【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 體片段一起轉(zhuǎn)移。所以質(zhì)粒已成為遺傳工程中重要的運(yùn)載工具之一。（二）細(xì)菌細(xì)胞的特殊構(gòu)造1．芽孢某些細(xì)菌在其生長(zhǎng)發(fā)育后期，在細(xì)胞內(nèi)形成的一個(gè)圓形或橢圓形、厚壁、折光性強(qiáng)、含水量低、抗逆性強(qiáng)的休眠構(gòu)造，稱為芽孢（spore）。因在細(xì)胞內(nèi)形成，故又稱為內(nèi)生孢子。由于每一個(gè)營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞內(nèi)僅形成一個(gè)芽孢，故芽孢無(wú)繁殖能力。芽孢是整個(gè)生物界抗逆性最強(qiáng)的生命體，在抗熱、抗化學(xué)藥物、抗輻射和抗靜水壓等方面尤為突出。如肉毒梭狀芽孢桿菌的芽孢在100℃～，至121℃時(shí)，平均也要10min才殺死。巨大芽孢桿菌芽孢的抗輻射能力要比大腸桿菌強(qiáng)36倍。芽孢的休眠能力更為突出，在常規(guī)條件下，一般可存活幾年甚至幾十年，據(jù)文獻(xiàn)記載，有些芽孢桿菌甚至可以休眠數(shù)百年、數(shù)千年甚至更久。如：環(huán)狀芽孢桿菌的芽孢在植物標(biāo)本上（英國(guó)）已經(jīng)保存200～300年；普通高溫放線菌的芽孢在湖底凍土中（美國(guó)）已保存7 500年；一種芽孢桿菌的芽孢在琥珀內(nèi)蜜蜂腸道中（美國(guó)）已保存2500萬(wàn)～4000萬(wàn)年。（1）產(chǎn)芽孢細(xì)菌的種類能否形成芽孢是細(xì)菌種的特征。能產(chǎn)生芽孢的細(xì)菌種類不多，最主要的是革蘭氏陽(yáng)性桿菌的兩個(gè)屬，即好氧性的芽孢桿菌屬和厭氧性的梭菌屬。球菌中只有芽孢八疊球菌屬產(chǎn)生芽孢，螺旋菌中發(fā)現(xiàn)有少數(shù)種產(chǎn)芽孢。（2）芽孢的類型圖114 細(xì)菌芽孢的類型芽孢形成的位置、形狀、大小因菌種而異，在分類鑒定上有一定意義。例如巨大芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、炭疽芽孢桿菌等的芽孢位于菌體中央，卵圓形、小于菌體寬度；肉毒梭菌等的芽孢位于菌體中央，橢圓形，直徑比菌體大，使原菌體兩頭小中間大而呈梭形；破傷風(fēng)梭菌的芽孢卻位于菌體一端，正圓形，直徑比菌體大，使原菌體呈鼓槌狀（圖114）。（3）芽孢的結(jié)構(gòu)圖1－15 芽孢的構(gòu)造在產(chǎn)芽孢的細(xì)菌中，芽孢囊就是指產(chǎn)芽孢菌的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞外殼。成熟的芽孢具有多層結(jié)構(gòu)（圖115）。由外到內(nèi)依次為：①芽孢外壁：主要成分是脂蛋白，透性差。有的芽孢無(wú)此層。②芽孢衣：主要含疏水性角蛋白。芽孢衣非常致密，通透性差，能抗酶、抗化學(xué)物質(zhì)和多價(jià)陽(yáng)離子的透入。③皮層：皮層很厚，約占芽孢總體積的一半。主要含芽孢肽聚糖及DPA－Ca，賦予芽孢異常的抗熱性。皮層的滲透壓很高。④核心：由芽孢壁、芽孢膜、芽孢質(zhì)和核區(qū)四部分構(gòu)成，含水量極低。