细菌学概论

细菌学概论_微生物学与免疫学

课堂笔记

一、细菌的形态、结构与分类★★★

细菌是自然界中广泛存在的一类具有细胞壁，以无性二分裂方式进行繁殖的原核细胞型微生物。是微生物学的主要研究对象。

（一）细菌的大小和形态★★★

1．细菌的大小

（1）通常以微米（μm）为测量单位。

（2）不同形态的细菌用不同的参数来表示其大小：球菌的大小以其直径表示（多数为1．0μm左右）；杆菌和螺旋菌的大小一般以其长度×宽度表示（多数为2～5μm×0．5～1．0μm）。需要注意的是，不同种类细菌的大小不同，同一种类细菌的大小也可随着生存环境的改变和培养时间的不同而发生变化。

2．细菌的形态　细菌的形态可分为基本形态、特殊形态和不规则形态。其中就单个细胞来说，基本形态主要有球状、杆状和螺旋状三种，分别称为球菌、杆菌和螺旋菌。

（1）球菌：外观呈球形或近似球形。由于球菌分裂后，其子代细胞常保持一定的排列方式，因此可用作球菌的分类鉴定依据。常见的排列方式包括：单球菌；双球菌；链球菌；四联球菌；八叠球菌和葡萄球菌。

（2）杆菌：细胞呈杆状或球杆状。杆菌的空间排列方式受环境因素影响较大，因此不作为分类鉴定的依据，而其两端的形状则相对要恒定得多。例如两端呈钝圆形、两端平齐呈竹节状排列或似梭状等。

（3）螺旋菌：菌体呈弯曲状，按其弯曲程度不同可分为弧菌和螺菌两大类。

细菌形态可受多种因素影响而发生变化。在不适宜的环境中生长或培养时间过长时，常会出现不规则形态（即多形性）。当将细菌转移到新鲜培养基或重新获得适宜条件后，又能恢复原来的正常形态。

（二）细菌的细胞结构★★★

细菌细胞结构分为基本结构和特殊结构。

1．基本结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质及其内容物、核质等。

（1）细胞壁★★★：位于细菌细胞膜的外层，坚韧并且有弹性的结构。

①观察细胞壁的方法有：细菌超薄切片的电镜直接观察；质壁分离与适当的染色，可以在光学显微镜下看到细胞壁；机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁；制备原生质体，观察细胞形态的变化。

②细胞壁具有多种生物学功能：保护细胞，使其免受由于渗透压的变化而引起的细胞破裂；维持细菌的基本形态；为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；细胞壁是多孔性的，有一定的通透性和机械阻挡作用；细菌的细胞壁还与细菌的致病性、抗原性和对某些药物及噬菌体的敏感性有关。

③细胞壁的结构

革兰染色与细胞壁：C．Gram（革兰）于1884年发明的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。其染色要点为：先用结晶紫染液初染，再加媒染剂——碘液处理，使菌体着色，然后用乙醇脱色，最后用复染液（沙黄或番红花红）复染。显微镜下菌体呈红色者为革兰阴性细菌（常以G-表示），呈深紫色者为革兰阳性细菌（常以G＋表示）。G＋菌与G-菌细胞壁的化学组成结构具有明显差异，因此造成染色后呈现不同颜色。

革兰阳性细菌：细胞壁的化学组成以肽聚糖为主，另外还结合磷壁酸。肽聚糖是由大量单体组成。每一单体又由三个亚单位构成：分别是以β-1，4糖苷键连接N-乙酰葡萄糖胺（NAG）和N-乙酰胞壁酸（NAM）所构成的双糖单位；连接在NAM上的四肽尾；用于连接相邻四肽尾的肽桥（约70%的四肽侧链由肽桥相连）。其中四肽侧链的氨基酸组成和排列顺序通常为L-丙氨酸、D-谷氨酸、L-赖氨酸和D-丙氨酸。在金黄色葡萄球菌中，肽桥由五个甘氨酸构成。大量肽聚糖单体的重复相连就形成了致密且机械强度大的三维立体网状结构。磷壁酸是革兰阳性细菌细胞壁上特有的组分，可分为甘油型和核糖醇型两种。同时具有重要生理功能。

革兰阴性细菌：革兰阴性细菌细胞壁分为内壁层、外壁层和周质空间。

内壁层由肽聚糖组成，其结构与革兰阳性细菌相似，但肽链中的L-赖氨酸往往被内消旋二氨基庚二酸（m-DAP）取代。而且四肽侧链的交联不需要肽桥，交联度低（大约30%），故其网状结构不及革兰阳性细菌的坚固，显得比较疏松。

外壁层再分为内、中、外三层。最外层为脂多糖层（LPS），中间为磷脂层，内层为脂蛋白层。其中脂多糖又由类脂A、核心多糖和特异性多糖组成，是革兰阴性细菌细胞壁特有的成分，具有重要生物学功能。类脂A无种属特异性，而核心多糖和特异性多糖则具有种属特异性。磷脂双层结构与细胞膜结构类似。脂蛋白则起到连接肽聚糖层和外膜层的作用。

周质空间是外膜与细胞膜之间除内壁层与外壁层以外的狭窄空间，其中含有大量酶类。其实在革兰阳性菌中也存在周质空间，但宽度较阴性菌窄，即位于肽聚糖层与细胞膜之间。

④作用于细菌细胞壁的药物：青霉素和溶菌酶。

青霉素的抑菌机制：可以抑制细菌细胞壁中肽聚糖的合成，从而抑制细菌生长。在肽聚糖合成的最后阶段，短肽侧链之间的交联过程需要转肽酶参加，青霉素可专一性地抑制转肽酶的活性，使肽聚糖合成中断。不论是对革兰阳性菌还是革兰阴性菌，青霉素的作用机制相同，但由于阴性菌和阳性菌肽聚糖结构的不同，使得青霉素的作用位点不同。由于革兰阳性菌细胞壁的肽聚糖含量和交联度明显高于革兰阴性菌，因此对青霉素的敏感性高于革兰阴性菌。此外，由于革兰阴性菌细胞壁中含有外膜层，外膜对生物大分子的通透屏障作用使青霉素不易进入细胞壁，也使其对青霉素不如革兰阳性菌敏感。

溶菌酶的杀菌机制：溶菌酶是广泛存在于卵清、人的泪液和鼻涕、部分细菌及噬菌体内的一种酶，该酶专一性地水解细菌细胞壁中肽聚糖里NAM和NAG的β-1，4糖苷键，破坏肽聚糖骨架，引起细菌细胞裂解，达到杀菌目的。

⑤细胞壁缺陷的细菌

L型细菌：是指在实验室培养过程中通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷菌株。对渗透压十分敏感，可在低渗条件下缓慢生长。在固体培养基表面形成“油煎蛋”状的小菌落。有些可通过细菌滤器。大肠埃希菌、变形杆菌、葡萄球菌、链球菌等多种细菌都可形成L型细菌。

原生质体：是在人工条件下，用溶菌酶完全水解细胞壁或用青霉素抑制新生细胞壁合成所得到的仅有细胞膜包裹的圆球状结构。一般由革兰阳性菌在高渗环境中形成。原生质体均呈球形，对环境条件很敏感，有的原生质体还保留着鞭毛，但不能运动，也不能被相应的噬菌体感染。

