細(xì)菌(bacteria)是微生物的一大類群，在自然界分布廣、種類多，與人類生產(chǎn)和生活的關(guān)系也十分密切，是微生物學(xué)的主要研究對(duì)象。由于細(xì)菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)在原核生物中具有代表性，而且近年來(lái)研究得較為深入，故作為本章重點(diǎn)。

一、細(xì)菌的形態(tài)和排列

盡管細(xì)菌種類繁多，就單個(gè)有機(jī)體而言，其基本形態(tài)可分為球狀、桿狀與螺旋狀三種：分別被稱為球菌、桿菌和螺旋菌。

(一) 球菌 細(xì)胞呈球形或橢圓形。它們中的許多種，在分裂后產(chǎn)生的新細(xì)胞常保持一定的空間排列方式，在分類鑒定上有重要意義。

1、單球菌 細(xì)胞單個(gè)，分散。

2、雙球菌 細(xì)胞沿一個(gè)平面分裂，新個(gè)體成對(duì)排列。如肺炎雙球菌。

3、鏈球菌 細(xì)胞沿一個(gè)平面分裂，新個(gè)體不但可保持成對(duì)的樣子，并可連成鏈狀。如溶血鏈球菌、乳鏈球菌。鏈的長(zhǎng)短往往具特征性，例如乳鏈菌每2-3個(gè)細(xì)胞形成一串，而無(wú)乳鏈球菌則形成很長(zhǎng)的鏈。

4、四聯(lián)球菌 細(xì)胞分裂沿兩個(gè)互相垂直的平面進(jìn)行，分裂后四個(gè)細(xì)胞特征性地連在一起，呈田字形。如四聯(lián)微球菌。

5、八疊球菌 細(xì)胞沿著三個(gè)互相垂直的方面進(jìn)行分裂，分裂后每八個(gè)細(xì)胞特征性地疊在一起呈一立方體。。

6、葡萄球菌 細(xì)胞無(wú)定向分裂，多個(gè)新個(gè)體形成一個(gè)不規(guī)則的群集，猶如一串葡萄。如金黃色葡萄球菌、白色葡萄球菌。

上述排列是細(xì)菌種的特征。但是，一定種的全部細(xì)胞，不一定都按照一種方式排列，占優(yōu)勢(shì)的排列方式才是重要的。

(二)桿菌 細(xì)胞呈桿狀或圓柱形。各種桿菌的長(zhǎng)度與直徑比例差異很大，有的粗短，有的細(xì)長(zhǎng)。短桿菌近似球狀，長(zhǎng)的桿菌近絲狀。一般來(lái)說(shuō)，同一種桿菌其粗細(xì)比較穩(wěn)定，而長(zhǎng)度則經(jīng)常因培養(yǎng)時(shí)間、培養(yǎng)條件不同而有較大變化。有的桿菌很直，有的稍彎曲。有的兩端截平，如炭疽芽孢桿菌，有的略尖，如鼠疫巴斯德氏菌，有的半圓。

桿菌細(xì)胞常沿一個(gè)平面分裂，大多數(shù)菌體分散存在，但有的桿菌呈長(zhǎng)短不同的鏈狀，有的一個(gè)緊挨一個(gè)呈柵欄狀或八字形。以上排列方式，在一些情況下并非形態(tài)學(xué)特征，而是生長(zhǎng)階段或培養(yǎng)條件等原因造成。因此，對(duì)大多數(shù)桿菌來(lái)說(shuō)，其細(xì)胞排列方式在分類鑒定中作用不大。

桿狀菌是細(xì)菌中種類最多。工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中所用的細(xì)菌大多是桿菌。桿菌中也有不少是致病菌。

(三)螺旋菌 細(xì)胞呈彎曲桿狀的細(xì)菌統(tǒng)稱螺旋菌。螺旋形細(xì)菌細(xì)胞壁堅(jiān)韌，菌體較硬，常以單位細(xì)胞分散存在。不同種的細(xì)胞個(gè)體，在長(zhǎng)度、螺旋數(shù)目和螺距等方面有顯著區(qū)別，據(jù)此可再分為弧菌與螺旋菌兩種狀態(tài)。

弧菌 菌體只有一個(gè)彎曲，其程度不足一圈，猶如'C'字，或似逗號(hào)，如霍亂弧菌，又名逗號(hào)弧菌。這類菌往往與一些略彎曲的桿菌很難區(qū)分。

螺旋菌 菌體回轉(zhuǎn)如螺旋狀。螺旋數(shù)目和螺距大小因種而異。有的菌體較短，螺旋緊密；有些很長(zhǎng)，并呈現(xiàn)較多的螺旋和彎曲，例如減少螺菌等。在觀察形態(tài)時(shí)，應(yīng)特別注意螺旋的和波浪的細(xì)胞形態(tài)、旋轉(zhuǎn)或波紋的數(shù)目以及細(xì)胞長(zhǎng)度。

弧菌與螺旋菌的顯著特征，前者往往為偏端單生鞭毛或叢生鞭毛，后者兩端都有鞭毛。

值得注意的是，螺旋菌與螺旋體目的生物在形態(tài)上很相似，螺旋體也是一類原核微生物，但不是細(xì)菌。有關(guān)螺旋體的知識(shí)，將在第四節(jié)中敘述。

球菌、桿菌和螺旋菌是細(xì)菌的三種基本形態(tài)。此外，還有些具有其他形態(tài)的細(xì)菌，如柄桿菌屬，細(xì)胞呈桿狀或梭形，并具有一根特征性的細(xì)柄，可附著于基質(zhì)上。又如球衣菌屬，能形成衣鞘，桿狀的細(xì)胞呈鏈狀排列在衣鞘內(nèi)而成為絲狀。

細(xì)菌的形態(tài)明顯地受環(huán)境條件的影響，如培養(yǎng)溫度、培養(yǎng)時(shí)間、培養(yǎng)基的組成與濃度等發(fā)生改變，均可能引起細(xì)菌形態(tài)的改變。一般處于幼齡階段和生長(zhǎng)條件適宜時(shí)，細(xì)菌形態(tài)正常、整齊，表現(xiàn)出特定的形態(tài)。在較老的培養(yǎng)物中，或不正常的條件下，細(xì)胞常出現(xiàn)不正常形態(tài)，尤其是桿菌，有的細(xì)胞膨大，有的出現(xiàn)梨形，有的產(chǎn)生分枝，有時(shí)菌體顯著伸長(zhǎng)以至呈絲狀等，這些不規(guī)則的形態(tài)統(tǒng)稱為異常形態(tài)。若將它們轉(zhuǎn)移到新鮮培養(yǎng)基中或適宜的培養(yǎng)條件下又可恢復(fù)原來(lái)的形態(tài)。

依其生理機(jī)能的不同，可將異常形態(tài)區(qū)分為畸形和衰頹形兩種。

畸形 由于化學(xué)或物理因子的刺激，阻礙了細(xì)胞的發(fā)育而引起的形態(tài)異常。例如巴氏醋桿菌通常為短桿狀，由于培養(yǎng)溫度改變。使之變?yōu)榧忓N狀、絲狀或鏈鎖狀。

衰頹形 由于培養(yǎng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，細(xì)胞衰老，營(yíng)養(yǎng)缺乏，或因自身代謝產(chǎn)物積累過(guò)多等原因而造成的形態(tài)異常。這種細(xì)胞，繁殖能力喪失，形體膨大，形成液泡，著色力弱，有時(shí)菌體尚存，實(shí)已死亡了。例如乳酷芽孢桿菌，正常形態(tài)長(zhǎng)桿狀，衰老時(shí)則成為分枝狀的衰頹形。

上述原因?qū)е碌男螒B(tài)異常往往是暫時(shí)的，在一定條件下又可恢復(fù)正常。因此，在觀察比較細(xì)菌形態(tài)時(shí)，必須注意因培養(yǎng)條件的變化而引起的形態(tài)變化。

