细菌的结构

如果我们把细菌切开来观察，细菌的最外层是结实的保护层，称为细胞壁，它包裹着整个菌体使细胞有固定的形状。其主要成分是肽聚糖。

细胞壁的里面是一层薄而柔软的富有弹性的半透膜——细胞膜，它是细胞内外的交换站，控制着细胞内外的物质交换。细胞膜占细胞干重的10%左右。细胞膜是由脂类、蛋白质和糖类组成的。

细菌的细胞结构

细菌的细胞壁

细胞膜的脂类主要为甘油磷脂。磷脂分子在水溶液中很容易形成具有高度定向性的双分子层，相互平行排列，亲水的极性基指向双分子层的外表面，疏水的非极性基朝内（即排列在组成膜的内侧面），这样就形成了膜的基本骨架。磷脂中的脂肪酸有饱和、不饱和2种，膜的流动性高低主要取决于它们的相对含量和类型，如低温型微生物的膜中含有较多的不饱和脂肪酸，而高温型微生物的膜则富含饱和脂肪酸，从而保持了膜在不同温度下的正常生理功能。

细胞膜中的蛋白质，依其存在位置，可分为外周蛋白、内嵌蛋白2大类。外周蛋白存在于膜的内或外表面，系水溶性蛋白，占膜蛋白总量的20%～30%。内嵌蛋白又称固有蛋白或结构蛋白，镶嵌于磷脂双层中，多为非水溶性蛋白，占总量的70%～80%。膜蛋白除作为膜的结构成分之外，许多蛋白质本身就是运输养料的透酶或具催化活性的酶蛋白，在细胞代谢过程中起着重要作用。

细菌细胞膜的液态镶嵌模型

细胞质是细胞膜内的物质，除细胞核外皆为细胞质。它无色透明，呈黏胶状，主要成分为水、蛋白质、核酸、脂类，也含有少量的糖和盐类。由于富含核酸，因而嗜碱性强此外，细胞质内还含有核糖体、颗粒状内含物和气泡等物质。

核糖体亦称核蛋白体，为多肽和蛋白质合成的场所。其化学成分为蛋白质与核糖核酸（RNA）。细菌细胞中绝大部分（约90%）的RNA存在于核糖体内。原核生物的核糖体常以游离状态或多聚核糖体状态分布于细胞质中。而真核细胞的核糖体既可以游离状态存在于细胞质中，也可结合于内质网上。

很多细菌在营养物质丰富的时候，其细胞内聚合各种不同的贮藏颗粒，当营养缺乏时，它们又能被分解利用。这种贮藏颗粒可在光学显微镜下观察到，通称为内含物。贮藏颗粒的多少可随菌龄及培养条件不同而改变。

某些水生细菌，如蓝细菌、不放氧的光合细菌和盐细菌细胞内贮存气体的特殊结构称气泡。气泡由许多小的的气囊组成，气囊膜只含蛋白质而无磷脂。气泡的大小、形状和数量随细菌种类而异。气泡能使细胞保持浮力，从而有助于调节并使细菌生活在它们需要的最佳水层位置，以利获得氧、光和营养。

细菌细胞的核位于细胞质内，无核膜、无核仁，仅为一核区，因此称为原始形态的核或拟核。细菌细胞的原核只有一个染色体，主要含有具有遗传特征的脱氧核糖核酸（DNA）。染色体是由双螺旋的大分子链构成，一般呈环形结构，总长度为0．25～3毫米。一个细菌在正常情况下只有一个核区，而细菌处于活跃生长时，由于DNA的复制先于细胞分裂，一个菌体内往往有2～4个核区（低速率生长时，则可见1～2个核区）。原核携带了细菌绝大多数的遗传信息，是细菌生长发育、新陈代谢和遗传变异的控制中心。