球状体：又称原球体或原生质球，是在人工条件下，用溶菌酶和乙二胺四乙酸（EDTA）部分水解细胞壁所获得的残留有部分细胞壁的圆球状结构。一般由革兰阴性菌在高渗环境中形成。球状体较之原生质体对外界环境具一定抗性，并能在普通培养基上生长。

上述三种细胞壁缺陷细菌对环境的敏感度依次为：原生质体＞球状体＞L型细菌。

（2）细胞质膜★：是紧贴在细胞壁内侧，包围着细胞质的柔软、具有一定弹性的半透性薄膜。细胞膜的化学组成主要有磷脂（20%～30%）、蛋白质（50%～70%）和少量的多糖。

其生理功能包括：①选择性控制细胞内、外营养物质及代谢产物的运输；②维持细胞内正常渗透压的屏障；③借助膜上含有的与呼吸有关的酶直接参与细菌的产能代谢，它是细菌的产能基地；④是合成细菌细胞壁及壁外各种附属结构的场所；⑤是鞭毛着生点，并为鞭毛运动提供能量。

中介体是一种由细胞质膜内褶而形成的囊状结构，其中充满着层状或管状的囊泡。多见于革兰阳性菌的细胞内，有“拟线粒体”之称。此外，还与细菌DNA的复制、分配和细菌细胞分裂密切相关。

（3）细胞质及内含物★：细胞质是细胞质膜包围的除核区外的全部物质，为无色、半透明的胶状物。细胞质的主要成分为核糖体、胞质颗粒等，少数细菌还有类囊体、羧酶体、气泡或伴胞晶体等。

①核糖体：原核细胞与真核细胞的核糖体结构不同，由50S的大亚基和30S的小亚基组成70S核糖体，是合成蛋白质的场所；真核细胞核糖体由60S和40S大小两个亚基组成80S的核糖体。正是由于两者之间的差异，可以作为许多抗菌药物的作用靶位而对人体无害。

②胞质颗粒：是细菌细胞内的一些颗粒状内含物，是微生物合理利用营养物质的一种调节方式，并有利于维持细胞内环境的平衡。例如：聚-β-羟丁酸（PHB）为碳源类储藏物，由于其无毒、可塑、易降解，是生产医用塑料和生物降解塑料的良好原料。异染颗粒是无机偏磷酸的聚合物。糖原粒与淀粉粒均为碳源的储藏物，用稀碘液可将糖原粒染成红褐色，淀粉粒则染成蓝色。

（4）核质★：又称拟核或类核，是原核生物特有的无核膜、核仁结构、无固定形态的原始细胞核。其实质为一条双链DNA分子，经过高度折叠、盘绕，形成闭合环状的超螺旋形式。在正常情况下，细菌细胞内的核质体数目一般为一个。处于分裂期的细菌，由于DNA的复制先于细胞分裂，导致一个细菌细胞内可含2～4个核质体。

质粒是细菌染色体外的能自主复制的遗传物质。其本质为共价、闭合、环状的双链DNA分子。质粒的分子量比核质体小得多，所携带的基因数也很少，通常只有1～200个。许多质粒既可以游离在细胞质中，也可以整合入宿主细胞染色体中。虽然质粒可以控制细菌的一些性状，如抗药性及性菌毛等，但质粒并不是细菌生活所必需的结构，在自然或人工条件下，都可导致质粒消除，质粒所控制的性状也随之消失。

2．细菌细胞的特殊结构包括荚膜、鞭毛、芽胞和菌毛等。★★★

（1）糖被——荚膜：某些细菌在生活过程中，向其细胞壁外分泌一层疏松、透明的黏液状物质，有一定外形并相对稳定地附着于细胞壁外，称为荚膜。

其特点包括：①主要成分是多糖、多肽或蛋白质，尤以多糖居多。经特殊的荚膜染色，特别是负染色（又称背景染色）后可在光学显微镜下清楚地观察到它的存在；②产生荚膜是微生物的一种遗传特性，其菌落特征及血清学反应是细菌分类鉴定的指标之一；③荚膜并非细胞生活的必要结构，但它对细菌在环境中的生存有利。如抗干燥、抗白细胞吞噬、储存养料等；④荚膜的形成可以增强细菌的致病性，可以抗白细胞吞噬、抗补体的杀菌作用及表面黏附作用。

（2）芽胞：某些细菌在其生长发育后期，能够在菌体内部形成一个圆形或椭圆形的厚壁对不良环境有极强抗性的休眠体，称之为芽胞。主要由好氧性的芽胞杆菌属和厌氧性梭菌属产生。

芽胞的特点包括：①芽胞是整个生物界中抗逆性最强的生命体，是否能消灭芽胞是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标；②芽胞是细菌的休眠体，在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞；产芽胞细菌的保藏多用其芽胞；③产芽胞的细菌多为杆菌，也有一些球菌。芽胞的有无、形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标；④芽胞与营养细胞相比，化学组成存在较大差异，容易在光学显微镜下观察（芽胞染色）。

芽胞的结构由内向外依次为：核心、皮质层、芽胞衣和胞外壁。由于芽胞外壁较营养体厚度明显增大，因此与细菌的繁殖体相比，芽胞对热、干燥、辐射、化学药物及其他不良环境的抗性方面有明显的优势。不过其抗热机制除与外壁厚有关外，与其核心的高度失水和皮层中DPA-Ca的存在也直接相关。少数芽胞菌在形成芽胞的同时，还会在芽胞旁形成一个菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体，称为伴胞晶体。

（3）鞭毛：某些细菌从细胞内向外伸出一根或数根细长、波状弯曲的蛋白质类丝状体，称为鞭毛，是细菌的运动“器官”。鞭毛的长度为菌体的4～6倍，一般为15～20μm，直径为10～20nm。可以利用电子显微镜直接观察鞭毛；或通过特殊染色法在普通光学显微镜下观察鞭毛；也可以在暗视野显微镜中通过观察细菌运动方式从而判断细菌是否具有鞭毛；还可以用半固体培养基穿刺培养，通过菌体的生长状况推断鞭毛存在与否。鞭毛主要由基体、钩形鞘和鞭毛丝三部分组成。革兰阳性菌与革兰阴性菌鞭毛在细胞壁外的结构部分相同，但两者的基体构造略有差异。鞭毛的有无、数量和着生方式可作为细菌分类、鉴定的依据。

（4）菌毛：某些细菌细胞表面着生的非鞭毛的蛋白质类丝状物，称之为菌毛，也称纤毛或细毛。菌毛与细菌的运动性无关。根据其形态和功能可将菌毛分为普通菌毛和性菌毛两类。

普通菌毛：着生在许多革兰阴性菌及少数革兰阳性菌的菌体细胞表面，数目众多，短直，与细菌的黏附性有关，能与宿主细胞表面的相应受体结合，导致感染的发生。

性菌毛：存在于大肠埃希菌和其他肠道菌的雄性菌株表面。性菌毛长度和直径都比普通菌毛大，数目较少。可以介导细菌遗传物质重组方式——接合作用的发生。

（三）细菌的分类★

1．分类单位　细菌的分类单位与其他生物一样，依次为：界、门、纲、目、科、属、种。常用的还有菌株：是指从不同来源的标本中所得到的同属一个种的各纯培养物。在实验室中所获得的某种细菌的变异型也可以称为一个新的菌株。

