第二章 细菌的生物学性状
学习纲要
(一)细菌的形态结构
1．细菌按形态分类球菌、杆菌和螺形菌。测量单位是微米(micro-meter，μm)。
2．细菌的基本结构 由外向内依次为细胞壁、细胞膜、细胞质及核质。
(1)细胞壁：
1)肽聚糖(peptidoglycan)：是细菌细胞壁中的主要组分，为原核细胞所特有。
2)革兰阳性菌与革兰阴性菌细胞壁的结构不同点及其医学意义。
A．革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较见表2-1。
表2-1革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较
B．医学意义：凡能破坏肽聚糖结构或抑制其合成的物质均能损伤细胞壁，而使细菌变形、裂解，如溶菌酶能裂解肽聚糖中N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸之间的β—l，4
糖苷键，破坏聚糖骨架，引起细菌裂解；青霉素能与细菌竞
争合成肽聚糖过程中所需的转肽酶，抑制四肽侧链上D-丙氨酸与五肽桥之间的联结，使细菌不能合成完整的肽聚糖，导致细菌死亡。革兰阴性菌的特有结构外膜，由外向内由脂多糖(LPs)、脂质双层和脂蛋白组成，LPs即革兰阴性菌的内毒素，包括脂类A、核心多糖和寡糖重复单位，其中脂类A是内毒素的毒性和生物学活性的主要组分，无种属特异性。
C．细胞壁的功能：主要功能是维持菌体固有形态，保护细菌抵抗低渗环境。革兰阳性菌的磷壁酸是重要的表面抗原，并带有较多的负电荷，有助于维持菌体内离子的平衡，磷壁酸还可起到稳定和加强细胞壁的作用。革兰阴性菌的外膜是有效的屏障结构，还可阻止某些抗生素的进入，成为细菌耐药的机制之一。LPS是革兰阴性菌重要的致病物质之一。
D．细菌细胞壁缺陷型(L型细菌)：细胞壁受损的L型细菌在普通环境中不能耐受，但在高渗环境下仍能存活；革兰阳性菌L型称为原生质体，阴性菌L型称为原生质球；细菌L型的诱发因素很多(青霉素和溶菌酶是常用的人工诱导剂)；L型细菌呈高度多形性，大小不一，染色多呈革兰阴性；在软琼脂平板上培养2～7d后，可形成中间较厚、四周较薄的荷包蛋样细小菌落；某些L型细菌会引起慢性感染。
(2)细胞膜：
1)细胞膜的功能：渗透和运输、呼吸、生物合成和参与细胞分裂等作用。
2)中介体(mesosome)：部分细胞膜内陷、折叠、卷曲形成的囊状物，多见于革兰阳性菌，常位于菌体侧面(侧中介体)或靠近中部(横膈中介体)，可有一个或多个。中介体的形成有效地扩大了细胞膜面积，相应增加了酶的含量和能量的产生，其功能类似于真核细胞的线粒体，故亦称为拟线粒体(chondroid)。
(3)细胞质：是细菌新陈代谢的重要场所。包括以下颗粒：
1)核糖体(ribosome)：是细菌合成蛋白质的场所。细菌核糖体的沉降系数为70S，由50S和30S两个亚基组成。
2)质粒(plasmid)：是染色体以外的遗传物质，为闭合环状双链DNA，控制细菌某些特定的遗传性状。
3)胞浆颗粒：多为储藏营养物质的颗粒，典型的如：白喉棒状杆菌的异染颗粒。
(4)核质：是细菌的遗传物质。单倍体，无核膜、核仁和有丝分裂器，为单一闭合环状DNA。
3．细菌的特殊结构荚膜、鞭毛、菌毛、芽孢。
(1)荚膜(capsule)：某些细菌在其细胞壁外包绕的一层黏液性物质称荚膜，为疏水性多糖或蛋白质的多聚体，用理化方法去除后并不影响细菌的生命活动。其功能包括抗吞噬、黏附及抗有害物质损伤。
(2)鞭毛(flagellum)：为细菌的运动器官，是鉴定细菌的依据，又称H抗原，与分型有关；有些细菌的鞭毛与致病性有关。
(3)菌毛(pilus)：
1)普通菌毛：是细菌的黏附结构，与细菌的致病性密切相关。
2)性菌毛：带有性菌毛的细菌称为F+菌或雄性菌，无性菌毛的细菌称为F-菌或雌性菌。F+与F-菌相遇时，F+菌的性菌毛与F-菌相应的性菌毛受体结合，F+菌体内的质粒或染色体DNA可通过中空的性菌毛进入F-菌体内，这个过程称为接合(conjugation)，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。
(4)芽孢(spore)：某些细菌在一定的环境条件下，能在菌体内部形成一个圆形或卵圆形的小体，是细菌的休眠形式，称为内芽孢(endospore)，简称芽孢。芽孢对各种理化因素均有强大的抵抗能力，故消毒灭菌时应以芽孢是否被杀死作为判断灭菌效果的指标。
4．细菌形态与结构检查法
(1)显微镜放大法：
1)普通光学显微镜：1000×以上，油镜观察。
2)电子显微镜：用电子流代替可见光波，以电磁圈代替放大透镜。包括透射电子显微镜和扫描电子显微镜两种。
(2)染色法：革兰染色法的步骤、结果及意义。
1)原理：细菌细胞壁结构的不同；等电点不同(阳性菌pH为2～3，阴性菌pH为4～5)。
2)步骤：结晶紫初染→卢戈碘液媒染→95％乙醇脱色→稀释复红复染。
3)结果：染成蓝紫色的为革兰阳性菌，染成红色的则为阴性菌。
4)意义：初步鉴别细菌，选择抗菌药物，研究细菌的致病性。
(二)细菌的生理
