第一篇 微生物学基本原理,第二章 微生物的生物学性状 微生物（microorganism）包括细菌、支原体、衣原体、螺旋体、放线菌、立克次体、病毒及真菌。 微生物的生物学性状包括：形态结构、染色特性、生长繁殖与培养、理化性状、分类等。,第一节 细 菌,细菌(bacterium) 广义所有原核细胞型微生物（细菌、支原体、 衣原体、立克次体、螺旋体、放线菌 共性：原始核质、二分裂、对抗生素敏感 狭义专指其中的细菌,一、细菌的大小与形态,观察细菌常用光学显微镜，其大小用测微尺在显微镜下进行测量，以微米(m)为单位。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。 细菌按其外形，主要有,球菌（coccus） 杆菌（bacillus） 螺形菌（spiral bacterium）,1、球菌(coccus),脑膜炎奈瑟菌,双球菌(diplococcus),链球菌(streptococcus),球菌(coccus),球菌(coccus),葡萄球菌(straphylococcus),球菌(coccus),四联球菌(tetrad),球菌(coccus),八叠球菌(sarcina),2、杆菌(bacillus),不同杆菌的大小、长短、粗细很不一致。,杆菌的形态多样,杆菌(bacillus),杆菌(bacillus),杆菌的形态多样,分枝杆菌,双歧杆菌,3、螺形菌(spiral bacterium),二、细菌的结构,（一）细胞壁(cell wall) 是位于细菌细胞最外层，包绕在细胞膜周围，无色透明、坚韧而富有弹性的膜状结构。平均厚度为1230nm，组成较复杂，并随不同菌种而异。,基本结构,两类细菌细胞壁的共同组分为肽聚糖，但各有其特殊组分。,革兰染色法（Gram Stain）： 涂片 风干 固定 结晶紫 碘液 95%乙醇 复红,1、革兰阳性菌肽聚糖(peptidoglycan)聚糖骨架、四肽侧链、五肽交联桥（三维立体结构）,革兰阳性菌细胞壁肽聚糖经这样的三级链接，构成了交叉的、机械强度相当大的空间框架结构，交联率为75%，坚固而致密。这种三维立体结构的肽聚糖在革兰阳性菌中高达50层，为其细胞壁主要成分。,2、革兰阴性菌肽聚糖(peptidoglycan)聚糖骨架、四肽侧链（二维平面结构）,革兰阴性菌细胞壁肽聚糖由于缺乏交联桥，只能形成二维平面结构，而且交联率低，只有25%，故多数侧链呈游离状。这种二维平面的肽聚糖在革兰阴性菌中只有12层，只作为其细胞壁的组成成分之一。,3、革兰阳性菌细胞壁特殊组分 磷壁酸(teichoic acid),磷壁酸为革兰阳性菌特有成分，是由核糖醇或甘油残基经磷酸二酯键互相连接而成的多聚物。按结合部位不同分为壁磷壁酸和膜磷壁酸两种。,4、革兰阴性菌细胞壁特殊组分 外膜(outer membrane),革兰阴性菌细胞壁特殊组分-外膜,外膜位于肽聚糖外侧，由内向外由脂蛋白、脂质双层和脂多糖三部分组成。,外膜,脂蛋白,连接肽聚糖与脂质双层,脂质双层,结构类似细胞膜，有选择性通透作用，也可作为噬菌体、性菌毛、或细菌素的受体,脂多糖（LPS）,即革兰阴性菌内毒素,脂多糖 （由内向外）,脂质A,一种糖磷脂，是内毒素的毒性成分，无种属特异性,脂多糖由三部分组成,核心多糖,有种属特异性，同一菌属细菌核心多糖相同,特异多糖,即革兰阴性菌的菌体抗原（O抗原），具有种的特异性，此糖如果缺失，细菌菌落将发生SR变异,脂多糖(lipopolysaccharid,LPS),革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较,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 菌体表面带有多种抗原分子，可诱发机体的免疫应答。