细菌学总论

二、细菌的染色
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）。
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。
免疫功能下降
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。
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500-1000年后仍有活力， 肉毒梭菌的芽孢在pH 7.0时能耐受100℃煮 沸5-9.5小时。
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
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。
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260μm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，则部分细菌又能恢 复其活力，这种现象称为光复活作用。
（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。
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
炭疽芽胞杆菌 3-10 μ m
大肠埃希.5 μ m
球 菌
链球菌
四联球菌
八叠球菌
螺
形
菌
螺杆菌
弧菌
螺菌
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。
2．培养基
三、细菌的形态结构：
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….
（一）基本结构 1﹑细胞壁(cell wall) 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。
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。
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。
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。
细菌的生长
细菌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。
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。
革兰氏阳性菌
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。
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。
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。
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。
细菌细胞壁的功能包括： ① 保持细胞外形，提高机械强度； ② 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； ③ 防止大分子入侵； ⑤ 协助细胞运动、生长、分裂等； ⑥ 赋予细菌特定的抗原性以及对抗生素和噬 菌体的敏感性。
2.细胞膜(cell membrane)
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。