1．细菌的理化性状
(1)细菌的化学组成：水、蛋白质、糖类、无机盐、脂类。其中水是最主要成分，占菌体重量的75％～90％。
(2)细菌的物理性状：
1)表面积：细菌体积微小，相对表面积大，有利于同外界进行物质交换，故细菌的代谢旺盛，繁殖迅速。
2)光学性质：细菌为半透明体，细菌悬液呈混浊状态，菌数越多浊度越大。
3)带电现象：革兰阳性菌pI为2～3，阴性菌pI为4～5，故在近中性或弱碱性环境中细菌均带负电荷，尤以阳性菌带负电荷为多。
4)布朗运动：细菌含有丰富的蛋白质，是比较大的胶体粒子，在液体中受媒介分子的撞击后可发生不表现位移的颤动，即为布朗运动。
5)半透性和渗透压：细菌的细胞壁和细胞膜都有半透性。细菌体内高渗，其所处环境一般为相对低渗。
2．细菌的营养与代谢
(1)细菌的营养类型：
1)自养菌：可以简单的无机物为原料合成菌体成分。
2)异养菌：必须以多种有机物为原料，才能合成菌体成分，并获得能量，包括腐生菌和寄生菌。所有的病原菌都是异养菌，大部分为寄生菌。
3)中间型细菌：介于自养菌和异养菌之间，对有机物和无机物均能利用。
(2)细菌摄取营养物质的机制：扩散、促进扩散、主动运输、基团移位。
(3)细菌的能量代谢。
(4)细菌的代谢产物。
1)分解代谢产物和细菌的生化反应：
A．细菌对糖和蛋白质的分解：①细菌对糖的分解：一般不能直接利用多糖，必须经胞外酶分解成单糖(葡萄糖)后才能利用。细菌分解葡萄糖可经多条途径产生丙酮酸。丙酮酸再进一步分解时，需氧菌和厌氧菌则有所不同，需氧菌将丙酮酸通过三羧酸循环分解为二氧化碳和水，并在此过程中产生ATP及其他一些代谢产物；厌氧菌则发酵丙酮酸后产生各种酸、醛、醇、酮等多种产物。②细菌对蛋白质的分解：细菌不能直接利用大分子蛋白质，必须由细菌分泌胞外酶，将蛋白质分解为短肽或氨基酸后，才能透过细胞壁和细胞膜，进入细胞后再由胞内酶分解氨基酸，可通过脱氨基生成氨和各种酸类，通过脱羧基生成胺类和二氧化碳。
B．细菌的生化反应：①糖发酵试验：致病菌多不发酵乳糖。②VP(Voges—Proskauer)试验。③甲基红(methy red，M)试验。④枸橼酸盐利用(citrate utiliza-tion，C)试验。⑤吲哚(indole，I)试验。⑥硫化氢试验。⑦尿素酶试验 。
吲哚[I]、甲基红[M]、VP[V]、枸橼酸盐利用[c]4种试验常用于鉴定肠道杆菌，合称为IMViC试验。大肠埃希菌对这四种试验的结果是“+ + 一一” ；产气杆菌则为“一 一 ＋ ＋” 。
2)合成代谢产物及其在医学上的意义：①热原质(pyrogen)：即LPS，耐高温，多由革兰阴性菌产生。②毒素与侵袭性酶：内、外毒素。③色素：脂溶性、水溶性色素。④抗生素：某些微生物代谢过程中产生的一类能抑制或杀死某些其他微生物或肿瘤细胞的物质，多由放线菌和真菌产生。⑤细菌素(bactericin)：某些菌株产生的一类具有抗菌作用的蛋白质，其作用范围狭窄，仅对产生菌有亲缘关系的细菌有杀伤作用。⑥维生素 。
3．细菌的生长繁殖
(1)细菌生长繁殖的条件：
1)营养物质：充足的营养可为细菌的新陈代谢及生长繁殖提供必要的原料和能量。包括水、碳源、氮源、生长因子及无机盐；无机盐的功用：①构成有机化合物，成为菌体的成分；②作为酶的组成部分，维持酶的活性；③参与能量的储存和转运；④调节菌体内外的渗透压；⑤某些元素与细菌的生长繁殖和致病作用密切相关。
2)酸碱度(pH)：多数病原菌的最适pH为7．2～7．6。
3)温度：多数病原菌的最适温度为37℃。
4)气体：根据细菌代谢时对分子氧的需要与否，可将细菌分为四类：专性需氧菌、微需氧菌、兼性厌氧菌和专性厌氧菌。
5)渗透压。
(2)细菌生长繁殖的方式和速度：
1)细菌的繁殖方式：细菌一般以简单的二分裂方式进行无性繁殖。细菌分裂数量倍增所需的时间称为代时(generation time)，多数细菌为20～30 min，而
结核杆菌为18—20h。
2)细菌群体生长繁殖分期：①迟缓期：1—4 h；②对数期：4—8 h，此期细菌的形态、染色性、生理活性等都较典型，对外界环境因素作用敏感，故研究细菌的生物学性状时多选用此期细菌；③稳定期：芽孢、外毒素、抗生素等代谢产物多在此期产生；④衰亡期：死亡数超过活菌数，形态有明显改变，生理代谢活动趋于停滞。
4．细菌的人工培养和菌种保存
(1)细菌的培养基：
1)培养基(culture medium)：培养基由人工方法配制而成的，是专供微生物生长繁殖使用的混合营养物制品。
2)分类：根据营养组成和用途分类：①基础培养基；②营养培养基；③选择培养基；④鉴别培养基；⑤厌氧培养基。
根据物理状态分类：①液体培养基；②固体培养基；③半固体培养基。
(2)细菌在培养基中的生长情况：
1)在液体培养基中的生长情况：有混浊生长、沉淀生长和菌膜生长3种。
2)在固体培养基中的生长情况：①分离培养：将标本或培养物划线接种在固体培养基表面，因划线的分散作用，使许多原混杂的细菌在固体培养基表面上散开；②菌落(colony)：经18—24 h培养后，单个细菌分裂繁殖成一堆肉眼可见的细菌集团；③纯培养(pure culture)：挑取一个菌落，移种到另一培养基中生长，生长出来的细菌均为纯种，称为纯培养；④细菌的菌落分型：光滑型(S)、粗糙型(R)、黏液型(M)。