（4）芽孢的抗熱機(jī)制關(guān)于芽孢耐熱的本質(zhì)至今尚無(wú)公認(rèn)的解釋。較新的是滲透調(diào)節(jié)皮層膨脹學(xué)說(shuō)。該學(xué)說(shuō)認(rèn)為，芽孢的耐熱性在于芽孢衣對(duì)多價(jià)陽(yáng)離子和水分的透性很差以及皮層的離子強(qiáng)度很高，從而使皮層產(chǎn)生極高的滲透壓去奪取芽孢核心的水分，其結(jié)果造成皮層的充分膨脹，而核心部分的生命物質(zhì)卻形成高度失水狀態(tài)，因而產(chǎn)生耐熱性。除滲透調(diào)節(jié)皮層膨脹學(xué)說(shuō)外，還有別的學(xué)說(shuō)來(lái)解釋芽孢的高度耐熱機(jī)制。例如，針對(duì)在芽孢形成過(guò)程中會(huì)合成大量的為營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞所沒(méi)有的DPA－Ca，該物質(zhì)會(huì)使芽孢中的生命大分子物質(zhì)形成穩(wěn)定而耐熱性強(qiáng)的凝膠?？傊挎吣蜔釞C(jī)制還有待于深入研究。（5）研究芽孢的意義研究細(xì)菌芽孢有著重要的理論和實(shí)踐意義。①芽孢的有無(wú)、形態(tài)、大小和著生位置等是細(xì)菌分類和鑒定中的重要形態(tài)學(xué)指標(biāo)；②這類菌種芽孢的存在，有利于提高菌種的篩選效率，有利于菌種的長(zhǎng)期保藏；③是否能殺滅一些代表菌的芽孢是衡量和制定各種消毒滅菌標(biāo)準(zhǔn)的主要依據(jù)；④許多產(chǎn)芽孢細(xì)菌是強(qiáng)致病菌。例如，炭疽芽孢桿菌、肉毒梭菌和破傷風(fēng)梭菌等；⑤有些產(chǎn)芽孢細(xì)菌可伴隨產(chǎn)生有用的產(chǎn)物，如抗生素短桿菌肽、桿菌肽等。（6）伴胞晶體（parasporal crystal）少數(shù)芽孢桿菌，例如蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis）在其形成芽孢的同時(shí)，會(huì)在芽孢旁形成一顆菱形或雙錐形的堿溶性蛋白晶體(δ內(nèi)毒素)，稱為伴胞晶體（圖116）。伴胞晶體對(duì)200多種昆蟲尤其是鱗翅目的幼蟲有毒殺作用，因此常被制成生物農(nóng)藥――細(xì)菌殺蟲劑。 圖116 蘇云金芽孢桿菌的伴胞晶體； （7）細(xì)菌其他休眠狀態(tài)的結(jié)構(gòu)少數(shù)細(xì)菌還產(chǎn)生其他休眠狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，如固氮菌的孢囊等。固氮菌在營(yíng)養(yǎng)缺乏的條件下，其營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的外壁加厚、細(xì)胞失水而形成一種抗干旱但不抗熱的圓形休眠體——孢囊，與芽孢一樣，也沒(méi)有繁殖功能。在適宜的外界條件下，孢囊可萌發(fā)，重新進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)。2．糖被有些細(xì)菌在一定營(yíng)養(yǎng)條件下，可向細(xì)胞壁表面分泌一層松散、透明的粘液狀或膠質(zhì)狀的多糖類物質(zhì)即糖被（glycocalyx）。