第一章--细菌的形态与结构

第一篇,细菌学总论,第一章细菌的形态与结构,第一节 细菌的形态,一、细菌的大小测定单位 微米（micrometer, m）测定标准以生长在适宜温度和培养基中的幼龄培养物（1824h）为标准。,测定方法显微测微尺法球菌测其直径杆菌测其长和宽螺旋菌测其两端的直线距离细菌大小的范围最大的 80m最小的 0.2m常见病原菌 多在210微米之间,接目测微尺为圆形玻片，中央刻有5mm长、等分为50格的标尺，每格的长度随使用目镜和物镜的放大倍数及镜筒长度而定。使用前用物镜测微尺标定，用时放在目镜内。,接物测微尺是长条玻片，中央圆形区域，刻有1mm长的标尺，等分为100格，每格10m，用以标定接目测微尺在不同放大倍数下每格的实际长度。,接目测微尺的标定将接目测微尺装入目镜镜头内，刻度朝下；把接物测微尺放在载物台上，刻度朝上。用低倍镜找到接物测微尺的刻度，移动接物测微尺和接目测微尺使两者的第一条刻度线重合，顺着刻度找出第二条完全重合的刻度线。计算两刻度间接目测微尺和接物测微尺的格数。由于接物测微尺的刻度每格长10m，得,菌体大小的测定取下接物测微尺，将细菌染色标本置于载物台上，然后在油镜下用目镜测微尺测量菌体的长和宽。,二、细菌的基本形态与排列基本形态球状 球菌杆状 杆菌螺旋状 螺旋菌,细菌的排列细菌分裂后有的单独存在，有的彼此相连形成一定的排列方式。通常，各种细菌的外形和排列方式是相对稳定而有明显特征的，可作为细菌分类与鉴定的一种依据。,（一）球菌（coccus）1、双球菌（Diplococcus）2、链球菌 （Streptococcus）3、葡萄球菌（Staphylococcus）4、四联球菌（Tetracoccus）5、八叠球菌（Sarcina）,双 球 菌,链 球 菌,葡萄球菌,葡 萄 球 菌（电镜下）,四联球菌,八 叠 球 菌,（二）杆菌（Bacillus）按外形分为球杆菌（coccobacillus）分支杆菌（mycobacterium）棒状杆菌（corynebacterium）丝状菌（Filamentous bacterium）双杆菌链杆菌,按大小分成大杆菌 310m 如炭疽杆菌中等杆菌 23m 如大肠杆菌小杆菌 0.61.5m 如布氏杆菌,球 杆 菌,球杆菌（电镜下）,分 支 杆 菌,分支杆菌（电镜下）,棒 状 杆 菌,棒状杆菌（电镜下）,丝 状 菌,两级着色杆菌,链 杆 菌,杆 菌,（三）螺旋菌（Spirillum）基本特点是菌体有弯曲或呈螺旋状弧菌（vibrio） 螺菌（spiriium）,弧 菌,弧 菌,螺 旋 菌,三、细菌的群体形态一个菌体在固体培养基表面或内部生长繁殖，其后代堆积在一起，形成一个肉眼可见的，有一定形态的集落，称为菌落（colony）。菌落联成片称为菌苔（lawn）。菌落可用于细菌的分离、纯化、计数、及鉴定等。,菌 落,菌 落,第二节 细菌的结构,区分细菌结构的方法：其一表面结构内部结构外部附件其二基本结构特殊结构,一、细菌的基本结构指所有细菌都有的结构。,细胞壁细胞膜细胞质核体等,包括：,（一）细胞壁（cell wall）性质：是包在菌体最外边的一层无色透明、坚韧而有弹性的膜。