第十二章　細菌的形態(tài)與結構

學習目標

1．掌握革蘭陽性菌與革蘭陰性菌細胞壁的差別及細菌特殊結構的醫(yī)學意義。

2．熟悉革蘭染色法的方法、結果、原理及意義。

細菌(bacterium)是一類具有細胞壁的單細胞原核微生物，有廣義和狹義兩種范疇。廣義范疇上泛指各類原核細胞型微生物，包括細菌、放線菌、支原體、衣原體、立克次體和螺旋體。狹義范疇則專指其中數(shù)量最大、種類最多、具有典型代表性的細菌，是本章討論的對象。細菌的形態(tài)與結構是細菌生理活動、遺傳變異、致病性和免疫性的基礎，了解其特點，對基礎、臨床和預防醫(yī)學等均有重要的理論和實際意義。

第一節(jié)　細菌的大小與形態(tài)

細菌個體微小，通常以微米(1μm= 1/1 000 mm)作為測量單位，一般需用光學顯微鏡放大1 000倍才能看到。各種細菌大小不一，同一種細菌也因菌齡和環(huán)境因素的影響而使其大小有差異。多數(shù)球菌的直徑為1μm左右，桿菌長2～5μm，寬為0．3～1μm。

細菌為無色半透明體，一般采用革蘭染色法后可以清楚地觀察細菌的形態(tài)，并可將細菌分為兩大類，即革蘭陽性菌(G+)和革蘭陰性菌(G－)。

細菌按其外形，主要有球菌、桿菌和螺形菌三大類(圖12－1)。

圖12－1　細菌的基本形態(tài)

第二節(jié)　細菌的結構

細菌雖小，仍具有一定的細胞結構和功能。細胞壁、細胞膜、細胞質(zhì)、核質(zhì)等各種細菌都有，是細菌的基本結構(圖12－2)。莢膜、鞭毛、菌毛、芽胞等僅某些細菌具有，為其特殊結構。

圖12－2　細菌細胞結構模式

一、細菌的基本結構

(一)細胞壁

細菌細胞壁(cellwall)是包裹于細胞膜外的具有堅韌性并使細胞維持特定形狀的復雜結構，組成隨不同細菌而異。

1．細菌細胞壁的化學組成　其主要組分是肽聚糖，革蘭陽性菌和陰性菌尚各有特殊組分。

(1)細菌細胞壁的基本成分

1)肽聚糖(peptidoglycan)　是細菌細胞壁主要成分及賦予細胞壁機械強度的多聚體，又稱黏肽(mucopeptide)，它是革蘭陽性菌與革蘭陰性菌細胞壁共有成分，但含量有顯著差異。革蘭陽性菌的肽聚糖占胞壁干重的50%～80%，革蘭陰性菌只占10%左右。革蘭陽性菌的肽聚糖由聚糖骨架、四肽側(cè)鏈和五肽交聯(lián)橋三部分組成(圖12－3)，革蘭陰性菌者僅由聚糖骨架和四肽側(cè)鏈兩部分組成(圖12－4)。

圖12－3　金黃色葡萄球菌細胞壁的肽聚糖結構

2)聚糖骨架　由N－乙酰葡萄糖胺和N－乙酰胞壁酸兩種氨基糖交替間隔排列，經(jīng)β－1，4糖苷鍵聯(lián)結而成。各種細菌細胞壁的聚糖骨架均相同。

四肽側(cè)鏈聯(lián)結于N－乙酰胞壁酸的羧基上。四肽側(cè)鏈的組成和聯(lián)結方式隨菌不同而異。如葡萄球菌(革蘭陽性菌)細胞壁四肽側(cè)鏈的氨基酸依次為L－丙氨酸、D－谷氨酸、L－賴氨酸和D－丙氨酸;第三位的L－賴氨酸通過由5個甘氨酸組成的交聯(lián)橋連接到相鄰聚糖骨架四肽側(cè)鏈末端的D－丙氨酸上，從而構成機械強度十分堅韌的三維立體結構。在大腸桿菌(革蘭陰性菌)的四肽側(cè)鏈中，第三位氨基酸是二氨基庚二酸，并由它與相鄰四肽側(cè)鏈末端的D－丙氨酸直接連接，沒有五肽交聯(lián)橋，因而只形成單層平面網(wǎng)絡的二維結構。其他細菌可有不同的氨基酸組成和連接方式。肽聚糖是細胞壁抗胞內(nèi)高滲透壓，保護細胞結構和功能完整的主要成分，凡能破壞肽聚糖結構或抑制其合成的物質(zhì)都有抑菌或溶菌作用，如青霉素、頭孢菌素、萬古霉素和溶菌酶等。

