细菌荚膜对菌体本身有什么意义

第十二章　细菌的形态与结构

学习目标

1．掌握革兰阳性菌与革兰阴性菌细胞壁的差别及细菌特殊结构的医学意义。

2．熟悉革兰染色法的方法、结果、原理及意义。

细菌(bacterium)是一类具有细胞壁的单细胞原核微生物，有广义和狭义两种范畴。广义范畴上泛指各类原核细胞型微生物，包括细菌、放线菌、支原体、衣原体、立克次体和螺旋体。狭义范畴则专指其中数量最大、种类最多、具有典型代表性的细菌，是本章讨论的对象。细菌的形态与结构是细菌生理活动、遗传变异、致病性和免疫性的基础，了解其特点，对基础、临床和预防医学等均有重要的理论和实际意义。

第一节　细菌的大小与形态

细菌个体微小，通常以微米(1μm= 1/1 000 mm)作为测量单位，一般需用光学显微镜放大1 000倍才能看到。各种细菌大小不一，同一种细菌也因菌龄和环境因素的影响而使其大小有差异。多数球菌的直径为1μm左右，杆菌长2～5μm，宽为0．3～1μm。

细菌为无色半透明体，一般采用革兰染色法后可以清楚地观察细菌的形态，并可将细菌分为两大类，即革兰阳性菌(G+)和革兰阴性菌(G－)。

细菌按其外形，主要有球菌、杆菌和螺形菌三大类(图12－1)。

图12－1　细菌的基本形态

第二节　细菌的结构

细菌虽小，仍具有一定的细胞结构和功能。细胞壁、细胞膜、细胞质、核质等各种细菌都有，是细菌的基本结构(图12－2)。荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞等仅某些细菌具有，为其特殊结构。

图12－2　细菌细胞结构模式

一、细菌的基本结构

(一)细胞壁

细菌细胞壁(cellwall)是包裹于细胞膜外的具有坚韧性并使细胞维持特定形状的复杂结构，组成随不同细菌而异。

1．细菌细胞壁的化学组成　其主要组分是肽聚糖，革兰阳性菌和阴性菌尚各有特殊组分。

(1)细菌细胞壁的基本成分

1)肽聚糖(peptidoglycan)　是细菌细胞壁主要成分及赋予细胞壁机械强度的多聚体，又称黏肽(mucopeptide)，它是革兰阳性菌与革兰阴性菌细胞壁共有成分，但含量有显著差异。革兰阳性菌的肽聚糖占胞壁干重的50%～80%，革兰阴性菌只占10%左右。革兰阳性菌的肽聚糖由聚糖骨架、四肽侧链和五肽交联桥三部分组成(图12－3)，革兰阴性菌者仅由聚糖骨架和四肽侧链两部分组成(图12－4)。

图12－3　金黄色葡萄球菌细胞壁的肽聚糖结构

2)聚糖骨架　由N－乙酰葡萄糖胺和N－乙酰胞壁酸两种氨基糖交替间隔排列，经β－1，4糖苷键联结而成。各种细菌细胞壁的聚糖骨架均相同。

四肽侧链联结于N－乙酰胞壁酸的羧基上。四肽侧链的组成和联结方式随菌不同而异。如葡萄球菌(革兰阳性菌)细胞壁四肽侧链的氨基酸依次为L－丙氨酸、D－谷氨酸、L－赖氨酸和D－丙氨酸;第三位的L－赖氨酸通过由5个甘氨酸组成的交联桥连接到相邻聚糖骨架四肽侧链末端的D－丙氨酸上，从而构成机械强度十分坚韧的三维立体结构。在大肠杆菌(革兰阴性菌)的四肽侧链中，第三位氨基酸是二氨基庚二酸，并由它与相邻四肽侧链末端的D－丙氨酸直接连接，没有五肽交联桥，因而只形成单层平面网络的二维结构。其他细菌可有不同的氨基酸组成和连接方式。肽聚糖是细胞壁抗胞内高渗透压，保护细胞结构和功能完整的主要成分，凡能破坏肽聚糖结构或抑制其合成的物质都有抑菌或溶菌作用，如青霉素、头孢菌素、万古霉素和溶菌酶等。

