第十章 细菌形态与结构

细菌(Bacterium)是属于原核型细胞的一种单胞生物,形体微小,结构简单。无成形细胞核、也无核仁和核膜，除核蛋白体外无其他细胞器。在适宜的条件下其相对稳定的形态与结构。识别各种细菌的形态特点，对诊断和防治疾病以及研究细菌等方面工作，具有重要的理论和实践意义。

第一节 细菌的大小与形态
一、细菌的大小
观察细菌常用光学显微镜,以微米(μm)作为测量它们大小的单位.内眼的最小分辩率为0.2mm,观察细菌要用光学显微镜放大几百倍到上千倍才能看到。

二、细菌的形态：按其外形主要有三类，球菌、杆菌、螺形菌。
1.球菌：呈圆球形或近似圆球形，有的呈矛头状或肾状。单个球菌的直径约在0.8～1.2um左右。

双球菌:在一个平面上分裂成双排列，如肺炎双球菌、脑膜炎双球菌。
链球菌：在一个平面上分裂 ，成链状排列，如溶血性链球菌。
四联球菌:在两个相互垂直的平面上分裂，以四个球菌排呈方形，如四联加夫基菌。
八叠球菌:在三个互相垂直的平面上分裂，八个菌体重叠呈立方体状，如藤黄八叠球菌。
葡萄球菌:在几个不规则的平面上分裂，则菌体多堆积在一起，而呈葡萄状排列，如金黄色葡萄球菌。

2.杆菌
各种杆菌的大小、长短、弯度、粗细差异较大。
中等大小杆菌长2～5um，宽0.3～1um；
大的杆菌如炭疽杆菌(3～5um×1.0～1.3um)；
小的杆菌如野兔热杆菌(0.3～0.7um×0.2um)。
菌体的形态多数呈直杆状，也有的菌体微弯。菌体两端多呈钝圆形，少数两端平齐（如炭疽杆菌），也有两端尖细（如梭杆菌）或未端膨大呈棒状（如白喉杆菌）。排列一般分散存在，无一定排列形式，偶有成对或链状，个别呈特殊的排列如栅栏状或V、Y、L字样。

3.螺形菌：菌体弯曲可分为：
     弧菌（Vibrio）菌体只有一个弯曲，呈弧状或逗点状。如霍乱弧菌。
     螺菌（Spirillum）菌体有数个弯曲。如鼠咬热螺菌。

细菌形态可受各种理化因素的影响，一般说来，在生长条件适宜时培养8～18小时的细菌形态较为细菌形态较为典型型

第二节 细菌的结构

细菌的结构对细菌的生存、致病性和免疫性等均有一定作用。细菌的结构分为：
基本结构:把一个细菌生存不可缺少的，或一般细菌通常具有的结构称；细菌基本结构包括细胞壁、细胞膜、细胞浆及核质。
特殊结构：某些细菌在一定条件下所形成的特有结构；细菌的特殊结构包括荚膜、鞭毛、菌毛和芽胞。

一、基本结构

1.细胞壁：细菌表面比较复杂的结构。是一层较厚（5～80nm）、质量均匀的网状结构，可承受细胞内强大的渗透压而不破坏。细胞壁坚韧而有弹性。
（1）革兰氏阳性菌细胞壁主要组份：肽聚糖和磷壁酸
主要成分是肽聚糖，又称粘肽，细胞壁的机械强度有赖于肽聚糖的存在。
肽聚糖组成：
由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞酸两种氨基糖经β-1.4糖苷键连接间隔排列形成的多糖支架，在N-乙酰胞壁酸分子上连接四肽侧链，四肽肽链之间再五肽桥联系起来，组成一个机械性很强的网状结构，各种细菌细胞壁的肽聚糖支架均相同，在四肽侧链的组成及其连接方式随菌种而异。
磷壁酸：革兰氏阳性菌细胞壁特殊组份，磷壁酸是由核糖醇或甘油残基经由磷酸二键互相连接而成的多聚物。磷壁酸分壁磷壁酸和膜磷壁酸两种，前者和细胞壁中肽聚糖的N-乙酰胞壁酸连结，膜磷壁酸又称脂磷壁酸和细胞膜连结，另一端均游离于细胞壁外。磷壁酸抗原性很强，是革兰氏阳性菌的重要表面抗原；某些革兰氏阳性菌细胞壁表面还有一些特殊的表面蛋白，如A蛋白等，都与致病有关。