2．命名　和其他生物一样，细菌的命名采用国际上通用的林奈的拉丁双名法。双名是指属名和种名两部分，由此构成细菌的学名。具体命名规则是：①属名在前，种名在后；②属名描述该属的主要特征，种名描述种的个体特征；③属名和种名用拉丁文、希腊文或拉丁化的其他文字表示，并一律采用斜体形式；④属名为名词，首字母大写，种名为形容词，首字母小写。如结核分枝杆菌的学名为Mycobacterium tuberculosis。有时常在种名之后附以命名者的姓氏，如金黄色葡萄球菌学名的全称为Staphylococcus aureus Rosenbach。如果书写为Bacillus subtilis ASI398，则代表枯草芽胞杆菌ASI398菌株。

二、细菌的营养与生长繁殖★★★

（一）细菌细胞的化学组成★

细菌细胞的化学组成与其他生物细胞相似，物质基础是各种化学元素，由各种元素再构成细胞内的各类化学物质，以满足生命活动的需要。组成细菌细胞各化学元素的种类和所占的比例相对稳定。各种化学元素主要以化合物的形式存在于细菌细胞中，重要的化合物组分有水、各类无机物、有机物和以此为基础进一步合成的蛋白质、核酸、糖类及脂类等。

（二）细菌需要的营养物质及生理功能★

细菌的六大营养要素为碳源、氮源、能源、无机盐、生长因子和水。

1．碳源　凡是可以被微生物用来构成细胞物质或代谢产物中碳素来源的物质称为碳源。碳源通过机体内一系列复杂的化学变化被用来构成细胞物质和（或）为机体提供完成整个生理活动所需要的能量。因此，碳源通常也是机体生长的能源。

2．氮源　凡是能被微生物用来构成细胞物质中或代谢产物中氮素来源的营养物质通常称为氮源。

3．能源　能为微生物生命活动提供能量来源的营养物或辐射能称为能源。根据来源不同可以把能源分为两类：一是化学物质，化能有机异养型微生物的能源为有机物，与它们的碳源物质相同。化能无机自养型微生物的能源为无机物，与它们的碳源物质不同。二是辐射能，是光能自养型和光能异养型微生物的能源。

4．无机盐　无机盐是微生物生长必不可少的一类营养物质，它们为机体生长提供必需的金属元素。这些金属元素在机体中的生理作用有参与酶的组成、控制细胞的氧化还原电位和作为某些微生物生长的能源物质等。

5．生长因子　某些微生物在一般含有碳源、氮源、无机盐的培养基里培养时还不能生长或生长极差，但当在这种培养基里加进某种组织（或细胞）提取液时，这些微生物能生长得很好。说明这种组织（或细胞）里含有某些微生物生长所需要的因子。生长因子通常指那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成或合成量不足以满足机体需要的有机化合物。可将它们分成维生素、氨基酸与嘌呤（或嘧啶）碱基三大类。

6．水　水是微生物生长所需要的另外一种重要物质，它在微生物的生存中起着重要作用。包括作为溶剂与运输介质；参与细胞内一系列化学反应；维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象；有效地控制细胞内温度变化等。

（三）吸收营养物质的方式★★

细菌的跨膜运输方式主要有简单扩散、促进扩散、主动运输和基团转移四种类型。

1．简单扩散　是借助细胞内外营养物质的浓度梯度，使营养物质通过细菌细胞的壁膜屏障结构从高浓度向低浓度扩散。其主要特点是：①不消耗能量；②不需要载体蛋白——渗透酶的参与；③扩散方向是从高浓度向低浓度；④扩散的速率随浓度梯度的降低而减小，当细胞内外浓度相等时达动态平衡。借助简单扩散进入细菌细胞的营养物质种类并不多，主要是水、脂肪酸、乙醇、甘油、某些氨基酸及一些气体分子。

2．促进扩散　促进扩散是借助细胞内外营养物质的浓度梯度和载体蛋白，使营养物质通过细菌细胞的壁膜屏障结构，进入细胞内的过程。与简单扩散相比，不同之处是在促进扩散中还需要载体蛋白参加。一般载体蛋白与营养物质之间是特异性的，也有些细菌可以利用多种载体来运输同一种营养物质。通过促进扩散进入细菌细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。

3．主动运输　主动运输是在特异性渗透酶的参与下，可以逆浓度差运输所需营养物质的过程，是细菌细胞吸收营养物质的主要方式。主动运输的主要特点是：①消耗能量；②需要载体蛋白——渗透酶参与；③对被运输的营养物质具有高度的选择性。

4．基团转移　基团转移是一种特殊形式的主动运输，其特点是被运输的营养物质在由细胞膜外向膜内运输中发生了化学修饰。如TPS系统中，葡萄糖经过这种方式被运输到胞内后，增加了一个磷酸基团成为磷酸葡萄糖。基团转移的主要运输对象是糖类、脂肪酸、核苷、碱基等营养物质。

（四）细菌的营养类型★

根据碳源、能源及电子供体性质的差异将细菌的营养类型主要分为四种。

1．光能无机自养型　能以CO2作为主要或唯一的碳源，以无机物作为供氢体并利用光能进行生长。

2．光能有机异养型　不能以CO2或碳酸盐作为主要或唯一的碳源，而是以有机物作为碳源及供氢体并利用光能进行生长。光能异养型细菌在生长时，大多数需要外源的生长因子。

3．化学能无机自养型　能够以CO2或碳酸盐作为主要或唯一的碳源，而生长所需的能量来自于无机物氧化过程中放出的化学能。广泛分布于土壤和水环境中，参与地球物质循环。

4．化学能有机异养型　以有机物氧化时所产生的化学能为能源，并以有机物作为主要碳源。因此，有机物对这类细菌既是碳源又是能源。大多数细菌、真菌等都是化能异养型微生物，已知所有的病原性细菌都属于此种类型。

细菌营养类型的划分不是绝对的，不同营养类型之间的界限并非十分严格。在特定环境条件下，有些自养型细菌可以利用有机物进行生长；而一些异养型细菌也可以利用CO2或碳酸盐作为碳源生长。微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化的适应能力。

（五）细菌的生长繁殖★★

1．细菌生长繁殖的条件

（1）营养物质：主要包括碳源、氮源、能源、无机盐、生长因子和水。在一定范围内，菌体细胞的生长繁殖速度与其营养物质的浓度成正比。

（2）酸碱度（pH）：大多数细菌的最适pH为6．8～7．4。

（3）温度：温度对细菌生长速度的影响最大。

（4）气体：多数细菌在代谢过程中不同程度地需要一定量的氧气，根据细菌生长与氧气的关系可将其分为五种常见类型：专性需氧菌、微需氧菌、耐氧菌、专性厌氧菌和兼性厌氧菌。需氧类型的划分与细胞中的多种酶类有关，主要包括SOD和过氧化氢酶等。

2．细菌的繁殖方式　无性二分裂方式，速度为15～ 20min繁殖一代，因此在固体培养基上培养10～12h后，就能形成肉眼可见的由单个菌细胞增殖而来的细胞集团，即菌落。少数细菌繁殖速度较慢。