3)在半固体培养基中的生长情况：①有鞭毛：沿穿刺线呈羽毛状或云雾状混浊生长；②无鞭毛：只沿穿刺线呈明显的线状生长。
(3)人工培养细菌在医学中的应用意义：感染性疾病的病原学诊断；细菌学
的研究；生物制品的制备。
(三)细菌的遗传和变异
1．细菌的变异现象形态结构的变异；毒力变异(BCG)；菌落变异如S-R变异，多见肠道杆菌；抗原性变异，肠道杆菌的鞭毛抗原、菌体抗原常发生变异；酶活性变异；耐药性变异。
2．细菌遗传变异的物质基础
(1)细菌染色体：是环状双螺旋DNA长链，呈超螺旋成团，无组蛋白，无核膜，是遗传的物质基础，主要控制细菌的各种遗传性状。
(2)质粒：是细菌染色体外的遗传物质，为双股环状DNA。质粒主要有如下特性：
1)质粒可以自我复制：存在于多种细菌胞浆内的质粒可不依赖染色体而独立进行复制，有严紧型和松弛型两种类型。
2)质粒可赋予细菌某些遗传性状：例如：①F质粒：编码细菌性菌毛；②R质粒：带有一种或多种耐药基因，可使细菌获得对抗菌药物的耐药性；③Vi质粒：编码细菌毒力；④Col质粒：使大肠埃希菌产生大肠菌素。
3)质粒可以在细菌间转移：接合性质粒能通过自身传递装置——性菌毛转移。非接合性质粒不能编码产生性菌毛，以噬菌体为载体，携带其转移，或与接合性质粒结合随之转移。
4)质粒不是细菌必须具备的结构：可自行丢失或经人工处理消除。失去质粒的细菌，其生命活动可不受影响。
5)质粒具有相容性与不相容性：几种质粒可同时共存于同一细菌细胞内，这种现象称相容性(compatibility)；但有些质粒不能共存于同一细菌细胞内，称不相容性(incompatibility)。
(3)噬菌体：
1)生物学性状：噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒，其个体微小，可以通过滤菌器；没有完整的细胞结构，主要由蛋白质和包含于其中的核酸组成；具有严格的细胞内寄生性；电镜下有3种形态：蝌蚪形、微球形、丝形，主要由核酸和蛋白质组成，核酸是噬菌体的遗传物(RNA或DNA)，蛋白质起保护核酸的作用，并决定其外形和表面特征；噬菌体具有抗原性，能刺激机体产生特异性抗体；噬菌体对理化因素的抵抗力比一般细菌繁殖体强，但对紫外线、射线敏感。
2)噬菌体与细菌的相互关系：
A．建立溶菌周期：毒性噬菌体：能在宿主菌细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌的噬菌体。毒性噬菌体的溶菌周期：①吸附；②穿人；③生物合成；④成熟与释放。
B．建立溶原状态：①温和噬菌体：噬菌体基因与宿主染色体整合，不产生子代噬菌体，但噬菌体的DNA能随细菌DNA复制，并随细菌的分裂而存在。②前噬菌体：整合在细菌基因组中的噬菌体基因称为前噬菌体。③溶原性细菌：带有前噬菌体基因组的细菌称为溶原性细菌。
3)噬菌体的应用：细菌的鉴定与分型；分子生物学研究的重要工具；细菌感染的诊断与治疗。
(4)转位因子：是细菌DNA内一段核苷酸序列，能在质粒之间或质粒与染色体之间自行转移位置，是细菌菌体内可移动的遗传物质，主要包括插入序列和转座子。
3．细菌变异的机制 细菌变异的机制是细菌基因产生了突变、转移与重组。
(1)基因突变：突变是细菌基因结构发生稳定性的改变，导致遗传性状的变异。
(2)细菌基因的转移与重组：遗传物质由一个细菌(供体菌)进入另一个细菌(受体菌)，使受体菌获得供体菌的某些特性，称基因转移；转移的基因可与受体
菌基因进行重组。基因转移与重组有转化、转导、接合、溶原性转换、原生质体融合五种方式。
1)转化(transformation)：是受体菌直接摄取供体菌游离的DNA片段，并整合到自己的基因组中，从而获得新的遗传性状的过程。
2)转导(transduction)：是以温和噬菌体为媒介，将供体菌DNA片段转移到受体菌内，使受体菌获得新的遗传性状。按噬菌体转导性状的范围，转导可分为普遍性转导和局限性转导。
3)接合(conjugation)：是两个细菌接触，供体菌通过性菌毛将DNA直接转入受体菌内，使受体菌获得新的遗传性状的过程，也称为细菌的杂交。
4)溶原性转换(1ysogenic conversion)：是由于温和噬菌体的DNA(前噬菌体)整合到宿主菌的染色体DNA后，使细菌的基因型发生改变，从而获得新的遗传性状，称为溶原性转换。
5)原生质融合(fusion 0f protoplast)：是指细菌形成原生质体后，在聚乙二醇的作用下可以使两个细菌细胞发生融合。融合的细菌可在高渗培养基上生长。融合体具有两套亲本的染色体，因此可以表现两者的特性。
4．细菌变异的实际意义
(1)诊断方面：在临床细菌学检查工作中，经常会遇到一些不典型的细菌。要作出正确的诊断，不但要熟悉细菌的典型特征，还要了解细菌变异的规律。
(2)治疗方面：由于抗生素的广泛使用，临床分离的细菌耐药菌株日益增多。治疗前应先做药物敏感试验选择用药。
