兽医微生物课件.doc

第一章绪论一、微生物与微生物学1.微生物的特点1）定义：存在于自然界中的一群形体微小，结构简单，繁殖快，分布广，易于分离培养，肉眼看不见的最微小生物，统称为微生物。微生物种类繁多，至少有十万种以上。2）分类：按其结构、化学组成及生活习性等差异可分成三大类。一、真核细胞型微生物细胞核的分化程度较高，有核膜、核仁和染色体；胞质内有完整的细胞器（如内质网、核糖体及线粒体等）。其菌属于此类型微生物。二、原核细胞型微生物细胞核分化程度低，仅有原始核质，没有核膜与核仁；细胞器不很完善。这类微生物种类众多，有细菌、螺旋体、支原体、立克次体、衣原体和放线菌。三、非细胞型微生物没有典型的细胞结构，亦无产生能量的酶系统，只能在活细胞内生长繁殖。病毒属于此类型微生物。3）特点：其特点可概括为 体积小、面积大。（这是它 与其他生物相区别的关键。大多数微生物以微米(m)或纳米(nm)来量度其大小。如杆状细 菌平均大小为0.52.0m，仅重110-9110-10mg，口蹄疫颗粒病毒 的直径 只有10nm。迄今所知的类病毒平均长度约50nm，是含有240380个核苷酸单位的RNA生物大 分 子，其分子量为0.51.2105。液体培养基中细菌细胞数可达108 109个，1克土壤中栖居几千至数千万个微生物。因此研究它们时需借助显微镜将其 放大数百乃至数十万倍方能辩认。采用特殊的培养方法才能发现它们。）v 把一定体积的物体分割得越小，它们的总表面积就越大，物体的表面积和体积之比称为比表面积。v 一个典型的球菌，其体积仅1um3左右，可是其比面值却极大。如果把人的比表面积值定为1，则大肠杆菌（E.coli）的比表面积可高达30万！v 一个如此突出的小体积特大表面积的系统，正是微生物与一切大型生物相区别的关键所在。了解了这点，我们就比较容易理解微生物的许多特性了。 代谢能力强，代谢类型多代谢能力强微生物大的表面积必然具有强的接受环境信息、物质和能量交 换的能力，代谢能力强，具有很强的合成与分解能力。例如： 大肠杆菌每小时可分解自重100010000倍的乳糖； 乳酸细菌每小时可产生自重1000倍的乳酸； 产朊假丝酵母(Candida utilis)合成蛋白质的能力是大豆的100倍，是肉用公牛的10万倍。 微生物高效率的吸收转化能力具有极大的应用价值。 代谢类型多微生物代谢类型之多是动植物所不及的。它们几乎能分解地球上的一切有机物，也能合成各种有机物。 微生物的代谢产物极多，仅抗生素已发现9000多种。微生物有多种产能方式，有的利用分解有机物放出的能量；有的从无机物的氧化中获得能量；有的能利用光能，进行光合作用。有的能进行有氧呼吸；有的能进行无氧呼吸。有的能固定分子态氮；有的能利用复杂有机氮化物。生长繁殖快，容易培养v 生长繁殖快 微生物的繁殖速度是动植物无法比拟的。例如：大肠杆菌的细胞在合适的生长条件下，每分裂1次的时间是1220分钟，如按每20分钟分裂1次计，则每小时可分裂3次，每昼夜可分裂72次，后代数为：4 722 366 500万亿个（重约4722t），48小时为221046个（约等于4000个地球重）。但是当菌数增加，营养消耗，代谢积累，就会限制生长速度。 微生物的快速繁殖能力应用在工业发酵上可以大大提高生产率，运用于科学研究中可以大大缩短科研周期。当然，必须防止病原微生物和腐败微生物的危害。 易变异，适应强。 v 易变异微生物惊人的繁殖速度决定可在短时间内出现大量变异后代，（它涉及诸如形态结构、代谢途径、生理类型、各种抗性及代谢产物的变异等。易变异性对人类有利的方面，可从不良菌种诱变为优良菌种，大大提高质量、数量；例如，青霉素生产菌产黄青霉(Penicillium chrysogenum)1943年每毫升发酵液只含约20单位的青霉素。经过多年的选育，变异逐渐积累，该菌目前每毫升发酵液青霉素含量已接近10万单位。例如再有弱毒活疫苗的制备不利的方面，使优良菌种退化成劣质菌株，或者突变一个人类不能对付的菌株而遭灾例如：致病菌对青霉素等抗生素的抗药性，传统疫苗近年来保护力下降等，还有禽流感的频繁暴发。v 适应强在长期的生物进化过程中，为适应多变的环境，微生物产生了灵活的代谢调控机制，可产生多种诱导酶，从而 使之具有强的抗逆性(表1-2)如抗热、抗寒、抗干燥、抗酸、抗 缺氧、抗压、抗辐射以及抗毒能力。有些甚至可以在许多生物无法生活的极端环境中生长， 繁衍后代。 例如太平洋深 海沟350生活的嗜热菌；南极18生长的嗜冷菌；氧化硫硫杆菌是耐酸菌的典型，它的一些菌株能生长在pH0.5的 H2SO4中；有些耐碱的微生物如脱氮硫杆菌的生长最高pH值为10.7，有些青霉和曲霉也能在pH911的碱性条件下生长，还有在32%的NaCl溶液中生活的嗜盐菌等）。种类多，分布广。据统计，目前已发现的微生物有约15万种，但估计已发现的微生物种类至多也不超过自然界中微生物总数的10。随着分离、培养方法的改进和研究工作的深入，微生物的新种、新属、新科，甚至新目、新纲不断发现。