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细菌

细菌的发现

细菌最早是被荷兰人列文虎克(Antonie van Leeuwemhoek,1632-1723)在一位从未刷过牙的老人牙垢上发现的,但那时的人们认为细菌是自然产生的。直到后来,巴斯德用鹅颈瓶实验指出,细菌是由空气中已有细菌产生的,而不是自行产生,并发明了“巴氏消毒法”,被后人誉为“微生物之父”。

细菌这个名词最初由德国科学家埃伦伯格(Christian Gottfried Ehrenberg,1795-1876)在1828年提出,用来指代某种细菌。这个词来源于希腊语βακτηριον,意为“小棍子”。 

1866年,德国动物学家海克尔(Ernst Haeckel,1834-1919)建议使用“原生生物”,包括所有单细胞生物(细菌、藻类真菌和原生动物)。

1878年,法国外科医生塞迪悦(Charles Emmanuel Sedillot,1804-1883)提出“微生物”来描述细菌细胞或者更普遍的用来指微小生物体。

因为细菌是单细胞生物,用肉眼无法看见,需要用显微镜来观察。1683年,安东·列文虎克(Antonie van Leeuwenhoek,1632-1723)最先使用自己设计的单透镜显微镜观察到了细菌,大概放大200倍。路易·巴斯德(Louis Pasteur,1822-1895)和罗伯特·科赫(Robert Koch,1843-1910)指出细菌可导致疾病。 

细菌的形态

一、基本形态与大小

(1)球菌:

球菌是外形呈圆球形或椭圆形的细菌,直径0.5~1微米,有以下几种类型:①单球菌:单独存在,如尿素小球菌;②双球菌:如肺炎双球菌;③链球菌:如乳酸链球菌;④四联球菌:形成的4个细胞排列在一起,成田字,如四联球菌;⑤八叠球菌:如尿素生孢八叠球菌;⑥葡萄球菌:如金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)。 

(2)杆菌:

外形为杆状的细菌称杆菌,常有长宽接近的短杆或球杆状菌,如甲烷短杆菌属(Methano—brevibacter);长宽相差较大的棒杆状或长杆状菌,如枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、梭状杆菌(Bacterium fusiformis);分枝状或叉状菌,如双歧杆菌属(Bifidobacterium);竹节状(两端平截),如炭疽芽孢杆菌(Bacillusanthracis)等。

按杆菌细胞的排列方式不同则有成对的双杆菌、呈链状的链杆菌,另外,常有栅状、“八”字状以及由鞘衣包裹在一起的丝状等多种。典型的杆菌有大肠杆菌、枯草杆菌、链杆菌、变形杆菌。

(3)螺旋状:

螺旋状的细菌称螺旋菌,一般长5~50微米,宽0.5~5微米,根据菌体的弯曲可分为:①弧菌(Vibrio):螺旋不足一环者呈香蕉状或逗点状,如霍乱弧菌(Vibrio cholerae);②螺菌(Spirillum):满2~6环的小型、坚硬的螺旋状细菌,如小螺菌(Spirillum minor);③螺旋体(Spirochaeta):旋转周数多(通常超过6环)、体长而柔软的螺旋状细菌,如梅毒螺旋体(Treponema paUidum)。 

二、细菌的结构

细菌的结构分为基本结构和特殊结构。基本结构是各种细菌都具有的结构,包括细菌的细胞壁、细胞膜、细胞质、核质。某些细菌特有的结构称为特殊结构,包括细菌的荚膜鞭毛、菌毛、芽胞。

细胞

细胞壁(cell wall) 位于菌细胞的最外层,包绕在细胞膜的周围,组成较复杂,并随细菌不同而异。革兰阳性菌和革兰阴性菌细胞壁的共有组分为肽聚糖,但各自有其特殊组分。

细胞壁厚度因细菌不同而异,一般为15-30nm。主要成分是肽聚糖,由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸构成双糖单元,以β-1,4糖苷键连接成大分子。N-乙酰胞壁酸分子上有四肽侧链,相邻聚糖纤维之间的短肽通过肽桥(革兰阳性菌)或肽键(革兰阴性菌)桥接起来,形成了肽聚糖片层,像胶合板一样,粘合成多层。