(3)预防方面：使用菌苗注射，是提高机体特异性免疫的有效措施，现在使用的活菌苗，如卡介苗、炭疽及鼠疫菌苗，都是病原微生物的减毒变异株制成的。
(4)基因工程方面：对细菌遗传变异的研究，推动了基因工程工作的发展。目前通过基因工程已能使细菌大量生产胰岛素、干扰素、生长激素、乙肝疫苗等
制品。
(四)外界因素对细菌的影响
1．消毒与灭菌
(1)消毒与灭菌相关术语：
1)消毒(disinfection)：杀死物体上病原微生物的方法，并不一定能杀死含芽孢的细菌或非病原微生物。
2)灭菌(sterilization)：杀灭物体上所有微生物的方法。
3)抑菌(bacteriostasis)：抑制体内或体外细菌的生长繁殖。
4)防腐(antisepsis)：防止或抑制体外细菌生长繁殖的方法。
5)无菌(asepsis)：不存在活菌的意思。
(2)消毒与灭菌的方法：
1)物理消毒灭菌法：
A．热力灭菌法：①干热灭菌法：包括焚烧、烧灼、干烤(160～170℃ 2 h)、红外线等。②湿热灭菌法：包括巴氏消毒法、煮沸法、流通蒸汽消毒法、间歇蒸汽灭菌法、高压蒸汽灭菌法(121．3℃，15—20 min，103．0kPa)等。
在同一温度下，湿热比干热灭菌法效力大的原因是：①湿热中细菌菌体蛋白较易凝固；②湿热的穿透力比干热大；③湿热的蒸汽有潜热存在，水由气态变为液态时放出的潜热，可迅速提高被灭菌物体的温度。
B．辐射杀菌法：①紫外线：波长200—300 nm的紫外线均有杀菌作用，其中265～266 nm最强。其杀菌原理是：紫外线主要作用于DNA，使一条DNA链上相邻的两个嘧啶共价结合而形成二聚体，干扰DNA的复制与转录，导致细菌的变异或死亡。紫外线的穿透能力很弱。②电离辐射：其杀菌原理是产生游离基，破坏DNA。③微波：常用微波有2 450 MHz与915 MHz两种。
C．滤过除菌法：液体或空气除菌。
D．超声波杀菌：杀菌原理一空(腔)化作用。
E．干燥与低温抑菌法：冷冻真空干燥法是目前保存菌种的最好方法。
2)化学消毒灭菌法：
A．根据化学消毒剂的杀菌机制不同，将其分为以下几类：①促进菌体蛋白质变性或凝固，例如酚类(高浓度)、醇类、重金属盐类(高浓度)、酸碱类、醛类。②干扰细菌的酶系统和代谢，例如某些氧化剂、重金属盐类(低浓度)与细菌的一SH基结合使有关酶失去活性。③损伤菌细胞膜，例如酚类(低浓度)、表面活性剂、脂溶剂等，能降低菌细胞的表面张力并增加其通透性，胞外液体内渗致使细菌破裂。
B．消毒剂的主要种类：酚类、醇类、重金属盐类、氧化剂、表面活性剂、烷化剂。
3)影响消毒灭菌效果的因素：消毒剂的性质、浓度与作用时间；微生物的种类与数量；温度；酸碱度；有机物。
2．抗菌药物的作用与细菌的耐药性
(1)药物的种类及其作用机制：抗菌药物的分类方法很多，可按产生的微生物分类，亦可按化学结构和性质分类，还可按抗菌谱分类或按作用机制分类。 抗菌药物的主要作用机制为：影响细胞壁的合成；影响细胞膜的功能；影响蛋白质的合成(作用于30S或50S亚基)；影响核酸代谢。
(2)细菌耐药性：是指微生物对药物所具有的相对抗性。耐药性的程度一般以该药对微生物的最小抑菌浓度(MIC)表示。
1)细菌产生耐药性的机制包括：①钝化酶的产生(p-内酰胺酶、乙酰基转移酶、磷酸转移酶、腺苷转移酶)；②细菌改变了药物作用的靶部位；③胞膜通透性改变。
2)耐药性的基因控制：表现在基因突变可导致细菌的耐药性；R质粒决定的耐药性(特点是：①可从宿主菌检出R质粒；②以多重耐药性常见；③容易因质粒丢失而恢复成敏感株；④耐药性可经接合转移)转座子的耐药基因；⑤整合子决定的耐药性。
(3)控制耐药性的策略：
1)研制不受耐药机制作用的新型药物。
2)根据药敏试验选择敏感药物。
3)抗菌药物的“轮休” 。
4)R质粒消除剂的研究。
(五)细菌的分类与命名
1．细菌的分类等级界、门、纲、目、科、属、种。
(1)界：细菌属于原核生物界。
(2)门：根据细菌细胞壁特点分为四个菌门。
(3)属：性状相近、关系密切的若干菌种组成一个菌属。
(4)菌种：生物学性状基本相同的细菌群体，是细菌分类的基本单位。其下可再分为亚种、型、亚型。
(5)菌株：由不同来源分离的同一种、同一亚种或同一型的细菌。
(6)群：泛指具有某种共同特性的某个分类集体。
2．细菌命名法生物双名式，拉丁文属名在前，种名在后，属名为名词，首字母大写(Mycobacterium，分枝杆菌属)，种名为形容词，均小写(tuberculosis，引起结核的)。中文译名种名在前，属名在后，如Mycobac-terium tuberculosis，结核分枝杆菌；Salmonella typhi，伤寒沙门菌。泛指某一属细菌时可在属名后加sp，My-cobacterium sp，分枝杆菌属。亚种名称加在种名之后，Klebsiella
pneumoniae subspecies pneumoniae，肺炎克雷伯菌肺炎亚种。
3．细菌的分类法
(1)生理学与生化学分类法。
(2)遗传学分类法。
(3)加热变性法(DNA G+C mol％测定)。
(4)核酸同源值测定(分子杂交法)。
4．细菌分类系统伯杰(Bergey)分类系统。
