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1、第五章细菌学总论 细菌是自然界分布最广 个体数量最多的一类原核生物 与人类的生存息息相关 细菌对环境 人类和动物既有危害又有用处 一些细菌成为病原体 导致了破伤风 伤寒 肺炎 梅毒 霍乱和肺结核等 感染方式包括接触 空气传播 食物 水以及带菌微生物等 腐生细菌能使食物腐败变质 不仅造成大量的损失浪费 而且由此引起人的食物中毒 1 细菌可用于发酵食物 例如在醋的传统制造过程中 就是利用空气中的醋酸菌使酒转变成醋 其他利用细菌制造的食品如奶酪 泡菜 酱油 醋 酒等 酸奶中含有乳酸菌 双歧杆菌等 有助于消化 2 有些细菌能够分泌多种抗生素 例如链霉素即是由链霉菌所分泌的 青霉素即是由青霉菌所分泌的
2、3 利用病原菌或处理后丧失毒性的病原菌可制成各种预防疾病的疫苗 如 白百破 疫苗 4 大肠杆菌产生的冬酰胺酶 可用于治疗白血病 细菌发电 1910年 英国植物学家利用铂作为电极放进大肠杆菌的培养液里 成功地制造出世界上第一个细菌电池 1984年 美国科学家设计出一种太空飞船使用的细菌电池 到了20世纪80年代末 细菌发电有了重大突破 各种不同的细菌电池相继问世 例如有一种综合细菌电池 先由电池里的单细胞藻类利用日光将二氧化碳和水转化成糖 然后再让细菌利用这些糖来发电 1683年 荷兰人列文虎克使用自己设计的单透镜显微镜 在一位老人的牙垢上最先观察到一些能够活动的生物 1828年 德国科学家埃伦
3、伯格提出以拉丁文 bacteria 命名 这个词来源于希腊语 意为 活动的小棍子 英文 germs 翻译成中文 即 细菌 一 细菌的分类 一 按细菌的生活方式来分类自养菌 异养菌 腐生菌和寄生菌 需氧菌 厌氧菌 二 按细菌的形态分类棒状 杆菌 球形 球菌螺旋形 螺旋菌 杆菌 大肠埃希菌2 3 m 布鲁氏菌0 6 1 5 m 球菌 链球菌 四联球菌 八叠球菌 螺形菌 弧菌 螺菌 螺杆菌 不同种类的细菌大小不一 同一种细菌也因菌龄和环境因素的影响而有差异 测量细菌大小的单位是微米 球菌直径一般为0 5 1微米 因此观察细菌要使用光学或电子显微镜 同时为了区分不同种类的细菌 还要进行染色 二 细菌的
4、染色革兰氏染色反应是细菌分类和鉴定的重要依据 1884年由丹麦医师Gram创立 1 先用结晶紫将所有细菌都染成紫色 2 用碘液加强结晶紫与菌体的结合 再用95 的酒精来脱色20 30秒钟 有些细菌仍保留紫色 有些细菌则成无色 3 用番红复染1分钟 最后染成紫色为革兰氏阳性菌 G 菌 染成红色的为革兰氏阴性菌 G 菌 革兰氏阴性菌 常见的革兰氏阳性菌有 葡萄球菌 链球菌 肺炎双球菌 炭疽杆菌 白喉杆菌 破伤风杆菌等 常见的革兰氏阴性菌有 痢疾杆菌 伤寒杆菌 大肠杆菌 变形杆菌 百日咳杆菌 霍乱弧菌等 在治疗上 大多数革兰氏阳性菌都对青霉素敏感 而革兰氏阴性菌则对链霉素 氯霉素等敏感 所以首先区分
5、病原菌是革兰氏阳性菌还是阴性菌 在选择抗生素方面意义重大 细胞壁 细胞膜基本结构细胞质 拟核荚膜 鞭毛 特殊结构菌毛 芽胞 三 细菌的形态结构 一 基本结构1 细胞壁 cellwall 位于细菌细胞最外层 包绕在细胞膜周围 坚韧而富有弹性 细胞壁厚度因细菌不同而异 一般为15 30nm 细胞壁的主要成分是肽聚糖 凡能破坏肽聚糖结构或抑制其合成的物质 都有抑菌或杀菌作用 如溶菌酶 青霉素等 细菌细胞壁的功能包括 保持细胞外形 提高机械强度 抑制机械和渗透损伤 如革兰氏阳性菌的细胞壁能耐受20kg cm2的压力 防止大分子入侵 协助细胞运动 生长 分裂等 赋予细菌特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的