（六）细菌的人工培养★★★

1．培养基　培养基是人工配制的满足细菌及其他微生物生长繁殖和（或）积累代谢产物的营养基质。配制培养基必须注意以下原则：根据所培养微生物的类型选择适宜的营养物质；要注意各种营养物质的浓度和比例；必须调整培养基的pH至适宜范围；培养基必须及时灭菌后方可使用。

培养基的种类繁多，可以按照其组成、物理状态和用途不同分类。

（1）按照培养基中营养物质的来源：可分为合成培养基、天然培养基和半合成培养基。

（2）按照培养基的物理状态可分为液体、固体和半固体三种培养基。液体培养基中不加任何凝固剂。而固体和半固体培养基中需添加凝固剂，常用琼脂。一般固体培养基中琼脂的添加量为1．8%～2．5%，半固体培养基为0．2%～0．8%。

（3）按照培养基的用途：可分为基础培养基、营养培养基、选择培养基、鉴别培养基和厌氧培养基。

2．细菌的培养方法及生长现象

（1）固体培养法：主要是在平板或斜面培养基上接种培养，用于细菌的分离、纯化、鉴定、保存、计数等研究和选种、育种等实际工作。在固体培养基表面由单个细菌细胞大量繁殖所形成的肉眼可见的细菌群体，称为菌落。菌落特征可用于细菌初步分类、鉴定的依据之一。细菌的菌落一般较小，多数呈圆形，边缘形态整齐或不规则，湿润、有光泽、颜色多样，由于它是堆积在培养基表面，故与培养基的结合力较小，很容易挑起。菌落在固体培养基上连成一片的纯培养物称为菌苔，常用于菌种的保藏。

（2）液体培养法：通常是在容器中进行培养，主要用于收集细菌、获得发酵产物及菌种的鉴定等。培养方式有静置培养和震荡培养两种形式。

（3）半固体培养法：常用于观察细菌的运动性、测定某些生化反应及菌种的保藏等。

3．细菌的生长繁殖规律——生长曲线　将定量的细菌接种到定量的液体培养基中，定时取样测定细胞数量，以培养时间为横坐标，以活菌数的对数为纵坐标作图，得到的一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线称为生长曲线。典型的细菌生长曲线可分为延迟期、对数期、稳定期和衰亡期。

（1）延迟期：指少量纯种细菌接种到适宜培养基后，适应新环境，数目不增加的一段时期。细菌细胞不分裂，菌数不增加，但细胞内合成代谢旺盛，胞内RNA和蛋白质大量增加，易产生诱导酶，细胞体积变大，主要是为分裂做准备，对不良环境敏感。一般认为延迟期是细菌适应新的环境，延迟期的长短可以反映细菌的生长繁殖条件是否适宜。在工业生产上，这个时期愈短愈好。影响延迟期长短的因素主要有菌种、菌龄、接种量以及接种前后培养基成分的差异等，因此通过基因工程改造、加入对数期种子，调整培养基配方或加入酶激活剂等均能缩短延迟期。

（2）对数期：细菌数目按几何级数增加，活菌数和总菌数非常接近。处于这一时期的细菌繁殖速度最快，代时稳定。由于细菌种类和营养条件等差异，细菌的代时也长短不等。对数期细菌细胞的代谢活性最强、酶活性高并且稳定，菌体内各成分按比例有规律的增加，是研究菌体细胞的形态、大小、染色性和基本代谢、生理的良好材料，是噬菌体吸附的最适菌龄，也是发酵生产用作“种子”的最适菌龄。

（3）稳定期：由于营养物质消耗，菌体内代谢产物积累和环境pH的变化等因素，使生长环境逐步不适于细菌生长，导致生长速率降低直至零，即细菌分裂增加的细胞数等于死亡的细胞数。表现为活菌数最高并能维持一段时间的稳定。细胞开始储存糖原、异染颗粒和脂肪等储藏物，多数芽胞杆菌在此期形成大量的芽胞，适于芽胞的收集或菌种的保藏，细菌的次级代谢产物如抗生素、外毒素等也开始积累。在生产上往往采取一些措施如补充营养物质、调节pH、移去代谢产物等使稳定期得以延长，以积累更多的代谢产物。

（4）衰亡期：由于有害代谢产物大量积累，菌体死亡的速率超过繁殖的速率，活菌数呈几何级数下降，细胞形态多样，出现畸形或衰退型，细菌衰老并出现自溶，释放出氨基酸、抗生素、酶和内毒素等。但在衰亡期的后期，部分细菌对不良环境能产生一定的抗性，在一定程度上使死亡速率降低。

4．细菌生长量的测定　可以通过细菌的数目、重量及生理指标三方面对生长量进行测定。

（1）计数法：分为直接计数法、间接计数法和比浊法。直接计数法是利用特定的细菌计数板或血细胞计数板，在显微镜下计数一定容积样品中细菌的数量，此法的缺点是不能区分死菌与活菌，需要较高的菌浓度，并只适用于非运动细菌。间接计数法又称活菌计数法，是通过计数在琼脂平板上生长的菌落数来计算出样品中的细菌数目，常用单位体积中菌落形成单位（colony forming unit，CFU／ml）表示。比浊法则是根据细菌悬液的光吸收值能反映出细菌细胞浓度的原理，用浊度计或分光光度计测出细菌悬液的光吸收值，由此计算出细菌数。

（2）重量法：测定菌体重量的方法称为重量法，分为湿重法和干重法。湿重法是将一定体积的样品通过离心或过滤将菌体分离出来，经洗涤，再离心后直接称重；而干重法则是将样品于105℃烘干至恒重后，再称其重量。

（3）生理指标法：生理指标包括细菌的呼吸强度、耗氧量、酶活性及生物热等。

三、细菌的新陈代谢★★

新陈代谢是细胞内发生的各种化学反应的总称，由分解代谢和合成代谢两个过程组成。代谢过程需要大量酶的参与，还涉及能量的产生与消耗，下面将重点讲述细菌的产能方式和一些重要的代谢产物。

（一）细菌的产能方式★★

1．呼吸　呼吸是指用于产生能量的生物氧化还原过程。基质的氧化主要是以脱氢和失去电子方式实现的，根据在呼吸中最终的氢和电子受体不同，可将细菌的呼吸分为需氧呼吸和无氧呼吸两种类型。

（1）需氧呼吸：需氧呼吸是指最终电子（氢）的受体是分子氧的生物氧化产能过程。需氧菌和兼性厌氧菌在有氧情况下以需氧呼吸获得能量，它是细菌获取能量的主要方式。

需氧呼吸过程的重要特征是底物按常规方式脱氢后，需要经过完整的呼吸链进行电子传递，最终将氢和电子传递给分子氧，使之还原为水。在电子传递过程中，释放的能量与ADP的磷酸化相偶联，产生ATP，即氧化磷酸化作用。1分子的葡萄糖经过需氧呼吸，可以释放出3　632kJ的自由能，从中净合成38个ATP，其余以热的形式散出。

（2）无氧呼吸：无氧呼吸是以无机氧化物（个别为有机氧化物）作为呼吸链最终氢和电子受体的生物氧化过程，是一种在无氧条件下进行的产能效率较低的特殊呼吸方式。一些厌氧菌和兼性厌氧菌在无氧条件下可进行无氧呼吸获得能量。

