細菌

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細菌(英文:germs;學(xué)名:bacteria)是生物的主要類(lèi)群之一,屬于細菌域。廣義的細菌即為原核生物, 是指一大類(lèi)細胞核無(wú)核膜包裹,只存在擬核區(nuclear region)(或擬核)的裸露DNA的原始單細胞生物,包括真細菌(eubacteria)和古生菌(archaea)兩大類(lèi)群。其中除少數屬古生菌外,多數的原核生物都是真細菌。本條目說(shuō)的細菌專(zhuān)指真細菌。

細菌為原核微生物的一類(lèi),是一類(lèi)形狀細短,結構簡(jiǎn)單,多以二分裂方式進(jìn)行繁殖的原核生物。細菌一般是單細胞,細胞結構簡(jiǎn)單,主要由細胞壁、細胞膜、細胞質(zhì)、核質(zhì)體等部分構成,有的細菌還有莢膜、鞭毛、菌毛等特殊結構, 缺乏細胞核、細胞骨架以及膜狀胞器,例如粒線(xiàn)體葉綠體。絕大多數細菌的直徑大小在0.5~5μm之間。 細菌是所有生物中數量最多的一類(lèi),據估計,其總數約有 5×10的三十次方個(gè)。

細菌的個(gè)體非常小,目前已知最小的細菌只有0.2微米長(cháng),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),細菌可以形成肉眼可見(jiàn)的集合體,例如菌簇。

細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。據估計,人體內及表皮上的細菌細胞總數約是人體細胞總數的十倍。此外,也有部分種類(lèi)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(lèi)為嗜極生物,其中最著(zhù)名的種類(lèi)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)現這種細菌的。

目錄

細菌分類(lèi)

視頻:細菌的分離培養法

細菌的結構

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構組成。

基本結構

  1. 細胞壁(Cell wall)細胞壁為細菌表面比較復雜的結構。是一層較厚(5~80nm)、質(zhì)量均勻的網(wǎng)狀結構,可承受細胞內強大的滲透壓而不破壞。細胞壁堅韌而有彈性。
  2. 細胞膜(Cell membrane)或稱(chēng)胞膜(Cytoplasmic membrane)位于細胞壁內側,包繞在細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(wú)色透明膠狀物,基本成份是水、蛋白質(zhì)、脂類(lèi)、核酸及少量無(wú)機鹽。細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)行獨立復制,失去質(zhì)粒的細菌仍能正常存活。質(zhì)??赏ㄟ^(guò)接合、轉導作用等將有關(guān)性狀傳遞給另一細菌。
    2. 核糖體(Ribosome)電鏡下可見(jiàn)到胞漿中有大量沉降系數為70S的顆粒,即核糖體。其化學(xué)組成70%為RNA,30%為蛋白質(zhì)。細胞中約90%的RNA和40%的蛋白質(zhì)存在于核糖體中。當mRNA連成多聚核蛋白體(Polyribosome),就成為合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所。細菌的70S核糖體由50S和30S兩個(gè)亞基組成。鏈霉素能與細菌核糖體的30S基結合,紅霉素能與50S亞基結合,從而干擾細菌蛋白質(zhì)的合成而導致細菌的死亡;真核細胞的核糖體為80S,因此對人體細胞則無(wú)影響。
    3. 胞漿顆粒(Cytoplasma granula)大多數為營(yíng)養貯藏物,較為常見(jiàn)的是貯藏高能磷酸鹽異染顆粒(Metachrometic granula),嗜堿性較強,用特殊染色法可以看得更清晰。根據異染顆粒的形態(tài)及位置,可以鑒別細菌。
  4. 核質(zhì)(Nnclear materal)或擬核(Nucleoid)是細菌的遺傳物質(zhì),決定細菌的遺傳特征。

特殊結構

  1. 莢膜(Capsule)許多細菌胞壁外圍繞一層較厚的粘性、膠凍樣物質(zhì)。大多數細菌(如肺炎球菌、腦膜炎球菌等)的莢膜由多糖組成?!∏v膜除對鑒別細菌有幫助外,還能保護細菌免遭吞噬細胞的吞噬和消化作用,因而與細菌的毒力有關(guān)。莢膜抗吞噬的機理還不十分清楚,可能由于莢膜粘液層比較光滑,不易被吞噬細胞捕捉之故。莢膜能貯留水分使細菌能抗干燥,并對其他因子(如溶菌酶、補體、抗體、抗菌藥物等)的侵害有一定抵抗力。
  2. 鞭毛(Flagllum)在某些細菌菌體上具有細長(cháng)而彎曲的絲狀物,稱(chēng)為鞭毛。鞭毛是細菌的運動(dòng)器官,往往有化學(xué)趨向性,常朝向有高濃度營(yíng)養物質(zhì)的方向移動(dòng),而避開(kāi)對其在害的環(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、短、直、硬、多的絲狀蛋白附屬器,也叫做纖毛(Fimbriae)。菌毛與運動(dòng)無(wú)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)能在菌體內形成一個(gè)折光性很強的不易著(zhù)色小體,稱(chēng)為內芽胞(Endospore),簡(jiǎn)稱(chēng)芽胞。

