细菌 形态结构

第一篇 细菌学,长治医学院微生物学教研室张雄鹰,医学微生物学,细菌的形态与结构,长治医学院微生物教研室,细菌（bacterium）：是属于原核生物界的一种单胞生物.狭义概念：单指数量最大、种类最多、具有典型代表性的细菌（如葡萄球菌、链球菌、肺炎球菌等）广义概念：所有原核细胞型微生物（细菌、支原体、立克次体、衣原体、螺旋体、放线菌）,第1章 细菌的形态与结构,广义细菌的比较,第一节 细菌的大小与形态,细菌的大小 测量单位： 微米(m）细菌的形态 球 菌（coccus):不同种类的球菌排列方式不同，有不同的名称。如葡萄球菌、链球菌等。 杆 菌（bacillus):大小长短粗细很不一致。 螺形菌（spiral bacterium):菌体弯曲。一个弯曲为弧菌(vibrio)，数个弯曲为螺菌(spirillum)，也有的菌体细长弯曲呈弧形或螺旋形为螺杆菌（helico-bacterium）。,在自然界及人和动物体内，绝大多数细菌是黏附在无生命或有生命的物体表面，以生物被膜的形式存在。,双球菌,链球菌,链球菌,葡萄球菌,葡萄球菌,四联球菌,八叠球菌,链杆菌,棒状杆菌,球杆菌,分枝杆菌,双歧杆菌,弧 菌,螺 菌,螺杆菌,细菌的形态受温度、PH、培养基成分和培养时间等环境因素影响很大。 细菌在不利生长环境或菌龄老时呈现梨状、气球状、丝状等不规则的多形性，称为衰退型。 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（818h）为宜。,第二节 细菌的结构细菌的基本结构 细菌的特殊结构 细胞壁 cell wall 荚膜 capsule 细胞膜 cell membrane 鞭毛 flagellum 细胞质 cytoplasm 菌毛 pilus 核质 nuclear material 芽胞 spore,（一）细胞壁(cell wall): 细菌细胞的最外层，包绕在细胞膜周围.细胞壁中的基本成分为肽聚糖。 肽聚糖是原核细胞特有的组分，又称粘肽、糖肽或胞壁质。细胞壁中的特殊结构革兰阳性菌（G+）：磷壁酸、表面蛋白革兰阴性菌（G-）：外膜,肽聚糖(peptidoglycan) 聚糖骨架 G+ 四肽侧链 五肽交联桥（甘氨酸） 聚糖骨架 G 四肽侧链,聚糖骨架： N-乙酰葡糖胺 N-乙酰胞壁酸 -1,4 糖苷键,G+细胞壁的肽聚糖结构,五肽交联桥 五个甘氨酸,聚糖骨架 G：N-乙酰葡萄胺 M：N-乙酰胞壁酸,四肽侧链 L-丙、D-谷、L-赖、D-丙,三维立体,G-细胞壁的肽聚糖结构,聚糖骨架： 同G+ 菌,四肽侧链： L-丙、D-谷 DAP、D-丙,二维结构,作用： 具有抗原性，是重要的表面抗原；有黏附作用，与致病性有关组成带负电荷的网状多聚物或基质，使细胞壁具有很好的坚忍性、通透性及静电性能,壁磷壁酸 膜磷壁酸,1.磷壁酸,膜磷壁酸,壁磷壁酸,G+细胞壁中特殊结构,2.表面蛋白某些革兰阳性菌细胞壁表面有一些特殊蛋白成分A族链球菌表面-M蛋白金黄色葡萄球菌表面-蛋白（）,作用：具有黏附宿主细胞、抗吞噬及其它生物学活性,G+细胞壁中特殊结构,脂蛋白,脂多糖,脂质双层,特殊组分：,外膜,肽聚糖,G-细胞壁中特殊结构外膜,外膜,脂多糖(LPS)的组成,由内向外：脂质A(lipid A）- 内毒素活性主要成分，是-菌致病的主要因素，所有-菌脂质A结构相似，无种属特异性，故不同细菌产生的内毒素作用相似。核心多糖-具属特异性（同一属中核心多糖相同）。特异多糖- 最外层，构成-菌的菌体抗原（“O”抗原），具有种特异性。,肽聚糖,革兰阴性菌的细胞壁,脂多糖,细胞质,细胞膜,脂蛋白,外膜,外膜蛋白,周浆间隙,G+ 菌与G-菌细胞壁结构比较细胞壁 G+ 菌 G- 菌强度 较坚韧 较疏松厚度 20-80nm 10-15nm肽聚糖层数 可多达50层 1-2层肽聚糖含量 占细胞壁干重50-80% 占细胞壁干重5-20%糖类含量 多， 约45% 少， 15%-20%脂类含量 少，1%-4% 多， 11%-22%磷壁酸 + -外膜 - +,细胞壁的功能：,1.维持细菌外形2.