第九章 细菌生物学性状

1,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。细菌按其外形，主要有,球菌杆菌螺形菌,2,球菌(coccus)-1,脑膜炎奈瑟菌,双球菌(diplococcus),3,球菌(coccus)-2,四联球菌(tetrad),4,球菌(coccus)-3,八叠球菌(sarcina),5,链球菌(streptococcus),球菌(coccus)-4,6,球菌(coccus)-5,葡萄球菌(streptococcus),7,杆菌(bacillus)-1,不同杆菌的大小、长短、粗细很不一致。,炭疽芽胞杆菌 3-10 m,大肠埃希菌 2-3 m,布鲁菌 0.6-1.5 m,8,杆菌的形态多样,杆菌(bacillus)-2,一端或两端膨大呈棒状,白喉棒状杆菌,9,杆菌(bacillus)-3,杆菌的形态多样,分枝杆菌,双歧杆菌,10,螺形菌(spiral bacterium),11,霍乱弧菌,12,幽门螺杆菌,13,细菌的形态可受各种理化因素的影响,14,第二节 细菌的结构,15,细菌的结构,16,一. 基本结构-1,（一）细胞壁(cell wall),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： 涂片 风干 固定 结晶紫 碘液 95%乙醇 复红,17,1. 肽聚糖(peptidoglycan),革兰阳性菌肽聚糖聚糖骨架、四肽侧链、五肽交联桥,18,G G G G o o o o M M M M o b o b o b o b G G G G o o o o M M M M o b o b o b o b G G G G o o o o M M M M,a a a a,c c c cd d d d,a a a a,c c c cd d d d,x x x x x,x x x x x,x x x x x,x x x x x,x x x x x,x x x x x,N-乙酰葡萄糖胺,-1,4糖苷键,N-乙酰胞壁酸,四肽侧链,五肽交联桥,金黄色葡萄球菌细胞壁肽聚糖结构示意图,青霉素作用点,溶菌酶作用点,19,革兰阴性菌肽聚糖聚糖骨架、四肽侧链,1. 肽聚糖(peptidoglycan),20,21,2. 革兰阳性菌细胞壁特殊组分,22,3. 革兰阴性菌细胞壁特殊组分,23,脂多糖(lipopolysaccharid,LPS),24,细菌细胞壁结构比较 细胞壁结构 革兰阳性菌 革兰阴性菌 肽聚糖组成 聚糖, 侧链, 交联桥 聚糖, 侧链 交联方式 侧链间以肽桥交联 侧链间以肽键交联 交联率 75-100% 25%以下 结构类型 三维空间结构 二维网状结构 厚度 20-80nm 10-15nm 层数 可达50层 仅1-2层 含量 占胞壁干重50-80% 占胞壁干重5-20% 机械强度 高 差 磷壁酸 + - 外膜 - + 脂蛋白 - + 脂多糖 - + 脂类含量 1-4% 11-22%,25,革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较,26,丹麦病理学家革兰(Hans Christian Gram)为证实病组织切片中有细菌存在，在1884年介绍了脱色后再进行复染的差别染色法, 后来被称为革兰染色法。,革兰阳性菌(Gram positive bacteria),革兰阴性菌(Gram negative bacteria),涂片,结晶紫 染色,碘液媒染,酒精脱色,复红复染,27,维持菌体固有的形态保护细菌抵抗低渗环境参与菌体内外的物质交换菌体表面带有多种抗原分子，可诱发机体的免疫应答。,4. 细胞壁的功能,28,29,细菌细胞壁缺陷型或L型(bacterial L form)：细菌细胞壁的肽聚糖结构受到理化或生物因素的直接破坏或合成被抑制后，细胞壁受损的细菌一般环境中不能耐受菌体内的高渗透压而将会涨破死亡。但在高渗环境下，仍可存活的细胞壁缺损细菌。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。