二、細(xì)菌的大小

細(xì)菌大小隨種類不同差別很大。有的與最大的病毒粒子大不相近，在光學(xué)顯微鏡下勉強(qiáng)可見(jiàn)，有的與藻類細(xì)胞差不多，幾乎肉眼就可辨認(rèn)，但多數(shù)細(xì)菌居于二者之間。

盡管細(xì)菌細(xì)胞微小，采用顯微鏡測(cè)算。球菌大小以其直徑表示，桿菌和螺旋菌以其長(zhǎng)度與寬度表示。不過(guò)螺旋菌的長(zhǎng)度是菌體兩端點(diǎn)間的距離，而不是真正的長(zhǎng)度，它的真正長(zhǎng)度應(yīng)按其螺旋的直徑和圈數(shù)來(lái)計(jì)算。

微米［micrometer，縮寫(xiě)μm，1微米=10-3毫米(mm)］是測(cè)量細(xì)菌大小的常用單位。最小的細(xì)菌只0.2微米，最大的可長(zhǎng)達(dá)80微米，但一般不超過(guò)幾微米。球菌直徑多為0.5-1微米；桿菌直徑與球菌相似，長(zhǎng)度約為直徑的一倍或幾倍。桿菌還可細(xì)分為小型桿菌(0.2-0.4×0.7-1.5微米)、中型桿菌(0.5-1×2-3微米)和大型桿菌(1-1.25×3-8微米)；螺旋菌為0.3-1×1-50微米。細(xì)菌大小的比較見(jiàn)表2-2。

三、細(xì)菌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)

研究和認(rèn)識(shí)細(xì)菌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，是分子生物學(xué)的重要內(nèi)容之一。細(xì)菌是最小的細(xì)胞生物，20世紀(jì)50年代以前，對(duì)其結(jié)構(gòu)與組成知道甚少。由于電子顯微鏡的使用和生化技術(shù)的進(jìn)展，已逐漸認(rèn)識(shí)到原核細(xì)胞與真核細(xì)胞間的重大區(qū)別。典型的原核細(xì)胞--細(xì)菌，其結(jié)構(gòu)可分為兩部分：一是不變部分或基本結(jié)構(gòu)，如細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞核和核糖體，為全部細(xì)菌細(xì)胞所共有；二是可變部分或特殊結(jié)構(gòu)，如鞭毛、散毛、莢膜、芽孢和氣泡等。這些結(jié)構(gòu)只在部分細(xì)菌發(fā)現(xiàn)，可能具某些特定功能。在適宜條件下，所有這些結(jié)構(gòu)都可以通過(guò)電子顯微鏡像觀察，并能對(duì)它們?cè)诩?xì)胞中的排列、分布加以分析研究。

單純觀察結(jié)構(gòu)是不夠的，關(guān)鍵是要了解細(xì)胞每個(gè)結(jié)構(gòu)的化學(xué)組成。細(xì)胞的組成也可分為兩類，一類是不變的，為所有細(xì)菌或原核生物所共有，是生命活動(dòng)所絕對(duì)需要的；另一類是可變的，在部分細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，可能具備某種特殊功能。

為了檢查這些化學(xué)組成，常常把某一結(jié)構(gòu)進(jìn)行分離提純和分析?，F(xiàn)已很詳盡地了解了許多不同細(xì)菌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)組成，這對(duì)于進(jìn)一步了解細(xì)胞機(jī)能是很重要的。

(一)細(xì)胞壁

細(xì)胞壁是位于細(xì)胞表面，內(nèi)側(cè)緊貼細(xì)胞膜的一層較為堅(jiān)韌、略具彈性的結(jié)構(gòu)。占細(xì)胞于重的10-25%。

細(xì)胞壁具有保護(hù)細(xì)胞免受機(jī)械性或滲透壓的破壞，維持細(xì)胞外形的功能。失去細(xì)胞壁后，各種開(kāi)頭的細(xì)菌都將變成球形。細(xì)菌在一定范圍的高滲溶液中原生質(zhì)收縮，出現(xiàn)質(zhì)壁分離現(xiàn)象，在低滲溶液中，細(xì)胞膨大，但均不會(huì)改變形狀或破裂，這些都與細(xì)胞壁具有一定堅(jiān)韌性和彈性有關(guān)，細(xì)胞壁的化學(xué)組成，使之具有一定的抗原性、致病性以及對(duì)噬菌體的敏感性，細(xì)胞壁可能為鞭毛運(yùn)動(dòng)提供可靠的支點(diǎn)，具有鞭毛的細(xì)菌失去細(xì)胞壁后，仍保持其鞭毛，但不能運(yùn)動(dòng)，可見(jiàn)細(xì)胞壁的存在是鞭毛運(yùn)動(dòng)所必需的。細(xì)胞壁實(shí)際上是多孔性的，具一定屏障作用，水和某些化學(xué)物質(zhì)可以通過(guò)，但對(duì)大分子物質(zhì)有阻攔作用。

細(xì)胞壁在電子顯微鏡下清晰可見(jiàn)，并可測(cè)知厚度。用機(jī)械方法使細(xì)菌破裂后，細(xì)胞內(nèi)含物逸去，借差異離心術(shù)，可以分離得到純的細(xì)胞壁(圖2-9)。采用質(zhì)壁分離與染色方法，可在光學(xué)顯微鏡下看到細(xì)胞壁(圖2-10)。如果用阿拉(Hale)法阿拉(Hale)法即先用1%的磷鉬酸，然后用1%的甲基綠溶液染色染色，細(xì)胞質(zhì)不著色，細(xì)胞壁卻呈綠色。

不同的細(xì)菌，細(xì)胞壁的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)不同。通過(guò)革蘭氏染色法可將所有細(xì)菌的重要方法，1884年由丹麥人革蘭氏發(fā)明。其染色要點(diǎn)：先用結(jié)晶紫染液染色，再加媒染劑--碘液處理，使菌體著色，然后用乙醇脫色，最后用復(fù)染液(沙黃或番紅)復(fù)染。顯微鏡下菌體呈紅色者為革蘭氏染色陰性細(xì)菌(常以G-表示)，呈深紫色者為革蘭氏染色陽(yáng)性反應(yīng)細(xì)菌(常以G+表示)。G+菌與G-菌細(xì)胞壁的化學(xué)組成結(jié)構(gòu)具有明顯差異。

1、革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌(Gram-positivebacteria)

細(xì)胞壁的化學(xué)組成以肽聚糖(peptidoglycam)為主，這是原核生物所特有的成分，占細(xì)胞壁物質(zhì)總量的40-90%。另外還結(jié)合有其他多糖及一類特殊的多聚物--磷壁(酸)質(zhì)(teichoicacid)。肽聚糖是一個(gè)大分子復(fù)合體，由若干個(gè)N-乙酰葡萄胺(簡(jiǎn)寫(xiě)NAG)和N-乙酰胞壁酸(，簡(jiǎn)寫(xiě)NAM)以及少數(shù)氨基酸短肽鏈組成的亞單位聚合而成。NAG和NAM相間排列，以β1，4葡萄糖苷鍵連接，形成肽聚糖多糖鏈，其長(zhǎng)度因菌種而異，一般每條多糖鏈有10-56個(gè)二糖單位(或氨基糖)，例如金黃色葡萄球菌最短，只有9個(gè)二糖單位，而地衣芽孢桿菌可多達(dá)79個(gè)單位。以肽鍵連接的氨基短肽，形成了肽聚糖的肽鏈，其氨基酸的組成和排列順序，通常為L(zhǎng)-丙氨酸、D-谷氨酸、L-二氨基酸(即L-賴氨酸或二氨基庚二酸等)和D-丙氨酸。這些短肽，通過(guò)D-乳酰羧基連在部分或全部N-乙酰胞壁酸的殘基上。相鄰的短肽通過(guò)一定的方式將肽聚糖亞單位交叉聯(lián)結(jié)成重復(fù)結(jié)構(gòu)。革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌肽聚糖分子中的75%的亞單位縱橫交錯(cuò)連接，從而形成了緊密編織、質(zhì)地堅(jiān)硬和機(jī)械性強(qiáng)度很大的多層的三度空間風(fēng)格結(jié)構(gòu)。如枯草芽孢桿菌的肽聚糖分子可達(dá)20層之多。

