细菌形态和生理

细菌形态和生理第1页/共83页第一节细菌的形态、结构与分类一、细菌的大小与形态观察细菌常用光学显微镜，其大小用测微尺在显微镜下进行测量，以微米(μm)为单位。不同种类的细菌大小不一，同一种细菌也因菌龄和环境因素的影响而有差异。细菌按其外形，主要有球菌（coccus）杆菌（bacillus）

螺形菌（spiralbacterium）第2页/共83页形态与结构细菌的大小与形态细菌的测量单位：微米(μm)细菌的形态球菌杆菌螺菌弧菌螺形菌第3页/共83页1.球菌(coccus)脑膜炎奈瑟菌双球菌(diplococcus)肺炎链球菌第4页/共83页链球菌(streptococcus)第5页/共83页葡萄球菌(straphylococcus)第6页/共83页四联球菌(tetrad)第7页/共83页八叠球菌(sarcina)第8页/共83页2.杆菌(bacillus)炭疽芽胞杆菌3-10μm大肠埃希菌2-3μm布鲁菌0.6-1.5μm杆状或球杆状，不同杆菌的大小、长短、粗细很不一致。多数长2-5um，宽0.5-1um第9页/共83页杆菌的形态多样炭疽芽胞杆菌白喉棒状杆菌第10页/共83页杆菌的形态多样分枝杆菌双歧杆菌第11页/共83页3.螺形菌(spiralbacterium)弧菌，菌体呈一个弯曲螺菌，菌体呈一个弯曲第12页/共83页细菌的多形性细菌在不适宜的环境条件下，基本形态往往发生变化，常出现梨形、气球形、分枝形等不规则的形态，称为细菌的多形性。第13页/共83页二、细菌的结构基本结构：细胞壁、细胞膜、细胞质、核质特殊结构：荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞形态与结构第14页/共83页（一）细胞壁(cellwall)

是位于细菌细胞最外层，包绕在细胞膜周围，无色透明、坚韧而富有弹性的膜状结构。平均厚度为12--30nm，组成较复杂，并随不同菌种而异。（一）基本结构第15页/共83页革兰阳性菌革兰阴性菌革兰染色两类细菌细胞壁的共同组分为肽聚糖，但各有其特殊组分。革兰染色法（GramStain）：涂片风干固定结晶紫碘液95%乙醇复红1min1min脱色第16页/共83页1革兰阳性菌肽聚糖(peptidoglycan)—聚糖骨架、四肽侧链、五肽交联桥（三维立体结构）青霉素作用点溶菌酶作用点N-乙酰葡糖胺N-乙酰胞壁酸革兰阳性菌肽聚糖组成

1、聚糖骨架 N-乙酰葡糖胺(G)

N-乙酰胞壁酸(M)

2、四肽侧链（L-丙、D-谷、L-赖、D-丙）

3、五肽交链桥（5个甘氨酸组成）肽聚糖层厚，形成坚韧的三维立体网架结构第17页/共83页

革兰阳性菌细胞壁肽聚糖经这样的三级链接，构成了交叉的、机械强度相当大的空间框架结构，交联率为75%，坚固而致密。这种三维立体结构的肽聚糖在革兰阳性菌中高达50层，为其细胞壁主要成分。第18页/共83页2革兰阴性菌肽聚糖(peptidoglycan)—聚糖骨架、四肽侧链（二维平面结构）革兰阴性菌肽聚糖组成

1、聚糖骨架

N-乙酰葡糖胺(G)

N-乙酰胞壁酸(M)

2、四肽侧链（L-丙、D-谷、M-二氨基庚二酸DAP、D-丙）

缺乏五肽交链桥仅有二维结构，肽聚糖层少，结构松散。第19页/共83页革兰阴性菌细胞壁肽聚糖由于缺乏交联桥，只能形成二维平面结构，而且交联率低，只有25%，故多数侧链呈游离状。这种二维平面的肽聚糖在革兰阴性菌中只有1——2层，只作为其细胞壁的组成成分之一。第20页/共83页细菌细胞壁中基本成分:肽聚糖革兰阳性菌、革兰阴性菌肽聚糖组成与数量不同，因此在许多理化性状、致病性、染色性上均有差异。此外，革兰阳性菌、阴性菌细胞壁中还有各自的特殊成分。革兰阳性菌：磷壁酸革兰阴性菌：外膜