這類物質(zhì)用碳素墨水進(jìn)行負(fù)染色法在光學(xué)顯微鏡下可見(jiàn)。根據(jù)糖被有無(wú)固定層次、層次薄厚可細(xì)分為莢膜（或大莢膜）、微莢膜、粘液層和菌膠團(tuán)（圖117）。莢膜（或大莢膜）：較厚（約200nm），有明顯的外緣和一定的形態(tài)，相對(duì)穩(wěn)定地附著于細(xì)胞壁外。它與細(xì)胞結(jié)合力較差，通過(guò)液體振蕩培養(yǎng)或離心便可得到莢膜物質(zhì)。微莢膜：較薄（＜200nm），光學(xué)顯微鏡不能看見(jiàn)，但可采用血清學(xué)方法證明其存在。微莢膜易被胰蛋白質(zhì)酶消化。粘液層：量大且沒(méi)有明顯邊緣，又比莢膜疏松，可擴(kuò)散到周圍環(huán)境，并增加培養(yǎng)基粘度。菌膠團(tuán)：莢膜物質(zhì)互相融合，連為一體，多個(gè)菌體包含于共同的糖被中。產(chǎn)糖被細(xì)菌由于有粘液物質(zhì)，在固體瓊脂培養(yǎng)基上形成的菌落，表面濕潤(rùn)、有光澤、粘狀液、稱為光滑型(smooth，S型）菌落。而無(wú)莢膜細(xì)菌形成的菌落，表面干燥、粗糙，稱為粗糙型(rough，R型)菌落。糖被的化學(xué)組成主要是水，約占重量的90％以上，其余為多糖類、多肽類，或者多糖蛋白質(zhì)復(fù)合體，尤以多糖類居多。如肺炎鏈球菌莢膜為多糖；炭疽桿菌莢膜為多肽；巨大芽孢桿菌為多肽與多糖的復(fù)合物。 圖1－17 細(xì)菌的糖被（ ）糖被的主要功能：①保護(hù)作用：可保護(hù)細(xì)菌免于干燥；防止化學(xué)藥物毒害；能保護(hù)菌體免受噬菌體和其他物質(zhì)(如溶菌酶和補(bǔ)體等)的侵害；能抵御吞噬細(xì)胞的吞噬。②貯藏養(yǎng)料：當(dāng)營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)，可被細(xì)菌用作碳源和能源。③堆積某些代謝廢物。④致病功能：糖被為主要表面抗原，是有些病原菌的毒力因子，如S型肺炎鏈球菌靠其莢膜致病，而無(wú)莢膜的R型為非致病菌；糖被也是某些病原菌必須的粘附因子，如引起齲齒的唾液鏈球菌和變異鏈球菌等能分泌一種己糖基轉(zhuǎn)移酶，使蔗糖轉(zhuǎn)變成果聚糖，它可使細(xì)菌粘附于牙齒表面，引起齲齒；腸致病大腸桿菌的毒力因子是腸毒素，但僅有腸毒素產(chǎn)生并不足以引起腹瀉，還必須依靠其酸性多糖莢膜（K抗原）粘附于小腸粘膜上皮才能引起腹瀉。產(chǎn)糖被細(xì)菌常給人類帶來(lái)一定的危害，除了上述的致病性外，還常常使糖廠的糖液以及酒類、牛乳等飲料和面包等食品發(fā)粘變質(zhì)，給制糖工業(yè)和食品工業(yè)等帶來(lái)一定的損失。但也可使它轉(zhuǎn)化為有益的物質(zhì)，例如，腸膜狀明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）的葡聚糖糖被已用于代血漿成分——右旋糖酐和葡聚糖的生產(chǎn)。從野油菜黃單胞菌(Xanthomonas campestris)糖被提取的黃原膠可用作石油開(kāi)采中的井液添加劑，也可用于印染、食品工業(yè)；產(chǎn)生菌膠團(tuán)的細(xì)菌用于污水處理。