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芽胞的核心和皮质中含有 种特有的化学组分吐啶二羧酸(dipicinic acid,DPA),DPA与钙结合生成的盐能提高芽胞中各种酶 的热稳定性。芽胞形成过程中很快合成DPA,同时也获得耐热性：芽胞发芽时，DPA从芽胞内海出， 其耐热性亦随之丧失。 第三节细菌形态与结构检查法 一、显微镜放大法 细菌形体微小，肉跟不能直接看到，必须藉助显微镜放大后才能观察 普通光学显撒镜普通光学显微镜(light microscope)以可见光（日光或灯光）为 光源，波长0.4~0.7um,平均约0.5m,其分辨率为光波波长的一半，即0.25um。 0.25m的微粒经油镜放大1000倍后成0.25mm,人的眼睛便能看清。一般细菌都大于 0.25um,故可用普通光学显徽镜予以观察。 电子显微镜电子显微镜()是利用电子流代替可见光波，以电 磁图代替放大透镜。电子波长极短，约为0.005m,其放大倍数可达数十万倍，能分辩 1m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。电子显徽镜显示 的形象，可投射到荧光屏上，也可照相拍摄。当前使用的电子显微镜有两类，即透射电 子显微镜(transmission electron microscope,TEM)和扫描电子显微镜(scanning elec ronmicroscope,SEM)。SEM的分辨率一般较TEM低，但可清楚地显示物体的三维立 体图像。配合电子显徽镜观赛使用的标本制备方法有用磷钨酸或钥酸铵作负染色、投影 法(shadowing)、超薄切片(ultrathin section)、冰冻蚀刻法(freeze etching)等。电子 显微镜标本须在真空干燥的状态下检查，故不能观赛活的微生物。 此外，尚有暗视野显微镜(darkfield microscope)、相差显微镜(phase contrast mi- crosope）、荧光显徽镜((fluorescence microscope)和同焦点显微镜(ofcamicroscop) 等，适用于观察不同情况下的细菌形态和（或）结构。 二、染色法 细菌体小半透明，经染色后才能观察较清楚。染色法是染色剂与细菌细胞质的结 合。最常用的染色剂是盐类。其中，碱性染色剂(basic stain）由有色的阳离子和无色 的阴离子组成，酸性染色剂(acidicstain）则相反。菌细胞富含核酸，可以与带正电荷 的碱性染色剂结合；酸性染色剂不能使细菌普色，而使背景着色形成反差，故称为负染 (negative staining)。 染色法有多种，最常用最重要的分类鉴别染色法是革兰染色法(Gram stain)。该法 是丹麦细学家革兰(Hans Christian Gram)于1884年创建，至今仍在广泛应用。标 本固定后，先用碱性染料结晶紫初染，再加碘液媒染，使之生成结晶紫碘复合物：此 时不同细菌均被染成深紫色。然后用5%乙醇处理，有些细菌被脱色，有些不能。最 -26-
后用稀释复红或沙黄复染。此法可将细菌分为两大类：不被乙醇脱色仍保留紫色者为草 兰阳性荫，被乙醇脱色后复染成红色者为革兰阴性菌。革兰染色法在鉴别细菌、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。 革兰染色法的原理尚未完全阐明。但与菌细胞壁结构密切相关，如果在结晶紫碘 染后，乙醇脱色前去除革兰阳性菌的细胞壁，革兰阳性菌细胞就能够被脱色。目前，对 革兰阳性和革兰阴性菌细胞壁的化学组分已十分清楚，但对革兰阳性菌细胞壁阻止染料 被溶出的原因尚不清楚。 细菌染色法中尚有单染色法、抗酸染色法，以及荚膜、芽胞、鞭毛、细胞壁、核质 等特殊染色法。 (陈锦英) -27
第2章细菌的生理 细菌的生理活动包括摄取和合成营养物质，进行新陈代谢及生长繁殖。整个生理活 动的中心是新陈代谢，细菌的代谢活动十分活跃而且多样化，乃至繁殖迅速是其显著的 特点。研究细菌的生理活动不仅是基础生物学科的范畴，而且与医学、环境卫生、工农 业生产等都密切相关。诸如对于人体的正常菌群，特别是益生菌(roboti),如何促 进其生长繁殖和产生有益的代谢产物。对于致病菌，了解其代谢与致病的关系，设计和 寻找有关诊断和防治的方法。利用细菌的代谢来净化环境，开发极端环境的微生物资源 等都具有重要的理论和实际意义。 第一节细菌的理化性状 一、细菌的化学组成 细菌和其他生物细胞相似，含有多种化学成分，包括水、无机盐、蛋白质、糖类、 脂质和核酸等。水分是菌细胞重要的组成部分，占细胞总重量的75%~90%。菌细胞 去除水分后，主要为有机物，包括碳、氢、氮、氧、磷和硫等。还有少数的无机离子， 如钾、钠、铁、镁、钙、氯等；用以构成菌细胞的各种成分及维持酶的活性和跨膜化学 梯度。