细菌的形态与结构

细菌的大小、形态和排列

细菌大小、形态和细菌细胞排列是细菌的重要生理特征之一

自然界中杆菌最多，球菌次之，螺旋状最少

细菌在适宜生长条件下培养8～18h时形态典型，在不利或菌龄老时常出现衰退型

适宜生长条件下，对数期最适合观察细菌的大小和形态

球菌

直径0.8～1.2微米

• 双球菌diplococci

肺炎链球菌

• 链球菌streptococci

链球菌

• 四联球菌tetrads

四联加夫基菌

• 葡萄球菌staphylococci

葡萄球菌

• 八叠球菌sarcina

八叠球菌

杆菌

• 球杆菌coccobacillus

痢疾杆菌

• 双歧杆菌bifidobacterium

双歧杆菌

• 分枝杆菌mycobacterium

分枝杆菌

• 棒状杆菌coryneform bacillus

白喉棒状杆菌、炭疽芽胞杆菌

• ?大肠杆菌?

螺形菌

• 弧菌Vibrio

一个弯曲，逗点状

• 螺菌Spirllum

有3～4个弯曲

细菌的结构

基本结构：细胞壁、细胞膜、细胞质、核质

特殊结构：荚膜、芽胞、鞭毛、菌毛

细菌的基本结构-细胞壁

用革兰染色方法，可将细菌分成：

• 革兰阳性菌G+
• 革兰阴性菌G- 两类细菌细胞壁结构有很大差异

革兰阳性菌G+细胞壁结构

1. 肽聚糖Peptidoglycan（粘肽）

细菌细胞壁特有成分

有聚糖骨架、四肽侧链、五肽交联桥

肽聚糖含量丰富，层厚，20～50层

2. 磷壁酸Techoicacid

G+特有，核糖醇或甘油残基经磷酸二酯键互相连接形成的多聚物

内端与肽聚糖上胞壁酸结合称壁磷壁酸

内端与细胞膜共价结合称膜磷壁酸

• 可调节离子通过粘肽层，有保存、输送镁离子作用
• 为噬菌体的特异性受体
• 与细菌的致病性有关
• 具有抗原性，可用于细菌的分型

3. 表面蛋白

抗吞噬，其他作用略

革兰阴性菌G-

1. 肽聚糖

只有聚糖骨架和四肽侧链，缺少五肽交联桥（呈二维平面结构）

肽聚糖含量少，层薄，1～3层

肽聚糖层外具有独特的外膜

万古霉素、杆菌肽可抑制四肽侧链链接，同时杀+-

2. 外膜

肽聚糖外的结构

脂质双层：物质交换、屏障作用

脂蛋白：脂质和蛋白质构成，连接作用

脂多糖LPS（脂质A「内毒素的毒性部分」、核心多糖、寡糖重复单位）除脂质A外都有种或型的特异性

脂多糖即G-的内毒素endotoxin，为G-主要致病物质。因类脂A无种属特异性，故不同G-感染时，内毒素机理大致相同

3. 周浆间隙

含有多种水解酶，供细菌或的营养、接触有害物质毒性

细菌细胞壁缺陷型（L-form，L型）

概念：细菌细胞壁的肽聚糖结构受到理化或生物因素的直接破坏或合成被抑制，这种细胞壁受损的细菌在高渗环境下仍可以存活，称为细菌细胞壁缺陷型。

形成条件：溶菌酶、溶葡萄球菌素、胆汁、抗体、补体、beta-内酰胺类抗生素、杆菌肽，或培养基缺少某种合成细胞壁的成分（氨基庚二酸、赖氨酸等），也可用亚硝基胍、紫外线、氯化锂等诱导

