第一节　细菌的形态与结构

学习目标

细菌（bacteria）是一类具有细胞壁的单细胞微生物。形体微小，结构简单，繁殖迅速，分布广泛，无成形的细胞核，无核仁及核膜，除核糖体外无其他细胞器。细菌在适宜的培养条件下生长旺盛时，具有相对恒定的形态与结构。一般将细菌染色后用光学显微镜观察，可识别各种细菌的形态特点，而菌毛和内部的超微结构则须用电子显微镜才能看到。细菌的形态结构特点，有助于细菌的鉴别，也与其生理功能、致病性和免疫性密切相关。

一、细菌的大小与形态

（一）细菌的大小

细菌个体微小，观察细菌最常用的仪器是光学显微镜，一般以微米为单位。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。

（二）细菌的形态

细菌按其外形可分为球菌、杆菌和螺形菌三大类（图5-1-1）。

1.球菌

多数球菌（coccus）直径在1μm左右，外观呈圆球形或近似于球形。由于繁殖时细菌分裂平面不同和分裂后菌体之间相互黏附程度不一，形成不同的排列方式，可用于一些球菌的鉴别。

（1）双球菌（diplococcus）：

在一个平面上分裂，分裂后两个菌体成对排列，如脑膜炎奈瑟菌、肺炎链球菌。

（2）链球菌（streptococcus）：

在一个平面上分裂，分裂后多个菌体粘连成链状，如乙型溶血性链球菌。

（3）四联球菌（tetrad）：

在两个互相垂直的平面上分裂，分裂后四个菌体黏附在一起呈正方形，如四联微球菌。

（4）八叠球菌（sarcina）：

在三个互相垂直的平面上分裂，分裂后八个菌体黏附成包裹状立方体，如藤黄八叠球菌。

（5）葡萄球菌（staphylococcus）：

在多个不规则的平面上分裂，分裂后菌体无规则地粘连在一起似葡萄状，如金黄色葡萄球菌。

除上述的典型排列方式外，各类球菌标本或培养物在镜下观察常可有分散的单个菌体。

2.杆菌

不同杆菌（bacillus）的大小、长短、粗细很不一致。大的杆菌如炭疽芽胞杆菌长3~10μm，中等的如大肠埃希菌长2~3μm，小的如土拉弗朗西斯菌长0.3~0.7μm。

杆菌形态多数呈直杆状，也有的菌体稍弯。多数呈分散存在，也有的呈链状排列，称为链杆菌（streptobacillus）；菌体两端大多呈钝圆形，少数两端平齐（如炭疽芽胞杆菌）或两端尖细（如梭杆菌）。有的杆菌末端膨大成棒状，称为棒状杆菌（corynebacterium）；有的菌体短小，近似椭圆形，称为球杆菌（coccobacillus）；有的常呈分枝生长趋势，称为分枝杆菌（mycobacterium）；有的末端常呈分叉状，称为双歧杆菌（bifidobacterium）。

3.螺形菌

螺形菌（spiral bacterium）菌体弯曲，可分为弧菌和螺菌。

（1）弧菌：

菌体长2~3μm，只有一个弯曲，呈弧形或逗点状，称为弧菌（vibrio），如霍乱弧菌。

（2）螺菌：

菌体长3~6μm，有数个弯曲称为螺菌（spirillum），如鼠咬热螺菌；菌体细长弯曲呈弧形或螺旋形，称为螺杆菌（helicobacterium），如幽门螺杆菌。

细菌的形态受各种理化因素的影响较大，一般来说，在适宜的生长条件下培养8~18小时的细菌形态比较典型，在不利环境时或菌龄老时常出现梨形、气球状、丝状和不规则形等多形性（polymorphism），称为衰退型（involution form）。因此，观察细菌的大小和形态，应选择细菌适宜生长条件下的对数生长期为最好。