（2）革兰氏阴性菌细胞壁主要组份：肽聚糖和外膜
肽聚糖组成：
由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞酸两种氨基糖经β-1.4糖苷键连接间隔排列形成的多糖支架，在N-乙酰胞壁酸分子上连接四肽侧链，四肽链之间再联系起来。没有五肽交联桥，形成二维平面结构。
外膜：革兰氏阴性菌细胞壁主要结构，包括脂多糖、脂质双层、脂蛋白三部分。除了转运营养物质外，还有屏障作用，能阻止多种物质透过，抵抗许多化学药物的作用，所以革兰氏阴性菌对溶菌酶、青霉素等比革兰氏阳性具有较大的抵抗力。

脂多糖（Lipopolysacchride,LPS）由脂质双层向细胞外伸出，包括类脂A、核心多糖、特异性多糖三个组成部分，习惯上将脂多糖称为细菌内毒素。
①类脂A：是脂多糖的毒性部分及主要成份，革兰氏阴性菌的致病物质。无种属特异性，各种革兰氏阴性菌内毒性引起的毒性作用都大致相同。
②核心多糖：具有属特异性，同一属细菌的核心多糖相同。
③特异性多糖：革兰氏阴性菌的菌体抗原（O抗原）就是特异多糖。各种不同的革兰氏阴性菌的特异性多糖种类及排列顺序各不相同，从而决定了细菌抗的特异性。
（3）革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌细胞壁结构的比较

（4）细胞壁的功能与意义：细菌细胞壁坚韧而富有弹性，保护细菌抵抗低渗环境，承受世界杯内的5～25个大气的渗透压，并使细菌在低渗的环境下细胞不易破裂；细胞壁对维持细菌的固有形态起重要作用；可充许水分及直径小于1nm的可溶性小分子自由通过，与物质交换有关；细胞壁上带有多种抗原决定簇，决定了细菌菌体的抗原性。
凡能破坏肽聚糖结构或抑制其合成的物质，都能损伤细胞壁而使细菌变形或杀伤细菌，例如溶菌酶（Lysozyme）能切断肽聚糖中N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸之间的β-1.4糖苷键之间的联苷键之间的联结，破坏肽聚糖支架，引起细菌裂解。青霉素和头孢菌素能与细菌竞争合成胞壁过程所需的转肽酶，抑制四肽侧链上D-丙氨酸与五肽桥之间的联结，使细菌不能合成完整的细胞壁，可导致细菌死亡。人和动物细胞无细胞壁结构，亦无肽聚糖，故溶菌酶和青霉素对人体细胞均无毒性作用。
2.细胞膜或称胞膜：位于细胞壁内侧，包绕在细菌胞浆外的具有弹性的半渗透性脂质双层生物膜。主要由磷脂及蛋白质构成，膜不含胆固醇是与真核细胞膜的区别点。细胞膜有选择性通透作用，与细胞壁共同完成菌体内外的物质交换。膜上有多种呼吸酶，参与细胞的呼吸过程。膜上有多种合成酶，参与生物合成过程。细菌细胞膜可以形成特有的结构。
中介体：用电子显微镜观察，可以看到细胞膜向胞浆凹陷折叠成囊状物，称为中介体。中介体与细胞的分裂、呼吸、胞壁合成和芽胞形成有关。中介体多见于革兰氏阳性菌。
3.胞浆：无色透明胶状物，基本成份是水、蛋白质、脂类、核酸及少量无机盐。细胞浆中还存在一些胞浆颗粒。
（1）质粒： 这是染色体外的遗传物质，为双股环状DNA。分子量比染色体小，可携带某些遗传信息，例如耐药因子、细菌素及性菌毛的基本均编码在质粒上。质粒能进行独立复制，失去质粒的细菌仍能正常存活。质粒可通过接合、转导作用等将有关性状传递给另一细菌。
（2）核糖体：细菌的70S核糖体由50S和30S两个亚基组成。链霉素能与细菌核糖体的30S基结合，红霉素能与50S亚基结合，从而干扰细菌蛋白质的合成而导致细菌的死亡；真核细胞的核糖体为80S，因此对人体细胞则无影响。
（3）胞浆颗粒：大多数为营养贮藏物，较为常见的是贮藏高能磷酸盐的异染颗粒，嗜碱性较强，用特殊染色法可以看得更清晰。根据异染颗粒的形态及位置，可以鉴别细菌。
（4）核质或拟核：细菌的遗传物质，决定细菌的遗传特征。它与真核细胞的细胞核不同点在于四周无核膜，也无组蛋白包绕。细菌的核质是由双股DNA组成的单一的一根环状染色体反复回旋盘绕而成，核质具有细胞核的功能，控制细菌的各种遗传性状。细菌胞浆中含有大量RNA，用碱性染料染色 着色很深，