,细胞壁的功能,细菌细胞壁缺陷型或L型(bacterial L form)：细胞壁受损后仍能生长和分裂的细菌。在一般环境中不能耐受菌体内的高渗透压而将会涨破死亡。在高渗环境下，仍可存活。 革兰阳性菌细胞壁缺失后，原生质仅被一层细胞膜包住原生质体(protoplast)。 革兰阴性菌肽聚糖层受损后尚有外膜保护原生质球(spheroplast)。 某些L型仍有一定的致病力，通常引起慢性感染。,细菌细胞壁缺陷型（细菌L型）,细菌L型呈高度多形性，大小不一。着色不匀，无论其原为革兰阳性或阴性菌，形成L型大多染成革兰阴性。,(1) 细菌L型的形态和染色性,细菌L型生长缓慢，营养要求高，对渗透压敏感，普通营养基上不能生长，培养时必须用高渗的含血清的培养基。 细菌L型在高渗的含血清的培养基上生长后形成三种类型的菌落。,（2）细菌L型的培养特性和菌落形态,丝状菌落,颗粒型菌落,油煎蛋样菌落 典型的L型菌落,细菌细胞膜的结构与真核细胞者基本相同，由磷脂和多种蛋白质组成，但不含胆固醇。 细菌细胞膜的功能与真核细胞者类似，主要有物质转运、生物合成、分泌和呼吸等作用。 细菌细胞膜可形成一种特有的结构，称为中介体。,（二）细胞膜 (cell membrane),中介体：是部分细胞膜内陷、折叠、卷曲形成的囊状物，多见于革兰阳性菌。其功能类似于真核细胞的线粒体，故亦称为拟线粒体(chondroid)。,中介体(mesosome),核糖体(ribosome)：细菌合成蛋白质的场所，游离存在于蛋白质中。 质粒(plasmid)：染色体外的遗传物质，存在于细胞质中。为闭合环状的双链DNA，控制细菌某些特定的遗传特性。 细菌细胞质中含有多种颗粒，大多为贮藏的营养物质。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)。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。,（三）细胞质 (cytoplasm),（四）核质 (nuclear material),核质由单一密闭环状DNA分子反复回旋卷曲盘绕组成松散网状结构。 细菌是原核细胞，不具有成形的核。细菌的遗传物质称为核质或拟核，无核膜、核仁和有丝分裂器。功能与真核细胞的染色体相似决定细菌各种遗传性状。,二. 特殊结构,（一）荚膜 (capsule),荚膜：某些细菌在其细胞壁外包绕一层粘液性物质，当其厚度=0.2m，边界明显，光镜下可见时，称为荚膜。厚度 0.2m者称为微荚膜。其成分为疏水性多糖或蛋白质的多聚体，用理化方法去除后并不影响细胞的生命活动。,成分是多糖或多肽。 具有抗原性，用荚膜肿胀试验将细菌定型。 荚膜的形成与环境条件有密切关系。一般在动物体内或含营养丰富的培养基中易形成荚膜，在普通培养基上或连续传代则易消失。 荚膜对一般碱性染料亲和力低，不易着色。 普通染色菌体周围未着色的透明圈 特殊染色染上与菌体不同的颜色。,1. 荚膜的化学组成,抗吞噬作用 粘附作用 抗有害物质的损伤作用 微荚膜与荚膜具有相同的功能,2. 荚膜的功能与细菌的致病性有关,（二）鞭毛 (flagellum),许多细菌在菌体上附有细长并呈波状弯曲的丝状物，称为鞭毛，是细菌的运动器官。 鞭毛需用电子显微镜观察，或经特殊染色法使鞭毛增粗后才能在光镜下看到。,鞭毛菌分类,单毛菌,双毛菌,丛毛菌,周毛菌,鞭毛的结构,鞭毛是运动器官。有鞭毛的细菌能主动运动，可通过动力试验进行细菌鉴定； 鞭毛有抗原性。鞭毛的成分为鞭毛蛋白，并且具有高度的特异性，称为鞭毛抗原（H抗原），可作为细菌分类、分型的依据； 有的细菌其鞭毛与致病性有关。,鞭毛的功能,细菌的运动,菌毛：许多革兰阴性菌和少数革兰阳性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。 菌毛蛋白具有抗原性。 根据功能不同，菌毛可分为普通菌毛和性菌毛两类。 