微生物在自然界中的分布极为广泛，空气、土壤、江河、湖泊、海洋等都有数量不等、种类不一的微生物存在。在人类、动物和植物的体表及其与外界相通的腔道中也有多种微生物存在。（它几乎可以分解所有的天然有机物 ，包括石油，天然气，纤维素，木质素等，此外还可降解氰、酚、多氯联苯等多种有毒物。 碳、氮源利用和能源形式多样，它既能利用有机碳化物又可利用CO；既有利用有机无 机氮的也有利用分子氮的；有行光合作用的，也有化能合成作用的。总之动、植物不能利用 的物质它可以利用，动、植物不能生存的环境中能找到微生物的踪迹。）2.微生物学l 微生物学(Microbiology)是生物学的一个分支，是研究微生物的进化、分类，在一定条件下的形态、结构、生命活动规律及其与人类、运动、植物、自然界相互关系等问题的科学。l 微生物学的重要性在于：既是应用学科，又是基础学科。l 微生物学经历了一个多世纪的发展，已分化出大量的分支学科，据不完全统计（1990年），已达181门之多。l 微生物学的根本任务就是发掘、利用和改善有益微生物，控制、消灭或改造有害微生物造福人类。二、微生物与人类社会的关系微生物在自然界中的分布极为广泛，空气、土壤江河、湖泊、海洋等都有数量不等、种类不一的微生物存在。在人类、动物和植物的体表及其与外界相通的腔道中也有多种微生物存在。绝大多数微生物对人类和动、植物的生存是有益而必需的。自然界中氮、碳、硫等多种元素循环靠微生物代谢活动来进行。例如空气中的大量氮气只有依靠微生物的作用才能被植物吸收，土壤中的微生物能将动、植物蛋白质转化为无机含氮化合物，以供植物生长的需要，而植物又为人类和动物所利用。因此，没有微生物，植物就不能新陈代谢，而人类和动物也将无法生存。在农业方面，人类广泛利用一些微生物的特性，开辟了以菌造肥、以菌催长、以菌防病、以菌治病等农业增产新途径。在工业方面，微生物在食品、制革纺织、石油、化工等领域的应用越来越广泛。尤其在医药工业方面，几乎所有抗生素都是微生物的代谢产物，另外还可利用微生物来制造一些维生素、辅酶等药物。即使是许多寄生在人类和动物腔道中的微生物，在正常情况下也是无害的，而且有的还具有拮抗外来菌的侵袭和定居，以及提供人类必需的营养物质（如多种维生素和氨基酸等）的作用。有一小部分微生物能引起人类或动、植物的病害这些具有致病性的微生物称为病原微生物。有些微生物在正常情况下不致病，而在特定条件下可引起疾病称条件性病原微生物。参考资料如下：（1.生产实践方面 在人类未发现微生物之前，约距8000年前至公元1675年，这一漫长的历史时期中，世界各国人民凭借自已的经验，在实践中利用有益微生物和防治有害微生物并积累了丰富的实用知识。特别是我国人民对微生物的应用作出了突出的贡献。考古发现早在4000多年前的“龙山文化”时期已有尊、(h ji)等酒器，表明当时酿酒业已比较发达(图1-1)。图1-1“龙山文化”时期的酒器 当时就采用了相当于近代的微生物接种技术，古人经过精心选择与独特培制的各种曲种为后人留下了丰富的菌种库，1892年法国人ACalmette从中国小曲中分离到一株糖化力很强的毛霉，用于淀粉质原料，糖化生产酒精，成为酒精发酵技术。酿制食醋的历史可以说和酿酒是同时期开始的，因为酒在空气中容易被醋酸杆菌氧化成醋。我国的酿造业远在周朝(公元前11世 纪256年)就十分发达。当时已经知道使用醋酸菌 的酶液把酒精氧化为醋酸。还提出酿制酱油需“黄衣”(即现今接种黄曲霉)。2.疾病预防方面对防治疾病，春秋时代的名医扁鹊主张“防重于治”。左传中记有用酿酒微生物治疗腹 泻的方法。公元前556年已知道狂犬病来源于疯狗，重视驱逐疯狗预防狂犬病 。汉朝(公元前206年公元220年)进一步记述了狂犬病的主要特征与发病季节。公元3世纪 便有“取脑(疯狗脑)傅之”的描述，与现代防治狂犬病的免疫学方法相似。早在公元326 336年葛洪肘后方中除详细记叙了有关天花的症状外，还注意到了天花的流行方式 。医宗金鉴中记载有种痘预防天花，宋真宗时代(公元9981022年)已广泛应用。 当时是用天花病人身上的痘痂，接种在儿童的鼻孔中预防天花。明代(1628年)已有治痘十 全专著。此法以后由亚洲传至欧洲及美洲各国。这是我国古代人民对世界医学的重要贡 献，已成为现代免疫学的起源。）三、微生物学发展简史-经验微生物学时期：古代人类对微生物的利用实验微生物学时期：形态学时期生理学时期现代微生物学时期（一）微生物学经验时期古代人民应用微生物于生活、生产实践中，虽然历史悠久，但是由于没有科学研究的物质 与技术条件，因此不能更早地发现微生物。微生物存在于自然界中的一群形体微小，结构简，古代人类虽未观察到微生物，但早已将微生物学知识用于工农业生产和疾病防治中。公元前二千多年的夏禹时代就有仪狄酿酒的记载。北魏（公元年）齐民要术一书中详细记载了制醋的方法。长期以来民间常用的盐腌、糖渍、烟熏、风干等保存食物的方法，实际上正是通过抑制微生物的生长而防止食物的腐烂变质。关于传染病的发生与流行，在11世纪初时，我国北宋末年刘真人就提出肺痨由虫引起。