磷壁(酸)質(zhì)又名垣酸，是大多數(shù)革蘭氏陽(yáng)性細(xì)胞壁組成基質(zhì)所特有的化學(xué)成分。它以末端的磷酸二酯鍵連接于N-乙酰胞壁酸第六位碳原子上，可能占細(xì)胞壁干重50%，它是多元醇和磷酸的聚合物，能溶于水。其主鏈一般由數(shù)十個(gè)磷酸核糖醇或磷酸甘油組成，有的還具有由氨基酸或還原糖構(gòu)成的側(cè)鏈。根據(jù)主鏈組成的不同，分別稱為甘油型和核糖醇型兩種。

核糖醇磷壁(酸)質(zhì)是以磷酸二酯鍵把兩個(gè)相鄰的核糖醇第一位和第五位的碳原子連接起來(lái)。大多數(shù)核糖醇?xì)埢诘诙惶荚由辖右粋€(gè)D-丙氨酸，而第三和第四位碳原子上可由不同的糖(葡萄糖、半乳糖、N-乙酰葡萄糖胺)取代。核糖醇磷壁(酸)質(zhì)的鏈較長(zhǎng)，少者為10個(gè)殘基，多者有40-50個(gè)殘基。甘油磷壁(酸)質(zhì)在相鄰的兩個(gè)磷酸甘油第一位與第三位碳原子上的羥基則與D-丙氨酸或糖連接。少量的甘油磷壁(酸)質(zhì)也分布在細(xì)胞膜中，被稱為膜磷壁(酸)質(zhì)或脂磷壁(酸)質(zhì)，它們同膜中的糖脂共價(jià)結(jié)合。除個(gè)別球菌外，革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌的細(xì)胞壁都只含一種磷壁(酸)質(zhì)。磷壁(酸)質(zhì)的存在，使細(xì)胞壁形成了一個(gè)負(fù)電荷環(huán)境，大大加強(qiáng)了細(xì)胞膜對(duì)二價(jià)離子的吸附，尤其是Mg2+。而高濃度Mg2+的存在，對(duì)于保持膜的硬度，提高細(xì)胞壁合成酶的活性極為重要；另有報(bào)道認(rèn)為，磷壁(酸)質(zhì)在細(xì)胞表面構(gòu)成了有利于噬菌體吸附的受體位點(diǎn)，也是細(xì)胞壁深層的一種抗原物質(zhì)。

2、革蘭氏陰性細(xì)菌(Gram-negtivebacteria)

革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞壁的組成和結(jié)構(gòu)比革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌更復(fù)雜。其結(jié)構(gòu)層次明顯，分為內(nèi)壁層和外壁層。

內(nèi)壁層緊貼細(xì)胞膜，厚約2-3nm，是一單分子層或雙分子層，占細(xì)胞壁干重5-10%，由肽聚糖組成。肽聚糖多糖鏈結(jié)構(gòu)與革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌相同，但肽鏈中的L-賴氨酸往往被其他二氨基酸取代。由于它們只有30%的肽聚糖亞單位彼此交織聯(lián)結(jié)，故其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不及革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌的堅(jiān)固，顯得比較疏松(圖2-16和圖2-17)。外壁層覆蓋于肽聚糖層的外部、表面不規(guī)則，切面呈波浪形。外壁層可再分為內(nèi)、中、外三層。最外層為脂多糖層，中間為磷脂層，內(nèi)層為脂蛋白層，它以脂類部分與肽聚糖肽鏈中的二氨基庚二酸連接。某些細(xì)菌的抗原性、致病性以及對(duì)噬菌體的敏感性均與這些成分有關(guān)。脂多糖是革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞外壁層的主要成分，也是革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞壁中獨(dú)有的成分，其化學(xué)組成因種而有一定差別。分子結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，分子量在一萬(wàn)以上。它由三個(gè)部分組成，即核心。O-側(cè)鏈和脂質(zhì)。核心部分由5-10種糖類。乙醇胺和磷酸鹽組成核心鏈，其中2-酮-3-脫氧辛酸和庚糖是少見(jiàn)的成分，多個(gè)核心鏈通過(guò)磷酸酯鍵彼此連接。核心的一體抗原。不同種或型的細(xì)菌，O-側(cè)鏈的組成和結(jié)構(gòu)(如多糖的種類和序列)均有變化，構(gòu)成了各自的特異性抗原，像沙門(mén)氏菌，根據(jù)O-抗原可再細(xì)分為1，000多個(gè)血清型，這些血清型的沙門(mén)氏菌，核心部門(mén)相同，而O-抗原的差異，使之在免疫學(xué)和臨床診斷中具有重要意義。非致病性革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞壁組成中不具O-側(cè)鏈，只有核心。核心的另一端以共價(jià)鍵連接脂質(zhì)，由葡萄糖、半乳糖、N-乙酰葡萄糖胺、脂肪酸和磷酸組成，是脂多糖的主要毒性成分。

綜上所述，除支原體外，幾乎所有的原核生物都具有堅(jiān)韌的細(xì)胞壁，通過(guò)革蘭氏染色法，可將它們分為革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌和革蘭氏陰性細(xì)菌兩大類，二者的細(xì)胞壁差別很大。革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌的細(xì)胞壁較厚，只有一層，主要由肽聚糖組成，革蘭氏陰性細(xì)菌卻有內(nèi)壁層和外壁層兩 (圖2-20)，它們的成分也不同，從化學(xué)組成看，革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌卻有內(nèi)壁層和外壁層兩層(40-90%)，含脂量低，而革蘭氏陰性細(xì)菌正好相反(表2-3)。此外，二者肽聚糖亞單位聯(lián)結(jié)的方式也有些差異。肽聚糖亞單位間的交聯(lián)，通常由一條肽鏈的第四個(gè)基的羧基同另一條和第三個(gè)氨基酸的自由氨基，以氨基酸間橋連接，并通過(guò)以下幾種方式構(gòu)成肽聚糖同網(wǎng)格：1.直接以肽鏈交聯(lián)，如大腸桿菌(圖2-21，A)；2.加進(jìn)單一的氨基酸，多種革蘭氏陰性細(xì)菌屬此方式(圖2-21，B)；4.通過(guò)一條與連接在胞壁酸上的四肽鏈基本相同的額外多肽鏈交聯(lián)，如溶壁微球菌。細(xì)菌細(xì)胞組成中，胞壁酸、磷壁(酸)質(zhì)、二氧基庚二酸、D-氨基酸等是細(xì)菌以及與之相近的原核生物細(xì)胞壁中所特有的。D-氨基酸的存在，有助于抵抗普通蛋白酶和肽酶的分解作用。

3.細(xì)菌細(xì)胞壁與革蘭氏染色反應(yīng)

關(guān)于革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌與革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)和組成的區(qū)別對(duì)革蘭氏染色反應(yīng)有何關(guān)系，尚待研究?，F(xiàn)在大多認(rèn)為，在染色過(guò)程中，細(xì)胞內(nèi)形成了深紫色晶紫-碘復(fù)合物。這種復(fù)合物可被酒精從革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)浸出，而陽(yáng)性菌則較困難。這是由于陽(yáng)性細(xì)菌細(xì)胞壁較厚，尤其是肽聚糖含量較高，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)緊密，含脂量又低，當(dāng)它被酒精脫色時(shí)，引起了細(xì)胞壁肽聚糖層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔么縮小以至關(guān)閉，從而阻止了不溶性結(jié)晶紫-碘復(fù)合物的逸出，故菌體呈深紫色；可是，革蘭氏陰性細(xì)菌的細(xì)胞壁肽聚糖層較薄，含量較少，而脂抽提出來(lái)，故革蘭氏陰性細(xì)菌菌體呈復(fù)染液的紅色。此外還有其他的解釋。但很多觀點(diǎn)都涉及到細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)與組成，結(jié)晶紫-碘復(fù)合物與細(xì)胞壁、細(xì)胞膜的關(guān)系。研究者發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞內(nèi)的核酸和核蛋白、脂類、磷酸鹽復(fù)體如多元醇磷酸鹽、或多糖和核酸，這些物質(zhì)都能保留結(jié)晶紫-碘復(fù)合物在細(xì)胞內(nèi)不至脫色。

