞体积和准备分裂。延迟期的长短于培养基的性质有关。
? 对数期（ log phase）,细菌开始分裂，细胞数目以恒速增加，能够反
应细胞的倍增时间。
? 稳定期（ stationary phase）,细菌在培养基中的生长繁殖耗尽了营养
物，产生了有毒的代谢产物，死亡的细胞和产生的细胞数目相等，
细胞的数目没有净增长。
? 衰亡期（ death phase）,细胞的衰亡速率大于细胞的分裂速率，活细
胞数目下降，细胞裂解，培养物混浊度下降。
Time
Lg viable count
延迟期
对数期
稳定期
衰亡期
细菌典型的生长曲线
3.Continuous culture连续培养
? 3.1 分批培养不更换培养基，最终由于营养物质耗尽和有毒物质的积累，
细胞的生长下降。若用新鲜的培养基不断更换用过的培养基，就可以保
证细胞持续不断的生长。这就是连续培养。
? 3.2 恒化器（ chemosetat） 是一个恒定容积的流动系统，新鲜培养基恒速流
入此系统，又以相同的速率流出多余的液体，所以细菌保持在指数生长
期。
Section D Bacterial structure and function
细菌的结构与功能
D8 Techniques used to study
microorganisms
常用来研究细菌的实验技术
1.Aseptic（ sterile） technique无菌（灭菌）技术
? 1.1 灭菌与消毒（ sterilization and disinfection）,灭菌是完全根除活
细胞和病毒的过程；消毒是消除潜在的病原微生物。
? 1.2 灭菌方法：
? 湿热灭菌法,煮沸、蒸汽处理（对芽孢无效）；高压蒸汽灭菌
? 巴斯德消毒法,71.7℃, 15秒
? 间歇灭菌法：用 90~100℃ 蒸煮 10分钟，三次，每次间隔 24小时。
? 干热灭菌法：灼烧法、热空气灭菌法（ 160~170℃, 2小时）。
? 过滤除菌：滤器 0.22~0.45?m,不能除去病毒。
? 辐射：紫外线（穿透能力差）； γ射线（穿透能力好）
2.Obtaining prokaryote colonies 获得细菌菌落的方法
? 2.1 Pure cultures（ 纯培养）：一个特定菌株的培养。
? 2.2 分离单个细菌的方法：
? Streaking（ 划线分离）
? Spread plate（ 涂布平板）
? Pour plates（ 倾注平板）
3.Counting bacteria 细菌计数
? 3.1 总菌计数
? 3.2 活菌计数
? 3.3 比浊法
? 3.4 其它方法
玻璃载玻片计数室
稀释分离菌落计数法
Exercise
? 1,Explain the following words
? Sterilization and disinfection ； Batch culture ； Generation time ； Anaerobes ； Solid
medium； Auxotrophy
? 2,Answer the following questions
? How many kinds would the media be divided into? What characteristic does each kind
have?
? How many ways would isolating bacteria has? And how would every way be operated?
? How many kinds would Aseptic technique has? What characteristic does each kind have?
? 3,State bacterial growth curve and its reason.
? 4,State the common necessities for the growth of all prokaryotes and functions of
the common necessities.
细菌的结构与功能
D5 The Archaea
古细菌 Bacteria Eukarya
Archaea
Crenarchaeota Euryarchaeota
Korarchaeota
1.Current taxonomic status of the Archaea
古细菌当前的分类地位
? 1.1 1977年卡尔,沃申根据 16sRNA的顺序提出了一个全新的界，
开始称为 ‘ Archaeabacteria’,后来改为 ‘ Archaea’.