平均厚度1530nm。折光性弱，对一般染料的亲和力低，不宜着色，在光镜下看不到,观察细胞壁有三种方法 特殊染色处理 在高渗溶液中造成质壁分离 电镜观察,1、细胞壁的结构 革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌细胞壁的结构和成分有明显不同。从而导致了这两类细菌在染色性、抗原性、毒性以及对某药物的敏感性等方面都有很大的差异。, 革兰氏阳性菌的细胞壁结构特点较厚，约1580nm无分化结构，只有一层主要成分是肽聚糖 也含少量磷壁酸、多糖及蛋白质等,革兰氏阳性菌的细胞壁,肽聚糖（peptidogiycan）：又称粘肽（mucopeptide）,是原核生物细胞所特有的物质。革兰氏阳性菌的肽聚糖构成：聚糖链支架四肽侧链五肽交联桥,聚糖链支架,四肽侧链,五肽交联桥,革兰氏阳性菌细胞壁的肽聚糖组成,聚糖链支架,N乙酰胞壁酸（M）,N乙酰葡糖胺（G）,1,4糖苷键,四肽侧连由四个氨基酸组成，均联接于胞壁酸分子上。,胞壁酸,L丙氨酸（L-Ala）D谷氨酸（D-Glu）L赖氨酸（L-Lys）D丙氨酸（D-Ala）,五肽桥 由5个甘氨酸（Gly）组成，交联于相邻两条聚糖链支架的四肽侧连上，由前一条第3位和后一条第4位氨基酸相连，构成了十分坚韧的三维立体结构。,甘氨酸,甘氨酸,甘氨酸,甘氨酸,甘氨酸,五肽桥,五肽桥结构,五肽桥与四肽侧链连接方式,溶菌酶 水解聚糖链支架中的1，4糖苷键，而呈 现杀菌作用。青霉素 打断五肽桥和四肽侧连之间的连接，而呈现 杀菌作用。,溶菌酶的作用点,青霉素的作用点, 革兰氏阴性菌的细胞壁较薄，约1015nm，结构和成分较复杂构成：外膜周质间隙,革兰氏阴性菌的细胞壁, 外膜由脂多糖、磷脂、蛋白质、和脂蛋白等复合构成。,脂多糖（LPS） 为革兰氏阴性菌特有成分，是此类菌的内毒素。位于外膜的最外层，厚约810nm。构成：类脂A核心多糖侧链多糖,类脂A（lipid A）位于脂多糖的最内层，与脂质双层相连，是一种结合有多种长链脂肪酸的氨基葡萄糖聚二糖链，是内毒素的主要毒性成分，能致动物体发热，白细胞增多，直至休克死亡。,核心多糖位于类脂A的外层，由葡萄糖、半乳糖组成，与类脂A共价相连。核心多糖具有属特异性。,侧链多糖在LPS的最外侧，即为菌体（O）抗原，是由35个低聚糖单位重复构成的多糖链，其中单糖的种类、位置、排列和构型均不同，其具有种、型特异性。,外膜蛋白（outer membrance protein, OMP）是外膜层中镶嵌的多种蛋白质的统称。按含量和重要性可将OMP分为主要和次要两类。主要外膜蛋白包括微孔蛋白和脂蛋白等，前者起分子筛作用并与某些菌的粘附作用有关，脂蛋白起连接肽聚糖和外膜层的作用。, 周质间隙为革兰氏阴性菌的肽聚糖层，约占细胞壁的10%20%。很薄，仅23nm，肽聚糖分子仅有12层。,革兰氏阴性菌肽聚糖的结构与阳性菌的肽聚糖不同，它是由四肽侧链直接交联，没有五肽交联桥，四肽侧连中的第三个氨基酸是二氨基庚二酸（DAP）,由DAP与相邻聚糖链支架上的四肽侧连的第四位氨基酸（D丙）直接连接，形成二维结构，故较为疏松。