微生物检验细菌的形态与结构.doc

第二章细菌的形态与结构本章考点：1.细菌的大小和形态（1）细菌的大小（2）细菌的形态与排列方式及代表细菌（3）影响细菌形态的因素2.细菌的基本结构（1）细菌壁（2）细胞膜（3）细胞质3.细菌的特殊结构（1）荚膜（2）鞭毛（3）菌毛（4）芽孢4.细菌L型细菌是一类具有细胞壁的单细胞原核细胞型微生物，有广义和狭义之分。一、细菌的大小和形态（一）细菌的大小细菌形体微小，通常以微米为测量单位。一般球菌的直径约lm，中等大小的杆菌长23m，宽0.30.5m。菌龄与环境等因素对菌体大小有影响。（二）细菌的形态与排列方式细菌有三种基本形态，即球形、杆形和螺旋形，分别称为球菌、杆菌和螺形菌。1.球菌：球菌呈球形或近似球形。直径约1m。据细菌分裂的平面不同以及菌体分离程度的差异，根据细菌细胞的排列方式的不同，又分为（1）双球菌：两个菌体成双排列，如脑膜炎奈瑟菌、肺炎链球菌、淋病奈瑟菌。（2）链球菌：许多菌体粘连成链状，如溶血性链球菌。（3）葡萄球菌：许多菌体无规律地堆积似一串葡萄，如金黄色葡萄球菌。（4）四联球菌和八叠球菌：4个菌体排列成正方形，称为四联球菌。8个菌体粘附成包裹状，称为八叠球菌。2.杆菌：杆菌呈杆状或球杆状。大的杆菌如炭疽芽胞杆菌长3lOm，中等的如大肠埃希菌长23m，小的如布鲁菌长仅0.61.5m。多数杆菌分散存在，有的杆菌可排列成链状，如炭疽芽胞杆菌；有的呈分支状，如结核分枝杆菌；有的呈“八”字或栅栏状，如白喉棒状杆菌。3.螺形菌：螺形菌菌体弯曲呈螺形，可分二类：（1）弧菌：只有一个弯曲，呈弧状或逗点状，如霍乱弧菌。（2）螺菌和螺旋体：有数个弯曲，如鼠咬热螺菌。表5-2-1细菌的形态与排列方式细胞的基本形态排列代表菌球菌肺炎链球菌淋病奈瑟菌脑膜炎奈瑟菌四联球菌八叠球菌化脓性链球菌葡萄球菌微球菌杆菌多数杆菌流感嗜血杆菌百日咳鲍特菌梭状芽胞杆菌炭疽杆菌枯草杆菌白喉棒状杆菌结核分枝杆菌弧菌、弯曲菌 霍乱弧菌副溶血弧菌幽门螺杆菌 螺菌、螺旋体鼠咬热螺菌钩端螺旋体梅毒螺旋体（三）影响细菌形态的因素：培养温度、时间、气体、培养基成分、pH、离子浓度等；机体内生态环境；环境中不利于细菌生长的物质，如药物、抗体、过高的盐分等。二、细菌的结构（一）基本结构1. 细胞壁：细胞壁是包被于细菌细胞最外层具有坚韧性和弹性的复杂结构。（1）细胞壁的主要成分：用革兰染色法可将所有细菌分为两大类，即革兰阳性（G +）菌和革兰阴性（G-）菌。两类细菌的细胞壁化学组成，既有相同又有不同的成分。革兰阳性菌（G+）革兰阴性菌（G-）共有成分肽聚糖（但结构不完全相同）特殊成分磷壁酸外膜层革兰阳性菌细胞壁革兰阴性菌细胞壁革兰阳性菌肽聚糖结构革兰阴性菌肽聚糖结构（注：革兰阳性（G+）菌和革兰阴性（G-）菌对溶菌酶和青霉素类抗生素的敏感性不同，为什么？）1）肽聚糖：又称粘肽或糖肽（M：N-乙酰胞壁酸；G：N-乙酰葡糖胺）。2）磷壁酸：分为壁磷壁酸和膜磷壁酸两种。磷壁酸有很强的抗原性，是革兰阳性菌重要的表面抗原，可用于细菌的血清学分型。3）外膜层：位于细胞壁肽聚糖的外侧，由脂多糖（LPS）、脂质双层（磷脂）、脂蛋白三部分组成。