细菌形态特征与结构

丹麦医生Christian Gram 1884年建立的一 种复合染色法，是分类鉴定菌种的一个重要 指标
革兰阳性菌
(Gram positive bacteria)
涂片
结晶紫 碘液 染色 媒染
酒精 脱色
革兰阴性菌
(Gram negative bacteria)
番红 复染
革兰氏染色步骤示意图
革兰氏染色原理：
细胞分裂是沿两个 相垂直的平面进 行，分裂后每四个 细胞特征性地连在 一起，呈田字形.
四联球菌(tetrad)
八叠球菌：
细胞按三个互相 垂直的平面进行 分裂后，每八个 球菌特征性地连 在一起成立方体 形.
八叠球菌(sarcina)
葡萄球菌：
细胞无定向分裂， 多个新个体形成一 个不规则的群体， 犹如一串葡萄。
由于LPS结构的变化，决定了革兰氏阴性细胞 表面抗原决定簇的多样性；
是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体
G + 菌与G－ 菌细胞壁结构比较
细胞壁 强度 厚度
肽聚糖层数 肽聚糖含量
磷壁酸 外膜
脂蛋白 脂多糖
革兰阳性菌 较坚韧
20-80nm 可多达50层 50%-80%
+ — — —
革兰阴性菌 较疏松
大肠大杆肠菌杆菌 银合欢根瘤菌 苏云金芽孢杆菌
大肠杆菌
E. coli, strain 0157:H7
Bacillus anthracis
两端齐平
两端尖细
炭疽芽胞杆菌
白喉棒状杆菌
分枝杆菌
双歧杆菌
Baidu Nhomakorabea
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螺 旋 菌（Spirlla）
螺旋菌在细菌中种类较少，通常是病原菌
细胞呈弯曲杆状的细菌统称为螺旋菌。
弧菌（vibrio)：菌体只有一个弯曲，螺旋不满一 环，呈香蕉状，偏端单生鞭毛或丛生鞭毛； 螺旋菌(spirillum)：菌体回转如螺旋状，螺旋满2～ 6环。两端都有鞭毛。 螺旋体(spirochaeta)：旋转周数在6环以上，菌体柔 软。
葡萄球菌 (streptococcus)
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金黄色葡萄球菌
杆菌(Bacillus) ：
短杆、球杆、棒杆、梭状、梭杆状、分枝状、螺杆 状、竹节状（两端平截）、弯月状 杆菌的大小以宽度×长度表示，一般为0.2～ 1.25×0.5～5.0微米。 杆菌是细菌中种类最多的，
杆菌：
细胞呈杆状或圆柱状
流产布鲁氏菌
Gˉ菌：肽聚糖层薄，交联松散，乙醇脱色不 能使其结构收缩，其脂含量高,乙醇将脂溶解， 缝隙加大，结晶紫-碘复合物溶出细胞壁，沙黄 复染后呈红色。
染色结果
乙醇处理不褪色，保持初染时深紫色的菌体，称为革兰氏染色 阳性菌（G+菌）；
乙醇处理迅速脱去原色，而能染上沙黄颜色的菌体称为革兰氏 染色阴性菌（G-菌）。
螺旋菌细胞弯曲呈螺旋形：
迂回螺菌
红弧菌
幽门螺杆菌
霍乱弧菌
Vibrio cholerae
钩端螺旋体
螺旋菌
(spirillum)
螺旋体
(spirochaeta)
影响细菌形态的 因素
培养时间 培养温度 培养基成分 浓度 pH值
2.细菌的异常形态
¾ 衰颓形：因培养时间过长，细胞衰老，营养缺乏或 自身代谢产物积累过多等原因而造成的形态异常。 这种细胞繁殖能力丧失形成液泡着色能力弱有的菌 体尚存，实已死亡。
红色
细胞壁对酒精的通透性
主要为外膜
细胞壁的化学组成不同
内毒素
内毒素为阴性菌细胞壁成分
无效
作用部位为肽聚糖 五肽交联桥
强
作用部位为肽聚糖 聚糖骨架
缺壁细菌
自发缺壁突变：L型细菌
缺壁 细菌
实验室中形成
人工方法去壁
彻底除尽：原生质体 部分去除：球状体
自然界长期进化中形成：支原体
自然界中稳定型无壁细胞、是能独立生活的最小的微生物。
(二) 细菌的基本形态 (Shape of Bacteria)
• 球菌 coccus
• 杆菌 bacillus
• 螺旋菌 spirallia
特殊形态
菌体的特殊形态
亮发菌的形态
示丝状特殊形态
球菌（Coccus) ：
细胞呈球状或椭圆形。根据细胞分裂后新细胞所保持 的空间排列方式，分为以下几种情形：
单 球 菌：如尿素微球菌 （Micrococcus ureae） 双 球 菌：如肺炎双球菌（Diplococcus
10-15nm 1-2层
5%-20% — + + +
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肽聚糖
磷壁酸
外膜
脂多糖
肽聚糖
蛋白质 脂质
立体模型
革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁构造的比较
G+ 菌与G- 菌的差别及与细胞壁的关系
项目
革兰阳性菌
染色性
紫色
抗原性 主要为磷壁酸
产毒性 外毒素
对青霉素的作用 有效
抗溶菌酶的作用 弱
革兰阴性菌
与细胞壁的关系
Chapter 2 微生物的形态结构 Morphology and Function of Microbes