意大利Fracastoro(14831553)认为传染病的传播有直接、间接和通过空气等几种途径。奥地利Plenciz(17051786)认为传染病的病;因是活的物体每种传染病由独特的活物体所引起。18世纪清乾隆年间，我国师道南在天愚集鼠死行篇中生动地描述了当时鼠疫流行的凄惨景况，并正确地指出了鼠疫与鼠的关系。在预防医学方面，我国自古就有将水煮沸后饮用的习惯。明朝李时珍在本草纲目中指出，将病人的衣服蒸过后再穿就不会传染上疾病，说明已有消毒的记载。大量古书证明，我国在明代隆庆年间）就已广泛应用人痘来预防天花，并先后传至俄国、朝鲜、日本、土耳其、英国等国家，这是我国对预防医学的一大贡献。（二）实验微生物学时期1.第一阶段形态学阶段 1590年 荷兰人詹森兄弟制作了第一台显微镜。 1664年 英国人罗伯特.虎克用自制的显微镜并描述了霉菌的子实体结构。 1676年 荷兰商人列文.虎克观察到“微动体”。 1680年 显微镜放大270倍17世纪后半叶因各国通商贸易的不断扩大，要求必须改善光学仪器以满足航海的需要，所以玻璃研磨工作达到较高的水平。荷兰人吕文虎克制成了能放大200300倍的简单显微镜，用它观察了雨水、牙垢及腐败有机物等，并将所观察到的微小生物，作了正确地描述。从此拉开了微生物世界的帷幕，为微生物的存在提供了有力的证据，对它的进一步研究创造了条件。但在此后的近200年内，基本局限于对微生物 形态的观察，尚未与它的生理作用联系起来。因此将这一时期称为“形态学时期”。2.第二阶段生理学及免疫学的奠基时期19世纪出现改良的显微镜：现代光学显微镜 1748年 英国传教士尼达姆（John Needham）“微生物自生说” 1861年 法国巴斯德路易斯（Louis Pasteur） 德国科学家罗伯特柯赫（Robert Koch18431910） 1865年 李斯特 外科消毒术 1892年，俄国伊凡诺夫斯基 Dmitrii Ivanowski （18641970 ）首先发现病毒，得到了烟草花叶病毒， 从而开始了人们对病毒的深入研究1）路易巴斯德 (Louis Pasteur,18221895)法国的化学家和伟大的微生物学家。1847年巴黎师范学院毕业，巴斯德贡献不但在微生物学基础理论方面，而且在实用技术方面也为人类造福。背景资料（微生物学的研究从19世纪60年代开始进入生理学阶段。欧洲一些国家占重要经济地位的酿酒的工业和蚕丝业发生酒类变质和蚕病危害等，促进了人们对微生物的研究。法国科学家巴斯德对微生物生理学的研究为现代微生物学奠定了基础。他证明变质是有害微生物繁殖的结果。为控制葡萄酒 和啤酒变质，他成功地运用了加热消毒法，即至今沿用的巴氏灭菌；当威胁丝绸工业的蚕病 ，畜、禽业的炭疽病和鸡霍乱流行，无法控制，导致养蚕业与畜牧业濒临崩溃时，他仔细地研究了这些病的病原体 ，证实是由病原微生物感染的结果，进而提出采用隔离方法控制病害蔓延，用接种疫苗的方法预防疫病。于是研制出有效防治这些疾病的活菌苗和减毒疫苗。使疾病有自然发生论转为传染论。）巴斯德的主要贡献（1）彻底否定了“自然发生说” 曲颈瓶试验（2）免疫学预防接种 1877年研究鸡霍乱,发现将病原菌减毒可诱发免疫性，以预防鸡霍乱；其后又研究牛、羊炭疽病和狂犬病，首次制出狂犬疫苗，证实其免疫学说，为人类防病、治病作出了重大贡献。（3）证实发酵是由微生物引起的 认为一切发酵作用都可能和微生物的生长繁殖有关。巴斯德分离了许多引起发酵的微生物，并证实酒精发酵是由酵母菌引起的，此外还发现乳酸发酵、醋酸发酵和丁酸发酵都是由不同细菌引起的。（4）其他贡献 巴斯德消毒法、家蚕软化病问题的解决、推动了微生物病原学说的发展。2）罗佰特柯赫 （Robert Koch，18431910)Koch毕业于医学院，专门研究细菌，特别是病原菌，毕生研究的成果主要是：证实病害的病原菌学说（摸清引起病害的微生物生活史、生理生态等）。建立微生物学研究基本技术，创立了用固体培养基分离纯化微生物的技术，还创用了显微镜技术，为发现多种传染病的病原菌提供实验手段。在病原菌研究方面的主要贡献：具体证实了炭疽病菌是炭疽病的病原菌；发现了肺结核病的病原菌，这是当时死亡率极高的传染性疾病，因此科赫获得了诺贝尔奖。并提倡采用消毒和杀菌方法防止这些疾病的传播；他的学生们也陆续发现白喉，肺炎、破伤风、鼠疫等的病原细菌，导致了当时和以后数十年间人们对细菌给予高度的重视；提出了证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则科赫法则。在微生物基本操作技术方面的贡献：1、配制培养基；2、利用固体培养基分离纯化微生物技术（采用了以琼脂作凝固剂的培养基培养细菌和 分离单菌落而获得纯培养的操作过程）；3、创立了许多显微镜技术（细菌的染色方法等）；4、规定了鉴定病原细菌的方法和步骤3）英国外科医生利斯特(Joseph Lister,) 在巴斯德的影响下，1860年，利斯特创用石炭酸喷洒手术室和煮沸手术用具，为防腐、消毒以及无菌操作打下基础。并创立了无菌的外科手术操作方法。