脂多糖为细菌的内毒素，与细菌的致病性有关，也是革兰阴性菌的菌体抗原，决定了细菌的抗原性。表5-2-1革兰阳性菌与革兰阴性菌细胞壁结构比较结构革兰阳性菌革兰阴性菌肽聚糖组成聚糖骨架、四肽侧链、五肽交联桥聚糖骨架、四肽侧链层数可达50层仅12层含量占细胞壁干重的50%80%占细胞壁干重的5%10%机械强度强，较坚韧差，较疏松磷壁酸有无外膜无有周浆间隙无有（2）细胞壁的主要功能：维持菌体固有形态并起保护作用；与细胞膜共同完成菌体内外的物质交换；细胞壁上的抗原决定簇，决定着菌体的抗原性；与细菌致病性有关。革兰阴性菌细胞壁上的脂多糖具有内毒素作用。2.细胞膜（胞质膜）：细胞膜是位于细胞壁内侧紧包在细胞质外面的一层具有半渗透性的生物膜。（1）细胞膜的结构和成分：（与一般生物细胞膜相似）结构为平行排列的脂质双层。主要化学成分为脂质和蛋白质及少量多糖。蛋白质多数是酶及载体蛋白。（2）细胞膜的主要功能：物质转运；（选择性通透作用）生物合成；呼吸作用；分泌作用。（与细胞膜上具有的酶有关）形成中介体：又称中间体，是细胞膜内陷折叠而成的管状囊状结构。3.细胞质细胞质是由细胞膜包裹着的无色透明溶胶性物质。细胞质是细菌新陈代谢的重要场所。细胞质内有核蛋白体、质粒、胞质颗粒。细胞质含丰富的酶系统，参与营养物质的合成与分解，故细胞质是细菌蛋白质和酶类合成的重要场所。细胞质中含有多种颗粒。这些颗粒包括：（1）核蛋白体（核糖体）：核蛋白体是蛋白质的合成场所。（2）核质：核质是由一条细长的闭环双链DNA反复盘绕卷曲而成的块状物。核质决定细菌性状和遗传特征，故它是细菌遗传变异的物质基础，是细菌的主要遗传物质。（3）质粒：是细菌染色体（核质）以外的遗传物质，为双链闭环DNA分子，携带遗传信息，控制细菌某些特定的遗传性状。（4）胞质颗粒：又称内含物，细胞质中含有多种胞质颗粒，多数为细菌暂时贮存的营养物质。胞质颗粒较常见的有异染颗粒，其主要成分是RNA与多偏磷酸盐，嗜碱性强。异染颗粒是鉴定细菌的依据之一。（二）特殊结构（主要掌握特殊结构的功能）细菌的特殊结构有荚膜、鞭毛、菌毛和芽胞。1.荚膜：荚膜是某些细菌在细胞壁外包绕的一层界限分明，且不易被洗脱的粘稠性物质，其成分多为糖类，少数为多肽或透明质酸等。其厚度0.2m，为荚膜；厚度0.2m，为微荚膜。荚膜对碱性染料的亲和性低，不易着色，普通染色只能看到菌体周围有一圈未着色的透明带；如用墨汁作负染色，则荚膜显现更为清楚。用荚膜染色法于光学显微镜下可见菌体外一层肥厚的透明圈。荚膜功能是：对细菌具有保护作用：抗吞噬、抗有害物质的损伤和抗干燥作用；致病作用:粘附作用：荚膜多糖可使细菌彼此间粘链，也可粘附于组织细胞或无生命物体表面，是引起感染的重要因素。抗原性；鉴别细菌的依据之一。2.鞭毛：鞭毛是由细胞质伸出的蛋白性丝状物。弧菌、螺菌及部分杆菌具有鞭毛。鞭毛纤细，长320m，直径仅l020nm，不能直接在光学显微镜下观察到。经特殊的鞭毛染色使鞭毛增粗并着色后，才能在光学显微镜下看到，也可直接用电子显微镜观察到。按鞭毛数目和排列方式，可分为：周鞭毛，菌体周身随意分布的许多鞭毛；单鞭毛，位于菌体一侧顶端仅l根鞭毛；双鞭毛，位于菌体两端各l根鞭毛；丛鞭毛，位于菌体极端有数根成丛的鞭毛。