细菌的形态结构与分类

第十章 细菌学概论 主讲：庄东明电话：6222493E-mail:,细菌（bacterium）是一类具有细胞壁，以无性二分裂方式进行繁殖的原核细胞型微生物。,第一节 细菌的形态、结构与分类,一、细菌的大小和形态,大小测量单位是微米（m）染色细菌是无色透明的，必须染色后才能看到其轮廓及其结构革兰染色法同一种细菌的大小和形态也可因菌龄和环境因素的影响而改变。,细菌的形态,基本形态 特殊形态不规则形态,细菌的基本形态,球菌,杆菌,螺菌,弧菌,螺形菌,单球菌(single coccus),1、球菌(coccus),尿素微球菌,脑膜炎奈瑟菌,双球菌（diplococcus）,链球菌（streptococcus）,葡萄球菌（streptococcus）,四联球菌（tetrad）,四联加夫基菌,八叠球菌（sarcina）,藤黄八叠球菌,2、杆菌（bacillus）,不同杆菌的大小、长短、粗细很不一致。,杆菌的形态多样,杆菌的形态多样,分枝杆菌,双歧杆菌,3、螺形菌（spiral bacterium）,细菌的形态受温度、pH值、培养基成分及培养时间等因素的影响。细菌在不适宜的环境中生长或培养时间过长时，其基本形态往往发生变化，常出现梨形、气球形和分枝形等不规则形态，称之为多形性。观察细菌的大小和形态，应选择适宜生长条件下的对数生长期为宜。,二、 细菌的细胞结构,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,（一）、细菌的基本结构,1、细胞壁（cell wall） 细菌细胞的最外层，包绕在细胞膜的周围，组成较复杂，并随不同细菌而异。,革兰染色法 涂片 风干 固定 结晶紫 碘液 95%乙醇 复红,革兰阳性 革兰阴性,革兰染色结果,细胞壁的功能,维持细菌的固有形态、保护细菌抵抗低渗环境参与菌体内外的物质交换细胞生长、分裂和鞭毛运动所需带有多种抗原决定簇，决定菌体的抗原性特异性抗原与细菌的血清型分类有关某些成分与致病有关,肽聚糖 肽聚糖（peptidoglycan）-多聚糖，是细菌细胞壁中的主要成分，为原核细胞所特有。磷壁酸蛋白质,革兰阳性菌细胞壁组分,革兰阳性菌细胞壁的肽聚糖结构,（M）,（G）,革兰阳性菌细胞壁的肽聚糖结构,人和动物细胞没有细胞壁也没有肽聚糖结构，故溶菌酶和青霉素对人体细胞没有毒性。,革兰阳性菌细胞壁特殊组分1、磷壁酸,磷壁酸作用：贮藏磷元素磷酸基团可结合Mg2+，提高细胞膜表面酶的活性构成细胞壁的表面抗原成分，与血清学分型有关作为噬菌体吸附的特异受体调节细胞内自溶素的活性，防止细胞因自溶而死亡增加细菌的黏附性，与细菌致病性有关,革兰阴性菌细胞壁组分,细胞壁薄，但结构复杂（1）肽聚糖-由聚糖骨架和四肽侧链组成。 仅有12层。（2）外膜-是革兰氏阴性菌特有的组分，由脂蛋白，脂质双层，脂多糖三部分组成。,革兰阴性菌细胞壁的肽聚糖结构,缺少五肽交联桥，多数侧链呈游离状态,G+菌与G-菌肽聚糖结构比较,外膜,革兰阴性菌细胞壁特殊组分,外膜结构脂蛋白连结外膜与细胞壁脂质双层类似细胞膜，参与物质交换，具有通透性屏障作用。脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）细菌内毒素主要成分脂类A是内毒素的毒性和生物活性主要成分，无种属特异性核心多糖位于脂类A外层，有属特异性特异多糖位于脂多糖最外层，有种的特异性，是菌体抗原（O抗原），缺失细菌由光滑型变为粗糙型。