第21页/共83页3革兰阳性菌细胞壁特殊组分——磷壁酸(teichoicacid)第22页/共83页化学结构：由核糖醇和甘油残基经磷酸二酯键连接组成长链，穿插于肽聚糖中类别：壁磷壁酸-与细胞壁中肽聚糖中N-乙酰胞壁酸连接；膜磷壁酸-与细胞膜相连；作用：具有抗原性，储存磷元素；提高细胞膜酶的活性；有一定致病作用磷壁酸为革兰阳性菌特有成分第23页/共83页4革兰阴性菌细胞壁特殊组分——外膜(outermembrane)又称外壁层外膜由脂质双层、脂蛋白、脂多糖三部分组成，是G-菌细胞壁中主要成分。第24页/共83页外膜位于肽聚糖外侧，由内向外由脂蛋白、脂质双层和脂多糖三部分组成。外膜

脂蛋白连接肽聚糖与脂质双层脂质双层结构类似细胞膜，有选择性通透作用，也可作为噬菌体、性菌毛、或细菌素的受体脂多糖（LPS）即革兰阴性菌内毒素（内外）第25页/共83页

脂多糖（由内向外）脂质A一种糖磷脂，是内毒素的毒性成分，无种属特异性脂多糖由三部分组成：核心多糖有种属特异性，同一菌属细菌核心多糖相同特异多糖即革兰阴性菌的菌体抗原（O抗原），具有种的特异性，此糖如果缺失，细菌菌落将发生S—R变异第26页/共83页第27页/共83页G+

菌与G-

菌细胞壁的比较细胞壁 革兰阳性菌 革兰阴性菌强度 较坚韧较疏松厚度 20-80nm 10-15nm肽聚糖层数 可多达50层1-2层肽聚糖含量 50%-80% 5%-20%磷壁酸 有无外膜 无有第28页/共83页细胞壁的破坏物质

青霉素、头孢菌素和溶菌酶的杀菌作用主要作用于Ｇ+菌。

G-菌肽聚糖含量少，有外膜保护，青霉素和溶菌酶对其作用微弱。第29页/共83页项目革兰阳性菌革兰阴性菌细胞壁的关系染色性紫色红色细胞壁对酒精的通透性抗原性主要为磷壁酸主要为外膜细胞壁的化学组成不同毒性无内毒素有内毒素内毒素为阴性菌细胞壁成分

脂多糖对青霉素的作用有效无效青霉素作用部位为肽聚糖五肽交联桥对溶菌酶的作用有效无效溶菌酶作用部位为肽聚糖

聚糖骨架细胞壁G+和G-菌的差异及与细胞壁的关系第30页/共83页细菌细胞壁缺陷型或L型(bacterialLform)：细胞壁受损后仍能生长和分裂的细菌。在一般环境中不能耐受菌体内的高渗透压而将会涨破死亡。在高渗环境下，仍可存活。革兰阳性菌细胞壁缺失后，原生质仅被一层细胞膜包住——原生质体(protoplast)。革兰阴性菌肽聚糖层受损后尚有外膜保护——原生质球(spheroplast)。某些L型仍有一定的致病力，通常引起慢性感染。细菌细胞壁缺陷型（细菌L型）第31页/共83页

细菌L型呈高度多形性，大小不一。着色不匀，无论其原为革兰阳性或阴性菌，形成L型大多染成革兰阴性。(1)细菌L型的形态和染色性蜡样芽胞杆菌L型的镜下形态（多形性）第32页/共83页细菌L型生长缓慢，营养要求高，对渗透压敏感，普通营养基上不能生长，培养时必须用高渗的含血清的培养基。细菌L型在高渗的含血清的培养基上生长后形成三种类型的菌落。（2）细菌L型的培养特性和菌落形态

丝状菌落

颗粒型菌落

油煎蛋样菌落典型的L型菌落第33页/共83页维持菌体固有的形态保护细菌抵抗低渗环境参与菌体内外的物质交换菌体表面带有多种抗原分子，可诱发机体的免疫应答。

细胞壁的功能第34页/共83页二、细菌的结构基本结构：细胞壁、细胞膜、细胞质、核质特殊结构：荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞形态与结构第35页/共83页细菌细胞膜的结构与真核细胞者基本相同，由磷脂和多种蛋白质组成，但不含胆固醇。细菌细胞膜的功能与真核细胞者类似，主要有物质转运、生物合成、分泌和呼吸等作用。细菌细胞膜可形成一种特有的结构，称为中介体。（二）细胞膜(cellmembrane)第36页/共83页

中介体：是部分细胞膜内陷、折叠、卷曲形成的囊状物，多见于革兰阳性菌。其功能类似于真核细胞的线粒体，故亦称为拟线粒体(chondroid)。扩大了细胞膜的表面积，为细菌提供大量能量。中介体(mesosome)中介体第37页/共83页二、细菌的结构基本结构：细胞壁、细胞膜、、核质特殊结构：荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞形态与结构细胞质第38页/共83页细胞质