鞭毛功能是：鉴定价值：鞭毛是细菌的运动器官，细菌能否运动可用于鉴定。致病作用：鞭毛运动能增强细菌对宿主的侵害，因运动往往有化学趋向性，可避开有害环境或向高浓度环境的方向移动。抗原性：鞭毛具有特殊H抗原，可用于血清学检查。3.菌毛：细菌表面有极其纤细的蛋白性丝状物，称为菌毛。菌毛比鞭毛更细，且短而直，硬而多，须用电镜才能看到。菌毛可分为普通菌毛和性菌毛两类。（1）普通菌毛：该菌毛遍布整个菌体表面，形短而直，约数百根。功能：与细菌的致病性有关，普通菌毛是细菌的粘附器官，细菌藉菌毛的粘附作用使细菌牢固粘附在细胞上，并在细胞表面定居，导致感染。（2）性菌毛：性菌毛比普通菌毛长而粗，仅有l10根，中空呈管状。通常把有性菌毛的细菌称为雄性菌（F+菌）。无性菌毛的细菌称为雌性菌（F-菌）。功能：介导细菌遗传物质在细菌间的转移，带性菌毛的细菌具有致育性，细菌的毒力质粒和耐药质粒都能通过性菌毛的接合方式转移。4.芽胞：芽胞是某些细菌（主要是革兰阳性杆菌）在一定条件下，细胞质、核质脱水浓缩而形成的圆形或椭圆形的小体。芽胞不能分裂繁殖，是细菌的休眠体。芽胞若遇适宜的环境条件，可形成新的繁殖体，一个细菌只能形成一个芽胞，一个芽胞也只能形成一个繁殖体。（需要与真菌的孢子相区别）芽胞功能是：芽胞的抵抗力很强；芽胞在适宜条件可以发育成相应的细菌；鉴定细菌的依据之一。由于芽胞具有强大抵抗力，故在医学实践中具有重要意义： 抵抗力强的芽胞可在自然界存活多年，成为某些疾病的潜在传染源； 特别注意能形成芽胞的细菌污染了病房、手术室等，必须封闭房间进行彻底灭菌； 芽胞是否被杀死而作为判断灭菌效果的指标； 细菌芽胞的形状、大小、位置等随菌种而异，具有重要鉴别价值。三、细菌L型（细胞壁缺陷型细菌）（一）概念细菌细胞壁缺陷型（细菌L型），在某种情况下细胞壁肽聚糖结构可遭破坏，或当其合成受到抑制时，革兰阳性菌细胞壁几乎完全缺失，原生质仅被一层胞膜包绕，一般呈球形，称原生质体。革兰阴性菌经溶菌酶处理后，因其细胞壁中肽聚糖含量较少，且可保留某些或全部的外膜保护，内部渗透压又比革兰阳性菌低，故形成一种对低渗环境具有一定抵抗力的圆球体，或称原生质球。原生质体与原生质球都是细胞壁缺陷的细菌，通常将能有效生长和增殖的细胞壁缺陷型细菌称为细菌L型。因是在法国Lister研究院最早发现这种细胞壁缺陷细菌，故取Lister的第一字母L命名。（二）生物学特性细菌L型呈明显的多形性。染色时不易着色，染色性常发生变化。革兰染色大多呈阴性。被染成红色，且着色不均匀；由于细胞壁缺陷程度不一，在同一视野中可出现阳性、阴性混杂现象，或菌体内出现革兰阳性浓染颗粒。细菌L型生长缓慢，营养要求高，对渗透压敏感，普通培养基上不能生长，培养时必须用高渗的含血清的培养基。细菌L型在含血清的高渗低琼脂培养基（L型细菌的培养特点）中能缓慢生长，可形成三种类型的菌落：油煎蛋样菌落（典型L型细菌）：菌落较小，中心致密并深陷入琼脂中；四周较薄，由透明的颗粒组成，在低倍镜下观察菌落呈“油煎蛋”状。