視頻:顯微鏡下的細菌

細菌繁殖

細菌可以以無(wú)性或者遺傳重組兩種方式繁殖,細菌一般以簡(jiǎn)單的二分裂法進(jìn)行無(wú)性繁殖,個(gè)別細菌如結核桿菌偶有分枝繁殖的方式。二分裂方式無(wú)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)(細菌分裂倍增的必須時(shí)間)為20分鐘,以此計算,在最佳條件下8小時(shí)后,1個(gè)細胞可繁殖到200萬(wàn)上,10小時(shí)后可超過(guò)10億,24小時(shí)后,細菌繁殖的數量可龐大到難以計數據和程度。

單個(gè)細胞也會(huì )通過(guò)如下幾種方式發(fā)生遺傳變異突變(細胞自身的遺傳密碼發(fā)生隨機改變),轉化(無(wú)修飾的DNA從一個(gè)細菌轉移到溶液中另一個(gè)細菌中),轉染病毒的或細菌的DNA,或者兩者的DNA,通過(guò)噬菌體轉移到另一個(gè)細菌中),細菌接合(一個(gè)細菌的DNA通過(guò)兩細菌間形成的特殊的蛋白質(zhì)結構,接合菌毛,轉移到另一個(gè)細菌)。細菌可以通過(guò)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。許多細菌都含有包含染色體外DNA的質(zhì)粒。   

細菌運動(dòng)

運動(dòng)型細菌可以依靠鞭毛,細菌滑行或改變浮力來(lái)四處移動(dòng)。另一類(lèi)細菌,螺旋體,具有一些類(lèi)似鞭毛的結構,稱(chēng)為軸絲,連接周質(zhì)的兩細胞膜。當他們移動(dòng)時(shí),身體呈現扭曲的螺旋型。螺旋菌則不具軸絲,但其具有鞭毛。

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

運動(dòng)型細菌可以被特定刺激吸引或驅逐,這個(gè)行為稱(chēng)作趨性,例如,趨化性,趨光性,趨機械性。在一種特殊的細菌,粘細菌中,個(gè)體細菌互相吸引,聚集成團,形成子實(shí)體。      

細菌的分布

土壤中的細菌

土壤中含有大量的微生物,以細菌為主,放線(xiàn)菌次之,另外還有真菌、螺旋體等。土壤中微生物絕大多數對人是有益的,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 )傷及戰傷的厭氧性感染有很大關(guān)系。

水中的細菌

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(lái)自人和動(dòng)物的糞便及污染物。

空氣中的細菌

室外空氣中常見(jiàn)產(chǎn)芽胞桿菌、產(chǎn)色素細菌真菌孢子等;室內空氣中的微生物比室外多,尤其是人口密集的公共場(chǎng)所、醫院病房、門(mén)診等處,容易受到帶菌者和病人污染。室內空氣中常見(jiàn)的病原菌腦膜炎奈瑟氏菌、結核桿菌、溶血性球菌、白喉桿菌、百日咳桿菌等??諝饧毦l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。

  

細菌的用途與危害

細菌對環(huán)境,人類(lèi)和動(dòng)物既有用處又有危害。一些細菌成為病原體,導致了破傷風(fēng)、傷寒、肺炎、梅毒、霍亂肺結核、淋病、炭疽病、鼠疫、砂眼等。在人類(lèi)歷史上,由細菌引起的傳染病曾奪去無(wú)數人的生命。在植物中,細菌導致葉斑病、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。

細菌通常與酵母菌及其他種類(lèi)的真菌一起用于酦酵食物,例如在的傳統制造過(guò)程中,就是利用空氣中的醋酸菌(Acetobacter)使轉變成醋。其他利用細菌制造的食品還有奶酪、泡菜、醬油、醋、酒、優(yōu)格等。細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。

細菌能降解多種有機化合物的能力也常被用來(lái)清除污染,稱(chēng)做生物復育(bioremediation )。舉例來(lái)說(shuō),科學(xué)家利用嗜甲烷菌(methanotroph)來(lái)分解美國佐治亞州的三氯乙烯四氯乙烯污染。

細菌也是生物學(xué)的重要實(shí)驗材料,科學(xué)家曾用肺炎球菌發(fā)現并證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì)。隨著(zhù)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烴類(lèi)有很強分解能力的假單胞菌的新菌株。

參看

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