二、细菌的结构

细菌的结构包括基本结构和特殊结构。一般把各种细菌所共有的结构称为“基本结构”，如细胞壁、细胞膜、细胞质和核质（图5-1-2），某些细菌在一定条件下所特有的结构称为“特殊结构”，如荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞等。

（一）细菌的基本结构

1.细胞壁

细胞壁（cell wall）位于细菌细胞的最外层，包绕细胞膜，是一种膜状结构，组成较复杂，随不同细菌而异。

（1）革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌细胞壁共有组分——肽聚糖（peptidoglycan）：

肽聚糖又称为黏肽（mucopeptide）、糖肽（glycopeptide）或胞壁质（murein），是一类复杂的多聚体，是细菌细胞壁中的主要组分。革兰氏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5-1-3），革兰氏阴性菌的肽聚糖仅由聚糖骨架和四肽侧链两部分组成（图5-1-4）。

聚糖骨架由N-乙酰葡糖胺（N-acetyl glucosamine）和N-乙酰胞壁酸（N-acetylmuramic acid）交替间隔排列，经β-1，4糖苷键连接而成。各种细菌细胞壁的聚糖骨架均相同。四肽侧链的组成和连接方式随细菌不同而异。如葡萄球菌（革兰氏阳性菌）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-赖氨酸与相邻聚糖骨架第四位的D-丙氨酸（四肽侧链末端）通过由五个甘氨酸组成的交联桥相连接，从而构成机械性很强的三维立体网状结构；在大肠埃希菌（革兰氏阴性菌）的四肽侧链中，除了第三位是二氨基庚二酸（DAP）外，其他与革兰氏阳性菌相同，并由DAP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，因而只形成单层二维平面结构。其他细菌的四肽侧链中第三位氨基酸变化最大，大多数革兰氏阴性菌为DAP，而革兰氏阳性菌可以是L-赖氨酸或其他L-氨基酸。

肽聚糖是保证细菌细胞壁机械强度坚韧的化学成分，凡能破坏肽聚糖结构或抑制其合成的物质，均能损伤细胞壁使其变形或裂解。如溶菌酶能裂解肽聚糖中N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸之间的β-1，4糖苷键，破坏聚糖骨架。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连接，使细菌不能合成完整的肽聚糖，造成细菌死亡。人和哺乳动物细胞无细胞壁，故溶菌酶和青霉素对人和哺乳动物细胞无毒性作用。

（2）革兰氏阳性菌细胞壁特殊组分——磷壁酸（teichoic acid）：

革兰氏阳性菌细胞壁较厚（20~80nm），除含有15~50层肽聚糖结构外，尚有特殊组分磷壁酸，少数细菌是磷壁醛酸（teichuroic acid），约占细胞壁干重的50%（图5-1-5）。

磷壁酸是由核糖醇（ribitol）或甘油残基经磷酸二酯键互相连接而成的多聚物，其结构中少数基团被氨基酸或糖所取代，多个磷酸分子组成长链穿插于肽聚糖层中。按其结合部位不同，分为壁磷壁酸（wall teichioc acid）和膜磷壁酸（membrane teichoic acid）两种。壁磷壁酸的一端通过磷脂与肽聚糖上的胞壁酸共价结合，另一端伸出细胞壁游离于外。膜磷壁酸，或称脂磷壁酸（lipoteichoic acid，LTA），一端与细胞膜外层上的糖脂共价结合，另一端穿越肽聚糖层伸出细胞壁表面呈游离状态。