4）法国微生物学家伊万诺夫斯基俄国出生伊万诺夫斯基年发现硫磺细菌，1890年发现硝化细菌，年，他还发现烟草花叶病原体是比细菌还小的、能通过细菌过滤器的，光学显微镜不能窥测的生物，称之为过滤性病毒，从而开始了人们对病毒的深入研究。第三阶段近代及现代微生物学l 1929年弗来明Alexander Fleming (1881-1955) 1929年Fleming首先发现青霉菌产生的青霉素能抑制金黄色葡萄球菌的生长，抗生素诞生。但直到1940年Florey等将青霉菌培养液加以提纯，才获得青霉素纯品，并用于治疗感染性疾病，取得了惊人的效果。， l 1935年斯坦来得到烟草花叶病毒结晶，1937年鲍登等证实该结晶为核蛋白，为探索生命本质和起源提供了线索。l 1939年电子显微镜问世，考雪第一次用电子显微镜观察到了棒状的烟草花叶病毒。l 1944年埃弗里证实了引起肺炎链球菌形成荚膜的这一遗传性状转化的物质是脱氧核糖核酸，标志着分子生物学的开始。从1920年起，微生物学在理论研究、技术创新及实际应用都取得了重要进展。近几十年来，由于生物化学、遗传学、细胞生物学、分子生物学等学科的发展，以及电子显微镜、气相、液相色谱技术、免疫学技术、单克隆抗体技术、分子生物学技术的进步，促进了医学微生物学的发展人们得以从分子水平上探讨病原微生物的基因结构与功能、致病的物质基础及诊断方法，使人们对病原微生物的活动规律有了更深刻的认识。相继发现了一些新的病原微生物，如军团菌、弯曲菌、拉沙热病毒、马堡病毒及人类免疫缺陷病毒等。近十几年来，病原微生物迅速检验诊断方法发展很快。目前已制备出许多诊断试剂盒，其中病毒快速诊断试剂盒的广泛应用，使过去长期难以实现的病毒病的快速实验室诊断成为现实。目前许多实验室正在探索将基因探针和聚合酶链反应（）用于微生物的快速检验中。在传染病的预防方面，目前大多数严重危害人类健康的病原微生物均已研制出相应的疫苗。年世界卫生组织宣布在全球消灭了天花，这是人类完全依靠自身力量彻底消灭的第一种烈性传染病，其最根本的措施即是牛痘苗的普遍接种。各种疫苗的广泛接种，已成为当今人类对付许多传染病的最有效和最经济的手段。在传染病的治疗方面，新的抗生素不断被制造出来，有效地控制了细菌性传染病的流行。虽然人类在医学微生物学领域及控制传染病方面已取得巨大成就，但至今仍有一些传染病的病原体尚未完全认识，某些疾病还缺乏有效的防治方法。因此医学微生物学今后要加强对病原微生物的生物学性状和致病性研究，建立特异的快速早期诊断方法；研制新疫苗和改进原有疫苗，以提高防治效果。要加强感染免疫的研究，寻找或人工合成能调动和提高机体防御机能的非特异性和特异性物质。要加强基因工程学研究，除制备供诊断、预防、治疗及研究用的制剂外并能对一些与微生物感染有关的遗传性疾病采用基因疗法，以彻底治愈这类病症。要继续加强与免疫学、生物化学、遗传学、细胞生物学、组织学、病理学等学科的联系和协作，采用先进技术，尤其是分子生物学技术。只有这样，才能加快医学微生物学的发展，四、兽医微生物学的作用与贡献1.研究内容它是在微生物学一般理论基础上研究微生物与动物疾病的关系，并利用微生物学与免疫学的知识和技能来诊断、防治动物疾病和人畜共患病，保障动物健康和畜牧业生产、保障人类食品安全和生态环境免遭破坏。2.与相关学科的关系与其它相关学科的发展密切相关，免疫学、生物化学、遗传学及分子生物学等专业课程的学习对于该门课程的更好掌握起到重要作用，同时该门课程的了解和学习对于这些专业课程的进一步学习也起到重要促进作用。重点掌握细菌总论部分的细菌的形态和结构、消毒灭菌、细菌及其它微生物的生态、细菌的感染与致病机理、细菌的遗传变异等方面的基础知识及理论，同时还应了解病毒、真菌及一些特殊病源微生物的基础理论知识，熟识几种病原微生物所导致的疾病的诊断方法及防治要点，牢牢掌握兽医微生物学相关实验操作方法，做到能够独立完成规定实验内容并且能够对实验结果进行判定和分析。第一章 细菌的形态与结构细菌(Bacterium)是属于原核型细胞的一种单胞生物,形体微小,结构简单。无成形细胞核、也无核仁和核膜，除核蛋白体外无其他细胞器。第一节 细菌的形态细菌在适宜的条件下其形态相对稳定。一般将细菌染色后用光学显微镜观察，可识别各种细菌的形态特点，而其内部的超微结构须用电子显微镜才能看到。细菌的形态对诊断和防治疾病以及研究细菌等方面工作，具有重要的理论和实践意义。一、细菌的大小1.测量单位： 微米m2.测量的标准 ：一生长在适宜的温度和培养基中的幼龄（指对数期）培养物为标准，其余使其测量，结果不具有意义。3.测量细菌大小的意义：各种细菌的大小是相对稳定的，对其进行测量可作为鉴定它们的依据。但同中细菌在不同的生长环境和培养条件下，其大小又有变化，（如在动物体内和体外）。因此测定和比较细菌大小时，各种因素、条件、和技术均应一致。 4.各种细菌的大小和表示方法球菌 直径表示，常为0.5-2.0um杆菌 长和宽表示，大多数杆菌较大长3-8 um，宽1-1.25 um；中等大小杆菌长23um，宽0.51um；小杆菌长0.7-1.5 um，宽0.2-0.4 um。