细菌的形态与结构

第一章细菌的形态与结构Morphology&StructureofBacterium细菌(bacterium)是属原核生物界的一种单细胞微生物，有广义和狭义两种范畴。广义上泛指各类原核细胞型微生物。狭义上则专指其中数量最大、种类最多、具有典型代表性的细菌。1第一节细菌的大小与形态SizeandMorphologyofBacteria2一、细菌的大小一般以微米（μm）为测量单位。观察细菌最常用的仪器是光学显微镜。3在不同种类的细菌大小不一，同一种细菌也因菌龄和环境因素的影响而有差异。4观察细菌需经染色，最常用革兰染色法（Gramstain），此法可将细菌分成两大类：革兰阳性菌（G＋菌）和革兰阴性菌（G－菌）。5革兰染色法示意67球菌杆菌螺形菌(coccus)(bacillus)(spiralbacterium)•二、细菌的形态8（一）球菌可形成不同的排列方式，这对一些球菌的鉴别颇有意义。1.双球菌(diplococcus)如脑膜炎奈瑟菌、肺炎链球菌。2.链球菌(streptococcus)如乙型溶血型链球菌。3.四联球菌(tetrad)如四联加夫基菌。4.八叠球菌（sarcina）如藤黄八叠球菌。5.葡萄球菌(staphylococcus)如金黄色葡萄球菌。9双球菌四联球菌八叠球菌葡萄球菌链球菌球菌的排列方式有助于初步诊断101112各种球菌13杆菌(bacillus)杆菌形态多数呈直杆状，不同杆菌的大小、长短、粗细很不一致。大的杆菌如炭疽芽孢杆菌长３～10μm，中等的如大肠埃细菌长2～3μm，小的如布鲁菌长仅０.６～１.５um。14球杆菌棒状杆菌链杆菌分枝杆菌15大肠埃希菌双歧杆菌16球杆菌炭疽芽胞杆菌大肠埃希菌梭杆菌17螺形菌(spiralbacterium)弧菌（vibrio）菌体长2-3um，只有一个弯曲，呈弧形或逗点状，如霍乱弧菌；螺菌（spirillum）菌体长3-6um，有数个弯曲，如鼠咬热螺菌；螺杆菌（helicobacterium）菌体细长弯曲呈弧形或螺旋形，如幽门螺杆菌。18螺形菌模式图19弧菌螺菌螺杆菌20细菌的形态受温度、PH、培养基成分和培养、时间等因素影响很大。在不利环境或菌龄老时常出现梨形、气球状和丝状等不规则的多形性（polymorphism），称为衰退型（involutionfrom）。观察细菌的大小和形态，应选择其适宜生长条件下的对数期为宜(一般是细菌在适宜的生长条件下培养8~18h时形态比较典型)。21第二节细菌的结构structureofbacterium细菌的基本结构细菌的特殊结构细胞壁cellwall荚膜capsule细胞膜cellmembrane鞭毛flagellum细胞质cytoplasm菌毛pilus核质nuclearmaterial芽胞spore22细菌的一般结构模式图23（一）细胞壁（cellwall）（重点）细胞壁位于菌细胞的最外层，是一种膜状结构，组成较复杂，并随不同细菌而异。用革兰染色法可将细菌分为两大类，即革兰阳性菌（G+菌）和革兰阴性菌G-菌）。G＋菌和G－菌细胞壁的共有组分为肽聚糖，但各自有其特殊组分。一、细菌的基本结构(basicalstructureofbacterium)241、共有组分：肽聚糖（peptidoglycan）肽聚糖是一类复杂的多聚体，是细菌细胞壁中的主要成分，为原核细胞所特有，又称为粘肽（mucopeptide）、糖肽（glycopeptide）或胞壁质（murein）。25G+菌的肽聚糖组成聚糖骨架四肽侧链五肽交联桥形成坚韧的三维立体网状结构26金黄色葡萄球菌细胞壁的肽聚糖结构27G－菌的肽聚糖组成聚糖骨架四肽侧链形成疏松的二维平面结构28大肠埃希菌细胞壁的肽聚糖结构292、G+菌细胞壁特殊组分G+菌的细胞壁较厚（20~80nm），除含有15~50层肽聚糖结构外，尚含由大量的磷壁酸（teichoicacid），约占细胞壁干重的50%。30磷壁酸按其结合部位不同分为：壁磷壁酸：它的一端通过磷脂与肽聚糖上的胞壁酸共价结合，另一端伸出细胞壁游离于外。