,G代表乙酰葡萄糖胺 M代表乙酰胞壁酸革兰氏阴性菌肽聚糖的组成及交联方式示意图,2、细胞壁的功能维持菌体的外形保护细菌耐受低渗环境阻挡有害物质进入菌体维持菌体内外离子平衡参与细菌的正常分裂与细菌的致病性、抗原性、对噬菌体和药物的敏感性及染色特性有关。,（二）细胞膜（cell membrane）是一层有弹性的半透膜，其结构类似于一般的生物膜，其中含有多种酶类和载体蛋白。细菌对营养物质的摄取及废物的排泄均要通过细胞膜。此外，细胞膜还参与细菌的呼吸过程及菌体某些结构和成分的合成过程。,细胞膜结构,间体（mesosome）是细胞膜凹入细胞质内形成的一种囊状、管状或层状的结构。其功能与真核细胞的线粒体相似，与呼吸有关，并有促进细胞分裂的作用。,间 体,（三）核体与质粒1、核体 （nuclear body ）细菌无真正的细胞核，其遗传物质称核体或拟核，多集中在细胞的中心或边缘，呈球状、卵状、哑铃状、带状、网状等形态。核体是一个环状的双股大型DNA分子，含有细菌生命活动所必须的基因，其作用是控制细菌的各种遗传性状。,2、质粒（plasmied）是细菌核体以外的遗传物质，为游离的小型双股DNA分子，多为环状，也有线状的。质粒带有细菌非生命活动所必须的基因，控制着细菌某些特定的性状，如性菌毛、耐药性和细菌素等的产生。,质粒能独立复制，能随细菌分裂传给子代，能从一个菌体转移到另一个菌体内。有的质粒能与核体整合或脱离，这类质粒又称为附加体（episom）。质粒具有与外来DNA重组的功能,所以在基因工程中被广泛应用作载体。,（四）细胞质（cytoplasm）为无色透明的胶体状物质，幼龄菌的胞质粘稠、致密而均匀，老龄菌的胞质有许多空泡。化学组成随菌种、菌龄以及环境条件而异，但基本成分是水分、蛋白质、核酸、脂类、糖类及少量无机盐。胞质内含有多种酶系统，细菌的合成代谢与分解代谢都在胞质中进行。细胞质中还含有核糖体和多种胞质颗粒。,核糖体（ribosome） 又称核蛋白体，是游离存在于胞质中的小颗粒状结构，每个菌体内可达数万个，主要集中在核质周围和细胞膜上，是细菌合成蛋白质的场所。,胞质颗粒（cytoplasmic granule） 也称内含物(inclusion)。在细胞质中含有多种颗粒，如异染颗粒、脂肪滴、糖原和淀粉颗粒、空泡、液泡、气泡、硫磺颗粒、碳酸钙、草酸盐、伴孢晶体及色素等。这些颗粒有的是细菌贮存的营养物，有的是代谢产物，总称胞质颗粒。胞质颗粒中的异染颗粒及色素颗粒对鉴别细菌有一定的意义。,二、细菌的特殊结构 指某些细菌特有的结构 包括： 荚膜 S层 鞭毛 菌毛 芽孢,（一）荚膜（capsule） 某些细菌分泌的包在菌体外的粘液性物质。荚 膜 厚度0.2m、轮廓分明，光镜下清 晰可见。微荚膜 厚度0.2m，光镜看不到，但可用 免疫学方法测出或在电镜下看到。粘液层 疏松粘附在菌体表面，轮廓不清晰， 易被洗脱者。菌胶团 粘液性物质包住多个菌体时。,荚膜的性质荚膜的折光性弱，对碱性染料亲和力低，一般不宜着色，用普通方法染色后的细菌，在镜下只能看到菌体周围有一圈未着色的透明带，用荚膜染色法染色可以清楚地看到荚膜的存在。,炭疽杆菌荚膜,肺炎球菌荚膜,荚膜的化学组成与抗原性荚膜的化学组成随菌种而异，有的为多糖，有的为多肽，有的二者兼有。