项目二细菌任务一细菌的形态结构一、细菌的形态结构（一）细菌细胞的形态和排列方式细菌细胞的基本形态有球状、杆状、螺旋状三种（图1-1），分别称为球菌、杆菌和螺旋菌，其中以杆状最为常见，球状次之，螺旋状较为少见。
仅有少数细菌或一些细菌在培养不正常时为其他形状，如丝状、三角形、方形、星形等。
图1-1 细菌的三种基本形态（左为模式图，右为照片）1. 球菌球菌单独存在时，细胞呈球形或近球形。
根据其繁殖时细胞分裂面的方向不同，以及分裂后菌体之间相互粘连的松紧程度和组合状态，可形成若干不同的排列方式（图1-2）。
A B C DE F图1-2 球菌的形态及排列方式（A.单球菌； B.双球菌； C.四联球菌； D.八叠球菌； E.链球菌； F 葡萄球菌）（1）单球菌细胞沿一个平面进行分裂，子细胞分散而独立存在，如尿素微球菌。
（2）双球菌细胞沿一个平面分裂，子细胞成双排列,如褐色固氮菌。
（3）四联球菌细胞按两个互相垂直的平面分裂，子细胞呈田字形排列,如四联微球菌。
（4）八叠球菌细胞按三个互相垂直的平面分裂，子细胞呈立方体排列,如尿素八叠球菌。
（5）链球菌细胞沿一个平面分裂，子细胞成链状排列,如溶血链球菌。
（6）葡萄球菌细胞分裂无定向，子细胞呈葡萄状排列,如金黄色葡萄球菌。
细菌细胞的形态与排列方式在细菌的分类鉴定上具有重要的意义。
但某种细菌的细胞不一定全部都按照特定的排列方式存在，只是特征性的排列方式占优势。
2. 杆菌杆菌细胞呈杆状或圆柱状，形态多样。
不同杆菌其长短、粗细差别较大，有短杆或球杆状（长宽非常接近），如甲烷短杆菌属；有长杆或棒杆状（长宽相差较大），如枯草芽孢杆菌。
不同杆菌的端部形态各异，有的两端钝圆，如腊状芽孢杆菌；有的两端平截，如炭疽芽孢杆菌；有的两端稍尖，如梭菌属；有的一端分支，呈“丫”或叉状，如双歧杆菌属，有的一端有一柄，如柄细菌属。
也有的杆菌稍弯曲而呈月亮状或弧状，如脱硫弧菌属。
杆菌的细胞排列方式有“八”字状、栅状、链状等多种（图1-3）。
A B C D图1-3 杆菌的形态及排列（A.单杆菌； B.双杆菌； C.栅栏状排列的菌； D.链杆菌）3. 螺旋菌螺旋菌细胞呈弯曲状，常以单细胞分散存在。
根据其弯曲的情况不同，可分为三种: （1）弧菌菌体呈弧形或逗号状，螺旋不足一周的称为弧菌，如霍乱弧菌。
这类菌与略弯曲的杆菌较难区分（图1-4）。
（2）螺菌菌体坚硬、回转如螺旋状，螺旋满2～6周的称为螺菌，如迂回螺菌。
（3）螺旋体菌体柔软、回转如螺旋状，螺旋超过6周的称为螺旋体，如梅毒密螺旋体。
图1-4 螺旋菌的形态（左为模式图，右为照片）（二）细菌细胞的大小细菌细胞大小的常用度量单位是微米（μm），而细菌亚细胞结构的度量单位是纳米（nm）。
不同细菌的大小相差很大（图1-5）。
一个典型细菌的大小可用大肠杆菌作代表。
它细胞的平均长度为2μm，宽0.5μm。
迄今为止所知的最小细菌是纳米细菌，其细胞直径仅有50nm，甚至于比最大的病毒还要小。
而最大细菌是纳米比亚硫磺珍珠菌，它的细胞直径为0.32～1.00m m，肉眼清楚可见。
细菌细胞微小，采用显微镜测微尺能较容易、较准确地测量它们的大小；也可通过投影法或照相图1-5 不同细菌大小的比例制成图片，再按照放大倍数测算。
球菌大小以直径表示，一般约0.5～1μm；杆菌和螺旋菌都是以宽×长表示，一般杆菌为（0.5～1）μm×（1～5）μm，螺旋菌为（0.5～1）μm×（1～50）μm。
但螺旋菌的长度是菌体两端点间的距离，而不是真正的长度，它的真正长度应按其螺旋的直径和圈数来计算。
在显微镜下观察到的细菌大小与所用固定染色的方法有关。