生物学特性：多变性、革兰阴性、高渗培养、生长缓慢、荷包蛋样菌落、可回复

与医学的关系：常引起慢性和反复发作的感染

细菌的基本结构-细胞膜cell membrane

壁与质间半渗透性生物膜，为脂质双层

功能

• 物质转运
• 呼吸和分泌
• 生物合成
• 参与细胞分裂

细菌的基本结构-细胞质cytoplasm

细胞膜包裹的溶胶状物质（水、蛋白质、脂类、核酸、少量糖和无机盐），是细菌进行新陈代谢的主要场所

1. 核糖体：沉降系数为70S（50S和30S亚基）

链霉素能与30S小亚基结合，红霉素50S大亚基，干扰细菌蛋白合成

2. 质粒：染色体外可独立复制的遗传物质
3. 胞质颗粒：暂时储存的营养物质

细菌的基本结构-核质nuclear material

为细菌的遗传物质，无核膜、核仁、有丝分裂器，故称拟核或核质

大多数为单一闭合环状，少数有两个不同的染色体

细菌的特殊结构

荚膜的功能

1. 抗吞噬作用：重要的毒力因子
2. 粘附作用：变异链球菌，形成生物被膜
3. 抗有害物质的损伤：抗溶菌酶、补体、抗体、抗菌药物杀伤

芽胞的功能

1. 抵抗力强：对热、干燥、辐射、消毒剂等理化因素均有强大的抵抗力

   • 含水量少，蛋白质不易变性
   • 有多层致密的厚膜
   • 核心和皮质含吡啶二羧酸，提高酶的稳定性
2. 作为判断灭菌效果的指标
3. 是外源性感染的重要来源

细菌的形态与结构检查方法

显微镜放大法

• 普通光学显微镜
• 电子显微镜
• 暗视野显微镜
• 相差显微镜
• 荧光显微镜
• 激光共聚焦显微镜

染色法

革兰氏染色法Gram staining

意义：

• 将细菌区分为革兰阳性、革兰阴性两大类，有助于细菌的鉴别诊断
• 选择药物：G+&G-对各种抗生素的敏感性不同
• 研究细菌的致病性：G+只有外毒素致病，G-内外毒素共同致病

细菌的增殖与代谢

细菌生长繁殖的条件

1. 足够的营养物质

• 水分
• 碳源
• 氮源
• 无机盐
• 生长因子

细菌摄取营养物质的机制

简单扩散 易化扩散 主动转运

人是移动的微生物培养箱，有水、碳源、氮源、无机盐、生长因子（自身不能合成的生长必需物质）

2. 适宜的酸碱度

pH 大多在7.2～7.6

3. 合适的温度

35～37摄氏度

4. 必要的气体环境

需氧程度逐渐降低：

• 专性需氧菌——结核分枝杆菌
• 微需氧菌——幽门螺杆菌
• 兼性厌氧菌——多数病原菌（链球菌、肠道细菌）
• 耐氧厌氧菌——放线菌
• 专性厌氧菌——破伤风梭菌

5. 合适的渗透压

一般培养基即可，部分嗜盐菌需高浓度NaCl

细菌个体与群体的生长繁殖

个体

• 繁殖方式：二分裂法

• 代时generation time：细菌分裂一代所需的时间，往往20～30min

• 个别细菌分裂较慢

群体

细菌群体生长规律与生长曲线

将一定量细菌接种于适宜的培养基中，连续定时取样检查活菌数，可发现生长规律。

生长曲线（growth curve）：培养时间为横坐标，活菌数对数为纵坐标

细菌的新陈代谢

分解代谢：底物分解和转化为能量。代谢产物可以鉴别

合成代谢：所产生的能量和前体用于细胞组分的合成

碳水化合物的代谢实验

1. 糖（醇、苷）类发酵实验：乳糖发酵实验中，肠道非致病菌阳性，致病菌阴性
2. VP实验：产气杆菌红色；大肠杆菌不变色
3. 甲基红实验：产气杆菌-甲基红橘黄色；大肠杆菌-甲基红红色