螺旋菌 以其两端直线距离为长度。二、细菌的基本形态及变化细菌按其外形主要有三类，球菌、杆菌、螺形菌（图2-1）。图2-1 细菌的基本形态1、球菌（Coccus）呈圆球形或近似圆球形，有的呈矛头状或肾状。单个球菌的直径约在0.81.2um左右。由于繁殖时细菌细胞分裂方向和分裂后细菌粘连程度及排列方式不同可分为：双球菌（Diplococcus）:在一个平面上分裂成双排列，如肺炎双球菌、脑膜炎双球菌。链球菌（Streptococcus）：在一个平面上分裂，成链状排列，如溶血性链球菌。葡萄球菌（Staphylococcus）:在几个不规则的平面上分裂，则菌体多堆积在一起，而呈葡萄状排列，如金黄色葡萄球菌。四联球菌（Micrococcus tetragenus）:在两个相互垂直的平面上分裂，以四个球菌排呈方形，如四联加夫基菌。八叠球菌（Sarcina）:在三个互相垂直的平面上分裂，八个菌体重叠呈立方体状，如藤黄八叠球菌。2.杆菌（Bacillus）各种杆菌的大小、长短、弯度、粗细差异较大。多城正圆柱形，也有似卵圆形。连段多为钝圆，少数平截。按杆菌形态分：球杆菌：菌体短小，近似球状。 分枝杆菌：杆菌形成侧枝或分枝。 长丝状杆菌：杆菌呈长丝状，坏死梭杆菌。 棒状杆菌：杆菌一段膨大，菌体成棒状。按分裂方向及分裂后排列方式分： 单杆菌：杆菌分裂与菌体长轴相垂直,分 裂后单独存在。例：大肠杆菌。 双杆菌：例：乳杆菌 。 链杆菌：例：炭疽杆菌。3.螺旋状菌菌体呈弯曲或螺旋状的圆柱体，两端圆或尖突，分为以下两种：弧菌：菌体长23m,菌体只有一个弯曲，呈弧形或逗点状，如霍乱弧菌。螺菌：菌体长36 m,菌体有两个以上弯曲，捻转呈螺旋状，如鼠咬热螺菌。细菌形态可受各种理化因素的影响，一般说来，在生长条件适宜时培养818小时的细菌形态较为细菌形态较为典型型；幼龄细菌形体较长；细菌衰老时或在陈旧培养物中，或环境中有不适合于细菌生长的物质（如药物、抗生素、抗体、过高的盐分等）时，细菌常常出现不规则的形态，表现为多形性（Pleomorphism）,或呈梨形、气球状、丝状等，称为衰退型（Involutionform）,不易识别。观察细菌形态和大小特征时，应注意来自机体或环境中各种因素所导致的细菌形态变化。三、细菌的群体形态1.重要定义菌落：某个细菌在适宜条件下，经一定时间培养，生长繁殖出巨大数量的菌体，形成肉眼所见，具有一定形态的独立群体。菌苔：菌落连成一片。2.菌落形成意义菌落特征与细菌个体的形态、结构特征密切下相关，可通过固体培养基上的菌落，进行细菌的分离纯化及鉴定。第二节细菌的结构细菌的结构对细菌的生存、致病性和免疫性等均有一定作用。细菌的结构按分部位大致可分为：表层结构:包括细胞壁、细胞膜、荚膜；内部结构:包括细胞浆、核蛋白体、核质、质粒及芽胞等；外部附件:包括鞭毛和菌毛。基本结构:一个细菌生存不可缺少的，或一般细菌通常具有的结构。特殊结构:某些细菌在一定条件下所形成的特有结构。一、基本结构细菌基本结构包括细胞壁、细胞膜、细胞浆及核质。（一）细胞壁（Cell wall）用革兰氏染色法染色可把细菌分为革兰氏阳性菌（G+）和革兰氏阴性菌（G-）两大类。1.革兰氏阳性菌（G+） (1)肽聚糖 又称粘肽或糖肽，是细胞壁所特有的物质由下列三部分组成：聚糖链支架：由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞酸两种氨基糖经-1.4糖苷键连接间隔排列形成的多糖支架。 四肽侧链：L-丙aa、D-谷aa、L-赖aa、D-丙aa组成，连接在N-乙酰胞壁酸分子上。五肽交联桥：由5个甘氨酸组成小短肽，交联时一端与一条侧链第三位上赖氨酸连接，另一端与另一侧链第四位D-丙氨酸连接。通过以上结构，形成G+菌十分坚韧的三维立体结构，组成一个机械性很强的网状结构。各种细菌细胞壁的肽聚糖支架均相同，在四肽侧链的组成及其连接方式随菌种而异。图2-3 肽聚糖分子结构（2）磷壁酸 又名垣酸，是由核糖醇(Ribitol)或甘油(Glyocerol)残基经由磷酸二键互相连接而成的多聚物。分为以下两类：壁磷壁酸(Wall teichoic acid)：和细胞壁中肽聚糖的N-乙酰胞壁酸连结。膜磷壁酸(Membrane teichoic acid)：又称脂磷壁酸和细胞膜连结，另一端均游离于细胞壁外。磷壁酸功能：磷壁酸是革兰氏阳性菌特有成分，是特异表面抗原；在调节离子通过粘肽层中起作用；也可能与某些酶的活性有关；某些细菌的磷壁酸，能粘附在人类细胞表面，其作用类似菌毛，可能与致病性有关。2.革兰氏阴性菌（G-）（1）外膜层 由脂多糖、磷脂、蛋白质和脂蛋白等复合物组成。外膜层为革兰氏阴性菌细胞壁特殊组份。 脂多糖 为革兰氏阴性菌所特有，有以下三部分组成类脂A：为一种糖磷脂，是由焦磷酸键联结的氨基葡萄糖聚二糖链，其上结合有各种长链脂肪酸。它是脂多糖的毒性部分及主要成份。为革兰氏阴性菌的致病物质。