经干燥固定的菌体比活菌体的长度，一般要缩短1/3～1/4；若用衬托菌体的负染色法，其菌体往往大于普通染色法甚至比活菌体还大。
细菌的大小和形态除了随种类变化外，还要受环境条件（如培养基成分、浓度、培养温度和时间等）的影响。
在适宜的生长条件下，幼龄细胞或对数期培养物的形态一般较为稳定，因而适宜于进行形态特征的描述。
在非正常条件下生长或衰老的培养体，常表现出膨大、分枝或丝状等畸形。
例如巴氏醋酸菌在高温下由短杆状转为纺锤状、丝状或链状，干酪乳杆菌的老龄培养体可从长杆状变为分枝状等。
少数细菌类群（如芽孢细菌、鞘细菌和粘细菌）具有几种形态不同的生长阶段，共同构成一个完整的生活周期，应作为一个整体来描述研究。
二、细菌细胞的构造典型的细菌细胞的构造可分为基本构造和特殊构造（图1-6）。
细菌的基本构造是指为所有的细菌细胞所共有的，而可能为生命所绝对必需的细胞构造，包括细胞壁、细胞膜、细胞质及其内含物和核区。
细菌的特殊构造是指某些细菌所特有的，可能具有某些特殊功能的细胞构造，如芽孢、糖被、鞭毛、菌毛和性菌毛等。
（一）细菌细胞的基本构造1. 细胞壁细胞壁是位于细胞最外面的一层厚实、坚韧的外被。
其厚度因菌种而异，一般在10～80nm之间，其重量占细胞干重的10％～25％。
通过染色、质壁分离或制成原生质体后在光学显微镜下可观察到，或用电子显微镜观察细菌超薄切片等方法，也可证明细胞壁的存在。
细胞壁的功能主要有：①固定细胞外形和提高机械强度，使其免受渗透压等外力的损伤；②为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；③阻拦大分子有害物质（某些抗生素和水解酶）进入细胞；④赋予细菌特定的抗原性、致病性（如内毒素）以及对抗生素和噬菌体的敏感性。
基本构造特殊构造图1-6 细菌细胞的模式构造（1）细菌的革兰氏染色法由于细菌细胞既微小又透明，因此一般要经过染色才能作显微镜观察。
革兰氏染色法是1884年由丹麦病理学家Christain Gram氏创立的，而后一些学者在此基础上作了某些改进。
该法不仅能观察到细菌的形态而且还可将所有细菌区分为两大类。
其主要过程为：结晶紫初染、碘液媒染、95％乙醇脱色和番红等红色染料复染4步（图1-7）。
染色反应呈蓝紫色的称为革兰氏阳性细菌（G+ 细菌）；染色反应呈红色的称为革兰氏阴性细菌（G- 细菌）。
现在已知细菌革兰氏染色的阳性或阴性与细菌细胞壁的构造和化学组成有关。
图1－7 革兰氏染色步骤示意图（2）细菌细胞壁的构造和化学组成根据细菌细胞壁的构造和化学组成不同（图1-8和表1-1），可将其分为G+ 细菌与G- 细菌。
G+ 细菌的细胞壁较厚（20～80nm），但化学组成比较单一，只含有90％的肽聚糖和10％的磷壁酸；但G- 细菌的细胞壁较薄（10～15nm），却有多层构造（肽聚糖和脂多糖层等），其化学成分中除含有肽聚糖以外，还含有一定量的类脂质和蛋白质等成分。
此外，两者在表面结构上也有显著不同。
图1－8 G+ 细菌与G- 细菌细胞壁构造的比较表1-1 G+ 细菌与G- 细菌细胞壁成分的比较（3）革兰氏染色的机制对细菌细胞壁的详细分析，为解释革兰氏染色的机制提供了较充分的基础。
目前多用物理机制来解释革兰氏染色现象。
革兰氏染色结果的差异主要基于细菌细胞壁的构造和化学组分不同。
通过初染和媒染，在细菌细胞膜或原生质体上染上了不溶于水的结晶紫与碘的大分子复合物。
G+ 细菌由于细胞壁较厚、肽聚糖含量较高和交联紧密，故用乙醇洗脱时，肽聚糖层网孔会因脱水而明显收缩，再加上的G+ 细菌细胞壁基本上不含类脂，故乙醇处理不能在壁上溶出缝隙，因此，结晶紫与碘复合物仍牢牢阻留在其细胞壁内，使其呈现蓝紫色。
