（四） 细菌细胞的特殊结构

1、糖被（glycocalyx）：

包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的透明胶状物质。

糖被按其有无固定层次、层次厚薄又可细分为荚膜（capsule）、微荚膜(microcapsule)、粘液层(slime  layer)和菌胶团(zoogloea)。

1）特点：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）后可在光学显微镜清楚地观察到它的存在。产生糖被是微生物的一种遗传特性，是细菌分类鉴定的指标之一；荚膜等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。

2）糖被的功能：透性屏障和离子交换系统；保护细菌免受干旱损伤，对一些致病菌来说，则可保护它们免受宿主白细胞的吞噬；细菌间的信息识别；贮藏养料，以备营养缺乏时重新利用；通过荚膜或其有关构造可使菌体附着于适当的物体表面，某些水生丝状细菌的鞘衣状荚膜也有附着作用。例如，引起龋齿的唾液链球菌和变异链球菌等就会分泌1种己糖基转移酶,使蔗糖变成果聚糖,它可使细菌粘附于牙齿表面。由细菌发酵糖类产生的乳酸累积后,腐蚀牙齿表层,引起龋齿。

3、特殊的休眠构造——芽孢(endospore或spore)

某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体，称为芽孢（endospore或spore，偶译“内生孢子”）。由于每一细胞仅形成1个芽孢，故它无繁殖功能。

1）细菌芽孢的特点：

整个生物界中抗逆性最强的一种构造，芽孢有极强的抗热、抗辐射、抗化学药物和抗静水压等能力。例如肉毒梭菌在100℃沸水中，要经过5.0～9.5h才被杀死，至121℃时，平均也要经10min才能杀死；(是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标)；芽孢是细菌的休眠体，在休眠期间，无任何代谢活力。一般的芽孢在普通条件下可保存几年至几十年的活力。在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞；产芽孢细菌的保藏多用其芽孢。

芽孢的有无、形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标。

-能产生芽孢的细菌种类：主要是革兰氏阳性杆菌—芽孢杆菌科的两个属，即好氧性的芽孢杆菌属和厌氧性的梭菌属。球菌中只有极个别的属(芽孢八叠球菌属)才形成芽孢。在典型的螺旋菌中，至今还未发现产芽孢的菌。

芽孢的着生位置：中央芽孢、偏端芽孢、末端芽孢。芽孢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。（相差显微镜直接观察；芽孢染色）。

2）芽孢的结构及耐热机制（渗透调节皮层膨胀学说）：

细菌的芽孢由4部分组成。芽孢囊（sporangium）：指母细胞的空壳。孢外壁(exosporium)：位于芽孢最外层，透性差，是母细胞的残留物。可有可无，或松或紧，重量占芽孢干重的2%～10%，分内外两层。芽孢衣（spore coat）：厚度约3nm，层次很多（3～15层），主要含疏水性的角蛋白以及少量磷脂蛋白。芽孢衣对溶菌酶、蛋白酶和表面活性剂具有很强的抗性，对多价阳离子的透性很差。皮层（cortex）：在芽孢中占有很大体积，内含大量为芽孢皮层所特有的芽孢肽聚糖。其特点是纤维束状、交联度小、负电荷强及可被溶菌酶水解。还含有占芽孢干重7%～10%的 DPA-Ca（吡啶二羧酸钙盐），这是芽孢所特有的，而一般营养细胞没有；不含磷壁酸。皮层的渗透压可高达20个大气压左右。核心（core）：又称芽孢的原生质体，它由芽孢壁、芽孢膜、芽孢质和核区4部分构成，含水量极低。除芽孢膜中不含磷壁酸和芽孢质中含DPA-Ca外，核心中的其他成分与一般细胞相似。

孢囊(cyst)：棕色固氮菌( Azotobacter vinelandii)在营养缺乏情况下产生，抗干旱但不抗热的圆形休眠体，一个营养细胞形成一个孢囊，没有繁殖功能。

伴孢晶体（parasporal crystal）：少数芽孢杆菌，例如苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)在其形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体——δ内毒素，称为伴孢晶体。特点：不溶于水，对蛋白酶类不敏感；容易溶于碱性溶剂。伴孢晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫有毒杀作用，因而可将这类产伴孢晶体的细菌制成有利于环境保护的生物农药——细菌杀虫剂。杀虫的机制为：鳞翅目幼虫口服伴孢晶体后在肠道迅速溶解（中肠 pH 为9.0-10.5），吸附于上皮细胞，引起渗透性丧失，肠道穿孔，肠道中的碱性溶液进入血液，后者 pH升高，昆虫全身麻痹而死亡。

3. 鞭毛（flegellum）：

某些细菌长在体表的长丝状、波曲的附属物，称为鞭毛，其数目为1～10根，具有运动功能。在各类细菌中，弧菌、螺菌和假单胞菌类普遍都长有鞭毛。在杆状细菌中，有的有鞭毛，有的没有鞭毛；而在球状细菌中，仅有个别属(动性球菌属)的细菌才有鞭毛。

鞭毛着生方式主要有：单端鞭毛，如霍乱弧菌; 端生丛毛，如荧光假单胞菌；周生鞭毛，如枯草杆菌；两端生鞭毛，如螺旋体；侧生鞭毛，反刍月形单胞菌。鞭毛的有无和着生方式具有十分重要的分类学意义