第二章 细菌的生物学性状
学习纲要
(一)细菌的形态结构
1．细菌按形态分类球菌、杆菌和螺形菌。测量单位是微米(micro-meter，μm)。
2．细菌的基本结构 由外向内依次为细胞壁、细胞膜、细胞质及核质。
(1)细胞壁：
1)肽聚糖(peptidoglycan)：是细菌细胞壁中的主要组分，为原核细胞所特有。
2)革兰阳性菌与革兰阴性菌细胞壁的结构不同点及其医学意义。
A．革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较见表2-1。
表2-1革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较
B．医学意义：凡能破坏肽聚糖结构或抑制其合成的物质均能损伤细胞壁，而使细菌变形、裂解，如溶菌酶能裂解肽聚糖中N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸之间的β—l，4
糖苷键，破坏聚糖骨架，引起细菌裂解；青霉素能与细菌竞
争合成肽聚糖过程中所需的转肽酶，抑制四肽侧链上D-丙氨酸与五肽桥之间的联结，使细菌不能合成完整的肽聚糖，导致细菌死亡。革兰阴性菌的特有结构外膜，由外向内由脂多糖(LPs)、脂质双层和脂蛋白组成，LPs即革兰阴性菌的内毒素，包括脂类A、核心多糖和寡糖重复单位，其中脂类A是内毒素的毒性和生物学活性的主要组分，无种属特异性。
C．细胞壁的功能：主要功能是维持菌体固有形态，保护细菌抵抗低渗环境。革兰阳性菌的磷壁酸是重要的表面抗原，并带有较多的负电荷，有助于维持菌体内离子的平衡，磷壁酸还可起到稳定和加强细胞壁的作用。革兰阴性菌的外膜是有效的屏障结构，还可阻止某些抗生素的进入，成为细菌耐药的机制之一。LPS是革兰阴性菌重要的致病物质之一。
D．细菌细胞壁缺陷型(L型细菌)：细胞壁受损的L型细菌在普通环境中不能耐受，但在高渗环境下仍能存活；革兰阳性菌L型称为原生质体，阴性菌L型称为原生质球；细菌L型的诱发因素很多(青霉素和溶菌酶是常用的人工诱导剂)；L型细菌呈高度多形性，大小不一，染色多呈革兰阴性；在软琼脂平板上培养2～7d后，可形成中间较厚、四周较薄的荷包蛋样细小菌落；某些L型细菌会引起慢性感染。
(2)细胞膜：
1)细胞膜的功能：渗透和运输、呼吸、生物合成和参与细胞分裂等作用。
2)中介体(mesosome)：部分细胞膜内陷、折叠、卷曲形成的囊状物，多见于革兰阳性菌，常位于菌体侧面(侧中介体)或靠近中部(横膈中介体)，可有一个或多个。中介体的形成有效地扩大了细胞膜面积，相应增加了酶的含量和能量的产生，其功能类似于真核细胞的线粒体，故亦称为拟线粒体(chondroid)。
(3)细胞质：是细菌新陈代谢的重要场所。包括以下颗粒：
1)核糖体(ribosome)：是细菌合成蛋白质的场所。细菌核糖体的沉降系数为70S，由50S和30S两个亚基组成。
2)质粒(plasmid)：是染色体以外的遗传物质，为闭合环状双链DNA，控制细菌某些特定的遗传性状。
3)胞浆颗粒：多为储藏营养物质的颗粒，典型的如：白喉棒状杆菌的异染颗粒。
(4)核质：是细菌的遗传物质。单倍体，无核膜、核仁和有丝分裂器，为单一闭合环状DNA。
3．细菌的特殊结构荚膜、鞭毛、菌毛、芽孢。
(1)荚膜(capsule)：某些细菌在其细胞壁外包绕的一层黏液性物质称荚膜，为疏水性多糖或蛋白质的多聚体，用理化方法去除后并不影响细菌的生命活动。其功能包括抗吞噬、黏附及抗有害物质损伤。
(2)鞭毛(flagellum)：为细菌的运动器官，是鉴定细菌的依据，又称H抗原，与分型有关；有些细菌的鞭毛与致病性有关。
(3)菌毛(pilus)：
1)普通菌毛：是细菌的黏附结构，与细菌的致病性密切相关。
2)性菌毛：带有性菌毛的细菌称为F+菌或雄性菌，无性菌毛的细菌称为F-菌或雌性菌。F+与F-菌相遇时，F+菌的性菌毛与F-菌相应的性菌毛受体结合，F+菌体内的质粒或染色体DNA可通过中空的性菌毛进入F-菌体内，这个过程称为接合(conjugation)，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。
(4)芽孢(spore)：某些细菌在一定的环境条件下，能在菌体内部形成一个圆形或卵圆形的小体，是细菌的休眠形式，称为内芽孢(endospore)，简称芽孢。芽孢对各种理化因素均有强大的抵抗能力，故消毒灭菌时应以芽孢是否被杀死作为判断灭菌效果的指标。
4．细菌形态与结构检查法
(1)显微镜放大法：
1)普通光学显微镜：1000×以上，油镜观察。
2)电子显微镜：用电子流代替可见光波，以电磁圈代替放大透镜。包括透射电子显微镜和扫描电子显微镜两种。
(2)染色法：革兰染色法的步骤、结果及意义。
1)原理：细菌细胞壁结构的不同；等电点不同(阳性菌pH为2～3，阴性菌pH为4～5)。
2)步骤：结晶紫初染→卢戈碘液媒染→95％乙醇脱色→稀释复红复染。
3)结果：染成蓝紫色的为革兰阳性菌，染成红色的则为阴性菌。
4)意义：初步鉴别细菌，选择抗菌药物，研究细菌的致病性。
(二)细菌的生理
