第一章细菌的形态与结构Bacterial morphology and structure第一节细菌的大小与形态观察细菌常用光学显微镜，其大小用测微尺在显微镜下进行测量，以微米(m)为单位球菌（coccus） ex. Staphylococcus杆菌（bacillus）ex. B.anthracis 螺形菌（spiral bacterium）ex.V.choleran细菌按其外形，主要有：球菌(coccus)脑膜炎奈瑟菌Neisseria meningitidis.Copyright 2001 Dennis Kunkel Microscopy双球菌(diplococcus)肺炎链球菌球菌(coccus)葡萄球菌(staphylococcus)球菌(coccus)四联球菌(tetrad)杆菌(Bacillus)链杆菌大肠杆菌(E. coli) http:/www3.niaid.nih.gov/biodefense/Public/Images.htm杆菌炭疽芽胞杆菌(Bacillus anthracis, Todar 2003). 双歧杆菌(bifidobacterium) From MicrobeWiki 螺形菌(spiral bacterium)霍乱弧菌(V.cholera)弧菌 鼠咬热螺菌(Spirillum minor)螺菌螺杆菌 幽门螺杆菌(Helicobacter pylori) 第二节 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、鞭毛、菌毛、芽胞Theprototypebacterialcell.From:DrAlvinFox一 基本结构 （一）细胞壁(cell wall) 是位于细菌细胞最外层，包绕在细胞膜周围。
平均厚度为1230nm，组成较复杂，并随不同菌种而异革兰阳性菌革兰阴性菌革兰染色两类细菌细胞壁的共同组分为肽聚糖，但各有其特殊组分革兰染色法（Gram Stain）： 涂片 风干 固定 结晶紫 碘液 95%乙醇 复红1min1min脱色S.aureus 肽聚糖(peptidoglycan): 聚糖骨架、四肽侧链、五肽交联桥.转肽酶催化四肽侧链与五肽交联桥之间的肽键形成,青霉素抑制转肽酶, 从而抑制细胞壁的形成溶菌酶作用点(-1,4 glycosidic bond)N-乙酰葡糖胺N-乙酰胞壁酸E.coli 肽聚糖(peptidoglycan): 聚糖骨架、四肽侧链二氨基庚二酸G-肽聚糖, 缺乏五肽交联桥，而且交联率低，故多数侧链呈游离状这种肽聚糖在革兰阴性菌中只有12层，只作为其细胞壁的组成成分之一G+肽聚糖，构成了立体结构，坚固而致密这种三维立体结构的肽聚糖在革兰阳性菌中高达50层，为其细胞壁主要成分Fig. from Larry Mckane/Judy Kandel 革兰阳性菌细胞壁特殊组分磷壁酸(teichoic acid)壁磷壁酸膜磷壁酸 磷壁酸为革兰阳性菌细胞壁特有成分，是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。
按结合部位不同分为壁磷壁酸和膜磷壁酸两种 与粘附有关， 组成表面抗原革兰阴性菌细胞壁特殊组分外膜(outer membrane)：脂蛋白，脂质双层，脂多糖外膜 脂蛋白连接肽聚糖与脂质双层脂质双层结构类似细胞膜，可进行物质交换，有选择性通透作用脂多糖（LPS）即革兰阴性菌内毒素(endotoxin)脂多糖(lipopolysaccharide, LPS) 脂多糖（由内向外）脂质A一种糖磷脂，是内毒素的毒性成分，无种属特异性, 不同G-感染时，LPS的毒性作用大致相同脂多糖由三部分组成：核心多糖特异多糖即革兰阴性菌的菌体抗原（O抗原），此糖如果缺失，细菌菌落将发生SR变异某些细菌(奈瑟菌)特异多糖为寡糖, 其LPS 称LOS(lipooligosaccharide)壁磷壁酸膜磷壁酸革兰阴性菌细胞壁革兰阳性菌细胞壁革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较细细胞壁 革兰兰阳性菌革兰兰阴性菌强度较坚韧较坚韧较较疏松厚度厚, 20-80nm薄, 10-15nm肽肽聚糖层层数多, 达50层层少, 1-2层层糖类类含量多, 45%少, 15-20%脂类类含量磷壁酸少, 1-4% +多, 11-22% 脂蛋白+脂质质双层层+脂多糖+细胞壁的功能: 维持细菌固有外形. 