4.細(xì)胞壁缺陷細(xì)菌

用溶菌酶處理細(xì)胞或在培養(yǎng)基中加入霉素等因子，使可破壞或抑制細(xì)胞壁的形成，成為細(xì)胞壁缺陷細(xì)菌。通常包括原生質(zhì)體、球形體和細(xì)菌L-型。用溶菌酶除去革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁時(shí)，若先用乙二胺四乙酸(EDTA)處理一下外壁，則效果要好些。

原生質(zhì)體(protoplast) 在革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌培養(yǎng)物中加溶菌酶或在含青霉素等的培養(yǎng)基里培養(yǎng)陽(yáng)性細(xì)菌，便可破壞或抑制細(xì)胞壁的合成。細(xì)菌除去細(xì)胞壁后剩下的部分叫做原生質(zhì)體。原生質(zhì)體由于沒(méi)有堅(jiān)韌的細(xì)胞壁，故任何形態(tài)的菌體均呈球形。對(duì)環(huán)境條件很敏感，而且特別脆弱，滲透壓、振蕩、離心以至通氣等因素都易引起原生質(zhì)體破裂，有的原生質(zhì)體還保留著鞭毛，但不能運(yùn)動(dòng)，也不能被相應(yīng)的噬菌體感染?？墒瞧渌钚曰静蛔?，在適宜條件下照樣生長(zhǎng)繁殖，形成菌落，如用即將形成芽孢的營(yíng)養(yǎng)體獲得的原生質(zhì)體還可形成芽孢。原生質(zhì)體的獲得，給微生物學(xué)工作者提供了另一種類型的生物學(xué)實(shí)體，以研究基本生物學(xué)過(guò)程；用原生質(zhì)體融合新技術(shù)，可培育新的優(yōu)良菌種。

球形體(spheroplast) 多用革蘭氏陰性細(xì)菌，以上述同樣方法處理便可獲得。該類菌由于細(xì)胞壁肽聚糖含量少，雖被溶菌酶除去，但外壁層中脂多糖、脂蛋白仍然全部保留，外壁的結(jié)構(gòu)存在，所以，球形體較之原生質(zhì)體外界環(huán)境具一定抗性，并能在普通培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。

細(xì)菌L-型(bacterialL-form)是細(xì)菌在某些環(huán)境條件下所形成的變異型。沒(méi)有完整而堅(jiān)韌的細(xì)胞壁，細(xì)胞呈多形態(tài)，有的能通過(guò)濾器，故又稱'濾過(guò)型菌'。在低滲條件下生長(zhǎng)緩慢，在固體培養(yǎng)基上形成一種直徑約0.1mm的微小菌落，中心部分深埋于培養(yǎng)基內(nèi)，呈典型的'油煎蛋'狀。這些變異型，有些是能回復(fù)至親代的'不穩(wěn)定'變異株，有些是不能回復(fù)的'穩(wěn)定'變異株。由于它最先被英國(guó)Lister醫(yī)學(xué)研究院發(fā)現(xiàn)，故名細(xì)菌L-型?，F(xiàn)在，大腸桿菌、變形桿菌、葡萄球菌、鏈球菌、分枝桿菌和霍亂弧菌等20多種細(xì)菌中的均有發(fā)現(xiàn)。

(二)細(xì)胞膜

細(xì)胞膜(cellmembrace)又稱原生質(zhì)膜或質(zhì)膜(plasmalemma)，是外側(cè)緊貼于細(xì)胞壁而內(nèi)側(cè)包圍細(xì)胞質(zhì)的一層柔軟而富有彈性的半透性薄膜。細(xì)菌細(xì)胞經(jīng)質(zhì)壁分離后，再用中性或堿性染料著色，可在光學(xué)顯微鏡下查見(jiàn)細(xì)胞膜(圖2-10)。若要制備供電子顯微鏡研究用的質(zhì)膜，必須將細(xì)胞先用顯微鏡仔細(xì)觀察，細(xì)胞膜表現(xiàn)為兩條細(xì)線，中間被一個(gè)較亮的區(qū)域隔開(kāi)，猶如火車的兩條軌道?？偤窦s7-8納米，膜的光亮區(qū)(透明層)厚約4納米，膜的內(nèi)、外兩層致密層各厚約2納米(圖2-22，參閱圖2-20，A，注意細(xì)胞壁內(nèi)側(cè)的兩條黑線)。

研究細(xì)胞膜的化學(xué)組成及有關(guān)性質(zhì)時(shí)，常以革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌的材料，因?yàn)楦锾m氏陽(yáng)性細(xì)菌的細(xì)胞壁易被溶菌酶除去，剩下的原生質(zhì)體，通過(guò)滲透裂解，很容易得到純的細(xì)胞膜。經(jīng)研究得知，細(xì)菌細(xì)胞膜的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)與其他生物的相似。細(xì)菌細(xì)胞膜占細(xì)胞干重的10%左右。其化學(xué)組成主要是脂類(20-30%)和蛋白質(zhì)(60-70%)，此外還有少量糖蛋白和糖脂(約2%)以及微量核酸。

脂類 細(xì)菌細(xì)胞中的脂類幾乎全部分布在細(xì)胞膜中，主要為極性類脂--甘油磷脂。甘油磷脂由甘油、脂肪酸、磷酸和含氮堿組成。含氮堿部分常因菌種、菌體生理狀態(tài)和環(huán)境條件而異。

其中甘油第三位碳原子上的羥基同磷酸結(jié)合，第一、第二位碳原子則同長(zhǎng)鏈脂肪酸結(jié)合，而磷酸的羥基末端常與含氮堿結(jié)合。雖然磷脂的化學(xué)成分可因菌種而異，但它們都是兩性分子，其結(jié)構(gòu)可以分為兩個(gè)類似的部分，即親水的頭部或極性端(X部分)和疏水的尾部或非極性端(R部分)。磷脂分子在水溶液中很容易形成具有高度定向性的雙分子層，相互平行排列于膜內(nèi)，親水的極性基指向雙分子層的外表面(即面向水分較多的外界和原生質(zhì))，疏水的非極性基朝內(nèi)(即排列在組成膜的內(nèi)部)，這樣就形成了膜的基本結(jié)構(gòu)。

磷脂中的脂肪酸有不飽和及飽和脂肪酸兩種。不飽和脂肪酸分子中有兩個(gè)或幾對(duì)碳原子具雙鍵，使細(xì)胞膜具備了流動(dòng)的特征。如果磷脂分子中只含飽和脂肪酸，在生理溫度下，脂肪酸末端便排列成固定的晶格。但是，不飽和脂肪酸的雙鍵可導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)的變形。當(dāng)磷脂分子中二者同時(shí)存在時(shí)，在一定條件下就阻礙了形成晶格結(jié)構(gòu)所需的有秩序排列。因此，膜的流動(dòng)性很大程度上取決于不飽和脂肪酸的結(jié)構(gòu)和相對(duì)含量。這種結(jié)構(gòu)，使得膜中脂類在低溫條件下仍能維持膜中蛋白質(zhì)的活性。環(huán)境中的溫度或某些化學(xué)成分的改變，都會(huì)引起細(xì)胞膜發(fā)生'分相'現(xiàn)象，即一部分脂區(qū)從流動(dòng)態(tài)變?yōu)槟z態(tài)，另一部分則從凝膠態(tài)變?yōu)榱鲃?dòng)態(tài)。所以，膜中磷脂層的某些部分，隨著外界環(huán)境的變化以及膜中指類的不同，結(jié)構(gòu)上常出現(xiàn)'變相'和'分相'現(xiàn)象。這正好反映了膜功能的多樣性以及調(diào)節(jié)機(jī)制的復(fù)雜性。