,LPS的主要功能,带有负电荷，可以吸附Mg2+ 、Ca2+等阳离子类脂A具有致热性，为内毒素的主要组分特异性多糖帮助进行血清学鉴定噬菌体的吸附受体,周质间隙:多种酶及特殊结合蛋白,对细菌获取营养,解除有害物质的毒性等方面有重要作用。,周质间隙:革兰阴性菌外膜与细胞膜之间的狭窄空间，又称为壁膜间隙,青霉素的抑菌机制,抑制细菌细胞壁中的肽聚糖的合成，从而抑制细菌的生长。青霉素可以抑制转肽酶的合成，使短肽侧链之间的交联过程中断，从而使肽聚糖合成中断。对青霉素敏感性革兰阳性菌高于革兰阴性菌肽聚糖含量高外膜对大分子的通透屏障作用,溶菌酶的抑菌机制,广泛存在于鸟类蛋清、人的泪液和鼻涕、部分细菌及噬菌体内的一种酶。专一水解细菌-1,4糖苷键，破坏肽聚糖骨架，引起细菌细胞裂解,G+ 菌与G- 菌细胞壁的比较,细菌细胞壁缺陷型或L型（L formed bacteria） 形成原因：细胞壁的肽聚糖结构受各种因素直接破坏或合成被抑制，在高渗环境下仍能存活的细菌称为细菌的L型。形成条件：溶菌酶、青霉素、胆汁、溶葡萄球菌素、抗体、补体等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。,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。,细菌L型的形态和染色性,蜡样芽胞杆菌L型的镜下形态（多形性）,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、低琼脂的含血清的培养基。细菌L型在高渗的含血清的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）,细胞壁内侧一层柔软、有弹性、具有半渗透性的生物膜。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。主要有作用：选择性控制细胞内、外营养物质及代谢产物的运输维持细胞内正常渗透压的屏障作用借助膜上的呼吸酶参与细菌的产能代谢合成细胞壁及壁外各种附属结构的场所鞭毛着生点，为鞭毛运动提供能量,（二）细胞膜 （cell membrane）,白喉杆菌细胞膜与中介体,中介体（Mesosome）,部分细胞膜折叠形成的向内陷入细胞质中的囊状物。多见于革兰阳性菌。,功能,类似真核细胞线粒体，为细菌提供大量能量。,（三）细胞质 （cytoplasm）,细胞膜包裹的无色透明胶状物质，由水、蛋白质、脂类、核酸及少量糖和无机盐组成。细胞质内含有多种酶类，是新陈代谢的主要场所。,（1）核糖体（ribosome） 细菌合成蛋白质的场所，游离存在于蛋白质中。沉降系数为70S，由50S和30S亚基组成。细菌核糖体与真菌不同，真菌沉降系数为80S，由60S和40S亚基组成。 链霉素和红霉素分别与30S和50S亚基结合，干扰蛋白质合成。,（2）胞质颗粒：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，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，有助于鉴定。,（3）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。,（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。核质由一条双链环状DNA分子反复回旋卷曲盘绕组成松散网状结构。水解RNA后，核质可着色。呈球形、棒状或哑铃形。核质具有与细胞核相同的功能，控制细菌的生命活动，是细菌遗传变异的物质基础。