在细菌中，除染色体DNA外，还存在一种能自我复制的小环状DNA分子，称质粒。质粒分子量较细菌染色体小。每个菌体内可有一至数个质粒。不同质粒的基因之间可发生重组，质粒基因与染色体基因也可重组。质粒对细菌的生存并不是必需的，它可在菌体内自行消失，也可经一定处理后从细菌中除去，但不影响细菌的生存。不同的质粒分别含有使细菌具有某些特殊性状的基因，如致育性、抗药性、产生抗生素、降解某些化学物质等。

质粒可以独立于染色体而转移，通过接合、转化或转导等方式可从一个菌体转入另一菌体。因此在遗传工程中可以将细菌质粒作为基因的运载工具，构建新菌株。

有些细菌除具有一般结构外，还具有特殊的结构：荚膜、鞭毛、芽孢。

有些细菌生活在一定营养条件下，可向细胞壁外分泌出一层黏性物质，根据这层黏性物质的厚度、可溶性及在细胞表面存在的状况，可把它们分为荚膜、微荚膜或黏液层。如果这层物质黏滞性较大，相对稳定地附着在细胞壁外，具一定外形，厚约200纳米，称为荚膜或大荚膜。它与细胞结合力较差。通过液体震荡培养或离心，可将其从细胞表面除去。荚膜很难着色，用负染色法可在光学显微镜下观察到，即背景和细胞着色，荚膜不着色。

细菌细胞的荚膜

微荚膜的厚度在200纳米以下，它与细胞表面结合较紧，用光学显微镜不易观察到，但可采用血清学方法证明其存在。荚膜易被胰蛋白酶消化。

黏液层比荚膜疏松，无明显形状，悬浮在基质中更易溶解，并能增加培养基黏度。

通常情况下，每个菌体外面包围一层荚膜。但有的细菌，它们的荚膜物质互相融合在一起成为一团胶状物，称菌胶团，其内常包含有多个菌体。

荚膜产生受遗传特性控制，但并非是细胞绝对必要的结构，失去荚膜的变异株同样正常生长。而且，即使用特异性水解荚膜物质的酶处理，也不会杀死细菌。

细胞鞭毛的结构

荚膜的主要成分因菌种而异，大多为多糖、多肽或蛋白质，也含有一些其他成分。产荚膜的细菌菌落通常光滑透明，称光滑型（S型）菌落；不产荚膜细菌菌落表面粗糙，称粗糙型（R型）菌落。

荚膜的主要作用是作为细胞外碳源和能源性贮藏物质，并能保护细胞免受干燥的影响，同时能增强某些病原菌的致病能力，使之抵抗宿主吞噬细胞的吞噬。例如能引起肺炎的肺炎双球菌Ⅲ型，如果失去了荚膜，则成为非致病菌。

某些细菌的细胞表面伸出细长、波曲、毛发状的附属物称为鞭毛。鞭毛细而长，其长度常为细胞的若干倍，最长可达70微米，但直径只有10～20纳米。因此，用光学显微镜看不见。

细菌鞭毛的数目和着生位置是细菌种的特征。据此，可将有鞭毛的细菌分为4类：

（1）一端单毛菌——在菌体的一端只生1根鞭毛，如霍乱弧菌。

细胞鞭毛的种类

（2）两端单鞭毛菌——菌体两端各具1根鞭毛，如鼠咬热螺旋体。

（3）丛生鞭毛菌——菌体一端生一束鞭毛，如铜绿假单胞菌；菌体两端各具一束鞭毛，如红色螺菌。

（4）周生鞭毛菌——周身都有鞭毛，如大肠杆菌、枯草杆菌等。

很多革兰阴性菌及少数阳性菌的细胞表面有一些比鞭毛更细、较短而直硬的丝状体结构，称为菌毛，亦称伞毛或纤毛。菌毛直径大约3～7纳米，长度约0．5～6微米，有些菌毛可长达20微米。菌毛由菌毛蛋白组成，与鞭毛相似，也起源于细胞质膜内侧基粒上。菌毛不具运动功能，也见于非运动的细菌中。因机械因素而失去菌毛的细菌很快又能形成新的菌毛，因此认为菌毛可能经常脱落并不断更新。