(2)革蘭陽性菌細胞壁的特殊成分　革蘭陽性菌細胞壁較厚(20～80 nm)，除含有15 ～50層肽聚糖結構外，還有豐富的磷壁酸(teichoic acid)。磷壁酸為革蘭陽性菌所特有，約占細胞壁干重的50%，系由核糖醇或甘油殘基經(jīng)磷酸二酯鍵互相連接而成的長鏈。鏈的一端與細胞膜或與肽聚糖中的N－乙酰胞壁酸聯(lián)結，另一端游離伸展在細胞壁之外。

因此，根據(jù)磷壁酸的連接部位，可將其分為膜磷壁酸和壁磷壁酸兩種。

①磷壁酸的免疫原性很強，是革蘭陽性菌重要的表面抗原，與血清型分類有關。②磷壁酸帶有較多負電荷，能與Mg+等雙價離子結合，有助于維持菌體內(nèi)離子的平衡。③可起到穩(wěn)定和加強細胞壁的作用。④可作為細菌黏附素(adhesin)，某些細菌(如A群鏈球菌)的磷壁酸介導菌與宿主多種細胞的黏附，與細菌的致病性有關。

此外，某些革蘭陽性菌細胞壁表面尚有一些特殊的表面蛋白質(zhì)組分，對細菌致病起重要作用。如A群鏈球菌的M蛋白、金黃色葡萄球菌的A蛋白等。

(3)革蘭陰性菌細胞壁的特殊成分　革蘭陰性菌細胞壁較薄(10～15 nm)，除含有1～2層的肽聚糖結構外，尚有其特殊組分外膜(outer membrane)，約占細胞壁干重量的80%。外膜由脂蛋白、脂質(zhì)雙層和脂多糖三部分組成。脂質(zhì)雙層類似細胞膜的結構，結構比較致密，能阻止大分子物質(zhì)的滲入，這可能與革蘭陰性菌對某些抗生素的抵抗力有關，成為細菌耐藥的機制之一。其中的孔蛋白形成約1 nm微孔，可允許水溶性小分子通過。脂蛋白使脂質(zhì)雙層聯(lián)結在肽聚糖層上。脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)由脂質(zhì)A、核心多糖和特異性多糖3個組分組成。習慣上將革蘭陰性菌細胞壁中的脂多糖分子作為一個整體稱為細菌內(nèi)毒素。脂質(zhì)A是內(nèi)毒素毒性的主要組分，因其與細菌外膜牢固結合，只有在菌體裂解時才能釋放表現(xiàn)毒性，似乎是細菌內(nèi)部的成分，內(nèi)毒素因此得名。不同革蘭陰性菌內(nèi)毒素的毒性作用相似，沒有種屬特異性。內(nèi)毒素是革蘭陰性菌重要的致病物質(zhì)，使機體發(fā)熱，白細胞增多，直至休克死亡。核心多糖和特異性多糖有免疫原性。核心多糖有屬特異性，同一屬細菌的核心多糖相同。特異性多糖即革蘭陰性菌的菌體抗原(O抗原)，具有種特異性。

圖12－4　大腸桿菌細胞壁的肽聚糖結構

革蘭陽性菌和陰性菌的細胞壁結構顯著不同(圖12－5，表12－1)，導致這兩類細菌在染色性、免疫原性、毒性及對藥物的敏感性等方面的很大差異。

圖12－5　革蘭陽性菌與革蘭陰性菌細胞壁成分及結構比較

表12－1　革蘭陽性菌與陰性菌細胞壁結構比較

2．細菌細胞壁的功能　細菌細胞壁堅韌而富彈性，其功能主要有:①維持細菌固有的形態(tài);②保護細菌在低滲環(huán)境中生存，細菌胞質(zhì)內(nèi)高濃度的無機鹽和大分子營養(yǎng)物使菌體內(nèi)滲透壓高達5～25個大氣壓，由于細胞壁的保護作用，使細菌能承受內(nèi)部巨大的滲透壓而不會破裂，并能在相對的低滲條件下生存;③協(xié)助細胞膜完成細胞內(nèi)外物質(zhì)的交換;④與細菌的免疫原性、致病性有關，也是某些抗生素作用的部位。