（与支原体的菌落相似）颗粒型菌落（简称G型菌落）：整个菌落由透明的颗粒组成，无致密的核心。丝状菌落（简称F型菌落）：菌落中心如典型L型菌落。但周边呈丝状。（三）致病性引起慢性和反复性感染。本章练习题：细菌的测量单位是A.kmB.mC.cmD.mmE.m答疑编号500735020201正确答案E细菌细胞壁的主要功能是A.维持细菌外形B.生物合成C.参与物质交换D.呼吸作用E.能量产生答疑编号500735020202正确答案A 具有黏附能力的细菌结构是A.荚膜B.鞭毛C.菌毛D.芽胞E.中介体答疑编号500735020203正确答案C 青霉素的抗菌作用机制是A.抑制细菌的核酸代谢B.干扰细菌蛋白质的合成C.破坏细胞壁中的肽聚糖D.破坏细胞膜E抑制细菌的酶活性答疑编号500735020204正确答案C 溶菌酶的灭菌机制是A.竞争肽聚糖合成中所需的转肽酶B.与核蛋白体的小亚基结合C.破坏细胞膜D.裂解肽聚糖骨架的-1,4糖苷键E.竞争性抑制叶酸的合成代谢答疑编号500735020205正确答案D 与致病性无关的细菌代谢产物是A.外毒素B.细菌素C.热原质D.血浆凝固酶E.透明质酸酶答疑编号500735020206正确答案B 具有抗吞噬作用的细菌结构是A.荚膜B.性菌毛C.鞭毛D.芽胞E.普通菌毛答疑编号500735020207正确答案A 第三章细菌的生理本章考点：1.细菌的化学组成和物理性状（1）细菌的化学组成（2）细菌的物理性状2.细菌的营养和生长繁殖（1）细菌的营养类型、物质及机制（2）细菌的生长繁殖的条件（3）细菌个体的生长繁殖（4）细菌群体的生长繁殖（5）细菌数的测定（6）细菌的生长曲线3.细菌的新陈代谢（1）细菌的酶类（2）细菌代谢的能量来源4.细菌的分解代谢和合成代谢（1）糖类的分解（2）蛋白质的分解（3）其他物质的分解（4）细菌的合成代谢及其产物的意义细菌的生理是研究细菌的营养、代谢、菌体各成分的生物合成、生长繁殖与生命活动的规律，以及与宿主间的相互作用。一、细菌的化学组成和物理性状（一）细菌的化学组成细菌和其他生物细胞的化学组成相似，由水、无机盐、蛋白质、糖类、脂类、核酸等组成。细菌体内还含有一些 特有的化学物质，如肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸、二氨基庚二酸（DAP）、脂多糖（LPS）。（二）细菌的物理性状1.带电现象：细菌的蛋白质具有两性游离的性质，当正电荷与负电荷相等时，为等电点。注：一般细菌生长繁殖的最适pH值为7.27.6。2.表面积：细菌体积虽小，但单位体积的表面积远比其他生物细胞要大。细菌的表面积大，有利于菌体内外界的物质交换，故细菌生长繁殖迅速。3.光学性质：细菌细胞为半透明体，当光线照射在菌体上，一部分光被吸收，另一部分光被折射，故细菌悬液呈混浊状态。菌数越多，浊度越大。注：利用细菌具有浊度的特性，进行细菌定量。4.半透性与渗透性：细菌的细胞壁和细胞膜都 有半透性，使细菌与外界进行物质交换。细菌的细胞壁和细胞膜都具有半透膜性质，可允许水分子通过，而对其他物质则有选择性通过作用。细菌吸取营养和排出代谢产物，均有赖于这种通透作用。