此外，還可利用糖被物質(zhì)的血清學(xué)反應(yīng)來(lái)進(jìn)行細(xì)菌的分類鑒定。產(chǎn)糖被與否是細(xì)菌的一種遺傳特性，可作為鑒定細(xì)菌的依據(jù)之一。但是要注意糖被的形成也與環(huán)境條件密切相關(guān)。3．鞭毛鞭毛（flagellum，復(fù)數(shù)flagella）是著生于某些細(xì)菌體表的細(xì)長(zhǎng)、波浪形彎曲的絲狀蛋白質(zhì)附屬物，其數(shù)目為1～10根，是細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)器官。鞭毛長(zhǎng)15～20μm，但直徑很細(xì)，僅10～20nm，通常只能用電鏡進(jìn)行觀察；但是經(jīng)過(guò)特殊的鞭毛染色法可以用普通光學(xué)顯微鏡觀察到；在暗視野顯微鏡下，不用染色即可見(jiàn)到鞭毛叢。此外，根據(jù)觀察細(xì)菌在水浸片或懸滴標(biāo)本中的運(yùn)動(dòng)情況，生長(zhǎng)在瓊脂平板培養(yǎng)基上的菌落形態(tài)以及在半固體直立柱穿刺接種線上群體擴(kuò)散的情況，也可以判斷有無(wú)鞭毛。大多數(shù)球菌（除尿素八疊球菌外）不生鞭毛，桿菌中有的生鞭毛有的不生鞭毛，螺旋菌一般都生鞭毛。根據(jù)細(xì)菌鞭毛的著生位置和數(shù)目，可將具鞭毛的細(xì)菌分為5種類型(圖118)。（1）偏端單生鞭毛菌：在菌體的一端只生一根鞭毛，如霍亂弧菌；（2）兩端單生鞭毛菌：在菌體兩端各生一根鞭毛，如鼠咬熱螺旋體；（3）偏端叢生鞭毛菌：菌體一端生出一束鞭毛，如熒光假單胞菌；（4）兩端叢生鞭毛菌：菌體兩端各生出一束鞭毛，如紅色螺菌；（5）周生鞭毛菌：菌體周身都生有鞭毛，如大腸桿菌、枯草桿菌等。鞭毛的著生位置和數(shù)目是細(xì)菌種的特征，具有分類鑒定的意義。圖1－18 細(xì)菌鞭毛的類型鞭毛的主要化學(xué)成分為蛋白質(zhì)，有少量的多糖或脂類。原核生物（包括古生菌）的鞭毛都有共同的構(gòu)造，由基體、鞭毛鉤（也稱鉤形鞘）和鞭毛絲組成，G+ 細(xì)菌和G 細(xì)菌的鞭毛構(gòu)造稍有差別。圖1－19 G 細(xì)菌鞭毛的詳細(xì)構(gòu)造G 細(xì)菌的鞭毛結(jié)構(gòu)最為典型，以大腸桿菌為例（圖119）?；w（basal body）由4個(gè)環(huán)組成，由外向內(nèi)分別稱作L、P、S、M環(huán)。其中L環(huán)和P環(huán)分別包埋在細(xì)菌細(xì)胞壁的外膜(脂多糖層)和內(nèi)壁層(肽聚糖層)，而S環(huán)和M環(huán)分別位于細(xì)胞膜表面和細(xì)胞膜內(nèi)。這4個(gè)環(huán)由直徑較小的鞭毛桿串插著，在L環(huán)與P環(huán)之間還有一個(gè)圓柱體結(jié)構(gòu)。SM環(huán)周圍有一對(duì)驅(qū)動(dòng)該環(huán)快速旋轉(zhuǎn)的Mat蛋白，SM環(huán)基部還有一個(gè)起鍵鈕作用的Fli蛋白，它根據(jù)發(fā)自細(xì)胞的信號(hào)讓鞭毛正轉(zhuǎn)或逆轉(zhuǎn)。鞭毛鉤（hook）接近細(xì)胞表面連接基體與鞭毛絲，較短，彎曲，直徑約17nm。鞭毛絲（filament）著生于鞭毛鉤上部，伸在細(xì)胞壁之外，長(zhǎng)約15～20μm。