细菌尚含有一些原核细胞型微生物所特有的化学组成，如肽聚糖、胞壁酸、磷壁 酸、D型氨基酸、二氨基庚二酸、吡啶二羧酸等。这些物质在真核细胞中还未发现。 二、细菌的物理性状 光学性质细菌为半透明体。当光线照射至细菌，部分被吸收，部分被折射，故细 菌悬液呈混浊状态。菌数越多浊度越大，使用比浊法或分光光度计可以粗略地估计细菌 的数量。由于细菌具有这种光学性质，可用相差显徽镜现察其形态和结构。 表面积细菌体积徽小，相对表面积大，有利于同外界进行物质交换。如葡萄球菌 直径约lm,则1cm3体积的表面积可达60000cm2；直径为1cm的生物体，每cm3体积 的表面积仅6cm2,两者相差1万倍。因此细菌的代谢旺盛，繁殖迅速。 带电现象细菌固体成分的50%~80%是蛋白质，蛋白质由兼性离子氨基酸组成。 革兰阳性菌pl为2~3，革兰阴性菌pl为4~5，故在近中性或弱碱性环境中，细菌均 带负电荷，尤以前者所带负电荷更多。细菌的带电现象与细菌的染色反应、凝集反应、 抑菌和杀菌作用等都有密切关系。 -28-
半透性细菌的细胞壁和细胞膜都有半透性，允许水及部分小分子物质通过，有利 于吸收营养和排出代谢产物。 津透压细菌体内含有高浓度的巷养物质和无机盐，一般革兰阳性菌的渗透压高达 20一25个大气压，革兰阴性菌为5一6个大气压。细菌所处一般环境相对低渗，但有坚 韧细胞壁的保护不致崩裂。若处于比菌内渗透压更高的环境中，菌体内水分逸出，胞质 浓缩，细菌就不能生长繁殖。 第二节细菌的营养与生长繁殖 一、细菌的营养类型 各类细菌的酶系统不同，代谢活性各异，因而对营养物质的需要也不同。根据细菌
高，铁的浓度达到0.6gL时则完全不产毒。在人体内，大部分铁结合在铁蛋白、乳 铁蛋白或转铁蛋白中，细菌必须与人体细胞竞争得到铁才能生长紫殖。具有载铁体 (siderophore)的细菌就有此竞争力，它可与铁鳌合和溶解铁，并带人菌体内以供代谢 之需。如结核分枝杆菌的有毒株和无毒株的一个重要区别就是前者有一种称为分枝菌素 (mvcobactin)的载铁体，而后者则无。一些微量元素并非所有细菌都需要，不同菌只 需其中的一种或数种。 生长因子许多细菌的生长还需一些自身不能合成的生长因子(growth factor) 通常为有机化合物，包括维生素、某些氨基酸、嘌吟、嘧啶等。少数细菌还需特殊的生 长因子，如流感嗜血杆菌需要X、V两种因子，X因子是高铁血红素，V因子是辅酶I 或辅酶1，两者为细菌呼吸所必需。 三、细菌摄取营养物质的机制 水和水溶性物质可以通过具有半透膜性质的细胞壁和细胞襄进入细胞内，蛋白质、多糖等大分子 营养物需经细萝分泌的胞外酶的作用分解成小分子物质才能被吸收。 营养物质进入曹体内的方式有被动扩散和主动转运系统。 被动扩散指营养物质从浓度高向浓度低的一侧扩散，其驱动力是浓度梯度，不需要提 供能量。将不需要任何细薄组分的帮助，营养物就可以进人细胞质内的过程称为简单扩散。如果需要 曹细胞的特异性蛋白来帮助或促进营养物的跨膜转运称为易化扩散。如甘油的转运就属于后者，进入 细胞内的甘油要被甘油澈藤催化形成酸甘油才能在菌体内积累。 主动转运系统主动转运系统是细菌吸收营养物质的主要方式 ,其特点是营养物质从浓度低向浓 度高的一侧转运，并需要提供能量。细菌有如下三种主动转运系统： L.依赖于周浆间腺结合蛋白的转运系统(periplasmic-bndingp 营养物与周浆间隙内的受体蛋白结合后，引起后者构型的改变， 而将若养物转送给细胞赛上的A 结合型载体(ATP-binding stype carrier)),导致ATP水解提供能管和营养物通过细胞膜进人胞 质内。革兰阳性菌以膜结合脂蛋白作为该系统的受体蛋白。 2.化学渗透驱使转运系统(chemic 该系统利用膜内外两侧质子 或离子浓度差产生的质子动力(proomotive force)或钠动力(ium mtive fore)作为冤使营养物 越膜转移的能量。转运营养物的戴体是电化学离子梯度透性酶，这种酶是一种能够进行可逆性氧化还 原反应的疏水性膜爱白，即在氧化状态与营养物结合，而在还原状态时其构象发生变化，使营养物释 放进人胞质内。 3.基团转移(group transation）营养物在转运的过程中被磷酸化，并将营养物的转运与代谢相 结合，更为有效地利用能量。如大肠埃希曹摄人葡萄暗需要的磷酸转移酶系统，细跑膜上的载体蛋白 首先在胞质内从球酸烯醇丙酮酸获得酸基团后，在细胞的外表面与葡萄糖相结合，将其送入胞质 内后释放出6碑酸葡萄糖。经过牌酸化的葡萄糖在胞内果积，不能再速出菌体。该系统的能量供体是 磷酸烯醇丙酮酸。 需要指出的是各种细菌的转运背养物质的方式不同，即使对同一种物质，不同细菌的矮取方式也 不一样。 四、影响细菌生长的环境因素 营养物质、能量和适宜的环境是细菌生长繁殖的必备条件。 一30