(2)革兰阳性菌细胞壁的特殊成分　革兰阳性菌细胞壁较厚(20～80 nm)，除含有15 ～50层肽聚糖结构外，还有丰富的磷壁酸(teichoic acid)。磷壁酸为革兰阳性菌所特有，约占细胞壁干重的50%，系由核糖醇或甘油残基经磷酸二酯键互相连接而成的长链。链的一端与细胞膜或与肽聚糖中的N－乙酰胞壁酸联结，另一端游离伸展在细胞壁之外。

因此，根据磷壁酸的连接部位，可将其分为膜磷壁酸和壁磷壁酸两种。

①磷壁酸的免疫原性很强，是革兰阳性菌重要的表面抗原，与血清型分类有关。②磷壁酸带有较多负电荷，能与Mg+等双价离子结合，有助于维持菌体内离子的平衡。③可起到稳定和加强细胞壁的作用。④可作为细菌黏附素(adhesin)，某些细菌(如A群链球菌)的磷壁酸介导菌与宿主多种细胞的黏附，与细菌的致病性有关。

此外，某些革兰阳性菌细胞壁表面尚有一些特殊的表面蛋白质组分，对细菌致病起重要作用。如A群链球菌的M蛋白、金黄色葡萄球菌的A蛋白等。

(3)革兰阴性菌细胞壁的特殊成分　革兰阴性菌细胞壁较薄(10～15 nm)，除含有1～2层的肽聚糖结构外，尚有其特殊组分外膜(outer membrane)，约占细胞壁干重量的80%。外膜由脂蛋白、脂质双层和脂多糖三部分组成。脂质双层类似细胞膜的结构，结构比较致密，能阻止大分子物质的渗入，这可能与革兰阴性菌对某些抗生素的抵抗力有关，成为细菌耐药的机制之一。其中的孔蛋白形成约1 nm微孔，可允许水溶性小分子通过。脂蛋白使脂质双层联结在肽聚糖层上。脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)由脂质A、核心多糖和特异性多糖3个组分组成。习惯上将革兰阴性菌细胞壁中的脂多糖分子作为一个整体称为细菌内毒素。脂质A是内毒素毒性的主要组分，因其与细菌外膜牢固结合，只有在菌体裂解时才能释放表现毒性，似乎是细菌内部的成分，内毒素因此得名。不同革兰阴性菌内毒素的毒性作用相似，没有种属特异性。内毒素是革兰阴性菌重要的致病物质，使机体发热，白细胞增多，直至休克死亡。核心多糖和特异性多糖有免疫原性。核心多糖有属特异性，同一属细菌的核心多糖相同。特异性多糖即革兰阴性菌的菌体抗原(O抗原)，具有种特异性。

图12－4　大肠杆菌细胞壁的肽聚糖结构

革兰阳性菌和阴性菌的细胞壁结构显著不同(图12－5，表12－1)，导致这两类细菌在染色性、免疫原性、毒性及对药物的敏感性等方面的很大差异。

图12－5　革兰阳性菌与革兰阴性菌细胞壁成分及结构比较

表12－1　革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较

2．细菌细胞壁的功能　细菌细胞壁坚韧而富弹性，其功能主要有:①维持细菌固有的形态;②保护细菌在低渗环境中生存，细菌胞质内高浓度的无机盐和大分子营养物使菌体内渗透压高达5～25个大气压，由于细胞壁的保护作用，使细菌能承受内部巨大的渗透压而不会破裂，并能在相对的低渗条件下生存;③协助细胞膜完成细胞内外物质的交换;④与细菌的免疫原性、致病性有关，也是某些抗生素作用的部位。

