杆状、梭状、梭杆状、月亮状、分枝状、竹节状(即两端平截的杄状)等;按杄菌细胞的排 列方式则有链状、栅状、“八”字状以及有鞘衣的丝状等。螺旋状的细菌称为螺旋菌 ( spirilla),若螺旋不满一环则称为弧菌( vibrio),满2~6环的小型、坚硬的螺旋状细菌可称为 螺菌( spirillum),而旋转周数在6环以上、体大而柔软的螺旋状细菌则称螺旋体 在自然界所存在的细菌中,杆菌最为常见,球菌次之·而螺旋状的最少。此外,近年来 还陆续发现少数其他形态如三角形、方形和圆盘形等的细菌 量度细菌大小的单位是μm(微米,即10-m),量度其亚细胞构造则要用nm(纳米,即 10-m)作单位。 典型细菌的大小可用 Eschericha ct作代表。E.c细胞的平均长度约2um,宽度约0.5m 形象地说,1500个g.ca细胞的“头”、“尾”相接仅等于3mm长的一颗芝麻。如以人发的平均 直径为60m计,则120个E.cok“肩并肩”地紧挨在一起才有一根人发的粗细。至于它的重量 则更是徵乎其微,如果一个细胞的重量为10-1g,则大约10个Ec细胞才达到1mg重 由于细菌的细胞极其微小又十分透明,因此用水没片或悬滴观察法在光学显微镜下进行 观察时,只能看到其大体形态和运动情况。若要在光学显微镜下观察其细致形态和主要构造 般都要对它们进行染色。染色法的种类很多,可概括如下: 简单染色法 正染色〈 革兰氏染色法 鉴别染色法抗酸性染色法 芽袍染色法 姆萨(Gims)染色法等 细菌染色法 染色:荚膿染色法等 活菌:用美蓝或TTC(氯化三苯基四氮唑)等作活菌染色 在上述的各种染色法中,以革兰氏染色法最为重要。该染色法由丹麦医生c.Gram于1884 年创立,故名。其简要操作分初染、媒染、脱色和复染四步(图2-1) 甲 囡紫色 碘液 乙c N啊红色(G) 图2-1革兰氏染色步骤示意图 从图2-1可知,甲、乙两种细菌经结晶紫溶液初染后,分别染上了紫色,经碘液媒染,结 晶紫就与碘分子形成了一个分子量较大的染色较牢固的复合物。接着就用95%乙醇进行脱 色。这时凡已染上的紫色易被乙醇洗脱者,则又成为无色的菌体(如乙菌),反之,则仍为紫 色(如甲菌)。最后,再用红色染料一一沙黄(即番红,也可用其他红色染料代替)复染。结 果甲菡仍能维持最初染上的紫色,而乙菌则被复染而呈红色,前者称革兰氏阳性菌,简称G 菌,后者则称为革兰氏阴性菌,简称G菌。 革兰氏染色有着十分重要的理论与实践意义。通过这一染色,可把几乎所有的细菌都分
成革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌两个大类,因此它是分类鉴定菌种时的重要指标。又由于这 两大类细菌在细胞结构、成分、形态、生理、生化、遗传、免疫、生态和药物敏感性等方面 都呈现出明显的差异,因此任何细菌只要先通过很简单的革兰氏染色,即可提供不少其他重 要的生物学特性方面的信息 有关革兰氏染色反应的机制问题,因为与细胞壁的成分和构造密切相关,故放在细胞壁 内容中叙述。 二)构造 细菌细胞的模式构造可见图2-2。其中把一般细菌都有的构造称为一般构造,例如细胞 壁、细胞膜、细胞质、核质体等,而把并非-般细菌共有的构造称为特殊构造,要是鞭毛, 菌毛、性菌毛、荚膜和芽孢等 1.细菌细胞的一般构造 (1)细胞壁是位于细胞最外的一层厚实、坚韧的 外被,主要由肽聚糖构成.有固定外形和保护细胞等多 种功能。通过染色、质壁分离或制成原生质体后再在光 学显微镜下观察,可证实细胞壁的存在;用电子显微镜 观察细菌超薄切片等方法,更可确证细胞壁的存在。 