1．细菌的理化性状
(1)细菌的化学组成：水、蛋白质、糖类、无机盐、脂类。其中水是最主要成分，占菌体重量的75％～90％。
(2)细菌的物理性状：
1)表面积：细菌体积微小，相对表面积大，有利于同外界进行物质交换，故细菌的代谢旺盛，繁殖迅速。
2)光学性质：细菌为半透明体，细菌悬液呈混浊状态，菌数越多浊度越大。
3)带电现象：革兰阳性菌pI为2～3，阴性菌pI为4～5，故在近中性或弱碱性环境中细菌均带负电荷，尤以阳性菌带负电荷为多。
4)布朗运动：细菌含有丰富的蛋白质，是比较大的胶体粒子，在液体中受媒介分子的撞击后可发生不表现位移的颤动，即为布朗运动。
5)半透性和渗透压：细菌的细胞壁和细胞膜都有半透性。细菌体内高渗，其所处环境一般为相对低渗。
2．细菌的营养与代谢
(1)细菌的营养类型：
1)自养菌：可以简单的无机物为原料合成菌体成分。
2)异养菌：必须以多种有机物为原料，才能合成菌体成分，并获得能量，包括腐生菌和寄生菌。所有的病原菌都是异养菌，大部分为寄生菌。
3)中间型细菌：介于自养菌和异养菌之间，对有机物和无机物均能利用。
(2)细菌摄取营养物质的机制：扩散、促进扩散、主动运输、基团移位。
(3)细菌的能量代谢。
(4)细菌的代谢产物。
1)分解代谢产物和细菌的生化反应：
A．细菌对糖和蛋白质的分解：①细菌对糖的分解：一般不能直接利用多糖，必须经胞外酶分解成单糖(葡萄糖)后才能利用。细菌分解葡萄糖可经多条途径产生丙酮酸。丙酮酸再进一步分解时，需氧菌和厌氧菌则有所不同，需氧菌将丙酮酸通过三羧酸循环分解为二氧化碳和水，并在此过程中产生ATP及其他一些代谢产物；厌氧菌则发酵丙酮酸后产生各种酸、醛、醇、酮等多种产物。②细菌对蛋白质的分解：细菌不能直接利用大分子蛋白质，必须由细菌分泌胞外酶，将蛋白质分解为短肽或氨基酸后，才能透过细胞壁和细胞膜，进入细胞后再由胞内酶分解氨基酸，可通过脱氨基生成氨和各种酸类，通过脱羧基生成胺类和二氧化碳。
B．细菌的生化反应：①糖发酵试验：致病菌多不发酵乳糖。②VP(Voges—Proskauer)试验。③甲基红(methy red，M)试验。④枸橼酸盐利用(citrate utiliza-tion，C)试验。⑤吲哚(indole，I)试验。⑥硫化氢试验。⑦尿素酶试验 。
吲哚[I]、甲基红[M]、VP[V]、枸橼酸盐利用[c]4种试验常用于鉴定肠道杆菌，合称为IMViC试验。大肠埃希菌对这四种试验的结果是“+ + 一一” ；产气杆菌则为“一 一 ＋ ＋” 。
2)合成代谢产物及其在医学上的意义：①热原质(pyrogen)：即LPS，耐高温，多由革兰阴性菌产生。②毒素与侵袭性酶：内、外毒素。③色素：脂溶性、水溶性色素。④抗生素：某些微生物代谢过程中产生的一类能抑制或杀死某些其他微生物或肿瘤细胞的物质，多由放线菌和真菌产生。⑤细菌素(bactericin)：某些菌株产生的一类具有抗菌作用的蛋白质，其作用范围狭窄，仅对产生菌有亲缘关系的细菌有杀伤作用。⑥维生素 。
3．细菌的生长繁殖
(1)细菌生长繁殖的条件：
1)营养物质：充足的营养可为细菌的新陈代谢及生长繁殖提供必要的原料和能量。包括水、碳源、氮源、生长因子及无机盐；无机盐的功用：①构成有机化合物，成为菌体的成分；②作为酶的组成部分，维持酶的活性；③参与能量的储存和转运；④调节菌体内外的渗透压；⑤某些元素与细菌的生长繁殖和致病作用密切相关。
2)酸碱度(pH)：多数病原菌的最适pH为7．2～7．6。
3)温度：多数病原菌的最适温度为37℃。
4)气体：根据细菌代谢时对分子氧的需要与否，可将细菌分为四类：专性需氧菌、微需氧菌、兼性厌氧菌和专性厌氧菌。
5)渗透压。
(2)细菌生长繁殖的方式和速度：
1)细菌的繁殖方式：细菌一般以简单的二分裂方式进行无性繁殖。细菌分裂数量倍增所需的时间称为代时(generation time)，多数细菌为20～30 min，而
结核杆菌为18—20h。
2)细菌群体生长繁殖分期：①迟缓期：1—4 h；②对数期：4—8 h，此期细菌的形态、染色性、生理活性等都较典型，对外界环境因素作用敏感，故研究细菌的生物学性状时多选用此期细菌；③稳定期：芽孢、外毒素、抗生素等代谢产物多在此期产生；④衰亡期：死亡数超过活菌数，形态有明显改变，生理代谢活动趋于停滞。
4．细菌的人工培养和菌种保存
(1)细菌的培养基：
1)培养基(culture medium)：培养基由人工方法配制而成的，是专供微生物生长繁殖使用的混合营养物制品。
2)分类：根据营养组成和用途分类：①基础培养基；②营养培养基；③选择培养基；④鉴别培养基；⑤厌氧培养基。
根据物理状态分类：①液体培养基；②固体培养基；③半固体培养基。
(2)细菌在培养基中的生长情况：
1)在液体培养基中的生长情况：有混浊生长、沉淀生长和菌膜生长3种。
2)在固体培养基中的生长情况：①分离培养：将标本或培养物划线接种在固体培养基表面，因划线的分散作用，使许多原混杂的细菌在固体培养基表面上散开；②菌落(colony)：经18—24 h培养后，单个细菌分裂繁殖成一堆肉眼可见的细菌集团；③纯培养(pure culture)：挑取一个菌落，移种到另一培养基中生长，生长出来的细菌均为纯种，称为纯培养；④细菌的菌落分型：光滑型(S)、粗糙型(R)、黏液型(M)。