細(xì)菌細(xì)胞膜中的蛋白質(zhì)組成與普通蛋白質(zhì)沒(méi)有區(qū)別，但含量約占細(xì)胞膜的75%，比任何一種生物膜的都高，而且種類也多，如轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)、電子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)以及多種酶類。它們雜亂無(wú)章地分布于膜上，無(wú)論種類和數(shù)量，在細(xì)菌不同生長(zhǎng)時(shí)期都有很大變化。根據(jù)蛋白質(zhì)在膜上的分布情況，可以分為兩大類：一類是外周蛋白質(zhì)，亦稱可溶性蛋白質(zhì)，占膜蛋白質(zhì)含量的20-30%，主要分布在膜內(nèi)、外兩則的表面，通過(guò)靜電作用，以離子鍵與脂的極性端結(jié)合；另一類是固有蛋白質(zhì)，占膜蛋白質(zhì)含量的70-80%，它們插入或貫串于磷脂雙分子層中(即非極性端)。有的蛋白質(zhì)也是一個(gè)兩性分子，極性端伸入水相，而非極性部分則與磷脂的非極性端呈疏水性結(jié)合)，形成穩(wěn)定的膜結(jié)構(gòu)。有些固有蛋白質(zhì)分子甚至可以從膜的一側(cè)穿過(guò)兩層磷脂分子而至另一側(cè)之外。暴露于膜外側(cè)的蛋白質(zhì)分子有的還帶有糖類物質(zhì)。細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2-24。

關(guān)于細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，一直是人們研究的重要理論問(wèn)題之一，提出了一些假說(shuō)或模型，均未能公認(rèn)，有待進(jìn)一步探討。除前面介紹的假說(shuō)外，還有'單位膜'假說(shuō)和'板塊膜模型'。

'單位膜'假說(shuō)，在50年前一直用此理論解釋。它認(rèn)為，磷脂雙分子層是膜的主體，極性基部分分別朝向內(nèi)、外表面，非極性基部分向內(nèi)，而蛋白質(zhì)以β-折疊形式，通過(guò)靜電引導(dǎo)力作用與磷脂的極性結(jié)合，組成'蛋白質(zhì)-磷脂-蛋白質(zhì)'這種三層結(jié)構(gòu)，猶如'夾心面包'。

而'板塊膜膜型'認(rèn)為，在磷脂雙分子層中，一部分呈現(xiàn)為流動(dòng)態(tài)，一部分呈現(xiàn)為凝膠態(tài)，從整個(gè)膜的平面看，為許多不同組織結(jié)構(gòu)、不同性質(zhì)的膜同時(shí)共存。

綜上所述，目前對(duì)于膜的結(jié)構(gòu)雖然看法不一致，但有幾點(diǎn)卻是公認(rèn)的：1.磷脂雙分子層構(gòu)成了膜的基本骨架；2.磷脂分子在細(xì)胞膜中以多種形式不斷運(yùn)動(dòng)，從而使膜結(jié)構(gòu)具有流動(dòng)性； 3.膜蛋白質(zhì)無(wú)規(guī)則的、以不同深度分布于膜的磷脂層中；4.膜中的蛋白質(zhì)和磷脂，不論數(shù)量和種類，均隨菌體生理狀態(tài)而變化。

對(duì)整個(gè)細(xì)胞型生物而言，細(xì)胞膜是一個(gè)極其重要的結(jié)構(gòu)。例如支原體，它可以沒(méi)有細(xì)胞壁，但絕不能沒(méi)有細(xì)胞膜，如其受損，就會(huì)導(dǎo)致死亡。細(xì)胞膜是一個(gè)重要的代謝活動(dòng)的中心，繁多的膜蛋白質(zhì)，各具特殊活性，按其功能又可分為下面四種：

1.滲透酶 對(duì)于菌體與交換物質(zhì)起著重要作用。它們與各種無(wú)機(jī)的和有機(jī)的營(yíng)養(yǎng)分子結(jié)合，并轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)。如半乳糖苷滲透酶與乳糖分子結(jié)合后，使之進(jìn)入菌體內(nèi)。同時(shí)能逆濃度梯度將營(yíng)養(yǎng)物運(yùn)入細(xì)胞，廢物或多余的物質(zhì)又可排出體外。

2.合成酶 包括合成細(xì)胞膜脂類分子以及細(xì)胞壁上各種大分子化合物的種種酶類。

3.呼吸酶 細(xì)菌進(jìn)行有氧呼吸時(shí)，必須通過(guò)呼吸鏈傳遞電子和氫離子以產(chǎn)生ATP。而呼吸鏈就是由琥珀酸脫氫酶、NADH2脫氫酶、細(xì)胞色素氧化酶等組成。這些酶都分布在膜上。

4.ATP合成酶 在其作用下，細(xì)胞可產(chǎn)生ATP。呼吸作用能產(chǎn)生大量ATP，這又與細(xì)胞膜的選擇半滲透性有關(guān)。近年的'化學(xué)滲透說(shuō)'認(rèn)為：假定細(xì)胞膜對(duì)H+和OH-不具滲透性。但細(xì)菌在呼吸時(shí)，其電子傳遞體膜內(nèi)外的pH梯度，即膜外H+濃度高，膜內(nèi)OH-濃度高。當(dāng)體外H+通過(guò)ATP酶重新進(jìn)入體內(nèi)時(shí)，能量便能產(chǎn)生。。

除細(xì)胞膜外，很多細(xì)菌還具有內(nèi)膜系統(tǒng)。包括間體、載色體、羧酶體、類囊片等。

間體 用電子顯微鏡觀察細(xì)菌細(xì)胞的超薄切片，在細(xì)胞質(zhì)中可見(jiàn)一個(gè)或數(shù)個(gè)較大的、不規(guī)則的層狀、管狀或囊狀物，稱為間體(mesosome)。它是細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中主要的、典型的單位膜結(jié)構(gòu)，與細(xì)胞膜連接。用適當(dāng)?shù)姆椒ㄈサ艏?xì)胞細(xì)胞壁后，有些細(xì)菌的間體便伸展成為細(xì)胞膜的一部分；有些細(xì)菌的間體，一部分成為細(xì)胞膜，另外還留下一些泡沫狀物體，似乎與細(xì)胞膜向內(nèi)簡(jiǎn)單延伸或折疊而成，或者它們很復(fù)雜，以滿足細(xì)胞膜活性增加的需要。間體在革蘭氏性細(xì)菌細(xì)胞中發(fā)育良好而且比較清楚，革蘭氏陰性細(xì)菌中不甚明顯。用不同濃度梯度離心法可提純間體。分析表明，間體的化學(xué)組成與細(xì)胞膜相比，僅在含量上有差別。

對(duì)間體的生理功能還不完全了解。據(jù)推測(cè)它可能是呼吸作用的電子傳遞系統(tǒng)的中心，相當(dāng)于高等生物的線粒體，因其上具有細(xì)胞素氧化酶、琥珀酸脫氫等呼吸酶系，故有人稱之為'氦線粒體'；可能還具有合成細(xì)胞壁特別是橫隔壁所需的酶，因細(xì)胞分裂時(shí)，常見(jiàn)間體位于新形成的橫隔壁處；在電子顯微鏡下可以看到DNA復(fù)制點(diǎn)和細(xì)胞膜，是和間體相結(jié)合的現(xiàn)象，因此，也許與核分裂有關(guān)；另外，間體的一邊與細(xì)胞膜連接，尤其另一邊則與核物質(zhì)緊密接觸，似乎與真核生物的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)一樣，起著向核運(yùn)送物質(zhì)和能量的作用；芽孢的形成，可能與間體有關(guān)。

載色體(chromatophore)亦稱色素體，是光合細(xì)菌進(jìn)行光合作用的部位，相當(dāng)于綠色植物的葉綠體，由單層的與細(xì)胞膜相連的內(nèi)膜所圍繞，直徑可大于100nm。主要化學(xué)組成是蛋白質(zhì)和脂類。它們含有菌綠素、胡蘿卜素等色素以及光合磷酸化所需的酶系和電子傳遞體。綠硫菌科的載色體，是由一系列膜組成的囊泡構(gòu)成，以分散狀態(tài)充滿于細(xì)胞質(zhì)中。而紅硫菌科也叫光合膜，是由細(xì)胞膜內(nèi)陷延伸成為囊狀、管狀或?qū)訝钕到y(tǒng)。