§1 原核微生物 （掌握） Prokaryotic Microorganisms
§2 真核微生物 （掌握） eukaryotic Microorganisms
§3 非细胞生物 （掌握） Acellular microbes
特殊情况
巨型细菌： E.pulopiscium fishelsoni：200~500 um Thiomargarita namibiensis：0.32~1.00mm
微型细菌： Nanobacteria：50nm （纳米细菌）
染色法观察到活性污泥中的各种菌落, 每一种颜色代表一种细菌
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细菌的各种形态
结核杆菌的正常形态
结核杆菌的异常形态
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畸形：由于化学或物理因素的刺激，阻碍了细 胞的发育而引起的异常。如巴氏醋杆菌常为杆 状，因温度改变，成为纺锤状、丝状或链状。
二、 细菌细胞的结构
(Cell structures of bacteria)
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、芽孢
第一步：结晶紫使菌体着上紫色 第二步：碘和结晶紫形成大分子复合物，分子
大，能被细胞壁阻留在细胞内。 第三步：酒精脱色，细胞壁成分和构造不同，
出现不同的反应。
革兰氏染色原理：
G﹢菌：细胞壁厚，肽聚糖网状分子形成一种 透性障，当乙醇脱色时，肽聚糖脱水而孔障缩 小，故保留结晶紫-碘复合物在细胞膜上。呈紫 色。
缺壁细菌的形成机理
青霉素：作用于肽聚糖中的肽桥 溶菌酶：作用于 聚糖链的β-1,4糖苷键 自发缺壁突变 进化（支原体）
溶菌酶对细胞壁的作用
切断NAM和NAG之间的 β—1，4糖苷键，引起 细菌裂解。
青霉素对细菌细胞壁的作用
与转肽酶结合， 而使该酶失活， 抑制了侧链末端 的丙氨酸与五肽 桥的连接，破坏 了细菌细胞壁的 完整性（即抑制 肽聚糖的合成）
* 古生菌 Archaea
§1 Prokaryotes
一、 细菌（bacteria）
Definition ----Bacteria are prokaryotic cells whose single chromosome is not contained within a nuclear membrane. They lack many of the organelles and internal structures found in eukaryotic cells. 一类细胞细而短、结构简单、细胞壁坚韧、以二 等分裂方式繁殖和水生性较强的原核微生物
细胞壁
定义：是位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为 坚韧而略具弹性的结构。约占干重的10－25%
生理功能： 维持细胞外形 保护细胞免受外力的损伤 阻拦大分子物质进入细胞，具有一定的屏障作用 为鞭毛运动提供支点 与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性密切相关
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细胞壁与革兰氏染色法
基本结构:
各种细菌都具有的结构。由细胞壁、 细胞膜、胞浆及不典型的胞核(拟核)等组成。
细胞浆
•
中间体 拟 核 细胞膜 细胞壁
Structure of Bacteria
1.细胞壁（cell wall）
细胞壁 的功能 细胞壁与革兰氏染色 细胞壁的结构 细胞壁 的化学组成 无壁细胞与原生质体
(一) 细菌的大小(Size of Bacteria)
细菌大小量度单位：微米（um，10-6m） 亚细胞构造的量度单位：纳米（nm，10-9m） 细胞大小的形象比较
E.coli：0.5×2um 芝麻：3mm 常见细菌的大小 球菌：直径 0.5～2um 杆菌：宽×长 0.5～1×1～5um 螺形菌:宽×长 0.5～1 ×1～50um
（teichoi-acid），即胞壁质（murein） 还结合有其它多糖。 有些菌含蛋白质
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肽聚糖(Peptidoglycan)
(LTA)
肽聚糖是由N-乙酰氨基葡萄糖(NAG)和N-乙酰胞壁酸(NAM)
以及带有交替排列的D-型或L-型氨基酸短肽链（主要是四
肽）组成的亚单位聚合而成的大分子聚合物。
pneumoniae） 四联球菌：如四联微球菌（Micrococcus
tetragenus） 链 球 菌：如乳链球菌(Streptococcus lactis) 八叠球菌：如尿素八叠球菌（Sarcina ureae） 葡萄球菌：如金黄色葡萄球菌(Staphylococcus
单球菌
细胞分裂沿一个平面进行，新个体分散而单独 存在.