G- 细菌因其细胞壁薄、肽聚糖含量低和交联松散，故遇乙醇后，肽聚糖层网孔不易收缩，加上它的类脂含量高，所以当乙醇将类脂溶解后，在细胞壁上就会出现较大的缝，这样结晶紫与碘的复合物就极易被溶出细胞壁。
因此，通过乙醇脱色，细胞又呈现无色。
这时，再经番红等红色染料复染，就使G- 细菌获得了新的颜色——红色，而G+ 细菌则仍呈蓝紫色（实为紫中带红）。
革兰氏染色不仅是分类鉴定菌种的重要指标，而且由于G+ 细菌和G- 细菌在细胞结构、成分、形态、生理、生化、遗传、免疫、生态和药物敏感性等方面都呈现出明显的差异，因此任何细菌只要通过简单的革兰氏染色，就可提供不少其他重要的生物学特性方面的信息（表1-2）。
表1-2 G+ 细菌与G- 细菌一系列生物学特性的比较（4）缺壁细菌细胞壁是细菌细胞的基本构造，在特殊情况下也可发现有几种细胞壁缺损的或无细胞壁的细菌存在。
①原生质体：指在人工条件下用溶菌酶除尽原有细胞壁或用青霉素抑制细胞壁的合成后，所留下的仅由细胞膜包裹着的圆球状渗透敏感细胞，一般由G+菌形成；②球状体：指还残留部分细胞壁的原生质体，一般由G- 菌形成；原生质体和球状体的共同特点：无完整的细胞壁，细胞呈球状，对渗透压较敏感，即使有鞭毛也无法运动，对相应噬菌体不敏感，细胞不能分裂等。
在合适的再生培养基中，原生质体可以回复，长出细胞壁。
原生质体或球状体比正常有细胞壁的细菌更易导入外源遗传物质和渗入诱变剂，故是研究遗传规律和进行原生质体育种的良好实验材料。
自发缺壁突变：L型细菌实验室中形成彻底除尽：原生质体缺壁细菌人工方法去壁部分去除：球状体自然界长期进化中形成：支原体③L型细菌：1935年时，在英国李斯特预防医学研究所中发现一种由自发突变而形成细胞壁缺损的细菌——念珠状链杆菌，它的细胞膨大，对渗透压十分敏感，在固体培养基表面形成“油煎蛋”似的小菌落。
由于李斯德(Lister)研究所的第一字母是“L”，故称L型细菌。
许多G+ 菌和G- 菌都可形成L型。
目前L型细菌的概念有时用得较杂，甚至还把原生质体或球状体也包括在内。
严格地说，L型细菌专指在实验室中通过自发突变形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷菌株。
L型细菌虽然丧失合成细胞壁的能力，但是由于质膜完整，在一定渗透压下不影响其生存和繁殖，但是不能保持原有细胞形态，菌体形成高度多形态的变异菌。
④支原体：是在长期进化过程中形成的、适应自然生活条件的无细胞壁的原核微生物。
其细胞膜中含有一般原核生物所没有的甾醇，因此虽缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强度。
2．细胞膜和间体（1）细胞膜又称细胞质膜，是一层紧贴在细胞壁内侧，包围着细胞质的柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜，厚约7～8nm，约占细胞干重的10％。
通过质壁分离、鉴别性染色、原生质体破裂等方法可在光学显微镜下观察到，或采用电子显微镜观察细菌超薄切片等方法，均可证明细胞膜的存在。
细胞膜的主要化学成分有磷脂（约占20％～30％）和蛋白质（约占50％～70％），还有少量糖类（如己糖）。
其中蛋白质种类多达200余种。
图1-9 细胞膜的模式构造通过电子显微镜观察时，细胞膜呈现3层结构，即在上下两层暗的电子致密层中间夹着一较亮的电子透明层。
这是因为，细胞膜的基本结构是由两层磷脂分子整齐地排列而成。
每一磷脂分子由1个带正电荷且能溶于水的极性头（磷酸端）和1个不带电荷且不溶于水的非极性尾（烃端）所构成。