细菌的结构.jpg

肽聚糖中的多糖链在各物种中都一样,而横向短肽链却有种间差异。革兰阳性菌细胞壁厚约20~80nm,有15-50层肽聚糖片层,每层厚1nm,含20-40%的磷壁酸(teichoic acid),有的还具有少量蛋白质。革兰阴性菌细胞壁厚约10nm,仅2-3层肽聚糖,其他成分较为复杂,由外向内依次为脂多糖、细菌外膜和脂蛋白。此外,外膜与细胞之间还有间隙。

肽聚糖是革兰阳性菌细胞壁的主要成分,凡能破坏肽聚糖结构或抑制其合成的物质,都有抑菌或杀菌作用。如溶菌酶是N-乙酰胞壁酸酶,青霉素抑制转肽酶的活性,抑制肽桥形成。 

细菌细胞壁的功能包括:①保持细胞外形,提高机械强度;②抑制机械和渗透损伤(革兰阳性菌的细胞壁能耐受20kg/cm2的压力);③介导细胞间相互作用(侵入宿主)④;防止大分子入侵;⑤协助细胞运动和生长,分裂和鞭毛运动;⑥赋予细菌特定的抗原性以对抗生素和噬菌体的敏感性。

其中还有一些缺壁细菌,分为四类:①L型细菌,是指某些在实验室或宿主体内,通过自发突变,形成细胞壁缺陷的变异菌株;②原生质体,是指在人为条件下(用溶菌酶或青霉素)处理革兰阳性细菌,获得的无壁细胞;③球状体,是指在人为条件下,处理革兰阴性菌,获得的残留部分细胞壁的细胞;④支原体,是指在进化过程中获得的无壁的原核微生物

细胞

是典型的单位膜结构,厚约8~10nm,外侧紧贴细胞壁,某些革兰阴性菌还具有细胞外膜。通常不形成内膜系统,除核糖体外,没有其它类似真核细胞细胞器,呼吸和光合作用的电子传递链位于细胞膜上。某些进行光合作用的原核生物(蓝细菌和紫细菌),质膜内褶形成结合有色素的内膜,与捕光反应有关。某些革兰阳性细菌质膜内褶形成小管状结构,称为中膜体(mesosome)或间体,中膜体扩大了细胞膜的表面积,提高了代谢效率,有拟线粒体(Chondroid)之称,此外还可能与DNA的复制有关。

细胞质与核质体

细菌和其它原核生物一样,只有拟核,没有核膜,DNA集中在细胞质中的低电子密度区,称核区或核质体(nuclear body)。细菌一般具有1-4个核质体,多的可达20余个。核质体是环状的双链DNA分子,所含的遗传信息量可编码2000~3000种蛋白质,空间构建十分精简,没有内含子。由于没有核膜,因此DNA的复制、RNA的转录与蛋白质的合成可同时进行,而不像真核细胞的这些生化反应在时间和空间上是严格分隔开来的。

每个细菌细胞约含5000~50000个核糖体,部分附着在细胞膜内侧,大部分游离于细胞质中。细菌核糖体的沉降系数为70S,由大亚单位(50S)与小亚单位(30S)组成,大亚单位含有23SrRNA,5SrRNA与30多种蛋白质,小亚单位含有16SrRNA与20多种蛋白质。30S的小亚单位对四环素与链霉素很敏感,50S的大亚单位对红霉素与氯霉素很敏感。

细菌核区DNA以外的,可进行自主复制的遗传因子,称为质粒(plasmid)。质粒是裸露的环状双链DNA分子,所含遗传信息量为2~200个基因,能进行自我复制,有时能整合到核DNA中去。质粒DNA在遗传工程研究中很重要,常用作基因重组与基因转移的载体。

胞质颗粒是细胞质中的颗粒,起暂时贮存营养物质的作用,包括多糖、脂类、多磷酸盐等。

荚膜

许多细菌的最外表还覆盖着一层多糖类物质,边界明显的称为荚膜(capsule),如肺炎球菌,边界不明显的称为粘液层(slime layer),如葡萄球菌。荚膜对细菌的生存具有重要意义,细菌不仅可利用荚膜抵御不良环境;保护自身不受白细胞吞噬;而且能有选择地粘附到特定细胞的表面上,表现出对靶细胞的专一攻击能力。例如,伤寒沙门杆菌能专一性地侵犯肠道淋巴组织。细菌荚膜的纤丝还能把细菌分泌的消化酶贮存起来,以备攻击靶细胞之用。