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双球菌
细胞沿一个平面分 裂，新个体成对排 列.
肺肺炎炎双双球球菌菌
链球菌(streptococcus)
细胞沿一个平面进行 分裂，新个体不但可 保持成对的样子，并
可连成链状.
链球菌(streptococcus)
Streptococcus pyogenes
酿脓链球菌 金属镀膜，×12 000
四联球菌：
革兰氏阴性菌细胞壁
细胞壁较薄，约10nm 肽聚糖含量较低--（占细胞壁干重的5～20%） 不含磷壁酸 在肽聚糖外侧覆盖有厚的外壁层 外壁层由脂多糖（外）、磷脂（中）、脂蛋白
（内）三层构成
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革兰氏阴性菌细胞壁示意图
脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）
位于G-细胞壁最外层的一层较厚（8~10nm） 的类脂多糖类物质。
细胞壁化学组成
革兰氏阳性菌 肽聚糖 磷壁酸
革兰氏阴性菌 脂多糖 磷脂 脂蛋白 肽聚糖
G+细胞壁的化学组成
革兰氏阳性细菌细胞壁具有较厚（20~80nm) 致密的肽聚糖层，多达20层，占细胞壁的成分
60~90%，它同细胞膜的外层紧密相连； 大部分革兰氏阳性细菌细胞壁中含有磷壁酸
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原生质体
革兰氏阳性菌经适当方法(溶菌酶、青霉素)处理 完全去除细胞壁时剩下的部分 所有细胞形态的菌体：其原生质体都为球状 对渗透压、振荡和离心作用较敏感 原生质结构和生物活性并未改变 细胞壁回复长出：合适的再生培养基
革兰阳性菌细胞壁（立体）
革兰氏阳性菌肽聚糖单体示意图
N-乙酰葡糖胺 N-乙酰胞壁酸 β-1.4糖苷键
溶菌酶作用位点
青霉素作用位点 G+ 对其敏感
G+ 细胞壁肽聚糖组成
（缺壁G+：原生质体）
磷壁酸（Teichoic Acids）
是大多数G+菌所特有的成分， 约占细胞壁成分的10%。 根据结合部位的不同分为：
§4 微生物形态结构的观察方法 Methods of Observation （理解）
Chapter 2 Morphology and Function
§1 原核微生物 Prokaryotes
一、 *细菌 Bacteria 二、 *放线菌 actinomycetes
三、 其他原核微生物 蓝细菌 Cyanobacteria 立克次氏体 Rickettsia 支原体 Mycoplasma 衣原体 Clamydia 螺旋体 Spiriochaete
壁磷壁酸：含量多， 通过共价键与肽聚糖分子 结合,并延伸到肽聚糖分子 表面,带有负电荷。 膜磷壁酸：与菌细胞 原生质膜的脂类结合
磷壁酸的功能
因带负电荷，故可与环境中的Mg＋等阳离子 结合，提高这些离子的浓度，以保证细胞膜上 一些合成酶维持高活性的需要。
保证革兰氏阳性致病菌与其宿主间的粘连。 赋于革兰氏阳性细菌以特异的表面抗原。 提供某些噬菌体以特异的吸附受体。 贮藏磷原素
O-特异侧链或称O-多糖或O-抗原 （O-specific side chain） 脂多糖 核心多糖(core polysaccharide)
类脂A （内毒素的毒性位点）
脂多糖功能
是革兰氏阴性细菌致病物质－内毒素的物质基 础
与磷壁酸相似，也有吸附Mg+、Ca2+等阳离 子以提高这些离子在细胞表面的浓度的用；