? 1.2 古细菌可分为 3部分：
? Euryarchaeota（ 广古细菌）
? Crenarchaeota（ 泉古细菌）
? Korarchaeota（ 初生古细菌）
2.Extreme habitats 古细菌极端的生活环境
? 2.1 古细菌能够生活在物理或者化学条件极其恶劣的环境下。
? Temperature,Pyrolobus fumarii will not grow below 90℃ ; The
cryophilic Archaea growing at temperatures bilow 4℃,
? Salinity（ 盐度）,
? pH,grow at pH 2; or grow at pH 10;
? 2.2 古细菌并不限于极限环境，在温和环境中也可以找到古细菌。
3.Methanogenesis 甲烷的生成
? 3.1 古细菌的能量代谢在许多方面与细菌合真核生物相同，但是
碳源新陈代谢的结果却是十分特殊的。
? CO2 + 4H2 → CH4 +2H2O
? CH3OH + H2 → CH4 + H2O
? 4CH3OH → CH4 + 2CO2 + 2H2O
? CH3COOH + H2O → CH4 + H2CO3
? 3.2 上述所用代谢反应都与 ATP的合成相联系，乙酸营养性的产能
最少，二氧化碳为基质的产能最多。
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细菌的结构与功能
D6 Growth in the laboratory
实验室培养
1.Growth media （ 生长培养基）
? 1.1 实验室中的细菌通常生长在液体培养基或者固体培养基中。培养基的
性质取决于细菌对营养的要求，细菌的种类很多，生长要求大相径庭。它
们有共同的要求：
? 水、能源、碳源、氮源、基本的无机离子（磷、硫、钠、钙、镁、钾、铁）、
许多微量元素（锌、锰、钼、钴、铜、镍、钨）
? 异养菌的能源和碳源可以由某些分子得到。
? 1.2 根据细菌对营养的要求，可以将其分成两类：
? 原养型（ prototrophs）,从上述基本成分中能够合成生活的所有物质，自然
界中的大多数微生物都能做到这一点。
? 营养缺陷型（ auxotrophy）,这一类微生物在生长过程中必须添加一些有机因
子，如维生素、氨基酸、含氮碱基。
1.Growth media （ 生长培养基）
? 1.3 培养基的分类：
? 限定培养基或者合成培养基（ defined medium）,含有特殊微生物生长基
本要求的确定成分，含有最低生长要求的培养基。
? 天然培养基（ complex mediun）,含有不确定的成分如蛋白胨和酵母提取
液（氨基酸、维生素、糖和碱基），广泛适合微生物的生长。
? 选择培养基（ selective medium）,用于分离特殊的微生物类群，选择培养
基含有抑制非目的细菌生长的成分。如添加青霉素，分离出能够抗青霉素
的细菌。
? 鉴别培养基（ enrichment）,用于鉴别某些特殊的微生物类群，通常在培
养几种加入某种化学物质如染料，可以区分发酵乳糖的细菌和其他非发酵
乳糖的细菌。大肠杆菌发酵乳糖产酸，水中是否有大肠杆菌可以用这种方
法进行鉴别。
? 1.4 液体培养几种加入琼脂能变成固体培养基，琼脂不被细菌降解，
40~42℃ 凝固,80~90℃ 融化。
2.Environmental conditions for growth
（ 生长的环境条件）
? 2.1 温度：许多细菌都有最高生长范围、最低生长范围和最适生长范围。
? 嗜冷微生物（ psychrophiles）,适合于 -10℃,最适 20℃ 左右。
? 嗜温微生物（ mesophiles）,适合 15~45℃,最适 37℃
? 嗜热微生物（ themophiles）,适合 30~75℃,最氏 55℃
? 2.2 氧浓度：细菌对氧的需求变化很大，一般有以下几类：
? 好氧菌（ aerobes）,在有分子氧的条件下才能生长的细菌；
? 厌氧菌（ anaerobes）,生长不需要氧的细菌；
? 专性厌氧菌（ obigate anaerobes）,有氧的条件下致死；
? 兼性厌氧菌（ facultative anaerobes）,有氧条件下生长的更好，无氧的条件下也
能生长；
? 耐氧菌（ aerotolerant）,由氧无氧条件下生长情况一样。
? 微好氧菌（ microaerophilic）,在正常大气氧浓度下（ 20%）受到损伤，只有在低
氧浓度下才能存活
Aerobes Obligate Anaerobes Facultative Anaerobes Microaerophilic
2.Environmental conditions for growth
（ 生长的环境条件）
? 2.3 pH
? 嗜碱菌（ alkaliphiles）,生活在高 pH（ 8.5~11.5） 的微生物；
? 嗜酸菌（ acidophiles）,生活在低 pH（ 0~5.5） 的微生物。
? 2.4 水活度
? 微生物对周围环境的渗透压很敏感。低渗透压时，水将向细胞中聚集，高渗
透压时水会逸出。
? 有许多化合物如甜菜碱、胆碱、钾离子可以保持细胞渗透平衡。
? 有一些细菌能够在较高盐浓度的环境中生长，称作耐盐菌（ osmotolerant），
能够在极高盐浓度环境中生长的细菌称作嗜盐菌（ halophiles）
Section D Bacterial structure and function
细菌的结构与功能