3)在半固体培养基中的生长情况：①有鞭毛：沿穿刺线呈羽毛状或云雾状混浊生长；②无鞭毛：只沿穿刺线呈明显的线状生长。
(3)人工培养细菌在医学中的应用意义：感染性疾病的病原学诊断；细菌学
的研究；生物制品的制备。
(三)细菌的遗传和变异
1．细菌的变异现象形态结构的变异；毒力变异(BCG)；菌落变异如S-R变异，多见肠道杆菌；抗原性变异，肠道杆菌的鞭毛抗原、菌体抗原常发生变异；酶活性变异；耐药性变异。
2．细菌遗传变异的物质基础
(1)细菌染色体：是环状双螺旋DNA长链，呈超螺旋成团，无组蛋白，无核膜，是遗传的物质基础，主要控制细菌的各种遗传性状。
(2)质粒：是细菌染色体外的遗传物质，为双股环状DNA。质粒主要有如下特性：
1)质粒可以自我复制：存在于多种细菌胞浆内的质粒可不依赖染色体而独立进行复制，有严紧型和松弛型两种类型。
2)质粒可赋予细菌某些遗传性状：例如：①F质粒：编码细菌性菌毛；②R质粒：带有一种或多种耐药基因，可使细菌获得对抗菌药物的耐药性；③Vi质粒：编码细菌毒力；④Col质粒：使大肠埃希菌产生大肠菌素。
3)质粒可以在细菌间转移：接合性质粒能通过自身传递装置——性菌毛转移。非接合性质粒不能编码产生性菌毛，以噬菌体为载体，携带其转移，或与接合性质粒结合随之转移。
4)质粒不是细菌必须具备的结构：可自行丢失或经人工处理消除。失去质粒的细菌，其生命活动可不受影响。
5)质粒具有相容性与不相容性：几种质粒可同时共存于同一细菌细胞内，这种现象称相容性(compatibility)；但有些质粒不能共存于同一细菌细胞内，称不相容性(incompatibility)。
(3)噬菌体：
1)生物学性状：噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒，其个体微小，可以通过滤菌器；没有完整的细胞结构，主要由蛋白质和包含于其中的核酸组成；具有严格的细胞内寄生性；电镜下有3种形态：蝌蚪形、微球形、丝形，主要由核酸和蛋白质组成，核酸是噬菌体的遗传物(RNA或DNA)，蛋白质起保护核酸的作用，并决定其外形和表面特征；噬菌体具有抗原性，能刺激机体产生特异性抗体；噬菌体对理化因素的抵抗力比一般细菌繁殖体强，但对紫外线、射线敏感。
2)噬菌体与细菌的相互关系：
A．建立溶菌周期：毒性噬菌体：能在宿主菌细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌的噬菌体。毒性噬菌体的溶菌周期：①吸附；②穿人；③生物合成；④成熟与释放。
B．建立溶原状态：①温和噬菌体：噬菌体基因与宿主染色体整合，不产生子代噬菌体，但噬菌体的DNA能随细菌DNA复制，并随细菌的分裂而存在。②前噬菌体：整合在细菌基因组中的噬菌体基因称为前噬菌体。③溶原性细菌：带有前噬菌体基因组的细菌称为溶原性细菌。
3)噬菌体的应用：细菌的鉴定与分型；分子生物学研究的重要工具；细菌感染的诊断与治疗。
(4)转位因子：是细菌DNA内一段核苷酸序列，能在质粒之间或质粒与染色体之间自行转移位置，是细菌菌体内可移动的遗传物质，主要包括插入序列和转座子。
3．细菌变异的机制 细菌变异的机制是细菌基因产生了突变、转移与重组。
(1)基因突变：突变是细菌基因结构发生稳定性的改变，导致遗传性状的变异。
(2)细菌基因的转移与重组：遗传物质由一个细菌(供体菌)进入另一个细菌(受体菌)，使受体菌获得供体菌的某些特性，称基因转移；转移的基因可与受体
菌基因进行重组。基因转移与重组有转化、转导、接合、溶原性转换、原生质体融合五种方式。
1)转化(transformation)：是受体菌直接摄取供体菌游离的DNA片段，并整合到自己的基因组中，从而获得新的遗传性状的过程。
2)转导(transduction)：是以温和噬菌体为媒介，将供体菌DNA片段转移到受体菌内，使受体菌获得新的遗传性状。按噬菌体转导性状的范围，转导可分为普遍性转导和局限性转导。
3)接合(conjugation)：是两个细菌接触，供体菌通过性菌毛将DNA直接转入受体菌内，使受体菌获得新的遗传性状的过程，也称为细菌的杂交。
4)溶原性转换(1ysogenic conversion)：是由于温和噬菌体的DNA(前噬菌体)整合到宿主菌的染色体DNA后，使细菌的基因型发生改变，从而获得新的遗传性状，称为溶原性转换。
5)原生质融合(fusion 0f protoplast)：是指细菌形成原生质体后，在聚乙二醇的作用下可以使两个细菌细胞发生融合。融合的细菌可在高渗培养基上生长。融合体具有两套亲本的染色体，因此可以表现两者的特性。
4．细菌变异的实际意义
(1)诊断方面：在临床细菌学检查工作中，经常会遇到一些不典型的细菌。要作出正确的诊断，不但要熟悉细菌的典型特征，还要了解细菌变异的规律。
(2)治疗方面：由于抗生素的广泛使用，临床分离的细菌耐药菌株日益增多。治疗前应先做药物敏感试验选择用药。