在无氧呼吸过程中也需要细胞色素等电子传递链，并在能量的逐级释放中偶联有ATP的生成，但由于部分能量随电子转移传给最终电子受体，所以产生的能量比需氧呼吸少。

2．发酵　发酵是指电子（氢）的供体和受体都是有机化合物的氧化作用，有时最终电子（氢）受体就是供体的分解产物。是厌氧菌和兼性厌氧菌在无氧条件下产生能量的一种重要方式。

一般自电子（氢）供体上脱下的电子和氢交给辅酶Ⅱ（NADP），使之还原成NADH2，再由NADPH2将电子和氢交给有机的最终电子（氢）受体，完成氧化还原反应。这种氧化作用不彻底，最终形成还原型产物，因此只能放出部分自由能。其中一部分自由能储存于ATP中，其余以热的形式散失。如从葡萄糖发酵生成乳酸，只在葡萄糖糖酵解过程中发生基质水平磷酸化，净合成2分子ATP，因此产能水平低，最后积累有机物——乳酸。

3．无机物氧化　利用无机物氧化产能是化能自养型细菌特有的一种产能方式，其产能途径主要也是借助于经过呼吸链的氧化磷酸化反应。因此，绝大多数化能自养菌都是好氧类型。

与化能异氧型细菌进行的呼吸或发酵相比，化能自养型细菌的能量代谢主要有三个特点：①无机底物的氧化可直接与呼吸链发生联系；②呼吸链的组成更为复杂和多样化；③产能效率低。

（二）细菌的代谢过程★

细菌的代谢类型主要有分解代谢和合成代谢。分解代谢主要为细菌提供能量和用于合成生物大分子的前体物质。然后细菌利用分解代谢产生的能量、中间产物以及从外界吸收的小分子物质，通过生物合成为复杂细胞结构物质的过程称为合成代谢。

（三）细菌的重要代谢产物★★★

某些微生物在代谢过程中除了通过初级代谢产生维持生命活动所必需的物质和能量外，还能通过次级代谢产生如抗生素、激素、生物碱、毒素及维生素等次级代谢产物，这些次级代谢产物除了有利于这些微生物的生存外，还与人类的生产和生活密切相关。伴随着代谢的进行，细菌产生大量的代谢产物，其中有些是细菌生长所必需的，有些产物虽然并非细菌必需，但可用于鉴别细菌，还有些与细菌的致病性有关。

1．分解代谢产物和相关的生化反应试验　由于不同细菌细胞内的酶系统不完全相同，对同一营养物质的代谢途径和代谢产物也不相同，因此可以通过检测不同的代谢产物对细菌进行鉴定，称为细菌的生化反应，其中以细菌分解糖和氨基酸产物的生化反应类型为主。这里将介绍糖发酵试验和IMViC试验（用于区分大肠埃希菌和产气肠杆菌）。

（1）糖发酵试验：不同种类的细菌对糖的分解利用能力不同；对某一种糖，有的能分解，有的不能分解。对同种糖分解的途径也不尽相同：有的只产酸，有的可同时产酸和气体，借此可以鉴别细菌。例如大肠埃希菌和产气肠杆菌可以分解葡萄糖、乳糖等产酸产气，而伤寒沙门菌只分解葡萄糖产酸，不产气，且不能分解乳糖。

（2）甲基红试验：大肠埃希菌和产气肠杆菌均属G-短杆菌，并且都能分解葡萄糖、乳糖产酸产气，二者不易区别。但两者所产生的酸类和总酸量不一：大肠埃希菌可产生甲酸、乙酸、乳酸、琥珀酸和乙醇，而产气肠杆菌只产生甲酸以及乙醇和乙酰甲基乙醇。从而大肠埃希菌培养液酸性强，pH在4．5以下，加入甲基红指示剂呈红色，为甲基红试验阳性；产气肠杆菌将分解葡萄糖产生的两分子丙酮酸转变成1分子中性的乙酰甲基甲醇，故生成的酸类少，培养液最终pH在5．4以上，加入甲基红指示剂呈橘黄色，甲基红试验阴性。

（3）VP试验：产气肠杆菌在含有葡萄糖的培养基中，可分解葡萄糖产生丙酮酸，丙酮酸进一步脱羧生成乙酰甲基甲醇，在碱性溶液中能被空气中的氧氧化成二乙酰，二乙酰可与蛋白胨中精氨酸的胍基发生反应，生成红色的化合物，此为VP反应阳性。大肠埃希菌分解葡萄糖不能产生乙酰甲基甲醇，最终培养液的颜色不能变红，故其VP反应为阴性。

（4）枸橼酸盐利用试验：产气肠杆菌能利用枸橼酸盐为碳源，在仅含有枸橼酸盐为唯一碳源的培养基中能生长，分解枸橼酸盐产生CO2，再转变为碳酸盐，使培养基由中性变为碱性，导致含有溴麝香草酚蓝（BTB）指示剂的培养基由中性时的绿色变为蓝色，此为枸橼酸盐利用试验阳性。大肠埃希菌不能利用枸橼酸盐，在上述培养基上不能生长，结果为阴性，培养及颜色保持中性时的绿色。

（5）吲哚试验：有些细菌体内含有色氨酸酶，能分解色氨酸生成吲哚，在培养液中加入对-二甲基氨基苯甲醛试剂，可生成红色的玫瑰吲哚，称为吲哚试验阳性。大肠埃希菌、霍乱弧菌等吲哚试验为阳性；产气肠杆菌、伤寒沙门菌等由于细胞内不含色氨酸酶，故不能产生吲哚，结果为阴性。

（6）硫化氢试验：有些细菌，如变形杆菌、鼠伤寒沙门菌等能分解胱氨酸、半胱氨酸和甲硫氨酸等含硫氨基酸，产生H2S，如遇培养基中的铅盐或亚铁盐，就会生成黑色的硫化物，为硫化氢试验阳性。

细菌的生化反应还有其他一些重要类型，上述六项试验是较常用的，细菌的生化反应是鉴别细菌的重要手段，尤其对形态、革兰染色反应和培养特性相同或相似的细菌鉴别更为重要。其中吲哚试验（I）、甲基红试验（M）、VP试验（V）和枸橼酸盐利用试验（C）简称为IMViC试验，常用于大肠埃希菌和产气肠杆菌的鉴别。典型大肠埃希菌的IMViC试验结果是“＋＋--”，而产气肠杆菌是“--＋＋”。

2．合成代谢产物及其应用　细菌在合成代谢中，除能合成细胞结构物质外，还能合成一些相关的代谢产物，存在于菌体细胞中或分泌到细菌细胞外。其中有些产物与细菌的致病性有关，有些可用于细菌的鉴定，还有些在医学及制药工业中有重要应用价值。

（1）热原质：泛指那些能引起机体发热的物质，包括革兰阴性菌细胞壁中的内毒素等。热原质能耐受高温和强酸碱，因此对注射液、生物制品、抗生素以及输液用的蒸馏水等要求均不能含有热原质的物质进行处理时，可用吸附剂吸附、特殊石棉滤板过滤或通过蒸馏方法除去液体中的热原质。玻璃容器可在250℃高温下作用2h，以彻底破坏热原质。

（2）毒素：致病菌能合成对人和动物有毒性的物质，称为毒素。细菌的毒素主要有两种：一种是产生后可以分泌到胞外的毒素，其化学成分均为蛋白质，毒性强，称为外毒素，如白喉毒素、破伤风毒素等；另一种是细菌细胞壁的结构物质如脂多糖中的类脂A，该毒素不能向胞外分泌，只有在细菌死亡或崩解后才能释放出来，称为内毒素，毒性较弱。