无种属特异性，各种革兰氏阴性菌内毒性引起的毒性作用都大致相同。核心多糖：位于类脂A的外层，由已糖、瘐糖、2-酮基3脱氧辛酸（KDO）、磷酸乙醇胺等组成。经KDO与类质A共价联结。核心多糖具有属特异性，同一属细菌的核心多糖相同。特异性多糖：在脂多糖的最外层，是由数个至数十个低聚糖（35单糖）重复单位所构成的多糖链。革兰氏阴性菌的菌体抗原（O抗原）就是特异多糖。各种不同的革兰氏阴性菌的特异性多糖种类及排列顺序各不相同，从而决定了细菌抗的特异性。外膜蛋白 G-菌外膜层中镶嵌的多种蛋白质的统称微孔蛋白 有三个相同分子量的蛋白亚单位组成，形成跨膜的微小孔道起分子筛作用。脂蛋白 使外膜层与肽聚糖层牢固连接，可作为噬菌体的受体，或参与转运铁及其他营养物质。（2）周质间隙 是G-菌的一层肽聚糖，仅为23nm 结构与G+有差异。 聚糖链支架相同。 四肽侧链中的第三个氨基酸是内消旋庚二酸。 没有五肽交联桥，由内消旋庚二酸的氨基与四肽侧链中 D-谷氨酸的羧基直接连接成二维平面结构，结构疏散。革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌细胞壁结构的比较表21革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌细胞壁结构的比较特 征革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌强度较坚韧较疏松厚度厚，2080nm薄，510nm肽聚糖层数多，可达50层少，13层肽聚糖含量多，可占胞壁干重5080%少，占胞壁干重1020%磷壁酸+-外膜-+结构三维空间（立体结构）二维空间（平面结构）3.细胞壁与染色反应的关系4、细胞壁与药物反应的关系能破坏肽聚糖结构或抑制其合成的物质，都能损伤细胞壁杀灭作用。例如溶菌酶：能切断肽聚糖中乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸之间的糖苷键之间的联苷键之间的联结，破坏肽聚糖支架，引起细菌裂解。青霉素和头孢菌素：能与细菌竞争合成胞壁过程所需的转肽酶，抑制四肽侧链上丙氨酸与五肽桥之间的联结，使细菌不能合成完整的细胞壁，可导致细菌死亡。人和动物细胞无细胞壁结构，亦无肽聚糖，故溶菌酶和青霉素对人体细胞均无毒性作用。5细胞壁的功能 保持细菌的一定形态。 与物质交换有关,可溶性小 分子自由通过。 保护细菌免受外界不良环境的影响。 细胞壁上带有多种抗原决定簇，决定了细菌菌体的抗原性。6、细胞壁缺陷型细菌型细菌：指细菌通过变异而丧失形成细胞壁的能力，呈高度多形态性的细菌变种。型细菌大数染成革兰氏阴性。各种细菌L型有一个共同的致病特点，即引起多组织的间质性炎症）（2）原生质体 G+菌经溶菌酶或青霉素处理，可完全出去细胞壁，形成仅有细胞膜包裹细胞质的菌体。称-。（3）原生质球 G-军用溶菌酶作用，仅能去除细胞内的肽聚糖，不能去除外膜层，形成由外膜层包裹的菌体。（二）细胞膜 1.概念.：位于细胞壁内侧，包绕在细菌胞浆外的具有弹性的半渗透性脂质双层生物膜。2.化学成分：主要由磷脂及蛋白质构成，膜不含胆固醇是与真核细胞膜的区别点。3.功能：细胞膜有选择性通透作用，与细胞壁共同完成菌体内外的物质交换。膜上有多种呼吸酶，参与细胞的呼吸过程。膜上有多种合成酶，参与生物合成过程。细菌细胞膜可以形成特有的结构。（三）细胞质是无色透明胶状物，基本成份是水、蛋白质、脂类、核酸及少量无机盐。细胞浆中还存在一些胞浆颗粒。1质粒（Plasmid）存在于核体DNA之外，含细菌生命非必须基因，能独立复制的游离小型双股DNA分子。（这是染色体外的遗传物质，为双股环状DNA。）2核糖体（Ribosome） 3胞浆颗粒 大多数为营养贮藏物，较为常见 的是贮藏高能磷酸盐的异染颗粒，嗜碱性较强。第三节 细菌的特殊结构细菌的特殊结构包括荚膜、鞭毛、菌毛和芽胞。一、荚膜1.概念 某些细菌在其生活过程中，可在细胞壁的外周产生一种粘液样的物质，包围整个菌体，称为-。当多个细菌的荚膜融合形成一个大的胶状物，内含多个细菌细胞时，称菌胶团。如肺炎球菌荚膜（如图）。荚膜的形成及厚度随菌种不同而异，如肺炎双球菌其厚度在以上，普通显微镜可见，与四周有明显界限。如溶血性链球菌其厚度在以下者称微荚膜只能在电子显微镜下看见。2.荚膜成分 水分（）和固体成分。固体成分因菌而异。多数细菌荚膜主要含多糖类，如猪链球菌、肺炎球菌、脑膜炎球菌、志贺氏痢疾杆菌。 少数主要含多肽类，如炭疽杆菌荚膜为D-谷氨酸的多肽。极少数两者都有，如巨大芽孢杆菌。3.荚膜的形成及特性（1）产生荚膜是细菌的遗传特性，是细菌种的特征。（2）并非细菌生存所必需，失去荚膜细菌可正常生长。(3) 荚膜的形成与环境密切相关，多数在体内与体外营养丰富且适宜条件下才能形成。（如炭疽杆菌须在动物组织中才能形成荚膜，在人工培养基中不形成荚膜。）（4）产荚膜菌在液体培养基中生长，可使液体培养基具有粘性，在固体培养基中生长形成表面湿润，有光泽的光滑型菌落。