另外在细菌入侵免疫系统时,荚膜可以防止免疫系统识别细菌,从而存活下来。

鞭毛

鞭毛是某些细菌的运动器官,由一种称为鞭毛蛋白(flagellin)的弹性蛋白构成,结构上不同于真核生物鞭毛。细菌可以通过调整鞭毛旋转的方向(顺和逆时针)来改变运动状态。

菌毛

菌毛是在某些细菌表面存在着一种比鞭毛更细、更短而直硬的丝状物,须用电镜观察。特点是:细、短、直、硬、多,菌毛与细菌运动无关,根据形态、结构和功能,可分为普通菌毛和性菌毛两类。前者与细菌吸附和侵染宿主有关,后者为中空管子,与传递遗传物质有关。 

芽孢

有些细菌在生长发育的后期,个体缩小,细胞壁增厚,形成芽孢芽孢是细菌的休眠体,对不良环境有较强的抵抗能力。小而轻的芽孢还可以随风四处飘散,落在适当环境中,又能萌发成为细菌。细菌快速繁殖和形成芽孢的特性,使它们几乎无处不在。

某些细菌处于不利的环境,或耗尽营养时,形成内生孢子,又称芽孢,是对不良环境有强抵抗力的休眠体,由于芽孢在细菌细胞内形成,故常称为内生孢子。

芽孢的生命力非常顽强,有些湖底沉积土中的芽孢杆菌经500-1000年后仍有活力,肉毒梭菌的芽孢在pH 7.0时能耐受100℃煮沸5-9.5小时。芽孢由内及外有以下几部分组成:

1.芽孢原生质(spore protoplast,核心core):含浓缩的原生质。

2.内膜(inner membrane):由原来繁殖型细菌的细胞膜形成,包围芽孢原生质。还有细模质。

3.芽孢壁(spore wall):由繁殖型细菌的肽聚糖组成,包围内膜。发芽后成为细菌的细胞壁。

4.皮质(cortex):是芽孢包膜中最厚的一层,由肽聚糖组成,但结构不同于细胞壁的肽聚糖,交联少,多糖支架中为胞壁酐而不是胞壁酸,四肽侧链由L-Ala组成。

5.外膜(outer membrane):也是由细菌细胞膜形成的。

6.外壳(coat):芽孢壳,质地坚韧致密,由类角蛋白组成(keratinlike protein),含有大量二硫键,具疏水性特征。

7.外壁(exosporium):芽孢外衣,是芽孢的最外层,由脂蛋白及碳水化合物(糖类)组成,结构疏松。 

细菌的繁殖

细菌是非常微小而又原始的生物,所以它们的繁殖方式及在培养基上的生长情况与高等动植物细胞有较大的差异。

一、细菌的繁殖方式

细菌主要以无性二分裂方式繁殖(裂殖),即细菌生长到一定时期,在细胞中间逐渐形成横隔,由一个母细胞分裂为两个大小相等的子细胞细胞分裂是连续的过程,分裂中的两个子细胞形成的同时,在子细胞的中间又形成横隔,开始细菌的第二次分裂。有些细菌分裂后的子细胞分开,形成单个的菌体,有的则不分开,形成一定的排列方式,如链球菌、链杆菌等。

采用电子显微镜研究细菌的分裂过程表明:细菌细胞分裂大致可经过核物质与细胞质分裂、横隔壁形成和子细胞分离等过程。细菌细胞分裂时,核质DNA与中介体或细胞膜相连,首先DNA复制并向细胞两端移动,与此同时,细菌细胞膜向内凹陷并形成一垂直于细胞长轴的细胞质隔膜,使细胞质和核质均匀分配到两个子细胞中。其次细胞形成横隔壁,在细胞膜不断内陷,形成子细胞各自的细胞质膜同时,母细胞细胞壁也从四周向中心逐渐延伸。最后,逐渐形成子细胞各自完整的细胞壁。接着,子细胞分裂,形成两个大小基本相等的子细胞

