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细菌(英文:germs;学名:bacteria)是生物的主要类群之一,属于细菌域。广义的细菌即为原核生物, 是指一大类细胞核核膜包裹,只存在拟核区(nuclear region)(或拟核)的裸露DNA的原始单细胞生物,包括真细菌(eubacteria)和古生菌(archaea)两大类群。其中除少数属古生菌外,多数的原核生物都是真细菌。本条目说的细菌专指真细菌。

细菌为原核微生物的一类,是一类形状细短,结构简单,多以二分裂方式进行繁殖的原核生物。细菌一般是单细胞,细胞结构简单,主要由细胞壁细胞膜细胞质核质体等部分构成,有的细菌还有荚膜鞭毛菌毛等特殊结构, 缺乏细胞核、细胞骨架以及膜状胞器,例如粒线体叶绿体。绝大多数细菌的直径大小在0.5~5μm之间。 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的三十次方个。

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。但处于有利环境中时,细菌可以形成肉眼可见的集合体,例如菌簇。

细菌广泛分布于土壤和水中,或者与其他生物共生。人体是大量细菌的栖息地;可以在皮肤表面、肠道、口腔、鼻子和其他身体部位找到。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。

目录

细菌分类

视频:细菌的分离培养法

细菌的结构

杆菌,球菌,螺旋菌,弧菌的形态各不相同,但主要都是由以下结构组成。

基本结构

  1. 细胞壁(Cell wall)细胞壁为细菌表面比较复杂的结构。是一层较厚(5~80nm)、质量均匀的网状结构,可承受细胞内强大的渗透压而不破坏。细胞壁坚韧而有弹性。
  2. 细胞膜(Cell membrane)或称胞膜(Cytoplasmic membrane)位于细胞壁内侧,包绕在细菌胞浆外的具有弹性的半渗透性脂质双层生物膜。
  3. 胞浆(Cytoplasm)是无色透明胶状物,基本成份是水、蛋白质脂类核酸及少量无机盐。细胞浆中还存在一些胞浆颗粒
    1. 质粒(Plasmid) 这是染色体外的遗传物质,为双股环状DNA分子量比染色体小,可携带某些遗传信息,例如耐药因子、细菌素及性菌毛的基本均编码在质粒上。质粒能进行独立复制,失去质粒的细菌仍能正常存活。质粒可通过接合、转导作用等将有关性状传递给另一细菌。
    2. 核糖体(Ribosome)电镜下可见到胞浆中有大量沉降系数为70S的颗粒,即核糖体。其化学组成70%为RNA,30%为蛋白质。细胞中约90%的RNA和40%的蛋白质存在于核糖体中。当mRNA连成多聚核蛋白体(Polyribosome),就成为合成蛋白质的场所。细菌的70S核糖体由50S和30S两个亚基组成。链霉素能与细菌核糖体的30S基结合,红霉素能与50S亚基结合,从而干扰细菌蛋白质的合成而导致细菌的死亡;真核细胞的核糖体为80S,因此对人体细胞则无影响。
    3. 胞浆颗粒(Cytoplasma granula)大多数为营养贮藏物,较为常见的是贮藏高能磷酸盐异染颗粒(Metachrometic granula),嗜碱性较强,用特殊染色法可以看得更清晰。根据异染颗粒的形态及位置,可以鉴别细菌。
  4. 核质(Nnclear materal)或拟核(Nucleoid)是细菌的遗传物质,决定细菌的遗传特征。