失去荚膜，细菌生长形成粗糙型菌落。4.荚膜的功能（1）菌种特征,鉴别细菌；(2)保护细菌免遭吞噬细胞的吞噬和消化作用；（荚膜抗吞噬的机理还不十分清楚，可能由于荚膜粘液层比较光滑，不易被吞噬细胞捕捉之故。）(3)有荚膜的病原菌可增强毒力；(4)抗干燥：能贮留水分使细菌能抗干燥；(5)具有性。（二）S层1.概念：是细菌的一种特殊的表面结构，由单一蛋白质亚单位组成，规则排列，成类晶格结构，完整的包裹菌体。2.功能：（1）S层是一种最简单的生物膜，作为分子筛和离子通道。（2）具有类似荚膜的保护作用。（3）某些细菌的S层是一种黏附素。可介导细菌对宿主细胞的黏附作用。（4）许多致病菌或致病菌株具有S层结构。三、鞭毛在某些细菌菌体上具有细长而弯曲的丝状物，称为鞭毛。具有运动功能，鞭毛的长度常超过菌体若干倍。1.鞭毛的分类 依据鞭毛的数量和在菌体上的排列可分：一端单毛菌两端单毛菌丛毛菌周毛菌2.鞭毛的结构（1）基体 位于鞭毛根部，埋在细胞壁中。革兰氏阴性菌鞭毛的基体由一根圆柱和两对同心环所组成，一对是M环与S环，附着在细胞膜上；另一对是P环与L环，附在细胞壁的外膜上；革兰氏阳性菌的细胞壁无外膜层，其鞭毛只有M与S环而无P环和L环。（2）鞭毛钩 位于鞭毛伸出菌体之处，呈钩状弯曲 。（3）鞭毛丝 呈纤丝状，伸出于菌体之外，是由鞭毛 蛋白亚单位呈紧螺旋状缠绕而成的中空的管状结构。3.鞭毛的成分成份是蛋白质，其氨基酸组成，类似于动物的肌动蛋白。4.鞭毛的功能（1）鞭毛是细菌的运动器官，鞭毛有规律的收缩，引起细菌的运动。检查鞭毛运动性的方法：染色法、半固体（0.2-0.7%琼脂）培养基穿刺、细菌在固体（1.5-2.0%）培养基上菌落形状。（2）鞭毛与细菌的致病性有关系。如霍乱菌可通过鞭毛运动穿过小肠粘膜表面粘液层，黏附与肠粘膜上皮细胞，产生毒素而致病。（3）鞭毛抗原有很强的抗原性，通常称为H抗原，对某些细菌的鉴定、分型及分类具有重要意义。四、菌毛（Pilus）菌毛是许多革兰氏阴性菌和少数革兰氏阳性菌体表面遍布的一种较短的毛发状细丝。也叫做纤毛（Fimbriae）。1. 菌毛不是鞭毛 （1） 数量上，菌毛比鞭毛多。（2） 长度上，菌毛比鞭毛短的多，仅为0.21.5微米，比菌体小的多。（3） 运动性上 ，菌毛与运动性无关。（4） 其化学组成，菌毛是菌毛蛋白（Pilin）鞭毛是鞭毛蛋白，且在光镜下看不见菌毛，使用电镜才能观察到。2. 菌毛的分类（1）普通菌毛长0.31.0um,直径7nm。具有粘着细胞（红细胞、上皮细胞）和定居各种细胞表面的能力，它与某些细菌的的致病性有关。无菌毛的细菌则易被粘膜细胞的纤毛运动、肠蠕动或尿液冲洗而被排除，失去菌毛，致病力亦随之丧失。（2）性菌毛有的细菌还有14根较长的性菌毛，比普通菌毛长而粗，中空呈管状。性菌毛由质粒携带的一种致育因子（Ferility factor）的基因编码，故性菌毛又称F菌毛。带有性菌毛的细菌称为F+菌或雄性菌，无菌毛的细菌称为F-菌或雌性菌。性菌毛能在细菌之间传递DNA（不同的细菌通过性菌毛的接合传递DNA质粒），细菌的毒性及耐药性即可通过这种方式传递，这是某些肠道杆菌容易产生耐药性的原因之一。3. 菌毛的功能（1） 使菌体自凝或能凝集某些种类的红细胞，但此种凝集能被甘露糖所抑制。（2） 具有黏附作用，是一种毒力引子。（3） 非细菌生命所必需。五、芽胞1. 概念某些革兰氏阳性菌在一定环境下，可在菌体内形成一个圆形或卵圆形的休眠体称芽胞。未形成芽孢的菌体称繁殖体或营养体。老龄芽胞将脱离菌体独立存在，称游离芽胞。2. 芽胞在菌体存在的位置芽胞呈圆形或椭圆形，其形态、直径和在菌体内的位置随菌种而不同。（1）位于菌体中央、末端、或次末端。例如，炭疽杆菌的芽胞为卵圆形、（2）有的比菌体小，有的比菌体大。例破伤风杆菌芽胞，如鼓槌状这种形态特点有助于细菌鉴别。（3）细菌的芽胞形态和位置相当稳定。 3.芽胞的结构及功能芽胞具有多层厚而致密的胞膜，由内向外依次为核心、内膜、芽胞壁、皮质、外膜、芽胞壳和芽胞外衣（图2-10）。特别是芽胞壳，无通透性，有保护作用，能阻止化学品渗入。芽胞形成时能合成一些特殊的酶，这些酶较之繁殖体中的酶具有更强的耐热性。芽胞核心和皮质层中含有大量吡啶二羧酸（Dipicolinic acid,DPA）,占芽胞干重的515%，是芽胞所特有的成分，在细菌繁殖体和其他生物细胞中都没有。DPA能以一种现尚不明的方式，使芽胞的酶类具有很高的稳定性。芽胞形成过程中很快合成DPA，同时也获得耐热性。4.芽胞的抵抗力及意义：芽胞对外界环境的抵抗力比繁殖体强得多，特别耐高温和渗透压作用，一般化学药品也不容易渗透进去芽胞壁有多层结构，其通透性很低，特别是芽胞壳，无通透性，有保护作用，能阻止化学品渗入所以消毒剂不能用于杀灭芽胞。芽胞含水量少（约），其内的酶类和蛋白质不易遇热凝固变性，故短时高温仍不能杀灭芽胞（如破伤风芽胞可耐受1-3h煮沸）。芽胞形成时能合成一些特殊的酶，这些酶较之繁殖体中的酶具有更强的耐热性。如芽胞形成过程中很快合成大量（吡啶二羧酸），同时也获得耐热性。