菌毛在普通光学显微镜下看不到，必须用电子显微镜观察。,（三）菌毛 (filus/fimbriae),普通菌毛遍布菌细胞表面，每菌可达数百根。 这类菌毛是细菌的粘附结构，能与宿主细胞表面的特异性受体结合，是细菌感染的第一步。 菌毛的受体常为糖蛋白或糖脂，与菌毛结合的特异性决定的宿主的易感部位。,1. 普通菌毛(ordinary pilus),仅见于少数革兰阴性菌。 数量少，1-4根。 比普通菌毛长而粗，中空呈管状。 性菌毛由致育因子F质粒编码，故又称F菌毛。 带有性菌毛的F+菌与无性菌毛的F-菌相遇时，性菌毛与其相应受体结合，F+菌内的质粒或DNA可通过性菌毛 进入F-菌体内，此过程接合(conjugation)。 性菌毛是某些噬菌体吸附于菌细胞的受体。,2. 性菌毛(sex pilus),芽胞：某些细菌在一定的环境条件下，能在菌体内部形成一个圆形或卵圆形小体，是细菌的休眠形式。芽胞形成后细菌即失去繁殖能力。 产生芽胞的都是革兰阳性菌。 芽孢折光性强、壁厚、不易着色，经特殊染色光镜下可见,（四）芽胞 (spore),细菌形成芽胞的能力是由菌体内的芽胞基因决定的。其形成条件因菌种而异。当营养物质缺乏时易形成芽孢，即为细菌维持生命的特殊形式； 芽孢由多层膜结构组成，带有完整的核质、酶系统和合成菌体组分的结构，能保存细菌的全部生命活动的物质。芽孢形成后，细菌即失去繁殖能力，菌体崩解，芽孢游离； 环境适宜时，芽孢则以发芽的形式发育成细菌的繁殖体； 一个细菌只形成一个芽胞，一个芽胞发芽也只生成一个菌体，细菌数量并未增加，因而芽胞不是细菌的繁殖方式。与芽胞相比，未形成芽胞而具有繁殖能力的菌体可称为繁殖体(vegetative form)。,1. 芽胞的形成与发芽,芽胞的结构,芽胞的大小、形状、位置等随菌种而异，有重要的鉴别意义。,芽孢的意义,芽胞的抵抗力强，可在自然界中存在多年，是重要的传染源。但芽胞并不直接引起疾病，只有发芽成为繁殖体后，才能迅速大量繁殖而致病。 芽胞抵抗力强，故应以杀灭芽胞作为可靠的灭菌指标。高压蒸汽灭菌法是杀灭芽孢最有效的方法。 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)含有的DAP与钙结合的盐能提高芽胞中各种酶的稳定性。,芽胞的意义,三、细菌的理化性状与新陈代谢,细菌的营养类型,根据细菌所利用的能源和碳源的不同，将细菌分为两大营养类型自养菌和异养菌。,自养菌(autotroph)：以简单的无机物为原料，合成菌体成分。 异养菌(heterotroph)：以多种有机物为原料，合成菌体成分并获得能量。异养菌包括腐生菌(saprophyte)和寄生菌(parasite)。所有的病原菌都是异养菌，大部分属寄生菌。,（一）细菌的理化性状,细菌的物理性状：,细菌的化学组成： 水、无机盐、蛋白质、糖类、 脂质和核酸,一. 细菌的能量代谢,发酵 需氧呼吸 厌氧呼吸,（二）细菌的新陈代谢与能量转换,二. 细菌的代谢产物,（一）分解代谢产物和细菌的生化反应 细菌种类不同细菌酶不同分解物质能力不同代谢产物不同鉴别作用 细菌生化反应检测细菌对各种基质的代谢作用及代谢产物以鉴别细菌种类的生化试验。,糖发酵试验 VP试验 甲基红试验 枸橼酸盐利用试验 吲哚试验 硫化氢试验 尿素酶试验 自动化仪器分析,糖发酵试验,细菌,分解,糖,发酵 产酸 +,发酵 产酸产气,+,不发酵,糖发酵试验,VP试验与甲基红实验,产气杆菌,丙酮酸,脱羧,乙酰甲 基甲醇,KOH,二乙酰 +胍基,红色 （VP阳性）,产气杆菌生成酸类减少 pH大于5.4,甲基红,橘黄色 （阴性）,大肠杆菌 pH小于4.5,甲基红,红色 （阳性）,VP试 验,大肠杆菌： 产气杆菌：+,甲基红试验,大肠杆菌：+ 产气杆菌：,枸橼酸利用试验,产气杆菌,分解,枸橼酸盐,碳酸盐,产碱,深兰色 （阳性）,枸橼酸利用试验,