此外，某些革兰氏阳性细菌细胞壁表面尚有一些特殊的表面蛋白质，如金黄色葡萄球菌的A蛋白，A群链球菌的M蛋白等。

（3）革兰氏阴性菌细胞壁特殊组分——外膜（outer membrane）：

革兰氏阴性菌细胞壁较薄（10~15nm），但结构较复杂。除含有1~2层肽聚糖结构外，尚有其特殊组分外膜，约占细胞壁干重的80%（图 5-1-6）。

外膜由脂蛋白、脂质双层和脂多糖三部分组成。脂蛋白位于肽聚糖层和脂质双层之间，其蛋白质部分与肽聚糖四肽侧链的二氨基庚二酸相连，其脂质成分与脂质双层非共价结合，使外膜和肽聚糖层构成一个整体。脂质双层的结构类似细胞膜，双层内镶嵌着多种蛋白质称为外膜蛋白（outer membrane protein，OMP），其中有的为孔蛋白（porin），形成约1nm微孔，可允许水溶性分子（分子量≤600kD）通过；有的为诱导性或去阻遏蛋白质，参与特殊物质的扩散过程；有的为噬菌体、性菌毛或细菌素的受体。由脂质双层向细胞外伸出的是脂多糖（lipopolysaccharide，LPS），即革兰氏阴性菌的内毒素（endotoxin）。LPS由脂质A、核心多糖和特异多糖三部分组成。

1）脂质A（lipid A）：

为一种糖磷脂，由β-1，6-糖苷键相连的D-氨基葡糖双糖组成的基本骨架，双糖骨架的游离羟基可携带多种长链脂肪酸和磷酸基团。不同种属细菌的脂质A骨架基本一致，其主要差别是脂肪酸的种类和磷酸基团的取代不尽相同，其中β-羟基豆蔻酸是肠道菌所共有的。脂质A是内毒素生物学活性的主要组分，无种属特异性，故不同细菌产生内毒素的毒性作用均相似。

2）核心多糖（core polysaccharide）：

位于脂质A的外层，由己糖（葡萄糖、半乳糖等）、庚糖、2-酮基-3-脱氧辛酸（KDO）、磷酸乙醇胺等组成，经KDO与脂质A共价连接。核心多糖有属特异性，同一属细菌的核心多糖相同。

3）特异多糖（specific polysaccharide）：

即O特异性多糖链。位于脂多糖的最外层，由数个至数十个低聚糖（3~5个单糖）重复单位所构成的多糖链。特异多糖即革兰氏阴性菌的菌体抗原（O抗原），具有种特异性，因其多糖中单糖的种类、位置、排列和空间构型各不相同，从而决定了细菌抗原的特异性。O特异性多糖链丢失可使细菌菌落由光滑型（S型）变为粗糙型（R型）。

在革兰氏阴性菌的细胞膜和外膜的脂质双层之间有一间隙，称为周浆质间隙（periplasmic space）。该间隙含有多种蛋白酶、核酸酶、解毒酶及特殊结合蛋白，在细菌获得营养、解除有害物质毒性等方面有重要作用。

革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌细胞壁结构有显著差异（表5-1-1），导致这两类细菌在染色性、抗原性、致病性及对药物的敏感性等方面的很大差异。

（4）细菌细胞壁的功能：

1）保护细菌：

细胞壁对维持菌体固有形态具有重要作用，细菌细胞质内有高浓度的无机盐和大分子营养物质，其渗透压高达5~25个大气压（507~2533kPa），受细胞壁的保护，使细菌在低渗的环境下细胞不易破裂而生存。外膜可保护细菌不易受到宿主体液杀菌物质、肠道的胆盐及消化酶等的作用，还可阻止某些抗菌物质的进入。细菌细胞壁坚韧而富有弹性，菌体固有的形态依靠细胞壁维持。

2）参与菌体的物质交换：

细胞壁上有许多小孔，可允许水分子及直径小于1nm的可溶性小分子自由通过，与细胞膜共同完成菌体内外的物质交换。

3）决定菌体的抗原性：

细菌细胞壁上带有多种抗原表位，决定着细菌的抗原性，可以诱发机体的免疫应答。革兰氏阳性菌细胞壁磷壁酸是主要的表面抗原，与血清型分类有关；革兰氏阴性菌的特异多糖为菌体抗原。

