細(xì)菌

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細(xì)菌(英文:germs;學(xué)名:bacteria)是生物的主要類群之一,屬于細(xì)菌域。廣義的細(xì)菌即為原核生物, 是指一大類細(xì)胞核核膜包裹,只存在擬核區(qū)(nuclear region)(或擬核)的裸露DNA的原始單細(xì)胞生物,包括真細(xì)菌(eubacteria)和古生菌(archaea)兩大類群。其中除少數(shù)屬古生菌外,多數(shù)的原核生物都是真細(xì)菌。本條目說的細(xì)菌專指真細(xì)菌。

細(xì)菌為原核微生物的一類,是一類形狀細(xì)短,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,多以二分裂方式進(jìn)行繁殖的原核生物。細(xì)菌一般是單細(xì)胞,細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,主要由細(xì)胞壁、細(xì)胞膜細(xì)胞質(zhì)、核質(zhì)體等部分構(gòu)成,有的細(xì)菌還有莢膜、鞭毛、菌毛等特殊結(jié)構(gòu), 缺乏細(xì)胞核、細(xì)胞骨架以及膜狀胞器,例如粒線體葉綠體。絕大多數(shù)細(xì)菌的直徑大小在0.5~5μm之間。 細(xì)菌是所有生物中數(shù)量最多的一類,據(jù)估計(jì),其總數(shù)約有 5×10的三十次方個(gè)。

細(xì)菌的個(gè)體非常小,目前已知最小的細(xì)菌只有0.2微米長(zhǎng),因此大多只能在顯微鏡下看到它們。但處于有利環(huán)境中時(shí),細(xì)菌可以形成肉眼可見的集合體,例如菌簇。

細(xì)菌廣泛分布于土壤和水中,或者與其他生物共生。人體是大量細(xì)菌的棲息地;可以在皮膚表面、腸道、口腔、鼻子和其他身體部位找到。據(jù)估計(jì),人體內(nèi)及表皮上的細(xì)菌細(xì)胞總數(shù)約是人體細(xì)胞總數(shù)的十倍。此外,也有部分種類分布在極端的環(huán)境中,例如溫泉,甚至是放射性廢棄物中,它們被歸類為嗜極生物,其中最著名的種類之一是海棲熱袍菌(Thermotoga maritima),科學(xué)家是在意大利的一座海底火山中發(fā)現(xiàn)這種細(xì)菌的。

目錄

細(xì)菌分類

視頻:細(xì)菌的分離培養(yǎng)法

細(xì)菌的結(jié)構(gòu)

桿菌,球菌,螺旋菌,弧菌的形態(tài)各不相同,但主要都是由以下結(jié)構(gòu)組成。

基本結(jié)構(gòu)

  1. 細(xì)胞壁(Cell wall)細(xì)胞壁為細(xì)菌表面比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。是一層較厚(5~80nm)、質(zhì)量均勻的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),可承受細(xì)胞內(nèi)強(qiáng)大的滲透壓而不破壞。細(xì)胞壁堅(jiān)韌而有彈性。
  2. 細(xì)胞膜(Cell membrane)或稱胞膜(Cytoplasmic membrane)位于細(xì)胞壁內(nèi)側(cè),包繞在細(xì)菌胞漿外的具有彈性的半滲透性脂質(zhì)雙層生物膜。
  3. 胞漿(Cytoplasm)是無色透明膠狀物,基本成份是水、蛋白質(zhì)、脂類、核酸及少量無機(jī)鹽。細(xì)胞漿中還存在一些胞漿顆粒。
    1. 質(zhì)粒(Plasmid) 這是染色體外的遺傳物質(zhì),為雙股環(huán)狀DNA。分子量比染色體小,可攜帶某些遺傳信息,例如耐藥因子、細(xì)菌素及性菌毛的基本均編碼在質(zhì)粒上。質(zhì)粒能進(jìn)行獨(dú)立復(fù)制,失去質(zhì)粒的細(xì)菌仍能正常存活。質(zhì)粒可通過接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)作用等將有關(guān)性狀傳遞給另一細(xì)菌。
    2. 核糖體(Ribosome)電鏡下可見到胞漿中有大量沉降系數(shù)為70S的顆粒,即核糖體。其化學(xué)組成70%為RNA,30%為蛋白質(zhì)。細(xì)胞中約90%的RNA和40%的蛋白質(zhì)存在于核糖體中。當(dāng)mRNA連成多聚核蛋白體(Polyribosome),就成為合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所。細(xì)菌的70S核糖體由50S和30S兩個(gè)亞基組成。鏈霉素能與細(xì)菌核糖體的30S基結(jié)合,紅霉素能與50S亞基結(jié)合,從而干擾細(xì)菌蛋白質(zhì)的合成而導(dǎo)致細(xì)菌的死亡;真核細(xì)胞的核糖體為80S,因此對(duì)人體細(xì)胞則無影響。
    3. 胞漿顆粒(Cytoplasma granula)大多數(shù)為營(yíng)養(yǎng)貯藏物,較為常見的是貯藏高能磷酸鹽異染顆粒(Metachrometic granula),嗜堿性較強(qiáng),用特殊染色法可以看得更清晰。根據(jù)異染顆粒的形態(tài)及位置,可以鑒別細(xì)菌。
  4. 核質(zhì)(Nnclear materal)或擬核(Nucleoid)是細(xì)菌的遺傳物質(zhì),決定細(xì)菌的遺傳特征。