3．细菌细胞壁缺陷型(L型细菌)通常当细菌细胞壁中的肽聚糖结构受到某些药物的直接破坏或者合成被抑制，这种细胞壁受损的细菌便丧失抵抗低渗的功能，由于内部高渗压，导致水分渗入，细胞膨胀，最终细菌裂解死亡。这就是作用于细菌细胞壁的药物(如青霉素、头孢菌素、万古霉素、结晶紫、溶菌酶等)能杀灭细菌的机制。但如果将这些失去细胞壁的细菌置于高渗环境下(如5%氯化钠或12%～15%蔗糖溶液)，它们仍可存活而成为细菌细胞壁缺陷型。因这种细胞壁缺损的细菌首先在Lister研究院被发现，故取其第一个字母命名为L型细菌。

L型细菌在体内或体外，人工诱导或自然情况下均能产生。临床使用作用于细胞壁抗菌药物治疗，是形成L型细菌的重要条件，青霉素和头孢菌素与细菌竞争合成肽聚糖过程中所需的转肽酶，抑制四肽侧链上D－丙氨酸与甘氨酸五肽桥之间的联结，使细菌不能合成完整的肽聚糖;溶菌酶则能裂解肽聚糖中N－乙酰葡萄糖胺与N－乙酰胞壁酸间的β－1，4糖苷键，破坏聚糖骨架，从而导致细胞壁的损伤。细胞壁缺损的革兰阳性菌，细胞浆仅被一层细胞膜包裹，称为原生质体(protoplast);细胞壁缺损的革兰阴性菌，因其肽聚糖含量较少，且有外膜保护，仍有一定的抵抗低渗的能力，称为圆球体(spheroplast)，当除去抑制或破坏细胞壁的药物后，L型细菌能重新合成肽聚糖。

对细菌L型在流行病学及临床医学方面的意义，应注意以下几点:①细菌L型可能是某些传染病(如鼠疫和霍乱)病原体的一种保菌生存方式，如El Tor型霍乱弧菌在人胆汁、鱼胆汁以及肉汤等因素作用下可变为L型，其细胞膜加厚，不易破裂，利于耐受严冬，条件适宜时可回复为原流行株;②临床上抗生素的广泛应用是诱导细菌L型形成的重要因素，在用青霉素治疗过的心内膜炎和淋病患者体内均曾分离到细菌L型;③L型与原菌生物学特性不同，临床上又常缺乏明显的症状和体征，易造成误诊;④L型对药物的敏感性不同于原菌，临床用药时应予考虑，一般主张联合应用作用于细菌细胞壁和其他靶位的抗生素，以达到杀菌并阻止其变成L型的目的。

(二)细胞膜

细菌细胞膜(cellmembrane)是位于细胞壁内侧、细胞质外面的一层柔软有弹性，并具有半渗透性的生物膜。其结构与真核生物细胞膜基本相同，由脂质双层镶嵌多种蛋白质组成。细菌细胞膜不含胆固醇是与真核细胞的主要区别点。

细菌细胞膜是细菌赖以生存的重要结构之一，在某些部位向胞浆内凹陷折叠形成囊状结构，称为中介体(mesosome)，在电子显微镜下方能看到。细菌的核质吸附于中介体，当细菌分裂时，中介体一分为二，各自带着复制的核质进入子代细胞。

细菌细胞膜的功能有:①选择性渗透作用，与细胞壁共同完成菌体内外的物质交换;②细胞膜上有多种合成酶，参与生物合成，如肽聚糖、磷壁酸、脂多糖等成分均由细胞膜合成;③细胞膜中含有多种呼吸酶，参与细胞呼吸过程，与能量的产生、储存和利用有关。由于中介体是细胞膜的延伸卷曲，它扩大了细胞膜的表面积，相应的增加了呼吸酶的含量，可为细菌提供大量能量，其功能类似真核细胞的线粒体，还与细胞分裂、胞壁合成和芽胞形成有关。