保护细菌抵抗低渗环境. 参与物质交换. 决定菌体的抗原性. 细菌细胞壁缺陷型或L型(bacterial L form)：细胞壁受损的细菌, 在高渗环境下，仍可存活，称细菌L型。
在一般环境中，因菌体内的高渗透压而会涨破死亡在高渗环境下，仍可存活革兰阳性菌细胞壁缺失后，原生质仅被一层细胞膜包住: 原生质体(protoplast)革兰阴性菌肽聚糖层受损后尚有外膜保护: 原生质球(spheroplast)某些L型仍有一定的致病力，通常引起慢性感染, 如尿路感染去除诱发因素后， 有的L型可回复为原菌细菌细胞壁缺陷型（细菌L型） 细菌L型呈高度多形性，大小不一着色不匀，无论其原为革兰阳性或阴性菌，形成L型大多染成革兰阴性1) 细菌L型的形态和染色性葡萄球菌L型(A)及恢复后(B)细菌L型生长缓慢，营养要求高，对渗透压敏感，普通营养基上不能生长，培养时必须用高渗的含血清的培养基2）细菌L型的培养特性和菌落形态 油煎蛋样菌落 典型的L型菌落细菌细胞膜的结构与真核细胞者基本相同，由磷脂和多种蛋白质组成，但不含胆固醇细菌细胞膜的功能与真核细胞者类似，主要有物质转运、呼吸和分泌、生物合成、细菌分裂等作用细菌细胞膜可形成一种特有的结构，称为中介体二）细胞膜 (cell membrane) 中介体：是部分细胞膜内陷、折叠、卷曲形成的囊状物，多见于革兰阳性菌其功能类似于真核细胞的线粒体，故亦称为拟线粒体，并参与细菌分裂。
中介体(mesosome)中介体核糖体(ribosome)：细菌合成蛋白质的场所，游离存在于细胞质中，70S（50S+30S），分别是红霉素，链霉素的靶点真核：80S（60S+40S）细胞质 (cytoplasm)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，控制细菌某些特定的遗传特性，如：耐药性胞质颗粒: or 异染颗粒(metachromatic granule)：细菌细胞质中含有多种颗粒，大多为贮藏的营养物质其中有一种主要成分是RNA和多偏磷酸盐的颗粒，其嗜碱性强，用亚甲蓝染色时着色较深呈紫色，称为异染颗粒常见于白喉棒状杆菌，位于菌体两端，故又称极体(polar body)，有助于鉴定From: 核质 (nuclear material)核质由单一密闭环状DNA分子反复回旋、卷曲、盘绕组成松散网状结构细菌是原核细胞，不具有成形的核细菌的遗传物质称为核质或拟核，无核膜、核仁和有丝分裂器功能与真核细胞的染色体相似决定细菌各种遗传性状二. 细菌的特殊结构（一）荚膜 (capsule) 荚膜：某些细菌在其细胞壁外包绕一层粘液性物质，其成分为多糖或蛋白质的多聚体，用理化方法去除后并不影响细胞的生命活动。
当其厚度=0.2m，边界明显，光镜下可见时，称为荚膜厚度 0.2m者称为微荚膜肺炎链球菌荚膜荚膜n成分是多糖或蛋白质(多肽)n具有抗原性，可将细菌定型n荚膜的形成与环境条件有密切关系一般在动物体内或含营养丰富的培养基中易形成荚膜，在普通培养基上或连续传代则易消失n荚膜对一般碱性染料亲和力低，不易着色 普通染色菌体周围未着色的透明圈 特殊染色染上与菌体不同的颜色1. 荚膜的化学组成n抗吞噬作用(多糖亲水,带负电, 如:肺炎链球菌荚膜)n粘附作用(变异链球菌 S.mutans)n抗有害物质的损伤作用 微荚膜与荚膜具有相同的功能2. 