荚膜、微荚膜成分具有抗原性，并具有种和型特异性，可用于细菌的分型和鉴定。,与荚膜产生有关的因素菌种的特征环境条件,荚膜的作用荚膜对细菌有保护作用。可使细菌抵抗动物体内吞噬细胞对其的吞噬作用和抗体及其他杀菌物质对其的杀灭作用，以增强病原菌的毒力，故荚膜与细菌的毒力有关。,（二）S层（Slayer） S层是某些细菌的一种特殊的表层结构，它完整地包裹菌体，由单一的蛋白质亚单位组成，规则排列，呈类晶格结构。S层是一种最简单的生物膜，其功能除作为分子筛和离子通道外，还具有类似荚膜的保护屏障作用，能抗噬菌体及蛋白酶。此外，S层也是一种粘附素，可介导细菌对宿主细胞的粘附。,（三）鞭毛（flagellum）很多细菌在菌体上附着有数目不等的丝状物，少者12根，多者达数百根，此种丝状物称鞭毛。其长度一般为25m，最长达50m，直径一般为520nm，光镜下看不到，须用电镜观察或经特殊染色人为加粗后才能看到。,鞭毛的成分及作用鞭毛的成分是蛋白质，由鞭毛蛋白的亚单位组成，鞭毛蛋白与动物的肌动蛋白相似，具有收缩性，其有规律的收缩可引起细菌的运动。因此，鞭毛是细菌的运动器官，有鞭毛的细菌能运动，无鞭毛的细菌不能运动，此点能作为鉴定细菌的一个依据。,鞭毛蛋白的抗原性鞭毛蛋白具有抗原性，称为鞭毛抗原或H抗原，可用血清学方法检测，不同细菌的H抗原具有型特异性，常作为血清学鉴定的依据之一。,鞭毛的存在形式鞭毛在菌体细胞上位置、数目、排列方式因细菌种而异。 如：单毛菌双毛菌丛毛菌周毛菌,鞭毛与细菌致病性的关系鞭毛与细菌的致病性也有关系。霍乱弧菌等通过鞭毛运动可穿过小肠粘膜表面的粘液层，粘附于肠粘膜上皮细胞，进而产生毒素而致病。,细菌的鞭毛,细菌的鞭毛,细 菌 的 鞭 毛,（四）菌毛（pilus或fimbria）也称纤毛或伞毛。大多数G-菌和少数G+菌的菌体上长有一种比鞭毛更细、更短的丝状物，称菌毛。菌毛只有在电镜下才能看到。菌毛是一种中空的蛋白质管，由菌毛素亚单位组成。菌毛蛋白具有良好的抗原性，且具有型的特异性。,菌毛分类普通菌毛 较纤细和较短，数量较多，每个细菌可有数百根，周身排列，它可使细菌粘附在动植物细胞上，粘附在红细胞上可引起红细胞凝集性菌毛较粗、长，每个细菌只有14根，它能传递遗传物质（质粒）。性菌毛由质粒携带的致育因子（F因子）编码产生，故又称F菌毛。,菌 毛,菌 毛,（五）芽孢（spore）有些细菌在一定的环境条件下，可在菌体内部形成一个圆形或卵圆形的小体，称为芽孢。未形成芽孢的菌体称为繁殖体，带有芽孢的菌体称芽孢体（囊）。,芽孢的性质芽孢壁厚，折光性强，在镜下呈空洞状。用普通染色法染色，芽孢不易着色，只有用特殊的芽孢染色法染色才能使芽孢着色，而且一经着色即不易脱色。,芽 孢 位 置 示 意 图,细 菌 的 芽 孢,细 菌 的 芽 孢,细 菌 的 芽 孢,与芽孢形成有关的因素菌种的特征一定的环境条件,芽孢在鉴定细菌中的作用芽孢大小、形状及在菌体的位置随菌种而异，可作为鉴别细菌的一个依据。例如：魏氏梭菌 中央芽孢，芽孢直径大于菌体横径，使菌体呈梭形破伤风梭菌顶端芽孢，芽孢直径超过菌体的横径，使菌体呈鼓槌状,芽孢的抵抗力芽孢对热、干燥、辐射、化学消毒剂