特殊結(jié)構(gòu)

  1. 莢膜(Capsule)許多細(xì)菌胞壁外圍繞一層較厚的粘性、膠凍樣物質(zhì)。大多數(shù)細(xì)菌(如肺炎球菌、腦膜炎球菌等)的莢膜由多糖組成?!∏v膜除對(duì)鑒別細(xì)菌有幫助外,還能保護(hù)細(xì)菌免遭吞噬細(xì)胞的吞噬和消化作用,因而與細(xì)菌的毒力有關(guān)。莢膜抗吞噬的機(jī)理還不十分清楚,可能由于莢膜粘液層比較光滑,不易被吞噬細(xì)胞捕捉之故。莢膜能貯留水分使細(xì)菌能抗干燥,并對(duì)其他因子(如溶菌酶、補(bǔ)體、抗體抗菌藥物等)的侵害有一定抵抗力。
  2. 鞭毛(Flagllum)在某些細(xì)菌菌體上具有細(xì)長(zhǎng)而彎曲的絲狀物,稱為鞭毛。鞭毛是細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)器官,往往有化學(xué)趨向性,常朝向有高濃度營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方向移動(dòng),而避開對(duì)其在害的環(huán)境。
  3. 菌毛(Pilus)菌毛是許多革蘭氏陰性菌菌體表面遍布的比鞭毛更為細(xì)、短、直、硬、多的絲狀蛋白附屬器,也叫做纖毛(Fimbriae)。菌毛與運(yùn)動(dòng)無關(guān)。菌毛可分為普通菌毛(Commonpilus)和性菌毛(Sexpilus)兩種。
  4. 芽胞(Spore)在一定條件下,芽胞桿菌屬(如炭疽桿菌)及梭狀芽胞桿菌屬(如破傷風(fēng)桿菌、氣性壞疽病原菌)能在菌體內(nèi)形成一個(gè)折光性很強(qiáng)的不易著色小體,稱為內(nèi)芽胞(Endospore),簡(jiǎn)稱芽胞。

視頻:顯微鏡下的細(xì)菌

細(xì)菌繁殖

細(xì)菌可以以無性或者遺傳重組兩種方式繁殖,細(xì)菌一般以簡(jiǎn)單的二分裂法進(jìn)行無性繁殖,個(gè)別細(xì)菌如結(jié)核桿菌偶有分枝繁殖的方式。二分裂方式無性繁殖,其突出的特點(diǎn)為繁殖速度極快。大腸桿菌的代時(shí)(細(xì)菌分裂倍增的必須時(shí)間)為20分鐘,以此計(jì)算,在最佳條件下8小時(shí)后,1個(gè)細(xì)胞可繁殖到200萬上,10小時(shí)后可超過10億,24小時(shí)后,細(xì)菌繁殖的數(shù)量可龐大到難以計(jì)數(shù)據(jù)和程度。

單個(gè)細(xì)胞也會(huì)通過如下幾種方式發(fā)生遺傳變異突變(細(xì)胞自身的遺傳密碼發(fā)生隨機(jī)改變),轉(zhuǎn)化(無修飾的DNA從一個(gè)細(xì)菌轉(zhuǎn)移到溶液中另一個(gè)細(xì)菌中),轉(zhuǎn)染病毒的或細(xì)菌的DNA,或者兩者的DNA,通過噬菌體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)菌中),細(xì)菌接合(一個(gè)細(xì)菌的DNA通過兩細(xì)菌間形成的特殊的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),接合菌毛,轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)菌)。細(xì)菌可以通過這些方式獲得DNA,然后進(jìn)行分裂,將重組的基因組傳給后代。許多細(xì)菌都含有包含染色體外DNA的質(zhì)粒。   