革兰阳性菌体内渗透压高达506.6252533.125Pa，革兰阴性菌也有506.625607.96Pa。 细菌具有坚韧的细胞壁，能耐受菌体内的高渗透压，并能保护细菌在低渗透压环境中不致膨胀破裂。二、细菌的营养和生长繁殖（一）细菌的营养1.营养类型：根据细菌对营养物质需要的不同，将细菌分为两大营养类型。注：所有致病菌都是异养菌，大部分属于寄生菌。2.营养物质：营养物质包括 水 碳源：合成菌体成分，为细菌提供能量。 氮源：只用于合成菌体的成分，不提供能量。 无机盐 生长因子：细菌不能合成，必须在培养基中加入。3.营养机制：细菌的细胞壁和细胞膜都具有半透性，只能使水分和小分子溶质透过，而大分子蛋白质、多糖、脂类需经细菌的胞外酶水解成小分子物质后，菌体才能吸收（转运）。转运的方式有三类：（1）被动扩散：细菌依靠菌体表面细胞壁和细胞膜的半透性来调节各种营养物质的摄取。（2）主动吸收：细菌将许多营养物质以高于细胞外浓度积累在细胞内的过程称为主动吸收。（3）基团转位：基团转位亦是一种需要消耗能量的运输营养的方式。它是靠胞外酶将糖类等物质与一种耐热蛋白（HPr）与磷酸结合，使糖类等磷酸化而运送到菌体内，再与HPr解离。（二）细菌生长繁殖的条件生长繁殖必须的基本条件有4个方面：1. 营养物质：细菌所需的营养物应按一定的方式配比提供。2. 合适的pH：环境的pH对细菌的增殖有很大影响，因营养的吸收、分解及能量的产生，都需要酶参与反应，而酶活性必须在一定pH和温度下才能发挥作用。大多数细菌合适的pH为7.27.6。少数细菌对pH的需要明显不同，如霍乱弧菌pH8.49.2，结核分枝杆菌pH6.56.8，乳酸杆菌pH5.5。3. 适宜的温度：各类细菌对温度的要求不同，大多数病原菌（人类的致病菌属于此类）最适温度为37。小肠结肠炎耶尔森菌的最适生长温度为2028。4. 必要的气体:细菌所需要的气体主要是氧气，有的细菌还需要C02。根据对氧的需要程度，可将细菌分为：（1）需氧菌：必须在有氧（空气）的情况下才能生长。如铜绿假单胞菌。（2）微需氧菌：在5%左右的低氧压环境中才能生长。如弯曲菌属细菌。（3）厌氧菌：必须在无氧的环境中才能生长。如梭菌属细菌。（4）兼性厌氧菌：在有氧和无氧环境中均能生长。如肠杆菌属细菌。有些细菌在初次分离培养时，必须供给5% 10% C02才能生长。如脑膜炎奈瑟菌和淋病奈瑟菌。（三）细菌生长繁殖的方式与速度1.细菌个体的生长繁殖:细菌一般是以二分裂方式进行无性繁殖。大多数细菌繁殖的速度为每2030min分裂一次，称为一代，而结核分枝杆菌则需要1820h才能分裂一次。2.细菌群体的生长繁殖:将许多细菌（细菌群体）接种在液体培养基中或琼脂平板上进行培养，细菌群体就会一代一代地生长繁殖。（1）细菌数的测定：了解细菌生长繁殖后数量的方法，常用的有两种：比浊法，将细菌生长的悬液，置入一特制的玻管内，在一定条件下与麦氏标准管比浊（0.5号标准管内含细菌浓度为1.5亿ml），可求得待测细菌悬液中的细菌数；测定活菌数，即将待测细菌悬液，进行适当稀释，倾注入琼脂平板中，经3718h培养后计算菌落数，最后推算出细菌数（所含细菌数ml）。