,5. 细菌细胞壁缺陷型（细菌L型）,30,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,31,细菌L型营养要求高，对渗透压敏感，普通营养基上不能生长，培养时必须用高渗低琼脂含血清的培养基。细菌L型在培养基上生长后形成三种类型的菌落。,细菌L型的培养特性和菌落形态,丝状菌落,颗粒型菌落,油煎蛋样菌落（典型L型菌落）,32,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、生物合成、分泌和呼吸等作用。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),一. 基本结构-2,33,34,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，故亦称为线粒体(chondroid)。,中介体(mesosome),35,核糖体(ribosome)：细菌合成蛋白质的场所，游离存在于细胞质中。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。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(metachromatic granule)。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。,一. 基本结构-3,（三）细胞质 (cytoplasm),36,37,返回,38,白喉杆菌之异染颗粒,39,一. 基本结构-4,（四）核质 (nuclear material),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。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。,40,二. 特殊结构-1,（一）荚膜 (capsule),荚膜：某些细菌在其细胞壁外包绕一层黏液性物质，为疏水性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。,肺炎链球菌荚膜,荚膜,41,产气荚膜杆菌,42,大多数细菌的荚膜是多糖，炭疽芽胞杆菌、鼠疫耶氏菌等少数菌的荚膜为多肽。多糖分子组成和构成的多样化使其结构极为复杂，成为血清学分型的基础。荚膜的形成需要能量，与环境条件有密切关系。有荚膜的细菌形成粘液(M)或光滑(S)菌落，失去荚膜后其菌落边为粗糙型（R）型。,1. 荚膜的化学组成,43,抗吞噬作用：荚膜具有抵抗宿主吞噬细胞的作用，因而荚膜是病原菌的重要毒力因子。粘附作用：荚膜多糖可使细菌彼此之间粘连，也可粘附于组织细胞或无生命物体表面，形成生物膜，是引起感染的重要因素。抗有害物质的损伤作用：荚膜处于细胞的最外层，有保护菌体避免和减少受有害物质的损伤作用。抗干燥作用,2. 荚膜的功能,44,45,二. 特殊结构-2,（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。,46,鞭毛菌分类,单毛菌,双毛菌,丛毛菌,周毛菌,47,霍乱弧菌为单毛菌,48,伤寒杆菌为周毛菌,49,鞭毛是运动器官与致病性有关（鉴别）鞭毛有抗原性。,鞭毛的功能,50,鞭毛染色,51,菌毛：许多革兰阴性菌和少数革兰阳性菌菌体表面存在着一种比鞭毛更细、更短而直硬的丝状物，与细菌的运动无关。菌毛在普通光学显微镜下看不到，必须用电子显微镜观察。菌毛蛋白具有抗原性。根据功能不同，菌毛可分为普通菌毛和性菌毛两类。,二. 特殊结构-3,（三）菌毛 (filus/fimbriae),52,53,普通菌毛遍布菌细胞表面，每菌可达数百根。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，是细菌感染的第一部。因此，菌毛和细菌的致病性密切相关。菌毛的受体常为糖蛋白或糖脂，与菌毛结合的特异性决定宿主的易感部位。