占芽胞干重的，是芽胞所特有的成分，在细菌繁殖体和其他生物细胞中都没有。芽胞内酶活性与新陈代谢极低，故干燥和营养缺乏时可长时间存活。芽胞在土壤中可存活几年至几十年，故土壤中经常有破伤风梭菌芽胞和炭疽杆菌芽胞存在。芽胞在自然界分布广泛，芽胞的抵抗力强，因此要严防芽胞污染伤口、用具、敷料、手术器械等用一般的化学消毒法不能彻底杀死芽胞。杀灭芽胞最有效的方法是高压蒸汽灭菌法。当进行消毒灭菌时往往以芽胞是否被杀死作为判断灭菌效果的指标。5.芽胞的形成特性（1） 受基因控制，如枯草杆菌芽胞的形成需8小时，要受200多个基因的控制，和成若干种类蛋白质，控制芽胞的形成。（2） 不同细菌形成芽胞还需不同的条件，大部分芽胞细菌只有在营养缺乏，代谢物积累或温度过高等不良条件下，在其衰老的细胞体内才能形成。但炭疽杆菌须在有氧条件下才能形成芽胞。（3） 芽胞形成后，菌体逐渐破裂成为空壳，菌体自溶，芽孢游离于外界环境中。（4） 一个细菌繁殖体制能形成一个芽胞。一个芽胞只能形成一个菌体，故芽胞不是细菌的繁殖器。6.芽胞的特性（1） 芽胞的抵抗力强，对热力、干燥、辐射、化学消毒剂等理化因素均有强大的抵抗力，用一般的方法不易将其杀死。有的芽胞可耐100沸水煮沸数小时。杀灭芽胞最可靠的方法是高压蒸汽灭菌。当进行消毒灭菌时往往以芽胞是否被杀死作为判断灭菌效果的指标。（2） 芽胞并非细菌的繁殖体，而是处于代谢相对静止的休眠休态，以维持细菌生存的持久体。只有进入动物体内或营养丰富并且条件适合的情况下，芽胞的核心向外生长形成繁殖体，才能开始发育和分裂繁殖。第二章 细菌的生理第一节 细菌的新陈代谢细菌新陈代谢有两个突出的特点：代谢活跃。细菌菌体微小，相对表面积很大，因此，物质交换频繁、迅速，呈现十分活跃的代谢。代谢类型多样化各种细菌其营养要求、能量来源、酶系统、代谢产物各不相同，形成多种多样的代谢类型，适应复杂的外界环境。一、细菌的酶细菌含有各种酶系统，包括很多种酶（大肠杆菌有30多种）。胞内酶：有些酶仅于细胞内部存在和起作用，称为胞内酶。如呼吸酶类等。胞外酶：有些则透过细胞壁膜分泌于细菌体外，称为胞外酶。如水解酶类等。固有酶：在正常情况下稳定存在和发挥作用的酶称为固有酶。诱导酶：细菌在外界环境的刺激下产生的酶为诱导酶。大肠杆菌的半乳糖酶（只有生长环境中有乳糖时才产生，乳糖消失后，该酶也不再形成）与医学有关的酶类：卵磷脂酶、透明质酸酶、胶原酶、溶纤蛋白酶、凝血浆酶、溶血素、尿素酶 一、细菌的新陈代谢产物1.分解产物（1）糖的分解产物大多数细菌都能利用糖类产生酸类、醇类及酮类，还能产生CO2、H2、CH4等气体。（2）蛋白质的分解产物不同种类的细菌，分解蛋白质、蛋白胨、氨基酸等含氮化合物的能力有差异，分解后的产物也不同。2.合成代谢产物及临床意义细菌通过新陈代谢不断合成菌体成分，如多糖、蛋白质、脂肪、核酸、细胞壁及各种辅酶等。此外，细菌还能合成很多在医学上具有重要意义的代谢产物（1）.维生素：是某些细菌自行合成的生长因子，不仅能满足菌体的需要，还能分泌到菌体外。动物体内的正常微生物群能合成维生素b和维生素K。（2）、细菌素：某些细菌能产生一种仅作用于有近缘关系的细菌的抗菌物质称细菌素。细菌素为蛋白类物质，抗菌范围很窄，无治疗意义，但可用于细菌分型和流行病学调查。细菌素以生产菌而命名大肠杆菌产生的细菌素称大肠菌素，绿脓杆菌产生的称绿脓菌素，霍乱弧菌产生的称弧菌素。（3）毒素：细菌可产生内、外毒素两大类。毒素的产生于细菌的毒力有关。G+产生外毒素，G-菌产生内毒素。（4）热原质：热原质即菌体中的脂多糖，大多是革兰氏阴性菌产生的。注入人或动物体内能引起发热反应，故名热原质。热原质耐高热，高压蒸汽灭菌不能使其破坏。热原质可通过一般细菌滤器，但没有挥发性，所以，除去热原质最好的方法是蒸馏。药液、水等被细菌污染后，即使高压灭菌或经滤过除菌仍可有热原质存在，输注机体后可引起严重发热反应。生物制品或注射液制成后除去热原质比较困难，所以，必须使用无热原质水制备。（5）酶类，与细菌的致病性密切相关。某些细菌可产生具有侵袭性的酶，能损伤机体组织，促进细菌的侵袭、扩散，是细菌重要的致病因素，如链球菌的透明质酸酶等。（6）、色素：有些细菌能产生色素，对细菌的鉴别有一定意义。细菌色素的产生需一定条件（营养丰富、氧气充足、温度适宜），无光合作用，对细菌的功能尚不清。细菌色素有两类：水溶性色素：能弥形至培养基或周围组织，如绿脓杆菌产生的绿脓色素使培养基或脓汗呈绿色。脂溶性色素：不溶于水，仅保持在菌落内使之呈色而培养基颜色不变，如金黄色葡萄球菌色素。（7）抗生素：某些微生物代谢过程中可产生一种能抑制或杀死某些其他微生物或癌细胞的物质称抗生素。抗生素多由放线菌和真菌产生，细菌仅产生少数几种如多粘菌素、杆菌肽等。第二节 细菌的生长繁殖细菌的生长繁殖包括菌体各组分有规律的增长及菌体数量的增加。一、 细菌个体的生长繁殖1.细菌的分裂方式细菌一般以简单的二等分分裂法进行无性繁殖，蛋白质、核酸物质的合成成倍的增加，（球菌可从不同平面分裂