保护作用,抵抗低渗环境（菌体内高渗）3.物质交换作用4.具有抗原性（磷壁酸、表面蛋白、外膜），可以诱发机体的免疫应答 5.致病作用 SPA-抗吞噬 A族链球菌表面M蛋白-抗吞噬 G-菌脂多糖LPS细菌内毒素(多种生物学效应)6.与耐药性有关7.与静电性有关8.其他,细菌细胞壁缺陷型（细菌L型）:概念：某些理化或生物因素作用于细菌，可抑制细菌肽聚糖的合成或破坏细菌细胞壁的结构，在高渗环境下，细菌仍可存活，成为细胞壁缺陷型,最早在Lister研究院发现，故名细菌L型。形成条件：溶菌酶、青霉素、胆汁、抗体、补体、培养基中缺少合成细胞壁的成分等生物学特性：多形性;革兰阴性;高渗低琼脂含血清的培养基培养(3%5%NaCl、10%20%人或马血清、0.8%1.0%的琼脂);生长缓慢;荷包蛋样、颗粒状或丝状菌落; 与医学关系：仍有一定致病性，常引起慢性和反复发作的感染,如尿路感染、骨髓炎、心内膜炎等， 发生在使用作用细胞壁的抗菌素治疗过程中，临床上遇有症状明显而常规细菌培养阴性者应考虑此菌感染，宜做L型的专门分离培养，并更换抗菌药物。,临床分离葡萄球菌L型,葡萄球菌L型回复后,细菌L型菌落类型,电镜照片,A：原细菌型菌落B：荷包蛋样L型菌落C：颗粒型L型菌落D：丝状型L型菌落,（二）细胞膜(cell membrane）又称胞质膜 （cytoplasmic membrane)，位于细菌细胞壁内侧，紧包着细胞质。 组成：脂质双层，蛋白质（无胆固醇）。结构与真核细胞基本相同， 功能：物质转运;呼吸和分泌;生物合成;参与细菌分裂等,功能：1.与细菌分裂有关，类纺锤丝作用2.扩大细胞膜面积，相应增加了酶的含量和能量的产生，拟线粒体作用,中介体： 细胞膜内陷形成的囊状物，多见于G+菌。常位于菌体的侧面或靠近中部。,细胞膜包裹的溶胶状物质 组成：水、蛋白质、脂类、核酸、糖、无机盐 功能：细菌新陈代谢的场所,细胞质内重要结构,核糖体,质粒,胞质颗粒,（三）细胞质(cytoplasm）,核糖体 细菌蛋白质合成场所。沉降系数为70S，由50S和30S两个亚基组成。与人类不同（真核沉降系数为80s 60s+40s） 核糖体是某些抗生素的作用靶点，可抑制细菌蛋白质的合成。如：链霉素 30S 红霉素 50S,质粒 plasmid 概念：是细菌染色体外的遗传物质；为闭合环状的双链DNA，带有遗传信息，控制细菌某些特定的遗传性状；能独立复制并传代；非细菌生命活动所必需；可通过接合、转导等将有关性状传递给其他细菌。,胞质颗粒（内含物 inclusion) 多为细菌储存的营养物质。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)或迂回体。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。,（四）核质(nuclear material ）,又称核质或拟核，是一个共价闭合环状双链DNA 分子,亦称细菌的染色体（chromosome）。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。化学组成： DNA（主要）、 RNA（较少）、蛋白质特点：无核膜、核仁及有丝分裂器；基因数目少，无内含子；绝大多数编码蛋白质的结构基因保持单拷贝形式，但编码rRNA的基因通常是多拷贝作用：细菌生长繁殖、遗传变异的物质基础,二、细菌的特殊结构,荚膜鞭毛菌毛芽胞,（一）荚膜(capsule)概念：某些细菌细胞壁外包绕的一层黏液性物质，为多糖或或蛋白质的多聚体，用理化方法去除后并不影响细胞的生命活动。凡黏液性物质牢固地与细胞壁结合，边界清楚，厚度 0.2m者（厚度 0.2m 称微荚膜或粘液层）,称为荚膜。化学组成：多糖（少数为多肽）形成条件：受遗传控制和环境条件的影响，在体内或在含大量血清或糖的培养基上容易形成染色：不易着色。（墨汁）负染, 荚膜染色荚膜的功能（1）抗吞噬作用：是病原菌的重要毒力因子，如肺炎链球菌（2）黏附作用：与致病性有关；形成生物被膜（导管，医院内感染）（3）抗有害物质的损伤作用：如溶酶体、补体（4）细菌分型鉴定,荚膜（肺炎球菌）,肺炎球菌,产气荚膜杆菌,（二）鞭毛(flagellum),概念：许多细菌菌体上附着的细长并呈波状弯曲的丝状物，是细菌的运动器官。