,1、荚膜 (capsule),荚膜：某些细菌在生活过程中，向其细胞壁外分泌的一层疏松、透明的黏液性物质。,荚膜,肺炎链球菌的荚膜,（二）、细菌的特殊结构,荚膜的厚度约200 nm厚度200 nm者称为微荚膜（microcapsule） 化学组成：大多为疏水性多糖少数为多肽，用理化方法去除后并不影响细胞的生命活动。荚膜着色困难，以墨汁负染后的荚膜比较易观察荚膜具有抗原性，可用于细菌鉴别及分型。通常在动物体内和营养丰富的培养基中形成。荚膜失去后细菌仍可正常生长，但可导致菌落形态变化。S-R变异,荚膜的功能,保护菌体，抵抗干燥环境抗吞噬作用贮藏营养堆积代谢废物附着作用 龋齿的形成甲型溶血性链球菌,荚膜在医药学中的应用,制药工业中从肠系膜明串珠菌荚膜中提取葡聚糖制备“代血浆”的主要成分右旋糖酐医疗中细菌鉴定分型,某些细菌在其生长发育后期，能够在菌体内部形成一个圆形或椭圆形的厚壁对不良环境有极强抵抗力的休眠体。 产生芽胞的都是革兰阳性菌。芽胞杆菌属和梭菌属是两类主要形成芽胞的细菌。,2、芽胞 (spore),芽胞的特征,芽胞的形成受控于芽胞基因，也受外界环境的影响一般只在动物体外形成，营养缺乏时，启动芽胞形成基因带有全部生命必需的完整核质、酶系统和合成菌体组份的结构折光性强，壁厚，不易着色仅是一休眠形式，一个细菌只形成一个芽胞，一个芽胞也只形成一个细菌,芽胞的功能,抵抗力强。耐干燥、热、辐射、化学消毒剂,芽胞抵抗力强的原因：(1)芽胞核心含水量少，蛋白质受热后不易变性。(2)皮质层含有的吡啶二梭酸（DPA）钙盐能提高芽胞中各种酶的稳定性。(3)芽胞各层结构共同特点是含水量低、酶活性差、代谢处于停滞状态。,致病性 不直接引起疾病，发芽后形成繁殖体后致病鉴别意义 根据芽胞位置、大小等,芽胞的功能,芽胞的医学意义,消毒灭菌指标 杀死最可靠方法为高压蒸汽灭菌造成土壤传染病的疫源地鉴别细菌,芽胞的大小、形状、位置、形成条件等随菌种而异，且有重要的鉴定、诊断价值。,3、鞭毛 (flagellum),许多细菌从细胞内向外伸出一根或数根细长并呈波状弯曲的丝状物，是细菌的运动器官。,观察方法,最直接方法电子显微镜观察鞭毛染色法染色光学显微镜观察观察运动性暗视野显微镜观察半固体培养基穿刺试验,结构 从细胞膜长出，游离于胞外,革兰阴性菌基体结构由四个盘状物构成，分别是L环、P环、S环、M环革兰阳性菌基体结构由于无外膜，基体由S环、M环构成各菌种鞭毛丝蛋白，具有高度的抗原性，称为鞭毛（H）抗原,鞭毛的分类 根据鞭毛的数量和部位 相应的将细菌进行分类、命名,单毛：只有一根，位于菌体一端 霍乱弧菌双毛：有两根，菌体两端各一 空肠弯曲菌丛毛：丛生，位于菌体一端或两端 铜绿假单胞菌 ， 绿脓杆菌周毛：遍布菌体周身 伤寒沙门氏菌，大肠杆菌,鞭毛菌分类,单毛菌,双毛菌,丛毛菌,周毛菌,鞭毛的功能,运动器官 电镜观察，或特殊染色后光镜观察细菌鉴别、分类的依据 伤寒沙门菌有鞭毛可以运动，志贺菌无不运动与致病性有关 霍乱弧菌、空肠弯曲菌借鞭毛穿过小 肠黏膜表面的粘液层而附着、增殖、产毒致病有抗原性 H抗原，可用于血清学检测以协助诊断,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、短、直、硬、多的丝状物。,、菌毛 (pilus/fimbria),菌毛的特征,存在于许多G-和少数G+菌菌体表面与细菌的运动无关主要的结构蛋白为菌毛蛋白具有抗原性编码菌毛蛋白的基因位于细菌的染色体或质粒上必须用电镜观察按功能分普通菌毛和性菌毛,