3．細菌細胞壁缺陷型(L型細菌)通常當細菌細胞壁中的肽聚糖結構受到某些藥物的直接破壞或者合成被抑制，這種細胞壁受損的細菌便喪失抵抗低滲的功能，由于內(nèi)部高滲壓，導致水分滲入，細胞膨脹，最終細菌裂解死亡。這就是作用于細菌細胞壁的藥物(如青霉素、頭孢菌素、萬古霉素、結晶紫、溶菌酶等)能殺滅細菌的機制。但如果將這些失去細胞壁的細菌置于高滲環(huán)境下(如5%氯化鈉或12%～15%蔗糖溶液)，它們?nèi)钥纱婊疃蔀榧毦毎谌毕菪汀Ｒ蜻@種細胞壁缺損的細菌首先在Lister研究院被發(fā)現(xiàn)，故取其第一個字母命名為L型細菌。

L型細菌在體內(nèi)或體外，人工誘導或自然情況下均能產(chǎn)生。臨床使用作用于細胞壁抗菌藥物治療，是形成L型細菌的重要條件，青霉素和頭孢菌素與細菌競爭合成肽聚糖過程中所需的轉(zhuǎn)肽酶，抑制四肽側(cè)鏈上D－丙氨酸與甘氨酸五肽橋之間的聯(lián)結，使細菌不能合成完整的肽聚糖;溶菌酶則能裂解肽聚糖中N－乙酰葡萄糖胺與N－乙酰胞壁酸間的β－1，4糖苷鍵，破壞聚糖骨架，從而導致細胞壁的損傷。細胞壁缺損的革蘭陽性菌，細胞漿僅被一層細胞膜包裹，稱為原生質(zhì)體(protoplast);細胞壁缺損的革蘭陰性菌，因其肽聚糖含量較少，且有外膜保護，仍有一定的抵抗低滲的能力，稱為圓球體(spheroplast)，當除去抑制或破壞細胞壁的藥物后，L型細菌能重新合成肽聚糖。

對細菌L型在流行病學及臨床醫(yī)學方面的意義，應注意以下幾點:①細菌L型可能是某些傳染病(如鼠疫和霍亂)病原體的一種保菌生存方式，如El Tor型霍亂弧菌在人膽汁、魚膽汁以及肉湯等因素作用下可變?yōu)長型，其細胞膜加厚，不易破裂，利于耐受嚴冬，條件適宜時可回復為原流行株;②臨床上抗生素的廣泛應用是誘導細菌L型形成的重要因素，在用青霉素治療過的心內(nèi)膜炎和淋病患者體內(nèi)均曾分離到細菌L型;③L型與原菌生物學特性不同，臨床上又常缺乏明顯的癥狀和體征，易造成誤診;④L型對藥物的敏感性不同于原菌，臨床用藥時應予考慮，一般主張聯(lián)合應用作用于細菌細胞壁和其他靶位的抗生素，以達到殺菌并阻止其變成L型的目的。

(二)細胞膜

細菌細胞膜(cellmembrane)是位于細胞壁內(nèi)側(cè)、細胞質(zhì)外面的一層柔軟有彈性，并具有半滲透性的生物膜。其結構與真核生物細胞膜基本相同，由脂質(zhì)雙層鑲嵌多種蛋白質(zhì)組成。細菌細胞膜不含膽固醇是與真核細胞的主要區(qū)別點。

細菌細胞膜是細菌賴以生存的重要結構之一，在某些部位向胞漿內(nèi)凹陷折疊形成囊狀結構，稱為中介體(mesosome)，在電子顯微鏡下方能看到。細菌的核質(zhì)吸附于中介體，當細菌分裂時，中介體一分為二，各自帶著復制的核質(zhì)進入子代細胞。

細菌細胞膜的功能有:①選擇性滲透作用，與細胞壁共同完成菌體內(nèi)外的物質(zhì)交換;②細胞膜上有多種合成酶，參與生物合成，如肽聚糖、磷壁酸、脂多糖等成分均由細胞膜合成;③細胞膜中含有多種呼吸酶，參與細胞呼吸過程，與能量的產(chǎn)生、儲存和利用有關。由于中介體是細胞膜的延伸卷曲，它擴大了細胞膜的表面積，相應的增加了呼吸酶的含量，可為細菌提供大量能量，其功能類似真核細胞的線粒體，還與細胞分裂、胞壁合成和芽胞形成有關。

(三)細胞質(zhì)