(三)细胞质

细胞质(cytoplasm)是细胞膜内除核质外所有物质的总称，是无色透明的胶状物。细胞质是细菌新陈代谢的场所，其基本成分是水、蛋白质、核酸、脂类、糖类和无机盐。核酸主要成分是RNA，占菌体固体成分的15%～20%，生长旺盛的幼龄菌含量更高，因此有较强的嗜碱性，易被碱性染料着色。胞浆中的蛋白质含有多种酶系统，与细菌的新陈代谢有关。细菌细胞质中含有许多重要结构。

1．核蛋白体(ribosome)核蛋白体是细菌唯一的细胞器，游离存在于细菌胞质中，每个细菌体内可达数万个。化学成分为RNA和蛋白质。当mRNA与核蛋白体连成多聚核蛋白体时，即成为合成蛋白质的场所。细菌核蛋白体沉降系数为70S，由50S和30S两个大小亚基组成，链霉素、四环素能与30S亚基结合，氯霉素、红霉素能与50S亚基结合，干扰细菌蛋白质合成而杀菌。哺乳类动物的核蛋白体为80S，由60S和40S两个亚单位组成，不受上述抗生素的干扰，因此细菌核糖体是很好的抗生素靶位。

2．质粒(plasmid)质粒是细菌细胞质中染色体外的遗传物质，为闭合环状的双股DNA，带有遗传信息控制细菌某些特定的遗传性状。相对分子质量比染色体小得多，质粒在胞浆中能独立复制，可遗传，可转移，也可以自然丢失。质粒与细菌的遗传变异有关。

3．胞浆颗粒　胞浆颗粒多数是细菌贮存的营养物质，包括多糖、脂类、多磷酸盐等。一般在细菌营养供应充足时，胞浆颗粒较多，能源缺乏时则减少或消失。较重要的是异染颗粒，成分是RNA和多偏磷酸盐，嗜碱性强，用特殊染色可染成比菌体颜色更深或与菌体颜色不同的颗粒。白喉杆菌具有异染颗粒，这一染色特征在鉴定细菌时有重要意义。

(四)核质

细菌属原核细胞型微生物，无核膜、核仁、不具有成形的核，其染色体DNA直接裸露于细胞质中，故称为核质(nuclearmaterial)。核质为闭环双链DNA，以高度盘旋缠绕的形式存在。核质具有细胞核的功能，控制细菌的基本生命活动，是细菌遗传变异的物质基础。所有细菌染色体中共有一种维持DNA超螺旋的酶为旋转酶，环丙沙星等喹诺酮类就是通过与旋转酶结合而抑制细菌繁殖的。

二、细菌的特殊结构

细菌的特殊结构有荚膜、鞭毛、菌毛和芽胞。

(一)荚膜

荚膜(capsule)是包绕在细胞壁外的一层黏液性物质。荚膜厚度一般超过0．2μm，与周围界限分明，普通染色法不易着色，镜下观察只能看到菌体周围有一层不着色的透明圈，用特殊染色法可将荚膜染成与菌体不同的颜色，才能清楚看到荚膜。如肺炎链球菌(图12－6)、炭疽杆菌等有这种荚膜。若荚膜厚度小于0．2μm，则在光镜下不能直接看到，称为微荚膜，如伤寒杆菌的Vi抗原，大肠杆菌的K抗原、A群链球菌的M蛋白等属之。

荚膜的形成与环境条件有密切关系。一般在动物体内或含大量血清或糖的培养基中容易形成荚膜，在普通培养基中则易消失。多数细菌荚膜的化学成分是多糖，如肺炎链球菌、脑膜炎球菌等;少数为多肽，如炭疽杆菌;个别细菌的荚膜为透明质酸。荚膜多糖为高度水合分子，含水量95%以上。

图12－6　细菌的荚膜

荚膜有助于细菌抵抗不良环境及细菌在机体内定植(colonization)，是细菌毒力因子之一，其具体功能如下:

(1)黏附作用　细菌黏附宿主细胞是其在机体内定植引起感染的重要的第一步，糖萼不仅有助于菌体对宿主细胞的黏附，而且有助于将单个菌体粘连成一个整体，在宿主体内形成细菌生物被膜(biofilm)。生物被膜是指附着于有生命或无生命物体表面被细菌胞外大分子(主要是多糖类物质)包裹的有组织的细菌群体。生物被膜中的细菌与处于浮游生长状态的同一菌种的特性不同，其对抗生素和宿主免疫作用耐受性强，易引起慢性感染，如牙周病、慢性支气管炎、难治性肺部感染和心内膜炎等;在介入性诊疗人工医疗器械表面形成的生物被膜易引起医疗器械相关感染。糖萼协助细菌黏附在宿主粘膜表面或介入体内的导管等表面，可防止细菌被体液冲刷掉，同时给菌体提供一个保护性微环境。如变异链球菌通过产生黏性多糖右旋糖黏附在牙齿珐琅质上，该菌在牙表面生长产生更大量右旋糖，将其本身、其他口腔细菌和食物残渣粘连包裹形成牙菌斑生物被膜，牙菌斑内细菌利用口腔内蔗糖产生乳酸使微环境pH值降低，有利于嗜酸的变异链球菌生长，该菌利用蔗糖产生乳酸能力极强，使牙菌斑微环境的pH值进一步下降，最终导致牙齿珐琅质腐蚀，形成龋齿。

(2)抵抗宿主抗菌免疫功能　不同细菌的荚膜抵抗宿主免疫系统功能的机制不同。其中最重要的是荚膜抵抗宿主吞噬细胞的作用。已知荚膜是肺炎链球菌重要毒力因子，10个有荚膜活菌可使实验小鼠致死，而1万个无荚膜活菌才能使小鼠致死。荚膜多糖亲水且带负电荷，还可使菌体粘连形成体积较大的生物被膜，从而抑制吞噬细胞对细菌的直接吞噬作用。另外，荚膜可抑制补体介导的吞噬细胞的调理吞噬作用以及补体组分的活化。例如，有些细菌的荚膜屏蔽结合在菌体上的调理素C3b，使C3b不能与吞噬细胞表面C3b受体相结合，从而抑制C3b介导的调理吞噬作用。荚膜能抑制补体活化途径中C3转化酶的形成，从而使调理素C3b和C4b等宿主免疫分子不能产生。此外，有些细菌荚膜的成分与宿主组织中的某些成分类似，如脑膜炎奈瑟氏菌荚膜由含唾液酸的多糖组成，酿脓链球菌荚膜由含透明质酸的多糖组成，唾液酸和透明质酸在宿主组织中常见，宿主免疫系统被“欺骗”误将这些病原菌成分当成自身成分，因此不产生适当的免疫应答。

(3)其他功能　荚膜有抗干燥作用;营养缺乏时可提供营养;具有抗原性，可用于细菌鉴别和分型。

(二)鞭毛

鞭毛(flagellum)是某些细菌菌体表面附着的细长并呈波状弯曲的丝状物，所有弧菌、约半数杆菌及个别球菌具有鞭毛，经特殊染色，使鞭毛增粗后在光学显微镜下可见。

根据鞭毛的数目和位置，可将有鞭毛菌分为4类:①单毛菌，在菌体一端仅有一根鞭毛，如霍乱弧菌;②双毛菌，菌体两端各有一根鞭毛，如空肠弯曲菌;③丛毛菌，菌体一端或两端有一丛鞭毛，如绿脓杆菌;④周毛菌，菌体周身遍布许多菌毛，如伤寒杆菌。各种细菌鞭毛数目和位置不同，有助于鉴别细菌。