膜磷壁酸，或称脂磷壁酸（lipoteichoicacid，LTA），一端与细胞膜外层上的磷脂共价结合，另一端呈游离状态。31革兰阳性菌细胞壁结构模式图32磷壁酸的功能：是细胞壁表面重要的抗原作为噬菌体吸附的受体发挥黏附作用与致病性有关33某些G+菌细胞壁表面还有一些特殊的表面蛋白，如A族链球菌的M蛋白、金黄色葡萄球菌的A蛋白等，均与细菌致病性和抗原性有关。343、G－菌细胞壁特殊组分G－菌细胞壁较薄（10~15nm），但结构较复杂。除含由1~2层的肽聚糖结构外，尚有其特殊组分外膜（outermembrane），约占细胞壁干重的80%。从内向外由脂蛋白、脂质双层、脂多糖组成。35外膜由•脂蛋白、•脂质双层•脂多糖三部分组成。36位于肽聚糖层和脂质双层之间，其蛋白质部分与肽聚糖侧链的二氨基庚二酸相连，其脂质成分与脂质双层非共价结合，使外膜和肽聚糖层构成一个整体。脂蛋白（Lipidprotein）37双层内镶嵌着多种蛋白质称为外膜蛋白（outermembraneprotein,OMP），①为孔蛋白（porin）如大肠埃希菌的OmpF、OmpC,允许水溶性分子（分子量≤600）通过；②为诱导性或去阻遏蛋白质，参与特殊物质的扩散过程；③为噬菌体、性菌毛或细菌素的受体脂质双层（Lipidbilayer）38脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）即G－菌的内毒素（endotoxin）。（内→外）脂质A（lipidA）：内毒素的毒性和生物学活性的主要组分，无种属特异性。核心多糖：有属特异性。特异多糖：即G－菌菌体抗原（O抗原），有种特异性。（若丢失细菌菌落可发生S-R变异）3940革兰阴性菌细胞壁结构模式图41革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较细胞壁革兰阳性菌革兰阴性菌强度较坚韧较疏松厚度20-80nm10-15nm肽聚糖结构有五肽交联桥无五肽交联桥肽聚糖层数多达50层1-2层肽聚糖含量细胞壁干重50%-80%细胞壁干重5%-20%糖类含量45%15%-20%脂类含量1%-4%11%-22%磷壁酸＋－外膜－＋结构三维立体结构二维平面结构42革兰阳性菌与革兰阴性菌细胞壁结构对比图43G＋菌和G－菌细胞壁结构的不同，导致它们在染色性、抗原性、致病性及对药物的敏感性等方面有很大差异。如：青霉素：与细菌竞争转肽酶，抑制侧链与肽桥的连接，使胞壁合成受阻。溶菌酶：裂解β-1,4糖苷键，破坏聚糖骨架。G＋菌和G－菌细胞壁结构差异的意义44细菌细胞壁合成1.swf454、细胞壁的功能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。决定菌体的抗原性。与细菌致病性有关。46细菌肽聚糖结构受到理化或生物因素的直接破坏或合成受抑制后，细胞壁受损，这种细菌一般在普通环境中不能耐受菌体内的高渗透压而将会胀裂死亡。但在高渗环境下，它们仍可存活，称为细菌细胞壁缺陷型或L型（bacterialLform）。G+菌细胞壁缺陷型：原生质体（protoplast）G－菌细胞壁缺陷型：原生质球（spheroplast）5、细菌细胞壁缺陷型（细菌L型）47细菌L型主要特点如下:形态：呈高度多形性，大小不一。染色性：大多染成G－菌，着色不均。培养特性：培养困难，需在高渗低琼脂含血清的培养基中生长，生长繁殖较原菌缓慢，可形成“荷包蛋”样细小菌落。可回复性：去除诱发因素后，有些L型可回复为原菌，有些则不能回复。致病性：有一定的致病力,通常引起慢性感染。48细菌L型菌落类型4950荷包蛋样菌落51细菌L型的意义①在高渗环境中才能生存，具有致病性，常引起组织间质性炎症及慢性感染，如尿路感染、骨髓炎、心内膜炎等；②由于形态结构和特性发生变异，给临床诊断和治疗造成困难。52细胞膜或称胞质膜，位于细胞壁与细胞质之间的一层生物膜，由磷脂和蛋白组成，不含胆固醇，占细胞干重的10～30％。