羧酶體(Carboxysome)又稱多角體，是自養(yǎng)細(xì)菌所特有的內(nèi)膜結(jié)構(gòu)。大小約為50-500nm，由厚約3.5nm的蛋白質(zhì)單層膜所包圍，可能是固定CO2的場(chǎng)所。羧酶體中含有自養(yǎng)生物4所特有的5-磷酸核酮糖激酶和1，5-二磷酸核酮糖羧化酶，這兩種酶是卡爾文循環(huán)中固定CO2的關(guān)鍵性酶類，通過(guò)卡爾文循環(huán)，使自養(yǎng)菌與異養(yǎng)菌一樣含有了磷酸己糖。一些光合細(xì)菌，如藍(lán)細(xì)菌以及化能自養(yǎng)菌如硝化桿菌科細(xì)胞中均具羧酶體。

在藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞中還具有類囊體(thylakoid)，由單位膜組成，上面含有葉綠素、胡蘿卜素等光合色素和有酶類，故又稱光合作用膜，是藍(lán)細(xì)菌進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所。

(三)細(xì)胞核

細(xì)菌的核位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)。沒(méi)有核膜，沒(méi)有核仁，沒(méi)有固定形態(tài)，結(jié)構(gòu)也很簡(jiǎn)單。這是原核生物與真核生物的主要區(qū)別之一。正因?yàn)榧?xì)菌的核比較原始，故稱為原始形態(tài)的核或擬核(nucleoid)，它實(shí)際上是DNA性質(zhì)的、與高等生物細(xì)胞核功能相似的核物質(zhì)，所以又稱染色質(zhì)體或細(xì)菌染色體。

在沒(méi)有找到適當(dāng)?shù)娜旧椒ㄖ?，?xì)菌是否有核，認(rèn)識(shí)不一。早期細(xì)胞學(xué)者認(rèn)為細(xì)菌無(wú)核，只有細(xì)胞質(zhì)，顆粒和液泡；有的認(rèn)為整個(gè)菌體就相當(dāng)于高等生物的核；也有人認(rèn)為細(xì)菌具有發(fā)育比較原始、沒(méi)有形成集中構(gòu)造、擴(kuò)散于細(xì)胞質(zhì)中的核。

近年來(lái)，由于同位素放射顯影術(shù)、重金屬投影術(shù)和電子顯微鏡超薄切片等技術(shù)的應(yīng)用，細(xì)菌細(xì)胞核在超薄切片電子顯微鏡圖上表現(xiàn)為一上個(gè)反差較弱的區(qū)域，有人稱它為核區(qū)。它含有絲狀物質(zhì)，但缺乏確定的膜包圍。絲狀物是由雙鏈的，可能是環(huán)狀的DNA分子折疊纏繞而成。當(dāng)原生質(zhì)體被溫和地裂解時(shí)，絲狀物從細(xì)胞中涌出成為一根長(zhǎng)絲，可能是一個(gè)分子，拉直后，其長(zhǎng)度比細(xì)胞長(zhǎng)度大若干倍。絲的長(zhǎng)度卻是1，100-1，400微米!可見(jiàn)，細(xì)胞內(nèi)的DNA必然是一種高度折疊纏繞、錯(cuò)綜復(fù)雜的'超線圈'結(jié)構(gòu)。這對(duì)于遺傳性狀的傳遞起著重要作用。

細(xì)菌的DNA由于含有磷酸基，使之帶有很高的負(fù)電荷。在細(xì)胞內(nèi)，這些負(fù)電荷被Mg2+以及有機(jī)堿如精胺、亞精胺和腐胺等中行。而真核生物的DNA，其負(fù)電荷則被堿性蛋白質(zhì)如組蛋白質(zhì)、魚(yú)精蛋白等白等中和。這是原核生物與真核生物的又一區(qū)別。

如果以適當(dāng)?shù)姆椒ㄌ幚?，?xì)菌的核在光學(xué)顯微鏡下也可以看見(jiàn)。因細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)含有大量的RNA，當(dāng)其著色后，便影響了對(duì)核的觀察，如先用RNA酶或1mlo/LHC160℃處理5-10分鐘，隨后再用對(duì)DNA有特異性的染色方法，如富爾根染色法或姬姆薩以及其他染色法，細(xì)胞中的核物質(zhì)便可顯示出來(lái)。在靜止期的細(xì)菌，核多呈球形、棒狀或啞鈴狀。正常情況下，一個(gè)菌體內(nèi)具體一個(gè)核；而細(xì)菌處于活躍生長(zhǎng)時(shí)，由于DNA的復(fù)制先于細(xì)胞分裂，一個(gè)菌體內(nèi)往往有2-4個(gè)核；低速率生長(zhǎng)時(shí)，則可見(jiàn)1-2個(gè)核。核的分裂一般從一端開(kāi)始，因而在分裂過(guò)程中常出現(xiàn)H、X和Y形核。各種原核生物的DNA分子量，通過(guò)物理法測(cè)定表明，它們都很接近，絕大多數(shù)在1-3×10 9道爾頓之間，藍(lán)細(xì)菌略高，支原體偏低。

質(zhì)粒(plasmid) 很多細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中，除染色體外還有質(zhì)粒。它是存在于細(xì)菌染色體外或附加于染色體上的遺傳物質(zhì)，絕大多數(shù)由共價(jià)閉合環(huán)狀雙螺旋DNA分子所構(gòu)成，分子量較細(xì)菌染色體小，約2-100×106道爾頓。每個(gè)菌體內(nèi)有一個(gè)或幾個(gè)，也可能有很多個(gè)質(zhì)粒，每個(gè)質(zhì)?？梢杂袔讉€(gè)甚至5、0-100個(gè)基因。不同質(zhì)粒的基因可以發(fā)生重組，質(zhì)粒是基因與染色體基因間也可重組。很多細(xì)菌，如桿菌、痢疾桿菌、綠膿桿菌、根瘤土壤桿菌、金黃色葡萄球菌、乳酸鏈球菌等均具質(zhì)粒。

按其功能，質(zhì)?？煞譃?，抗藥性質(zhì)粒(R因子)，對(duì)某些抗生素或其他藥物表現(xiàn)抗性；致育因子(F因子)，它是最早發(fā)現(xiàn)的與細(xì)菌有性接合有關(guān)的質(zhì)粒；大腸桿菌素質(zhì)粒(Col因子)，使大腸桿菌能產(chǎn)生大腸桿菌素，以抑制其他細(xì)菌生長(zhǎng)，有的質(zhì)粒對(duì)某些金屬離子具有抗性，包括碲(Te6+)、砷(As3+)、汞(Hg2+)、鎳(Ni2+)、鉆(Co2+)、銀(Ag+)、鎘(Cd2+)等；有的質(zhì)粒對(duì)紫外線、X射線具有抗性。在假單胞菌科中還發(fā)現(xiàn)了一類極為少見(jiàn)的分解性質(zhì)粒，能分解樟腦、二甲苯等。現(xiàn)在研究得較多而且較為清楚的是大腸桿菌的F因子、R因子和Col因子。

質(zhì)?？梢詮木w內(nèi)自行消失，也可通過(guò)物理化學(xué)手段，如用重金屬、吖啶類染料或高溫處理其消除或抑制；沒(méi)有質(zhì)粒的細(xì)菌，可通過(guò)接合、轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)導(dǎo)等方式，從具質(zhì)粒的細(xì)菌中獲得，但不能自發(fā)產(chǎn)生。這一現(xiàn)象表明：質(zhì)粒存在與否，無(wú)損于細(xì)菌生存。但是，許多次生代謝產(chǎn)物如抗生素、色素等的產(chǎn)生、以至芽粒的形成，均受質(zhì)粒的控制。