特殊结构

  1. 荚膜(Capsule)许多细菌胞壁外围绕一层较厚的粘性、胶冻样物质。大多数细菌(如肺炎球菌脑膜炎球菌等)的荚膜由多糖组成。 荚膜除对鉴别细菌有帮助外,还能保护细菌免遭吞噬细胞的吞噬和消化作用,因而与细菌的毒力有关。荚膜抗吞噬的机理还不十分清楚,可能由于荚膜粘液层比较光滑,不易被吞噬细胞捕捉之故。荚膜能贮留水分使细菌能抗干燥,并对其他因子(如溶菌酶补体抗体抗菌药物等)的侵害有一定抵抗力。
  2. 鞭毛(Flagllum)在某些细菌菌体上具有细长而弯曲的丝状物,称为鞭毛。鞭毛是细菌的运动器官,往往有化学趋向性,常朝向有高浓度营养物质的方向移动,而避开对其在害的环境。
  3. 菌毛(Pilus)菌毛是许多革兰氏阴性菌菌体表面遍布的比鞭毛更为细、短、直、硬、多的丝状蛋白附属器,也叫做纤毛(Fimbriae)。菌毛与运动无关。菌毛可分为普通菌毛(Commonpilus)和性菌毛(Sexpilus)两种。
  4. 芽胞(Spore)在一定条件下,芽胞杆菌属(如炭疽杆菌)及梭状芽胞杆菌属(如破伤风杆菌气性坏疽病原菌)能在菌体内形成一个折光性很强的不易着色小体,称为内芽胞(Endospore),简称芽胞。

视频:显微镜下的细菌

细菌繁殖

细菌可以以无性或者遗传重组两种方式繁殖,细菌一般以简单的二分裂法进行无性繁殖,个别细菌如结核杆菌偶有分枝繁殖的方式。二分裂方式无性繁殖,其突出的特点为繁殖速度极快。大肠杆菌的代时(细菌分裂倍增的必须时间)为20分钟,以此计算,在最佳条件下8小时后,1个细胞可繁殖到200万上,10小时后可超过10亿,24小时后,细菌繁殖的数量可庞大到难以计数据和程度。

单个细胞也会通过如下几种方式发生遗传变异突变(细胞自身的遗传密码发生随机改变),转化(无修饰的DNA从一个细菌转移到溶液中另一个细菌中),转染病毒的或细菌的DNA,或者两者的DNA,通过噬菌体转移到另一个细菌中),细菌接合(一个细菌的DNA通过两细菌间形成的特殊的蛋白质结构,接合菌毛,转移到另一个细菌)。细菌可以通过这些方式获得DNA,然后进行分裂,将重组的基因组传给后代。许多细菌都含有包含染色体外DNA的质粒。   

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。      

细菌的分布

土壤中的细菌

土壤中含有大量的微生物,以细菌为主,放线菌次之,另外还有真菌螺旋体等。土壤中微生物绝大多数对人是有益的,它们参与大自然的物质循环,分解动物的尸体和排泄物;固定大气中的,供给植物利用;土壤中可分离出许多能产生抗生素的微生物。进入土壤中的病原微生物容易死亡,但是一些能形成芽胞的细菌如破伤风杆菌气性坏疽病原菌肉毒杆菌炭疽杆菌等可在土壤中存活多年。因此土壤与创伤及战伤的厌氧性感染有很大关系。

水中的细菌

水中的病菌如伤寒杆菌痢疾杆菌霍乱弧菌钩端螺旋体等主要来自人和动物的粪便及污染物。

空气中的细菌

室外空气中常见产芽胞杆菌产色素细菌真菌孢子等;室内空气中的微生物比室外多,尤其是人口密集的公共场所、医院病房、门诊等处,容易受到带菌者和病人污染。室内空气中常见的病原菌脑膜炎奈瑟氏菌结核杆菌溶血性球菌白喉杆菌百日咳杆菌等。空气细菌卫生检查有时用甲型溶血性链球菌作为指示菌,表明空气受到人上呼吸道分泌物中微生物的污染程度。

  

细菌的用途与危害

细菌对环境,人类和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肺结核淋病炭疽病鼠疫砂眼等。在人类历史上,由细菌引起的传染病曾夺去无数人的生命。在植物中,细菌导致叶斑病火疫病萎蔫。感染方式包括接触、空气传播、食物、水和带菌微生物。

细菌通常与酵母菌及其他种类的真菌一起用于酦酵食物,例如在的传统制造过程中,就是利用空气中的醋酸菌(Acetobacter)使转变成醋。其他利用细菌制造的食品还有奶酪、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四氯乙烯污染。

细菌也是生物学的重要实验材料,科学家曾用肺炎球菌发现并证实DNA是遗传物质。随着遗传工程的兴起,科学家已获得了能产生胰岛素等的大肠杆菌和对烃类有很强分解能力的假单胞菌的新菌株。

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