（二）细胞膜（cellmembrane）53细胞膜的功能物质转运与交换作用生物合成作用呼吸、分泌作用某些细菌部分细胞膜可内陷、折叠形成囊状物，称为中介体（mesosome），多见于G+菌，有拟线粒体之称。54中介体的电镜照片中介体55白喉棒状杆菌的中介体细胞膜包裹的胶状物质为细胞质（cytoplasm）或称原生质（protoplasm），是细菌进行新陈代谢的主要场所，其中含有许多重要结构。（三）细胞质（cytoplasm）56是存在于细胞质中染色体外的遗传物质，为闭合环状双链DNA，携带遗传信息，控制细菌某些非生命必需的遗传性状，如菌毛（F质粒）、细菌素（Col质粒）、毒力（Vi质粒）和耐药性（R质粒）的产生等。1、质粒（plasmid）57质粒的特征：有自我复制能力，随细菌分裂转移到子代细胞中；质粒不是细菌生长所必不可少的，可自行丢失或消失，失去质粒的细菌仍能正常存活；可以通过接合或转导等方式转移。582、核糖体（ribosome）是细菌合成蛋白质的场所，细菌核糖体沉降系数为70S，由50S和30S两个亚基组成。链霉素30S红霉素50S59细菌细胞质中含有多种颗粒，大多为贮藏的营养物质，包括糖原、淀粉等多糖、脂类、磷酸盐等。如白喉棒状杆菌的异染颗粒：RNA、多偏磷酸盐嗜碱，着色深有助于鉴别3、胞质颗粒60细菌是原核细胞，不具成形的核。细菌的遗传物质称为核质（nuclearmaterial）或拟核（nucleiod），集中于细胞质的某一区域，多在菌体中央，无核膜、核仁和有丝分裂器。因其功能与真核细胞的染色体相似，故习惯上亦称之为细菌的染色体（chomosome）。（四）核质61二、细菌的特殊结构specialstructuresofbacterium荚膜（capsule）鞭毛（flagellum）菌毛（pilusorfimbria）芽胞（spore）621、定义某些细菌在细胞壁外包绕一层由疏水性多糖或蛋白质组成的粘液性物质。凡与细胞壁结合牢固，厚度≥0.2μm，边界明显光学显微镜可见者称为荚膜。厚度﹤0.2μm者称为微荚膜(microcapsule)如伤寒沙门菌的Vi抗原以及大肠埃希菌的K抗原。（一）荚膜（capsule）63电镜下肺炎链球菌荚膜642、染色性荚膜对一般碱性染料亲和力低，不易着色，普通染色只能见到菌体周围有未着色的透明圈。可用墨汁复染或者特殊染色法可将荚膜染成与菌体不同的颜色。65肺炎链球菌荚膜663、化学组成随菌种而异，大多数细菌的荚膜是多糖，少数菌的荚膜为多肽（炭疽杆菌），个别细菌的荚膜为透明质酸（链球菌）。具有不同抗原性可鉴别细菌及作为分型依据。674、形成条件多在条件好的情况下形成，如在动物体内或含有血清或糖的培养基中，在普通培养基上或连续传代则消失。685、功能抗吞噬抗有害物质损伤抗干燥粘附作用细菌分型及鉴定（荚膜肿胀试验）69附着在某些细菌菌体上的细长弯曲的丝状物称为鞭毛，是细菌的运动器官。化学成分主要为蛋白质。（二）鞭毛（flagellum）70根据鞭毛的数量和部位，可将鞭毛菌分成四类：单毛菌如霍乱弧菌双毛菌如空肠弯曲菌丛毛菌如铜绿假单胞菌周毛菌如伤寒沙门菌7172判断细菌有无鞭毛的方法：①电子显微镜②特殊染色法光学显微镜（如镀银染色）③动力试验④悬滴法73鞭毛菌电镜图74镀银染色75•半固体培养基中的生长情况：有鞭毛则扩散生长，无鞭毛则沿穿刺线生长动力实验76悬滴法77与细菌的运动有关。有些细菌的鞭毛与致病性有关，如霍乱弧菌。根据鞭毛菌的动力和鞭毛的抗原性（H抗原），可用于细菌的鉴定和分类。鞭毛的功能78某些细菌菌体表面存在着一种比鞭毛纤细、短而直的丝状物，称为菌毛，见于多数G－菌和少数G＋菌，与细菌的运动无关。（三）菌毛（pilus）79菌毛化学成分主要是蛋白质，具有抗原性。菌毛在普通光学显微镜下看不到，必须用电子显微镜观察。80遍布菌细胞表面，每菌可达数百根。主要起粘附作用，能与宿主表面的特异性受体结合，介导细菌在局