二、特殊结构
（1）荚膜（Capsule）：许多细菌胞壁外围绕一层较厚的粘性、胶冻样物质，其厚度在0.2um以上，与四周有明显界限，称为荚膜。其厚度在0.2um以下者，必须以电镜或免疫学方法才能证明，称为微荚膜。

大多数细菌（如肺炎球菌、脑膜炎球菌等）的荚膜由多糖组成。少数细菌的荚膜为多肽（如炭疽杆菌荚膜为D-谷氨酸的多肽）。
细菌一般在机体内和营养丰富的培养基中才能形成荚膜。有荚膜的细菌在固体培养基上形成光滑型（S型）或粘液型（M）菌落，失去荚膜后菌落变为粗糙型（R）。
荚膜除对鉴别细菌有帮助外，荚膜具有抗吞噬的作用，保护细菌免遭吞噬细胞的吞噬和消化，因而与细菌的毒力有关。
（2）鞭毛（Flagllum）：在某些细菌菌体上具有细长而弯曲的丝状物，称为鞭毛。不同细菌的鞭毛数目、位置和排列不同，可分为单毛菌(Monotrichate)、双毛菌(Amphitrichate)、丝毛菌(Lophotrichate)、周毛菌(Peritrichate)。
鞭毛是细菌的运动器官，往往有化学趋向性，常朝向有高浓度营养物质的方向移动，而避开对其在害的环境。
鞭毛的数量、分布可用以鉴别细菌。鞭毛抗原有很强的抗原性，通常称为H抗原，对某些细菌的鉴定、分型及分类具有重要意义。
（3）菌毛（Pilus）：许多革兰氏阴性菌菌体表面遍布的比鞭毛更为细、短、直、硬、多的丝状蛋白附属器，也叫做纤毛（Fimbriae)。其化学组成是菌毛蛋白（Pilin），菌毛与运动无关，电镜才能观察到。菌毛可分为普通菌毛(Commonpilus)和性菌毛(Sexpilus)两种。
普通菌毛：长0.3～1.0um,直径7nm。具有粘着细胞（红细胞、上皮细胞）和定居各种细胞表面的能力，它与某些细菌的的致病性有关。

性菌毛：有的细菌还有1～4根较长的性菌毛，比普通菌毛而粗，中空呈管状。性菌毛由质粒基因编码，故性菌毛又称F菌毛。性菌毛能在细菌之间传递DNA，细菌的毒性及耐药性即可通过这种方式传递，
（4）芽胞（Spore）：在一定条件下，芽胞杆菌属（如炭疽杆菌）及梭状芽胞杆菌属（如破伤风杆菌、气性坏疽病原菌）能在菌体内形成一个折光性很强的不易着色小体，称为内芽胞（Endospore），简称芽胞。
芽胞一般只在动物体外才能形成，并受环境影响，当营养缺乏，容易形成芽胞。
芽胞并非细菌的繁殖体，而是处于代谢相对静止的休眠休态，以维持细菌生存的持久体。
芽胞含水量少（约40%），蛋白质受热不易变性。芽胞具有多层厚而致密的胞膜，由内向外依次为核心、内膜、芽胞壁、皮质、外膜、芽胞壳和芽胞外衣，芽胞核心和皮质层中含有大量吡啶二羧酸（Dipicolinic acid,DPA）,是芽胞所特有的成分。特别是芽胞壳，无通透性，有保护作用，能阻止化学品渗入。
芽胞其直径和在菌体内的位置随菌种而不同，这种形态特点有助于细菌鉴别。
芽胞的抵抗力强，对热力、干燥、辐射、化学消毒剂等理化因素均有强大的抵抗力，杀灭芽胞最可靠的方法是高压蒸汽灭菌。当进行消毒灭菌时往往以芽胞是否被杀死作为判断灭菌效果的指标。

第三节  细菌形态检查法

一 显微镜
普通显微镜、暗视野显微镜、相差显微镜、荧光显微镜、电子显微镜。
二 不染色标本的检查法： 悬滴法和压滴法
三 染色标本检查法：
1.单染：如美兰染色法
2.复染：
（1）Grams stain： 丹麦人Grams发明的经典染色法。
原理：细胞壁的特点及细菌等电点不同。
程序：涂片—干燥---固定---染色（ 结晶紫 1分 水洗---碘液 1分 水洗---95%酒精 30秒 水洗---稀释复红 1分 水洗）。
意义：A 鉴别细菌B 选择用药 C 与致病性有关。
（2）抗酸染色： 结核杆菌
程序：5% 石炭酸复红 加热 染5-10分---3%盐酸酒精脱色至无色---美兰染1 分----红色为阳性。
（3）特殊染色法：荚膜染色 、芽胞染色、鞭毛染色法。