鞭毛的化学成分主要是蛋白质，具有免疫原性。鞭毛抗原称为H抗原。不同菌种H抗原氨基酸组成不同，因而免疫原性也不同，常用于细菌的鉴定、分型和分类。

鞭毛是细菌的运动器官，细菌的运动有化学趋向性，常向营养物质处前进，而逃离有害物质。常用悬滴法或压滴法直接观察活菌的运动，有鞭毛的细菌在液体环境中自由游动，速度迅速;而无鞭毛菌仅在原地颤动。在半固体培养基穿刺培养，有鞭毛的细菌向周围扩散，穿刺线呈毛刷状，无鞭毛细菌只在穿刺线上生长。根据鞭毛的运动，也可用于鉴别细菌，如伤寒杆菌与痢疾杆菌的鉴别。

有些细菌的鞭毛与致病性有关。例如霍乱弧菌、空肠弯曲菌等通过活泼的鞭毛运动，可以穿透覆盖在小肠黏膜表面的黏液层，使菌体黏附于肠黏膜上皮细胞，产生毒性物质导致病变的发生。

(三)菌毛

菌毛(pilus)是存在于许多革兰阴性菌和少数革兰阳性菌表面的比鞭毛更细，短而直且硬的丝状物与细菌运动无关，而细菌黏附有关，化学成分为菌毛蛋白。菌毛只有在电子显微镜下才能被看到。菌毛分普通菌毛和性菌毛两种。

1．普通菌毛(common pilus)是短(0．2～2．0μm)的遍布菌体表面具有黏附特性的菌毛，与细菌致病性密切相关(图12－7)。①是细菌的黏附结构，能与宿主上皮细胞、血红细胞和牙齿表面等发生黏附，有助于细菌抵抗黏液、唾液和尿液等的冲刷，抵抗细胞纤毛运动和肠蠕动等清除作用，帮助细菌在体内定植及形成生物被膜。②菌毛介导的黏附有很高的特异性，其受体一般是宿主细胞表面的糖脂、糖蛋白或蛋白质。黏附的特异性决定了病原菌感染组织和宿主的特异性;同时宿主细胞受体结构的多态性，也使宿主对感染性疾病的易感性(susceptibility)不同。例如，具有Ⅰ型菌毛的大肠埃希菌特异地识别甘露糖结构，利于细菌黏附到富含甘露糖受体的肠道和下尿道粘膜上皮细胞表面;而具有P菌毛的大肠埃希菌识别含半乳糖－α－1，4－半乳糖结构的生物分子，有利于细菌黏附到富含此受体结构的肾集合管和肾盏部位，是引起肾盂肾炎的重要致病因子。③细菌黏附到宿主细胞后，细菌和宿主细胞都会发生相应变化，如菌毛在黏附后可发生解聚(depolymerization)，使细菌以细胞壁黏附到宿主细胞上，与细胞更紧密接触;又如，当肠致病型大肠埃希菌和伤寒沙门菌等肠道致病菌的菌毛黏附到肠上皮细胞时，诱导细胞内游离钙增多，激活微丝和微管活动，使细胞骨架结构紊乱，最后导致肠绒毛脱落。这些变化为细菌及其毒素进一步侵犯深层组织创造了条件。

图12－7　细菌的菌毛

2．性菌毛(sex pilus)是由F质粒编码产生的，仅见于少数革兰阴性菌。数量少，一个菌只有1～4根，比普通菌毛长而粗，中空呈管状，性菌毛与细菌的遗传变异有关。带有性菌毛的细菌具有致育性(fertility)，称为F+菌或雄性菌，无性菌毛为F－菌或雌性菌。当F+菌与F－菌相遇时，F+菌的性菌毛与F－菌的相应性菌毛受体结合，F+菌体内的质粒或核质片段等遗传物质，可通过中空的性菌毛进入F－菌体内，引起F－菌的变异。这个过程称为接合。细菌的毒力、耐药性等性状可通过此方式传递。此外，性菌毛也是某些噬菌体吸附于菌细胞的受体。