（3）细菌素：细菌素是某些细菌合成的一种具有杀菌作用的蛋白类物质。

（4）色素：许多细菌在一定条件下能合成某些色素，使菌落或培养基带有一定的颜色。可用于细菌的分类、鉴定。

（5）抗生素：是某些细菌在代谢过程中产生的一类次级代谢产物。

（6）维生素：多数细菌都能合成自身生长所需的维生素。

四、放线菌★★★

放线菌与人类的关系极为密切。人们到医院去看病，医生根据病人的病因，往往开些链霉素、土霉素、四环素、氯霉素、红霉素、庆大霉素等抗生素药物，这些抗生素药物都是放线菌制造的。至今从微生物中发现了几千种抗生素，其中2／3是由放线菌产生的。有些放线菌还用于生产维生素和酶制剂、处理污水等。所以，虽然有几种放线菌引起人、动物、植物的疾病，如引起人的皮肤和肺部患病，但大多数放线菌却对防治人、畜和植物的病害有重要作用。放线菌是一类呈菌丝状生长，主要以孢子繁殖，革兰染色为阳性的单细胞原核微生物，是细菌中的一种特殊类型。

（一）放线菌的形态与结构

以链霉菌属为例，主要由菌丝和孢子两部分结构组成。

1．菌丝　链霉菌的菌丝可分为基内菌丝、气生菌丝和孢子丝。

（1）基内菌丝：孢子萌发出芽，向基质的四周和内部伸展，形成基内菌丝，又称初级菌丝或营养菌丝。

（2）气生菌丝：基内菌丝发育到一定阶段，向空气中长出的菌丝称作气生菌丝，又称二级菌丝。

（3）孢子丝：气生菌丝发育到一定阶段，在其顶端分化出可形成孢子的菌丝，称作孢子丝，又称繁殖菌丝。孢子成熟后，可从孢子丝中逸出飞散。孢子丝的形状以及在气生菌丝顶端的排列方式，是链霉菌菌种鉴定的重要依据。

2．孢子　孢子丝发育到一定阶段即分化成孢子。孢子的大小、形态不能作为分类、鉴定的依据。但孢子的颜色和表面特征则是菌种分类、鉴定的重要依据。

（二）放线菌的生长与繁殖

放线菌中除致病类型外，一般为需氧菌，生长最适温度为28～30℃，最适pH　7．0～7．6。自然环境中的放线菌多为异养菌，营养要求不高，但对无机盐要求较高，一般3～7d形成菌落，对水分敏感。菌落形态主要有两种。①气生菌丝型：即气生菌丝发达，干燥、不透明，表面呈紧密的丝绒状，上有一层色彩鲜艳的干粉；菌落和培养基连接紧密，小而不扩散，难以挑取；菌落的正反面颜色常不一致，菌落边缘常有辐射状皱褶。②基内菌丝型：主要指气生菌丝不发达或无气生菌丝的菌落类型，菌落较小，与培养基结合不紧密，粉状，用接种针挑取易粉碎。

（三）放线菌代表属

1．链霉菌属　链霉菌属是放线菌的代表属，具有发达的基内菌丝和气生菌丝。能产生多种抗生素，如链霉素、卡那霉素、丝裂霉素、土霉素等。链霉菌主要分布于含水量较低，有基质丰富的中性或微碱性的土壤中，多数为腐生，好气性厌氧菌。

2．小单胞菌属　本属的典型特征是无气生菌丝，其基内菌丝纤细，无横隔，不断裂，只在基内菌丝上长出孢子梗，顶端着生一个球形或椭圆形孢子，其表面为棘状或疣状。是产生抗生素的主要放线菌类型，如庆大霉素、氯霉素等，是土壤和水体中常见的放线菌。

3．诺卡菌属　本属主要形成基内菌丝，一般无气生菌丝。菌落比链霉菌菌落小，表面多皱，致密、干燥或湿润。用接种环一触即碎。也可产生多种抗生素，如利福霉素，瑞斯托霉素等。少数诺卡菌可致病。

4．游动放线菌属　本属菌一般不形成气生菌丝，典型特征是以孢囊孢子进行繁殖，孢子有鞭毛可运动。产生的抗生素有创新霉素、耐醌类的绛红霉素等。

5．马杜拉放线菌属　本菌属细胞壁含有马杜拉糖，有生长良好的基内菌丝和气生菌丝，气生菌丝上形成短孢子链，产生的抗生素有洋红霉素等。

6．放线菌属　厌氧放线菌属只形成基内菌丝，无气生菌丝，是主要的致病性菌属，包括牛放线菌和衣氏放线菌。

五、细菌的感染与免疫★★

（一）正常菌群与条件致病菌

在正常人体的体表以及与外界相通的腔道中分布着一定种类和数量的微生物，称为正常菌群。在正常情况下，正常菌群与人体以及菌群中不同种类的微生物之间是相互制约、相互依存的。正常菌群对人体有着非常重要的作用，主要表现如下。

1．通过菌群微生物之间的拮抗作用使病原菌不能定居和致病。

2．合成一些人体所需的营养物质，如氨基酸、维生素等。

3．促进免疫器官的发育，刺激免疫系统产生有保护作用的免疫应答。

4．抗肿瘤作用，正常菌群能将机体内某些致癌物质转化为非致癌物，合成一些免疫调节物质，激活免疫细胞达到抗癌作用。

5．抗衰老作用，肠道中的双歧杆菌产生的酸性产物可保持肠道酸性环境，维持肠道正常蠕动，促进人体的消化、吸收，具有抗衰老作用。儿童时期，双歧杆菌在肠道正常菌群的比例为98%，随着机体年龄增长，双歧杆菌在肠道正常菌群的比例明显减少。所以可以通过外在补充的方式增加此类有益菌的数量。

正常菌群与人体之间的平衡关系及正常菌群之间的平衡关系一旦被打破，正常菌群就会对人体产生致病性，称为条件致病菌或机会致病菌。正常菌群中各种菌的比例严重失调并伴随有临床表现的现象称为“菌群失调症”。

“菌群失调症”出现时，往往可引起“二重感染”或“重叠感染”，即在抗菌药物治疗原感染性疾病中，发生了另一种新致病菌引起的感染。若发生“二重感染”，需停止使用原来的药物，重新选择合适的药物进行治疗，同时可以使用有关的微生态制剂，协助调整菌群的类型和数量，加快恢复原有的生态平衡。

（二）细菌的致病性

按细菌能否使机体致病将其分为致病菌和非致病菌两类。致病菌即为病原菌，具有较强的致病能力，其致病性主要由其毒力、侵入机体的数量及途径等方面的因素决定。

1．细菌的毒力　致病菌的致病性强弱程度称为毒力，即为致病性的强度。细菌的毒力主要指侵袭力和毒素两方面。

（1）侵袭力指病原菌突破机体的防御功能，在机体内定植、繁殖和扩散的能力。侵袭力主要包括细菌的荚膜、黏附素和侵袭性物质。

（2）毒素也是细菌致病性的关键因素。细菌的毒素按其分泌方式、性质及作用不同，可分为外毒素和内毒素两种。

①外毒素：主要是G＋菌，以及部分G-菌在生活过程中产生的有毒蛋白质。大多数外毒素是细菌细胞合成并分泌到菌体外，也有些菌如痢疾志贺菌、产毒型大肠埃希菌的外毒素存在于菌体内，当菌细胞破裂后释放出来。表10-1是某些代表性的外毒素。

