【必备知识】

细菌属于原核细胞型微生物，个体微小、无色、半透明，具有独特的形态结构及化学组成，这些与细菌的致病性、抗原性、对药物的敏感性及染色效果有关，因此，为了更好地利用显微镜对细菌进行观察、鉴别和研究，通常要对细菌进行染色。

细菌细胞的基本结构有细胞壁、细胞膜、细胞质、核区及内含物等，有些细菌还有鞭毛、荚膜（糖被）、芽孢、菌毛等特殊结构（图3-1）。

一、细菌的基本结构

1．细胞壁

细胞壁在菌体的最外层，又称外膜，为无色、透明、坚韧、略有弹性的结构，起到固定细胞外形的作用，为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；阻拦大分子有害物质（某些抗生素和水解酶）进入细胞；赋予细菌特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的敏感性。

通过革兰染色可将细菌分为革兰阳性菌和革兰阴性菌两大类，这与细胞壁的化学组成及结构有关。

（1）革兰阳性菌细胞壁　壁较厚（20～80nm），主要由肽聚糖（约占90%）和磷壁酸（约占10%）组成（图3-2）。

肽聚糖是革兰阳性菌的主要成分，是由N-乙酰葡糖胺、N-乙酰胞壁酸以及短肽聚合成多层网状结构的大分子化合物。短肽包括四肽链和五肽桥两种，N-乙酰葡糖胺、N-乙酰胞壁酸通过β-1，4-糖苷键重复交替连接成肽聚糖骨架。β-1，4-糖苷键很容易被溶菌酶所水解，从而导致细菌因细胞壁肽聚糖的“散架”而死亡。由4个氨基酸分子按L型与D型交替方式连接而成四肽侧链，借肽键连接在聚糖骨架的N-乙酰胞壁酸上。五个甘氨酸组成的五肽桥，将两个相邻的聚糖骨架上的四肽链连接在一起，形成三维立体网状结构（图3-3）。

磷壁酸是大多数革兰阳性菌细胞壁所特有的化学成分，与细菌的抗原性及致病性有关，脂类含量低。

（2）革兰阴性菌细胞壁　较薄（10～15nm），由肽聚糖和外膜组成（图3-4）。

肽聚糖仅1～3层，骨架与革兰阳性菌相同，但其他成分有明显不同，四肽侧链的第三位发生了变化，且没有五肽桥，仅成单层平面网状的二维结构，因此结构较疏松薄弱（图3-5）。

外膜包围在细胞壁肽聚糖层外侧，由内向外依次为脂蛋白、脂质双层、脂多糖等成分，脂多糖又称热原质，位于革兰阴性菌细胞壁的最外层，包括类脂A、核心多糖及特异性多糖三部分。其中类脂A耐热，是革兰阴性菌内毒素的主要成分，对机体有致热作用。

由于革兰阳性菌与革兰阴性菌细胞壁的结构及化学组成有明显区别（图3-6、图3-7、表3-1），因此，对药物的敏感性存在很大差异。利用革兰染色法可鉴别革兰阳性菌与革兰阴性菌。

2．细胞膜

细胞膜又称细胞质膜，简称质膜，是紧靠在细胞壁内侧，包围细胞质的一层柔软而富有弹性的薄膜。通过质壁分离、鉴别性染色或原生质体破裂等方法可在光学显微镜下观察到。

细胞膜具有半透性，其厚7～8nm。主要由蛋白质（50%～70%）、脂类（20%～30%）、少量的多糖（2%）组成，所含的脂类均为磷脂。磷脂由磷酸、甘油、脂肪酸和含氮的碱基构成（图3-8）。

细胞膜能选择性地控制细胞内、外营养物质和代谢产物的运送，是维持细胞内正常渗透压的结构屏障，是合成细胞壁和糖被有关成分的重要场所。膜上含有与氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢有关的酶系，是细胞的产能基地，是鞭毛基体的着生部位，并可提供鞭毛旋转运动所需的能量。

3．细胞质

细胞质是位于细胞内的无色透明黏稠胶体，是细菌细胞的基础物质。其基本成分有水、蛋白质、核酸、脂类，也有少量的糖和无机盐类。细菌细胞质与其他生物细胞质的主要区别是其核糖核酸含量高。幼龄菌核糖核酸含量高，嗜碱性强，易被碱性和中性染料所着色；老龄菌核糖核酸含量减少，着色力降低。细胞质具有生命物质所有的各种特征，含有丰富的酶系，是营养物质合成、转化、代谢的场所，不断地更新细胞内的结构和成分，使细菌细胞与周围环境不断地进行新陈代谢。