4）维持菌体内离子的平衡：

革兰氏阳性菌的磷壁酸和革兰氏阴性菌的LPS均带有较多的负电荷，能与Mg2＋等二价离子结合，有助于维持菌体内离子的平衡。

5）与致病有关：

革兰氏阳性菌细胞壁膜磷壁酸具有黏附作用，促进细菌入侵致病；革兰氏阴性菌细胞壁脂多糖（内毒素）是其主要致病物质，其脂质A在机体内可诱导产生多种炎症介质，较大剂量可引起多种毒性反应。

（5）细菌L型：

细菌L型是指细菌细胞壁的肽聚糖结构受到理化、生物因素的直接破坏或合成被抑制，这种细胞壁受损的细菌在高渗环境下仍可存活，能够生长繁殖，称之为细菌L型（bacterial L form）。因1935年在英国李斯德（Lister）研究院首先发现而得名。革兰氏阳性菌细胞壁肽聚糖缺失后，原生质仅被一层细胞膜包住，称为原生质体（protoplast）；革兰氏阴性菌肽聚糖层受损后，还有外膜保护，称为原生质球（spheroplast）。

1）特点：

①高度多形性。缺乏完整而坚韧的细胞壁的保护，形态上呈高度多形性，可表现为球状、杆状、链状及丝状形等（图5-1-7），且大小不一。②革兰氏染色大多为阴性；③嗜高渗性。在普通培养基上不生长，只有在高渗环境中才能生长。④细菌L型生长繁殖较原菌缓慢，一般培养2~7天后在软琼脂平板上形成中间较厚、四周较薄的“荷包蛋”样细小菌落，也有的形成颗粒状或丝状菌落（图5-1-8）。⑤大多数有返祖性。当抑制、破坏细胞壁的因素去除后，细菌L型可恢复完整的细胞壁，变回亲本菌株，并获得亲本菌株的特性。

2）意义：

①在致病上，某些细菌L型仍有一定的致病力，其致病特点是引起慢性和反复发作性感染，如尿路感染、骨髓炎、心内膜炎等。细菌变为L型时致病性有所减弱，但在一定条件下L型又可回复为细菌，引起病情加重。②在诊断上，由于细胞壁缺损，染色性改变，抗原性减弱，临床上遇有症状明显而标本常规细菌培养阴性者，应考虑细菌L型感染的可能性，宜作细菌L型的专门分离培养。

2.细胞膜

细胞膜（cell membrane）或称胞质膜（cytoplasmic membrane），位于细胞壁内侧，紧包着细胞质。厚约7.5nm，柔韧致密，富有弹性，占细胞干重的10%~30%。细菌细胞膜的结构与真核细胞的基本相同，由磷脂和多种蛋白质组成，但不含胆固醇。细菌细胞膜是细菌赖以生存的重要结构之一，有以下主要功能：

（1）物质转运作用：

细胞膜上有许多微孔，具有选择性通透作用，选择性控制细胞内外营养物质及代谢产物的转运。

（2）合成作用：

细胞膜上含有多种物质的合成酶类，肽聚糖、磷壁酸、磷脂、脂多糖等成分均可在细胞膜合成。其中膜上的青霉素结合蛋白（PBP），是参与细菌合成细胞壁肽聚糖的酶类，同时也是青霉素作用的主要靶点。

（3）呼吸作用：

需氧菌细胞膜上含有细胞色素及氧化还原酶，可进行转运电子及氧化磷酸化作用，参与细胞呼吸过程，与能量的产生、储存和利用有关。

（4）分泌作用：

细菌向胞外分泌水解酶，将大分子营养物（如蛋白质、多糖、类脂质）分解为简单的小分子化合物，再摄入胞内供营养所需。

（5）形成中介体：

中介体（mesosome）是部分细胞膜向细胞质内陷、折叠、卷曲形成的囊状结构，其中充满着层状或管状的泡囊。多见于革兰氏阳性细菌（图5-1-9）。中介体扩大了细菌胞膜的面积，相应增加呼吸酶的含量，可为细菌提供大量能量。其功能类似真核细胞的线粒体，故有拟线粒体（chondroid）之称。