,1. 普通菌毛(ordinary pilus),54,普通菌毛的粘附,55,仅见于少数革兰阴性菌。数量少，1-4根。比普通菌毛长而粗，中空呈管状。性菌毛由致育因子（F）编码，故又称F菌毛。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)。性菌毛是某些噬菌体吸附于菌细胞的受体。,2. 性菌毛(sex pilus),芽胞,56,接合(conjugation),57,58,芽胞：某些细菌在一定的环境条件下，能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。产生芽胞的都是革兰阳性菌。,二. 特殊结构-4,（四）芽胞 (spore),59,细菌形成芽胞的能力是由菌体内的芽胞基因决定的。芽胞一般只在动物体外才能形成，其形成条件因菌种而异。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(vegetative form)。,1. 芽胞的形成与发芽,60,芽胞的大小、形状、位置等随菌种而异，有重要的鉴别意义。,61,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。芽胞抵抗力强，故应以杀灭芽胞作为可靠的灭菌指标。,2. 芽胞的功能,62,第三节 细菌的理化性状,细菌的化学组成： 水、无机盐、蛋白质、糖类、脂质和核酸等。,细菌的物理性状：,63,细菌的新陈代谢与能量转换,一. 细菌的能量代谢：生物氧化,发酵以有机物为氢受体（无氧条件）呼吸：以无机物为氢受体需氧呼吸以分子氧为受氢体（有氧条件）厌氧呼吸以其他无机物为受氢体（无氧条件）,64,二. 细菌的代谢产物,（一）分解代谢产物和细菌的生化反应,65,糖发酵试验,葡萄糖 HCOOH 脱氢酶 CO2+H2,66,V - VP（Voges-Proskauer）试验,葡萄糖丙酮酸乙酰甲基甲醇 二乙酰红色化合物 + 胍基化合物葡萄糖丙酮酸 乙酰甲基甲醇 -,- +,大肠杆菌：产气杆菌：+,67,M - 甲基红（methyl red）实验葡萄糖丙酮酸乙酰甲基甲醇 甲基红 -葡萄糖丙酮酸 甲基红 +,- +,大肠杆菌：+产气杆菌：,68,C -枸橼酸盐利用（citrate utilization）试验,利用枸橼酸盐生长 +不能利用 -,- +,大肠杆菌：产气杆菌：+,69,I-吲哚（indol）试验色氨酸吲哚玫瑰吲哚 吲哚试剂,- +,大肠杆菌：+产气杆菌：,70,IMViC试验I - 吲哚（indol）试验M - 甲基红（methyl red）试验V - VP（Voges-Proskauer）试验C -枸橼酸盐利用（citrate utilization）试验,71,I M Vi C试验 大肠埃希菌 + + - - 产气杆菌 - - + +,72,H2S试验,变形杆菌、乙型副伤寒杆菌+,73,尿素酶试验,变形杆菌：+沙门氏菌：,74,热原质(pyrogen)：是细菌合成的一种注入人体或动物体内能引起发热反应物质。 LPS;耐高温;去除方法：250干烤、蒸馏、吸附剂等. 制备和使用注射药品过程无菌操作毒素与侵袭性酶： 细菌产生外毒素和内毒素两类毒素。色素：细菌的色素有水溶性色素和脂溶性色素两类。抗生素：能抑制或杀死某些其他微生物或肿瘤细胞的物质。细菌素：某些菌株产生的一类具有抗菌作用的蛋白质。维生素：细菌能合成某些维生素除供自身需要外，还能分 泌只周围环境中。,（二）合成代谢产物,75,细菌的营养与生长繁殖,细菌的营养类型自养菌(autotroph)以无机物为原料异养菌(heterotroph)以有机物为原料腐生菌（saprophyte）寄生菌（parasite）,所有病原菌都是异营菌, 绝大部分属寄生菌,76,营养物质氢离子浓度(pH)温度气体渗透压,细菌的生长繁殖,77,气体: 根据对氧气的需要与否分为,专性需氧菌: 必须有氧。结核杆菌, 霍乱弧菌专性厌氧菌: 必须无氧,氧有毒害作用。破伤风杆菌,脆弱类杆菌 兼性厌氧菌: 有无均可。