質(zhì)粒既能自我復(fù)制、穩(wěn)定遺傳，也可插入細(xì)菌染色體中或其攜帶的外源DNA片段共同復(fù)制增殖；它可通過(guò)轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)或接合作用單獨(dú)轉(zhuǎn)移，也可攜帶著染色體片段一起轉(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。

(四) 核糖體

核糖體(ribosome)是細(xì)胞中的一種核糖核蛋白質(zhì)的顆粒狀結(jié)構(gòu)。由65%的核糖酸和35%的蛋白質(zhì)組成。原核生物的核糖體常以游離狀態(tài)或多聚核糖體狀態(tài)分布于細(xì)胞質(zhì)中。而真核細(xì)胞的核糖體既可以游離狀態(tài)存在于細(xì)胞質(zhì)中，也可結(jié)合于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上；線粒體、葉綠體、細(xì)胞核內(nèi)也有各自在結(jié)構(gòu)上特殊的核糖體。原核生物核糖體沉降系數(shù)均為70S；真核微生物細(xì)胞器核糖體變?yōu)?0S，而細(xì)胞質(zhì)中的卻為80S。70S核糖體在Mg2+濃度低于0.1mmol/L時(shí)可解離為30S和50S兩個(gè)大小不同的亞基；當(dāng)Mg2+濃度達(dá)10mmlo/L以上時(shí)，大小亞基又重新聚合。兩個(gè)亞基的組成可用圖2-30表示。S值因分子量及分子形狀而定，分子量大或分子形狀密集S值大，反之則低。由于兩亞基結(jié)合后的形態(tài)與分散時(shí)的形態(tài)略有改變，故30S與50S結(jié)合后的S值而不是80S。

應(yīng)用電子顯微鏡和其他物理方法研究表明：大腸桿菌體呈橢圓球形，體積為13.5×20×40納米。30S亞基上有一凹陷的頸部，將其分為頭部與軀干兩部分；50S亞基的外形帶有三個(gè)角，中間凹下；50S亞基的外形帶有三個(gè)角，中間凹下，并有一個(gè)很大的空穴。當(dāng)二者結(jié)合成70S時(shí)，30S的亞基水平地50S亞基結(jié)合，腹面與50S亞基結(jié)合面上有相當(dāng)大的空隙，蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程可能就在其中進(jìn)行。

采用溫和的條件，小心地從細(xì)胞中分離核糖體時(shí)，可以得到3-4個(gè)以至上百個(gè)成串的核糖體，叫做多聚核糖體。它由一條長(zhǎng)的mRNA分子與一定數(shù)目的核糖體結(jié)合而成，每個(gè)核糖體可能獨(dú)立完成一條肽鏈的合成，所以這種多聚核糖體的外觀呈念珠狀，每個(gè)核糖體可以獨(dú)立完成一條肽鏈的合成，所以這種多聚核糖體在一條mRNA鏈上可同時(shí)合成幾條肽鏈，這就大大提高了翻譯效率。因此細(xì)菌能在很短時(shí)間內(nèi)大量生長(zhǎng)繁殖。

核糖體是蛋白質(zhì)的合成'車間'或'裝配機(jī)'，其數(shù)量多少與蛋白質(zhì)合成直接相關(guān)，往往隨菌體生長(zhǎng)速率而變，據(jù)估計(jì)，快速繁殖時(shí)核糖體數(shù)目高，每個(gè)菌體可有1-7×10 4個(gè)。緩慢繁殖時(shí)，其數(shù)量可減至2，000個(gè)左右。原核生物細(xì)胞中平均約含15，000個(gè)，而真核細(xì)胞平均約含10 6-10 7個(gè)。

(五)細(xì)胞質(zhì)及其內(nèi)含物

細(xì)胞質(zhì)是細(xì)胞膜內(nèi)的物質(zhì)，除細(xì)胞核外，皆為細(xì)胞質(zhì)。它無(wú)色透明，呈粘液狀，主要成分為水、蛋白質(zhì)、核酸、脂類，并有少量糖及無(wú)機(jī)鹽。由于富含核酸，因而嗜堿性強(qiáng)，幼齡菌囊體等均屬細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)，此外還有氣泡和顆粒狀內(nèi)含物。

氣泡(gasvacuold) 某些光合細(xì)菌和水生細(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)中，含有幾個(gè)乃至很多個(gè)充滿氣體的圓柱形或紡錘形氣泡(圖2-23)，它由許多氣泡囊(gasvesicle)組成。其膜不同于真正的膜，它只含蛋白質(zhì)而無(wú)磷脂。蛋白質(zhì)亞單位排列成一個(gè)堅(jiān)硬的結(jié)構(gòu)，以對(duì)抗外部施加于該結(jié)構(gòu)的壓力，使之維持正常功能。膜的外表親水，而內(nèi)側(cè)絕對(duì)疏水，故氣泡只能透氣而不能透過(guò)水和溶質(zhì)。

氣泡的生理功能有待進(jìn)一步研究。實(shí)驗(yàn)表明，許多漂浮于湖水和海水中的某些光合與非光合性細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌等都有氣泡，使之具有浮力。藍(lán)細(xì)菌就是一個(gè)典型的例子，由于大生長(zhǎng)，有氣泡的細(xì)胞漂浮于湖水表面，并隨風(fēng)聚集成塊，常使湖內(nèi)出現(xiàn)水華；有些光合細(xì)菌利用氣泡集中在水下10-30米深處，這樣既能吸收適宜的光線和營(yíng)養(yǎng)進(jìn)行光合作用，又可避免直接與氧接觸；鹽桿菌屬的細(xì)菌，細(xì)胞中氣泡顯著，它們是專性好氧菌，可生活在含氧極少的飽和鹽水中。因此，人們推測(cè)，氣泡的作用可能是使菌體浮于鹽水表面，以保證細(xì)胞更接近空氣。

顆粒狀內(nèi)含物 在許多細(xì)菌細(xì)胞中，常含有各種較大的顆粒，大多系細(xì)胞貯藏物，如異染顆粒、聚β-羥基丁酸、肝糖、硫滴等。這些內(nèi)含物常因菌種而異，即使同一種菌，顆粒的多少也隨菌齡和培養(yǎng)條件不同而有很大變化。往往在某些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過(guò)剩時(shí)，細(xì)菌就將其聚合成各種貯藏顆粒，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)，它們又被分解利用。

1.異染顆粒又名捩轉(zhuǎn)菌素(volutin)，可能是磷源和能源性貯藏物。顆粒隨菌齡增長(zhǎng)而變大。在細(xì)菌旺盛同化營(yíng)養(yǎng)物的后期數(shù)量尤多。主要成分是多聚偏磷酸鹽，可能還含有RNA、蛋白質(zhì)、脂類與Mg2+。嗜堿性或暑中性較強(qiáng)，用藍(lán)色染料(如甲苯胺藍(lán)或甲烯藍(lán))染色后不呈藍(lán)色而呈紫紅色，故稱異染顆粒。白喉?xiàng)U菌和鼠疫桿菌具有特征性的異染顆粒，常排列在菌體的兩端，所以又叫極體，在菌種鑒定上有一定意義。這種顆粒最早見(jiàn)于迂回螺菌細(xì)胞內(nèi)，故亦稱迂回體。

2.聚β-羥基丁酸顆粒 它為細(xì)菌所特有，是一種碳源和能源性貯藏物。它是D-3-羥基于酸的直鏈聚合物。這些顆粒易被脂溶性染料蘇丹黑著色，在光學(xué)顯微鏡下可以看見(jiàn)。假單胞菌、根瘤菌、固氮菌腸桿菌等細(xì)胞內(nèi)均有，而巨大芽孢桿菌的聚-β-羥基丁酸顆粒較大，直徑約0.2-0.7微米，每個(gè)顆粒含有幾千分子的聚-β-羥基丁酸。有些細(xì)菌的顆粒由一個(gè)4-6納米寬的膜包圍，但它并非一個(gè)單位膜結(jié)構(gòu)。羥基丁酸分子呈酸性，當(dāng)其聚合為聚-β-羥基丁酸時(shí)就成為為中性脂肪酸了，這樣便能維持細(xì)胞中內(nèi)性環(huán)境，避免菌體內(nèi)酸性增高。