3.细胞质

细胞膜包裹的溶胶状物质为细胞质（cytoplasm）或称原生质（protoplasm），由水、蛋白质、脂类、核酸及少量糖和无机盐组成，含有以下重要结构。

（1）核糖体（ribosome）：

核糖体是细菌合成蛋白质的场所，游离存在于细胞质中，每个细菌体内可达数万个。细菌核糖体的沉降系数为70S，由50S和30S两个亚基组成。主要成分是RNA（60%~70%）和蛋白质（30%~40%）。核糖体常与正在转录的mRNA相连呈“串珠”状，称多聚核糖体（polysome）。有些抗生素如链霉素、红霉素能分别与细菌核糖体的30S亚基或50S亚基结合，干扰其蛋白质合成而杀死细菌。真核细胞的核糖体沉降系数为80S，因此，作用于细菌核糖体的药物对人体细胞没有影响。

（2）质粒（plasmid）：

质粒是染色体外的遗传物质，存在于细胞质中。为闭合环状的双链DNA，带有遗传信息，控制细菌某些特定的遗传性状。质粒能独立进行复制，随细菌分裂转移到子代细胞中。质粒不是细菌生长所必需的，失去质粒的细菌仍能正常存活。质粒除决定该菌自身的某些性状外，还可通过接合或转导作用等将有关性状传递给另一细菌。质粒编码的细菌性状有菌毛、细菌素、毒素和耐药性的产生等。

（3）胞质颗粒：

细菌细胞质中含有多种颗粒，大多为贮藏的营养物质，包括糖原、淀粉等多糖、脂类、磷酸盐等。胞质颗粒又称为内含物（inclusion），不同细菌、同一细菌不同生长期、养料和能量充足与短缺等情况下，胞质颗粒可多少不一。胞质颗粒中有一种主要成分是RNA和多偏磷酸盐的颗粒，其嗜碱性强，用亚甲蓝染色时着色较深，呈紫色，称为异染颗粒（metachromatic granule）。异染颗粒常见于白喉棒状杆菌，位于菌体两端，故又称极体（polar body），有助于鉴定。

4.核质

核质（nuclear material）或称拟核（nucleoid），集中于细胞质的某一区域，多在菌体中央，是细菌的遗传物质，决定细菌的遗传特征。细菌核质无核膜、核仁和有丝分裂器。因其功能与真核细胞的染色体相似，故习惯上亦称之为细菌的染色体（chromosome）。

核质由单一密闭环状DNA分子反复回旋卷曲盘绕组成松散网状结构。核质的化学组成除DNA外，还有少量的RNA（以RNA多聚酶形式）和组蛋白样的蛋白质（histone-like proteins）。细菌经RNA酶将RNA水解，再用Feulgen法染色，光学显微镜下可看到着染的核质，形态多呈球形、棒状或哑铃状。大肠埃希菌的核质分子量约为3×109，伸展后长度可达1.1mm，含4.7×106个碱基对，共携带3000~5000个基因。

（二）细菌的特殊结构

细菌的特殊结构包括荚膜、鞭毛、菌毛和芽胞。

1.荚膜

某些细菌在其细胞壁外包绕一层黏性、胶冻样物质，普通染色不易着色，特殊的荚膜染色法可染上与菌体不同的颜色。厚度≥0.2μm，普通显微镜下可见，称为荚膜（capsule）或大荚膜（macrocapsule）（图5-1-10）。厚度<0.2μm者称为微荚膜（microcapsule），伤寒沙门菌的Vi抗原、大肠埃希菌的K抗原等属之。

（1）化学组成：

大多数细菌的荚膜是多糖，如肺炎链球菌，脑膜炎奈瑟菌等；少数细菌的荚膜成分为多肽，如炭疽芽胞杆菌、鼠疫耶尔森菌等。荚膜多糖为高度水合分子，含水量在95%以上，与菌细胞表面的磷脂或脂质A共价结合。多糖分子组成和构型的多样化使其结构极为复杂，成为血清学分型的基础。例如肺炎链球菌的荚膜多糖物质的抗原至少可分成85个血清型。