化学本质：蛋白质观察方法：普通光学显微镜（鞭毛染色法:增粗作用） 电镜 悬滴或压滴 半固体培养基培养,鞭毛菌分类,单毛菌,双毛菌,丛毛菌,周毛菌,鞭毛菌分类,单毛菌,双毛菌,丛毛菌,周毛菌,鞭毛由基础小体、钩状体和丝状体三部分组成,鞭毛功能：,运动功能 鞭毛是细菌的运动器官，细菌的运动有化学趋向性，使细菌游向营养物质而逃离有害物质,与致病性有关 穿透粘膜表面粘液层，利于细菌粘附于上皮细胞,鉴定细菌和进行细菌分类 鞭毛菌的动力，鞭毛的数量、部位及鞭毛的抗原性（H抗原）,（三）菌毛(pilus or fimbriae)概念：许多G-菌和少数G+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。必须电镜观察。化学成分:由菌毛蛋白组成，具有抗原性种类及功能:根据功能不同，菌毛可分为普通菌毛和性菌毛两类。1、普通菌毛(ordinary pilus)：长0.22m，直径3 8nm。是细菌的黏附结构，可与宿主细胞表面受体结合，是细菌感染的第一步，若丢失，致病力消失。 菌毛的受体为糖蛋白或糖脂 如果红细胞表面有菌毛受体的相似成分，不同菌毛就可引起不同类型的红细胞凝集，称为血凝，借此鉴别菌毛。 2、性菌毛(sex pilus) ： 仅见于少数G-菌，一般仅14根，比普通菌毛长而粗，中空呈管状。由F质粒编码；有性菌毛的细菌为F+菌，否则为F-菌。可通过接合的方式传递细菌的遗传物质。是某些噬菌体吸附于菌细胞的受体。,普通菌毛：细菌的粘附结构 ，与宿主细胞表面特异性受体结合，有利于细菌的定植，与致病性相关,性菌毛：接合（与毒力、耐药性等性状的遗传物质的传递有关）。,有性菌毛的细菌 称F+菌 雄性菌无性菌毛的细菌 称F-菌 雌性菌,接合,（四）芽胞(spore)：概念：某些细菌在一定环境条件下，胞浆脱水浓缩在菌体内形成的一个圆形或卵圆形的小体，是细菌的休眠状态。产生芽胞的细菌都是G+菌.形成条件：芽胞的形成受遗传因素的控制和环境因素的影响，在动物体外，且一般为环境条件恶劣时形成。芽胞特点：（1）成熟芽胞具有多层膜结构.（2）保存全部生命必需物质：带有完整的核质、酶系统和合成菌体成分的结构。可游离于菌体而独立存在。（3）可发芽形成新的菌体，但芽胞不是细菌的繁殖方式，只是渡过不良环境的休眠状态.（4）难着色，其大小、形态及在菌体中的位置有助于细菌鉴别（5）不直接引起疾病，仅当发芽为繁殖体后才能迅速大量繁殖而致病,破伤风梭菌芽孢,炭疽芽胞杆菌,破伤风梭菌,肉毒梭菌,芽胞的功能 1.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)芽胞含水量少，蛋白质受热后不易变性。 (2)芽胞具有多层致密的厚膜，理化因素不易透入。 (3)核心和皮质中含有DAP，DAP与钙结合的盐能提高芽胞中各种酶的稳定性2.杀死细菌的芽胞可作为判断灭菌效果的指标 消毒灭菌应以杀死芽胞为标准！ 最可靠方法为高压蒸气灭菌3.细菌芽胞是某些外源性感染的重要来源4.细菌的鉴定指标：其大小、形态及在菌体中的位置有助于细菌鉴别,第三节 细菌形态与结构检查法显微镜放大法： 普通光学显微镜(light microscope)：普通光学显微镜的分辨率为0.25um。一般细菌都大于0.25um，故可用普通光学显微镜观察。 电子显微镜(electron microscope)：电子显微镜的分辨率为1nm。不仅能看清细菌的外形，内部超微结构可一览无余。 还有暗视野显微镜、相差显微镜、荧光显微镜、激光共聚焦显微镜等。染色法：是染色剂与细菌细胞质的结合 单染色法 鉴别染色法革兰染色、抗酸染色、特殊染色,透射电镜,扫描电镜,革兰染色（Gram stain） （原理、方法、结果、意义） 由丹麦细菌学家革兰(Hans Christian Gram)创建的一种鉴别染色法。标本固定后，采用4 种试剂分4 步：,涂片、干燥、固定,初染-结晶紫,媒