細胞質(zhì)(cytoplasm)是細胞膜內(nèi)除核質(zhì)外所有物質(zhì)的總稱，是無色透明的膠狀物。細胞質(zhì)是細菌新陳代謝的場所，其基本成分是水、蛋白質(zhì)、核酸、脂類、糖類和無機鹽。核酸主要成分是RNA，占菌體固體成分的15%～20%，生長旺盛的幼齡菌含量更高，因此有較強的嗜堿性，易被堿性染料著色。胞漿中的蛋白質(zhì)含有多種酶系統(tǒng)，與細菌的新陳代謝有關。細菌細胞質(zhì)中含有許多重要結構。

1．核蛋白體(ribosome)核蛋白體是細菌唯一的細胞器，游離存在于細菌胞質(zhì)中，每個細菌體內(nèi)可達數(shù)萬個?；瘜W成分為RNA和蛋白質(zhì)。當mRNA與核蛋白體連成多聚核蛋白體時，即成為合成蛋白質(zhì)的場所。細菌核蛋白體沉降系數(shù)為70S，由50S和30S兩個大小亞基組成，鏈霉素、四環(huán)素能與30S亞基結合，氯霉素、紅霉素能與50S亞基結合，干擾細菌蛋白質(zhì)合成而殺菌。哺乳類動物的核蛋白體為80S，由60S和40S兩個亞單位組成，不受上述抗生素的干擾，因此細菌核糖體是很好的抗生素靶位。

2．質(zhì)粒(plasmid)質(zhì)粒是細菌細胞質(zhì)中染色體外的遺傳物質(zhì)，為閉合環(huán)狀的雙股DNA，帶有遺傳信息控制細菌某些特定的遺傳性狀。相對分子質(zhì)量比染色體小得多，質(zhì)粒在胞漿中能獨立復制，可遺傳，可轉(zhuǎn)移，也可以自然丟失。質(zhì)粒與細菌的遺傳變異有關。

3．胞漿顆粒　胞漿顆粒多數(shù)是細菌貯存的營養(yǎng)物質(zhì)，包括多糖、脂類、多磷酸鹽等。一般在細菌營養(yǎng)供應充足時，胞漿顆粒較多，能源缺乏時則減少或消失。較重要的是異染顆粒，成分是RNA和多偏磷酸鹽，嗜堿性強，用特殊染色可染成比菌體顏色更深或與菌體顏色不同的顆粒。白喉桿菌具有異染顆粒，這一染色特征在鑒定細菌時有重要意義。

(四)核質(zhì)

細菌屬原核細胞型微生物，無核膜、核仁、不具有成形的核，其染色體DNA直接裸露于細胞質(zhì)中，故稱為核質(zhì)(nuclearmaterial)。核質(zhì)為閉環(huán)雙鏈DNA，以高度盤旋纏繞的形式存在。核質(zhì)具有細胞核的功能，控制細菌的基本生命活動，是細菌遺傳變異的物質(zhì)基礎。所有細菌染色體中共有一種維持DNA超螺旋的酶為旋轉(zhuǎn)酶，環(huán)丙沙星等喹諾酮類就是通過與旋轉(zhuǎn)酶結合而抑制細菌繁殖的。

二、細菌的特殊結構

細菌的特殊結構有莢膜、鞭毛、菌毛和芽胞。

(一)莢膜

莢膜(capsule)是包繞在細胞壁外的一層黏液性物質(zhì)。莢膜厚度一般超過0．2μm，與周圍界限分明，普通染色法不易著色，鏡下觀察只能看到菌體周圍有一層不著色的透明圈，用特殊染色法可將莢膜染成與菌體不同的顏色，才能清楚看到莢膜。如肺炎鏈球菌(圖12－6)、炭疽桿菌等有這種莢膜。若莢膜厚度小于0．2μm，則在光鏡下不能直接看到，稱為微莢膜，如傷寒桿菌的Vi抗原，大腸桿菌的K抗原、A群鏈球菌的M蛋白等屬之。

莢膜的形成與環(huán)境條件有密切關系。一般在動物體內(nèi)或含大量血清或糖的培養(yǎng)基中容易形成莢膜，在普通培養(yǎng)基中則易消失。多數(shù)細菌莢膜的化學成分是多糖，如肺炎鏈球菌、腦膜炎球菌等;少數(shù)為多肽，如炭疽桿菌;個別細菌的莢膜為透明質(zhì)酸。莢膜多糖為高度水合分子，含水量95%以上。

圖12－6　細菌的莢膜

莢膜有助于細菌抵抗不良環(huán)境及細菌在機體內(nèi)定植(colonization)，是細菌毒力因子之一，其具體功能如下:

(1)黏附作用　細菌黏附宿主細胞是其在機體內(nèi)定植引起感染的重要的第一步，糖萼不僅有助于菌體對宿主細胞的黏附，而且有助于將單個菌體粘連成一個整體，在宿主體內(nèi)形成細菌生物被膜(biofilm)。生物被膜是指附著于有生命或無生命物體表面被細菌胞外大分子(主要是多糖類物質(zhì))包裹的有組織的細菌群體。生物被膜中的細菌與處于浮游生長狀態(tài)的同一菌種的特性不同，其對抗生素和宿主免疫作用耐受性強，易引起慢性感染，如牙周病、慢性支氣管炎、難治性肺部感染和心內(nèi)膜炎等;在介入性診療人工醫(yī)療器械表面形成的生物被膜易引起醫(yī)療器械相關感染。糖萼協(xié)助細菌黏附在宿主粘膜表面或介入體內(nèi)的導管等表面，可防止細菌被體液沖刷掉，同時給菌體提供一個保護性微環(huán)境。如變異鏈球菌通過產(chǎn)生黏性多糖右旋糖黏附在牙齒琺瑯質(zhì)上，該菌在牙表面生長產(chǎn)生更大量右旋糖，將其本身、其他口腔細菌和食物殘渣粘連包裹形成牙菌斑生物被膜，牙菌斑內(nèi)細菌利用口腔內(nèi)蔗糖產(chǎn)生乳酸使微環(huán)境pH值降低，有利于嗜酸的變異鏈球菌生長，該菌利用蔗糖產(chǎn)生乳酸能力極強，使牙菌斑微環(huán)境的pH值進一步下降，最終導致牙齒琺瑯質(zhì)腐蝕，形成齲齒。

(2)抵抗宿主抗菌免疫功能　不同細菌的莢膜抵抗宿主免疫系統(tǒng)功能的機制不同。其中最重要的是莢膜抵抗宿主吞噬細胞的作用。已知莢膜是肺炎鏈球菌重要毒力因子，10個有莢膜活菌可使實驗小鼠致死，而1萬個無莢膜活菌才能使小鼠致死。莢膜多糖親水且?guī)ж撾姾?，還可使菌體粘連形成體積較大的生物被膜，從而抑制吞噬細胞對細菌的直接吞噬作用。另外，莢膜可抑制補體介導的吞噬細胞的調(diào)理吞噬作用以及補體組分的活化。例如，有些細菌的莢膜屏蔽結合在菌體上的調(diào)理素C3b，使C3b不能與吞噬細胞表面C3b受體相結合，從而抑制C3b介導的調(diào)理吞噬作用。莢膜能抑制補體活化途徑中C3轉(zhuǎn)化酶的形成，從而使調(diào)理素C3b和C4b等宿主免疫分子不能產(chǎn)生。此外，有些細菌莢膜的成分與宿主組織中的某些成分類似，如腦膜炎奈瑟氏菌莢膜由含唾液酸的多糖組成，釀膿鏈球菌莢膜由含透明質(zhì)酸的多糖組成，唾液酸和透明質(zhì)酸在宿主組織中常見，宿主免疫系統(tǒng)被“欺騙”誤將這些病原菌成分當成自身成分，因此不產(chǎn)生適當?shù)拿庖邞稹?/p>

(3)其他功能　莢膜有抗干燥作用;營養(yǎng)缺乏時可提供營養(yǎng);具有抗原性，可用于細菌鑒別和分型。

(二)鞭毛

鞭毛(flagellum)是某些細菌菌體表面附著的細長并呈波狀彎曲的絲狀物，所有弧菌、約半數(shù)桿菌及個別球菌具有鞭毛，經(jīng)特殊染色，使鞭毛增粗后在光學顯微鏡下可見。

根據(jù)鞭毛的數(shù)目和位置，可將有鞭毛菌分為4類:①單毛菌，在菌體一端僅有一根鞭毛，如霍亂弧菌;②雙毛菌，菌體兩端各有一根鞭毛，如空腸彎曲菌;③叢毛菌，菌體一端或兩端有一叢鞭毛，如綠膿桿菌;④周毛菌，菌體周身遍布許多菌毛，如傷寒桿菌。各種細菌鞭毛數(shù)目和位置不同，有助于鑒別細菌。