（2）形成：

荚膜的形成需要能量，与环境条件有密切关系。一般在动物体内或含有血清或糖的培养基中容易形成荚膜，在普通培养基上或连续传代则易消失。有荚膜的细菌在固体培养基上形成黏液型或光滑（S）型菌落，失去荚膜后其菌落变为粗糙（R）型。

（3）功能

1）抗吞噬作用：

荚膜具有抵抗宿主吞噬细胞的吞噬作用，因而荚膜是病原菌的重要毒力因子。例如有荚膜的肺炎链球菌株数个菌就可使实验小鼠致死，无荚膜菌株则高达上亿个菌才能使小鼠致死。

2）黏附作用：

荚膜多糖可使细菌彼此之间粘连并黏附于组织细胞或无生命物体表面，形成生物被膜，是引起感染的重要因素。变异链球菌依靠荚膜黏附于牙齿表面，利用口腔中的蔗糖产生大量的乳酸，积聚在附着部位，导致牙齿珐琅质的破坏，形成龋齿。

3）抗干燥作用：

荚膜能潴留水分而使细菌抗干燥。

4）抗有害物质的损伤作用：

荚膜对溶菌酶、补体、抗菌药物等有害物质的损伤有一定的抵抗力。

（4）意义：

荚膜具有黏附、抵抗吞噬细胞的吞噬和抗有害物质损伤的作用，是细菌的重要毒力因子。此外，细菌有无荚膜及荚膜的厚薄等可用于其鉴别。

2.鞭毛

许多细菌（所有的弧菌和螺菌，约半数的杆菌和个别球菌）在菌体上附有细长并呈波状弯曲的丝状物，称为鞭毛（flagellum）。鞭毛由一种单一蛋白质亚单位——鞭毛素组成，始于细胞膜与细胞壁内的基础小体。鞭毛素的氨基酸组成与横纹肌中肌动蛋白相似，赋予鞭毛运动能力，故鞭毛是细菌的运动器官。鞭毛长5~20μm，直径12~30nm，需用电子显微镜观察，或以特殊染色法使鞭毛增粗后才能在普通光学显微镜下看到（图5-1-11）。

（1）类型：

根据鞭毛的数量和部位，可将鞭毛菌分成四类（图5-1-12）：①单毛菌（monotrichate）：只有一根鞭毛，位于菌体一端，如霍乱弧菌；②双毛菌（amphitrichate）：菌体两端各有一根鞭毛，如空肠弯曲菌；③丛毛菌（lophotrichate）：菌体一端或两端有一丛鞕毛，如铜绿假单胞菌；④周毛菌（peritrichate）：菌体周身遍布许多鞭毛，如伤寒沙门菌。

（2）功能：

鞭毛具有运动能力，有鞭毛的细菌在液体环境中能自由游动，速度迅速，如单鞭毛的霍乱弧菌每秒移动可达55μm，周鞭毛菌移动较慢，每秒25~30μm。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。

（3）意义：

鞭毛的类型、鞭毛的动力和鞭毛的抗原性，可用于鉴别细菌及细菌分类；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穿透小肠黏膜表面覆盖的黏液层，使菌体黏附于肠黏膜上皮细胞。

3.菌毛

许多革兰氏阴性菌和少数革兰氏阳性菌的菌体表面附有比鞭毛更细、更短而直的丝状物，称菌毛（pilus或fimbriae）。其化学组成是菌毛蛋白（pilin）。只有在电镜下才能观察。按功能分普通菌毛和性菌毛（图5-1-13）。