6、敏感性 2 细胞膜 cellmembrane 是典型的单位膜结构 厚约8 10nm 外侧紧贴细胞壁 某些G 还有细胞外膜 功能与真核细胞类似 有物质转运 生物合成 分泌和呼吸等作用 某些G 菌的部分细胞膜内陷 折叠 卷曲形成的囊状物 称为中膜体或间体 扩大了细胞膜的面积 相应的增加了酶的含量和能量的产生 提高了代谢效率 有拟线粒体之称 此外还与DNA复制有关 3 细胞质细菌和其它原核生物一样 没有成形的细胞核 只有拟核 没有核膜 遗传物质DNA分子呈 裸露 的状态 集中在细胞质中的低电子密度区 称核区或核质体 细菌一般具有1 4个核质体 多的可达20余个 核质体是环状的双链DNA分子 所含的遗
7、传信息量可编码2000 3000种蛋白质 由于没有核膜 因此细菌DNA的复制 RNA的转录与蛋白质的合成可同时进行 而不像真核细胞那样这些生化反应在时间和空间上严格分隔开来 每个细菌细胞约含5000 50000个核糖体 大部分游离于细胞质中 细菌核糖体的沉降系数为70S 由大亚单位 50S 与小亚单位 30S 组成 大亚单位含有23SrRNA 5SrRNA与30多种蛋白质 小亚单位含有16SrRNA与20多种蛋白质 30S的小亚单位对四环素与链霉素很敏感 50S的大亚单位对红霉素与氯霉素很敏感 细菌核区DNA以外的 可进行自主复制的遗传因子 称为质粒 质粒是裸露的环状双链DNA分子 所含的遗传
8、信息量为2 200个基因 能进行自我复制 有时可以整合到核质体中去 质粒DNA在遗传工程研究中很重要 常用作基因重组与基因转移的载体 细胞质中还有一些胞质颗粒 如多糖 脂类 多磷酸盐等 起暂时贮存营养物质的作用 二 细菌的特殊结构1 荚膜 capsule 许多细菌的最外表还覆盖着一层多糖类物质 边界明显的称为荚膜 如肺炎球菌 边界不明显的称为粘液层 如葡萄球菌 荚膜 荚膜对细菌的生存具有重要意义 细菌不仅可利用荚膜抵御不良环境 保护自身不受白细胞吞噬 而且能有选择地粘附到特定细胞的表面上 表现出对靶细胞的专一攻击能力 例如 伤寒沙门杆菌能专一性地侵犯肠道淋巴组织 细菌荚膜的纤丝还能把细菌分泌的
9、消化酶贮存起来 以备攻击靶细胞之用 另外 细菌在入侵免疫系统时 荚膜可以防止免疫系统识别细菌 从而存活下来 如肺炎球菌的荚膜 2 鞭毛鞭毛是某些细菌的运动器官 由一种称为鞭毛蛋白的弹性蛋白构成 结构上不同于真核生物的鞭毛 细菌可以通过调整鞭毛旋转的方向 顺和逆时针 来改变运动状态 需用电子显微镜观察 或经特殊染色法使鞭毛增粗后方能在光镜下看到 1 鞭毛具有特殊的抗原性通称H抗原 根据细菌能否运动 鞭毛的数量 部位及特异的抗原性 对鉴定细菌有意义 2 鞭毛与致病性有关如霍乱弧菌 空肠弯曲菌等通过活泼的鞭毛运动 可以穿透小肠粘液层 到达细胞表面 产生毒素致病 3 菌毛菌毛是在某些细菌表面存在着一种
10、比鞭毛更细 更短而直硬的丝状物 须用电镜观察 特点是 细 短 直 硬 多 菌毛与细菌运动无关 1 具有抗原性 2 普通菌毛和性菌毛前者与细菌吸附和侵染宿主有关 后者与传递遗传物质有关 4 芽孢有些细菌在生长发育的后期 个体缩小 细胞壁增厚 形成芽孢 芽孢是细菌的休眠体 对不良环境有较强的抵抗能力 小而轻的芽孢还可以随风四处飘散 落在适当环境中 又能萌发成为细菌 细菌快速繁殖和形成芽孢的特性 使它们几乎无处不在 某些细菌处于不利的环境 或耗尽营养时 也能形成芽孢 这是对不良环境的一种适应 由于芽孢在细菌细胞内形成 故又称为内生孢子 芽孢的生命力非常顽强 有些湖底沉积土中的芽孢杆菌经500 100
11、0年后仍有活力 肉毒梭菌的芽孢在pH7 0时能耐受100 煮沸5 9 5小时 细菌的致病性细菌对宿主的侵犯 包括细菌吸附于体表 侵入组织或细胞 生长繁殖 产生毒素 乃至扩散蔓延以及抗拒寄主的一系列防御机能 造成机体损伤 毒素分外毒素和内毒素两类 外毒素如肉毒杆菌的毒素和葡萄球菌的肠毒素 白喉 破伤风毒素以及链球菌的红斑毒素等 内毒素可以引起微循环灌注不足 休克 弥漫性毛细血管内凝血和局部皮肤反应等 细菌对宿主防御机能的抵抗 如链球菌的溶血素 肺炎球菌的荚膜 金黄色葡萄球菌的凝固酶 结核杆菌的抑制和抵抗溶菌酶的作用 有些致病菌还能产生某些物质杀伤吞噬细胞等 这些均能使细菌在机体内存活而致病 细菌