鞭毛的化學成分主要是蛋白質(zhì)，具有免疫原性。鞭毛抗原稱為H抗原。不同菌種H抗原氨基酸組成不同，因而免疫原性也不同，常用于細菌的鑒定、分型和分類。

鞭毛是細菌的運動器官，細菌的運動有化學趨向性，常向營養(yǎng)物質(zhì)處前進，而逃離有害物質(zhì)。常用懸滴法或壓滴法直接觀察活菌的運動，有鞭毛的細菌在液體環(huán)境中自由游動，速度迅速;而無鞭毛菌僅在原地顫動。在半固體培養(yǎng)基穿刺培養(yǎng)，有鞭毛的細菌向周圍擴散，穿刺線呈毛刷狀，無鞭毛細菌只在穿刺線上生長。根據(jù)鞭毛的運動，也可用于鑒別細菌，如傷寒桿菌與痢疾桿菌的鑒別。

有些細菌的鞭毛與致病性有關。例如霍亂弧菌、空腸彎曲菌等通過活潑的鞭毛運動，可以穿透覆蓋在小腸黏膜表面的黏液層，使菌體黏附于腸黏膜上皮細胞，產(chǎn)生毒性物質(zhì)導致病變的發(fā)生。

(三)菌毛

菌毛(pilus)是存在于許多革蘭陰性菌和少數(shù)革蘭陽性菌表面的比鞭毛更細，短而直且硬的絲狀物與細菌運動無關，而細菌黏附有關，化學成分為菌毛蛋白。菌毛只有在電子顯微鏡下才能被看到。菌毛分普通菌毛和性菌毛兩種。

1．普通菌毛(common pilus)是短(0．2～2．0μm)的遍布菌體表面具有黏附特性的菌毛，與細菌致病性密切相關(圖12－7)。①是細菌的黏附結構，能與宿主上皮細胞、血紅細胞和牙齒表面等發(fā)生黏附，有助于細菌抵抗黏液、唾液和尿液等的沖刷，抵抗細胞纖毛運動和腸蠕動等清除作用，幫助細菌在體內(nèi)定植及形成生物被膜。②菌毛介導的黏附有很高的特異性，其受體一般是宿主細胞表面的糖脂、糖蛋白或蛋白質(zhì)。黏附的特異性決定了病原菌感染組織和宿主的特異性;同時宿主細胞受體結構的多態(tài)性，也使宿主對感染性疾病的易感性(susceptibility)不同。例如，具有Ⅰ型菌毛的大腸埃希菌特異地識別甘露糖結構，利于細菌黏附到富含甘露糖受體的腸道和下尿道粘膜上皮細胞表面;而具有P菌毛的大腸埃希菌識別含半乳糖－α－1，4－半乳糖結構的生物分子，有利于細菌黏附到富含此受體結構的腎集合管和腎盞部位，是引起腎盂腎炎的重要致病因子。③細菌黏附到宿主細胞后，細菌和宿主細胞都會發(fā)生相應變化，如菌毛在黏附后可發(fā)生解聚(depolymerization)，使細菌以細胞壁黏附到宿主細胞上，與細胞更緊密接觸;又如，當腸致病型大腸埃希菌和傷寒沙門菌等腸道致病菌的菌毛黏附到腸上皮細胞時，誘導細胞內(nèi)游離鈣增多，激活微絲和微管活動，使細胞骨架結構紊亂，最后導致腸絨毛脫落。這些變化為細菌及其毒素進一步侵犯深層組織創(chuàng)造了條件。

圖12－7　細菌的菌毛

2．性菌毛(sex pilus)是由F質(zhì)粒編碼產(chǎn)生的，僅見于少數(shù)革蘭陰性菌。數(shù)量少，一個菌只有1～4根，比普通菌毛長而粗，中空呈管狀，性菌毛與細菌的遺傳變異有關。帶有性菌毛的細菌具有致育性(fertility)，稱為F+菌或雄性菌，無性菌毛為F－菌或雌性菌。當F+菌與F－菌相遇時，F(xiàn)+菌的性菌毛與F－菌的相應性菌毛受體結合，F(xiàn)+菌體內(nèi)的質(zhì)?；蚝速|(zhì)片段等遺傳物質(zhì)，可通過中空的性菌毛進入F－菌體內(nèi)，引起F－菌的變異。這個過程稱為接合。細菌的毒力、耐藥性等性狀可通過此方式傳遞。此外，性菌毛也是某些噬菌體吸附于菌細胞的受體。