（1）普通菌毛（ordinary pilus）：

长 0.2~2μm，直径3~8nm。遍布菌细胞表面，有100~500根。这类菌毛是细菌的黏附结构。

1）功能：

细菌的普通菌毛具有黏附细胞的能力，使细菌结合到宿主细胞表面的特异性受体上。菌毛的受体常为糖蛋白或糖脂，与菌毛结合的特异性决定了宿主的易感部位。

2）意义：

普通菌毛与某些细菌（志贺菌、肠致病性大肠埃希菌等）的致病性有关。有菌毛的细菌可黏附于宿主细胞上，有利于细菌感染致病。

（2）性菌毛（sex pilus）：

性菌毛见于少数革兰氏阴性菌，一般只有1~4根，比普通菌毛长而粗，中空呈管状。性菌毛由质粒携带的一种致育因子（fertility factor，F factor）的基因编码，故性菌毛又称F菌毛。带有性菌毛的细菌称为F＋菌或雄性菌，无性菌毛者称为F-菌或雌性菌。

1）功能：

性菌毛的功能是向雌性菌株（即受体菌）传递遗传物质。

2）意义：

通过接合方式在细菌之间传递细菌毒力、耐药性等性状。

4.芽胞

某些细菌在一定的环境条件下，胞质脱水浓缩，在菌体内部形成一个圆形或椭圆形小体称为芽胞（spore）。芽胞是细菌的休眠形式。染色后普通光学显微镜下可看到。产生芽胞的细菌都是革兰氏阳性菌，重要的有芽胞杆菌属（炭疽芽胞杆菌等）和梭菌属（破伤风梭菌等）。一个细菌只形成一个芽胞，一个芽胞发芽也只生成一个菌体，细菌数量并未增加，因而芽胞不是细菌的繁殖方式。与芽胞相比，未形成芽胞而具有繁殖能力的菌体称为繁殖体（vegetative form）。

（1）结构及化学组成：

成熟的芽胞具有多层膜结构（图5-1-14）。芽胞核心（core）是芽胞的原生质体，含有细菌原有的核质和核糖体、酶类等主要生命基质。核心的外层依次为内膜、芽胞壁、皮质、外膜、芽胞壳和芽胞外衣，将其层层包裹，成为坚实的球体。内膜和外膜由原来的细胞膜形成。芽胞壁含肽聚糖，发芽后成为细菌的细胞壁。皮质是芽胞包膜中最厚的一层，由一种特殊的肽聚糖组成。芽胞壳是一种类似角蛋白的疏水性蛋白质，致密无通透性，能抗化学药物进入，并增强对紫外线照射的抵抗力。有些细菌芽胞还有一层疏松的芽胞外衣，含有脂蛋白和糖类。

（2）功能：

细菌芽胞的功能是：①维持细菌生存的特殊形式；②芽胞对热力、干燥、辐射、化学消毒剂等理化因素均有强大的抵抗力。一般细菌繁殖体在80℃水中迅速死亡，而有的细菌芽胞可耐100℃沸水数小时。被炭疽杆菌芽胞污染的草原，传染性可保持20~30年。

（3）细菌芽胞抵抗力强的原因，可能与下列因素有关：

①芽胞含水量少，使蛋白质及酶具有耐热性；②芽胞具有多层致密的厚膜，理化因素不易透入；③芽胞的核心和皮质中含有吡啶二羧酸（dipicolinic acid，DPA），与钙结合生成的盐能提高芽胞中各种酶的热稳定性。

（4）意义：

①鉴别细菌。不同细菌芽胞的大小、形状、位置等不同，有重要的鉴别价值（图5-1-15）。例如炭疽芽胞杆菌的芽胞为卵圆形，比细菌小，位于菌体中央；破伤风梭菌芽胞呈圆形，比菌体大，位于顶端，形状如鼓槌（图5-1-16），肉毒梭菌芽胞亦比菌体大，位于次极端，形如网球拍状。②医学实践标准。由于芽胞抵抗力强，分布广泛，人体常易遭受其侵害，医学实践中进行消毒灭菌时，应该以芽胞是否被杀死作为判断灭菌效果的指标。