（直徑為20nm）作螺旋狀纏繞而成，每周有8～10亞基。鞭毛絲抗原稱為H抗原，可用于血清學(xué)檢查。G+ 細(xì)菌的鞭毛結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，除其基體僅有S環(huán)和M環(huán)外，其他均與G 細(xì)菌相同。鞭毛具有推動(dòng)細(xì)菌運(yùn)動(dòng)的功能。鞭毛通過(guò)旋轉(zhuǎn)而使菌體運(yùn)動(dòng)，猶如輪船的螺旋槳。鞭毛的運(yùn)動(dòng)速度很快，一般每秒可移動(dòng)20～80μm。例如，是其體長(zhǎng)的20～30倍。鞭毛運(yùn)動(dòng)是趨性運(yùn)動(dòng)。能運(yùn)動(dòng)的細(xì)菌對(duì)外界環(huán)境的刺激很敏感，可以立即做出改變?cè)瓉?lái)運(yùn)動(dòng)方向的反應(yīng)。若生物向著高梯度方向運(yùn)動(dòng)稱為正趨性，反之則稱為負(fù)趨性。根據(jù)環(huán)境因子性質(zhì)的不同，可細(xì)分為趨化性、趨光性、趨氧性、趨磁性等。4．菌毛菌毛（fimbria，復(fù)數(shù)fimbriae）又稱纖毛、傘毛、纖毛或須毛，是一種著生于某些細(xì)菌體表的纖細(xì)、中空、短直（～，寬3～14nm）且數(shù)量較多（每菌大約有250～300條）的蛋白質(zhì)類附屬物，具有使菌體附著于物體表面的功能。菌毛存在于某些G 細(xì)菌（如大腸桿菌、傷寒沙門氏菌、銅綠假單胞菌和霍亂弧菌等）與G+ 細(xì)菌（鏈球菌屬和棒桿菌屬）中。菌毛具有以下功能：①促進(jìn)細(xì)菌的黏附。尤其是某些G 細(xì)菌致病菌，依靠菌毛而定植致?。ㄈ缌懿∧问锨蚓じ接诿谀蛏车郎掀ぜ?xì)胞）；菌毛也可以黏附于其他有機(jī)物質(zhì)表面，而傳播傳染病（如副溶血弧菌黏附于甲殼類表面）。②促使某些細(xì)菌纏集在一起而在液體表面形成菌膜（醭）以獲取充分的氧氣。③是許多G 細(xì)菌的抗原——菌毛抗原。5．性菌毛又稱性毛，構(gòu)造和成分與菌毛相同，但性菌毛數(shù)目較少（1～4根）、較長(zhǎng)、較寬。性菌毛一般多見(jiàn)于G 細(xì)菌中，具有在不同性別菌株間傳遞遺傳物質(zhì)的作用，有的還是RNA噬菌體的特異性吸附受體。三、細(xì)菌的繁殖方式細(xì)菌一般進(jìn)行無(wú)性繁殖，表現(xiàn)為細(xì)胞的橫分裂，稱為裂殖（其中最主要和最普通的是二分裂）。絕大多數(shù)類群在分裂時(shí)產(chǎn)生大小相等、形態(tài)相似的兩個(gè)子細(xì)胞，稱同形裂殖。但有少數(shù)細(xì)菌在陳舊培養(yǎng)基中卻分裂成兩個(gè)大小不等的子細(xì)胞，稱為異形裂殖。細(xì)菌二分裂的過(guò)程：首先從核區(qū)染色體DNA的復(fù)制開(kāi)始，形成新的雙鏈，隨著細(xì)胞的生長(zhǎng)，每條DNA各形成一個(gè)核區(qū)，同時(shí)在細(xì)胞赤道附近的細(xì)胞膜由外向中心作環(huán)狀推進(jìn)，然后閉合在兩核區(qū)之間產(chǎn)生橫隔膜，使細(xì)胞質(zhì)分開(kāi)。進(jìn)而細(xì)胞壁也向內(nèi)逐漸伸展，把細(xì)胞膜分成兩層，每一層分別形成子細(xì)胞膜。