細(xì)菌運(yùn)動(dòng)

運(yùn)動(dòng)型細(xì)菌可以依靠鞭毛,細(xì)菌滑行或改變浮力來四處移動(dòng)。另一類細(xì)菌,螺旋體,具有一些類似鞭毛的結(jié)構(gòu),稱為軸絲,連接周質(zhì)的兩細(xì)胞膜。當(dāng)他們移動(dòng)時(shí),身體呈現(xiàn)扭曲的螺旋型。螺旋菌則不具軸絲,但其具有鞭毛。

細(xì)菌鞭毛以不同方式排布。細(xì)菌一端可以有單獨(dú)的極鞭毛,或者一叢鞭毛。周毛菌表面具有分散的鞭毛。

運(yùn)動(dòng)型細(xì)菌可以被特定刺激吸引或驅(qū)逐,這個(gè)行為稱作趨性,例如,趨化性趨光性,趨機(jī)械性。在一種特殊的細(xì)菌,粘細(xì)菌中,個(gè)體細(xì)菌互相吸引,聚集成團(tuán),形成子實(shí)體。      

細(xì)菌的分布

土壤中的細(xì)菌

土壤中含有大量的微生物,以細(xì)菌為主,放線菌次之,另外還有真菌、螺旋體等。土壤中微生物絕大多數(shù)對(duì)人是有益的,它們參與大自然的物質(zhì)循環(huán),分解動(dòng)物的尸體和排泄物;固定大氣中的,供給植物利用;土壤中可分離出許多能產(chǎn)生抗生素的微生物。進(jìn)入土壤中的病原微生物容易死亡,但是一些能形成芽胞的細(xì)菌如破傷風(fēng)桿菌、氣性壞疽病原菌、肉毒桿菌、炭疽桿菌等可在土壤中存活多年。因此土壤與創(chuàng)傷及戰(zhàn)傷的厭氧性感染有很大關(guān)系。

水中的細(xì)菌

水中的病菌如傷寒桿菌、痢疾桿菌霍亂弧菌、鉤端螺旋體等主要來自人和動(dòng)物的糞便及污染物。

空氣中的細(xì)菌

室外空氣中常見產(chǎn)芽胞桿菌產(chǎn)色素細(xì)菌真菌孢子等;室內(nèi)空氣中的微生物比室外多,尤其是人口密集的公共場(chǎng)所、醫(yī)院病房、門診等處,容易受到帶菌者和病人污染。室內(nèi)空氣中常見的病原菌腦膜炎奈瑟氏菌、結(jié)核桿菌溶血性球菌、白喉?xiàng)U菌百日咳桿菌等??諝饧?xì)菌衛(wèi)生檢查有時(shí)用甲型溶血性鏈球菌作為指示菌,表明空氣受到人上呼吸道分泌物中微生物的污染程度。

  

細(xì)菌的用途與危害

細(xì)菌對(duì)環(huán)境,人類和動(dòng)物既有用處又有危害。一些細(xì)菌成為病原體,導(dǎo)致了破傷風(fēng)、傷寒、肺炎、梅毒、霍亂肺結(jié)核淋病、炭疽病、鼠疫砂眼等。在人類歷史上,由細(xì)菌引起的傳染病曾奪去無數(shù)人的生命。在植物中,細(xì)菌導(dǎo)致葉斑病、火疫病萎蔫。感染方式包括接觸、空氣傳播、食物、水和帶菌微生物。

細(xì)菌通常與酵母菌及其他種類的真菌一起用于酦酵食物,例如在的傳統(tǒng)制造過程中,就是利用空氣中的醋酸菌(Acetobacter)使轉(zhuǎn)變成醋。其他利用細(xì)菌制造的食品還有奶酪、泡菜、醬油、醋、酒、優(yōu)格等。細(xì)菌也能夠分泌多種抗生素,例如鏈霉素即是由鏈霉菌(Steptomyces)所分泌的。

細(xì)菌能降解多種有機(jī)化合物的能力也常被用來清除污染,稱做生物復(fù)育(bioremediation )。舉例來說,科學(xué)家利用嗜甲烷菌(methanotroph)來分解美國(guó)佐治亞州的三氯乙烯四氯乙烯污染。

細(xì)菌也是生物學(xué)的重要實(shí)驗(yàn)材料,科學(xué)家曾用肺炎球菌發(fā)現(xiàn)并證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì)。隨著遺傳工程的興起,科學(xué)家已獲得了能產(chǎn)生胰島素等的大腸桿菌和對(duì)烴類有很強(qiáng)分解能力的假單胞菌的新菌株。

參看

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