荚膜的功能与细菌的致病性有关（二）鞭毛 (flagellum)许多细菌在菌体上附有细长并呈波状弯曲的丝状物，称为鞭毛，是细菌的运动器官 鞭毛需用电子显微镜观察，或经特殊染色法使鞭毛增粗后才能在光镜下看到Arrangement of flagella单毛菌(Vibrio cholerae)双毛菌 (Campylobacter jejuni) From:http:/idsc.nih.go.jp丛毛菌(Pseudomonas aeruginosa)周毛菌(Salmonella)n鞭毛是运动器官。
有鞭毛的细菌能主动运动，有化学趋向性，可通过动力试验进行细菌鉴定n有的细菌，其鞭毛与致病性有关(霍乱弧菌穿过黏液层, 到达肠黏膜上皮细胞)n鞭毛有抗原性鞭毛的成分为鞭毛蛋白，与肌动蛋白相似, 称为鞭毛抗原（H抗原），可作为细菌分类、分型的依据 鞭毛的功能(三)菌毛 (pilus/fimbria)n菌毛：许多G-菌和少数G+菌菌体表面存在着一种z直立的、比鞭毛更细、更短的丝状物n菌毛蛋白具有抗原性n根据功能不同，菌毛可分为普通菌毛和性菌毛两类n菌毛在普通光学显微镜下看不到，必须用电子显微镜观察n普通菌毛遍布菌细胞表面，每菌可达数百根n这类菌毛是细菌的粘附结构，能与宿主细胞表面的特异性受体结合，是细菌感染的第一步n菌毛的受体常为糖蛋白或糖脂，与菌毛结合的特异性决定的宿主的易感部位1. 普通菌毛(ordinary pilus)Composite cartoon showing the major structures found in bacteria www.slic2.wsu.edun仅见于少数革兰阴性菌n数量少，1-4根n比普通菌毛长而粗，中空呈管状n性菌毛由F质粒编码，故又称F菌毛n带有性菌毛的F+菌与无性菌毛的F-菌相遇时，性菌毛与其相应受体结合，F+菌内的质粒或DNA可通过性菌毛 进入F-菌体内，此过程接合(conjugation)。
细菌的毒力和耐药性可通过此方式传递2. 性菌毛(sex pilus)http:/www.ncl.ac.uk/(四)芽胞sporen某些细菌在一定的环境条件下，胞质脱水浓缩，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n产生芽胞的都是革兰阳性菌n芽孢折光性强、壁厚、不易着色，经特殊染色光镜下可见炭疽芽胞杆菌(Bacillus anthracis, Todar 2003). 1. 芽胞的形成与发芽n细菌形成芽胞的能力是遗传因素的控制和环境因素的影响当营养物质缺乏时易形成芽孢，即为细菌维持生命的特殊形式；n芽孢由多层膜结构组成，带有完整的核质、酶系统和合成菌体组分的结构，能保存细菌的全部生命活动的必须物质n芽孢形成后，细菌即失去繁殖能力n环境适宜时，芽孢则以发芽的形式发育成细菌的繁殖体(vegetative form)n一个细菌只形成一个芽胞，一个芽胞发芽也只生成一个菌体，细菌数量并未增加，因而芽胞不是细菌的繁殖方式与芽胞相比，未形成芽胞而具有繁殖能力的菌体可称为繁殖体.芽胞的结构芽胞抵抗力强的原因： (1)芽胞含水量少，蛋白质受热后不易变性 (2)芽胞具有多层致密的厚膜，理化因素不易透入。
(3)含有的吡啶二羧酸(DPA)与钙结合生成的盐能提高芽胞中各种酶的稳定性芽胞的大小、形状、位置等随菌种而异，有重要的鉴别意义破伤风梭菌C.tetani芽孢的功能肉毒梭菌 C.botulinumhttp:/炭疽芽胞杆菌(Bacillus anthracis, Todar 2003). n鉴定意义n芽胞的抵抗力强，可在自然界中存在多年，是重要的传染源但芽胞并不直接引起疾病，只有发芽成为繁殖体后，才能迅速大量繁殖而致病n芽胞抵抗力强，故应以杀灭芽胞作为可靠的灭菌指标高压蒸汽灭菌法是杀灭芽孢最有效的方法芽胞的功能。