碳源和氮源利用实验

枸橼酸盐利用实验：枸橼酸盐作为唯一碳源，利用枸橼酸盐则生长，不利用则不生长；生长则溴麝香草酚蓝变蓝

可鉴定肠杆菌科中属，大肠杆菌不生长，为阴性

蛋白质和氨基酸的代谢实验

吲哚indol实验

可区分大肠杆菌+和产气杆菌-

IMViC实验

IMViC实验=吲哚实验+甲基红实验+VP实验+枸橼酸盐利用实验

可区分大肠杆菌--和产气杆菌--

硫化氢实验

醋酸铅培养基中，分解含硫氨基酸产生硫化氢

可鉴别肠杆菌科中属及种

尿素酶试验

细菌尿素酶分解培养基中的尿素产生氨

细菌合成代谢产物及其在医学上的意义

细菌在合成代谢过程中，除合成菌体自身成分外，尚可合成一些与医学有关的特殊产物，有的与细菌致病性有关，有的可用于鉴别细菌或防治疾病

细菌合成代谢产物

1. 热原质pyrogen

细菌在代谢过程中产生的注入人体引起发热反应的物质

成分：脂多糖

特点：耐高温

180摄氏度处理两小时以上或250摄氏度30分钟以上可去除热原质

2. ⚠️毒素和侵袭性酶类

1️⃣外毒素exotoxin G+分泌到细胞外，为不耐热的蛋白质，毒性强，对组织有选择作用。抗原性强，可脱毒为类毒素

2️⃣内毒素endotoxin G-死亡后释放，为耐热的脂多糖，毒性大多相似（发热、白细胞反应、内毒素血症、DIC）。抗原性弱，不可脱毒为类毒素

3️⃣侵袭性酶类

• 凝固酶coagulase：使纤维蛋白原转纤维蛋白，凝固血浆
• 透明质酸酶hyaluronidase：降解细胞间质中透明质酸，促进病原菌扩散
• 链道酶streptodornase：降解粘稠DNA，促进病原菌在组织中扩散，又称DNA酶
• 链激酶streptokinase：激活溶纤维蛋白酶原，降解凝固的纤维蛋白，促进病原菌的扩散

3. 色素pigment

可根据颜色鉴别细菌

4. 抗生素antibiotic

多粘菌素——多粘类芽胞杆菌

杆菌肽——枯草杆菌

5. 细菌素bacteriocin

某些细菌产生的具有抗菌作用的蛋白质，作用范围窄，仅对与产生菌有亲缘关系的细菌有杀伤作用

6. 维生素

大肠埃希菌合成B族维生素、维生素K

细菌的人工培养

细菌人工培养过程

1. 适当的培养基
2. 合适的酸碱度及渗透压
3. 必要的气体环境
4. 合适的温度
5. 一定的时间

培养细菌的方法

• 分离培养：将标本或培养物划线接种在固体培养基的表面，因划线的分散作用，使许多原混杂的细菌在固体培养基表面上散开

• 纯培养：挑取一个菌落，移种到另一个培养基中，可生长出来的大量的纯种细菌

培养基

按功能分类

• 基础培养基：含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基
• 营养培养基：基础营养剂加其他营养物质，如血液、血清等
• 选择培养基
• 鉴别培养基
• 厌氧培养基（疱肉培养基）

按性质分类

• 固体培养基
• 半固体培养基
• 液体培养基

细菌在培养基中的生长现象

1. 液体培养基：均匀浑浊生长、沉淀样生长，形成菌膜
2. 固体培养基：形成菌落colony，分光滑型S菌落、粗糙型R菌落、粘液型M（mucoid）菌落

菌落colony名词解释：由单个细菌在固体培养基中生长繁殖，形成肉眼可见的细菌集团

3. 半固体培养基：检测是否有运动能力，运动能力的程度

人工培养细菌的用途和意义

1. 在医学中

   • 感染性疾病的病原学诊断
   • 细菌学的研究
   • 生物制品的制备

2. 在工农业生产中

   • 制备抗生素、维生素、氨基酸、有机溶剂、酱油、酒
   • 处理废水和垃圾，制造菌肥和农药

3. 在基因工程中

   • 制备胰岛素、干扰素、乙肝疫苗等