(四)芽胞

芽胞(spore)是某些革兰阳性菌在一定环境条件下，胞浆脱水浓缩，在菌体内形成的具有多层膜结构的圆形或卵圆形小体，也称内芽胞(endospore)，细菌形成芽胞的能力是由菌体内的芽胞基因决定的。芽胞一般只是在动物体外才能形成，其形成条件因菌种而异。多见由于营养缺乏时，细菌生长繁殖减速，启动芽胞形成基因。芽胞带有完整的核质、酶系统和合成菌体组分的结构，能保存细菌的全部生命必需物质。芽胞形成后，菌体即成为空壳，有些芽胞可从菌体脱落游离。

芽胞代谢缓慢，营养和能量消耗很低，抵抗力强，能保护细菌度过不良环境。芽胞形成后，若处于营养供应充足，并有热、酸、机械力等刺激物作用下破坏其芽胞壳，芽胞又可发芽形成新的菌体。整个过程中，细菌的数量并未增多，因此芽胞只是细菌的休眠状态，而不是其繁殖方式。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。

芽胞折光性强，壁厚，不易着色，须用特殊染色法才能着色。芽胞的大小、形状、位置等随菌种而异，有重要的鉴别意义(图12－8)。如炭疽杆菌的芽胞为卵圆形，比菌体小，位于菌体中央;破伤风杆菌的芽胞呈圆形，比菌体大，位于顶端，状如鼓槌;肉毒杆菌的芽胞比菌体宽，位于次极端。这些特点对细菌的鉴别有重要价值。

图12－8　细菌芽胞的形态

细菌的芽胞具有多层厚膜结构(图12－9)。芽胞核心是芽胞的原生质体，含有细菌原有的核质和蛋白质。核心的外层依次为内膜、芽胞壁、皮质层、外膜、芽胞壳和芽胞外壁。内膜和外膜由原来的细胞膜形成。芽胞壁含肽聚糖，发芽后形成细胞壁。皮质层最厚，由一种特殊的肽聚糖组成。芽胞壳坚韧、致密，无通透性，是一种类似角蛋白的物质，能抵抗化学药物透入，并增强对紫外线照射的抵抗力。芽胞外壁是一层疏松的结构，由脂蛋白和糖类组成。

图12－9　细菌芽胞的结构

细菌芽胞对热力、干燥、化学消毒剂和辐射等理化因素均有强大抵抗力。例如，加热煮沸数分钟可杀死细菌繁殖体，但要3 h才能杀死芽胞;5%石炭酸在5～15 min内可杀死细菌繁殖体，杀死芽胞则需十几小时;芽胞对干燥有很强的抵抗力，在自然界可存活数十年;杀死芽胞的紫外线剂量需要比细菌繁殖体大好几倍。因此，在消毒灭菌时，应以杀灭芽胞作为灭菌是否彻底的标准。细菌芽胞并不直接引起疾病，但当发芽转化为繁殖体后，就能迅速大量繁殖而致病。被芽胞污染的用具、敷料、手术器械等，用一般方法不易将其杀死。杀灭芽胞最可靠的方法是高压蒸气灭菌法。芽胞具有强大抵抗力的原因可能与下列因素有关:①芽胞含水量少，蛋白质受热不易变性;②芽胞具有多层厚而致密的膜结构，可阻碍化学物质的渗入;③芽胞形成时能合成一些特殊的酶类，这些酶有很强耐热性;④芽胞中有高浓度的钙离子，可形成某些不溶性钙盐，与抵抗力有关，如吡啶二羧酸钙盐与芽胞的抗热能力有关。

第三节　细菌形态检查法

细菌体积微小，无色半透明，因此须经放大和染色后才能观察其形态与结构。

一、显微镜放大法

普通光学显微镜以可见光(日光或灯光)为光源，经油镜放大1 000倍后，可清晰观察到细菌的基本形态、排列方式和某些特殊结构，暗视野、相差显微镜或荧光显微镜观察效果更好。

电子显微镜利用电子流代替光线，用电磁圈代替放大透镜。电子波长极短，仅为可见光波长的1/10万，故其放大倍数很高，可达数十万倍，能分辨直径1 nm的微粒。应用电子显微镜，不仅能看清细菌的外表形态，也能看清内部超微结构。电子显微镜所观察的形象，可投射到荧光屏上显示，也可照相拍摄。扫描电镜用电子流对物体表面进行扫描，可以更清楚地显露三维空间的立体形象。电子显微镜标本须在真空干燥的状态下检查，故不能检查活的微生物。