细胞膜包裹的溶胶状物质。是细菌进行新陈代谢的主要场所。有水、蛋白质、脂类、核酸及少量糖和无机盐组成细胞质内含有许多重要结构,常见有：核糖体质粒胞质颗粒与真核细胞不同，抗菌素作用部位染色体外遗传物质，与遗传变异有关异染颗粒等，可鉴别细菌（三）细胞质(cytoplasm)第39页/共83页

细菌合成蛋白质的场所，蛋白质亚基2个（大50s+小30s）组成70s

（真核80s60s+40s）

链霉素红霉素①核糖体由蛋白质和rRNA组成第40页/共83页概念：是细菌染色体以外的遗传物质，存在于细胞中，为双股环状DNA，控制细菌某些性状，可自我复制，与细菌的遗传变异有关。并非细菌生命活动所必需，可随机获得和丢失；

医学上重要质粒：

R质粒：耐药性质粒

F质粒：致育性质粒

Vi质粒：毒力质粒②质粒plasmid

第41页/共83页功能：胞质颗粒大多为贮藏营养物质的场所。化学本质：包括多糖、脂类、多磷酸盐等。特点：这些颗粒常随菌种、菌龄及环境而异。例如：白喉杆菌异染颗粒有利于细菌鉴定（RNA、多偏磷酸盐，嗜碱，着色深，位于菌体两端，特殊染色可与菌体不同的着色）。异染颗粒③胞质颗粒（内含物inclusion)：细菌细胞内的一些颗粒状内含物，多数为能源性储藏物。

第42页/共83页二、细菌的结构基本结构：细胞壁、细胞膜、、核质特殊结构：荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞形态与结构细胞质第43页/共83页（四）核质(nuclearmaterial)细菌是原核细胞，不具有成形的核。细菌的遗传物质称为核质或拟核。无核膜、核仁和有丝分裂器。由裸露双股DNA回旋卷曲成疏松网状结构，有少量RNA和组蛋白样的物质。功能与真核细胞的染色体相似——决定细菌各种遗传性状。第44页/共83页二、细菌的结构基本结构：细胞壁、细胞膜、、核质特殊结构：荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞形态与结构细胞质第45页/共83页二.特殊结构（一）荚膜(capsule)概念：某些细菌胞壁外围绕一层较厚的粘液性物质，称为荚膜。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菌细胞的生命活动。

肺炎链球菌荚膜荚膜第46页/共83页形成条件：动物体内、营养丰富的培养基内（荚膜的形成与环境条件有密切关系。）化学成分：多糖或多肽应用：鉴别细菌（荚膜的有无、抗原性）第47页/共83页染色性：荚膜对一般碱性染料亲和力低，不易着色。普通染色——菌体周围未着色的透明圈特殊染色——染上与菌体不同的颜色。第48页/共83页抗吞噬作用：是病原菌的重要毒力因子粘附作用：与致病性有关抗有害物质的损伤作用：如溶酶体、补体荚膜的功能---与细菌的致病性有关第49页/共83页（二）鞭毛(flagellum)许多细菌在菌体上附有细长并呈波状弯曲的丝状物，称为鞭毛，是细菌的运动器官。鞭毛需用电子显微镜观察，或经特殊染色法使鞭毛增粗后才能在光镜下看到。第50页/共83页鞭毛菌分类单毛菌双毛菌丛毛菌周毛菌第51页/共83页鞭毛是运动器官。有鞭毛的细菌能主动运动，使细菌做趋向性运动。鞭毛有抗原性。鞭毛的成分为鞭毛蛋白，并且具有高度的特异性，称为鞭毛抗原（H抗原），可作为细菌分类、分型的依据；

鉴别细菌：鞭毛（动力）的有无、数目、位置、排列、抗原性有的细菌其鞭毛与致病性有关（穿透粘膜表面粘液层，利于细菌粘附于上皮细胞）。鞭毛的功能第52页/共83页（三）菌毛（pilus或fimbriae）概念：许多革兰阴性菌和少数革兰阳性菌菌体表面存在着一种比鞭毛更细、更短而直硬的丝状物，与细菌的运动无关。（电镜观察）种类及功能普通菌毛ordinarypilus性菌毛sexpilus（F菌毛）由F质粒编码普通菌毛

多，短而细粘附，致病性菌毛

少，粗、长、中空遗传物质传递第53页/共83页普通菌毛：细菌的粘附结构，与宿主细胞表面特异性受体结合，与致病性密切相关性菌毛：接合，毒力、耐药性等性状的遗传物质传递。第54页/共83页芽胞：有些G+细菌在某些条件下，胞质浓缩在菌体内形成一个圆形或卵圆形小体，外包绕很厚的壳，即为芽胞。细菌形成芽胞后，代谢处于休眠状态；在外界环境适宜时，芽胞又可发芽形成菌体，进行生长繁殖。芽孢折光性强、壁厚、不易着色，经特殊染色光镜下可见（四）芽胞(spore)第55页/共83页形成条件：营养缺乏（细菌维持生命的特殊形式）保存全部生命必需物质：核酸、酶、合成菌体成分的结构休眠状态，无新陈代谢可发芽1个细菌→1个芽胞→1个细菌