表10-1　某些代表性的外毒素

外毒素由两部分组成，是由两个蛋白质亚基构成的。一个是有毒性的部分，其本质为酶；另一部分与细胞结合，这部分使外毒素结合到寄主细胞的特定组分上，这个组分多半也是酶。外毒素的毒性强，不同细菌产生的外毒素，对机体的组织器官具有选择性作用，能各自引发独特的病变。外毒素一般具有很强的免疫原性，如果用0．3%～0．4%的甲醛作用于外毒素，其毒性就会降低甚至丧失，但其免疫原性一般仍能保留，成为类毒素。用类毒素注射动物（如马、兔子等），以制备外毒素的抗体，称为抗毒素，用于治疗。

②内毒素：内毒素是G-菌细胞壁中的脂多糖（LPS）中的脂类A，只有在细菌死亡、自溶或经人工裂解后才能释放出来。内毒素是G-菌的主要毒力因子。

内毒素抗热性极强，不易被高温、酸或碱破坏，也不能用甲醛处理成为类毒素。各种革兰阴性菌内毒素的化学成分和结构相似，故不同的革兰阴性菌感染时，由内毒素引发的病理改变和临床症状大体相同。内毒素的毒性弱，作用时无组织细胞选择性。各种内毒素均能刺激机体的巨噬细胞、血管内皮细胞等产生细胞因子，少量内毒素能诱发机体产生发热、微血管扩张和炎症反应等对宿主有一定免疫保护的应急性反应。感染严重时，大量的内毒素能引发内毒素血症、中毒性休克以及弥散性血管内凝血等疾病，死亡率较高。

2．病原菌的侵入数量　病原菌的致病性除与其毒力有关外，还与其侵入机体的数量有关。一方面，致病能力与侵入的数量成正比，即感染的病原菌数量越多，发病概率越高。另一方面，病原菌的毒力愈强，引起机体感染、发病所需的菌量愈少；相反则需要的菌量大。

3．病原菌的侵入途径　病原菌的侵入途径对其感染与致病性也有一定的影响。这是因为宿主的不同部位、不同组织器官对病原菌的敏感性不同。

（三）感染的类型

感染的发生、发展与转归是致病菌和机体在一定条件下相互作用的复杂过程，作用结果会出现四种类型：隐性感染、潜伏感染、显性感染和带菌状态。

（四）抗细菌免疫

致病菌侵入人体后，首先遇到机体固有免疫功能的防御，即非特异性免疫，经4～6d后，适应性免疫，即特异性免疫开始。最终终止感染并恢复和维持机体生理功能。免疫应答过弱，会引起持续感染，过强的免疫应答，导致病理损伤。

1．非特异性免疫　主要指机体固有的屏障结构和多种吞噬细胞的吞噬作用。屏障结构由皮肤和黏膜、血脑屏障和血胎屏障构成。是机体抗细菌感染的第一道防线，绝大多数病原菌不能突破该屏障，仅少数病原菌侵入组织而导致感染，一旦病原体突破屏障作用，将遭遇固有免疫成分的抵抗。最终通过吞噬作用和补体系统清除病原体。

2．适应性免疫　主要包括抗体的效应和细胞免疫。前者针对细胞外细菌感染，以体液免疫为主，通过抑制细菌黏附、中和毒素、调理作用、介导ADCC以及CDC等效应发挥特异性抗细菌感染效应；细胞免疫主要针对抗细胞内寄生菌感染，主要是以Th1细胞为主。

（五）微生物逃避机体防御功能的机制

病原体为了更好地在体内生存，在进化过程中也逐渐形成一系列抵御机体免疫的机制。微生物逃避机制建立在反识别与反清除基础之上。

六、细菌的检查方法★★

细菌细胞体积微小，必须借助显微镜或其他手段才能观察或检测到其存在。用于检查细菌的方法很多，以下主要介绍对单一种类细菌的形态检查和对致病菌的检查方法。

（一）细菌形态的检查

细菌的形态检查是认识和鉴定细菌的第一步，主要是检查细菌的大小、形状、排列、染色性及其特殊构造。具体方法是将待检查的细菌制成涂片，经过染色在显微镜下观察。

1．显微镜　常用的显微镜类型包括光学显微镜和电子显微镜。其中光学显微镜又包括亮视野显微镜、暗视野显微镜、相差显微镜和荧光显微镜。电子显微镜使用波长比可见光短得多的电子束作为光源，用电磁透镜聚焦，分辨率较光学显微镜大大提高。分为透射式和扫描式两种类型。

2．不染色标本的检查　不染色标本检查是将细菌标本直接置于显微镜下观察。常用的方法有悬滴法、压滴法及暗视野观察法。利用不染色标本镜检可观察细菌的生活状态、运动能力和繁殖方式等，其特点是操作简单。

3．染色标本的检查　由于细菌无色半透明，一般很难直接在显微镜下观察其形态结构。因此，必须将其制成标本，再经染色后才能进行观察。用于细菌染色的染料一般为碱性染料，如亚甲蓝、碱性复红、结晶紫等。碱性染料由着色的阳离子和不着色的阴离子组成。细菌细胞质的等电点在pH　2～5，在近中性溶液中带负电荷，因而容易与带正电荷的碱性染料结合，使细菌着色。常用的染色标本检查有单染色法、复染色法和特殊染色法。

（1）单染色法：即只用一种染料对细菌标本进行染色的方法。细菌经单染色法处理后，只能观察其大小、形态和排列方式，不能观察其特殊构造及用于细菌的属性鉴别。

（2）复染色法：又称鉴别染色，是指用两种以上的染料对细菌标本进行染色的方法。通过复染色法可以将不同种类的细菌或同种细菌的不同结构部位染成不同的颜色，这样既可观察到细菌的形态和结构，又有助于对细菌进行鉴别。主要包括革兰染色法和抗酸染色法。

革兰染色法：由丹麦医生Christian Gram于1884年创立。具体步骤见细胞壁结构。革兰染色有重要的理论与实际意义。通过该染色法可以将细菌分为革兰阳性菌和革兰阴性菌两大类，在一定程度上反映出细菌某些生物学形状的差异，如革兰阳性病原菌大多能分泌外毒素，而革兰阴性病原菌则具有内毒素，这有助于了解细菌的致病性；多数抗生素是通过作用于细菌细胞壁来发挥效应的，革兰阳性菌与革兰阴性菌细胞壁组成的差异导致其对某些抗生素的敏感性不同。如多数革兰阳性菌对青霉素、头孢霉素等作用于细菌细胞壁的抗生素敏感，而多数革兰阴性菌对作用于细胞内核糖体的红霉素、链霉素等抗生素敏感。这对指导临床用药有一定的参考价值。