细菌的繁殖.jpg

细菌繁殖速度快,一般细菌约20~30min便分裂一次,即为一代。接种子肉汤培养中的细菌在适宜的温度下迅速生长繁殖,肉汤很快即可变浑浊,表明有细菌的大量生长,有些细菌,如结核分枝杆菌的繁殖速度较慢,需要15-18小时才能繁殖一代。 

二、细菌的菌落特征

当细菌划线接种到固体平板培养基上后,在适宜的培养条件下。细菌便迅速生长繁殖。由于细菌细胞受固体培养基表面或深层的限制,故不能像在液体培养基中那样自由扩散,因此繁殖的菌体常聚集在一起,形成了肉眼可见的细菌集落,通常称之为菌落(colony)。由于平板划线的分散作用,单个菌落来源于细菌的一个细胞,生长一定时间后便肉眼可见,挑选一个菌落移种到另一固体斜面培养基上,即可获得细菌的纯培养。

各种细菌在一定条件下形成的菌落均具一定的特征,包括菌落的大小、形状、光泽、颜色、硬度、透明程度等.所以细菌菌落特征是细菌菌种鉴定的重要依据,在细菌分类学上具有重大意义。

菌落特征决定于组成菌落的细胞结构与生长行为,如细菌的荚膜,它的存在与否和菌落形态等有直接关系。肺炎链球菌因具有荚膜就形成光滑型菌落,其表面光滑黏稠,不具荚膜的菌株形成的菌落为粗糙型,菌落表面干燥、有皱折,表明菌落特征和细菌细胞的结构密切相关。

菌落的形状和大小不仅决定于菌落中细胞的特性,而且也受到周围菌落的影响,菌落靠得太近,由于营养物质有限,有害代谢物的分泌和积累,因而生长受到抑制。所以在平板分离菌种时,常可看到平板上互相靠近的菌落都较小,而那些分散开的菌落均较大。,即使在同一菌落中,由于各个细菌细胞所处的空间位置不同,在营养物的摄取及空气供应等方面亦都不一样,所以在生理上、形态上亦或多或少会有所差异。

在平板培养基上形成的菌落往往有三种情况,即表面菌落、深层菌落和底层菌落,上面所介绍的菌落特征都是指表面菌落。某些细菌在明胶培养基中生长繁殖时,能产生明胶酶水解明胶。如果将这些菌种穿刺接种在盛有明胶培养基的试管中,则由于明胶被水解形成不同形状的溶解区,由于一定的细菌形成一定形状的溶解区,所以是细菌分类的项目之一。

基因重组

将性状不同的个体细胞的遗传基因,转移到另一细胞内,使之发生遗传变异的过程。细菌的基因重组有:

1.转化。受菌直接摄取供菌的游离DNA片断,并将它整合到自己的基因组中,而获得供菌部分遗传性状的现象。

2.转导。以噬菌体为媒介,供菌中的DNA片段被带至受菌中,使后者获得部分遗传性状。

3.溶原转变。当温和噬菌体感染其寄主,将噬菌体基因带入寄生基因组时,使后者获得新的性状的现象。当寄生菌丧失该噬菌体时,所获得新的性状亦消失。

4.接合。供菌与受菌通过直接接触或性菌毛介导,供菌的大段DNA(包括质粒)进入受菌,而与后者发生基因重组的现象。

致病性:

细菌对寄主的侵犯,包括细菌吸附于体表,侵入组织或细胞,生长繁殖,产生毒素,乃至扩散蔓延以及抗拒寄主的一系列防御机能,造成机体损伤。

吸附:细菌能以它表面的特殊成分和结构附着于寄主体表或各器官的上皮粘膜,如大肠杆菌的某些菌株借其表面抗原(K88)吸附于肠上皮,淋球菌借其表面丝状突出物吸附于尿道上皮,化脓性链球菌借其表面特异性M蛋白吸附于咽部粘膜等。

侵入机体:分三种不同现象:

1.细菌在表面生长繁殖,释放毒素,毒素进入人体,如破伤风、白喉等。

2.有些细菌在吸附后,细胞膜上形成裂隙,细菌进入细胞内繁殖产生毒素,使细胞死亡,如痢疾杆菌和沙门氏杆菌。

3.另有些细菌,通过粘膜上皮细胞进入皮下组织,并进一步扩散如链球菌所致丹毒及蜂窝组织炎等。

在体内繁殖:细菌在体内繁殖,要求适合它生长的营养条件和抵抗寄主的能力,如变形杆菌,由于具有尿素酶,能利用尿素生长,并产生氨损伤组织,所以比其他细菌引起更为严重的肾盂肾炎。又如布氏杆菌能在胎型绒毛膜和羊水中大量生长,造成流产,因为胚胎组织中有丰富的赤癣醇是布氏杆菌生长的刺激素。

扩散:某些细菌能产生可溶性物质,分解结缔组织基质中的透明质酸,造成皮下扩散,如化脓性链球菌。另外有些细菌如布氏杆菌、鼠疫杆菌,在淋巴结内不被清除,反而能生长繁殖,通过淋巴液扩散至体内其他部位。在机体抵抗力差时,局部感染的细菌可侵入血循环造成菌血症。

对寄主防御机能的抵抗:如链球菌的溶血素、肺炎球菌的荚膜、金黄色葡萄球菌的凝固酶、结核杆菌的抑制和抵抗溶菌酶的作用,有些致病菌还能产生某些物质杀伤吞噬细胞等,这些均能使细菌在机体内存活而致病。

毒素:有外毒素和内毒素两类,肉毒杆菌的毒素和葡萄球菌的肠毒素即是外毒素(在体外产生)。还有在传染病中起主要作用或起部分致病作用的如白喉、破伤风的毒素以及链球菌的红斑毒素等。引起肠道感染的细菌,可产生一些毒素激活腺苷酸环化酶使cAMP增加,肠道分泌增多而致腹泻。内毒素是和革兰氏阴性细菌细胞壁相关的磷脂多糖蛋白质,大分子复合物,脂多糖是其主要成分,内毒素可以引起微循环灌注不足,休克、弥漫性毛细血管内凝血和施瓦茨曼氏反应(局部皮肤反应)等。

代谢

细菌具有许多不同的代谢方式。一些细菌只需要二氧化碳作为它们的碳源,被称作自养生物。那些通过光合作用从光中获取能量的,称为光合自养生物。那些依靠氧化化合物中获取能量的,称为化能自养生物。另外一些细菌依靠有机物形式的碳作为碳源,称为异养生物

光合自养菌包括蓝细菌,它是已知的最古老的生物,可能在制造地球大气的氧气中起了重要作用。其他的光合细菌进行一些不制造氧气的过程。包括绿硫细菌,绿非硫细菌,紫硫细菌,紫非硫细菌和太阳杆菌。

正常生长所需要的营养物质包括氮,硫,磷,维生素和金属元素,例如钠,钾,钙,镁,铁,锌和钴。

根据它们对氧气的反应,大部分细菌可以被分为以下三类:一些只能在氧气存在的情况下生长,称为需氧菌;另一些只能在没有氧气存在的情况下生长,称为厌氧菌;还有一些无论有氧无氧都能生长,称为兼性厌氧菌。细菌也能在人类认为是极端的环境中旺盛得生长,这类生物被称为极端微生物。一些细菌存在于温泉中,被称为嗜热细菌;另一些居住在高盐湖中,称为喜盐微生物;还有一些存在于酸性或碱性环境中,被称为嗜酸细菌和嗜碱细菌;另有一些存在于阿尔卑斯山冰川中,被称为嗜冷细菌。

运动

运动型细菌可以依靠鞭毛,细菌滑行或改变浮力来四处移动。另一类细菌,螺旋体,具有一些类似鞭毛的结构,称为轴丝,连接周质的两细胞膜。当他们移动时,身体呈现扭曲的螺旋型。螺旋菌则不具轴丝,但其具有鞭毛