细菌——繁殖体芽胞——休眠体每种细菌形成一种类型芽胞第56页/共83页芽胞的大小、形状、位置等随菌种而异，有重要的鉴别意义。炭疽芽胞杆菌肉毒梭菌破伤风梭菌芽孢的意义第57页/共83页芽胞的抵抗力强，可在自然界中存在多年，是重要的传染源。但芽胞并不直接引起疾病，只有发芽成为繁殖体后，才能迅速大量繁殖而致病。芽胞抵抗力强，故应以杀灭芽胞作为可靠的灭菌指标。高压蒸汽灭菌法是杀灭芽孢最有效的方法。芽胞抵抗力强的原因：(1)芽胞含水量少，蛋白质受热后不易变性。(2)芽胞具有多层致密的厚膜，理化因素不易透入。(3)含有的DPA与钙结合的盐能提高芽胞中各种酶的稳定性。芽胞的意义第58页/共83页

第二节细菌的营养与生长繁殖第59页/共83页一、化学组成占细胞总重量75%-90%碳、氢、氮、氧、磷、硫等钾、钠、铁、镁、钙等肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸等水：有机物：无机离子：特有成分：细菌的理化性状第60页/共83页第61页/共83页二、物理性状光学性质半透明体表面积体积小、表面积大带电现象革兰阳性菌pI2~3革兰阴性菌pI4~5半透性细胞壁、膜有半透性渗透压中性环境带负电荷革兰阳性菌20~25大气压革兰阴性菌5~6大气压第62页/共83页细菌的营养一、细菌的营养类型

1.自养型2.异养型腐生型；寄生型。

病原菌都是异养菌。二、细菌的营养物质碳、氮、无机盐、生长因子和水三、营养物质的吸收与转运简单扩散：高浓度低浓度促进扩散：高浓度低浓度，载体蛋白参与主动运输：低浓度高浓度，载体蛋白参与基团转移：运输过程中发生化学修饰第63页/共83页①对氧气要求：专性需氧菌微需氧菌兼性厌氧菌专性厌氧菌耐氧菌②对CO2要求：5%CO2①水②碳源③氮源④无机盐⑤生长因子有些细菌需要4、对气体要求

3、PHpH6.8-7.42、温度37℃1、营养物质细菌的生长繁殖的条件第64页/共83页

1.细菌个体的生长繁殖

细菌以二分裂法进行无性繁殖，多数细菌每20－30分钟繁殖一代，少数细菌如结核杆菌的代时为18－20小时。二、细菌的生长繁殖第65页/共83页2.细菌群体的生长繁殖规律迟缓期对数期稳定期衰亡期（lagphase）（logarithmicphase）（stationaryphase）（declinephase）第66页/共83页细菌生长曲线意义迟缓期：细菌代谢活跃，但不繁殖。对数期：细菌快速繁殖，数目呈几何级数增加；细菌形态、染色性、生理活性最典型、对抗生素最敏感。

细菌鉴定选用此期为佳。稳定期：活菌数和死菌数几乎相等，代谢产物形成较多。衰亡期：细菌总数下降，代谢逐渐停滞。第67页/共83页生长特点迟缓期对数期稳定期衰亡期维持时间

1-4h8-18h24h左右24小时之后活菌数量稳定增加少对数增长维持平衡逐步减少生长速率迟缓最大速率速率降低死亡增加细胞代谢非常活跃活性高活性稳定活性降低，而稳定衰老适用范围培养初期形态、染色产生外毒素不用于研究药物敏感抗生素，芽胞保存菌种细菌各个生长时期的比较第68页/共83页

第三节细菌的代谢

包括：分解代谢和合成代谢特点：1.代谢活跃；

2.代谢类型多样化。第69页/共83页

一、细菌分解性代谢产物及生化反应

1.

细菌对糖和蛋白质的分解;2.细菌的生化反应糖发酵实验；VP实验(V)；甲基红实验(M)；枸橼酸盐利用实验(C)；吲哚实验（I）；硫化氢试验；根据细菌具有不完全相同的酶，分解不同营养物质的特点，用生化方法来鉴定细菌第70页/共83页

IMViC试验大肠埃希菌++--产气杆菌--++第71页/共83页1.热原质；2.毒素与侵袭性酶3.色素；4.抗生素5.细菌素；6.维生素二、细菌的合成代谢产物第72页/共83页即G-

菌细胞壁中脂多糖，注入机体能引起发热反应。特点：耐高温（耐受121℃20分钟）

去除方法：吸附法、蒸馏法、高温干烤

①热原质(pyrogen)