菌毛类型很多，根据菌毛功能可将其分成2大类：普通菌毛和性菌毛。普通菌毛可增加细菌吸附于其他细胞或物体的能力。例如肠道菌的Ⅰ型菌毛，它能牢固地吸附在动植物、真菌以及多种其他细胞上，包括人的呼吸道、消化道和泌尿道的上皮细胞上。

菌毛的这种吸附性可能对细菌在自然环境中生活有某种意义。性菌毛是在性质粒（F因子）控制下形成的，故又称F－菌毛。它比普通菌毛粗而长，数量少，一个细胞仅具1～4根。性菌毛是细菌传递游离基因的器官，作为细菌接合时遗传物质的通道。现在很多学者趋向于用纤毛表示普通菌毛，而菌毛则多指性菌毛。

某些细菌在其生长的一定阶段，于营养细胞内形成一个圆形或卵圆形的内生孢子，称为芽孢。芽孢是细菌的休眠体。其含水量低，壁厚而致密，对热、干燥、化学药剂的抵抗能力很强。因此，在食品、医药、卫生、工业部门都以杀死芽孢为标准来衡量灭菌是否彻底。芽孢能脱离细胞独立存在，在干燥情况下能活10年之久，当条件适宜时，芽孢就发芽长成新的菌体。但是，芽孢并不是细菌繁殖后代的方式，因为1个菌体只能产生1个芽孢。细菌繁殖后代并不像动物那样是由老子生儿子。它们极为简单，是由1个菌体直接平分就变成2个，2个继续平分就变成4个。因此，很难分清楚它们谁是老子，谁是儿子。在应用中，把它们的菌体细胞分裂一次叫做繁殖一代。

细菌细胞芽孢的结构

细菌的繁殖速度一般来说相当快，据科学家计算，按每20分钟细菌分裂1次，1小时后一个细菌可变成8个，2小时就可以变成64个，24小时内可以繁殖72代，即40多万亿亿个细菌。如果按一个细菌重1×10－13克计算，那么，24小时内一个细菌所形成的菌体重量将是4000多吨。当然，这种繁殖速度是我们人为计算出来的。实际上，微生物即便在人工提供的最理想的条件下，也很难维持很长时间。因为随着微生物数量的急剧增加，营养物质很快就会被消耗掉，出现“饥饿”现象。同时，在微生物新陈代谢的过程中，也产生了大量的代谢产物和废物。这些代谢产物和废物达到一定浓度后，就会抑制微生物的生长和繁殖。限于当前的技术条件，我们还不能完全做到及时地供给微生物所需要的营养，也不能及时地把微生物的代谢产物取出来。

有些杆菌和弧菌，在菌体上还能长出很细很长的丝状物，它能帮助菌体运动，我们称它为鞭毛。如果你用牙签挑一点自己的牙垢，在载玻片的一滴水中，涂抹一下，放在显微镜下观察，你可以看到许多运动着的细菌，它们不停地向各个方向挤、推、碰，在整个视野中乱窜，很是热闹。只有长鞭毛的细菌才能运动，鞭毛菌运动的速度相当快，可达200米／秒，相当于菌体长度的50～100倍。

鞭毛是深植于细胞质中的运动器官，由于鞭毛的旋转，可使细菌迅速运动。一般的鞭毛菌，主要在幼龄时可以活跃运动；衰老的细菌，鞭毛易脱落，因而失去运动能力。鞭毛的长度可超过菌体若干倍，而其直径却只有细胞直径的1／20，因此，不经特殊染色，在普通光学显微镜下难以看到。

通常球菌没有鞭毛，杆菌中有的有鞭毛，有的没有鞭毛，有的生长的某一阶段有鞭毛。弧菌和螺菌都有鞭毛。有的细菌不借助于鞭毛运动，如螺旋菌就是借助于细胞中有弹性的轴丝体伸缩而使菌体运动的。