大多数病原菌微需氧菌: 低氧压（5%6%）中生长，幽门螺杆菌，空肠弯曲菌,78,细菌个体的生长繁殖 细菌以简单的二分裂方式进行繁殖。 繁殖一代所需时间约20-30min。 但少数细菌代时较长，如结核分枝杆菌代时为18小时。细菌群体的生长繁殖 迟缓期 (lag phase)，对数期 (logarithmic phase) 稳定期 (stationary phase)，衰亡期 (decline phase),79,细菌个体的生长繁殖,二分裂法,繁殖方式：,链球菌,八叠球菌,葡萄球菌,80,81,细菌个体的生长繁殖,82,迟缓期 (lag phase)：代谢活跃，分裂迟缓对数期 (logarithmic phase)：数量以几何级数增长。染色性、生理活性典型。稳定期 (stationary phase)：繁殖减慢，死菌数增加，代谢产物积聚。衰亡期 (decline phase)：死亡数超过活菌数，菌体自溶。,细菌群体的生长繁殖,83,对数期,迟缓期,细菌生长曲线,0,5,15,20,25,30,10,5.5,6.0,8.5,8.0,7.5,7.0,6.5,9.0,衰亡期,总菌数,活菌数,细菌数的对数次,小时,稳定期,对数期细菌的大小、形态、生物活性最典型稳定期形成外毒素、抗生素、芽胞等,84,第六节 细菌的人工培养,根据不同标本及不同培养目的，可选用不同的接踵和培养方法。常用的有分离培养和纯培养两种方法。病原菌的人工培养一般采用35-37，培养时间多数为18-24h，但有时需根据菌种及培养目的作最佳选择。,一. 培养细菌的方法,85,二. 培养基(culture medium),培养基：是由人工方法培配置而成的，专供微生物生长繁殖使用的混合营养物制品。,86,按其营养组成和用途分类： 基础培养基、营养培养基、 选择培养基、 鉴别培养基、厌氧培养基。按其物理状态分类： 固体培养基、液体培养基、 半固体培养基。按其成分分类： 合成培养基、天然培养基。,87,液体培养基：增菌固体培养基：纯化，增菌半固体培养基：动力检测，保种,88,营养组成和用途分类,厌氧培养基,基础培养基,增菌培养基,选择培养基,鉴别培养基,89,三. 细菌在培养基中的生长情况,90,91,92,平 板,菌落:细菌在平板上划线分离，培养后表面生长有肉眼可见的散在的细菌集团。一个菌落是由单个细菌繁殖的后代堆积而成的。,细菌的初步鉴定：菌落的大小、形状、颜色、气味、透明度、表面（光滑/粗糙,湿润/干燥）、边缘、溶血,93,固体培养基中的生长,菌落（S型）,菌苔,菌落（R型）,94,95,半固体体培养基中,混浊生长,沿穿刺线生长生长,有鞭毛细菌,无鞭毛细菌,返回,96,1、3：有动力2：无动力,97,98,细菌的命名： 采用拉丁双名法，每个菌名由两个拉丁字组成。前一字为属名，用名词，大写；后一字为种名，用形容词，小写。中文的命名次序与拉丁相反，种名在前，属名在后。 Staphylococcus aureus 金黄色葡萄球菌,第七节 细菌的分类与命名,99,100,细菌的分类层次： 界、门、纲、目、科、属、种。,种(species)是细菌分类的基本单位。生物学性状基本相同的细菌群体构成一个菌种；性状相近关系密切的若干菌种组成一个菌属（genus）,101,同一菌种的各个细菌，虽性状基本相同，但在某些方面仍有一定差异，差异较明显的称 亚种(subspecies, subsp.)，差异小的则为型(type）)。,噬菌体型(phage-type)细菌素型(bacteriocin-type)血清型(serotype)生物型(biotype),102,菌株(strain),对不同来源的同一菌种的细菌称为该菌的不同菌株(strain)。标准菌株(standard strain)或模式菌株(type strain）：具有某种细菌典型特征的菌株。,103,104,1根据细菌的基本形态，将细菌分为 、 、 三大类2细菌的基本结构是 、 、 、 。3细菌的特殊结构是 、 、 、 。4细菌细胞壁的主要成分是 ；革兰氏阳性菌的细胞壁是由 和 组成革兰氏阴性菌在