鞭毛的观察: 1)要证明某一细菌是否存在着直径只有0.01～0.02μm的鞭毛，可用电子显微镜去观察；2)在光学显微镜下，经过染料加粗的鞭毛也可清楚地观察到；在喑视野中，对水浸片或悬滴标本中运动着的细菌，也可根据其运动情况判断它们是否存在着鞭毛。3)在半固体培养基中（含0.3%～0.4％琼脂）用穿刺接种法接种某一细菌，经培养后，如果在其穿刺线周围有呈混浊的扩散区，说明该菌具有运动能力，即可推测其存在着鞭毛，反之则无鞭毛；4)根据某菌在平板培养基上的菌落形状也可判断该菌是否有鞭毛。一般地说，如果某菌产生的菌落形状大而薄边缘极不规则，说明该菌具有运动能力。反之，如果菌落十分圆整，边缘光滑，相对较厚，则说明它没有鞭毛的。
-革兰氏阴性和阳性细菌的鞭毛构造:前者如E.coli，其鞭毛基体由4个盘状物构成，它们分别称为L环（连在细胞外壁层LPS部位）、P（连在内壁的肽聚糖部位）、S环（与周质空间相连）和M环（嵌入在细胞膜上）。4个环的中央有鞭毛杆串插着，在L环与P环间还有1个圆柱体构造。鞭毛杆的外侧连着1个钩形鞘，其上长有一条长约直径约17nm，15-20um长的鞭毛丝。鞭毛丝一般由3股以螺旋方式、平行方式或中间方式紧密结合在一起的鞭毛蛋白链组成。每1股链由许多球状的鞭毛蛋白亚基螺旋状排列而成。革兰氏阳性细菌例如枯草杆菌等的鞭毛结构较为简单，其基体仅由S和M两个构成。

4、菌毛（pilus或fimbria）：

长在细菌体表的纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质类附属物，它的结构较鞭毛简单，功能是使细菌较牢固地粘连在物体表面上。每个细菌约有250～300条菌毛。有菌毛的细菌一般以革兰氏阴性致病菌居多，借助菌毛可把它们牢固地粘附于宿主的呼吸道、消化道、泌尿生殖道等的粘膜上，进一步定植和致病。

5、性毛(pili,单数pilus)：

构造和成分与菌毛相同，但比菌毛长，数量仅一至少数几根。性毛一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌株（即供体菌）中，其功能是向雌性菌株（即受体菌）传递遗传物质。有的性毛还是RNA噬菌体的特异性吸附受体。

三 、细菌的繁殖及群体特征

---- 细胞行无性繁殖，主要为裂殖，芽殖。很少细菌也有“性”接合。

1.裂殖：即1个母细胞分裂成两个子细胞。分裂时，核DNA先复制为两个新双螺旋链，拉开后形成两个核区，在两个核区间产生新的双层质膜与壁，将细胞分隔为两个，各含1个与亲代相同的核DNA。横分裂：分裂时细胞间形成的隔膜与细胞长轴呈垂直状态；纵分裂：分裂时隔膜与细胞长轴呈平行状态。

二分裂：一个细胞在其对称中心形成隔膜，进而分裂而形   成两个大小、形态、结构相同的细胞。

三分裂：一分为三，即先形成一队Y型细胞，再进行二分裂。绿色硫细菌。

复分裂：蛭弧菌（Bdellovibrio）：在宿主细菌体内生长时，会形成不规则的盘曲的长细胞，然后在多处同时发生均等长度的分裂，形成多个子细胞。

2.芽殖：母细胞表面先形成一个小突起，待其长大到与母细胞相仿再相互分离并独立生活。硝化菌属（Nitrobacter）、巴斯德菌、生芽杆菌和芽生球菌等，行类似于酵母菌的出芽生殖法。等10余属的细菌，芽殖方式因菌种而异。

3、细菌的群体形态

1） 在固体培养基的群体特征

菌落（Colony）：将单个细菌或其它微生物细胞或一堆同种细胞接种到固体培养基表面，当它占有一定的发展空间并在适宜的生长条件下，细胞迅速生长繁殖长成的细胞堆。如果菌落是由1个单细胞发展而来的，则它就是1个纯种细胞群或克隆(clone)。

细菌菌落特征：一般呈现湿润、较光滑、较透明、较粘稠、易挑取、质地均匀、菌落正反面及边缘与中央颜色一致。不同微生物在特定培养基上生长形成的菌落或菌苔一般都具有稳定的特征（形状、颜色等），可以成为对该微生物进行分类、鉴定的重要依据。

描述菌落特征时须选择稀疏孤立菌落，其项目有大小、形态、隆起、边缘、表面状况、质地、颜色、透明度等。

2）在半固体培养基上（内）的群体形态：--

半固体琼脂穿刺：加少量琼脂制成半固体培养基，穿刺接种，培养后观察细菌沿穿刺接种部位的生长状况。如为不运动细菌只沿穿刺部位生长，能运动的细菌则向穿刺线四周扩散生长。明胶培养基中穿刺接种，经培养，观察明胶水解液化状况。凡能产生溶解区的，表明该菌能形成明胶水解酶。溶解区的形状也因菌种不同而异。

3）  在液体培养基上（内）的群体形态：-培养1～3天观察，项目有液面生长状况（如膜、环）、混浊程度、沉淀形态、有无气泡等。

四、细菌的物理化学性质

（一）细菌表面电荷和等电点

细菌表面带负电荷，由细菌表面蛋白质的等电点和外界pH值所决定。

（二）细菌染色原理及染色方法

1.染色原理

染色可增加菌体与背景反差，在显微镜下更清楚地看见菌体的形态。常用染料是碱性染料。

2.染色方法：

可对死菌和活菌进行染色，死菌染色方法又分正染色和负染色，正染色又分为简单染色法和鉴别染色法：革兰氏染色法、抗酸性染色法、芽孢染色法、姬姆萨染色法和荚膜染色法等。活菌染色：可用美蓝或TTC（氧化三苯基四氮唑）等。