12、具有许多不同的生长方式 根据它们对氧气的反应 大部分细菌可以被分为以下三类 一些只能在氧气存在的情况下生长 称为需氧菌 另一些只能在没有氧气存在的情况下生长 称为厌氧菌 还有一些无论有氧无氧都能生长 称为兼性厌氧菌 某些细菌也能在被人类认为是极端的环境中旺盛生长 一些细菌存在于温泉中 被称为嗜热细菌 还有一些存在于酸性或碱性环境中 被称为嗜酸细菌和嗜碱细菌 另有一些存在于冰川中 被称为嗜冷细菌 细菌的生长 细菌的繁殖 1 二分裂法 是最主要的繁殖方式 一个细菌细胞细胞壁横向分裂 形成两个子代细胞 2 细菌可以通过以下方式获得DNA 然后进行分裂 将重组的基因组传给后代 突变 细胞自身的遗传密码
13、发生随机改变 转化 受菌直接摄取供菌游离DNA片断 将它整合到自己基因组中 获得供菌部分遗传性状 转染 DNA通过噬菌体转移到另一个细菌中 接合 一个细菌的DNA通过两细菌间特殊的蛋白质结构 如接合菌毛 转移到另一个细菌中 细菌的繁殖力非常强大 每20 30分钟 就能够分裂一次 假设一个人的手上此刻有100个细菌 按每30分钟繁殖一代计算 在没有洗手的情况下 4小时后将达到25600个 某些细菌 即使我们用杀菌力超强的香皂洗手 它们能在几小时内 死灰复燃 处于有利环境中时 细菌也可以形成肉眼可见的集合体 例如菌簇 影响细菌的物理因素 消毒与灭菌 1 温度 细菌对低温的耐受性较强 大多数细菌在液
14、态空气 190 或液态氧 252 下可保存多年 高温对细菌有明显的杀伤作用 大多数无芽孢菌在100 煮沸时立即死亡 而有芽孢的细菌对高热有抗力 如炭疽芽孢可耐受煮沸5 15分钟 湿热灭菌比干热效果强 因为湿热灭菌渗透性大 2 干燥 大多数细菌的繁殖体在干燥空气中很快死亡 有些菌如结核杆菌对干燥耐力强 在干痰中保存数月后仍有传染性 干燥不能作为有效的灭菌手段 只能用于保存食物 但细菌在湿度 15 真菌在湿度 5 时 均不利其生长 因此干燥的食物可保持相当一段时间而不坏 3 射线 紫外线的波长260 m时作用最强 主要作用于细菌的DNA 可以杀死细菌 但在照射后3小时再用可见光照射 则部分细菌又能
15、恢复其活力 这种现象称为光复活作用 4 电离射线 电离射线可损伤细胞的DNA 使细菌死亡 射线穿透力强 在几秒钟内就能灭菌 射线穿透力比 射线都强 但对细菌作用弱 消毒需要的时间长 射线穿透力弱 有杀菌和抑菌作用 5 有机酸 醇 肥皂等也可使一些细菌不生长或溶解 细菌的人工培养 1 人工培养的意义 1 传染病的诊断与治疗 2 生物制品的制备 3 细菌的鉴定与研究2 培养基是由适合于细菌生存的各种营养物质配制而成的营养基质 按用途可分为基础培养基 营养培养基 鉴别培养基 选择培养基和厌氧培养基等 按物理性状可分为液体 固体和半固体培养基 在液体培养基中加入一定量的凝固剂 多为琼脂 即成为固体或半
16、固体培养基 常用的细菌培养基牛肉膏琼脂牛肉膏0 3克 蛋白胨1 0克 氯化钠0 5克 琼脂1 5克 在烧杯内加水100毫升 放入牛肉膏 蛋白胨和氯化钠 放在火上加热 待烧杯内各组分溶解后 加入琼脂 不断搅拌以免粘底 等琼脂完全溶解后补足失水 用10 盐酸或10 的氢氧化钠调整pH值到7 2 7 6 分装在各个试管里 加棉花塞 用高压蒸汽灭菌30分钟 细菌在液体培养基中的生长现象均匀混浊 沉淀和形成菌膜三种现象 临床应用的澄清透明的注射液若发现上述任何一种现象 均表明已被细菌污染 禁止使用 细菌在半固体培养基中的生长现象无鞭毛的细菌沿穿刺线生长 穿刺线清晰 有鞭毛的细菌则沿穿刺线向周围扩散生长 穿刺线模糊不清 用于检查细菌的动力 细菌在固体培养基中的生长现象一般经37 18 24小时培养 单个细菌就可以生长繁殖成肉眼可见细菌集团 称之为菌落 不同细菌形成的菌落大小 形状 颜色不同 即菌落特征 有利于鉴别细菌种类