细菌鞭毛以不同方式排布。细菌一端可以有单独的极鞭毛,或者一丛鞭毛。周毛菌表面具有分散的鞭毛

运动型细菌可以被特定刺激吸引或驱逐,这个行为称作趋性,例如,趋化性,趋光性,趋机械性。在一种特殊的细菌,粘细菌中,个体细菌互相吸引,聚集成团,形成子实体。

细菌的种类

并可根据形状分为三类,即:球菌、杆菌和螺旋菌(包括弧菌、螺菌、螺杆菌)。按细菌的生活方式来分类,分为两大类:自养菌和异养菌,其中异养菌包括腐生菌和寄生菌。按细菌对氧气的需求来分类,可分为需氧(完全需氧和微需氧)和厌氧(不完全厌氧、有氧耐受和完全厌氧)细菌。按细菌生存温度分类,可分为喜冷、常温和喜高温三类。细菌的发现者:荷兰商人安东·列文虎克。细菌很小,只能用显微镜才能看见。

细菌(Bacteria)是生物的主要类群之一,属于细菌域。细菌是所有生物中数量最多的一类,据估计,其总数约有5×10^30个。细菌的个体非常小,目前已知最小的细菌只有0.2微米长,因此大多只能在显微镜下看到它们。细菌一般是单细胞细胞结构简单,缺乏细胞核、细胞骨架以及膜状胞器,例如线粒体和叶绿体。基于这些特征,细菌属于原核生物(Prokaryota)。原核生物中还有另一类生物称作古细菌(Archaea),是科学家依据演化关系而另辟的类别。为了区别,本类生物也被称做真细菌(Eubacteria)。

细菌广泛分布于土壤和水中,或者与其他生物共生。人体身上也带有相当多的细菌。据估计,人体内及表皮上的细菌细胞总数约是人体细胞总数的十倍。此外,也有部分种类分布在极端的环境中,例如温泉,甚至是放射性废弃物中,它们被归类为嗜极生物,其中最著名的种类之一是海栖热袍菌(Thermotoga maritima),科学家是在意大利的一座海底火山中发现这种细菌的。然而,细菌的种类是如此之多,科学家研究过并命名的种类只占其中的小部分。细菌域下所有门中,只有约一半是能在实验室培养的种类。

细菌的种类.jpg

细菌的营养方式有自养及异养,其中异营的腐生细菌是生态系中重要的分解者,使碳循环能顺利进行。部分细菌会进行固氮作用,使氮元素得以转换为生物能利用的形式。细菌也对人类活动有很大的影响。一方面,细菌是许多疾病的病原体,包括肺结核、淋病、炭疽病、梅毒、鼠疫、砂眼等疾病都是由细菌所引发。然而,人类也时常利用细菌,例如乳酪及酸奶的制作、部分抗生素的制造及废水的处理等,都与细菌有关。在生物科技领域中,细菌有也著广泛的运用。

细菌是一种单细胞生物体,生物学家把这种生物归入“裂殖菌类”。细菌细胞细胞壁非常像普通植物细胞细胞壁,但没有叶绿素。因此,细菌往往与其他缺乏叶绿素的植物结成团块,并被看作属于“真菌”。细菌因为特别小而区别于其他植物细胞。实际上,细菌也包括存在着的最小的细胞。此外,细菌没有明显的核,而具有分散在整个细胞内的核物质。因此,细菌有时与称为“蓝绿藻”的简单植物细胞结成团块,蓝绿藻也有分散的核物质,但它还有叶绿素。人们越来越普遍地把细菌和其他大一些的单细胞生物归在一起,形成既不属于植物界也不属于动物界的一类生物,它们组成生命的第三界——“原生物界”。有些细菌是“病原的”细菌,其含义是致病的细菌。然而,大多数类型的细菌不是致病的,而的确常常是非常有用的。例如,土壤的肥沃在很大程度上取决于住在土壤中的细菌的活性。“微生物”,恰当地说,是指任何一种形式的微观生命。“菌株”一词用得更加普遍,因为它指的是任何一点小的生命,甚至是一个稍大一点的生物的一部分。例如,包含着实际生命组成部分的一个种子的那个部分就是胚芽,因此我们说“小麦胚芽”。此外,卵细胞和精子(载着最终将发育成一个完整生物的极小生命火花)都称为“生殖细胞”。然而,在一般情况下,微生物和菌株都用来作为细菌的同义词;而且确实尤其适用于致病的细菌。