三、细菌形态的检查方法

（一）光学显微镜检查

根据目的不同，可将细菌直接镜检或染色后镜检。

1.不染色标本镜检

（1）悬滴法：

主要观察细菌的动力。如变形杆菌有鞭毛，运动活泼，可向不同方向迅速运动。葡萄球菌无鞭毛，只能在一定范围内作位移不大的颤动（布朗运动）。

（2）暗视野映光法：

用暗视野显微镜观察细菌的时候，其整个视野是暗的，样品则是明亮的，常用其观察不染色活菌体的运动。

（3）相差显微镜法：

利用相差板的作用，使光线在穿入标本中密度不同的部位时，引起位相差异，显示出光强度的明暗对比。常用其观察活菌及其细微结构。

2.染色标本镜检

细菌体积小，呈半透明，直接镜检难以观察其一定的形态结构，只有经过染色后才能观察清楚它们的形态和排列。

（1）单染色法：

在微生物学中大多采用的结晶紫、亚甲蓝、碱性复红等碱性苯胺类染料。单染色法只用一种染料使细菌着色，可观察细菌形态大小。

（2）革兰氏染色法（Gram stain）：

为鉴别染色法，用两种以上染料染色，可以鉴别细菌，由丹麦细菌学家Hans Christian Gram创用而得名。细菌涂片固定后，先经结晶紫染色，再加碘液媒染，继而用95%酒精脱色，最后以稀释复红复染。细菌经过革兰氏染色后可被区分为革兰氏阳性细菌或革兰氏阴性细菌。凡不被酒精脱色而保留结晶紫色的称革兰氏阳性菌（Gram-positive bacteria），若被酒精脱色而被复红染成红色的，称为革兰氏阴性菌（Gram-negative bacteria）。革兰氏染色法在鉴别细菌、选择抗菌药物、研究细菌致病性等方面都具有极其重要的意义。

革兰氏染色法的原理有关学说较多。染色反应的差别，很大部分是由于这两类细菌具有不同的细胞壁结构，等电点（pI）也不相同。近年来也有认为，95%酒精可使革兰氏阳性菌的细胞壁脱水而形成屏障，不能使染料和碘的复合物透出；革兰氏阴性菌不仅无此屏障形成，而且其细胞壁的脂类含量较革兰氏阳性菌多，而酒精对表面脂类的溶解也可能是革兰氏阴性菌容易褪色的一个因素。

（3）抗酸染色法（acid fast stain）：

抗酸染色也可将细菌分为两大类，即抗酸性细菌和非抗酸性细菌。结核分枝杆菌、麻风分枝杆菌等抗酸杆菌含有大量的脂质，很不容易着色。但用石炭酸复红加温染色后，用3%的盐酸酒精不易脱色，亚甲蓝溶液复染后仍保留红色，而标本中的其他细菌及背景则呈蓝色。抗酸染色法在临床上是鉴别结核分枝杆菌的重要方法之一。

（4）荧光色素染色法：

将细菌用荧光素着色，在荧光显微镜下能看到发射荧光的菌体，或者将特异性抗体用荧光素标记，检测对应的抗原。

（5）特殊结构染色法：

荚膜、芽胞、鞭毛等特殊结构及异染颗粒，用普通染色不易着色，必须用相应的特殊染色法才能显示其结构。

（二）电子显微镜检查

电子显微镜的突出特点是放大倍数高，其放大倍数可达数十万倍，能分辨1nm的微粒。不仅能看清细菌的外形，内部超微结构也可一览无遗。目前使用的电子显微镜分为透射式和扫描式两种类型：①透射式电子显微镜：常用于观察细菌、病毒及其他物体内部的精细结构；②扫描式电子显微镜：分辨率较透射式电子显微镜低，但可清楚地显示物体的三维立体图像。主要用于观察样品的表面结构，如观察菌毛。

（强　华）

学习小结

复习参考题