3.肝糖(blycogne)粒和淀粉粒 肝糖粒較小，只能在電子顯微鏡下觀察，如用稀碘液染成紅褐色，可在光學(xué)顯微鏡下看到。有的細(xì)菌積累淀粉粒，用碘液可染成深藍(lán)色。

4.硫滴 某些硫磺細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)可積累硫滴。如貝氏硫菌屬、發(fā)光硫菌屬，當(dāng)其生活在含H2S的環(huán)境中時(shí)，細(xì)胞內(nèi)則積累折光性很強(qiáng)的硫滴。它是硫原貯藏物質(zhì)，也可被細(xì)菌重新利用。

5.多肽(polypeptide) 有的芽孢桿菌如蘇云金芽孢桿菌等，在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)常形成一種菱形的多肽結(jié)晶，通常稱為伴孢晶體，具有毒殺某些昆蟲(chóng)的作用。

綜上所述，上同微生物其貯藏性內(nèi)含物不同。例如厭氣性梭狀芽孢桿菌只含有聚-β-羥基丁酸，大腸桿菌只貯藏糖原，但有些光合細(xì)菌二者兼有。它們的形成對(duì)微生物是有利的。一方面，當(dāng)環(huán)境中缺乏氮源而碳源和能源豐富時(shí)，細(xì)胞內(nèi)就貯存較多的內(nèi)含物；直至達(dá)到細(xì)胞干重的50%。如果把這樣的細(xì)胞移入有氮培養(yǎng)基時(shí)，這些貯藏物被酶分解而作為能源和碳源用于合成反應(yīng)；另一方面，這些貯藏物以聚體形式存在，有利于維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的平衡，避免不適合的pH、滲透壓等的危害。同時(shí)，有些貯藏物若在細(xì)胞內(nèi)大量積累，還可被人們利用。

(六)莢膜

莢膜(capsule) 有些細(xì)菌生活在一定營(yíng)養(yǎng)條件下，可向細(xì)胞壁表面分泌一層松散透明、粘度極大、粘液狀或膠質(zhì)狀的物質(zhì)即為莢膜。這些物質(zhì)，有時(shí)用負(fù)染色法可在光學(xué)顯微鏡下看見(jiàn)。根據(jù)莢膜在細(xì)胞表面存在的狀況，可以分為以下四類。

這種物質(zhì)若具一定外形，厚約200納米，而且相對(duì)穩(wěn)定地附著于細(xì)胞壁外者，稱為莢膜或大莢膜(macrocapsule)。它與細(xì)胞結(jié)合力較差，通過(guò)液體震蕩培養(yǎng)或離心便可得到莢膜物質(zhì)。如果這種物質(zhì)的厚度在200納米以下者即為微莢膜。。它與細(xì)胞表面結(jié)合較緊，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。微膜易被胰蛋白質(zhì)酶消化。

沒(méi)有明顯邊緣，又比莢膜疏松，而且向周圍環(huán)境擴(kuò)散，并增加培養(yǎng)基粘度，這種類型的粘性物質(zhì)層叫粘液層(slimelayer)。有的微生物，其附著性粘液物并非在整細(xì)胞表面產(chǎn)生，而是局限于一個(gè)區(qū)域，通常是在一端，使細(xì)胞特異性地附著于物體表面。這種局限化了的粘液層，叫'粘接物'。

莢膜物質(zhì)互相融合，連為一體，組成共同的莢膜，多個(gè)菌體包含其中，稱為'菌膠團(tuán)'。腸膜明串珠菌，在蔗糖液中串生，并在其外形成一個(gè)共同的厚的莢膜。

產(chǎn)莢膜細(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)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)菌落。產(chǎn)莢膜常常可突變?yōu)闊o(wú)莢膜菌體，被稱為R型向S型轉(zhuǎn)化。

莢膜的化學(xué)組成因菌種而異，主要是多糖，有的也含有多肽、蛋白、脂以及由它們組成的復(fù)合物--脂多糖、脂蛋白等(表2-5)。莢膜多糖又叫胞外多糖，它可能是一種單糖形成的同型多糖(或均質(zhì)多糖)，像腸膜明串珠菌、牛鏈球菌，在以蔗糖為碳源時(shí)，合成的葡聚糖液層即是：有的由兩種以上的單糖組成異型多糖(或雜質(zhì)多糖)，如肺炎雙球菌Ⅲ型的莢膜，由D-谷氨酸聚合而成；巨大芽孢桿菌等則由蛋白質(zhì)與多糖組成；痢疾志賀氏菌的莢膜是多糖-多肽-磷酸復(fù)合物。有的胞外多糖常與磷酸、醋酸、延胡索酸或丙酮酸相結(jié)合。從結(jié)構(gòu)看，大多數(shù)細(xì)菌莢膜是一種聚合物均勻結(jié)構(gòu)，而有些細(xì)菌并非如此。通過(guò)莢膜膨脹試驗(yàn)表明：以多糖為骨架，多肽填充其間，如巨大芽孢桿菌莢膜就是這種結(jié)構(gòu)。

產(chǎn)生莢膜是微生物的一種遺傳特性，種的特征，但并非細(xì)胞絕對(duì)必要的結(jié)構(gòu)，失去莢膜的變異株同樣正常生長(zhǎng)。而且，即使用特異性水解莢膜物質(zhì)的酶處理，也不殺死細(xì)胞。

莢膜的形成與環(huán)境條件密切相關(guān)。腸膜明串珠菌，只有在人或動(dòng)物體內(nèi)，或者在環(huán)境中CO2分壓較高時(shí)才形成莢膜；大腸桿菌需在豐富的碳水化合物和較低溫度條件下才能形成。另外，產(chǎn)莢膜細(xì)菌也不是在整生活期內(nèi)都能形成莢膜，如某些鏈球菌，早期形成，后期消失；肺炎雙球菌緩慢生長(zhǎng)時(shí)才能形成。

莢膜雖不是細(xì)胞的重要結(jié)構(gòu)，但它是細(xì)胞外碳源和能源性貯藏物質(zhì)，并能保護(hù)細(xì)胞免受干燥的影響，同時(shí)能增加某些病原菌的致病能力，使之抵御宿主吞噬細(xì)胞的吞噬。例如能引起肺炎的肺炎雙球菌Ⅲ型，如果失去了莢膜，則成為非致病菌。有些具莢膜的病菌并非莢膜本身有毒，而是利于在人體大量生長(zhǎng)繁殖所致。當(dāng)然，有的莢膜有毒，如流感嗜血桿菌、肺炎克氏桿菌、和多殺巴斯德氏菌［出血敗血性民氏桿菌，等。有些細(xì)菌能藉莢膜牢固地粘附在牙齒表面，引起齲齒。

產(chǎn)莢膜細(xì)菌，常常給生產(chǎn)帶來(lái)麻煩，食品工業(yè)中的粘性面包、粘性牛奶，都是由于污染了些類細(xì)菌引起的。對(duì)制糖工業(yè)威脅更大，由于產(chǎn)莢膜細(xì)菌的大量繁殖，增加了糖液粘度，影響了過(guò)濾速度，使生產(chǎn)蒙受損失。

在一定條件下，有害的東西可變?yōu)橛幸娴奈镔|(zhì)。腸膜明串珠菌，在人為控制下，讓其得用蔗糖以合成大量莢膜物質(zhì)--葡聚糖。葡聚糖是生產(chǎn)右旋糖酐的原料，而右旋糖酐是代血漿的主要成分，具體維持血液滲透壓和增加血溶量的作用，臨床上還用于抗休克、消腫和解毒。在醫(yī)療上十分重要。

提純的莢膜物質(zhì)，有的具抗原性和半抗原性，人們常通過(guò)血清學(xué)反應(yīng)進(jìn)行細(xì)菌鑒定。像炭疽桿菌，由于莢膜化學(xué)組成的微小差異，通過(guò)莢膜膨脹試驗(yàn)，可將其分為70多個(gè)型。