根据形态分类

细菌具有不同的形状。大部分细菌根据形状分为三类:杆菌是棒状;球菌是球形(例如链球菌或葡萄球菌);螺旋菌是螺旋形,包括弧菌、螺旋菌和螺旋体。

细菌的结构十分简单,原核生物,没有成形的细胞核,没有膜结构的细胞器例如线粒体和叶绿体,但是有细胞壁,有的细菌还有鞭毛荚膜,根据细胞壁的组成成分,细菌分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。“革兰氏”来源于丹麦细菌学家革兰(Hans Christian Gram),他发明了革兰氏染色。

有些细菌细胞壁外有多糖形成的荚膜,形成了一层遮盖物或包膜。荚膜可以帮助细菌在干旱季节处于休眠状态,并能储存食物和处理废物。鞭毛可以帮助细菌运动。

细菌的分类的变化根本上反应了发展史思想的变化,许多种类甚至经常改变或改名。随着基因测序,基因组学,生物信息学和计算生物学的发展,细菌学被放到了一个合适的位置。最初除了蓝细菌外(它完全没有被归为细菌,而是归为蓝绿藻),其他细菌被认为是一类真菌。随着它们的特殊的原核细胞结构被发现,这明显不同于其他生物(它们都是真核生物),导致细菌归为一个单独的种类,在不同时期被称为原核生物,细菌,原核生物界。一般认为真核生物来源于原核生物

通过研究rRNA序列,美国微生物学家伍兹(Carl Woese)于1976年提出,原核生物包含两个大的类群。他将其称为真细菌(Eubacteria)和古细菌(Archaebacteria),后来被改名为细菌(Bacteria)和古菌(Archaea)。伍兹指出,这两类细菌与真核细胞是由一个原始的生物分别起源的不同的种类。研究者已经抛弃了这个模型,但是三域系统获得了普遍的认同。这样,细菌就可以被分为几个界,而在其他体系中被认为是一个界。它们通常被认为是一个单源的群体,但是这种方法仍有争议。

古细菌

古细菌(archaeobacteria)(又可叫做古生菌或者古菌)是一类很特殊的细菌,多生活在极端的生态环境中。具有原核生物的某些特征,如无核膜及内膜系统;也有真核生物的特征,如以甲硫氨酸起始蛋白质的合成、核糖体对氯霉素不敏感、RNA聚合酶和真核细胞的相似、DNA具有内含子并结合组蛋白;此外还具有既不同于原核细胞也不同于真核细胞的特征,如:细胞膜中的脂类是不可皂化的;细胞壁不含肽聚糖,有的以蛋白质为主,有的含杂多糖,有的类似于肽聚糖,但都不含胞壁酸、D型氨基酸和二氨基庚二酸。

物理因素

①温度。细菌对低温的耐受性较强,大多数细菌在液态空气(-190℃)或液态氧(-252℃)下可保存多年。高温对细菌有明显的杀伤作用,大多数无芽孢菌在100℃煮沸时立即死亡,而有芽孢的细菌对高热有抗力,如炭疽芽孢可耐受煮沸5-15分钟,湿热灭菌比干热效果强,因为湿热灭菌渗透性大。

②干燥。大多数细菌的繁殖体在干燥空气中很快死亡,有些菌如结核杆菌对干燥耐力强,在干痰中保存数月后仍有传染性,干燥不能作为有效的灭菌手段,只能用于保存食物,但细菌在湿度<15%、真菌在湿度<5%时,均不利其生长,因此干燥的食物可保持相当一段时间而不坏。

③射线。紫外线对细菌的作用包括诱发突变及致死,紫外线的波长260nm时作用最强。主要作用于细菌的DNA,但紫外线的穿透力很弱,一薄层盖玻片就能吸收大部分紫外线,紫外线适量照射可以杀死细菌,但在照射后3小时再用可见光照射,则部分细菌又能恢复其活力,这种现象称为光复活作用。可见光杀菌作用虽不大,但在通过某些染料时,染料放出的荧光具有与紫外线同样的作用,可杀死细菌,称为光感作用。其原理尚不太清楚。