(3)预防方面：使用菌苗注射，是提高机体特异性免疫的有效措施，现在使用的活菌苗，如卡介苗、炭疽及鼠疫菌苗，都是病原微生物的减毒变异株制成的。
(4)基因工程方面：对细菌遗传变异的研究，推动了基因工程工作的发展。目前通过基因工程已能使细菌大量生产胰岛素、干扰素、生长激素、乙肝疫苗等
制品。
(四)外界因素对细菌的影响
1．消毒与灭菌
(1)消毒与灭菌相关术语：
1)消毒(disinfection)：杀死物体上病原微生物的方法，并不一定能杀死含芽孢的细菌或非病原微生物。
2)灭菌(sterilization)：杀灭物体上所有微生物的方法。
3)抑菌(bacteriostasis)：抑制体内或体外细菌的生长繁殖。
4)防腐(antisepsis)：防止或抑制体外细菌生长繁殖的方法。
5)无菌(asepsis)：不存在活菌的意思。
(2)消毒与灭菌的方法：
1)物理消毒灭菌法：
A．热力灭菌法：①干热灭菌法：包括焚烧、烧灼、干烤(160～170℃ 2 h)、红外线等。②湿热灭菌法：包括巴氏消毒法、煮沸法、流通蒸汽消毒法、间歇蒸汽灭菌法、高压蒸汽灭菌法(121．3℃，15—20 min，103．0kPa)等。
在同一温度下，湿热比干热灭菌法效力大的原因是：①湿热中细菌菌体蛋白较易凝固；②湿热的穿透力比干热大；③湿热的蒸汽有潜热存在，水由气态变为液态时放出的潜热，可迅速提高被灭菌物体的温度。
B．辐射杀菌法：①紫外线：波长200—300 nm的紫外线均有杀菌作用，其中265～266 nm最强。其杀菌原理是：紫外线主要作用于DNA，使一条DNA链上相邻的两个嘧啶共价结合而形成二聚体，干扰DNA的复制与转录，导致细菌的变异或死亡。紫外线的穿透能力很弱。②电离辐射：其杀菌原理是产生游离基，破坏DNA。③微波：常用微波有2 450 MHz与915 MHz两种。
C．滤过除菌法：液体或空气除菌。
D．超声波杀菌：杀菌原理一空(腔)化作用。
E．干燥与低温抑菌法：冷冻真空干燥法是目前保存菌种的最好方法。
2)化学消毒灭菌法：
A．根据化学消毒剂的杀菌机制不同，将其分为以下几类：①促进菌体蛋白质变性或凝固，例如酚类(高浓度)、醇类、重金属盐类(高浓度)、酸碱类、醛类。②干扰细菌的酶系统和代谢，例如某些氧化剂、重金属盐类(低浓度)与细菌的一SH基结合使有关酶失去活性。③损伤菌细胞膜，例如酚类(低浓度)、表面活性剂、脂溶剂等，能降低菌细胞的表面张力并增加其通透性，胞外液体内渗致使细菌破裂。
B．消毒剂的主要种类：酚类、醇类、重金属盐类、氧化剂、表面活性剂、烷化剂。
3)影响消毒灭菌效果的因素：消毒剂的性质、浓度与作用时间；微生物的种类与数量；温度；酸碱度；有机物。
2．抗菌药物的作用与细菌的耐药性
(1)药物的种类及其作用机制：抗菌药物的分类方法很多，可按产生的微生物分类，亦可按化学结构和性质分类，还可按抗菌谱分类或按作用机制分类。 抗菌药物的主要作用机制为：影响细胞壁的合成；影响细胞膜的功能；影响蛋白质的合成(作用于30S或50S亚基)；影响核酸代谢。
(2)细菌耐药性：是指微生物对药物所具有的相对抗性。耐药性的程度一般以该药对微生物的最小抑菌浓度(MIC)表示。
1)细菌产生耐药性的机制包括：①钝化酶的产生(p-内酰胺酶、乙酰基转移酶、磷酸转移酶、腺苷转移酶)；②细菌改变了药物作用的靶部位；③胞膜通透性改变。
2)耐药性的基因控制：表现在基因突变可导致细菌的耐药性；R质粒决定的耐药性(特点是：①可从宿主菌检出R质粒；②以多重耐药性常见；③容易因质粒丢失而恢复成敏感株；④耐药性可经接合转移)转座子的耐药基因；⑤整合子决定的耐药性。
(3)控制耐药性的策略：
1)研制不受耐药机制作用的新型药物。
2)根据药敏试验选择敏感药物。
3)抗菌药物的“轮休” 。
4)R质粒消除剂的研究。
(五)细菌的分类与命名
1．细菌的分类等级界、门、纲、目、科、属、种。
(1)界：细菌属于原核生物界。
(2)门：根据细菌细胞壁特点分为四个菌门。
(3)属：性状相近、关系密切的若干菌种组成一个菌属。
(4)菌种：生物学性状基本相同的细菌群体，是细菌分类的基本单位。其下可再分为亚种、型、亚型。
(5)菌株：由不同来源分离的同一种、同一亚种或同一型的细菌。
(6)群：泛指具有某种共同特性的某个分类集体。
2．细菌命名法生物双名式，拉丁文属名在前，种名在后，属名为名词，首字母大写(Mycobacterium，分枝杆菌属)，种名为形容词，均小写(tuberculosis，引起结核的)。中文译名种名在前，属名在后，如Mycobac-terium tuberculosis，结核分枝杆菌；Salmonella typhi，伤寒沙门菌。泛指某一属细菌时可在属名后加sp，My-cobacterium sp，分枝杆菌属。亚种名称加在种名之后，Klebsiella
pneumoniae subspecies pneumoniae，肺炎克雷伯菌肺炎亚种。
3．细菌的分类法
(1)生理学与生化学分类法。
(2)遗传学分类法。
(3)加热变性法(DNA G+C mol％测定)。
(4)核酸同源值测定(分子杂交法)。
4．细菌分类系统伯杰(Bergey)分类系统。