虽说细胞壁是细菌细胞的一般构造,但在特殊情况 下也可发现有几种细胞壁峡损的或无细胞壁的细菌存 在:①原生质体( protoplast):指在人工条件下用溶菌酶 除尽原有细胞壁或用青霉素抑制细胞壁的合成后,所留 下的仅由细胞膜包裹着的脆弱细胞,一般由革兰氏阳性 一一般构造特殊构造 菌形成;②球状体或原生质球( sphaeroplast):指还残留 部分细胞壁的原生质体,一般由革兰氏阴性细菌所形 图2-2细蕾细胞构造的模式图 成;③L型细菌:1935年时,在英国李斯德预防医学研1.细敝壁;2.细胞膜,3.核质体:4.岡体 究所中发现→种由自发笑变而形成的细胞壁缺损的细5.贮藏物+6.细胞质;7.芽;8.鞭毛;9 菌一-8 Strepfudacillas monwe formas(念珠状链杆菌),它的细豳毛;1,性菌毛1.英模:12.液足 胞影大,对渗透压十分敏感,在固体培养基表面形成“油煎蛋”似的小菌落。由于李斯德 ( Lister)研究所的第字母是“L”,故称L型细菌。许多革兰氏阳性和阴性细菌都可形成L型 目前L型细菌的概念有时用得较杂,甚至还把原生质体或球状体也包括在内。狭义地说,L型 细菌应专指那些在实验室中通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷菌株。现把四种 细胞壁缺损的细菌归纳如下: 自发缺壁突变:L型细菌 实验室中形成 人工方法去壁 f彻底除尽:原生质体 缺壁细菌 部分去除:球状体 自然界长期进化中形成:支原体 原生质体与球状体有几个共同特点,主要是无细胞壁,细胞呈球状,对渗透压十分敏感 即使长有鞭毛也不能运动,对噬菌体不敏感,细胞不能分裂,等等。如在形成原生质体或球 20
状体前已有噬菌体侵入,则该噬菌体仍能正常增殖和裂解;同样,如在形成原生质体前正在 形成芽孢,则该芽孢也仍能正常形 细胞壁的功能主要有:①固定细胞外形;②协助鞭毛运动;③保护细胞免受外力的损伤 (例如革兰氏阳性细菌可抵御15~25个大气压的渗透压,革兰氏阴性细菌为5~10个大气 压);④为正常细胞分裂所必需;⑤阻拦有害物质进入细胞(如革兰氏阴性细菌细胞壁可阻拦 分子量超过800的抗生素透入);⑥与细菌的抗原性、致病性(如内毒素)和对噬菌体的敏感 性密切相关 细胞壁的构造和成分较复杂。图2-3用对比方式表示革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌 细胞壁构造的差别 外壁蛋白 归蛋白 基质蛋 欣聚糖 壁磷壁酸 D特异侧链 膜磷壁酸 多糖(LFS) 25 磷脂 周质空间 肽聚糖(内壁层 周质空间 图23革兰氏阳性绋菌和革兰氏阴性细菌细胞壁构造的比较 革兰氏阳性细菌和阴性细菌细胞壁成分的主要差别可见表2-1。 丧21革兰氏阳性细菌与阴性细菌细胞壁成分的比较 壁十覃的 革兰氏阳性细菌 革兰氏阴性细菌 肽案糖 量很高(30-95) 含量很低(5~20) 磷壁酸 含量较高(<50) 类脂质 般无(<2) 含量较高(~20) 蛋;质 含量较高 又称粘肱( mucopeptide)或胞壁质( murein) 少数属于古细菌类( archaebacteria)的嗜盐菌、产甲烷菌和嗜热嗜酸的S减」foks(硫化叶 菌),它们的细胞壁上不含肽聚糖,因此被称作“疵壁菌”( mendosicutes)(见第十一章)。 革兰氏阳性细菌肽聚糖( peptidoglycan)的结构可用最典型的 Staphylococcus zmei(金黄 色葡萄球茵)为代表。它的肽聚糖层厚约20~80nm,由40层左右网状分子所组成。状的肽 聚糖大分子实际上是由大量小分子单体聚合而成的。每一肽聚糖单体含有三个组成部分:! 双糖单位,即由一个N-乙酰葡糖胺与一个N-乙院胞壁酸分子通过B-1,4-糖苷键连接而成;② 短肽“尾”,即由四个氨基酸连起来的短肽连接在N-乙酰胞壁酸分子上。这四个氨基酸是按L 型与D型交替排列的方式连接而成的,即L两氨酸→D-谷氨酸→L赖氨酸→D-丙氨酸;③肽 桥”,在S. nereus情况下为甘氨酸五肽。这一肽“桥”的氨基端与前一肽聚糖单体肽“尾”中 的第4氨基酸—D-内氨酸的羧基相连接,而它的羧基端则与后一肽聚糖单体肽“尾”中的 第3个氨基酸~一碱性氨基酸L赖氨酸的氨基相连接,从而使前后两个肽聚糖单体交联起