二、细菌染色法

由于细菌等电点为pH值2～5，在近于中性的环境中多带负电荷，易与带正电荷的碱性染料结合。同时细菌体内含有大量RNA，呈酸性，也与碱性染料有亲和性。因此，细菌染色多用碱性苯胺染料，如亚甲蓝(美蓝)、碱性复红、结晶紫等。

标本在染色前，一般要经过涂片、干燥和固定。涂片是将待检物涂布于载玻片上，但要检查组织中的微生物时，则需进行组织学切片检查。待自然干燥后，将标本经火焰加热固定。固定的目的是杀死细菌，并使之黏附在破片上，染色时不致脱落。常用的细菌染色法有下列几种。

(一)单染色法

单染色法，指仅用一种染料进行染色。用此法可将各种细菌染成一种颜色，可观察细菌的大小、形态与排列，但不能显示各种细菌染色性的差异。

(二)特殊染色法

细菌的特殊结构如鞭毛、荚膜、芽胞以及细胞壁、异染颗粒，必须用特殊染色法才能着色。

(三)鉴别染色法

鉴别染色法，是用两种以上的染料依次染色，将不同细菌染成不同颜色，既能观察细菌的大小、形态与排列，又能鉴别细菌不同的染色性。最重要最常用的是革兰染色法。

革兰染色法(Gram stain)是丹麦细菌学家革兰(Christian Gram)于1884年创用，至今已逾百年，仍在广泛使用，是细菌学中最为经典的染色法。具体方法是:细菌涂片用结晶紫或甲基紫初染，再经碘液媒染，使之生成结晶紫与碘的复合物，此时各种细菌均被染成深紫色。然后用95%乙醇脱色，其中有的细菌不被脱色仍保持紫色，为革兰阳性(G+) 菌;有的细菌脱去紫色，最后用稀释复红或沙黄复染而呈红色，为革兰阴性(G－)菌。细菌的革兰染色性是细菌种的特征，但也受细菌生长条件及染色时操作的影响。例如，衰老的G+菌往往不能染成革兰阳性，而表现为革兰阴性;脱色是革兰染色中最关键步骤，脱色时间掌握不当，也会影响革兰染色性。

革兰染色法的原理尚不完全清楚，可能有两方面的因素。①G+菌细胞壁结构比较致密，肽聚糖层厚，脂类含量少，乙醇不易透入，反而可使细胞壁脱水形成一道屏障，阻止染料由细胞内渗出。G－菌细胞壁较为疏松，肽聚糖层薄，而脂蛋白、脂质双层、脂多糖均含大量脂质，易被乙醇溶解，致使细胞壁通透性增高，细胞内的结晶紫－碘复合物被乙醇溶解渗出而致脱色。②G+菌含有较多核糖核酸镁盐，可与碱性染料和碘的复合物牢固结合，不易脱色，另外，G+菌等电点更低(pH值2～3，而G－菌等电点pH值4～5)，与碱性染料结合更牢固。2种机制中，前者更为重要，因为失去细胞壁的L型细菌，不论其原来是G+或是G－，都呈阴性反应。

革兰染色法是最为常用的细菌染色法，具有重要的实际意义:①鉴别细菌，革兰染色法可将细菌分成G+和G－两大类，便于初步识别细菌，缩小范围;②指导临床选择用药，G+菌和G－菌对抗生素敏感性不同，大多数G+菌对青霉素、红霉素、头孢菌素等敏感，而G－菌则对青霉素等不敏感，但对链霉素、氯霉素、庆大霉素等敏感;③与致病性有关，大多数G+菌的致病物质为外毒素，而大多数G－菌的致病物质主要是内毒素，二者致病作用不同。

(王雪银)