(四)芽胞

芽胞(spore)是某些革蘭陽性菌在一定環(huán)境條件下，胞漿脫水濃縮，在菌體內(nèi)形成的具有多層膜結構的圓形或卵圓形小體，也稱內(nèi)芽胞(endospore)，細菌形成芽胞的能力是由菌體內(nèi)的芽胞基因決定的。芽胞一般只是在動物體外才能形成，其形成條件因菌種而異。多見由于營養(yǎng)缺乏時，細菌生長繁殖減速，啟動芽胞形成基因。芽胞帶有完整的核質(zhì)、酶系統(tǒng)和合成菌體組分的結構，能保存細菌的全部生命必需物質(zhì)。芽胞形成后，菌體即成為空殼，有些芽胞可從菌體脫落游離。

芽胞代謝緩慢，營養(yǎng)和能量消耗很低，抵抗力強，能保護細菌度過不良環(huán)境。芽胞形成后，若處于營養(yǎng)供應充足，并有熱、酸、機械力等刺激物作用下破壞其芽胞殼，芽胞又可發(fā)芽形成新的菌體。整個過程中，細菌的數(shù)量并未增多，因此芽胞只是細菌的休眠狀態(tài)，而不是其繁殖方式。與芽胞相比，未形成芽胞而具有繁殖能力的菌體可稱為繁殖體。

芽胞折光性強，壁厚，不易著色，須用特殊染色法才能著色。芽胞的大小、形狀、位置等隨菌種而異，有重要的鑒別意義(圖12－8)。如炭疽桿菌的芽胞為卵圓形，比菌體小，位于菌體中央;破傷風桿菌的芽胞呈圓形，比菌體大，位于頂端，狀如鼓槌;肉毒桿菌的芽胞比菌體寬，位于次極端。這些特點對細菌的鑒別有重要價值。

圖12－8　細菌芽胞的形態(tài)

細菌的芽胞具有多層厚膜結構(圖12－9)。芽胞核心是芽胞的原生質(zhì)體，含有細菌原有的核質(zhì)和蛋白質(zhì)。核心的外層依次為內(nèi)膜、芽胞壁、皮質(zhì)層、外膜、芽胞殼和芽胞外壁。內(nèi)膜和外膜由原來的細胞膜形成。芽胞壁含肽聚糖，發(fā)芽后形成細胞壁。皮質(zhì)層最厚，由一種特殊的肽聚糖組成。芽胞殼堅韌、致密，無通透性，是一種類似角蛋白的物質(zhì)，能抵抗化學藥物透入，并增強對紫外線照射的抵抗力。芽胞外壁是一層疏松的結構，由脂蛋白和糖類組成。

圖12－9　細菌芽胞的結構

細菌芽胞對熱力、干燥、化學消毒劑和輻射等理化因素均有強大抵抗力。例如，加熱煮沸數(shù)分鐘可殺死細菌繁殖體，但要3 h才能殺死芽胞;5%石炭酸在5～15 min內(nèi)可殺死細菌繁殖體，殺死芽胞則需十幾小時;芽胞對干燥有很強的抵抗力，在自然界可存活數(shù)十年;殺死芽胞的紫外線劑量需要比細菌繁殖體大好幾倍。因此，在消毒滅菌時，應以殺滅芽胞作為滅菌是否徹底的標準。細菌芽胞并不直接引起疾病，但當發(fā)芽轉(zhuǎn)化為繁殖體后，就能迅速大量繁殖而致病。被芽胞污染的用具、敷料、手術器械等，用一般方法不易將其殺死。殺滅芽胞最可靠的方法是高壓蒸氣滅菌法。芽胞具有強大抵抗力的原因可能與下列因素有關:①芽胞含水量少，蛋白質(zhì)受熱不易變性;②芽胞具有多層厚而致密的膜結構，可阻礙化學物質(zhì)的滲入;③芽胞形成時能合成一些特殊的酶類，這些酶有很強耐熱性;④芽胞中有高濃度的鈣離子，可形成某些不溶性鈣鹽，與抵抗力有關，如吡啶二羧酸鈣鹽與芽胞的抗熱能力有關。

第三節(jié)　細菌形態(tài)檢查法

細菌體積微小，無色半透明，因此須經(jīng)放大和染色后才能觀察其形態(tài)與結構。

一、顯微鏡放大法

普通光學顯微鏡以可見光(日光或燈光)為光源，經(jīng)油鏡放大1 000倍后，可清晰觀察到細菌的基本形態(tài)、排列方式和某些特殊結構，暗視野、相差顯微鏡或熒光顯微鏡觀察效果更好。