D7 Prokaryote growth and cell
cycle
原核生物的生长和细胞周期
1.How bacteria grow（ 细菌如何生长）
? 1.1 细胞长大（细菌在培养基
中积累营养物，合成细胞结
构成分） → 准备分裂（复制
它的遗传物质，合成新的细
胞壁） → 细胞分裂（一个细
胞分裂变成两个细胞）
1.How bacteria grow（ 细菌如何生长）
? 1.2 Binary fission（ 二分裂）,Page 97
? 1.3 Exponential growth（ 指数生长）,Page 98
? 1.4 Generation time（ 世代时间）：
? 1.5 Mean growth rate（ 比生长速率）, 细菌生长的速度称为比
生长速率（ μ）
? 1.6 细菌生长和分裂的速度与微生物的特性、培养基的成分和环
境条件有关。
G = t2-t 1n n = 3, 3 ( l g N - l g N 0)
μ = 0.69g G
2.The bacterial growth curve细菌生长曲线
? 2.1 Batch culture（ 分批培养）：将细菌接种在有培养基的容器中，
在合适的温度和通气的条件下，研究微生物在其中生长规律的方
法。
? 2.2 The bacterial growth curve
? 延迟期（ lag phase）,这个时期细菌需要适应性的环境，合成新的酶
类，增长细胞体积和准备分裂。延迟期的长短于培养基的性质有关。
? 对数期（ log phase）,细菌开始分裂，细胞数目以恒速增加，能够反
应细胞的倍增时间。
? 稳定期（ stationary phase）,细菌在培养基中的生长繁殖耗尽了营养
物，产生了有毒的代谢产物，死亡的细胞和产生的细胞数目相等，
细胞的数目没有净增长。
? 衰亡期（ death phase）,细胞的衰亡速率大于细胞的分裂速率，活细
胞数目下降，细胞裂解，培养物混浊度下降。
Time
Lg viable count
延迟期
对数期
稳定期
衰亡期
细菌典型的生长曲线
3.Continuous culture连续培养
? 3.1 分批培养不更换培养基，最终由于营养物质耗尽和有毒物质的积累，
细胞的生长下降。若用新鲜的培养基不断更换用过的培养基，就可以保
证细胞持续不断的生长。这就是连续培养。
? 3.2 恒化器（ chemosetat） 是一个恒定容积的流动系统，新鲜培养基恒速流
入此系统，又以相同的速率流出多余的液体，所以细菌保持在指数生长
期。
Section D Bacterial structure and function
细菌的结构与功能
D8 Techniques used to study
microorganisms
常用来研究细菌的实验技术
1.Aseptic（ sterile） technique无菌（灭菌）技术
? 1.1 灭菌与消毒（ sterilization and disinfection）,灭菌是完全根除活
细胞和病毒的过程；消毒是消除潜在的病原微生物。
? 1.2 灭菌方法：
? 湿热灭菌法,煮沸、蒸汽处理（对芽孢无效）；高压蒸汽灭菌
? 巴斯德消毒法,71.7℃, 15秒
? 间歇灭菌法：用 90~100℃ 蒸煮 10分钟，三次，每次间隔 24小时。
? 干热灭菌法：灼烧法、热空气灭菌法（ 160~170℃, 2小时）。
? 过滤除菌：滤器 0.22~0.45?m,不能除去病毒。
? 辐射：紫外线（穿透能力差）； γ射线（穿透能力好）
2.Obtaining prokaryote colonies 获得细菌菌落的方法
? 2.1 Pure cultures（ 纯培养）：一个特定菌株的培养。
? 2.2 分离单个细菌的方法：
? Streaking（ 划线分离）
? Spread plate（ 涂布平板）
? Pour plates（ 倾注平板）
3.Counting bacteria 细菌计数
? 3.1 总菌计数
? 3.2 活菌计数
? 3.3 比浊法
? 3.4 其它方法
玻璃载玻片计数室
稀释分离菌落计数法
Exercise
? 1,Explain the following words
? Sterilization and disinfection ； Batch culture ； Generation time ； Anaerobes ； Solid
medium； Auxotrophy
? 2,Answer the following questions
? How many kinds would the media be divided into? What characteristic does each kind
have?
? How many ways would isolating bacteria has? And how would every way be operated?
? How many kinds would Aseptic technique has? What characteristic does each kind have?
? 3,State bacterial growth curve and its reason.
? 4,State the common necessities for the growth of all prokaryotes and functions of
the common necessities.