来。革兰氏阳性细菌肽聚糖单体的结构见图2-4 CHAOH CHOH -0 NH-C0-C CH,CH-C=o 肽尾 Ho (cH2)? D-Glu C=0 L Lys 回=N-乙酰胞壁酸 G←N-乙酰怖糖胺 CH3-C-H D. Ala CoOH 萄2-4革兰氏阳性细菌细胞壁肽聚糖的单体结构 左:简化的单体模型;右:单体的分子结构。中的箭头处表示溶團酶的水解点) 早在1922年,青霉素的发现者A. Fleming已发现了溶菌酶。这是一种广泛存在于卵清、 人的泪液和鼻涕、部分细菌和噬菌体内的-种酶,它能有效地水解细菌的肽聚糖,其水解位 点是N·乙酰胞壁酸的1碳和N-乙酰葡糖胺的4碳间的P-1,4-糖苷键。 革兰氏阴性细菌细胞壁的肽聚糖结构可以E.coh为代表。它的肽聚糖含量占细胞壁的 10%弱,一般由1~2层网状分子构成,在细胞壁上的厚度仅为2~3nm。其结构单体与革兰氏 阳性细菌基本相同,差别仅在于:①肽尾的第3个氨基酸为内消旋二氨基庚二酸(mDAP);② 没有特殊的肽桥,其前后两个单体间的联系仅由甲肽尾的第4个氨基酸—D丙氨酸的羧基 与乙肽尾第3氨基酸——m-二氨基庚二酸的氨基直接连接而成。 由于革兰氏阳性细菌与阴性细菌的肽聚糖单体结构的差异以及其间相互联系的不同,因 此交联而成的肽聚糖网的结构和致密度就有明显的差别(图25)。 革兰氏阳性细菌和阴性细菌肽桥的类型在革兰氏阳性和阴性细菌肽聚糖的肽桥中,共 有4种主要类型,现列表如下(表2-2) 22肽聚糖分子中的4种主要肽桥类型 甲肽尾上连接点 乙肽尾上连接貞 第4氨基酸 Co·NH 第3氨基酸 第4氨基酸 第3氨基酸 S. eus (Gt) 第4氨基酸 (酞尾)1-2 第3氨甚酸 A. tes (G+) 第4氨基酸 第2氨基酸 表22中的第、I型肽桥已在上面讨论过了。第■型是在 Micrococcus latus[藤黄球菌 过去称M.φeus(溶壁微球菌)]发现的。它的肽桥与其肽尾结构完全相同,并可有1~
2条构成,即: (L-Ala-D-Glu--L-Lys--D-Ala) L-GIY (a) S. res 图2-5革兰氏阳性(a)和谢性(b)细菌肽聚糖网的比较 而第Ⅳ型则为 Corgmeaacter im pRn-settae(猩猩木棒杆菌)所特有,其肽桥仅有一个氨基酸—D 赖氨酸所组成,并把前一肽尾的第4氨基酸(D-丙氨酸)与后一肽尾的第2氨基酸(D谷氨 酸)相连接。附带要说明的是,该菌肽尾的第3氨基酸不是其他细菌所具有的L-赖氨酸,而 是该菌所特有的L鸟氨酸(L-Orn)(图2-6) L-Ala L-Ser L-Ser Ym-DAP Le--CO-NH-m-DAP L-Orn D-Ala D-ALa 图2-6E.c(左)与C.pms(右)肽聚糈中的肽轿 革兰氏阳性细菌所特有的磷壁酸( teichoic acid,即垣酸)磷璧酸是革兰氏阳性细菌细胞 壁所特有的成分。它有两种类型,其一为壁磷壁酸,它与肽聚糖分子间发生共价结合,可用 稀酸或稀碱进行提取,其含量有时可达壁重的50%(或细胞干重的10%),含量多少与培养 基成分密切相关;其二为膜磷壁酸(即脂磷壁酸),由甘油磷酸链分子与细胞膜上的磷脂进行 共价结合后形成,它的含量与培养条件关系不大,可用45%热酚水提取,也可用热水从脱脂 的冻于细菌中提取。 磷壁酸的结构主要有甘油磷壁酸和核糖醇磷壁酸等五种类型,前者在Lαxκ 8 aksel(干