④电离射线。放射性核素可以放出α、β、γ三种射线。β射线穿透力强,在几秒钟内就能灭菌;γ射线穿透力比α、β射线都强,但对细菌作用弱,消毒需要的时间长;α射线穿透力弱,有杀菌和抑菌作用。电离射线损伤细胞的DNA,使细胞死亡,电离辐射通过介质时还可引起猛烈冲击。其他影响表面张力的溶液如有机酸、醇、肥皂等也可使一些细菌不生长或溶解。

根据类别分类

域:原核生物域 Bacteria

界:细菌界

门:

产水菌门Aquificae

热袍菌门Therm

热脱硫杆菌门Thermodesulfobacteria

异常球菌-栖热菌门Deinococcus-Tmus

产金菌门Chrysiogenetes

绿弯菌门Chloroflexi

热微菌门Thermomicrobia

硝化螺旋菌门Nitrospirae

脱铁杆菌门Deferribacteres

蓝藻门Cyanobacteria

绿菌门Chlorobi

变形菌门Proteobacteria

厚壁菌门Firmicutes

放线菌门Actinobacteria

浮霉菌门Planctomycetes

衣原体门Chlamydiae

螺旋体门Spirochaetes

纤维杆菌门Fibrobacteres

酸杆菌门Acidobacteria

拟杆菌门Bacteroidetes

黄杆菌门Flteria

鞘脂杆菌门Sphingobacteria

梭杆菌门Fusobacria

疣微菌门Verrucomicrob

网团菌门Dictyoglomi

芽单胞菌门Gemm

用途与危害

细菌对环境,人类动物既有用处又有危害。一些细菌成为病原体,导致了破伤风、伤寒、肺炎、梅毒、霍乱和肺结核。在植物中,细菌导致叶斑病、火疫病和萎蔫。感染方式包括接触、空气传播、食物、水和带菌微生物。病原体可以用抗菌素处理,抗菌素分为杀菌型和抑菌型。

细菌通常与酵母菌及其他种类的真菌一起用于酦酵食物,例如在醋的传统制造过程中,就是利用空气中的醋酸菌(Acetobacter)使酒转变成醋。其他利用细菌制造食品还有奶酪、泡菜、酱油、醋、酒、优格等。细菌也能够分泌多种抗生素,例如链霉素即是由链霉菌(Steptomyces)所分泌的。

细菌能降解多种有机化合物的能力也常被用来清除污染,称做生物复育(bioremediation)。举例来说,科学家利用嗜甲烷菌(methanotroph)来分解美国佐治亚州的三氯乙烯和四氯乙烯污染。

细菌也对人类活动有很大的影响。例如奶酪及优格的制作、部分抗生素的制造、废水的处理等,都与细菌有关。在生物科技领域中,细菌有也着广泛的运用。

细菌发电

生物学家预言,21世纪将是细菌发电造福人类的时代。说起细菌发电,可以追溯到1910年,英国植物学家利用铂作为电极放进大肠杆菌的培养液里,成功地制造出世界上第一个细菌电池。1984年,美国科学家设计出一种太空飞船使用的细菌电池,其电极的活性物质是宇航员的尿液和活细菌。不过,那时的细菌电池放电效率较低。到了20世纪80年代末,细菌发电才有了重大突破,英国化学家让细菌在电池组里分解分子,以释放电子向阳极运动产生电能。其方法是,在糖液中添加某些诸如染料之类的芳香族化合物作为稀释液,来提高生物系统输送电子的能力。在细菌发电期间,还要往电池里不断地充气,用以搅拌细菌培养液和氧化物质的混合物。据计算,利用这种细菌电池,每100克糖可获得1352930库仑的电能,其效率可达40%,远远高于使用的电池的效率,而且还有10%的潜力可挖掘。只要不断地往电池里添入糖就可获得2安培电流,且能持续数月之久。

利用细菌发电原理,还可以建立细菌发电站。在10米见方的立方体盛器里充满细菌培养液,就可建立一个1000千瓦的细菌发电站,每小时的耗糖量为200千克,发电成本是高了一些,但这是一种不会污染环境的"绿色"电站,更何况<a target="_bl

参考文献

文章来源:百度百科及农夫百科

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最近更新:2018-04-02

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词条标签:细菌 , 生物物种 , 微生物 , 医学术语

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