4．核区与质粒

细菌具有比较原始形态的核，无核膜包裹，无固定形态的原始细胞核，无核仁。它的化学成分是一个大型的环状双链DNA分子，一般不含蛋白质。质粒是游离于原核生物核区以外，存在于细胞质中具有独立复制能力的环状的双链DNA分子，质粒具有麻花状的超螺旋结构，大小一般为1.5～300kb，分子量为106～108，仅相当于1%核区的大小。细菌质粒上携带着决定细菌某些遗传特性的基因，如接合、抗药、产毒、致病、降解樟脑和二甲苯等毒物、生物固氮、气泡形成、芽孢形成、产生抗生素和色素等。含质粒的细胞在正常的培养基上受紫外线、利福平、重金属离子或高温等因子处理时，由于其复制受抑而核染色体的复制仍继续进行，从而引起子代细胞中不带质粒，此即质粒消除。某些质粒具有与核染色体发生整合与脱离的功能。所谓整合，是指质粒等小型非染色体DNA插入核区等大型DNA分子中的现象。

二、细菌的特殊结构

1．鞭毛

某些细菌能从体内长出纤细呈波状的蛋白质附属物，称为鞭毛，其数目为一至数十条，具有运动功能。如果在普通光学显微镜下观察，需要经过特殊的染色法使染料沉积到鞭毛表面上后，这种加粗的鞭毛才能观察到。此外，根据观察细菌在水浸片或悬滴标本中的运动情况，生长在琼脂平板培养基上的菌落形态或在半固体直立柱穿刺线上群体扩散的情况，都可判断有无鞭毛。大多数球菌不生鞭毛，杆菌中少数生鞭毛，弧菌和螺菌都生鞭毛。鞭毛的着生位置、数目是菌种的特征。

依鞭毛的着生位置、数目可将细菌分类（如图3-9所示）。

2．糖被

有些细菌在其生命活动过程中，在一定的营养条件下，能向细胞壁的表面上分泌出一层黏液，形成一层厚度不定的透明胶状物质，称为糖被。主要成分是水分约占90%，还有多糖和多肽聚合物等。

糖被可分以下几类（图3-10）：①荚膜（约200nm）、②微荚膜（<200nm）、③黏液层、④菌胶团。

产糖被的细菌在固体培养基上形成表面湿润、有光泽、黏液状的光滑型菌落，不产糖被的细菌形成表面干燥、粗糙的粗糙型菌落。

3．芽孢

有些细菌当生长到一定时期繁殖速度下降，菌体细胞内细胞质出现浓缩聚集现象，逐步形成一个圆形、椭圆形或圆柱形的孢子，系对不良的环境条件具有较强抗性的休眠体，称为芽孢（图3-11），又称内生孢子。当菌体未形成芽孢前即称为繁殖体或营养体。

形成芽孢的细菌多为杆菌，细菌芽孢的着生位置、形状、大小因菌种而异（图3-12），是分类鉴定的依据。芽孢具有厚的壁和高度的折光性，一般染料不易着色，需要采用特殊的芽孢染色法才能在光学显微镜下观察到菌体内的芽孢。

芽孢是生命世界中抗逆性最强的一种结构，芽孢的形成需要一定的外界条件，芽孢一旦形成，对热、干燥、低温、辐射、化学杀菌剂等恶劣环境条件均具有很强的抵抗能力。有些芽孢在一定条件下可保存几十年不丧失生活力，芽孢之所以具有这样高度的抗逆性，与其结构和成分有关（图3-13）。目前杀灭芽孢最可靠的方法是高压蒸汽灭菌法，进行消毒灭菌时往往以芽孢是否被杀死作为判断灭菌效果的指标。

4．菌毛

多数革兰阴性菌及少数革兰阳性菌的细胞表面有一些比鞭毛更细、较短而直硬的丝状物，称为菌毛。菌毛必须用电子显微镜才能观察到。菌毛不具运动功能，根据形态及功能可分为普通菌毛和性菌毛两种类型。

（1）普通菌毛　毛短直，周身分布，数目可达上百根以上，主要与细菌的黏附性有关，是细菌致病性的重要因素。

（2）性菌毛　比普通菌毛粗而长，数量少，一个细胞仅具1～4根，性菌毛是在性质粒（F因子）控制下形成的，故又称F菌毛，能在细菌之间传递DNA，细菌的毒性及耐药性即可通过这种方式传递，这是某些肠道杆菌容易产生耐药性的原因之一。