抗酸染色法：主要用于鉴定细菌的抗酸性，根据染色结果可将细菌分为抗酸性细菌和非抗酸性细菌两类。具体步骤是将细菌涂片用苯酚复红加温染色，再用3%的盐酸酒精脱色，最后用稀释美兰复染。凡不被脱色在显微镜下呈红色的，称为抗酸性细菌；能被脱色在显微镜下呈蓝色的，称为非抗酸性细菌。具有抗酸性的细菌主要有结核分枝杆菌和麻风分枝杆菌，这类细菌的抗酸性可能与其细胞内含有的分枝菌酸（mycolic acid）有关。在完整的细胞中，分枝菌酸能与苯酚复红牢固结合，并能抵抗盐酸酒精的脱色作用。

特殊染色法：细菌细胞的一些结构，如芽胞、鞭毛、荚膜等，用一般的染色法难以观察，必须用相应的特殊染色法才能着色分辨。在芽胞染色中，为了使其着色必须处理芽胞壁，使其通透性增强；在鞭毛染色中，一般是将染料堆积在鞭毛丝上，使其直径加粗；而在荚膜染色中，往往是通过将背景染色，从而将不能着色的荚膜衬托出来，在显微镜下呈现透明的荚膜层，又称为负染色法。

（二）致病菌的检查原则

致病菌检查方法较多，主要包括直接涂片镜检、分离培养、生化试验、血清学鉴定以及分子生物学检测技术等。

1．涂片检查　该方法主要用于来自正确部位，且在形态和染色性上有明显特征的致病菌，通过将被检样品涂片，染色后在显微镜下直接观察，根据菌体的形态和着色特点初步诊断，要确诊病原菌需要做进一步鉴定。

2．分离培养　分离培养的目的是要获得纯种病原菌，被检样品原则上都应做分离培养，然后进一步鉴定。

3．生化检查　该方法主要依据生化试验结果判断相应病原菌的种类。不同的病原菌可产生不同的代谢产物，有些独特的代谢产物对病原菌的鉴定具有重要意义，如IMViC反应。现已有多种微量、自动或半自动的细菌生化反应试剂条或试剂板，使检测变得简单、快速。

4．血清学鉴定　是指用含有已知特异性抗体的免疫血清与分离培养出的未知纯种细菌进行血清学试验，来确定致病菌的种或型。

5．动物实验　主要用于某些疑难的、新的病原菌的分离鉴定，测定菌株的产毒性等。用致病菌感染动物，根据动物的发病症状进行综合分析，判断病原菌的种类。

6．药物敏感试验　检测病原菌对抗菌药物的敏感性试验，对指导临床用药，及时控制感染有重要的意义。

7．PCR技术　聚合酶链反应（polymerase chain reaction， PCR）是一种体外DNA或RNA扩增技术，其原理是以经过热变性的双链DNA为模板，以与模板互补的一对寡核苷酸为引物，在高温DNA聚合酶的作用下，通过变性、退火、延伸的循环方式完成对目的DNA的扩增。在对致病菌进行检测时，可选择或设计特异性的引物，直接对样品进行PCR扩增，若出现阳性扩增带，说明样品中含有相应的病原菌。

8．核酸杂交技术　是以带有标记物的已知核苷酸序列为探针，利用核酸杂交的方法与样品中的相应核酸形成双链杂交体，通过对杂交信号的检测判断样品中是否有相应的病原体基因。

9．生物芯片技术　生物芯片是近年来迅速发展起来的一种新技术，主要包括基因芯片、蛋白质芯片和抗体芯片等。芯片技术已经开始应用于对病原微生物的检测，其中以基因芯片为主。用于检测致病菌的基因芯片是将多种病原体特异基因序列（探针）提取后以微点阵方式固定于芯片上，使其与标记的样品核酸分子杂交，通过检测杂交信号的强度，获取样品核酸分子的数量和序列信息，从而检测出样品中的致病菌类型。

重点难点提示

1．细菌的大小、形态、结构、组成及生理功能。

2．细菌的营养类型及营养物质的吸收方式。

3．细菌的代谢反应及细菌的致病性。

4．放线菌的概念及生物学特性。

5．熟悉几个代表菌属的特点及经济价值。

测试及考研

一、选择题

1．革兰染色时，如果乙醇脱色过度，将导致（　）

A．细菌均被染成紫色　　B．细菌均被染成红色

C．对染色结果无影响　　D．易产生假阳性结果

E．易产生假阴性结果

本题考点：革兰染色法的原理。

2．细菌的芽胞是（　）

A．细菌的一种繁殖体

B．细菌细胞的一种基本结构

C．细菌储存能源的一种形式

D．细菌储存碳源的一种形式

E．细菌处于休眠态的一种结构

本题考点：芽胞的定义。

3．在土壤中筛选放线菌，通常选用下面哪种土壤（　）

A．含水量高，有机质丰富，中性微偏碱的土壤

B．含水量高，有机质不丰富，中性微偏碱的土壤

C．含水量低，有机质丰富，中性微偏碱的土壤

D．含水量低，有机质丰富，偏酸的土壤

本题考点：放线菌的最适生长条件。

二、问答题

1．什么叫细菌的生长曲线？分成几个期？每期有何特点？

2．细菌对营养物质的吸收主要有哪些方式？各有何特点？

答案：

一、1．B；2．E；3．C

二、1．将定量的细菌接种到定量的液体培养基中，定时取样测定细胞数量，以培养时间为横坐标，以活菌数的对数为纵坐标作图，得到的一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线称为生长曲线。一条典型的生长曲线可分为延迟期、对数期、稳定期和衰亡期四个生长时期。①延迟期的主要特征为：细菌细胞不分裂，菌数不增加，但细胞内合成代谢旺盛，胞内RNA和蛋白质大量增加，细胞体积变大，主要是为分裂做准备。②对数期的主要特征为：细菌数目按几何级数递增，处于这一时期的细菌繁殖速度是最快的。对数期细菌细胞的代谢活性、酶活性高并且稳定，大小比较一致，生活力强。③稳定期的主要特征为：细菌分裂增加的细胞数等于死亡的细胞数。这一时期活菌数相对稳定，细菌的芽胞多在此期形成，细菌的次级代谢产物如抗生素、外毒素等也开始积累。④衰亡期的主要特征为：有害代谢产物大量积累，活菌数减少，细菌衰老并出现自溶。

2．根据细菌吸收营养物质的特点，可将其分为简单扩散、促进扩散、主动运输和基团转移四种类型。①简单扩散主要是借助细胞内外营养物质的浓度梯差，导致营养物质通过细菌细胞的壁膜屏障结构，进入细胞内的过程。其主要特点是不消耗能量；不需要载体蛋白——渗透酶参与；扩散方向是从高浓度向低浓度，当细胞内外浓度相等时达动态平衡。②促进扩散是借助细胞内外营养物质的浓度梯差和载体蛋白，使营养物质通过细菌细胞的壁膜屏障结构，进入细胞内的过程。与简单扩散相比，在能量消耗、扩散方向、扩散速率及扩散平衡点等方面相似，不同之处是在促进扩散中还需要载体参加。③主动运输是在特异性渗透酶的参与下，逆浓度差运输细胞内所需的营养物质过程，是细菌细胞吸收营养物质的主要方式。主动运输的主要特点是消耗能量；需要载体蛋白——渗透酶参与；扩散方向是从低浓度向高浓度；对被运输的营养物质具有高度的选择性。④基团转移是一种特殊形式的主动运输，其特点与主动运输相似，不同的是被运输的营养物质在由细胞膜外向膜内运输中发生了化学修饰。

（马晓楠）