電子顯微鏡利用電子流代替光線，用電磁圈代替放大透鏡。電子波長極短，僅為可見光波長的1/10萬，故其放大倍數(shù)很高，可達數(shù)十萬倍，能分辨直徑1 nm的微粒。應用電子顯微鏡，不僅能看清細菌的外表形態(tài)，也能看清內(nèi)部超微結構。電子顯微鏡所觀察的形象，可投射到熒光屏上顯示，也可照相拍攝。掃描電鏡用電子流對物體表面進行掃描，可以更清楚地顯露三維空間的立體形象。電子顯微鏡標本須在真空干燥的狀態(tài)下檢查，故不能檢查活的微生物。

二、細菌染色法

由于細菌等電點為pH值2～5，在近于中性的環(huán)境中多帶負電荷，易與帶正電荷的堿性染料結合。同時細菌體內(nèi)含有大量RNA，呈酸性，也與堿性染料有親和性。因此，細菌染色多用堿性苯胺染料，如亞甲藍(美藍)、堿性復紅、結晶紫等。

標本在染色前，一般要經(jīng)過涂片、干燥和固定。涂片是將待檢物涂布于載玻片上，但要檢查組織中的微生物時，則需進行組織學切片檢查。待自然干燥后，將標本經(jīng)火焰加熱固定。固定的目的是殺死細菌，并使之黏附在破片上，染色時不致脫落。常用的細菌染色法有下列幾種。

(一)單染色法

單染色法，指僅用一種染料進行染色。用此法可將各種細菌染成一種顏色，可觀察細菌的大小、形態(tài)與排列，但不能顯示各種細菌染色性的差異。

(二)特殊染色法

細菌的特殊結構如鞭毛、莢膜、芽胞以及細胞壁、異染顆粒，必須用特殊染色法才能著色。

(三)鑒別染色法

鑒別染色法，是用兩種以上的染料依次染色，將不同細菌染成不同顏色，既能觀察細菌的大小、形態(tài)與排列，又能鑒別細菌不同的染色性。最重要最常用的是革蘭染色法。

革蘭染色法(Gram stain)是丹麥細菌學家革蘭(Christian Gram)于1884年創(chuàng)用，至今已逾百年，仍在廣泛使用，是細菌學中最為經(jīng)典的染色法。具體方法是:細菌涂片用結晶紫或甲基紫初染，再經(jīng)碘液媒染，使之生成結晶紫與碘的復合物，此時各種細菌均被染成深紫色。然后用95%乙醇脫色，其中有的細菌不被脫色仍保持紫色，為革蘭陽性(G+) 菌;有的細菌脫去紫色，最后用稀釋復紅或沙黃復染而呈紅色，為革蘭陰性(G－)菌。細菌的革蘭染色性是細菌種的特征，但也受細菌生長條件及染色時操作的影響。例如，衰老的G+菌往往不能染成革蘭陽性，而表現(xiàn)為革蘭陰性;脫色是革蘭染色中最關鍵步驟，脫色時間掌握不當，也會影響革蘭染色性。

革蘭染色法的原理尚不完全清楚，可能有兩方面的因素。①G+菌細胞壁結構比較致密，肽聚糖層厚，脂類含量少，乙醇不易透入，反而可使細胞壁脫水形成一道屏障，阻止染料由細胞內(nèi)滲出。G－菌細胞壁較為疏松，肽聚糖層薄，而脂蛋白、脂質(zhì)雙層、脂多糖均含大量脂質(zhì)，易被乙醇溶解，致使細胞壁通透性增高，細胞內(nèi)的結晶紫－碘復合物被乙醇溶解滲出而致脫色。②G+菌含有較多核糖核酸鎂鹽，可與堿性染料和碘的復合物牢固結合，不易脫色，另外，G+菌等電點更低(pH值2～3，而G－菌等電點pH值4～5)，與堿性染料結合更牢固。2種機制中，前者更為重要，因為失去細胞壁的L型細菌，不論其原來是G+或是G－，都呈陰性反應。

革蘭染色法是最為常用的細菌染色法，具有重要的實際意義:①鑒別細菌，革蘭染色法可將細菌分成G+和G－兩大類，便于初步識別細菌，縮小范圍;②指導臨床選擇用藥，G+菌和G－菌對抗生素敏感性不同，大多數(shù)G+菌對青霉素、紅霉素、頭孢菌素等敏感，而G－菌則對青霉素等不敏感，但對鏈霉素、氯霉素、慶大霉素等敏感;③與致病性有關，大多數(shù)G+菌的致病物質(zhì)為外毒素，而大多數(shù)G－菌的致病物質(zhì)主要是內(nèi)毒素，二者致病作用不同。

(王雪銀)