接著橫隔壁亦分成兩層，并形成兩個(gè)子細(xì)胞壁，最后分裂為兩個(gè)獨(dú)立的子細(xì)胞（圖120）。圖1－20 桿菌二分裂過(guò)程模式圖（圖中DNA均為雙鏈）少數(shù)細(xì)菌以其他方式進(jìn)行繁殖。例如，柄細(xì)菌的不等二分裂，形成一個(gè)有柄細(xì)胞和一個(gè)極生單鞭毛的細(xì)胞；暗網(wǎng)菌的三分裂形成網(wǎng)眼狀的菌絲體；蛭弧菌的復(fù)分裂以及生絲微菌等10余屬芽生細(xì)菌的出芽繁殖。近年來(lái)通過(guò)電子顯微鏡的觀察和遺傳學(xué)的研究，發(fā)現(xiàn)在埃希氏菌屬、志賀氏菌屬、沙門氏菌屬等細(xì)菌中還存在頻率較低的有性接合。四、細(xì)菌的群體特征（一）菌落特征將單個(gè)微生物細(xì)胞或一小堆同種細(xì)胞接種在固體培養(yǎng)基的表面（有時(shí)為內(nèi)部），當(dāng)它占有一定的發(fā)展空間并處于適宜的培養(yǎng)條件時(shí)，該細(xì)胞就迅速生長(zhǎng)繁殖。結(jié)果會(huì)形成以母細(xì)胞為中心的一堆肉眼可見(jiàn)，并有一定形態(tài)、構(gòu)造的子細(xì)胞集團(tuán)，這就是菌落（colony）。如果菌落是由一個(gè)單細(xì)胞發(fā)展而來(lái)的，則它就是一個(gè)純種細(xì)胞群或克隆(clone)。如果將某一純種的大量細(xì)胞密集地接種到固體培養(yǎng)基表面，結(jié)果長(zhǎng)成的各“菌落”相互聯(lián)接成一片，這就是菌苔（bacterial lawn）。描述菌落特征時(shí)須選擇稀疏、孤立的菌落，其項(xiàng)目包括大小、形狀、邊緣情況、隆起形狀、表面狀態(tài)、質(zhì)地、顏色和透明度等（圖121）。多數(shù)細(xì)菌菌落圓形，小而薄，表面光滑、濕潤(rùn)、較粘稠，半透明，顏色多樣，色澤一致，質(zhì)地均勻，易挑取，常有臭味。這些特征可與其他微生物菌落相區(qū)別。 圖121 細(xì)菌的菌落特征 側(cè)面觀察：；；；；；；。正面觀察：、邊緣完整；、邊緣波浪狀；、顆粒狀、邊緣葉狀；、放射狀、邊緣葉狀；、邊緣扇邊形；、邊緣齒狀；、有同心環(huán)、邊緣完整；、毛毯狀；、菌絲狀；、卷發(fā)狀、邊緣波狀；、呈絲狀；、根狀不同細(xì)菌的菌落也具有自己的特有特征，對(duì)于產(chǎn)鞭毛、莢膜和芽孢的種類尤為明顯。例如，對(duì)無(wú)鞭毛、不能運(yùn)動(dòng)的細(xì)菌尤其是各種球菌來(lái)說(shuō)，隨著菌落中個(gè)體數(shù)目的劇增，只能依靠“硬擠”的方式來(lái)擴(kuò)大菌落的體積和面積，因而就形成了較小、較厚及邊緣極其圓整的菌落。對(duì)長(zhǎng)有鞭毛的細(xì)菌來(lái)說(shuō)，其菌落就有大而扁平、形態(tài)不規(guī)則和邊緣多缺刻的特征，運(yùn)動(dòng)能力強(qiáng)的細(xì)菌還會(huì)出現(xiàn)樹根狀甚至能移動(dòng)的菌落。有莢膜的細(xì)菌，其菌落往往十分光滑，并呈透明的蛋清狀，形狀較大。凡產(chǎn)芽孢的細(xì)菌，因其芽孢引起的折光率變化而使菌落的外形變得很不透明或有“干燥”之感，并因其細(xì)胞分裂后常成鏈狀而引起菌落表面粗糙、有褶皺感，再加上它們