（2）细菌的生长曲线：以生长时间为横坐标，培养物中菌数的对数为纵坐标，可得出一条曲线，称为细菌的生长曲线。生长曲线分为4个时期：1）迟缓期：是细菌进入新环境后的适应阶段。2）对数期：此期细菌以几何级数增长（2021222324），在生长曲线图上，活菌数的对数呈直线上升，增长极快。此期细菌的形态、染色性、生理活性都较典型，对外界环境因素的作用较为敏感。3）稳定期：由于培养基中营养物质消耗，毒性产物积聚，pH下降使细菌繁殖速度渐趋下降，细菌死亡数则逐渐上升，细菌繁殖数与死亡数大致平衡。4）衰亡期：细菌繁殖逐渐减慢，死亡逐渐增多，死菌数超过活菌数。三、细菌的新陈代谢（一）细菌的酶类酶是生活细胞合成的特殊蛋白质，具有专一性，能催化特定的基质（底物）而进行特异反应。一个细菌细胞中有多种酶，这些酶足以催化整个细胞的全部代谢活动。（二）细菌的能量来源1.细菌生物氧化：细菌代谢所需能量主要是以生物氧化作用而获得的。物质在生物体氧化分解，释放能量的过程称为生物氧化。细菌的生物氧化很主要以脱氢和失电子的方式进行。不同类型的细菌在有氧或无氧条件下进行生物氧化，能利用不同类型的 供氢体和受氢体。供氢体可分为有机或无机化合物，受氢体可分为分子氧、无机物和有机物。注：大多数病原菌只通过需氧呼吸和发酵获得能量，它们不能利用简单的无机物。2.需氧呼吸：分解代谢以氧化磷酸化机制产生ATP的形式为呼吸，最终电子受体为02。3.发酵：某些细菌的酶系统不完善，不能将生物氧化过程进行到底，其最终受氢体（电子受体）是有机化合物尚未彻底氧化的中间代谢产物。物质在生物体内氧化分解、释放能量的过程称为生物氧化。绝大多数细菌都是通过生物氧化而获得能量的。病原菌获得能量的基质（生物氧化的底物）主要是糖类，通过糖的氧化释放能量，并以高能磷酸键（ADP、ATP）的形式储存能量。（三）细菌的分解代谢（利用细菌的分解代谢，可鉴别细菌，具体应用在细菌的生物化学检验这一章）1.糖类的分解：细菌分泌胞外酶，将菌体外的多糖分解成单糖（葡萄糖）后再吸收。各种细菌将多糖分解为单糖，进而转化为丙酮酸，这一过程是一致的。丙酮酸的利用，需氧菌和厌氧菌则不相同。 需氧菌将丙酮酸经三羧酸循环彻底分解成CO2和水。厌氧菌则发酵丙酮酸，产生各种酸类（如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、乳酸、琥珀酸等）、醛类（如乙醛）、醇类（如乙醇、乙酸甲基甲醇、异丙醇、丁醇等）、酮类（如丙酮）。不同细菌具有不同的酶，对糖类的分解能力和代谢产物也不同，借此可以鉴别细菌。2.蛋白质的分解：蛋白质分子在细菌分泌的蛋白质水解酶的作用下，生成各种氨基酸。氨基酸在体内脱氨基酶的作用下，经脱氨基作用生成氨。不同种细菌在不同的条件下所进行的脱氨基作用的方式（氧化脱氨基、水解脱氨基、还原脱氨基）及代谢产物也不同。可借此鉴别细菌。3.细菌对其他物质的分解：各种细菌产生的酶不同，其代谢的基质不同，代谢的产物也不一样，故可用于鉴别细菌。（四）细菌合成代谢产物及意义（1）热原质：大多数为革兰阴性菌合成的菌体脂多糖。注入人体或动物体内能引起发热反应，故称热